JP3015786B1 - Loop tube air column acoustic wave refrigerator - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 冷凍機の冷凍が実質的に可能な、圧力振動の
大きな定在波及び進行波を発生せしめ得る自励的発振装
置とこれらの波を利用したループ管気柱音響波動冷凍機
を開発すること。
【解決手段】 気体を封入した配管１０に、高温側熱交
換器２２及び低温側熱交換器２３に挟まれたスタック２
１を挿入し、更にスタックと非対称の位置に蓄冷器３１
を高温側熱交換器３２及び低温側熱交換器３３と共に配
置して回路を形成し、スタックにおいて封入気体から自
励的に発生する定在波及び進行波を配管を通じて伝播せ
しめて、蓄冷器３１を蓄冷・冷凍すると同時に、円滑な
放熱を行う装置である。従って、圧縮機等を用いること
なく、作業ガスの圧力変動を生じさせ得るので、メンテ
ナンスが不要な熱音響作用によるループ管気柱波動冷凍
を提供できる。A self-sustained oscillating device capable of generating a standing wave and a traveling wave having a large pressure oscillation and capable of substantially freezing a refrigerator, and a loop-tube air column acoustic wave refrigeration using these waves. Developing machines. A stack (2) sandwiched between a high-temperature side heat exchanger (22) and a low-temperature side heat exchanger (23) in a gas-filled pipe (10).
1 and the regenerator 31 is placed asymmetrically with the stack.
Is arranged together with the high-temperature side heat exchanger 32 and the low-temperature side heat exchanger 33 to form a circuit, and a standing wave and a traveling wave generated from the filled gas in the stack by self-excitation are propagated through the pipes. This is a device that stores and freezes cold water and simultaneously releases heat. Therefore, the pressure fluctuation of the working gas can be generated without using a compressor or the like, so that it is possible to provide a loop-tube air column wave refrigeration by a thermoacoustic operation that does not require maintenance.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、所定の気体（作業
ガス）を充填した配管の回路内部ループで熱音響効果に
より、配管を含む熱音響冷凍回路に共鳴（圧力振動）を
もたらし、発生した進行波等を利用して回路に設けた蓄
冷器を冷却せしめるループ管気柱音響波動冷凍機に関す
る。The present invention relates to a thermoacoustic refrigerating circuit including a pipe, which is caused by a thermoacoustic effect in a loop inside the circuit of a pipe filled with a predetermined gas (working gas). The present invention relates to a loop-tube air column acoustic wave refrigerator that cools a regenerator provided in a circuit using a traveling wave or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】熱の影響により音響が生じ得ることは、
例えばガラス吹き工により熱い球状ガラスを冷たいステ
ムの先端に取り付けた際に音がでる現象として古くから
知られており、これは「Soundhauss tube」と呼ばれる
丸底フラスコ状のガラス容器の底部に熱を加えると熱音
響効果によりそのガラス管から音が発せられることで確
認され、また、そのガラス管の内部に多孔又は多層状の
狭い空間を形成するスタックを挿入することにより、上
記の熱駆動による音響効果が高まることが確認されてい
る。2. Description of the Related Art The possibility that sound can be generated by the influence of heat is as follows.
For example, it has long been known that a sound is produced when a hot spherical glass is attached to the tip of a cold stem by a glass blower, and this generates heat at the bottom of a round-bottom flask-shaped glass container called `` Soundhauss tube ''. It is confirmed that sound is emitted from the glass tube due to the thermoacoustic effect when added.In addition, by inserting a stack that forms a porous or multilayered narrow space inside the glass tube, the above-described acoustically driven sound is generated. It has been confirmed that the effect is enhanced.
【０００３】一方、このような熱音響効果を利用して、
容器の外部から与えた熱によって、容器内に予め充填さ
れた作業ガスに圧力振動（熱音響仕事）を生じさせ、こ
の熱音響仕事を熱に転化させて冷却作用をなすようにし
たビヤクーラー等の熱音響冷凍機も知られている（G.W.
Swift "Thermoacoustic engines" 1988 AcousticalSoc
iety of America 第1147頁、FIG.3）。On the other hand, utilizing such a thermoacoustic effect,
The heat applied from the outside of the container causes pressure oscillation (thermoacoustic work) in the working gas pre-filled in the container, and converts the thermoacoustic work into heat to provide a cooling function such as a beer cooler. Thermoacoustic refrigerators are also known (GW
Swift "Thermoacoustic engines" 1988 AcousticalSoc
family of America, p. 1147, FIG. 3).
【０００４】ビヤクーラーは、一端が開口し他端が閉止
された共鳴管の一端側に球状部を設ける一方、その共鳴
管の途中に、それぞれスタックとその両側に位置する高
温側及び低温側の熱交換器とからなる原動機及びヒート
ポンプを設け、その原動機によって共鳴管の共鳴周波数
において内部の作動ガスに圧力振動（定在波）を自己励
起（自励）させ、更に、その圧力振動を前記原動機とは
逆向きに働くヒートポンプに与えてその低温側熱交換器
によって冷却作用をなすようになっている。A beer cooler is provided with a spherical portion at one end of a resonance tube whose one end is open and the other end is closed, while the stack and the high-temperature side and the low-temperature side located on both sides of the stack are provided in the middle of the resonance tube. A prime mover and a heat pump comprising an exchanger, and the prime mover self-excited (self-excited) pressure oscillations (standing waves) in the internal working gas at the resonance frequency of the resonance tube. Is supplied to a heat pump that works in the opposite direction to perform a cooling action by the low-temperature side heat exchanger.
【０００５】また、セパレー（Ceperley）は、スターリ
ングエンジンにそのピストンをなくすべく熱音響発生手
段を設けるようにした進行波発生型の熱音響冷凍機を提
案している。この冷凍機はループ状の配管の途中でその
配管を対称に二分する中央位置に、スタックとその両側
に位置する高温側及び低温側の熱交換器とからなる圧力
振動発生手段としての原動機と、蓄冷器（再生式熱交換
器）とその両側に位置する高温側及び低温側の熱交換器
とを有し前記原動機とは逆向きに働くヒートポンプとを
設け、前記原動機に高温の熱エネルギー供給を行いなが
ら、前記ヒートポンプにより低温側から高温側熱交換器
へと熱を汲み上げ、冷却作用を行わせることができる。Further, Ceperley has proposed a traveling wave generating type thermoacoustic refrigerator in which a Stirling engine is provided with thermoacoustic generating means to eliminate its piston. This refrigerator has a motor as a pressure vibration generating means including a stack and heat exchangers on the high temperature side and the low temperature side located on both sides of the stack at a center position where the pipe is symmetrically bisected in the middle of the loop pipe, A heat pump having a regenerator (regenerative heat exchanger) and heat exchangers located on both sides thereof on a high temperature side and a low temperature side and acting in the opposite direction to the prime mover is provided, and supplies high-temperature heat energy to the prime mover. While performing, the heat pump pumps heat from the low-temperature side to the high-temperature side heat exchanger to perform a cooling action.
【０００６】しかしながら、前述のCeperleyの提案を具
現化する試みが成功したとの報告はない。加えて、この
ような進行波進波発生装置については理論的にも実際的
にも発振しない旨の報告がアチレー（Atchley）により
なされおり（Third Joint Meeting, ASA and ASJ Dec,
1996 Honolulu, HI）、発振させることは不可能である
との認識が学会においても広まりつつあった。[0006] However, there have been no reports of successful attempts to embody the Ceperley proposal described above. In addition, it has been reported by Atchley that such a traveling wave forward wave generator does not oscillate theoretically or practically (Third Joint Meeting, ASA and ASJ Dec,
In 1996 Honolulu, HI), the perception that oscillation was impossible was spreading at academic conferences.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述のような熱音響効
果を利用した冷凍機は、例えばAtchley等は円型又はそ
れに類する配管回路中の対称中心の位置に高温、低温の
熱源を有する熱交換器ではさまれたスタックを挿入して
いたが、何れにおいても冷凍に強く寄与し得るような進
行波を発生（発振）することができなかった。そのた
め、一般には、作動ガスの圧力を変動させるための手段
として圧縮機が用いられているのが現状である。A refrigerator utilizing the thermoacoustic effect as described above is disclosed in, for example, Atchley et al., Which discloses a heat exchanger having a high or low temperature heat source at the center of symmetry in a circular or similar piping circuit. The stack sandwiched between the vessels was inserted, but none of them could generate (oscillate) a traveling wave that could strongly contribute to freezing. Therefore, at present, a compressor is generally used as a means for changing the pressure of the working gas.
【０００８】しかしながら、ピストン式の圧縮機を用い
た冷凍機では、可動部に対し定期的な部品交換等のメン
テナンス作業が不可欠であり、冷凍機を長時間連続運転
することができない。However, in a refrigerator using a piston-type compressor, maintenance work such as periodic replacement of parts is indispensable for movable parts, and the refrigerator cannot be operated continuously for a long time.
【０００９】これに対し、熱音響効果による圧力振動発
生手段は、機械的な圧縮機や電磁弁等を用いることな
く、作業ガスに正弦波状の圧力振動を発生させることが
でき、耐久性やコンパクト化といった面で有利である。
ところが、現実には発振した例が未だになく、どのよう
にして発振可能な装置を創作するかが最大の課題であっ
た。本発明は、上記従来の課題を解決すべくなされたも
ので、パルス管冷凍機等の冷凍に強く寄与する定在波及
び進行波を発生することのできる、熱音響効果を利用で
き、メンテナンスが実質的に不要な、耐久性に優れた波
動冷凍機を提供するものである。On the other hand, the pressure vibration generating means based on the thermoacoustic effect can generate a sinusoidal pressure vibration in the working gas without using a mechanical compressor, a solenoid valve or the like. This is advantageous in terms of the production.
However, in practice, there has been no example of oscillation, and the biggest issue was how to create a device capable of oscillation. The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can utilize a thermoacoustic effect capable of generating a standing wave and a traveling wave that greatly contribute to refrigeration of a pulse tube refrigerator or the like, and can be maintained. An object of the present invention is to provide a wave refrigerator that is substantially unnecessary and has excellent durability.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、高温側熱源と
低温側熱源とに基づく熱エネルギーを、回路に封入され
た気体の圧力振動に変換するスタックによって、自励的
に、前記回路の回路長に応じた周波数からなる定在波及
び進行波を含む圧力振動（共鳴）を発生せしめ得る定在
波及び進行波の発生装置を蓄冷器と共に備えてなるルー
プ管気柱音響波動冷凍機である。従来技術の原動機やヒ
ートポンプでは、冷凍作用に強く寄与できる定在波や進
行波を発生させられなかったのであるが、本発明では、 スタックにおける自己励起発振の条件を発見し、これ
を応用したこと、 スタックと蓄冷器とを非対称的に配置し、しかも配管
において直線管部と連結管部とを設けて、封入気体の流
れが直進及びほぼ直角に旋回する状態を造り、定在波及
び進行波を発生し易く為したこと、 プライムムーバー（原動機）を非等温的に動作させる
こと、によって、初めて実用性のあるループ管気柱音響
波動冷凍機の開発に成功したものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a self-excited circuit for converting heat energy based on a high-temperature heat source and a low-temperature heat source into pressure oscillation of a gas enclosed in a circuit. A loop tube air column acoustic wave refrigerator equipped with a regenerator together with a standing wave and traveling wave generator capable of generating a pressure vibration (resonance) including a standing wave and a traveling wave having a frequency corresponding to the circuit length. is there. While conventional motors and heat pumps could not generate standing waves or traveling waves that could strongly contribute to refrigeration, the present invention discovered the conditions for self-excited oscillation in a stack and applied them. The stack and the regenerator are arranged asymmetrically, and the pipe is provided with a straight pipe section and a connecting pipe section to create a state in which the flow of the charged gas turns straight and almost at a right angle, and the standing wave and the traveling wave By making the prime mover (motor) operate non-isothermally, we succeeded in developing the first practical loop-tube air column acoustic wave refrigerator.
【００１１】以下に、個々の請求項について説明する
と、まず、請求項１に係わる発明は、気体（作業ガス）
を封入した配管に、高温側熱源及び低温側熱源に挟まれ
たスタックからなる定在波及び進行波の発生手段と、他
の高温側熱源及び低温側熱源に挟まれた蓄冷手段と、を
主たる構成とする音響波動冷凍機であって、スタックと
蓄冷手段とは所定の位置に、前記配管を介して接続され
て作業ガスの回路を形成しており、スタック両端部に置
かれた所定の温度差を生じせしめる熱源に基づき、作業
ガスに与えられた熱エネルギーがスタックによって圧力
に変換され、変動する圧力から自励的振動が生じる。振
動（発振）は回路長に応じた周波数からなる定在波及び
進行波を含む。発生した進行波は、一の高温側熱源から
回路中に進行し、他の高温側熱源を経て蓄冷器に到り、
充分な冷凍作用を持つ進行波として音響波動冷凍機能を
もたらす。次に、請求項２の発明は、一対の直線管部及
び該直線管部の両端を相互に連結する一対の連結管部を
有する配管において、該連結管を直線状の管部分を有す
る形状とすることにより、スタックに定在波が生じ易い
ように、配管の形状を特定したものである。安定した、
冷凍に寄与する進行波を発生せしめるには、定在波の存
在も不可欠であり、直線管部分と直線状の連結管部分と
が直交する配管形状が音響波動冷凍機能に殊に有用であ
る。また、請求項３の発明は、一対の直線管部及び該直
線管部の両端を相互に連結する一対の連結管部を有する
配管において、スタックと蓄冷器との間を繋ぐ配管の一
部が他の部分に較べてその内径が大きいことを特徴とす
るものであって、このように、同一管路長のとき、径の
太い部分を設けると、発振周波数を低くすることができ
る。このため冷凍に最適な発振周波数をより短い管路長
で実現できる。管路長は、占有体積を支配する大きな要
素であり、管路長の低減は奔発明冷凍機の小型化に強く
寄与する。The individual claims will be described below. First, the invention according to claim 1 is a gas (working gas).
Mainly, a means for generating a standing wave and a traveling wave composed of a stack sandwiched between a high-temperature heat source and a low-temperature heat source, and a cold storage means sandwiched between another high-temperature heat source and a low-temperature heat source An acoustic wave refrigerator having a configuration, wherein a stack and a cold storage means are connected to each other at a predetermined position via the pipe to form a circuit of a working gas, and a predetermined temperature set at both ends of the stack. Based on the heat source that makes the difference, the thermal energy imparted to the working gas is converted to pressure by the stack and the fluctuating pressure produces self-excited oscillations. The vibration (oscillation) includes a standing wave and a traveling wave having a frequency corresponding to the circuit length. The generated traveling wave travels from one high-temperature heat source into the circuit, reaches the regenerator via the other high-temperature heat source,
An acoustic wave refrigeration function is provided as a traveling wave having a sufficient refrigeration action. Next, a second aspect of the present invention is a pipe having a pair of straight pipe sections and a pair of connecting pipe sections interconnecting both ends of the straight pipe sections, wherein the connecting pipe has a shape having a straight pipe section. By doing so, the shape of the piping is specified so that standing waves are easily generated in the stack. Stable,
In order to generate a traveling wave contributing to refrigeration, the presence of a standing wave is also indispensable, and a pipe shape in which a straight pipe portion and a straight connecting pipe portion are orthogonal to each other is particularly useful for an acoustic wave refrigeration function. According to a third aspect of the present invention, in a pipe having a pair of straight pipe sections and a pair of connecting pipe sections interconnecting both ends of the straight pipe section, part of a pipe connecting between the stack and the regenerator is provided. It is characterized in that its inner diameter is larger than that of the other portions. Thus, when a portion having a large diameter is provided when the pipe length is the same, the oscillation frequency can be reduced. Therefore, an optimum oscillation frequency for refrigeration can be realized with a shorter pipe length. The pipeline length is a large factor that controls the occupied volume, and reducing the pipeline length strongly contributes to downsizing of the invented refrigerator.
【００１２】更に、請求項４に記載の発明は、請求項１
の発明において、直線管部の一端と連結管部の一端とを
連結したときのそれぞれの中心軸の交点を回路の始点と
し、回路全長を1.00とするとき、スタックの中心が回路
全長の回路全長の０．２８±０．０５ の位置となるよ
うにスタックを配置する。この条件と、スタックにおけ
る高温側熱源及び低温側熱源のそれぞれの温度が適切で
あるとき、初めて効率のよい自励振動が生じる。加え
て、請求項５の発明は、請求項１の発明において、回路
全長を1.00とするとき、回路に沿った封入気体の圧力変
動が、スタックの近傍に第１のピークがあり、更に回路
全長の１／２ ( 回路全長の０．５０) 進んだ位置に第
２のピークがある場合に、請求項１に記載の蓄冷器の中
心位置を該第２ピークを過ぎた付近に設けることを特徴
とするものであって、この条件を満たすとき、蓄冷器の
配置が最適となり、冷却効率が一層高められる。Furthermore, the invention according to claim 4, claim 1
In the invention, the intersection of the respective central axes when one end of the straight tube portion and one end of the connection tube portion are connected is set as the starting point of the circuit, and when the total circuit length is 1.00, the center of the stack is the total circuit length. The stack is arranged at a position of 0.28 ± 0.05. When this condition and the respective temperatures of the high-temperature side heat source and the low-temperature side heat source in the stack are appropriate, an efficient self-excited vibration is generated only for the time. In addition, in the invention of claim 5, in the invention of claim 1, when the total circuit length is 1.00, the pressure fluctuation of the sealed gas along the circuit has a first peak near the stack, The center position of the regenerator according to claim 1 is provided near the second peak when a second peak is located at a position advanced by 1/2 of the total length of the circuit (0.50 of the entire circuit length). When this condition is satisfied, the arrangement of the regenerators is optimized, and the cooling efficiency is further improved.
【００１３】好ましい条件を示す請求項６の発明は、回
路に封入する気体が、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリ
ウムとアルゴンとの混合物、又は空気を用いるものであ
り、その結果、冷凍機能が一層高められる。According to a sixth aspect of the present invention, which shows preferable conditions, the gas to be filled in the circuit uses nitrogen, helium, argon, a mixture of helium and argon, or air. As a result, the refrigerating function is further enhanced. Can be
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１の発明
において、スタックを形成する通気性多孔質物体或いは
積層体の材質はセラミックス、焼結金属、金網、金属製
不織布の少なくとも１種を、単独又は組み合せて、集積
・積層して用いて、そのωτが０．２〜２０の範囲と成
るように構成されたことを特徴とする。The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1.
In, the material of the air-permeable porous body or laminate forming the stack is at least one of ceramics, sintered metal, wire mesh, and metal non-woven fabric, singly or in combination, and is used by accumulating and laminating. It is characterized in that it is configured to be in the range of 0.2 to 20.
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７
の何れかに従属するものであって、高温側熱源と低温側
熱源とに基づく熱エネルギーを、回路に封入された気体
の圧力振動に変換するスタックによって、非等温的に、
自励的に、前記回路の回路長に応じた周波数からなる定
在波及び進行波を含む圧力振動（共鳴）を発生せしめ得
る進行波発生装置に関し、この発振装置を要すれば蓄冷
器と共に備えることを特徴とする。The invention described in claim 8 is the invention according to claims 1 to 7
Which is dependent on any of the above , non-isothermally, by a stack that converts heat energy based on the high-temperature side heat source and the low-temperature side heat source into pressure oscillation of gas sealed in the circuit,
A traveling wave generator capable of self-excitingly generating a pressure oscillation (resonance) including a standing wave and a traveling wave having a frequency corresponding to the circuit length of the circuit, and including this oscillating device together with a regenerator if necessary. It is characterized by the following.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１７】図１は、本発明に係るループ管気柱音響波
動冷凍機の一実施形態を示す図である。図１において、
１０は配管を含む回路を示し、回路には所定の作業ガス
として窒素等の不活性ガス（気体）が封入されている。
この作業ガスは常圧でも動作するが、例えば絶対圧０．
１〜１．０ＭＰａ程度の加圧状態である。作業ガスは窒
素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合
物等が使用でき、特に、ヘリウムとアルゴンとを約１：
１〜約３：１の容積比率で混合したものが冷凍効率を高
めることができる。また、作業ガスによる進行波発生装
置はピストンやバルブのような摩耗をもたらす部材の必
要がないので、メンテナンスが実質的に不要なエンジン
を形成する利点がある。配管に使用できる材料として
は、例えばステンレス鋼からなる円形断面のもので、そ
の配管全体の長手方向に延在する互いに平行な一対の長
さＬａの直線管部１１、１２と、これら直線管部１１、
１２の両端部に連結する略平行な一対の長さＬｂの連結
管部１３、１４と、を有している。更に、直線管部１５
の部分は、管径を太く構成している。この結果、後述す
るように、封入気体が自己励起により振動するとき、そ
の周波数が（管径が一様のときに較べて）低くなる。低
い周波数の発振の方が本発明の音響波動冷凍機では熱エ
ネルギー的に有利である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a loop-tube air column acoustic wave refrigerator according to the present invention. In FIG.
Reference numeral 10 denotes a circuit including piping, in which an inert gas (gas) such as nitrogen is sealed as a predetermined working gas.
The working gas can be operated at normal pressure.
The pressure is about 1 to 1.0 MPa. As the working gas, nitrogen, helium, argon, a mixture of helium and argon, and the like can be used.
Mixing at a volume ratio of 1 to about 3: 1 can increase the refrigeration efficiency. Further, since the traveling wave generator using the working gas does not require a member that causes wear such as a piston and a valve, there is an advantage that an engine that requires substantially no maintenance is formed. As a material that can be used for the pipe, for example, a circular cross section made of stainless steel, a pair of straight pipe sections 11 and 12 having a length La parallel to each other and extending in the longitudinal direction of the entire pipe, and these straight pipe sections 11,
12 having a pair of substantially parallel connecting pipe portions 13 and 14 having a length Lb connected to both end portions. Further, the straight tube portion 15
Is configured to have a large pipe diameter. As a result, as will be described later, when the sealed gas vibrates due to self-excitation, its frequency becomes lower (compared to a case where the pipe diameter is uniform). Oscillation at a lower frequency is more advantageous in terms of thermal energy in the acoustic wave refrigerator of the present invention.
【００１８】そして、一方の直線管部１１の所定領域に
は、作業ガスに圧力変動を生じさせる原動機としての圧
力振動発生手段が設けられている。この圧力振動発生手
段は、直線管部１１の軸線と平行で配管１０内の通路１
１より狭い複数の平行通路を形成する所定長さのスタッ
ク２１と、そのスタック２１の図中左側に隣接して設け
られた高温側熱交換器２２と、スタック２１の図中右側
に隣接して設けられた低温側熱交換器２３と、を有して
いる。配管１０は全体として略長方形に形成されてお
り、配管１０及びスタック２１は所定の対象中心（Ｌａ
／２の位置で直線管部１１、１２と直交する面に相当す
る）に対して対称な非円形の回路を形成している。これ
に対し、スタック２１の配設位置は、例えば長さＬａの
直線管部１１において低温側の管部長さが一端から略Ｌ
ａ／４〜約Ｌａ／３となり、高温側の管部長さが他端か
ら（３／４）・Ｌａ〜（２／３）・Ｌａとなるよう片側
に寄せた位置である。すなわち、スタック２１は、配管
１０及びスタック２１を含む作業ガスの回路（以下、単
に回路という）の対象中心に対し片寄せて配置されてい
る。なお、前記直線管部１１の一端、他端とは、直線管
部１１の中心軸線と連結管部１３、１４の中心軸線との
交点である。スタック２１は、例えば多数の平行な平行
通路を有するハニカム構造のセラミックからなるもの、
多数枚のステンレス鋼メッシュ薄板が微小間隔（数百μ
ｍ程度）で配置されたもの、ステンレス鋼繊維を集合し
た不織布、あるいは、焼結金属等をケース内に充填して
製作した狭い複数の通路を有するものであり、熱交換器
２２、２３によってスタック２１にその内壁面に沿う一
定の温度勾配を生じさせるようになっている。高温側熱
交換器は、多数枚の薄肉金属板が微小間隔で配設された
ものであり、周囲を図示しないヒータ等で高温、例えば
５８０°Ｋに保っている。また、常温熱交換器である低
温側熱交換器も、例えば多数枚の薄肉金属板が微小間隔
で配置されたもの、あるいはスタックと類似する構造の
ものであって、その周囲を常温冷却水等で冷却して、例
えば室温付近の２９０°Ｋに保つものである。前記高温
側熱交換器及びヒータは本発明にいう高温側熱源を構成
しており、低温側熱交換器及び常温冷却水等は低温側熱
源を構成している。なお、熱交換器２２，２３の外壁
は、例えば銅合金からなる。A pressure vibration generating means is provided in a predetermined area of one of the straight pipe portions 11 as a motor for causing a pressure fluctuation in the working gas. This pressure vibration generating means is provided in the passage 1 in the pipe 10 in parallel with the axis of the straight pipe section 11.
A stack 21 having a predetermined length forming a plurality of parallel passages narrower than one, a high-temperature side heat exchanger 22 provided adjacent to the left side of the stack 21 in the drawing, and a stack 21 adjacent to the right side of the stack 21 in the drawing. And a low-temperature side heat exchanger 23 provided. The pipe 10 is formed in a substantially rectangular shape as a whole, and the pipe 10 and the stack 21 are located at a predetermined center (La).
(Corresponding to a plane perpendicular to the straight tube portions 11 and 12 at the position of / 2), a non-circular circuit is formed. On the other hand, the arrangement position of the stack 21 is such that, for example, in the straight tube portion 11 having a length La, the length of the tube portion on the low temperature side is substantially
a / 4 to about La / 3, where the length of the pipe portion on the high temperature side is shifted to one side from the other end so as to be (3/4) · La to (2/3) · La. That is, the stack 21 is arranged so as to be offset with respect to a target center of a working gas circuit (hereinafter, simply referred to as a circuit) including the pipe 10 and the stack 21. Note that the one end and the other end of the straight tube portion 11 are intersections between the center axis of the straight tube portion 11 and the center axes of the connecting tube portions 13 and 14. The stack 21 is made of, for example, a ceramic having a honeycomb structure having a number of parallel parallel passages,
A large number of stainless steel mesh thin sheets
m), a nonwoven fabric in which stainless steel fibers are gathered, or a plurality of narrow passages manufactured by filling a case with sintered metal or the like, and stacked by heat exchangers 22 and 23. 21 has a constant temperature gradient along its inner wall surface. The high-temperature-side heat exchanger has a large number of thin metal plates arranged at minute intervals, and its periphery is maintained at a high temperature, for example, 580 ° K by a heater (not shown) or the like. Further, the low-temperature side heat exchanger, which is a normal-temperature heat exchanger, also has a structure in which, for example, a large number of thin metal plates are arranged at minute intervals, or has a structure similar to a stack. At 290 ° K near room temperature, for example. The high-temperature side heat exchanger and the heater constitute the high-temperature side heat source referred to in the present invention, and the low-temperature side heat exchanger and the normal temperature cooling water constitute the low-temperature side heat source. The outer walls of the heat exchangers 22 and 23 are made of, for example, a copper alloy.
【００１９】直線管部１２には蓄冷器３１が設けられて
いて、この蓄冷器は熱容量の大きい蓄冷材からなる。蓄
冷材としては、例えば、ステンレス鋼、銅、鉛等を用い
てメッシュ状、球状、板状、板を丸めた形状、エッチン
グ処理された板等多様な物が利用できる。図１におい
て、蓄冷器は、一対のうち他方の直線管部１２に設けた
所定の蓄冷領域に直線管部１２の軸線と平行で、かつ、
配管１２内の通路より狭い複数のガス通路を形成する所
定長さのものである。この蓄冷器に対し進行波の進行方
向下流側には、高温側熱交換器３２が隣接して設けられ
ており、蓄冷器に対し前記進行波の進行方向上流側は低
温側熱交換器３３が隣接して設けられている。これら蓄
冷器３１及び熱交換器３２、３３のうち、蓄冷器はスタ
ック２１からの進行波が伝播され、高温側熱交換器３２
から内部に進入してきたとき、低温端側から高温端側へ
の熱移送、すなわち、低温側熱交換器３３による熱の汲
み上げと高温側熱交換器３２による熱の放出作用とを助
長するヒートポンプ３０を構成している。The straight tube section 12 is provided with a regenerator 31, which is made of a regenerator material having a large heat capacity. As the cold storage material, for example, various materials such as a mesh, a sphere, a plate, a rounded plate, and an etched plate using stainless steel, copper, lead, or the like can be used. In FIG. 1, the regenerator is parallel to the axis of the straight tube portion 12 in a predetermined cold storage region provided in the other straight tube portion 12 of the pair, and
It has a predetermined length and forms a plurality of gas passages narrower than the passages in the pipe 12. A high-temperature heat exchanger 32 is provided adjacent to the regenerator in the traveling direction of the traveling wave, and a low-temperature heat exchanger 33 is provided upstream of the regenerator in the traveling direction of the traveling wave. They are provided adjacent to each other. Of these regenerators 31 and heat exchangers 32 and 33, the regenerator propagates the traveling wave from the stack 21 and the high-temperature side heat exchanger 32.
When the heat pump 30 enters from the inside, the heat pump 30 which promotes the heat transfer from the low-temperature end to the high-temperature end, that is, the pumping of the heat by the low-temperature heat exchanger 33 and the releasing operation of the heat by the high-temperature heat exchanger 32. Is composed.
【００２０】ここで、圧力振動発生手段であるスタック
２１の発振条件について説明する。スタックは細い繊維
を金網に編組した例で示すことが出来る多孔質積層体等
からなり、作業ガスが流れる際の平行通路の流路半径を
ｒ（数百〜数十μｍ）、作動ガスの角周波数をω、スタ
ック高温側熱交換温度をＴｈ、スタック低温側熱交換温
度をＴｃ、温度拡散係数をα、温度緩和時間をτ（＝ｒ
2／２α）として、実験結果に基づき、振動発生の条件
を熱交換の程度を示す無次元量ωτと温度比Ｔｈ／Ｔｃ
でまとめると、図３に示すような進行波についての曲線
が得られる。図２は、図３の定在波等の観測に供した圧
力振動発生手段（スタック）又は共鳴器の概略図であ
る。共鳴器として使用する場合は回路１０の中に仕切板
１９を設けて両端が閉止された配管の状態からなり、共
鳴器はスタック２１と高温側熱源２２と低温側熱源２３
とを備えている。また圧力振動発生手段として用いる場
合は、図１の場合と同様に、回路には仕切板が不要であ
る。圧力振動発生手段でも共鳴器でも、いずれの場合で
も気体を封入し、それぞれ高温側熱源と低温側熱源とを
所定の温度に保つとき、図３に示す特定の条件を満たせ
ば、スタックに自励的な発振が起こる。スタックにより
発振が起こるとき、共鳴器では、仕切板の位置を波動の
節とする定在波が主として発生し、回路全長を例えば、
半波長、全波長、２波長……とする振動が生じている。
これに対し、仕切板のない場合は定在波が先ず発生し、
これが増幅されて進行波の発生を促すようである。図３
は、上述の共鳴器の実験結果である定在波のωτと温度
比Ｔｈ／Ｔｃを示すスタビリティー曲線も併記してい
る。なお、これらの定在波及び進行波の観測は，図２に
示されているように光源４３と超小型のレーザー光線を
用いたドップラー速度計（ＬＤＶ）とを配管の一部を透
明なガラス管４１に置き換えて実施し、更に圧力計等を
回路中に配置して１０〜１００マイクロ秒（μｓ）単位
の計測を行った結果に基づくものである。図３から明ら
かなように、進行波はωτ＝１〜２近傍において最も少
ない温度比（少ない入力）で発振する。また、ωτ＝
０．２〜２０の範囲内にある場合と範囲外の場合では、
範囲内にある方が少ない温度比で発振する。さらに極端
にωτを大きく（例えば１０００以上）したり、極端に
小さく（０．００１以下）した場合には、有効な進行波
を得ることができない。また、定在波は進行波に比べて
極小となるωτ値がやや大きく（３〜４）、温度比Ｔｈ
／Ｔｃの極小値も高いことが判明した。この安定した定
在波及び進行波を発生せしめる条件は、図３に示したと
おりであって、本発明者等により初めて明らかにできた
ものである。図１の本発明のループ管気柱からなる音響
波動冷凍機に関する説明を再び行う。Here, the oscillation conditions of the stack 21 as the pressure vibration generating means will be described. The stack is made of a porous laminate or the like, which can be shown by an example in which fine fibers are braided into a wire mesh. The flow path radius of the parallel passage when the working gas flows is r (several hundreds to several tens μm), The frequency is ω, the stack high-side heat exchange temperature is Th, the stack low-side heat exchange temperature is Tc, the temperature diffusion coefficient is α, and the temperature relaxation time is τ (= r
2 / 2α), based on the experimental results, the conditions for the generation of vibration were set as the dimensionless quantity ωτ indicating the degree of heat exchange and the temperature ratio Th / Tc.
In summary, a curve for a traveling wave as shown in FIG. 3 is obtained. FIG. 2 is a schematic view of a pressure vibration generating means (stack) or a resonator used for observation of the standing wave or the like in FIG. When used as a resonator, a partition plate 19 is provided in the circuit 10 to constitute a pipe with both ends closed, and the resonator comprises a stack 21, a high-temperature heat source 22, and a low-temperature heat source 23.
And When used as a pressure vibration generating means, the circuit does not require a partition plate, as in the case of FIG. Regardless of the pressure vibration generating means or the resonator, gas is sealed in any case, and when the high-temperature side heat source and the low-temperature side heat source are respectively maintained at a predetermined temperature, if the specific conditions shown in FIG. 3 are satisfied, the stack is self-excited. Oscillation occurs. When oscillation occurs due to the stack, in the resonator, a standing wave with the position of the partition plate as a node of the wave is mainly generated, and the entire circuit length is, for example,
Vibrations of half wavelength, full wavelength, two wavelengths,... Are generated.
On the other hand, when there is no partition plate, a standing wave is generated first,
This seems to be amplified to promote the generation of traveling waves. FIG.
Also shows a stability curve showing the standing wave ωτ and the temperature ratio Th / Tc, which are the experimental results of the above-described resonator. As shown in FIG. 2, the observation of the standing wave and the traveling wave is performed by connecting a light source 43 and a Doppler velocimeter (LDV) using a micro laser beam to a part of a transparent glass tube. 41, and based on the result of measurement in units of 10 to 100 microseconds (μs) by further arranging a pressure gauge or the like in the circuit. As is clear from FIG. 3, the traveling wave oscillates at the lowest temperature ratio (low input) near ωτ = 1 to 2. Also, ωτ =
In the case of being in the range of 0.2 to 20 and the case of being out of the range,
Oscillation occurs at a smaller temperature ratio within the range. When ωτ is extremely increased (for example, 1000 or more) or extremely decreased (for example, 0.001 or less), an effective traveling wave cannot be obtained. Also, the standing wave has a slightly larger ωτ value (3 to 4) than the traveling wave, and the temperature ratio Th
The minimum value of / Tc was also found to be high. The conditions for generating the stable standing wave and traveling wave are as shown in FIG. 3 and have been clarified for the first time by the present inventors. The description of the acoustic wave refrigerator including the loop column air column of the present invention of FIG. 1 will be repeated.
【００２１】図面のような構成において、高温側熱交換
器２２を介してスタック２１の高温側に高温の熱が供給
されるとともに、スタック２１の低温側から低温側熱交
換器２３を介して熱の放出がなされるとき、スタックの
両端に所定の大きな温度差（Ｔｈ−Ｔｃ）が生じて、ス
タックの各通路壁に所定の温度勾配が生じる。そして、
これに起因して、スタック内部の狭い平行通路内に入っ
ている作業ガスが、作業ガスの圧力と配管１０の長さと
に応じた発振周波数で発振する。そして、スタック２１
では熱音響効果で熱が振動のエネルギーに変換され、定
在波及び進行波が生じる。この定在波及び進行波の圧力
変動により蓄冷器に優れた蓄冷効果をもたらす。言い換
えると、圧縮機等を用いることなく、作業ガスに冷凍サ
イクルに必要な圧力変動を生じさせることができ、コン
パクトな装置で、冷凍を行うことができる。In the configuration shown in the drawing, high-temperature heat is supplied to the high-temperature side of the stack 21 via the high-temperature side heat exchanger 22, and heat is supplied from the low-temperature side of the stack 21 via the low-temperature side heat exchanger 23. Is released, a predetermined large temperature difference (Th-Tc) is generated at both ends of the stack, and a predetermined temperature gradient is generated in each passage wall of the stack. And
Due to this, the working gas contained in the narrow parallel passage inside the stack oscillates at an oscillation frequency corresponding to the pressure of the working gas and the length of the pipe 10. And the stack 21
In the case, heat is converted into vibration energy by a thermoacoustic effect, and a standing wave and a traveling wave are generated. Due to the pressure fluctuation of the standing wave and the traveling wave, an excellent regenerative effect is provided to the regenerator. In other words, the pressure fluctuation required for the refrigeration cycle can be generated in the working gas without using a compressor or the like, and refrigeration can be performed with a compact device.
【００２２】ここで、本発明のループ管気柱音響波動冷
凍機の好ましい要件について補説する。本発明装置で
は、スタック２１を配設する所定領域が一方の直線管部
１１の軸線方向中央位置から外れた位置（片寄せ位置）
にあり、無端の管路１０をその長手方向両側に対称に区
分する対称中心の片側に位置させていることから、圧力
振動発生手段によって冷凍に強く寄与し得るような進行
波を発生させることができると推測される。このスタッ
クの好ましい位置は、図１の配管の場合、直線管１２と
連結管１３とにおいて、両者の連結部の中心位置（それ
ぞれの軸の交点）を始点とするとき回路全長（全長を
１．００とする）の約０．２８の位置に存在する。とこ
ろで、蓄冷器とスタックとの相対位置関係についても従
来技術では明らかにされていない。もっとも、従来技術
では自励的な発振が起きたことがなく、発振条件が不明
であることは当然である。図４に示したように、蓄冷器
とスタックとの相対間な最適位置を実験的に決めること
ができる。回路内に極めて小型の圧力センサ（測定器）
４２等を配し、作業ガスの圧力の変動を通して、進行波
の伝搬速度、蓄冷器とスタックとの距離（ある位置を起
点にＸｎ＝０とし、反時計廻りに進めて回路全長をＸｎ
＝１とする ）を変数として、回路における最適位置を
探求した。回路Ｘｎに沿った封入気体の圧力変動が、ス
タックの近傍に第１のピークがあり、更に回路全長の約
１／２ ( 回路全長の約０．５０) 進んだ位置に第２の
ピークがある図４の場合に、蓄冷器の中心がこの第２ピ
ークを過ぎた位置となるように蓄冷器を設けるとよい。
言い換えると、蓄冷器とスタックとの間隔は、０．５５
±０．１０程度となるように距離を措くとき、エネルギ
的に蓄冷効果が最大となる。この理由は、定在波による
熱のポンピングは圧力振幅の大きくなる方向に向かい、
進行波は進行波の進む方向と逆に成る。粘性損失は圧力
振幅が最大となる位置で最小となるので、両者の効果の
和が最大となる第２の圧力振幅のピークを少し過ぎたあ
たりに蓄冷器を配置するのが最適となるためである。Here, the preferred requirements of the loop-tube air column acoustic wave refrigerator of the present invention will be supplemented. In the apparatus of the present invention, the predetermined area in which the stack 21 is disposed deviates from the axial center position of one of the straight pipe portions 11 (the offset position).
Since the endless conduit 10 is located on one side of the center of symmetry which is symmetrically divided on both sides in the longitudinal direction, a traveling wave which can strongly contribute to refrigeration can be generated by the pressure vibration generating means. It is presumed that it can be done. In the case of the piping shown in FIG. 1, the preferred position of the stack is the total circuit length (where the total length is 1.... 00) at about 0.28. By the way, the relative position relationship between the regenerator and the stack has not been clarified in the prior art. However, in the prior art, self-excited oscillation has never occurred, and it is natural that the oscillation conditions are unknown. As shown in FIG. 4, the relative optimal position between the regenerator and the stack can be experimentally determined. Very small pressure sensor (measuring instrument) in the circuit
42, etc., and through the fluctuation of the pressure of the working gas, the traveling speed of the traveling wave, the distance between the regenerator and the stack (Xn = 0 from a certain position, and proceed counterclockwise to extend the total circuit length by Xn
= 1) was used as a variable to find the optimal position in the circuit. The pressure fluctuation of the charged gas along the circuit Xn has a first peak near the stack, and a second peak at a position advanced by about 1/2 of the entire circuit length (about 0.50 of the total circuit length). In the case of FIG. 4, it is preferable to provide the regenerator so that the center of the regenerator is located at a position past the second peak.
In other words, the interval between the regenerator and the stack is 0.55
When the distance is set so as to be about ± 0.10, the cold storage effect becomes maximum in terms of energy. The reason for this is that the pumping of heat by standing waves tends to increase the pressure amplitude,
The traveling wave has a direction opposite to the traveling direction of the traveling wave. Because the viscous loss is minimized at the position where the pressure amplitude is maximum, it is optimal to arrange the regenerator a little after the peak of the second pressure amplitude where the sum of the effects of both is maximum. is there.
【００２３】本発明では、圧縮機等を用いることなくヒ
ートポンプによる冷却作用をなすことができ、しかも、
配管を全体として立体的に構成することが可能であるこ
とは云うまでもなく、全体をコンパクトにしながら十分
な配管長さを確保することができ、回路が長い程、発生
する振動の周波数が低く、冷凍作用が高められる利点が
ある。According to the present invention, the cooling function of the heat pump can be performed without using a compressor or the like.
Needless to say, it is possible to form a three-dimensional pipe as a whole, and it is possible to secure a sufficient pipe length while making the whole compact, and the longer the circuit, the lower the frequency of generated vibration. There is an advantage that the refrigerating action is enhanced.
【００２４】[0024]
【実施例】図１に示した一実施形態と同様な構成の配管
について、配管１０の直線管部１１、１２の長さＬａを
１１９０ｍｍとし、配管の連結管部１３、１４の長さＬ
bを２７５ｍｍとしたものであって、配管の内径を４
１．５ｍｍ、及び配管の肉厚を０．５ｍｍとした。直線
管部１１、１２と連結管部１３、１４との間のコーナー
部の曲率半径Ｒを５０ｍｍとなるように接続した。ま
た、スタック２１の長さを４０ｍｍとし、スタックの径
寸法を４０ｍｍとしたものであって、その際に使用した
スタックのセルサイズは＃１５００（１５００個／i
n2）である。高温側熱交換器２２は直径１ｍｍのシース
ヒータであって、全長１０００ｍｍ、３０Ω（電気抵抗
値）のものであり、低温側熱交換器２３は長さ１０ｍｍ
の鋼板からなるフィンを２１枚収束して径３７ｍｍに構
成したものである。蓄冷器３１は、長さ８０ｍｍで、径
４０ｍｍのものであって、ステンレス鋼製のメッシュを
組み合わせて充填使用した。蓄冷器に接する熱交換器３
２・３３は高温・低温側共に、スタックの低温側熱交換
器と同様なフィン型で、ワイヤーカットで加工した長さ
軸方向１５ｍｍ、フィン厚さ１ｍｍ、間隙０．５ｍｍ、
内径３７．５ｍｍのものである。封入ガスは窒素、空気
等を使用したが、ヘリウムとアルゴンとの混合気体（
０．２５ＭＰａ）が冷却機の用途には最適であった。な
お、図１の定常的運転ではシースヒータに２００Ｗ以下
の電力を供し、蓄冷器の温度を室温（ ２８℃）からマ
イナス２４℃（２４９Ｋ）まで降下せしめることができ
た。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS For a pipe having the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. 1, the length La of the straight pipe sections 11 and 12 of the pipe 10 is 1190 mm, and the length L of the connecting pipe sections 13 and 14 of the pipe.
b is 275 mm, and the inner diameter of the pipe is 4
The thickness was 1.5 mm, and the thickness of the pipe was 0.5 mm. The connection between the straight pipe sections 11, 12 and the connecting pipe sections 13, 14 was made such that the radius of curvature R at the corners was 50 mm. The length of the stack 21 was 40 mm, and the diameter of the stack was 40 mm. The cell size of the stack used at that time was # 1500 (1500 cells / i).
n 2 ). The high-temperature side heat exchanger 22 is a sheath heater having a diameter of 1 mm and has a total length of 1000 mm and 30 Ω (electric resistance value). The low-temperature side heat exchanger 23 has a length of 10 mm.
21 fins made of a steel plate are converged to have a diameter of 37 mm. The regenerator 31 had a length of 80 mm and a diameter of 40 mm, and was used in combination with a stainless steel mesh. Heat exchanger 3 in contact with regenerator
2.33 is a fin type on both the high temperature and low temperature sides, which is the same as the low-temperature side heat exchanger of the stack. The length axis direction 15 mm processed by wire cutting, the fin thickness 1 mm, the gap 0.5 mm,
The inner diameter is 37.5 mm. Nitrogen, air, etc. were used as the filling gas, but a mixed gas of helium and argon (
0.25 MPa) was optimal for cooling applications. In the steady operation of FIG. 1, power of 200 W or less was supplied to the sheath heater, and the temperature of the regenerator could be lowered from room temperature (28 ° C.) to −24 ° C. (249 K).
【００２５】別に、図２の回路の薄い仕切板１９を挿入
した共鳴器について説明する。A description will now be given of a resonator in which the thin partition plate 19 of the circuit of FIG. 2 is inserted.
【００２６】作業ガスとして、封入圧力０．１ＭＰａの
空気を充填し、スタック両側の 熱交換器の低温側にお
ける冷却温度Ｔｃら２９０Ｋ（水冷）とし、高温側にお
ける加熱温度Ｔｈを３５０Ｋから約８８０Ｋまで変化さ
せて、熱エネルギーの供給・放出を行って、図３のスタ
ビリティー曲線を実験的に得ている。Ｔｃが臨界温度
（しきい値）を超えると、自励発振が起こることが観察
された。The working gas is filled with air at a filling pressure of 0.1 MPa, the cooling temperature Tc at the low temperature side of the heat exchangers on both sides of the stack is set to 290K (water cooling), and the heating temperature Th at the high temperature side is from 350K to about 880K. The stability curve of FIG. 3 is experimentally obtained by changing and supplying and releasing the heat energy. It has been observed that self-oscillation occurs when Tc exceeds the critical temperature (threshold).
【００２７】なお、 図２の回路は長さ４０ｍｍのスタ
ックを有し、内径２０．１ｍｍ、全周２．５８ｍ（但し
ガラス管部分４１は内径が１８．５ｍｍ）のものであ
る。発生した定在波の周波数は２６８Ｈｚであった。仕
切板を除いて図３に示した進行波に関するスタビリティ
曲線を得た。The circuit shown in FIG. 2 has a stack having a length of 40 mm, an inner diameter of 20.1 mm, and an entire circumference of 2.58 m (the inner diameter of the glass tube portion 41 is 18.5 mm). The frequency of the generated standing wave was 268 Hz. A stability curve for the traveling wave shown in FIG. 3 was obtained except for the partition plate.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明に係るループ管気柱音響波動冷凍
機は、配管、スタック及び蓄冷器を非対称的に配置する
と共に、封入ガスの流れを直線管の旋回によって、定在
波及び進行波を発生し易く設計しているので、本発明の
装置によれば、圧縮機等を用いることなく、作業ガスの
圧力変動を生じさせることができ、コンパクトで耐久性
に優れた音響波動冷凍機を提供することができる。さら
に、本発明に係るループ管気柱音響波動冷凍機は、圧力
振動発生手段によって冷凍に強く寄与する定在波及び進
行波を発生させているので、ヒートポンプによる効率の
良い蓄冷・冷凍と熱の放出とを行うことができる。ま
た、配管の径を部分的に太くすれば、或いは配管長を大
幅に拡大できれば、発振周波数を低くすることが可能と
なり、熱効率の良い波動冷凍機を得ることができる。According to the acoustic wave refrigerator of the present invention, the pipe, the stack, and the regenerator are arranged asymmetrically, and the flow of the sealed gas is changed by the rotation of the straight pipe to the standing wave and the traveling wave. Therefore, according to the apparatus of the present invention, it is possible to generate a fluctuation in the pressure of the working gas without using a compressor or the like, thereby providing a compact and durable acoustic wave refrigerator. Can be provided. Furthermore, the loop-tube air column acoustic wave refrigerator according to the present invention generates a standing wave and a traveling wave that greatly contribute to refrigeration by the pressure vibration generating means. Release. Also, if the diameter of the pipe is partially increased, or if the length of the pipe can be significantly increased, the oscillation frequency can be lowered, and a wave refrigerator with good thermal efficiency can be obtained.
【００２９】[0029]
【図１】 本発明の一実施例であって、スタックと蓄冷
器と配管で構成されたループ管気柱音響波動冷凍機の概
略図である。FIG. 1 is a schematic view of a loop pipe air column acoustic wave refrigerator including a stack, a regenerator, and piping according to an embodiment of the present invention.
【図２】 スタックにおいて発生する定在波を測定する
ための共鳴器の概略図である。閉止機能を持つ仕切板を
外すと、進行波も発生する。FIG. 2 is a schematic diagram of a resonator for measuring a standing wave generated in a stack. When the partition having the closing function is removed, a traveling wave is also generated.
【図３】 定在波（●）及び進行波（）におけるωτと
Ｔｈ／Ｔｃとの関係を示すスタビリティ曲線である。上
に凹の曲線の上側が発振領域であって、曲線の下方は発
振の起こらない領域である。FIG. 3 is a stability curve showing a relationship between ωτ and Th / Tc in a standing wave (●) and a traveling wave (). The upper side of the concave curve is the oscillation region, and the lower portion of the curve is the region where no oscillation occurs.
【図４】 進行波及び定材波の併存する場合における
回路位置と圧力変化挙動とを示す位置と圧力変動とのグ
ラフである。蓄冷器の最適位置 Ｒ は図中矢印（↓）で
示している。FIG. 4 is a graph showing a position and a pressure fluctuation showing a circuit position and a pressure change behavior when a traveling wave and a constant wave coexist. The optimum position R of the regenerator is indicated by an arrow (↓) in the figure.
１０ 配管（配管の回路） １１、１２ 直線管部 １３、１４ 連結管部 １５ 連結管の太径部分 １９ 仕切板 ２１ スタック ２２ 高温側熱交換器 ２３ 低温側熱交換器 ３１ 蓄冷器 ３２ 高温側熱交換器 ３３ 低温側熱交換器 ４１ ガラス管 ４２ 圧力測定器 ４３ 光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piping (piping circuit) 11, 12 Straight pipe part 13, 14 Connecting pipe part 15 Large diameter part of connecting pipe 19 Partition plate 21 Stack 22 High temperature side heat exchanger 23 Low temperature side heat exchanger 31 Cold storage 32 High temperature side heat Exchanger 33 Low temperature side heat exchanger 41 Glass tube 42 Pressure measuring device 43 Light source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−249525（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−68556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 9/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-249525 (JP, A) JP-A-10-68556 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F25B 9/00
Claims (8)
れたスタックと、 他の高温側熱源及び他の低温側熱源に挟まれた蓄冷器
と、 一対の直線管部及び該直線管部の両端を相互に連結する
一対の連結管部を有する配管と、により形成される回路
に気体を封入し、 前記スタックにおいて前記封入気体に定在波及び進行波
を自励的に発生させて前記蓄冷器を冷却せしめてなるル
ープ管気柱音響波動冷凍機。1. A stack sandwiched between one high-temperature side heat source and one low-temperature side heat source, a regenerator sandwiched between another high-temperature side heat source and another low-temperature side heat source, a pair of straight tube portions and the straight line A pipe having a pair of connecting pipe sections connecting both ends of the pipe section to each other, and filling a gas formed in a circuit formed by the stack, in the stack, generating a standing wave and a traveling wave in the sealed gas in a self-excited manner. A loop-tube air column acoustic wave refrigerator having the regenerator cooled by heating.
互に連結する一対の連結管部を有する配管において、該
連結管が直線部分を有する形状からなる請求項１に記載
のループ管気柱音響波動冷凍機。2. The loop according to claim 1, wherein in a pipe having a pair of straight pipe sections and a pair of connecting pipe sections interconnecting both ends of the straight pipe sections, the connecting pipe has a shape having a straight section. Tube air column acoustic wave refrigerator.
互に連結する一対の連結管部を有する配管において、ス
タックと蓄冷器との間の配管の一部が他の部分に較べて
その内径を大きくなしたことを特徴とする請求項１に記
載のループ管気柱音響波動冷凍機。3. A pipe having a pair of straight pipe sections and a pair of connecting pipe sections interconnecting both ends of the straight pipe section, a part of the pipe between the stack and the regenerator is compared with the other part. The loop-tube air column acoustic wave refrigerator according to claim 1, wherein the inner diameter of the loop is increased.
したときのそれぞれの中心軸の交点を回路の始点とし、
回路全長を1.00とするとき、スタックの中心が回路全長
の０．２８±０．０５ の位置となるように該スタック
を配することを特徴とする請求項１に記載のループ管気
柱音響波動冷凍機。4. An intersecting point of the respective central axes when one end of the straight tube portion and one end of the connecting tube portion are connected is set as a starting point of the circuit.
2. The acoustic wave of a loop-tube air column according to claim 1 , wherein the stack is arranged so that the center of the stack is at a position of 0.28 ± 0.05 of the total length of the circuit when the total circuit length is 1.00. refrigerator.
封入気体の圧力変動が、スタックの近傍に第１のピーク
があり、更に回路全長の約１／２ ( 回路全長の約０．
５０)進んだ位置に第２のピークがある場合に、蓄冷器
の中心が該第２ピークを過ぎた位置となるように該蓄冷
器を設けることを特徴とする請求項１に記載のループ管
気柱音響波動冷凍機。5. When the total circuit length is 1.00, the pressure fluctuation of the charged gas along the circuit has a first peak near the stack, and furthermore, about 1/2 of the total circuit length (about 0.
If there is a second peak at 50) advanced position, the loop of claim 1 in which the center of 蓄 chiller is characterized by providing a cold accumulation device so that the position past the second peak Tube air column acoustic wave refrigerator.
アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合物、又は加圧空
気から選ばれた気体である請求項１乃至５のいずれかで
あるループ管気柱音響波動冷凍機。6. The gas sealed in the circuit is nitrogen, helium,
The loop tube air column acoustic wave refrigerator according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas is a gas selected from argon, a mixture of helium and argon, or pressurized air.
属、金網、金属製不織布の少なくとも１種からなり、そ
のωτが０．２〜２０の範囲と成るように構成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載のループ管気柱音響波動
冷凍機。The material of claim 7 stack is ceramics, sintered metal, metal mesh, from at least one metal nonwoven fabric, the ωτ is characterized in that it is configured in such a way that the range of 0.2 to 20 claims Item 2. A loop tube air column acoustic wave refrigerator according to Item 1 .
ルギーを、回路に封入された気体の圧力振動に変換する
スタックによって、自励的に、前記回路の回路長に応じ
た周波数からなる定在波及び進行波を含む圧力振動（共
鳴）を発生せしめ得る定在波及び進行波発生装置を、要
すれば蓄冷器と共に、備えてなる請求項１乃至７の何れ
にか記載のループ管気柱音響波動冷凍機。8. A stack for converting thermal energy based on a high-temperature side heat source and a low-temperature side heat source into a pressure oscillation of a gas sealed in a circuit, which is self-excited and has a frequency corresponding to the circuit length of the circuit. the pressure oscillation (resonance) standing wave and a traveling wave generating device may by which the containing standing wave and the traveling wave, the regenerator if desired, any of claims 1 to 7 comprising comprising
A loop tube air column acoustic wave refrigerator according to any one of the claims.
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