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JP6179341B2 - 熱音響昇温機 - Google Patents

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Description

本発明は、熱音響昇温機に係り、特に、管路内で発生するストリーミングを有効に利用できる熱音響昇温機に関するものである。
従来の熱音響機関は、図３に示すシングルループ型や図４に示すダブルループ型など種々のものが提案されている（特許文献１〜３）。
図３に示すシングルループ型の熱音響機関３０は、ループ管路３１に原動機３２と昇温機３３を設けて構成される。原動機３２は、高温側熱交換器３４と低温側熱交換器３５とをスタック３６で連結して構成され、昇温機３３は、同様に高温側熱交換器３７と低温側熱交換器３８をスタック３９で連結して構成される。
図４に示すダブルループ型の熱音響機関４０は、二つのループ管路４１、４２を共鳴管としての枝管路４３で連結し、一方のループ管路４１に原動機３２を、他方のループ管路４２に昇温機３３を設けて構成される。原動機３２と昇温機３３は、図３で説明したように高温側熱交換器３４、３７と低温側熱交換器３５、３８とを各々スタック３６、３９で連結して構成される。
この図３、図４の熱音響機関３０、４０では、原動機３２に廃熱を供給して、高温側熱交換器３４と低温側熱交換器３５での温度を所望の温度差に保持することで、スタック３６を通して、低温側熱交換器３５から高温側熱交換器３４に音波が発生し、この音波が、ループ管路３１、又はループ管路４１、４２及び枝管路４３を通して他方の昇温機３３に伝播され、昇温機３３の低温側熱交換器３８を所望の温度に保持することで、高温側熱交換器３７を熱源とすることができる。
また、昇温機を冷凍機として用いる場合には、高温側熱交換器を所望の温度に保持することで、低温側熱交換器を冷熱源として用いることができ、さらに管路にリニア発電機を接続することで、電気エネルギを得ることもできる。
特開２００５−２７４０９９号公報 特開２０１１−２３１９４１号公報 特開２０１１−１２７８７０号公報 特開２０１３−０５００８７号公報
ところで、熱音響機関では、管路内で流体の全体的な流れによるストリーミングと呼ばれる質量流が発生する。
従来の熱音響機関では原動機の効率向上のため、ストリーミングが極力発生しないようにしている。ストリーミングは、装置内部の出力が出すぎた場合に発生するため、その発生を抑えるには出力を抑えるように設計するか、出力に対応するように設計することで、ある程度は抑えることができる。しかし、これらは装置が大きくなる問題がある。
また、ストリーミングを抑制すためにゴム膜などの部材を管路に設置（特許文献４）して、ストリーミングを遮断しているが、ゴム膜は可動部材であり耐久性に問題があると共に音波の伝播も阻害する問題がある。
このストリーミングは、熱音響冷凍機や発電を行う場合には、原動機側の熱が冷凍機側に輸送され、効率低下を引き起こすためできる限り発生させないようにするが、昇温機として用いる場合には、原動機側の熱を昇温機に輸送したほうがより昇温することができ、昇温の場合には意図的に発生させたほうが望ましい。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ストリーミングを有効に利用できる熱音響昇温機を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、ループを形成する管路の一方に原動機を設け、その管路の他方に昇温機を設けた熱音響昇温機において、前記原動機側の管路と前記昇温機側の管路を近接させると共にその昇温機の低温側熱交換器を原動機側の管路に一体又は接触させて設けたことを特徴とする熱音響昇温機である。
ループを形成する管路が、二つのループ管路を枝管路で接続したダブルループからなり、その一方のループ管路に前記原動機が、他方のループ管路に昇温機が設けられ、前記枝管路の途中が折り返されて形成されると共に前記昇温機側のループ管路が原動機側の枝管路と近接され、かつ前記昇温機の低温側熱交換器が前記原動機側の枝管路に一体又は接触させて設けられるようにしてもよい。
一方に原動機と他方に昇温機が設けられたシングルループの管路の途中をループ状に折り返して前記原動機側の管路と前記昇温機側の管路を近接させ、昇温機の低温側熱交換器が、原動機側の管路に一体又は接触させて設けられるようにしてもよい。
本発明は、不要とされていたストリーミングによる熱を利用できるという優れた効果を発揮する。
本発明の一実施の形態を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は図１（ａ）に丸で囲んだＤ部の詳細図である。 本発明の他の実施の形態を示す図である。 従来のシングルループ型の熱音響昇温機を示す図である。 従来のダブルループ型の熱音響昇温機を示す図である。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１はループ状の管路をダブルループ型にした本発明の熱音響昇温機１０を示したものである。ループ状の管路は、二つのループ管路１１、１２を共鳴管としての枝管路１３で連結して形成される。熱音響昇温機１０は、一方ループ管路１１に原動機２２が、他方のループ管路１２に昇温機２３が設けられて構成される。
原動機２２は、高温側熱交換器２４と低温側熱交換器２５とをスタック２６で連結して構成される。昇温機２３は、同様に高温側熱交換器２７と低温側熱交換器２８をスタック２９で連結して構成される。
枝管路１３は、その途中で折り返されて原動機２２側の枝管路１３ａと昇温機２３側の枝管路１３ｂとが近接される。原動機２２側の枝管路１３ａは昇温機２３側の枝管路１３ｂより長くなるように枝管路１３の折り返し部１３ｃが形成され、昇温機２３が設けられたループ管路１２が原動機２２側の枝管路１３ａに近接するように形成される。
本実施の形態においては、昇温機２３の低温側熱交換器２８が原動機２２側の枝管路１３ａに一体又は接触させて設けて構成される。
次に、本実施の形態の作用を説明する。
先ず、一方のループ管路１１に設けた原動機２２の高温側熱交換器２４に、エンジン等からの排ガスを作動流体として流し、低温側熱交換器２５には高温側熱交換器２４に対して温度差が１００℃程度の温度差となるようにすることで、低温側熱交換器２５からスタック２６、高温側熱交換器２４を通して音波が発生し、この音波が枝管路１３を通して他方のループ管路１２に伝播される。
昇温機２３では、低温側熱交換器２８の温度を所望の温度とすることで、高温側熱交換器２７では、低温側熱交換器２８の温度よりも１００℃以上高い温度が得られる。この高温側熱交換器２７に流した作動流体で、他の機器、例えば、エンジン排ガス系に接続したＳＣＲ装置（選択還元触媒装置）やＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）の加熱源として利用することができる。
この際、原動機２２ではストリーミングが発生するが、昇温機２３の低温側熱交換器２８は、原動機２２側の枝管路１３ａに一体又は接触して設けられるため、そのストリーミングによる熱を低温側熱交換器２８で受けることができ、その下流側の枝管路１３ａに流れるストリーミングを抑えることができると共に、ストリーミングで生じた熱を高温側熱交換器２７に回収することができる。
このように本実施の形態では、ストリーミングで発生する熱を利用できるため、原動機２２の容量を小さくすることが可能となる。
次に、図２により本発明の他の実施の形態を説明する。
図２は、ループ状の管路をシングルループ型にした本発明の熱音響昇温機２０を示したものである。
この熱音響昇温機２０のループ管路は、シングルループの管路２１の途中をループ状に折り返して形成され、その各管路２１ａ、２１ｂに原動機２２と昇温機２３が設けられて熱音響昇温機２０が構成される。
本実施の形態においては、原動機２２が設けられた管路２１ａと昇温機２３が設けられた管路２１ｂを形成する際に、原動機２２側の管路２１ａと昇温機２３側の管路２１ｂを近接させ、昇温機２３の低温側熱交換器２８を、原動機２２側の管路２１ａに一体又は接触させて設けるようにしたものである。
この実施の形態においても、原動機２２の高温側熱交換器２４に、エンジン等からの排ガスを作動流体として流し、低温側熱交換器２５には高温側熱交換器２４に対して温度差が１００℃程度の温度差となるようにすることで、低温側熱交換器２５からスタック２６、高温側熱交換器２４を通して音波が発生し、この音波が原動機２２側の管路２１ａを通して昇温機２３側の管路２１ｂに伝播し、昇温機２３の高温側熱交換器２７が熱源として利用することができる。
この際、原動機２２ではストリーミングが発生するが、昇温機２３の低温側熱交換器２８は、原動機２２側の管路２１ａに一体又は接触して設けられるため、そのストリーミングによる熱を低温側熱交換器２８を受けることができ、その下流側の管路２１ａに流れるストリーミングを抑えることができると共に、ストリーミングで生じた熱を高温側熱交換器２７に回収することができる。
１０ 熱音響昇温機
１１ １２ ループ管路
１３ 枝管路
２２ 原動機
２３ 昇温機

Claims (3)

  1. ループを形成する管路の一方に原動機を設け、その管路の他方に昇温機を設けた熱音響昇温機において、前記原動機側の管路と前記昇温機側の管路を近接させると共にその昇温機の低温側熱交換器を原動機側の管路に一体又は接触させて設けたことを特徴とする熱音響昇温機。
  2. ループを形成する管路が、二つのループ管路を枝管路で接続したダブルループからなり、その一方のループ管路に前記原動機が、他方のループ管路に昇温機が設けられ、前記枝管路の途中が折り返されて形成されると共に前記昇温機側のループ管路が原動機側の枝管路と近接され、かつ前記昇温機の低温側熱交換器が前記原動機側の枝管路に一体又は接触させて設けられる請求項１記載の熱音響昇温機。
  3. 一方に原動機と他方に昇温機が設けられたシングルループの管路の途中をループ状に折り返して前記原動機側の管路と前記昇温機側の管路を近接させ、昇温機の低温側熱交換器が、原動機側の管路に一体又は接触させて設けられる請求項１記載の熱音響昇温機。
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