(57)【要約】本発明は、高温用熱交換器と低温用熱交換器とが接合されたスタックと冷却用熱交換器と冷却出力用熱交換器とが接合されたスタックのそれぞれの両端が相互に連結して形成されるループ管と該ループ管の外側或いは／及び内側に音波発生装置を少なくとも一つ以上設けて形成される管路に作動流体を封入し、該作動流体に定在波及び進行波を発生させて冷却することを特徴とする冷却装置であり、本冷却装置により、主に定在波及び進行波が発生する開始時間が著しく短縮しかつ安定し制御できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温用熱交換器と低温用熱交換器とが接合されたスタックと、冷却用熱交換器と冷却出力用熱交換器とが接合されたスタックと、前記二つのスタックの両端が相互に連結して形成されるループ管と、前記ループ管の外側或いは／及び内側に設置される音波発生装置を具備し、
管路を形成し、前記管路に作動流体が封入されており、前記作動流体に定在波及び進行波を発生させて冷却する冷却装置。
【請求項２】
前記音波発生装置が前記ループ管の一部或いは全部を構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の冷却装置。
【請求項３】
前記音波発生装置が圧電膜にて成ることを特徴とする請求の範囲第１項または請求の範囲第２項いずれか記載の冷却装置。
【請求項４】
前記音波発生装置が前記ループ管内部の圧力と圧力差を有する作動流体を弁或いはバルブにより該ループ管と連通されるよう設けられた容器を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の冷却装置。
【請求項５】
前記二つのスタックの一方或いは両方に振動発生装置を有することを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項いずれか記載の冷却装置。
【請求項６】
前記振動発生装置が圧電素子から成ることを特徴とする請求の範囲第５項記載の冷却装置。
【請求項７】
前記二つのスタックの一方或いは両方が圧電素子から成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第６項いずれか記載の冷却装置。
【請求項８】
前記二つのスタックの一方或いは両方が流路断面積の異なる流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項いずれか記載の冷却装置。
【請求項９】
前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの中心に近い流路断面積が小さい流路でかつ該スタックの外周に向けて流路断面積が大きい流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器が流路断面積の異なる流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器がスタックの中心に近い流路断面積が小さい流路でかつ該スタックの外周に向けて流路断面積が大きい流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの流路長が異なる流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第９項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの流路長が中心に近い流路長が長い流路でかつ該スタックの外周に向けて流路長が短い流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第９項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器がスタックの流路長が異なる流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第９項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器がスタックの流路長が中心に近い流路長が長い流路でかつ該スタックの外周に向けて流路長が短い流路で構成されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第９項いずれか記載の冷却装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１項から請求の範囲第１５項記載いずれかの冷却装置の冷却出力用熱交換器と、請求の範囲第１項から請求の範囲第１５項記載いずれかの別の冷却装置の冷却用熱交換器とを結合し、該結合を複数結合して構成されることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、熱音響効果を利用した冷却装置に関するものである。
【背景技術】  熱音響効果を利用した冷却装置は、圧縮機などを用いる冷却装置に比べて可動部分が少ないため、信頼性が高いなどの利点に着目されている。また、最近は廃熱利用が可能で、かつフロンガスを用いない冷却装置として環境面からも注目されている。
第一の従来技術として、作動流体に不活性ガスが封入されたチューブと、チューブの一端に配されたスピーカと、このチューブの端部近傍に設けられたスタックで構成された熱音響冷凍機がある（例えば、「スティーブン・ギャレット（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｌ  Ｇａｒｒｅｔｔ）、他１名著「熱音響冷凍」．冷凍．平成５年６月号．第６４巻．第７８８号」参照）。この熱音響冷凍機は、スピーカがチューブ内で定在波を起こす周波数で振動すると、前記作動流体はスタックを形成するプレート間に沿って前後に振動し、定在音波に伴う圧力が変化し断熱圧縮及び断熱膨張が生じることとなり、その結果冷却される。しかしながら、スタック内で定在波が効率よく熱に変換して熱交換させることが容易ではなかったことが課題であった。
第二の従来技術として、ループ管内の一つのスタックで自励発振により定在波及び進行波を発生せしめ、もう一方のスタックで冷却効果を得るという、２個のスタックを有する熱音響冷凍機がある（例えば、「特許第３０１５７８６号公報」参照）。この自励発振による熱音響冷凍機は、約２０年近くを経て成功したと記載されている（例えば、「スティーブン・ギャレット（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｌ  Ｇａｒｒｅｔｔ）、他１名著「音の力（Ｔｈｅ  Ｐｏｗｅｒ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ）」．（米国）．アメリカン・サイエンティスト（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ）．２０００年．８８巻．ｐ．５２３．図８．」参照）。これからも伺えるように、熱音響効果を利用した冷凍機は、自励的に定在波及び進行波を発生させることが容易でないばかりか、発生開始までの時間を要することが大きな欠点であった。その理由は、装置を構成するループ管に２個の熱交換器に挟まれたスタック２個が該ループ管の所定の位置に厳密に配置されることや同時にループ管の形状などが所定の条件を満たさなければ自励発振しないからであり、かつスタック内で定在波及び進行波が効率よく熱に熱交換されないからだと考えられてきた。すなわち、自励発振条件を見出し、その条件を満たす発振可能な装置を創作することが最大の課題であった。また、発振周波数をできるだけ低くして熱音響効果の効率及び／或いは出力を上げるためには、冷凍機のループ管長を長くしなければならかったため、装置が大きくなるということが課題であった。以上のように、自励的に定在波及び進行波を発生させることが容易でないばかりか、発生開始までの時間を要すること及び装置が大きくなるという両課題は産業利用上大いに発展を阻害し、実用的に提供され普及することを阻んできた。
【発明の開示】
上述のような欠点を解決するために、自励発振を容易に発生せしめて冷却を開始するまでの時間を短縮し、効率を向上し、小型化を図ることが可能な冷却装置を提供することを目的とする。
本願の第１の発明は、高温用熱交換器と低温用熱交換器とが接合されたスタックと冷却用熱交換器と冷却出力用熱交換器とが接合されたスタックのそれぞれの両端が相互に連結して形成されるループ管と該ループ管の外側或いは／及び内側に音波発生装置を少なくとも一つ以上設けて形成される管路に作動流体を封入し、該作動流体に定在波及び進行波を発生させて冷却することを特徴とする冷却装置である。第１の発明は、主に定在波及び進行波が発生する開始時間を著しく短縮し、かつ安定した制御ができる。
第２の発明は、前記音波発生装置が前記ループ管の一部或いは全部を構成されて成ることを特徴とする前記記載の冷却装置である。
第３の発明は、前記音波発生装置が圧電膜にて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。第２及び第３の発明は、主に前記冷却装置を簡便に実現でき小型化を図ることができる。
第４の発明は、前記音波発生装置が前記ループ管内部の圧力と圧力差を有する作動流体を弁或いはバルブにより該ループ管と連通されるよう設けられた容器を有することを特徴とする前記記載の冷却装置である。
第５の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方に振動発生装置を有することを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第６の発明は、定在波及び進行波が発生する開始時間を著しく短縮し、かつ安定した制御ができるばかりでなく、スタックに接合する熱交換器の効率が向上し、冷却出力を増大させることができる。
第７の発明は、前記振動発生装置が圧電素子から成ることを特徴とする前記記載の冷却装置である。第７の発明は、効率の良い冷却装置を簡便に実現できる。
第８の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方が圧電素子から成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。第８の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方が流路断面積の異なる流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第９の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの中心に近い流路断面積が小さい流路でかつ該スタックの外周に向けて流路断面積が大きい流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第１０の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器が流路断面積の異なる流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。つまり、上記は、以下の３パターンの構成が流路断面積の異なる流路で構成されて成ることを特徴とする。第一は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器が流路断面積の異なる流路で構成されている。第二は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器が流路断面積の異なる流路で構成されている。第三は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器と前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器が流路断面積の異なる流路で構成されている。
第１１の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの流路長が異なる流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第１２の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方がスタックの流路長が中心に近い流路長が長い流路でかつ該スタックの外周に向けて流路長が短い流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第１３の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器がスタックの流路長が異なる流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第１４の発明は、前記二つのスタックの一方或いは両方、及び前記高温用熱交換器と前記低温用熱交換器または／および前記冷却用熱交換器と前記冷却出力用熱交換器がスタックの流路長が中心に近い流路長が長い流路でかつ該スタックの外周に向けて流路長が短い流路で構成されて成ることを特徴とする前記いずれか記載の冷却装置である。
第７から第１４までの発明は、スタックに接合された熱効果器の効率を向上し、冷却効率を向上し、装置の小型化を図ることができる。
第１５の発明は、前記いずれか記載の冷却装置の冷却出力用熱交換器と、前記いずれか記載の別の冷却装置の冷却用熱交換器とを結合し、該結合を複数結合して構成されることを特徴とする冷却装置である。第１５の発明は、冷却容量を向上し、より低い温度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明に係わる冷却装置の一実施形態を示す断面概略図である。
図２は、本発明に係わる冷却装置の別の一実施形態を示す断面概略図である。
図３は、本発明に係わる冷却装置のさらに別の一実施形態を示す断面概略図である。
図４は、本発明に係わる振動発生装置を有するスタックの冷却装置のさらにまた別の一実施形態を示す断面概略図である。
図５は、本発明に係わるスタックの一実施形態を示す細管径の断面概略図である。
図６は、本発明に係わるスタックの一実施形態を示す細管長の断面概略図である。
図７は、本発明に係わるスタック及び熱交換器の一実施形態を示す細管長の断面概略図である。
図８は、本発明に係わる多段式冷却装置の一実施形態を示す断面概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明にについて図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる冷却及び冷凍装置の一実施形態を示す断面概略図である。図１において、高温用熱交換器３と低温用熱交換器４に接合されたスタック１と冷却用熱交換器５と冷却出力用熱交換器６に接合されたスタック２が、ループ管７及び８で相互に連結され、かつ該ループ管７の内側に１個の音波発生装置が設けられて管路が形成され、該管路には所定の作動流体が封入されている。スタック１及び２はループ管７及び８で形成される装置の中心に対しほぼ対称位置に設置され、かつスタック１及び２間の距離がほぼ同距離に設置されていれば良く、さらにスタック１及び２の位置がループ管直線部の端部近くに設置されていれば更に好ましいが、スタック１及び２の位置について本発明は従来技術のように厳密に拘束されることは無い。
図１において、本発明に係わる熱音響効果に基づく冷却効果について説明する。スタック１において高温用熱交換器３の高温部及び低温用熱交換器４の低温部によって急激な温度勾配が形成されると、急激な温度勾配の形成により作動流体が揺らぐ。次に、作動流体が大きく振動してループ管内を周回し、伝播することによってループ管内で共鳴が発生する。すなわち、ループ管内に定在波及び進行波が発生する。同時に音波発生装置９により所定の周波数の音波を強制発生すると、ループ管内に定在波及び進行波の発生する開始時間が著しく短縮され、かつ安定する。
音波発生装置９は自励発振を助長し、定在波及び進行波の発生する開始時間を著しく短縮し、かつ安定した制御ができる。後に説明するが、本発明では振動発生装置を設けることよっても同様の効果がある。発生した定在波及び進行波は、スタック１の高温用熱交換器３からスタック２の低音用熱交換器５の方向に進行する。該定在波及び進行波は、スタック２で定在波及び進行波に伴う圧力及び体積などが変化して膨張過程によって吸熱し、冷却出力用熱交換器６から冷却用熱交換器５へポンプ効果によって熱が汲み上げられ、その結果、冷却出力用熱交換器６が冷却されて冷却出力が得られる。従来から該冷却出力を大きく得るために、定在波及び進行波の周波数を小さくすることが求められてきたが、周波数を小さくすることによって音波発生の開始時間を長く要した。
また、音波発生開始時間を短縮するために定在波及び進行波の周波数を小さくすると、その結果、十分な冷却出力が得られなかった。本発明は周波数を必要以上に小さくすることも無く、定在波及び進行波が発生する開始時間を著しく短縮し、かつ安定した制御ができ、所望する冷却出力が得られて効率向上を図ることができる。
本発明に係わる音波発生装置９は、図１ではスピーカ１個をループ管の内側に設けた好ましい実施例であるが、ループ管の内側に設けてもまた外側に或いは両側に設けても良く、発生する定在波及び進行波の１／２波長、１／４波長ごとに所定の位置に複数個設けるとより好ましい。発生する定在波及び進行波の共鳴を助長し、発生する開始時間が短縮され、かつ安定させて発生させるように所定の位置に設ければよい。
音波発生装置９は、図２では圧電膜１０を用いた本発明に係わる実施例であり、図３では作動流体を入れた容器１２を形成した本発明に係わる実施例である。フレキシブルで強度を有する例えばポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤ）の圧電膜１０は音波発生装置であると同時に、ループ管の一部または全部を形成することが可能である。一方、作動流体容器１２に入れられた作動流体は弁またはバルブ１１で開閉することによりループ管と連通し、その際に発生する作動流体のｐｖρ変化（ｐは圧力、ｖは体積、ρは密度）が音波発生を助長するものである。該音波発生装置は作動流体に作用して定在波及び進行波の発生を助長するものであれば、この他に例えば共振器など広く用いられているものが利用でき、また併用して設置することも可能である。
図４では、スタック１及び２に振動発生装置１３が設けられた本発明に係わる実施例である。該振動発生装置１３はスタック１及び２に振動を与えることによって作動流体に作用し、定在波及び進行波の発生を助長する。該振動発生装置は、場合によってはスタックの一方のみに設置しても効果が得られる。また、該振動発生装置は具体的に圧電素子を用いることにより簡便に実現できる。さらにまた、スタックそのものが圧電素子から成る該振動発生装置は一層好ましい。前記振動発生装置は、スタックを振動することにより作動流体に作用して定在波及び進行波の発生を助長するものであり、スタックを振動させることが最も効果的であった。しかしながら、前記振動発生装置を本発明の熱音響冷却装置のどの位置或いはどの部分に設けるかは拘束されるものではない。
本発明に係わるスタック１はループ管内に定在波及び進行波を発生させ、スタック２は逆に定在波及び進行波が熱を汲み上げるという本発明の重要な機能を果たす。本発明は、スタック１及び２の流路断面積を異なる断面積で構成することによってスタック１では自励発振が、またスタック２では熱交換効率が向上することを見出した。また、同様に、スタック１及び２だけではなく、各熱交換器（高温用熱交換器３、低温用熱交換器４、冷却用熱交換器５、冷却出力用熱交換器６）の流路断面積を異なる断面積で構成することによって高温用熱交換器３、低温用熱交換器４では自励発振が、また冷却用熱交換器５、冷却出力用熱交換器６では熱交換効率が向上する。図５に示されるスタック１及び２、またはスタック１及び２及び各熱交換器（３，４，５，６）の流路断面積は中心部近傍の流路断面積が小さく外周部に向けて流路断面積が大きく設計された、好ましいスタック１及び２、またはスタック１及び２及び各熱交換器（３、４、５、６）の本発明に係わる実施例であり、図５はループ管軸と直交する断面概略図である。なお、上記とは逆に、スタック１及び２、またはスタック１及び２及び各熱交換器（３，４，５，６）の流路断面積は中心部近傍の流路断面積が大きく外周部に向けて流路断面積を小さくしても良い。
さらに、スタック１及び２は異なる流路長で構成することによっても、スタック１では自励発振が向上し、また、スタック２では熱交換効率が向上することを見出した。図６に示されるスタック１及び２は中心部近傍の流路長が長く外周に向けて流路長が短く設計された、好ましいスタック１及び２の実施例であり、図６はループ管軸に平行な断面概略図である。前記流路断面積と流路長の両方を設計に取り入れたスタック１及び２はより好ましい。スタック１及び２の流路断面積の大きさとその面内分布及び流路長の長さとその形状・分布は作動流体の種類やその物理的性質とスタックの材料や材質と相互に関連し、それらに基づいて設計されるものである。スタック１、２の自励発振や熱交換効率を向上することにより、冷却を開始するまでの時間を短縮し、小型化を図ることが可能となった。上記スタック１及び２を形成する材料はセラミクス、金属、金網などやそれらの多孔体、積層体などを広く用いることが出来る。なお、図６に示される上記のスタック１及び２とは逆に、スタックの中心部近傍の流路長が短く、外周に向けて流路長が長くなっていても良い。
また、スタック１及び２だけではなく、熱交換器３、４、５及び６を異なる流路長で構成することによっても、スタック１、熱交換器３、４では自励発振がまたスタック２、熱交換器５、６では熱交換効率が向上することを見出した。図７に示されるスタック１、２及び熱交換器３、４、５、６は中心部近傍の流路長が長く外周に向けて流路長が短く設計された、好ましいスタック及び熱交換器の実施例であり、図７はループ管軸に平行な断面概略図である。前記流路断面積と流路長の両方を設計に取り入れたスタック１、２及び熱交換器３、４、５、６はより好ましい。スタック１、２及び熱交換器３、４、５、６の流路断面積の大きさとその面内分布及び流路長の長さとその形状・分布は作動流体の種類やその物理的性質とスタックの材料や材質と相互に関連し、それらに基づいて設計されるものである。スタック１、２及び熱交換器３、４、５、６の自励発振や熱交換効率を向上することにより、冷却を開始するまでの時間を短縮し、小型化を図ることが可能となった。上記スタック１及び２を形成する材料はセラミクス、金属、金網などやそれらの多孔体、積層体などを広く用いることが出来る。また、熱交換器の材料としては、銅やニッケルなどの熱伝導率の良い材料が好適である。なお、上記とは逆に、スタック１、２及び熱交換器３、４、５、６は中心部近傍の流路長が短く、外周に向けて流路長が長くなっていても良い。
また、本発明に関わる振動発生装置１３を設けたスタック（図４）は、振動を与えることによって作動流体に作用し定在波及び進行波の発生を助長することを前に説明したが、同時に該スタックは定在波及び進行波を熱に変換して熱交換効率をも向上する。前記図５及び図６に示す好ましい本発明に係わるスタックに該振動発生装置を設けるとより一層の熱交換効率が向上する。また、スタックそのものが圧電素子から成る該振動発生装置は熱交換効率を向上させると同時に、装置の小型を可能とする。
図８は、本発明に係わる多段式熱音響冷却装置の一実施形態を示す断面概略図である。本発明に係わる多段式熱音響冷却装置は、上述の熱音響冷却装置の冷却出力用熱交換器６と、上述の別の熱音響冷却装置の冷却用熱交換器４４とを結合し、該結合を複数結合して構成されることを特徴とする。従って、最終的に得られる冷却出力は図７の実施例の場合では冷却出力用熱交換器６６６より得られ、達成される冷却温度は冷却出力用熱交換器６で得られる温度より冷却出力用熱交換器６６で得られる温度の方が低く、更にまた冷却出力用熱交換器６６６で得られる温度の方が更に低い。また、結合される冷却装置は全く同じ装置で構成されても良いし、本発明に示される異なる冷却装置で構成されても構わない。
前記記載の高温用熱交換器３はヒーターによって或いは廃熱を利用した熱水などを通して高温部が形成される。廃熱利用の場合は環境面から好ましいばかりでなく、本発明に係わる熱音響冷却装置の場合、平常時はスタック１で自励的に発生する低出力の冷却及び冷凍出力で運転し、必要時に音波発生装置を稼動することにより瞬時に高出力の冷却出力が得られるという利点がある。低温用熱交換器４は通常常温水道水などを通して低温部が形成される。また、スタック２の冷却用熱交換器５は低温用熱交換器４と連結して、或いは低温用熱交換器４と同種の媒体を用いて独立に、冷却される。冷却出力用熱交換器６は冷却され、媒体により冷却及び冷凍部に運ばれ、目的を実現する。これらに用いる熱交換器３、４、５及び６は、銅、ステンレスなど、またメッシュ状、球状、板状など材質および形状は当該分野で使用されるもので特に限定されるものではない。また、媒体は水、オイル、グリコール、ブラインなど当該分野で使用されるもので特に限定されるものではない。
前記記載の作動流体は窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンの混合物などの不活性ガスが使用でき、また空気も使用できる。一般にはプランドル数が小さい作動流体がより有効であるとされている。また作動流体は常圧でも良いが、０．１〜１ＭＰａが好ましいが、特に限定されるものではない。
以下、本発明を、実施例を用いて更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】  図１に示した冷却装置の実施形態について具体的に説明する。ループ管７、８は、内径を４５ｍｍ、肉厚３ｍｍの銅配管を使用して直線部の長部を９５０ｍｍ、短部を４５０ｍｍとし、長部と短部の銅配管は曲率半径５０ｍｍとなるよう銅エルボで溶接して形成した。二つのスタック１及び２は、直径４５ｍｍ、長さ５０ｍｍのセラミクスを使用して、＃１２００（１２００個／平方インチ）の細管を形成した。高温用熱交換器３は直径１．６ｍｍ、長さ１０００ｍｍで３０Ωのシーズヒーターにより３６０Ｗの電力を供し高温部を形成、低温用熱交換器４及び冷却用熱交換器５は２０メッシュの銅製網を１５℃の循環水流量０．６ｌ／分にて冷却して低温部を形成した。スタック１は熱交換器３及び４と、またスタック２は熱交換器３及び４と接合し、それぞれがループ管路内で等距離になるよう設置した。また、該管路内にスピーカ８を１個設置し、該管路には作動流体として０．１ＭＰａの空気とＨｅの混合物を封入した。熱交換器３に電力を供給して高温部が４００℃程度に達した時、スピーカを１００Ｈｚで発振すると約１秒後に定在波及び進行波が発生することが確認された。その結果、熱交換器６では室温２４℃から７℃まで冷却することできた。
【産業上の利用可能性】  本発明にかかる冷却装置は、冷却を開始するまでの時間を短縮し、また効率を向上する、熱音響効果を利用した冷却装置として有用である。
図面の参照符号の一覧表
１、２  スタック
３、３３、３３３  高温用熱交換器
４、４４、４４４  低温用熱交換器
５、５５、５５５  冷却用熱交換器
６、６６、６６６  冷却出力用熱交換器
７、８  ループ管
９  音波発生装置
１０  圧電膜
１１  弁またはバルブ
１２  作動流体容器
１３  振動発生装置
【図１】
2004085934.tif 000003
【図２】
2004085934.tif 000004
【図３】
2004085934.tif 000005
【図４】
2004085934.tif 000006
【図５】
2004085934.tif 000007
【図６】
2004085934.tif 000008
【図７】
2004085934.tif 000009
【図８】
2004085934.tif 000010
【国際調査報告】
2004085934.tif 000011
2004085934.tif 000012
2004085934.tif 000013
2004085934.tif 000014