(57)【要約】【課題】冷凍機内部、水又は冷水が凍結せず、所望温度の冷水を安定して供給できる熱音響機関冷水製造装置、及びその熱音響機関冷水製造装置を搭載した熱音響機関冷水製造装置付き船舶を提供すること。【解決手段】作動ガスを封入した気柱管と、気柱管に設けた原動機と冷凍機を有し、原動機で原動機側高温熱交換器と原動機側低温熱交換器の温度差を利用して作動ガスを振動させ、冷凍機で作動ガスの振動により冷凍機側高温熱交換器と冷凍機側低温熱交換器に温度差を付け冷却を行う熱音響機関において、冷凍機側高温熱交換器で熱媒体と熱交換を行い、冷凍機側低温熱交換器で水を冷却し冷水を得るとともに、冷水の温度を検出する冷水温度検出手段と、冷水の温度を間接的に制御する間接温度制御手段とを備え、間接温度制御手段を制御して冷水温度検出手段で検出される冷水の温度を所定範囲に保つことを特徴とする熱音響機関冷水製造装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスを封入した気柱管と、前記気柱管に設けた原動機と冷凍機を有し、前記原動機で原動機側高温熱交換器と原動機側低温熱交換器の温度差を利用して前記作動ガスを振動させ、前記冷凍機で前記作動ガスの振動により冷凍機側高温熱交換器と冷凍機側低温熱交換器に温度差を付け冷却を行う熱音響機関において、前記冷凍機側高温熱交換器で熱媒体と熱交換を行い、前記冷凍機側低温熱交換器で水を冷却し冷水を得るとともに、前記冷水の温度を検出する冷水温度検出手段と、前記冷水の温度を間接的に制御する間接温度制御手段とを備え、前記間接温度制御手段を制御して前記冷水温度検出手段で検出される前記冷水の温度を所定範囲に保つことを特徴とする熱音響機関冷水製造装置。
【請求項２】
前記間接温度制御手段は、前記冷凍機側高温熱交換器を通過する前記熱媒体の供給量を制御する熱媒体供給量制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項３】
前記間接温度制御手段は、前記冷凍機側低温熱交換器で冷却される前記水又は冷却後の前記冷水に常温水を混ぜて前記水又は前記冷水の温度を制御するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項４】
前記間接温度制御手段は、加熱手段により前記水又は前記冷水を加熱し前記水又は前記冷水の温度を制御するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項５】
前記冷水の温度の前記所定範囲は、前記冷凍機側低温熱交換器部で前記水が凍結を起こさない温度であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項６】
前記冷凍機側低温熱交換器で冷却する前記水が供給されない又は前記水が無い場合には前記熱音響機関の運転を行わないことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項７】
前記冷水を供給する対象としての水槽と、前記水槽と前記冷凍機側低温熱交換器の間で前記水又は前記冷水を循環する循環手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項８】
前記水を前記冷水として貯える水槽をさらに備え、前記水槽と前記冷凍機側低温熱交換器の間で直接熱交換を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項９】
前記水槽は、生け簀であること特徴とする請求項７又は請求項８に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項１０】
原動機側高温熱交換器において燃料を燃焼して動力を得るエンジンからの排気ガスと熱交換を行ったことを特徴とする請求項１から請求項９うちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項１１】
前記冷凍機側高温熱交換器を通過する前記熱媒体として前記エンジンの冷却水を用い、前記冷却水を前記原動機側低温熱交換器を通過させた後、前記冷凍機側高温熱交換器を通過させたことを特徴とする請求項１０に記載の熱音響機関冷水製造装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置を搭載したことを特徴とする熱音響機関冷水製造装置付き船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響機関を利用した熱音響機関冷水製造装置、及び熱音響機関冷水製造装置を搭載した熱音響機関冷水製造装置付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品工場や船舶等においては、食品や漁獲物等の鮮度保持のための冷水を供給する冷水製造装置（冷凍機）が用いられている。現在用いられている冷水製造装置は、電動コンプレッサ又は主機で駆動する方式のため、定期的に駆動部のメンテナンスが必要であり、燃料の消費量も大きい。
これに対し、熱音響機関を利用した冷水製造装置であれば、熱音響機関は可動部を持たないため、メンテナンス周期の延長を実現でき、また、工場排熱やエンジン排熱を利用することによる省エネが可能である。さらに構造を単純化することで製造コストの削減が可能である。
ここで、熱音響機関とは、自励振動を用いてピストン等の可動部品を用いることなく熱源からエネルギー回生を行うデバイスである。管内に狭い流路の束（蓄熱器）を設置し、蓄熱器両端の温度差をある臨界値以上にすると、管内の流体が自励振動を起こす。この作用は熱力学的に原動機と見ることが出来る。そして、熱音響機関は、熱入力と音響パワーの相互変換が可能であることから、音響パワーを入力することで、熱出力を取り出すことが出来る。よって、熱入力で音響パワーを発生させ、発生した音響パワーで冷凍を行う熱音響冷凍機を実現することが出来る。
【０００３】
ここで特許文献１及び特許文献２には、集光レンズを用いて集光した太陽光熱を、ファイバーを通して熱音響冷却装置の高温側熱源として導き反対側に冷熱源を得て、その冷熱エネルギーをヒートパイプを介して準備槽に伝え、準備槽で水槽又は養殖・栽培槽から送り出された循環水を冷却することによって、水槽又は養殖・栽培槽の水温を間接的に下げる装置が開示されている。
また、特許文献３には、排気ガスの温度が変化しても熱音響現象による音波を安定して発生させることを目的として、温度センサで排気ガスの温度を測定し、その測定した温度に基づいて原動機の高温熱交換器に供給される排気ガス流量を調整するようにした、音波を発生する原動機を備えた排熱回収装置が開示されている。
また、特許文献４には、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させることを目的として、内燃機関の冷却水と空気とを冷媒として選択的に供給可能に構成され、冷却水または空気により蓄熱器の端部を冷却する低温熱交換器を備え、蓄熱器の両端部間の温度差が所定値を下回った際には、低温熱交換器に空気が供給されるようにした熱音響エンジンが開示されている。
また、特許文献５には、所望の冷凍出力を確実に発生することができる熱音響冷凍機の提供を目的として、高温及び低温熱交換器と共に熱音響エンジンを構成する蓄熱器が、伸縮スタックと、この伸縮スタックを伸縮させるアクチュエータとを含み、伸縮スタックの全長を変化させて蓄熱器の両端部間に形成される温度勾配を変化させる熱音響冷凍機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６７９１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６５７２７号公報
【特許文献３】特開２００６−２７３８号公報
【特許文献４】特開２００５−１８０３９７号公報
【特許文献５】特開２００５−１８８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷凍機部で水を冷却することで冷水を得る方式の熱音響機関冷水製造装置においては、水の温度を下げ過ぎると冷凍機の内部や水が凍結し、装置の機能が停止してしまう。また、冷凍機の内部や水が一旦凍結すると解凍するのは容易ではない。
特許文献１及び特許文献２には、熱音響機関の冷凍機部で水を冷却する装置が記載されているが、冷凍機部や水の凍結に関する問題とその解決方法については何ら記載されていない。
また、特許文献３〜５においても、熱音響機関の冷凍機や水の凍結に関する問題とその解決方法については何ら記載されていない。
【０００６】
そこで本発明は、冷凍機内部、水又は冷水が凍結せず、所望温度の冷水を安定して供給できる熱音響機関冷水製造装置、及びその熱音響機関冷水製造装置を搭載した熱音響機関冷水製造装置付き船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載に対応した熱音響機関冷水製造装置においては、作動ガスを封入した気柱管と、気柱管に設けた原動機と冷凍機を有し、原動機で原動機側高温熱交換器と原動機側低温熱交換器の温度差を利用して作動ガスを振動させ、冷凍機で作動ガスの振動により冷凍機側高温熱交換器と冷凍機側低温熱交換器に温度差を付け冷却を行う熱音響機関において、冷凍機側高温熱交換器で熱媒体と熱交換を行い、冷凍機側低温熱交換器で水を冷却し冷水を得るとともに、冷水の温度を検出する冷水温度検出手段と、冷水の温度を間接的に制御する間接温度制御手段とを備え、間接温度制御手段を制御して冷水温度検出手段で検出される冷水の温度を所定範囲に保つことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、冷水の温度を原動機側の制御によることなく冷凍機側の制御で所定範囲に保つことができる。また、冷水の温度を所定範囲に保つことで、冷凍機内部、水又は冷水の凍結が防止でき、所望温度の冷水を安定して供給できる。
請求項２記載の本発明は、間接温度制御手段は、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体の供給量を制御する熱媒体供給量制御手段であることを特徴とする。例えば、熱媒体の供給量を増して冷凍機側高温熱交換器の温度を上昇させることによって冷凍機側低温熱交換器の温度を上昇させることができ、又その逆も可能である。したがって請求項２に記載の本発明によれば、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体の供給量を間接温度制御手段によって制御することで、冷凍機側高温熱交換器及び冷凍機側低温熱交換器の温度を上下させ、冷凍機側低温熱交換器で冷却することにより得られる冷水の温度を所定範囲に保つことができる。
請求項３記載の本発明は、間接温度制御手段は、冷凍機側低温熱交換器で冷却される水又は冷却後の前記冷水に常温水を混ぜて水又は冷水の温度を制御するものであることを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、冷凍機側低温熱交換器に供給される水の温度は、常温水を混ぜることで上げることができるので、水に混ぜる常温水の量の増減によって、水又は冷水の温度を制御することができる。
請求項４記載の本発明は、間接温度制御手段は、加熱手段により水又は冷水を加熱し水又は冷水の温度を制御するものであることを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、冷水の温度が下がり過ぎた場合には、水又は冷水を加熱することによって冷水の温度を上昇させることができるので、水又は冷水の加熱量の増減によって、水又は冷水の温度を制御することができる。
請求項５記載の本発明は、冷水の温度の所定範囲は、冷凍機側低温熱交換器部で水が凍結を起こさない温度であることを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、冷凍機内部又は近傍の水の凍結が原因で熱音響機関冷水製造装置の機能が停止することを防止できる。
請求項６記載の本発明は、冷凍機側低温熱交換器で冷却する水が供給されない又は水が無い場合には熱音響機関の運転を行わないことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、無駄なエネルギー使用を抑制し、冷凍機内部の残存している水や水滴の凍結が原因で、例えば運転再開時に熱音響機関冷水製造装置の機能が損なわれることを防止できる。
請求項７記載の本発明は、冷水を供給する対象としての水槽と、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間で水又は冷水を循環する循環手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間を水又は冷水が循環する、伝熱効率の高い循環型の熱音響冷水製造装置を提供することができる。
請求項８記載の本発明は、水を冷水として貯える水槽をさらに備え、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間で直接熱交換を行うことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、冷凍機側低温熱交換器が水槽を冷やすことによって水槽内の水温を制御する、構成が簡素化された直結型の熱音響冷水製造装置を提供することができる。
請求項９記載の本発明は、水槽は、生け簀であること特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、生け簀の水を直接冷却して水温を制御し、生け簀に投入した漁獲物などの生息や鮮度を保つことができる。
請求項１０記載の本発明は、原動機側高温熱交換器において燃料を燃焼して動力を得るエンジンからの排気ガスと熱交換を行ったことを特徴とする。請求項１０記載の本発明によれば、エンジンの排気ガスを有効利用して、原動機側高温熱交換器を効率よく加熱することができる。
請求項１１記載の本発明は、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体としてエンジンの冷却水を用い、冷却水を原動機側低温熱交換器を通過させた後、冷凍機側高温熱交換器を通過させたことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、エンジンの冷却水を有効利用して、原動機側低温熱交換器及び冷凍機側高温熱交換器の温度を効率よく制御することができる。
請求項１２記載に対応した熱音響機関冷水製造装置付き船舶においては、請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置を搭載したことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、原動機側の制御を要することなく冷水の温度を冷凍機側の制御で所定範囲に保つことができ、また、冷水の温度を所定範囲に保つことで、冷凍機内部、水又は冷水の凍結を防止して所望温度の冷水を安定供給できる熱音響機関冷水製造装置を搭載した船舶を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷水の温度を原動機側の制御によることなく冷凍機側の制御で所定範囲に保つことができる。また、冷水の温度を所定範囲に保つことで、冷凍機内部、水又は冷水の凍結が防止でき、所望温度の冷水を安定して供給できる。
また、間接温度制御手段は、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体の供給量を制御する熱媒体供給量制御手段である場合には、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体の供給量を間接温度制御手段によって制御することで、冷凍機側高温熱交換器及び冷凍機側低温熱交換器の温度を上下させ、冷凍機側低温熱交換器で冷却することにより得られる冷水の温度を所定範囲に保つことができる。
また、間接温度制御手段は、冷凍機側低温熱交換器で冷却される水又は冷却後の冷水に常温水を混ぜて水又は冷水の温度を制御するものである場合には、冷凍機側低温熱交換器に供給される水の温度は、常温水を混ぜることで上げることができるので、水に混ぜる常温水の量の増減によって、水又は冷水の温度を制御することができる。
また、間接温度制御手段は、加熱手段により水又は冷水を加熱し水又は冷水の温度を制御するものである場合には、冷水の温度が下がり過ぎた場合には、水又は冷水を加熱することによって冷水の温度を上昇させることができるので、水又は冷水の加熱量の増減によって、水又は冷水の温度を制御することができる。
また、冷水の温度の所定範囲は、冷凍機側低温熱交換器部で水が凍結を起こさない温度である場合には、冷凍機内部又は近傍の水の凍結が原因で熱音響機関冷水製造装置の機能が停止することを防止できる。
また、冷凍機側低温熱交換器で冷却する水が供給されない又は水が無い場合には熱音響機関の運転を行わない場合には、無駄なエネルギー使用を抑制し、冷凍機内部の残存している水や水滴の凍結が原因で、例えば運転再開時に熱音響機関冷水製造装置の機能が損なわれることを防止できる。
また、冷水を供給する対象としての水槽と、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間で水又は冷水を循環する循環手段をさらに備えた場合には、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間を水又は冷水が循環する、伝熱効率の高い循環型の熱音響冷水製造装置を提供することができる。
また、水を冷水として貯える水槽をさらに備え、水槽と冷凍機側低温熱交換器の間で直接熱交換を行う場合には、冷凍機側低温熱交換器が水槽を冷やすことによって水槽内の水温を制御する、構成が簡素化された直結型の熱音響冷水製造装置を提供することができる。
また、水槽は、生け簀である場合には、生け簀の水を直接冷却して水温を制御し、生け簀に投入した漁獲物などの生息や鮮度を保つことができる。
また、原動機側高温熱交換器において燃料を燃焼して動力を得るエンジンからの排気ガスと熱交換を行った場合には、エンジンの排気ガスを有効利用して、原動機側高温熱交換器を効率よく加熱することができる。
また、冷凍機側高温熱交換器を通過する熱媒体としてエンジンの冷却水を用い、冷却水を原動機側低温熱交換器を通過させた後、冷凍機側高温熱交換器を通過させた場合には、エンジンの冷却水を有効利用して、原動機側低温熱交換器及び冷凍機側高温熱交換器の温度を効率よく制御することができる。
また、請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の熱音響機関冷水製造装置を船舶に搭載した場合には、冷水の温度を原動機側の制御を要することなく冷凍機側の制御で所定範囲に保つことができ、また、冷水の温度を所定範囲に保つことで、冷凍機内部、水又は冷水の凍結を防止して所望温度の冷水を安定供給できる熱音響機関冷水製造装置を搭載した船舶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による熱音響機関冷水製造装置の基本構成を示す概略構成図
【図２】同熱音響機関冷水製造装置の冷凍機側部分を示す図
【図３】本発明の他の実施形態による熱音響機関冷水製造装置の冷凍機側部分を示す図
【図４】本発明の更に他の実施形態による熱音響機関冷水製造装置の冷凍機側部分を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態による熱音響機関冷水製造装置及び熱音響機関冷水製造装置付き船舶について説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態による熱音響機関冷水製造装置の基本構成を示す概略構成図である。
本実施形態による熱音響機関冷水製造装置は、燃料を燃焼して動力を得るエンジン１０と漁獲物などを投入する生け簀（水槽）１１を備えた船舶に搭載されている。生け簀１１には水（海水又は清水又はこれらの混合水）が貯水される。
熱音響機関冷水製造装置は、ヘリウムなどの作動ガスを封入した気柱管２０と、気柱管２０に設けた原動機３０と冷凍機４０を有し、原動機３０で原動機側高温熱交換器３１と原動機側低温熱交換器３２の温度差を利用して作動ガスを振動させ、冷凍機４０で作動ガスの振動により冷凍機側高温熱交換器４１と冷凍機側低温熱交換器４２に温度差を付け冷却を行う熱音響機関を備えている。
熱音響機関において、冷凍機側高温熱交換器４１で熱媒体と熱交換を行い、冷凍機側低温熱交換器４２で水を冷却して冷水を得、その冷水を生け簀１１に供給することで生け簀１１の水温を所望の冷水温に下げ、生け簀１１に投入した漁獲物などの生息や鮮度を保つことができる。
【００１２】
気柱管２０は金属製又は樹脂製の円筒パイプからなり、原動機３０側と冷凍機４０側はそれぞれループ状に形成されており、原動機３０側のループと冷凍機４０側のループは一本の円筒パイプで接続されている。
原動機３０側のループに設置された原動機３０は、一端に原動機側高温熱交換器３１を備え、他端に原動機側低温熱交換器３２を備え、原動機側高温熱交換器３１と原動機側低温熱交換器３２の間に狭い流路の束である原動機蓄熱器３３を備えている。
冷凍機４０側のループに設置された冷凍機４０は、一端に冷凍機側高温熱交換器４１を備え、他端に冷凍機側低温熱交換器４２を備え、冷凍機側高温熱交換器４１と冷凍機側低温熱交換器４２の間に狭い流路の束である冷凍機蓄熱器４３を備えている。
また、原動機３０側のループの気柱管２０には、安全弁２１を介して作動ガス容器２２が接続されている。作動ガス容器２２にはヘリウムなどの作動ガスが充填されている。
【００１３】
エンジン１０には、排気管１２と、冷却水管１３が接続されている。
排気管１２は、一端がフランジ１４を介してエンジン１０に接続され、他端が船外（大気又は水中）に開放されている。排気管１２にはエンジン１０から排出された高温の排気ガスが流れる。
冷却水管１３は、一端に吸込口１３ａを有し、他端に吐出口１３ｂを有する。冷却水管１３には、吸込口１３ａから取り込まれてポンプ１５によってエンジン１０側に送水され、エンジン１０を冷却する冷却水として使用される海水又は清水が流れる。エンジン１０を冷却した冷却水は、冷却水管１３の吐出口１３ｂから船外へ排水される。
排気管１２の経路の途中には、原動機側高温熱交換器３１が接続されている。また、排気管１２は、原動機側高温熱交換器３１を迂回するバイパス排気管１２Ａと、排気ガスの経路を切り換えてバイパス排気管１２Ａへと導くためのバイパス排気切換え弁１２Ｂを備えている。原動機側高温熱交換器３１に排気管１２を接続することで、原動機側高温熱交換器３１を加熱する熱媒体としてエンジン１０から排出された高温の排気ガスを用いることができる。したがって、エンジン１０の排気ガスを有効利用して、原動機側高温熱交換器３１を効率よく加熱することができる。
冷却水管１３の経路の途中には、原動機側低温熱交換器３２と冷凍機側高温熱交換器４１が接続されている。冷凍機側高温熱交換器４１は、原動機側低温熱交換器３２の下流側に配置されている。また、冷却水管１３は、冷凍機側高温熱交換器４１を迂回するバイパス冷却水管１３Ａと、冷却水の経路を切り換えてバイパス冷却水管１３Ａと導くためのバイパス冷却水切換え弁１３Ｂを備えている。原動機側低温熱交換器３２と冷凍機側高温熱交換器４１に冷却水管１３を接続することで、原動機側低温熱交換器３２と冷凍機側高温熱交換器４１を冷却する熱媒体としてエンジン１０の冷却水を用いることができる。このように、冷凍機側高温熱交換器４１を通過する熱媒体としてエンジン１０の冷却水を用い、冷却水を原動機側低温熱交換器３２を通過させた後、冷凍機側高温熱交換器４１を通過させることによって、エンジン１０の冷却水を有効利用して、原動機側低温熱交換器３２及び冷凍機側高温熱交換器４１の温度を効率よく制御することができる。特に、海水又は清水をエンジン１０の冷却水に利用する船舶において有効である。
なお、本実施形態においては、エンジン１０の信頼性維持を優先して、エンジン１０を通過した後の冷却水を熱音響機関で利用しているが、取り込んだ海水又は清水（冷却水）が、原動機側低温熱交換器３２と冷凍機側高温熱交換器４１を通過した後にエンジン１０を通過するように冷却水管１３を構成してもよい。この場合は、エンジン１０の熱によって温度が上昇する前の冷却水で、原動機側低温熱交換器３２と冷凍機側高温熱交換器４１を冷却することができるので、熱音響機関の効率を向上させることができる。また、冷却水管１３を分岐させて、あるいはエンジン１０と熱音響機関に吸込口と冷却水管をそれぞれ設けて、エンジン１０と熱音響機関とで冷却水を分けてもよい。この場合は、エンジン１０と熱音響機関の双方を、ほぼ常温の海水又は清水で冷却することができる。
【００１４】
また、本実施形態による熱音響機関冷水製造装置は、循環水管１６を備えている。循環水管１６の経路の途中には、冷凍機側低温熱交換器４２が接続されている。
循環水管１６は、循環ポンプ１７を備え、生け簀１１と冷凍機側低温熱交換器４２の間で水及び冷水を循環させる。なお、循環ポンプ１７の流量は、後述するＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）及び電磁接触器（リレー）で制御される。
循環水管１６は、一端に吸込口１６ａを有し、他端に吐出口１６ｂを有する。吸込口１６ａ及び吐出口１６ｂは、生け簀１１内に配置されている。吸込口１６ａから汲み上げられた生け簀１１の水（海水又は清水）は、循環ポンプ１７によって冷凍機側低温熱交換器４２に供給される。冷凍機側低温熱交換器４２に供給された水は、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却されて冷水となり、吐出口１６ｂから生け簀１１に戻される。
冷凍機側低温熱交換器４２の出口側と吐出口１６ｂの間の循環水管１６には、温度を調節する温度調節機安全装置１８と、温度調節機安全装置１８を制御する制御装置１９が接続されている。
このように、本実施形態による熱音響機関冷水製造装置においては、循環手段を用いて、生け簀（水槽）１１と冷凍機側低温熱交換器４２の間を水又は冷水が循環する、循環型の熱音響冷水製造装置としている。生け簀の１１の水を冷凍機側低温熱交換器４２で直接冷却しているため冷却効率がよく、また循環ポンプ１７で循環される水が冷凍機側低温熱交換器４２内を流れて通過するため、伝熱効率を高くすることができる。
なお、循環水管１６を略し、冷凍機側低温熱交換器４２が生け簀（水槽）１１の側面又は下方等に接続する構成としてもよい。つまり、水を冷水として貯える生け簀１１を備え、生け簀１１と冷凍機側低温熱交換器４２の間で直接熱交換を行うこともできる。この場合には、冷凍機側低温熱交換器４２が生け簀１１を冷やすことによって生け簀１１内の水温を制御する、直結型の熱音響冷水製造装置とすることができる。この直結型の熱音響冷水製造装置の場合、循環水管１６や循環ポンプ１７が不要となるため、構成が簡素化できる。
【００１５】
また、本実施形態による熱音響機関冷水製造装置は、冷水の温度を検出する冷水温度検出手段と、冷水の温度を間接的に制御する間接温度制御手段とを備え、間接温度制御手段を制御して冷水温度検出手段で検出される冷水の温度を所定範囲に保つ。
図２を用いて、この冷水温度検出手段及び間接温度制御手段を説明する。図２は本実施形態による熱音響機関冷水製造装置の冷凍機４０側部分を示す図である。循環ポンプ１７の流量は、ＰＬＣ５１及び電磁接触器（リレー）５２で制御される。ＰＬＣ５１及び電磁接触器（リレー）５２にはバッテリ５３が接続されている。循環ポンプ１７の下流側には水の流量を調節する流量調節弁５４を備えている。また、冷凍機４０の下流側の循環水管１６には冷水の流量を計測する流量計５５を備えている。この流量計５５は、冷凍機側低温熱交換器４２の冷却能力を算出したり、流量調節弁５４の制御のために利用されるが、必ずしも設置する必要はない。
【００１６】
冷水温度検出手段として、複数の水温計５６、５７、５８を備えている。水温計５６は冷凍機側低温熱交換器４２の出口近傍の循環水管１６に設置され、水温計５７は冷凍機側低温熱交換器４２の入口近傍の循環水管１６に設置され、水温計５８は吸込口１６ａと循環ポンプ１７の間の循環水管１６に設置されている。なお、水温計は必ずしも複数設置する必要はないが、例えば冷凍機側低温熱交換器４２内の凍結防止の観点からは、冷却された冷却水の温度を検出する水温計５６が設置されていることが望ましい。また、凍結防止の観点からは、冷凍機側低温熱交換器４２の温度を検出してもよい。また、水温計５６、５７、５８は、循環水管１６や冷凍機側低温熱交換器４２の内部に直接臨ませるタイプ、循環水管１６や冷凍機側低温熱交換器４２の表面に設置するタイプ等各種の型式が選択可能である。
間接温度制御手段として、冷凍機側高温熱交換器４１の入口近傍の冷却水管１３には、冷凍機側高温熱交換器４１を通過する熱媒体（エンジン１０の冷却水）の供給量を制御する熱媒体供給量制御手段である電磁バルブ５９を備えている。冷凍機側高温熱交換器４１の温度を上昇させることによって冷凍機側低温熱交換器４２の温度を上昇させることができ、又その逆も可能である。したがって、冷水の温度低下を止めようとする場合には、電磁バルブ５９を閉動作させて冷却水を供給しないことで冷凍機側高温熱交換器４１の温度を上昇させる。すると冷凍機側低温熱交換器４２の温度が上昇するので、冷水の温度低下を止めることができる。一方、冷水の温度を下げようとする場合には、電磁バルブ５９を開動作させて冷却水を供給することで冷凍機側高温熱交換器４１の温度を低下させる。すると冷凍機側低温熱交換器４２の温度が低下するので、冷水温度を下げることができる。このように、電磁バルブ５９の開閉動作で冷却水の供給を制御することによって冷水の温度を制御することができる。したがって、水温計５６、水温計５７又は水温計５８で計測した冷水温度に基づいて、電磁バルブ５９の開閉により冷却水の供給を制御することで冷水の温度を所定範囲に保つことができる。
なお、電磁バルブ５９を閉動作させる際には、バイパス冷却水切換え弁１３Ｂを開けてバイパス冷却水管１３Ａに冷却水を流すことで、冷却水は冷凍機側高温熱交換器４１を迂回して船外へ排水される。図１に示すようにバイパス冷却水切換え弁１３Ｂは、バイパス冷却水管１３Ａのみを開閉することにより切換えを行う型式のものを採用しているが、冷却水管１３も開閉する型式の完全切換え型のものを採用してもよい。
なお、電磁バルブ５９の代わりに流量調節弁又はポンプ等を用いて冷却水の流量を制御してもよい。この場合には、冷水温度を細かく制御することが可能となる。
【００１７】
このように、本実施形態による熱音響機関冷水製造装置は、原動機３０側の制御によることなく冷凍機４０側の制御で冷水の温度を所定範囲に保つことができる。冷水の温度を所定範囲に保つことで、生け簀１１の温度を適温に保つことができるとともに、冷凍機側低温熱交換器４２の内部、水又は冷水の凍結が防止され、装置の稼働が安定する。
なお、冷水の温度の所定範囲は、冷凍機側低温熱交換器４２で水が凍結を起こさない温度とすることで、冷凍機４０の内部又は近傍の水の凍結が原因で熱音響機関冷水製造装置の機能が停止することを防止できる。この所定範囲は、水の海水／清水の別や、水の流動状況などによって変動しうるが、例えば約−１０℃〜約４２℃の範囲とすることができる。なお、確実に水の凍結を防止しつつ漁獲物の鮮度を保持するためには、約０℃〜約１０℃の範囲とすることが好ましい。
また、直結型の熱音響冷水製造装置とした場合においても同様に、冷凍機側低温熱交換器４２の部分で水が凍結を起こさない温度とする。
【００１８】
また、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却する水が供給されない又は水が無い場合には、バイパス排気切換え弁１２Ｂ（排気管１２側機構は略）を開けてバイパス排気管１２Ａに排気ガスを流すことで、排気ガスが原動機側高温熱交換器３１を流れないようにする。原動機側高温熱交換器３１を排気ガスが流れなければ、原動機側高温熱交換器３１と原動機側低温熱交換器３２の温度差が縮小するので作動ガスの振動が抑えられる。したがって、熱音響機関の運転を止めることができる。
このように、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却する水が供給されないか、水が無い場合には、熱音響機関の運転を行わないことで、無駄なエネルギー使用を抑制し、冷凍機側低温熱交換器４２の内部の残存している水や水滴が凍結して、例えば運転再開時に循環ができなかったり水の流量が減ったりして装置の機能が損なわれることを防止できる。
なお、原動機３０で発生した音を遮断することによって熱音響機関の運転を止めてもよい。
【００１９】
図３を用いて、本発明の他の実施形態による間接温度制御手段を説明する。図３は本発明の他の実施形態による熱音響機関冷水製造装置の冷凍機４０側の部分を示す図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態による間接温度制御手段は、電磁バルブ５９を備える他に、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却される水に常温水（好ましくは、１０℃から２５℃の水）を混ぜて冷水の温度を制御する点において上記した実施例と異なる。
本実施形態による間接温度制御手段は、吸込口１６ａと循環ポンプ１７の間の循環水管１６に接続された供給管６１と、流量調節弁５４の下流側で冷凍機側低温熱交換器４２との間の循環水管１６に接続された排水管６２を備える。供給管６１には、水中から汲み上げられて循環水管１６内の水に合流する常温水（海水又は清水）が流れる。排水管６２には、循環水管１６から分岐して船外へ排水される水又は水と常温水の混合水が流れる。
また、間接温度制御手段は、供給管６１に設けられた電磁バルブ６３と、排水管６２に設けられた電磁バルブ６４と、供給管６１が循環水管１６に接続する位置と吸込口１６ａの間の循環水管１６に設けられた電磁バルブ６５を備えている。電磁バルブ６３、６４及び６５の開閉によって常温水の供給及び水又は混合水の排水が制御される。
【００２０】
水温計５６、水温計５７又は水温計５８で計測される冷水の温度が所定範囲よりも低くなりそうなときには、冷水の温度低下を止める必要がある。この場合には、電磁バルブ６４を閉、電磁バルブ６３及び電磁バルブ６５を開とすることで、生け簀１１から汲み上げた水に常温水を混ぜる。水に常温水を混ぜることによって、冷凍機側低温熱交換器４２に供給される水の温度を上げることができるので、それに伴い冷水の温度を高くすることができる。
また、電磁バルブ６４及び電磁バルブ６５を閉、電磁バルブ６３を開とし、常温水だけを冷凍機側低温熱交換器４２に通した場合には、より温度の高い冷水を得やすくなる。
また、水に常温水を混ぜることによって循環水量が多くなり過ぎた場合には、電磁バルブ６４を開として水を船外へ排水することによって循環水量を調節する。なお、生け簀１１内の水をオーバーフロー等によって排水してもよい。
また、電磁バルブ６３を閉、電磁バルブ６４及び電磁バルブ６５を開として、生け簀１１の水の一部を船外へ排水することで生け簀１１内の水量を減らすように調節することもできる。電磁バルブ６３を開、電磁バルブ６４を閉として、生け簀１１内の水量を増やすように調節することもできる。
なお、図３においては、冷凍機側低温熱交換器４２の上流側の水に常温水を混ぜる例を示したが、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却された冷水に常温水を混ぜてもよい。これにより冷水の温度が生け簀１１に供給するには低すぎる場合等に、さらに冷水の温度を調整することができる。
【００２１】
図４を用いて、本発明の更に他の実施形態による間接温度制御手段を説明する。図４は本発明の更に他の実施形態による熱音響機関冷水製造装置の冷凍機４０側部分を示す図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態による間接温度制御手段は、電磁バルブ５９を備えると共に、冷凍機側低温熱交換器４２で冷却される水に常温水を混ぜて冷水の温度を制御できる他に、加熱手段により水を加熱し水及び冷水の温度を制御する点において上記した実施例と異なる。
本実施形態による間接温度制御手段は、循環水管１６から一旦分岐し、下流側で循環水管１６に合流する加熱バイパス管７１と、加熱バイパス管７１に配置された熱交換器７２を備える。加熱バイパス管７１の分岐側となる一端及び合流側となる他端は、流量調節弁５４の下流側で冷凍機側低温熱交換器４２との間の循環水管１６に接続されている。
加熱バイパス管７１の一端と他端との間の循環水管１６には電磁バルブ７３を備え、熱交換器７２に入る前の加熱バイパス管７１には電磁バルブ７４を備え、熱交換器７２を出た後の加熱バイパス管７１には電磁バルブ７５を備えている。また、電磁バルブ７４と熱交換器７２との間の加熱バイパス管７１には排水管６２が接続されており、排水管６２は、電磁バルブ６４の他に、分岐した排水管６２に逆止弁７６を備えている。
熱交換器７２の内部には、排気管１２から分岐した分岐排気管７７が通されており、分岐排気管７７には、エンジン１０から排出された高温の排気ガスが流れる。
【００２２】
この構成において、電磁バルブ７３を閉、電磁バルブ７４及び電磁バルブ７５を開とすることで、循環水管１６を流れている水を加熱バイパス管７１に流すことができる。
加熱バイパス管７１を流れる水は、熱交換器７２で排ガスの熱によって加熱されて循環水管１６に戻り、冷凍機側低温熱交換器４２に供給される。加熱バイパス管７１に水を流すことで、冷凍機側低温熱交換器４２に供給される水の温度を上げることができるので、それに伴い冷水の温度を高くすることができる。
このように、加熱手段を設けて水を加熱することによって、冷水の温度が下がり過ぎた場合には冷水の温度を上昇させることができる。また、冷水の温度を下げようとする場合には、電磁バルブ７４及び電磁バルブ７５を閉じることで水が加熱バイパス管に流れないようにすることができる。したがって、水の加熱量の増減によって、水の温度を制御することで、冷凍機４０の内部の凍結を防止したり、生け簀１１の水温を調節したりすることができる。
なお、冷凍機側低温熱交換器４２と吐出口１６ｂとの間の循環水管１６に加熱バイパス管７１を接続し、冷水を加熱して水及び冷水の温度を制御してもよい。
また、加熱手段は、排ガスではなく、エンジン１０を出た後のエンジン冷却水を利用するものとしてもよい。
【００２３】
以上、各実施形態で説明したように、本発明の熱音響機関冷水製造装置は、冷凍機内部、水又は冷水が凍結せず、所望温度の冷水を安定して供給できる。
また、その熱音響機関冷水製造装置を搭載した船舶を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の熱音響機関冷水製造装置は、冷凍機内部、水又は冷水が凍結せず、所望温度の冷水を安定して供給でき、さらに排熱を有効活用することもできるため、食品工場や船舶等において、食品や漁獲物等の鮮度保持のために活用することができる。
また、本発明の熱音響機関冷水製造装置を海洋や湖沼で使用する船舶に搭載して活用することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  エンジン
１１  生け簀
１２  排気管
１３  冷却水管
１６  循環水管
１７  循環ポンプ
２０  気柱管
３０  原動機
４０  冷凍機
３１  原動機側高温熱交換器
３２  原動機側低温熱交換器
４１  冷凍機側高温熱交換器
４２  冷凍機側低温熱交換器
５９  電磁バルブ
６１  供給管
６２  排水管
６３、６４、６５  電磁バルブ
７１  加熱バイパス管
７２  熱交換器
７３、７４，７５  電磁バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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