(57)【要約】【課題】雪室に貯蔵した雪の溶ける量を減らす。【解決手段】ループ管２の内部に、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５に挟まれた第一のスタック３Ａと、第二高温側熱交換器６と第二低温側熱交換器７に挟まれた第二のスタック３Ｂとを具備してなり、第一高温側熱交換器４を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって第二低温側熱交換器７が冷却される熱音響冷却機１を用いる。太陽熱により第一高温側熱交換器４を加熱し、雪室31を第二低温側熱交換器７により冷却するから、太陽熱により第一高温側熱交換器４を加熱すると、第二低温側熱交換器７により雪室31が冷却される。この場合、第一高温側熱交換器４を加熱する太陽熱が大きいほど冷却能力が高くなるから、日差しが強く雪の解ける量が多い時ほど冷却能力も高くなるため、雪室31での利用に適する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と第一低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交換器と第二低温側熱交換器に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器が冷却される熱音響冷却機を用い、
太陽熱により前記第一高温側熱交換器を加熱し、雪室を前記第二低温側熱交換器により冷却することを特徴とする熱音響冷却装置。
【請求項２】
前記太陽熱を集熱する集熱手段と、この集熱手段により集めた熱を前記第一高温側熱交換器に輸送する熱輸送手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の熱音響冷却装置。
【請求項３】
前記集熱手段は前記太陽熱により加熱媒体を蒸発させ、この蒸発した加熱媒体を前記熱輸送手段により前記第一高温側熱交換器に輸送することを特徴とする請求項２記載の熱音響冷却装置。
【請求項４】
前記第一高温側熱交換器には、前記ループ管の内部に、前記蒸発した加熱媒体が通る複数の通路を設けたことを特徴とする請求項３記載の熱音響冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雪室を冷却する熱音響冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、今まで使われていなかったエネルギーを利用することへの関心が高まっている。例えば、豪雪地帯では冬の雪を貯蔵して夏季の冷房に利用している（例えば特許文献１）。また、冬の雪を用いた野菜，米や酒などの低温貯蔵庫としての需要も高まっている。
【０００３】
そして、冷房に用いる場合の課題は、導入コストが高価なことである。雪室の建築コストが半分を占めており、残りの半分が送風管と送風器である。また、３月末に貯めた雪を７月末から９月初めにかけて冷房冷熱源として使うためには、雪が解ける量を見込んで多く貯めなければならない。
【０００４】
ところで、熱音響効果を利用して対象物を冷却しうる熱音響装置として、ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と第一低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交換器と第二低温側熱交換器に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器が冷却され、又は／及び、前記第一低温側熱交換器を冷却することによって定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二高温側熱交換器が加熱される熱音響装置（例えば特許文献２）が知られているが、一般には広く普及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６４３２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、雪室に貯蔵した雪の解ける量を減らすことができる雪室の熱音響冷却装置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の発明は、ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と第一低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交換器と第二低温側熱交換器に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器が冷却される熱音響冷却機を用い、太陽熱により前記第一高温側熱交換器を加熱し、雪室を前記第二低温側熱交換器により冷却することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、前記太陽熱を集熱する集熱手段と、この集熱手段により集めた熱を前記第一高温側熱交換器に輸送する熱輸送手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、前記集熱手段は前記太陽熱により加熱媒体を蒸発させ、この蒸発した加熱媒体を前記熱輸送手段により前記第一高温側熱交換器に輸送することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、前記第一高温側熱交換器には、前記ループ管の内部に、前記蒸発した加熱媒体が通る複数の通路を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、太陽熱により第一高温側熱交換器を加熱すると、第二低温側熱交換器により雪室が冷却される。この場合、第一高温側熱交換器を加熱する太陽熱が大きいほど冷却能力が高くなるから、日差しが強く雪の解ける量が多い時ほど冷却能力も高くなるため、雪室での利用に適する。このようにして雪が解ける量を減らせるから、雪の貯蔵量を減らすことができ、雪室も小さくて済むため、建築コスト低減により導入コストを削減することができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、集熱手段により太陽熱を集め、この集熱手段により集めた熱を熱輸送手段により輸送して第一高温側熱交換器を加熱することができる。
【００１３】
請求項３の構成によれば、蒸発した加熱媒体により第一高温側熱交換器を加熱することができる。
【００１４】
請求項４の構成によれば、複数の通路を加熱媒体が通ることにより熱交換が効率よく行われ、第一高温側熱交換器を効果的に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１を示す熱音響冷却機の概略説明図である。
【図２】同上、熱音響冷却装置の概略説明図である。
【図３】同上、熱交換器の要部の斜視図である。
【図４】同上、他の熱交換器の要部の斜視図である。
【図５】同上、熱音響効果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例１について、図１〜図５に基づいて説明する。熱音響冷却装置は、熱音響冷却機１を備え、この熱音響冷却機１は、全体として略長方形状に構成されたループ管２の内部に、第一高温側熱交換器４及び第一低温側熱交換器５に挟まれた第一のスタック３Ａと、第二高温側熱交換器６及び第二低温側熱交換器７に挟まれた第二のスタック３Ｂとを具備してなるもので、第一のスタック３Ａ側の第一高温側熱交換器４を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波を第二のスタック３Ｂ側へ伝搬して第二のスタック３Ｂ側に設けられた第二低温側熱交換器７を冷却させるようにしたものである。
【００１８】
前記ループ管２は、地面に対して鉛直状に設けられた対向する左右一対の直線管部２Ａ，２Ａと、これら直線管部２Ａ，２Ａの上下を連結する上下の直線管部２Ｂを具備してなるもので、金属製のパイプなどによって構成される。なお、このループ管２の材質については金属などに限らず、透明なガラス、若しくは樹脂などによって構成することもでき、透明なガラスや樹脂などの材料で構成した場合は、実験等における第一のスタック３Ａや第二のスタック３Ｂの位置の確認や管内の状況を容易に観察することができる。尚、ヘリウムなどのような音速が速く、プラントル数が小さく、比重も小さい作動流体をループ管２内に所定の圧力で封入しておき、例えば１０気圧でヘリウムを封入する。
【００１９】
そして、ループ管２の内部には、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５とに挟まれた第一のスタック３Ａ及び、第二高温側熱交換器６と第二低温側熱交換器７とに挟まれた第二のスタック３Ｂが設けられる。また、第一のスタック３Ａは上部の直線管部２Ｂに配置され、第二のスタック３Ｂは下部の直線管部２Ｂに配置されている。
【００２０】
第一のスタック３Ａ及び第二のスタック３Ｂは、ループ管２の内壁に接するような円柱状に形成され、セラミクス、燒結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大きい材質からなり、ループ管２の軸方向に貫通する多孔を有して構成される。
【００２１】
第二低温側熱交換器７は、薄い金属で構成され、その内側に定在波及び進行波を導通させるための貫通孔を設けて構成される。具体的には、図３に示すように、第二低温側熱交換器７は、熱伝導性に優れた金属製であって、筒体11と、この筒体11に内部に設けられた複数のフィン部12とを一体に備え、これらフィン部12は筒体11の直径と平行に形成され、フィン部12，12同士が平行であり、隣り合うフィン部12の間に貫通孔たる隙間13が設けられている。尚、筒体11の内周面とフィン部12との間にも隙間13が設けられている。また、フィン部12の長さ方向と直交する直径方向に貫通孔たる隙間13Ａが形成され、フィン部12が二分割されている。尚、隙間13Ａは加工を容易にするために設けたものであるから、フィン部12に隙間13Ａを設けないように加工して、連続するフィン部12を形成してもよい。
【００２２】
第一高温側熱交換器４，第一低温側熱交換器５及び第二高温側熱交換器６は、薄い金属で構成され、その内側に定在波及び進行波を導通させるための貫通孔を設けて構成される。具体的には、図４に示すように、第一高温側熱交換器４，第一低温側熱交換器５及び第二高温側熱交換器６は、熱伝導性に優れた金属製であって、筒体11と、この筒体11に内部に設けられた複数のフィン部12とを一体に備え、これらフィン部12は筒体11の直径と平行に形成され、隣り合うフィン部12の間に貫通孔たる隙間13が設けられている。また、好ましくは全てのフィン部12，12・・・内に、熱媒体が通る直線状の貫通孔14を複数穿設し、この貫通孔14の両端は筒体11の外周面に開口し、貫通孔14の一端が熱媒体の流入口14Ａを構成し、貫通孔14の他端が熱媒体の流出口14Ｂを構成している。尚、貫通孔14は各フィン部12，12・・・において筒体11の長さ方向に間隔を置いて複数設けられている。そして、前記貫通孔14が通路である。
【００２３】
第一高温側熱交換器４は太陽熱により加熱される。一方、第一低温側熱交換器５に水を循環させて相対的に第一高温側熱交換器４よりも低い温度となるように設定される。具体的には、冷却媒体たる水を前記貫通孔14に通して循環させている。また、第二高温側熱交換器６にも水を循環させる。
【００２４】
熱音響冷却装置は、前記第一高温側熱交換器４を太陽熱により加熱するために、集熱手段21と熱輸送手段22とを備える。集熱手段21は、太陽の熱を集める集熱部と放熱部を内部に有し作動液を封入してなるヒートパイプの前記集熱部を透明体で形成された真空管内に収納すると共に前記放熱部において加熱媒体である水を加熱して加熱蒸気を発生させるものである。
【００２５】
また、熱輸送手段22は、集熱手段21の排出口23と第一高温側熱交換器４とを加熱管路24により接続し、第一高温側熱交換器４と集熱手段の返送口25とを返送管路26により接続している。
【００２６】
集熱手段21は、前記第一高温側熱交換器４の下方で、前後方向一側に設けられており、前記排出口23が前記返送口25より上に位置し、前後方向において前記排出口23が前記返送口25より第一高温側熱交換器４に近い位置になるように集熱手段21が配置されている。また、前記加熱管路24は、前記排出口23と前記返送口25と結んだ線と同様に傾斜すると共に、排出口23に接続された傾斜管部24Ａと、この傾斜管部24Ａと第一高温側熱交換器４の流入口14Ａとを接続する横方向の横管部24Ｂとを備える。尚、第一高温側熱交換器４において、その貫通孔14は、流出口14Ｂの高さ位置が流入口14Ａの高さ位置より低くなるように、斜めに配置されている。
【００２７】
前記返送管路26は、前記第一高温側熱交換器４の下方で、前後方向他側に設けられた縦方向の縦管部26Ａと、この縦管部26Ａの下端と前記返送口25とを接続する横方向の下管部26Ｂとを備える。前記縦管部26Ａの上部に、第一高温側熱交換器４の流出口14Ｂに接続する傾斜管部26Ｃが設けられている。また、図２に示すように、横管部24Ｂの端部と複数の流入口14Ａとの間には、横管部24Ｂから流出する加熱媒体（蒸気）を複数の流入口14Ａに案内する上流案内部27が設けられ、この上流案内部27により横管部24Ｂの加熱媒体が傾斜管部26Ｃに直接流れることを防止している。さらに、図２に示すように、複数の流出口14Ｂと傾斜管部26Ｃとの間には、流出口14Ｂから流れ出た加熱媒体を傾斜管部26Ｃに案内する加熱案内部28が設けられている。
【００２８】
雪室31は、冬期などに氷又は雪を蓄えたり、あるいは人工造雪機又は製氷機で製造した氷雪を蓄えたりするものであり、それらを蓄える内部空間32を有する人工又は自然構造物である。この例では、雪室31の上面33に前記一対の直線管部２Ａ，２Ａを挿通する挿通部33Ａ，33Ａを設け、下部の直線管部２Ｂを雪室31内に配置し、第二高温側熱交換器６，第二低温側熱交換器７及び第二のスタック３Ｂが雪室31内に位置する。また、前記下管部26Ｂは雪室31の屋根たる上面33の上に固定されている。
【００２９】
そして、第一高温側熱交換器４を太陽熱により加熱し、第一低温側熱交換器５に循環水によりそれよりも低い温度の熱を与えることにより、第一のスタック３Ａの両端で温度差を与えると、第一のスタック３Ａの内部から第一高温側熱交換器４側のループ管２に向かって音波が発生する。その音波をループ管２を通して下部の第二のスタック３Ｂ側の第二高温側熱交換器６に当てると、第二のスタック３Ｂの両端に温度差が生じ、第二低温側熱交換器７に冷熱が発生する。尚、第一のスタック３Ａ側の第二低温側熱交換器７からも音波が発生するので、その音波をループ管２を通して第一のスタック３Ａ側の第一低温側熱交換器５に当てる構造にしている。
【００３０】
図５を用いて音波の発生原理を説明する。同図は、第一のスタック３Ａの多孔の１つの孔を拡大した説明図であり、孔内の左側の気体は、（１）太陽熱で暖められて膨張し圧力が上がるため、（２）圧力の低い右側に移動する。（３）右側に移動した気体は循環水で冷やされ収縮して圧力が下がり、（４）さらに外側の気体の圧力より下がるため、これに押し返されて左側に移動する。第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との温度差がある程度大きくなると、上記（１）〜（４）の現象が連続して起き、この気体の振動により第一のスタック３Ａから第一高温側熱交換器４側に向かって音波が発生する。逆に、音波を第二のスタック３Ｂの第二高温側熱交換器６側に当てると、孔内の気体が強制的に収縮・膨張し、第二のスタック３Ｂの両端に温度差が発生する。
【００３１】
前記集熱手段21は太陽熱を集め、集熱手段21の内部の水が加熱されて蒸気となり、この蒸気が熱輸送手段22の加熱管路24を通って第一高温側熱交換器４の流入口14Ａへと上昇し、貫通孔14を通る間に熱交換が行われ、第一高温側熱交換器４が加熱される。貫通孔14を通って温度の低下した蒸気は液化して返送管路26に流れ落ち、このようにして加熱媒体たる水が集熱手段21と加熱管路24と返送管路26とからなる閉管路を循環する。そして、本実施例では、加熱媒体が水であり、蒸発した加熱媒体が蒸気である。この場合、貫通孔14は、流出口14Ｂの高さ位置が流入口14Ａの高さ位置より低くなるように斜めに設けられているから、流入口14Ａから入った蒸気が貫通孔14内において液化して水になっても、その水は斜めの傾斜により流出口14Ｂから返送管路26に落下する。
【００３２】
図４に示したように、フィン部12の中には蒸気や水が通る貫通孔14が貫通している。貫通孔14内を通過する蒸気により第一高温側熱交換器４を効率よく加熱することで、第一高温側熱交換器４に接続している第一のスタック３Ａの端面全体を均一に加熱することが可能となり、第一のスタック３Ａから大きな音波を発生させたり大きな温度差を発生させたりすることができる。また、第一低温側熱交換器５及び第二高温側熱交換器６においても、循環水が貫通孔14を通過することにより効率よく熱交換が行われる。尚、循環水の循環にはポンプなどの圧送手段（図示せず）を用いることができる。
【００３３】
上記のように第一高温側熱交換器４を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器７を冷却することができる。このように太陽熱を利用して熱音響冷却機１により雪室31を冷却することで、雪などの貯蔵量を削減することができる。また、第二高温側熱交換器６を雪室31内に配置し、雪室31内の雪などにより冷却するように構成すれば、第二高温側熱交換器６において循環水による冷却を行う必要がなくなる。
【００３４】
このように実施例では、請求項１に対応して、ループ管２の内部に、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５に挟まれた第一のスタック３Ａと、第二高温側熱交換器６と第二低温側熱交換器７に挟まれた第二のスタック３Ｂとを具備してなり、第一高温側熱交換器４を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって第二低温側熱交換器７が冷却される熱音響冷却機１を用い、太陽熱により第一高温側熱交換器４を加熱し、雪室31を第二低温側熱交換器７により冷却するから、太陽熱により第一高温側熱交換器４を加熱すると、第二低温側熱交換器７により雪室31が冷却される。この場合、第一高温側熱交換器４を加熱する太陽熱が大きいほど冷却能力が高くなるから、日差しが強く雪の解ける量が多い時ほど冷却能力も高くなるため、雪室31での利用に適する。このようにして雪が解ける量を減らせるから、雪の貯蔵量を減らすことができ、雪室31も小さくて済むため、建築コスト低減により導入コストを削減することができる。
【００３５】
また、このように実施例では、請求項２に対応して、太陽熱を集熱する集熱手段21と、この集熱手段21により集めた熱を第一高温側熱交換器４に輸送する熱輸送手段22とを備えるから、集熱手段21により太陽熱を集め、この集熱手段21により集めた熱を熱輸送手段22により輸送して第一高温側熱交換器４を加熱することができる。
【００３６】
また、このように実施例では、請求項３に対応して、集熱手段21は太陽熱により加熱媒体たる水を蒸発させ、この蒸発した加熱媒体を熱輸送手段22により第一高温側熱交換器４に輸送するから、蒸発した加熱媒体により第一高温側熱交換器４を加熱することができる。
【００３７】
また、このように実施例では、請求項４に対応して、第一高温側熱交換器４には、ループ管２の内部に、蒸発した加熱媒体が通る複数の通路たる貫通孔14を設けたから、複数の貫通孔14を加熱媒体たる蒸気が通ることにより熱交換が行われ、第一高温側熱交換器４を効果的に加熱することができる。
【００３８】
また、実施例上の効果として、第一高温側熱交換器４の下方に集熱手段21を配置し、集熱手段21により加熱媒体たる水を蒸発させ、発生した蒸気が加熱管路24を上昇して第一高温側熱交換器４に達し、熱交換した後、水となって返送管路26に流下するから、ポンプなどを用いることなく、加熱媒体を循環することができる。
【００３９】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものでは無く、種々の変形実施が可能である。例えば、第一低温側熱交換器，第二高温側熱交換器に、図４に示した貫通孔14を有する筒体を用いてもよい。また、集熱手段は各種のものを用いることができ、液体状の加熱媒体を貫通孔14に通すようにしてもよく、この場合は、ポンプなどの圧送手段を用いることができる。また、フィン部12の数は実施例に限定されず、例えば２０個以上でもよい。さらに、加熱媒体は水以外の液体でもよい。また、雪室は、新設・既設のいずれにでも適用可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１  熱音響冷却機
２  ループ管
３Ａ  第一のスタック
３Ｂ  第二のスタック
４  第一高温側熱交換器
５  第一低温側熱交換器
６  第二高温側熱交換器
７  第二低温側熱交換器
14  貫通孔（通路）
21  集熱手段
22  熱輸送手段
31  雪室
【図１】
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【図２】
2017015313.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017015313.tif 000007