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公開番号2024047950
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-08
出願番号2022153732
出願日2022-09-27
発明の名称熱音響発生装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類F25B 9/00 20060101AFI20240401BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】高温側熱交換器に使用される熱媒の劣化を防止して、発電効率を適切に維持することができる熱音響発生装置を提供する。
【解決手段】熱音響発生装置1は、流体配管11に配置された蓄熱器21、高温側熱交換器22及び低温側熱交換器23によって、流体配管11に流れる作動流体F0に生じる音波を増幅し、発電機3によって音波を利用して発電を行う。熱音響発生装置1は、排ガスGが流れる排ガス配管4に配置され、排ガスGの熱を回収する熱媒F1を高温側熱交換器22との間で循環させる排ガス熱交換器5と、排ガス配管4における排ガスGの温度を測定する温度センサ6と、及び温度センサ6による排ガスGの温度が熱媒F1に要求される使用上限温度を所定時間以上超える場合に、排ガス熱交換器5に供給される排ガスGの温度を低下させる温度低下機構7とを備える。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
作動流体（Ｆ０）が流れる流体配管（１１）と、前記流体配管に配置され、前記作動流体の熱を音波に変換するための複数のセル壁が設けられた蓄熱器（２１）と、前記蓄熱器の一端に配置され、前記蓄熱器及び前記作動流体を加熱するための熱媒（Ｆ１）が循環される高温側熱交換器（２２）と、前記蓄熱器の他端に配置され、前記蓄熱器及び前記作動流体を冷却するための冷媒（Ｆ２）が循環される低温側熱交換器（２３）と、前記音波を利用する音波利用機器とを備える熱音響発生装置（１）であって、
排ガス（Ｇ）が流れる排ガス配管（４）に配置され、前記排ガスの熱を前記熱媒に伝熱するための排ガス熱交換器（５）と、
前記排ガス配管における前記排ガスの温度を測定する温度センサ（６，６Ａ，６Ｂ）と、
前記排ガス配管の、前記温度センサの配置位置よりも下流側の位置に配置され、前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記熱媒に要求される使用上限温度を所定時間以上超える場合に、前記排ガス熱交換器に供給される前記排ガスの温度を低下させる温度低下機構（７）と、をさらに備える、熱音響発生装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記温度低下機構は、前記排ガス配管の、前記排ガス熱交換器の配置位置よりも上流側の特定部位（４１）を迂回して設けられ、前記特定部位に比べて前記排ガスの温度を低下させる効果が高い迂回配管（７１，７１Ａ，７１Ｂ）と、前記排ガスが前記特定部位と前記迂回配管とのいずれに流れるかを切り換える切換弁（７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ）とを有し、
かつ、前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記使用上限温度を所定時間以上超えたときに、前記切換弁の切り換えによって、前記特定部位を流れる前記排ガスを前記迂回配管に流すよう構成されている、請求項１に記載の熱音響発生装置。
【請求項３】
前記迂回配管には、前記迂回配管を流れる前記排ガスを冷却する冷却装置（７３）が配置されており、
前記温度低下機構は、前記切換弁の切り換えによって、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が第１温度以下であるときに、前記排ガスを前記特定部位に流し、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記第１温度を所定時間以上超えるとともに前記第１温度よりも高い第２温度以下であるときに、前記排ガスを前記迂回配管に流し、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記第２温度を所定時間以上超えたときに、前記排ガスを前記迂回配管に流すとともに前記冷却装置を作動させるよう構成されている、請求項２に記載の熱音響発生装置。
【請求項４】
前記温度低下機構は、前記排ガス配管の、前記排ガス熱交換器の配置位置よりも上流側の特定部位（４１）を冷却する冷却装置（７３）を有し、
かつ、前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記使用上限温度を所定時間以上超えたときに、前記冷却装置によって、前記特定部位を流れる前記排ガスを冷却するよう構成されている、請求項１に記載の熱音響発生装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、冷却風を前記排ガス配管の外部から当てる送風機、空気を前記排ガス配管内に混入させる空気混入機、通電によって前記排ガス配管を冷却する熱電変換素子、前記排ガス配管を流れる前記排ガスを冷却する冷却用熱交換器、又は前記排ガス配管の周りに冷媒を流す冷媒供給管によって構成されている、請求項３又は４に記載の熱音響発生装置。
【請求項６】
前記迂回配管は、前記排ガス配管の、前記排ガス熱交換器の配置位置よりも上流側の特定部位を迂回して設けられた第１迂回配管（７１Ａ）と、前記第１迂回配管よりも長い状態で、又は前記第１迂回配管の一部をさらに迂回する状態で形成されるとともに、前記特定部位及び前記第１迂回配管と並んで設けられ、前記第１迂回配管に比べて前記排ガスの温度を低下させる効果が高い第２迂回配管（７１Ｂ）とを有し、
前記切換弁は、前記排ガスが前記特定部位と前記第１迂回配管と前記第２迂回配管とのいずれに流れるかを切り換えるよう構成されており、
前記温度低下機構は、前記切換弁の切り換えによって、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が第１温度以下であるときに、前記排ガスを前記特定部位に流し、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記第１温度を所定時間以上超えるとともに前記第１温度よりも高い第２温度以下であるときに、前記排ガスを前記第１迂回配管に流し、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記第２温度を所定時間以上超えたときに、前記排ガスを前記第２迂回配管に流すよう構成されている、請求項２に記載の熱音響発生装置。
【請求項７】
前記温度低下機構は、前記排ガス配管の、前記排ガス熱交換器の配置位置よりも上流側の特定部位（４１）を迂回して設けられ、前記特定部位に比べて前記排ガスの温度を低下させる効果が高い迂回配管（７１，７１Ａ，７１Ｂ）と、前記排ガスが前記特定部位と前記迂回配管とのいずれに流れるかを切り換える切換弁（７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ）とを有し、
前記温度低下機構は、前記切換弁の切り換えによって、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記使用上限温度を所定時間以上超える場合に、前記排ガスを前記迂回配管に流し、
前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記使用上限温度以下に所定時間以上維持される場合に、前記排ガスを前記特定部位に流すよう構成されている、請求項１に記載の熱音響発生装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響発生装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
熱音響発生装置は、熱音響現象を利用して熱を音波に変換し、音波を発電、加熱、冷却等に利用するものである。熱音響発生装置の熱音変換器は、作動流体が音波として通過する蓄熱器の一端に、高温側熱交換器を配置するとともに、蓄熱器の他端に、低温側熱交換器を配置して構成される。そして、熱音変換器は、高温側熱交換器に流通する熱媒と低温側熱交換器に流通する冷媒とによって蓄熱器の両端に生じる温度差を利用して、蓄熱器を通過する作動流体の音波を増幅させるよう構成されている。
【０００３】
特許文献１に記載の熱音響ポンプにおいては、排ガス等の熱源との熱交換を行う加熱部、スタック及び冷却部を配置した熱音響機関を、作動流体が充填された管部に構成し、熱音響機関を利用する際に、熱源温度が低い場合でも所望の圧力を得ることができる工夫がなされている。この熱音響ポンプは、熱音響機関の加熱部に電気ヒータを設け、制御機構によって、熱源の温度低下時に電気ヒータを作動させるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－１１７３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱音響発生装置においては、工業炉等から排出される熱源としての排ガスの熱が、排ガス熱交換器と高温側熱交換器とを循環する熱媒に与えられる。特許文献１に記載の熱音響ポンプを含む従来の熱音響発生装置においては、排ガスの温度が高くなり過ぎた場合に、熱音響発生装置に生じる影響について十分に考慮されていない。特に、排ガスの温度が高くなり過ぎると、熱媒の温度が高くなり過ぎ、熱媒の温度が使用上限温度を超えることが想定される。この場合には、熱媒が劣化して、熱音響発生装置の熱音変換効率が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、高温側熱交換器に使用される熱媒の劣化を防止して、熱音変換効率を適切に維持することができる熱音響発生装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
作動流体（Ｆ０）が流れる流体配管（１１）と、前記流体配管に配置され、前記作動流体の熱を音波に変換するための複数のセル壁が設けられた蓄熱器（２１）と、前記蓄熱器の一端に配置され、前記蓄熱器及び前記作動流体を加熱するための熱媒（Ｆ１）が循環される高温側熱交換器（２２）と、前記蓄熱器の他端に配置され、前記蓄熱器及び前記作動流体を冷却するための冷媒（Ｆ２）が循環される低温側熱交換器（２３）と、前記音波を利用する音波利用機器とを備える熱音響発生装置（１）であって、
排ガス（Ｇ）が流れる排ガス配管（４）に配置され、前記排ガスの熱を前記熱媒に伝熱するための排ガス熱交換器（５）と、
前記排ガス配管における前記排ガスの温度を測定する温度センサ（６，６Ａ，６Ｂ）と、
前記排ガス配管の、前記温度センサの配置位置よりも下流側の位置に配置され、前記温度センサによる前記排ガスの温度が前記熱媒に要求される使用上限温度を所定時間以上超える場合に、前記排ガス熱交換器に供給される前記排ガスの温度を低下させる温度低下機構（７）と、をさらに備える、熱音響発生装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
前記一態様の熱音響発生装置においては、高温側熱交換器の熱源となる排ガスの温度が、排ガス配管及び高温側熱交換器を循環する熱媒の使用上限温度を超えるほど高い場合等に、排ガス熱交換器に供給される排ガスの温度を低下させる工夫をしている。具体的には、温度センサによる排ガスの温度が熱媒に要求される使用上限温度を所定時間以上超える場合に、温度低下機構によって、排ガス熱交換器に供給される排ガスの温度を低下させる。
【０００９】
この構成により、排ガスの温度が、熱音響発生装置に利用するためには高くなり過ぎる場合に、排ガスの温度を低下させて熱媒が熱によって劣化しないようにすることができる。そのため、熱音響発生装置の熱音変換効率を適切に維持することができる。なお、熱音変換効率とは、熱から音波への変換効率のことをいう。
【００１０】
それ故、前記一態様の熱音響発生装置によれば、高温側熱交換器に使用される熱媒の劣化を防止して、熱音変換効率を適切に維持することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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