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公開番号2025064108
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2023173594
出願日2023-10-05
発明の名称熱音響システム、および、熱音響装置の制御方法
出願人中央精機株式会社
代理人弁理士法人アルファ国際特許事務所
主分類F25B 9/00 20060101AFI20250410BHJP(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】出力を効率よく制御できる熱音響システムを提供する。
【解決手段】熱音響システムは、第1のエネルギー変換機と、第2のエネルギー変換機と、を備える熱音響装置と、第1の流体を加熱する加熱装置と、第1のエネルギー変換機に第1の流体および第2の流体を供給する第1の流体供給装置と、を備える入力装置と、熱音響装置から供給される第4の流体と冷却対象との間で熱交換を行わせることによって冷却対象を冷却する冷却装置と、第2のエネルギー変換機に第3の流体および第4の流体を供給するとともに、熱音響装置によって冷却された第4の流体を冷却装置に輸送する第2の流体供給装置と、を備える出力装置と、温度センサと、制御部と、を備え、制御部が、温度センサによって検知された検知温度に基づいて、第1の流体の流量、第4の流体の流量、第1の流体の温度、および第4の流体と冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも1つを変化させる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
熱音響装置であって、
一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第１の蓄熱器と、
前記第１の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第１の流体が流通可能な第１の流路を備える第１の熱交換器と、
前記第１の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、第２の流体が流通可能な第２の流路を備える第２の熱交換器と、
を備える第１のエネルギー変換機と、
一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第２の蓄熱器と、
前記第２の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第３の流体が流通可能な第３の流路を備える第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、第４の流体が流通可能な第４の流路を備える第４の熱交換器と、
を備える第２のエネルギー変換機と、
前記第１のエネルギー変換機と前記第２のエネルギー変換機とが収容されるとともに作動気体を封入可能な配管と、
を備え、前記第４の流体を冷却する熱音響装置と、
入力装置であって、
前記第１の流体を加熱する加熱装置と、
前記第１のエネルギー変換機に前記第１の流体および前記第２の流体を供給する第１の流体供給装置と、
を備える入力装置と、
出力装置であって、
前記熱音響装置から供給される前記第４の流体と冷却対象との間で熱交換を行わせることによって前記冷却対象を冷却する冷却装置と、
前記第２のエネルギー変換機に前記第３の流体および前記第４の流体を供給するとともに、前記熱音響装置によって冷却された前記第４の流体を前記冷却装置に輸送する第２の流体供給装置と、
を備える出力装置と、
前記第４の流体および前記冷却対象の少なくとも１つの温度を検知する温度センサと、
前記入力装置および前記出力装置の少なくとも１つを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記温度センサによって検知された検知温度に基づいて、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させる、
熱音響システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記冷却装置が、
設定温度の入力を受け付ける操作部を備え、
前記制御部が、
前記操作部によって受け付けられた前記設定温度に基づいて、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させる、
請求項１に記載の熱音響システム。
【請求項３】
前記温度センサが、前記冷却対象の温度を検知するためのセンサであり、
前記制御部が、
前記検知温度と前記設定温度との差が小さくなるように、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度差、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させる、
請求項２に記載の熱音響システム。
【請求項４】
前記制御部が、
前記検知温度と前記設定温度との差が予め定められた基準範囲外である場合には、
前記第１の流体の流量、および、前記第１の流体の温度の少なくとも１つと、
前記第４の流体の流量、および、前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つと、
を変化させ、
前記検知温度と前記設定温度との差が前記基準範囲内である場合には、
前記第４の流体の流量、および、前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させ、
前記第１の流体の流量、および、前記第１の流体の温度は変化させない、
請求項３に記載の熱音響システム。
【請求項５】
一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第１の蓄熱器と、
前記第１の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第１の流体が流通可能な第１の流路を備える第１の熱交換器と、
前記第１の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、前記第１の流体よりも低温である第２の流体が流通可能な第２の流路を備える第２の熱交換器と、
を備える第１のエネルギー変換機と、
一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第２の蓄熱器と、
前記第２の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第３の流体が流通可能な第３の流路を備える第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、前記第３の流体よりも低温である第４の流体が流通可能な第４の流路を備える第４の熱交換器と、
を備える第２のエネルギー変換機と、
前記第１のエネルギー変換機と前記第２のエネルギー変換機とが収容されるとともに作動気体を封入可能な配管と、
を備え、
前記第４の流体と冷却対象との間で熱交換を行わせることによって前記冷却対象を冷却する冷却装置に接続されて、前記第４の流体を冷却して前記冷却装置に供給する熱音響装置を制御する方法であって、
前記第４の流体および前記冷却対象の少なくとも１つの温度を検知する工程と、
検知された前記温度に基づいて、前記第１の流体の流量、前記第１の流体の温度、前記第４の流体の流量、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量のうち少なくとも１つを変化させる工程と、を含む、
熱音響装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される技術は、熱音響システム、および、熱音響装置の制御方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
熱音響装置は、音波を伝播する作動気体が封入された配管と、この配管に組み込まれたエネルギー変換機と、を備える。エネルギー変換機は、蓄熱器と、蓄熱器の両端にそれぞれ配される熱交換器と、を備える。このような熱音響装置は、例えば、蓄熱器の両端間に発生する温度勾配に起因して作動気体が自励振動することで熱エネルギーを音響エネルギー（音波）に変換する熱音響エンジンや、蓄熱器に音響エネルギーを入力することで熱移動を行う熱音響ヒートポンプとして利用することができる。２つのエネルギー変換機を組み合わせることで、熱音響装置を、冷却対象を冷却するための装置として利用する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１７９２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の熱音響装置では、例えば蓄熱器の形状（微小流路の径や、軸方向の長さ）や、配管の形状（管径や長さ）等の機械的な構造が決定されると、入力熱量に対する出力が一意に決まることが知られている。冷却対象を所望の温度にするために、出力を効率よく制御する技術の開発が求められている。
【０００５】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本明細書に開示される熱音響システムは、熱音響装置であって、一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第１の蓄熱器と、前記第１の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第１の流体が流通可能な第１の流路を備える第１の熱交換器と、前記第１の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、第２の流体が流通可能な第２の流路を備える第２の熱交換器と、を備える第１のエネルギー変換機と、一面と他面とを有し、前記一面から前記他面まで貫通する複数の貫通路を有する第２の蓄熱器と、前記第２の蓄熱器の前記一面に対向して配置され、第３の流体が流通可能な第３の流路を備える第３の熱交換器と、前記第２の蓄熱器の前記他面に対向して配置され、第４の流体が流通可能な第４の流路を備える第４の熱交換器と、を備える第２のエネルギー変換機と、前記第１のエネルギー変換機と前記第２のエネルギー変換機とが収容されるとともに作動気体を封入可能な配管と、を備え、前記第４の流体を冷却する熱音響装置と、入力装置であって、前記第１の流体を加熱する加熱装置と、前記第１のエネルギー変換機に前記第１の流体および前記第２の流体を供給する第１の流体供給装置と、を備える入力装置と、出力装置であって、前記熱音響装置から供給される前記第４の流体と冷却対象との間で熱交換を行わせることによって前記冷却対象を冷却する冷却装置と、前記第２のエネルギー変換機に前記第３の流体および前記第４の流体を供給するとともに、前記熱音響装置によって冷却された前記第４の流体を前記冷却装置に輸送する第２の流体供給装置と、を備える出力装置と、前記第４の流体および前記冷却対象の少なくとも１つの温度を検知する温度センサと、前記入力装置および前記出力装置の少なくとも１つを制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記温度センサによって検知された検知温度に基づいて、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させる。
【０００７】
上記の構成によれば、効率よく冷却対象を所望の温度にすることが可能となる。
【０００８】
（２）上記（１）に記載の熱音響システムにおいて、前記冷却装置が、設定温度の入力を受け付ける操作部を備え、前記制御部が、前記操作部によって受け付けられた前記設定温度に基づいて、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させても構わない。
【０００９】
このような構成によれば、冷却対象をさらに効率よく所望の温度にすることができる。
【００１０】
（３）上記（２）に記載の熱音響システムにおいて、前記温度センサが、前記冷却対象の温度を検知するためのセンサであり、前記制御部が、前記検知温度と前記設定温度との差が小さくなるように、前記第１の流体の流量、前記第４の流体の流量、前記第１の流体の温度差、および前記第４の流体と前記冷却対象との間で交換される熱量の少なくとも１つを変化させても構わない。
（【００１１】以降は省略されています）

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