DE112017005268T5

DE112017005268T5 - Thermoakustische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112017005268T5
Application number: DE112017005268.8T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Saito; Ryouichi Takahata; Tomoyuki Takei; Osamu Ishikawa
Original assignee: JTEKT Corp; University Public Corporation Osaka
Current assignee: University Public Corp Osaka Osaka Shi Jp; JTEKT Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-09-26
Also published as: JP6781899B2; CN110168291A; US10712054B2; WO2018074501A1; CN110168291B; JP2018066501A; US20190242624A1

Abstract

Eine thermoakustische Vorrichtung enthält ein Schlaufenrohr, ein erstes Paket, das in dem Schlaufenrohr angeordnet ist und das eine Schallwelle in dem Schlaufenrohr durch einen Temperaturgradienten erzeugt, ein zweites Paket, das in dem Schlaufenrohr angeordnet ist und das einen Temperaturgradienten erzeugt, einen ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende des ersten Pakets angeordnet ist und der die Temperatur des einen Endes des ersten Pakets höher macht als das andere Ende, und einen ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist und der die Temperatur an dem anderen Ende des ersten Pakets niedriger macht als das andere Ende.

Description

Technisches Gebiet
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine thermoakustische Vorrichtung, die Wandlung zwischen thermischer Energie und Schallenergie einsetzt.
Stand der Technik
In vergangenen Jahren sind thermoakustische Vorrichtungen, die einen thermoakustischen Effekt, welcher ein Wandlungsphänomen zwischen thermischer Energie und Schallenergie ist, einsetzen, vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart JP-A-2008-10191 (Patentliteratur 1) eine thermoakustische Vorrichtung, in welcher ein erstes Paket und ein zweites Paket in einem Schlaufenrohr angeordnet sind. Das erste Paket ist zwischen einem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher und einem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher gelegen. In der thermoakustischen Vorrichtung ist eine selbsterregte Schallwelle durch einen Temperaturgradienten, der in dem ersten Paket erzeugt ist, erzeugt. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher kann durch diese Schallwelle gekühlt sein.
JP-A-2008-101910 offenbart eine Technik, in welcher eine Effizienz von Wärmetauschen in dem Paket durch ein passendes Festlegen einer Länge des Schlaufenrohrs, eines Zustands eines Arbeitsfluids, das in dem Schlaufenrohr enthalten ist, eines Durchmesser eines Leitungswegs des ersten Pakets und des zweiten Pakets und Ähnlichem verbessert.
JP-A-2012-159266 (Patentliteratur 2) offenbart eine Konfiguration, in welcher eine Sperrwand zum Sperren von bewegten Gasen in einem Rohr, in welchem ein Motor und ein Kühler gebildet sind, installiert ist. Die Sperrwand ist installiert, um in der Lage zu sein, begleitend mit der Vibration von Gas zu vibrieren. Ein Zirkulationsfluss des Gases ist durch die Sperrwand verhindert. Als ein Ergebnis ist die Kühlinsuffizienz, die durch den Säkulationsfluss des Gases verursacht ist, verhindert.
JP-A-211-127870 (Patentliteratur 3) offenbart einen thermoakustischen Motor, welcher enthält: ein erstes Schlaufenrohr, in welchem ein Motor angeordnet ist, um thermische Energie in Schallenergie umzuwandeln; ein zweites Schlaufenrohr, in welchem eine Passivvorrichtung angeordnet ist, um Schallenergie in thermische Energie umzuwandeln; und ein Verbindungsrohr, das das erste Schlaufenrohr und das zweite Schlaufenrohr miteinander verbindet. Ein Vibrator, der ein Arbeitsfluid des ersten Schlaufenrohrs und ein Arbeitsfluid des zweiten Schlaufenrohrs trennt, ist in dem Verbindungsrohr bereitgestellt. Der Vibrator ist konfiguriert, um in der Lage zu sein, in eine Vibrationsrichtung eines Arbeitsfluids zu vibrieren. Die zwei getrennten Arbeitsfluide und der Vibrator vibrieren mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz. Als ein Ergebnis ist eine Schallwelle mit einer niedrigeren Frequenz erzeugt, als eine Frequenz, die durch Schlaufenlängen des ersten Schlaufenrohrs und des zweiten Schlaufenrohrs definiert ist. Folglich ist der gleiche Effekt erhalten, als in dem Fall, in dem ein Resonanzrohr, das eine gleiche oder längere Länge als dreimal die Schlaufenlänge des ersten Schlaufenrohrs und des zweiten Schlaufenrohrs hat, zwischen dem ersten Schlaufenrohr und dem zweiten Schlaufenrohr bereitgestellt ist. Da das Resonanzrohr, das eine solche Länge hat, somit unnötig gemacht ist, kann der thermoakustische Motor verkleinert sein und eine Schallwellenschwächung kann reduziert sein.
Stand der Technik Literatur
Patentliteratur

Patentliteratur 1 JP-A-2008-101910
Patentliteratur 2 JP-A-2012-159266
Patentliteratur 3 JP-A-2011-127870

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Probleme
In dem Stand der Technik, der oben beschrieben ist, ist die Sperrwand oder der Vibrator, welcher in der Lage ist, zu vibrieren, in dem Rohr der thermoakustischen Vorrichtung bereitgestellt. Die Sperrplatte ist bereitgestellt, um die Zirkulation des Gases in dem Schlaufenrohr zu verhindern. Der Vibrator ist bereitgestellt, um das Gas der zwei Schlaufenrohre zu trennen, um Vibration zu kontrollieren.
Die vorliegende Anmeldung offenbart eine Technik, die eine Schallwelle eines Schlaufenrohrs durch eine Vibrationsplatte in einer thermoakustischen Vorrichtung verstärkt.
Lösung des Problems
Eine thermoakustische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung mit:

einem Schlaufenrohr;
einem ersten Paket, das in dem Schlaufenrohr angeordnet ist, wobei das erste Paket eine Schallwelle in dem Schlaufenrohr durch einen Temperaturgradienten in dem ersten Paket erzeugt;
einem zweiten Paket, das in dem Schlaufenrohr angeordnet ist, wobei das zweite Paket einen Temperaturgradienten in dem zweiten Paket durch eine Schallwelle des Schlaufenrohrs erzeugt;
einem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das eine Ende des ersten Pakets auf eine höhere Temperatur als ein anderes Ende des ersten Pakets bringt;
einem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das andere Ende des ersten Pakets auf eine niedrigere Temperatur als das andere Ende bringt;
einem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende, welches näher an dem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher ist, unter zwei Enden des zweiten Pakets angeordnet ist;
einem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende angeordnet ist, welches näher an dem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher unter zwei Enden des zweiten Pakets ist; und
einer ersten Vibrationsplatte, die in dem Schlaufenrohr zwischen dem Ende des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und dem Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welche in einer Axialrichtung des Schlaufenrohrs vibriert.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Schallwelle des Schlaufenrohrs in der thermoakustischen Vorrichtung verstärkt werden.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer thermoakustischen Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1.
2 ist eine Querschnittansicht eines Schlaufenrohrs 3, in welchem eine erste Vibrationsplatte 4 angeordnet ist.
3 zeigt ein Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4.
4 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4.
5 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4.
6 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des ersten Pakets, eines ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers und eines ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers, die in 1 gezeigt sind, zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des ersten Pakets, des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers und des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers, die in 1 gezeigt sind, zeigt.
8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer thermoakustischen Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2.
9 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer zweiten Vibrationsplatte.
10 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der zweiten Vibrationsplatte.
11 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der zweiten Vibrationsplatte.
12 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Messung einer Beziehung zwischen einem Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte 4 und eines Kühleffekts der thermoakustischen Vorrichtung zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Messung einer Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte 4 und einer Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 (D/F) und dem Kühleffekt der thermoakustischen Vorrichtung, zeigt.
14 zeigt ein Beispiel einer Eigenform und eines Eigenwerts einer Kreisfolienvibrationsplatte.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine thermoakustische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält: ein Schlaufenrohr; ein erstes Paket, das innerhalb des Schlaufenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Paket eine Schallwelle in dem ersten Schlaufenrohr durch einen Temperaturgradienten in dem ersten Paket erzeugt; ein zweites Paket, das in dem Schlaufenrohr angeordnet ist, wobei das zweite Paket einen Temperaturgradienten in dem zweiten Paket durch eine Schallwelle des Schlaufenrohrs erzeugt; einem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das eine Ende des ersten Pakets auf eine höhere Temperatur als ein anders Ende des ersten Pakets bringt; ein erster Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das andere Ende des ersten Pakets auf eine niedrigere Temperatur als das eine Ende bringt; einem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem Ende angeordnet ist, welches näher an dem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher ist unter zwei Enden des zweiten Pakets; und einem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem Ende angeordnet ist, welches näher an dem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher unter zwei Enden des zweiten Pakets ist; und einer ersten Vibrationsplatte, die in dem Schlaufenrohr zwischen dem Ende des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und dem einen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welche in einer axialen Richtung des Schlaufenrohrs vibriert (eine erste Konfiguration).
In der ersten Konfiguration ist der Temperaturgardient an einem Ende und an dem anderen Ende des ersten Pakets durch den ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher und den ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher erzeugt. Eine Schallwelle ist in einem Arbeitsfluid in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt. Ein Temperaturgradient ist in dem zweiten Paket durch diese Schallwelle erzeugt. Wegen dieses Temperaturgradienten wird eine Temperatur an dem Ende des zweiten Pakets auf der Seite des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers niedriger als eine Temperatur an dem Ende des zweiten Pakets auf der Seite des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers. Zum Beispiel kann die Temperatur des Niedrigtemperaturseitenendes des zweiten Pakets kontrolliert sein, niedriger zu sein, durch ein Kontrollieren der Temperatur des Hochtemperaturseitenendes des zweiten Pakets durch den zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher des zweiten Pakets. In diesem Fall kann ein Kühlziel außerhalb des Schlaufenrohrs durch den zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher gekühlt sein. In der thermoakustischen Vorrichtung ist die erste Vibrationsplatte zwischen dem Ende, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher des zweiten Pakets angeordnet ist, und dem einen Ende, wo der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher des ersten Pakets angeordnet ist, angeordnet. Die Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, kann durch Bereitstellung der ersten Vibrationsplatte an dieser Position verstärkt werden. Als ein Ergebnis kann die Wandlungseffizienz zwischen Schallenergie und thermischer Energie verbessert sein. Hier enthält die Verstärkung der Schallwelle, die durch die erste Vibrationsplatte durchgeführt ist, auch einen Fall, in dem die Schallwellendämpfung reduziert ist.
In der ersten Konfiguration, die oben beschrieben ist, können das Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist und die erste Vibrationsplatte innerhalb eines Bereichs mit einer ersten Distanz mit Bezug auf eine Position mit einer Distanz einer halben Rohrlänge des Schlaufenrohrs von dem einen Ende des ersten Pakets angeordnet werden. Hier entspricht die erste Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs, der 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf eine maximale Amplitude einer Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, ist (eine zweite Konfiguration).
In der zweiten Konfiguration sind die erste Vibrationsplatte und das Hochtemperaturseitenende des zweiten Pakets in einem Abschnitt des Schlaufenrohrs angeordnet, der der Position mit Distanz einer halben Rohrlänge des Schlaufenrohrs von dem einen Ende der Hochtemperaturseite des ersten Pakets entspricht. Dementsprechend kann ein Effekt der ersten Vibrationsplatte einer Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden.
„Distanz“ in der oben genannten „Distanz einer halben Rohrlänge des Schlaufenrohrs von dem einen Ende des ersten Pakets“ und die „erste Distanz“ bezieht sich auf eine Distanz eines Pfades des Schlaufenrohrs. Die Distanz des Pfades des Schlaufenrohrs bezieht sich auf eine Distanz eines Pfades, welcher durch eine Mittelachse in dem Schlaufenrohr hindurchläuft. Das gleiche gilt für eine „Distanz“, die unten beschrieben ist.
In der ersten oder zweiten Konfiguration ist eine Distanz zwischen dem Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und der zweiten Vibrationsplatte gleich oder weniger als ¼ der Rohrlänge des Schlaufenrohrs (eine dritte Konfiguration).
In der dritten Konfiguration, die oben beschrieben ist, ist die erste Vibrationsplatte in einem Abschnitt mit einer Distanz von einem Viertel der Rohrlänge des Schlaufenrohrs von dem Hochtemperaturseitenende des zweiten Pakets angeordnet. Dementsprechend kann ein Effekt der ersten Vibrationsplatte der Verstärkung der Schallwelle, die durch en Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden.
In einer der ersten bis zweiten Konfigurationen kann die thermoakustische Vorrichtung zusätzlich eine zweite Vibrationsplatte enthalten, die in dem Schlaufenrohr zwischen dem Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welche in der Lage ist, in der axialen Richtung des Schlaufenrohrs zu vibrieren (eine vierte Konfiguration). Die Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, kann weiter durch die zweite Vibrationsplatte verstärkt werden.
In der vierten Konfiguration, die oben beschrieben ist, kann die zweite Vibrationsplatte mit einer zweiten Distanz von dem Ende unter den zwei Enden des ersten Pakets, wo der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, angeordnet sein. Hier entspricht die zweite Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs, die 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf eine maximale Amplitude einer Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, ist (eine fünfte Konfiguration). Dementsprechend kann der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter durch die zweite Vibrationsplatte verbessert sein. Eine Distanz zwischen dem Ende unter den zwei Enden des ersten Pakets, wo der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und der zweiten Vibrationsplatte kann auch gleich oder weniger als ¼ der Rohrlänge des Schlaufenrohrs sein. Der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte kann auch in diesem Fall verbessert sein.
In irgendeiner der ersten bis fünften Konfiguration, die oben beschrieben sind, kann ein Verlustfaktor tanö 0 ≤ tanö ≤ 0,5 zu einer Zeit erfüllen, wenn die erste Vibrationsplatte mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert (eine sechste Konfiguration). Bevorzugt kann der Verlustfaktor tanδ der Vibrationsplatte 0 ≤ tanö ≤ 0,2 erfüllen und kann bevorzugter 0 ≤ tanö ≤ 0,025 erfüllen. Das heißt, der Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte ist bevorzugt 0,5 oder weniger, bevorzugter 0,2 oder weniger und zusätzlich bevorzugter 0,025 oder weniger. Der Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte kann null oder mehr sein. Auf diese Weise ist die Viskosität der erste Vibrationsplatte reduziert, wobei somit der Effekt, der durch die erste Vibrationsplatte bereitgestellt ist, der Verstärkung der Schallwelle des Schlaufenrohrs, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden kann.
Im Hinblick auf die zweite Vibrationsplatte kann ein Verlustfaktor tanδ2 0 ≤ tanδ2 ≤ 0,5 erfüllen zu einer Zeit, wenn die zweite Vibrationsplatte mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert. Bevorzugt kann der Verlustfaktor tanδ2 der zweiten Vibrationsplatte 0 ≤ tanδ2 ≤ 0,2 erfüllen und kann bevorzugter 0 ≤ tanδ2 ≤ 0,025 erfüllen. Das heißt, der Verlustfaktor tanδ2 der zweiten Vibrationsplatte ist bevorzugt 0,5 oder weniger, bevorzugter 0,2 oder weniger und zusätzlich bevorzugt 0,025 oder weniger. Der Verlustfaktor tanδ2 der zweiten Vibrationsplatte kann null oder mehr sein. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte weiter verbessert sein.
In einer der ersten bis sechsten Konfigurationen kann eine Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte und einer Resonanzfrequenz S des Schlaufenrohrs eine Beziehung von D/F ≥ 0,8 haben (eine siebte Konfiguration). Dementsprechend kann der Effekt, der durch die erste Vibrationsplatte bereitgestellt ist, der Verstärkung der Schallwelle des Schlaufenrohrs, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden. Die Treibfrequenz D ist eine Frequenz der ersten Vibrationsplatte, die durch die Schallwelle des Schlaufenrohrs vibriert wird. Im Hinblick auf die zweite Vibrationsplatte kann eine Treibfrequenz D2 der zweiten Vibrationsplatte und die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs eine Beziehung von D2/F ≥ 0,8 haben. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte weiter verbessert werden. Die Treibfrequenz D2 ist eine Frequenz der zweiten Vibrationsplatte, die durch die Schallwelle des Schlaufenrohrs vibriert wird.
In einer der ersten bis siebten Konfigurationen kann die erste Vibrationsplatte aus Harz oder Metall gebildet sein (eine achte Konfiguration). Da die erste Vibrationsplatte durch Harz oder Metall gebildet ist, ist die Viskosität der ersten Vibrationsplatte passend von einem Gesichtspunkt des Schallwellenverstärkungseffekts gemacht. Daher kann der Effekt, der durch die erste Vibrationsplatte bereitgestellt ist, der Verstärkung der Schallwelle des Schlaufenrohrs, die durch die Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden. Die zweite Vibrationsplatte kann auch aus Harz oder Metall gebildet sein. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte weiter verbessert werden.
In einer der ersten bis achten Konfigurationen kann die erste Vibrationsplatte in der ersten Distanz von einer Schwingungsbauchposition einer ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, angeordnet sein. Hier entspricht die erste Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs, die 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf eine maximale Amplitude der Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle ist, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist (eine neunte Konfiguration).
In der neunten Konfiguration ist die erste Vibrationsplatte in einem Abschnitt des Schlaufenrohrs angeordnet, der der Schwingungsbauchposition der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, entspricht. Dementsprechend kann der Effekt der ersten Vibrationsplatte der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden. Die erste Distanz kann ein Zehntel der Rohrlänge des Schlaufenrohrs sein. Der Schallwellenverstärkungseffekt der ersten Vibrationsplatte kann in diesem Fall auch verbessert werden.
Die zweite Vibrationsplatte kann mit der ersten Distanz von der Schwingungsbauchposition der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, angeordnet sein. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte weiter verbessert sein.
In irgendeiner der ersten bis neunten Konfiguration können das Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und die erste Vibrationsplatte auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein, damit eine Position, die eine halbe Rohrlänge des Schlaufenrohrs weg von dem einen Ende des ersten Pakets gelegen ist, dazwischenliegt. Das heißt, die Position, die eine halbe Rohrlänge des Schlaufenrohrs weg von dem Hochtemperaturseitenende des ersten Pakets zu der Hochtemperaturseite des zweiten Pakets gelegen ist, kann zwischen der ersten Vibrationsplatte und dem Hochtemperaturseitenende des zweiten Pakets angeordnet sein. Dementsprechend kann der Effekt der ersten Vibrationsplatte der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden.
In irgendeiner der ersten bis zehnten Konfiguration kann die erste Vibrationsplatte an einer Position angeordnet sein, die näher an dem zweiten Paket ist, als eine Mittenposition eines Pfades in dem Rohr von dem Ende zwischen den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher an dem einen Ende des ersten Pakets angeordnet ist (eine elfte Konfiguration). Dementsprechend kann der Effekt der ersten Vibrationsplatte der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, weiter verbessert werden.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Konfigurationen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die gleiche Beschreibung wird nicht beschrieben werden. Für eine bessere Beschreibung gibt es in jeder Figur Fälle, in denen eine Konfiguration in einer vereinfachten oder schematischen Weise gezeigt ist und ein Teil der Konfiguration kann weggelassen sein.
Ausführungsbeispiel 1
Konfigurationsbeispiel der thermoakustischen Vorrichtung
Die 1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer thermoakustischen Vorrichtung gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel. Eine thermoakustischen Vorrichtung 10 enthält ein Schlaufenrohr 3 und ein erstes Paket 13 und ein zweites Paket 23, die in dem Schlaufenrohr 3 bereitgestellt sind. Ein Arbeitsfluid ist in dem Schlaufenrohr 3 eingeschlossen. Das Arbeitsfluid kann z. B. Luft, Stickstoff, Helium, Argon oder ein gemischtes Gas, das mindestens zwei der obigen enthält, sein. Kein Zweigrohr ist mit dem Schlaufenrohr 3 verbunden.
Das erste Paket 13 enthält eine Mehrzahl von Leitungspfaden 13k, die durch eine Längenrichtung (kann auch bezeichnet werden als eine Axialrichtung oder eine In-Rohr-Pfadrichtung) des Schlaufenrohrs 3 hindurchgeht. Das zweite Paket 23 enthält auch eine Mehrzahl von Leitungspfaden 23k, die durch die Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 hindurchgehen. Die Leitungspfade 13k und 23k sind Fließpfade des Arbeitsfluids. Das heißt, das Arbeitsfluid ist in den Leitungspfaden 13k und 23k in dem ersten Paket 13 und dem zweiten Paket 23 bewegbar. Das Arbeitsfluid kann durch das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 hindurchgehen. Ein Paket kann auch als ein Wärmeakkumulator bezeichnet werden.
Das Arbeitsfluid in dem ersten Paket 13 vibriert, wenn ein Temperaturgradient in dem ersten Paket 13 einen kritischen Punkt überschreitet. Das Arbeitsfluid in dem Paket 23 vibriert, wenn ein Temperaturgradient in dem zweiten Paket 23 einen kritischen Punkt überschreitet. Eine Schallwelle ist durch die Vibration des Arbeitsfluids erzeugt. Als ein Ergebnis ist eine Schallwelle, die eine stehende Welle enthält, in dem Arbeitsfluid in dem Schlaufenrohr 3 erzeugt. Ein Temperaturgradient ist in dem ersten Paket 13 oder dem zweiten Paket 23 erzeugt, wenn das Arbeitsfluid in dem ersten Paket 13 oder dem zweiten Paket 23 durch die Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3 vibriert wird. Der Temperaturgradient ist zwischen einem Ende (einer Endseite) 13A und einem anderen Ende (einer anderen Seite) 13B des ersten Pakets 13 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs erzeugt. Ähnlich ist der Temperaturgradient zwischen einem Ende (einer Endseite) 23A und einem anderen Ende (eine andere Seite) 23B des zweiten Pakets 23 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 erzeugt. Auf diese Weise können das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 gemeinsam thermische Energie und Schallenergie umwandeln.
Zum Beispiel können die Leitungspfade 13k und 23k in dem ersten Paket 13 und dem zweiten Paket 23 durch eine Mehrzahl von Wänden, die sich in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 erstrecken, gebildet sein. In diesem Fall können Querschnittformen der Mehrzahl von Wänden, die zu der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 senkrecht sind, z. B. Gitterformen sein. Alternativ kann das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 eine Struktur haben, in welcher eine Mehrzahl von Löchern, die durch die Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 durchgehen, in einem Kolonnenkörper, der sich in die gleiche Längenrichtung erstreckt, bereitgestellt sein. Alternativ können das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 eine Struktur haben, in welcher eine Mehrzahl von hohlen Kolonnen, die sich in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 erstrecken, parallel bereitgestellt sind, wobei die Kolonnen Löcher enthalten, die durch die Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 hindurchgehen. In diesem Fall können z. B. die Kolonnen parallel ohne Lücken dazwischen durch ein Machen von Querschnitten von Oberflächen, die senkrecht zu Axialrichtungen von jeder hexagonalen Kolonne sind, bereitgestellt sein. Das heißt, das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 können Wabenstrukturen haben.
Das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 können z. B. aus Metall, Keramik oder Ähnlichem gemacht sein. Das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 haben bevorzugt eine große Anzahl von Leitungspfaden 13k und 23k. Ein Bereich eines Querschnitts von jedem Leitungspfad 13k oder 23k, die senkrecht zu der Richtung des Schlaufenrohrs 3 ist, ist bevorzugt hinreichend kleiner als ein Bereich des gleichen Querschnitts innerhalb des Schlaufenrohrs 3. Das erste Paket 13 und das zweite Paket 23 müssen nicht notwendiger Weise die gleiche Konfiguration haben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Temperatur des einen Endes 13A des ersten Pakets 13 höher als eine Temperatur des anderen Endes 13B, so dass ein Temperaturgradient erzeugt ist. Eine Schallwelle ist in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten in dem ersten Paket 13 erzeugt. Ein Temperaturgradient ist in dem zweiten Paket 23 durch die Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten in dem ersten Paket 13 erzeugt ist, erzeugt.
Wärmetauscher 14, 24, 12 und 22 sind an den Enden 13A und 23A und den anderen Enden 13B und 23B des ersten Pakets 13 und des zweiten Pakets 23 jeweils bereitgestellt. Die Wärmetauscher 14, 24, 12 und 22 tauschen Wärme zwischen einem äußeren Teil des Schlaufenrohrs 3 und dem ersten Paket 13 oder dem zweiten Paket 23 aus. Während eines Betriebs der thermoakustischen Vorrichtung 10 ist eine Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3 erzeugt und Temperaturgradienten sind zwischen dem einen Ende 13A und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 und zwischen dem einen Ende 23A und dem anderen Ende 23B des zweiten Paketes 23 erzeugt. Unter den zwei Enden des ersten Pakets 13 ist der Wärmetauscher 14, der sich an dem einen Ende 13A befindet, welches eine höhere Temperatur während des Betriebs der thermoakustischen Vorrichtung 10 hat, bezeichnet als ein erster Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und der Wärmetauscher 12, der sich an dem anderen Ende 13B befindet, welches eine niedrige Temperatur hat, ist bezeichnet als ein erster Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12. Unter den zwei Enden des zweiten Pakets 23 ist der Wärmetauscher 24, der an dem einen Ende 23A, welches eine höhere Temperatur während des Betriebs der thermoakustischen Vorrichtung 10 hat, bezeichnet als ein zweiter Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 und der Wärmetauscher 22, der an dem anderen Ende 23B, welches eine niedrige Temperatur hat, ist als ein zweiter Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 bezeichnet. Die Wärmetauscher 14, 24, 12 und 22 müssen nicht notwendiger Weise mit den einen Enden 13A und 23A oder den anderen Enden 13B und 23Bder Pakete 13 oder 23 verbunden sein.
Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 ist an einer Position, die dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 entspricht, angeordnet. Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 kann z. B. einen In-Rohr-Abschnitt, der in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet ist, und einen Außenrohrabschnitt, der außerhalb des Schlaufenrohrs 3 angeordnet ist, enthalten. Der In-Rohr-Abschnitt kann konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 in dem Schlaufenrohr 3 zugewandt sind, zu haben. Der Außenrohrabschnitt kann an einer Position, die dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 auf einer äußeren Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 entspricht, angeordnet sein.
Der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 ist an einer Position, die dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 entspricht, angeordnet. Der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 kann z. B. einen In-Rohr-Abschnitt, der in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet ist, und ein Außenrohrabschnitt, der außerhalb des Schlaufenrohrs 3 angeordnet ist, enthalten. Der In-Rohr-Abschnitt kann konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 in dem Schlaufenrohr 3 zugewandt sind, zu haben. Der Außenrohrabschnitt kann in einer Position, die dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 auf einer äußeren Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 entspricht, angeordnet sein. Auf diese Weise sind der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 an den zwei Enden des ersten Pakets 13 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 angeordnet. Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 sind mit dem ersten Paket 13 dazwischenliegend angeordnet.
Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 erhitzt das eine Ende 13A des ersten Pakets 13 durch Hitze von der Außenseite des Schlaufenrohrs 3. Das eine Ende 13A des ersten Pakets 13 ist auf eine höhere Temperatur als das andere Ende 13B durch den ersten Hochtemperaturseitgenwärmetauscher 14 gebracht. Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 ist mit einer externen Wärmequelle 30 auf eine wärmeleitende Weise verbunden. Wärme der Wärmequelle 30 ist zu dem einen Ende 13A des ersten Paketes 13 durch den ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 übertragen.
Der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 stellt die Temperatur an dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 durch Wärmeleitung zwischen der Außenseite des Schlaufenrohrs 3 und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 ein. Zum Beispiel kann der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 verhindern, dass die Temperatur an dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 eine vorbestimmte Referenztemperatur überschreitet. Das andere Ende 13B des ersten Pakets 13 ist auf eine niedrigere Temperatur als das eine Ende 13A durch den Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 gebracht. Auf diese Weise kann der Temperaturgradient (Temperaturunterschied) zwischen dem einen Ende 13A und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 durch den ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und den ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 kontrolliert werden.
Der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12, das erste Paket 13 und der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 bilden einen thermoakustischen Motor, der zugeführte Hitze in Vibration eines Arbeitsfluides konvertiert, um eine Schallwelle zu erzeugen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Temperaturgradient in dem zweiten Paket 23 durch eine Schallwelle, erzeugt, die durch den Temperaturgradienten, der in dem ersten Paket 13 erzeugt ist, und die Temperatur an dem anderen Ende 23B des zweiten Paketes 23 ist niedriger als die Temperatur an dem einen Ende 23A. Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 ist an dem einen Ende 23A bereitgestellt, welches auf eine hohe Temperatur gebracht ist, wenn ein Temperaturgradient in dem zweiten Paket 23 wegen des Temperaturgradienten in dem ersten Paket 13 erzeugt ist. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 ist an dem anderen Ende 23B bereitgestellt, welches auf eine niedrige Temperatur gebracht ist, wenn ein Temperaturgradient in dem zweiten Paket 23 wegen des Temperaturgradienten in dem ersten Paket 13 erzeugt ist.
Mit anderen Worten ist der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 an einem Ende (dem einen Ende 23A) unter den zwei Enden des zweiten Pakets 23 auf der Seite des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 angeordnet. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 ist an einem Ende (dem anderen Ende 23B) unter den zwei Enden des zweiten Pakets 23 auf der Seite des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12 angeordnet. Hier bedeutet es, in Richtung des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 zu sein, in Richtung des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 in einem Pfad in dem Schlaufenrohr 3 zu sein. Das heißt, der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 ist erreicht, bevor der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 erreicht ist, wenn von dem einen Ende 23A des Pakets 23 in Richtung des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 ausgegangen wird und entlang des Pfades in dem Schlaufenrohr 3 gereist wird. Ähnlich bedeutet es in Richtung des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12 zu sein, in Richtung des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12 in einem Pfad in dem Schlaufenrohr 3 zu sein. Das heißt, der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 ist erreicht, bevor der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 erreicht ist, wenn von dem anderen Ende 23B des Pakets 23 in Richtung des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12 ausgegangen wird und entlang des Pfades in dem Schlaufenrohr 3 gereist wird.
Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 ist an der Position, die dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 entspricht, angeordnet. Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 kann z. B. einen In-Rohr-Abschnitt, der in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet ist und einen Außenrohrabschnitt, der außerhalb des Schlaufenrohrs 3 angeordnet ist, enthalten. Der In-Rohr-Abschnitt kann konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 in dem Schlaufenrohr 3 zugewandt sind, haben. Der Außenrohrabschnitt kann an einer Position, die dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 auf einer äußeren Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 entspricht, angeordnet sein.
Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 ist an einer Position, die dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 entspricht, angeordnet. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 kann z. B. einen In-Rohr-Abschnitt, der in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet ist, und einen Außenrohrabschnitt, der außerhalb des Schlaufenrohrs 3 angeordnet ist, enthalten. Der In-Rohr-Abschnitt kann konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 in dem Schlaufenrohr 3 zugewandt sind, zu haben. Der Außenrohrabschnitt kann an einer Position, die dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 auf einer äußeren Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 entspricht, angeordnet sein. Auf diese Weise sind der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 und der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 an den zwei Enden des zweiten Pakets 23 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 angeordnet. Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 und der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 sind mit dem zweiten Paket 23 dazwischenliegend angeordnet.
Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 stellt die Temperatur an dem Ende 23A des zweiten Pakets 23 durch Wärmeleitung zwischen der Außenseite des Schlaufenrohrs 3 und dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 ein. Zum Beispiel kann der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 die Temperatur an dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 konstant halten.
Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 absorbiert Wärme außerhalb des Schlaufenrohrs 3 und stellt die Wärme an dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 bereit. Dementsprechend ist die Außenseite des Schlaufenrohrs 3 gekühlt. Mit anderen Worten nimmt der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 kalte Wärme des anderen Endes 23B des zweiten Pakets 23, dessen Temperatur reduziert ist, durch den Temperaturgradienten, der in dem zweiten Paket 23 erzeugt ist, und überträgt die kalte Wärme an die Außenseite des Schlaufenrohrs 3. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 ist z. B. mit einem Kühlziel 40 außerhalb des Schlaufenrohrs 3 auf eine wärmeleitende Weise verbunden.
Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22, das zweite Paket 23 und der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 bilden eine thermoakustische Wärmepumpe, die einen Temperaturgradienten aus einer Schallwelle erzeugt (Vibration eines Arbeitsfluids). In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, ist die Wärme der Wärmequelle 30 zu dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 durch den ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 übertragen. Dementsprechend ist das eine Ende 13A des ersten Pakets 13 erhitzt. Der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 hält das andere Ende 13B des ersten Pakets 13 unter einer vorbestimmten ersten Referenztemperatur (z. B. Raumtemperatur) durch Wärmeleitung zwischen der Außenseite des Schlaufenrohrs 3 und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13. Dementsprechend ist die Temperatur des einen Endes 13A des ersten Pakets 13 höher als die Temperatur des anderen Endes 13B. Das heißt, ein Temperaturgradient (Temperaturunterschied) ist zwischen dem einen Ende 13A und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 erzeugt.
Das Arbeitsfluid in dem ersten Paket 13 vibriert und erzeugt eine Schallwelle, wenn der Temperaturgradient im ersten Paket 13 einen kritischen Punkt überschreitet. Die Vibration des Arbeitsfluides in dem ersten Paket ist zu dem Arbeitsfluid in dem Schlaufenrohr 3 übertragen. Dementsprechend ist eine Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3 erzeugt. Das Arbeitsfluid des zweiten Pakets 23 ist durch die Vibration der Schallwelle vibriert. Das Arbeitsfluid in dem zweiten Paket 23 vibriert und ein Temperaturgradient (Temperaturgradient) ist in dem zweiten Paket 23 erzeugt. Das heißt, die Temperatur des einen Endes 23A des zweiten Pakets 23 ist höher als die Temperatur des anderen Endes 23B.
Der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 hält das eine Ende 23A des zweiten Pakets 23 unter einer vorbestimmten zweiten Referenztemperatur (z. B. Raumtemperatur) durch Wärmeleitung zwischen der Außenseite des Schlaufenrohrs 3 und dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23. Folglich ist ein Temperaturgradient in dem zweiten Paket 23 erzeugt und die Temperatur des anderen Endes 23B des zweiten Pakets 23 ist niedriger als die zweite Referenztemperatur. Das heißt, das andere Ende 23B des zweiten Pakets 23 ist gekühlt. Der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 überträgt kalte Wärme des anderen Endes 23B des zweiten Pakets 23 zu dem Kühlziel 40 außerhalb des Schlaufenrohrs 3. Dementsprechend ist das Kühlziel 40 gekühlt.
Konfigurationsbeispiel der Vibrationsplatte
Im Stand der Technik ist Bewegung eines Gases durch eine Sperrwand, die ein Arbeitsfluid in einem Schlaufenrohr einer thermoakustischen Vorrichtung (bezogen auf JP-A-2012-159266 z. B.) blockiert. Es ist bevorzugt, dass die Sperrwand in solch einem Schlaufenrohr nicht eine Schallwelle, die notwendig zum Betreiben der thermoakustischen Vorrichtung ist, behindert. Die Sperrwand ist konfiguriert, fähig zu sein, zu vibrieren, ohne die Vibration der Schallwelle zu behindern. Die Erfinder haben verschiedene Konfigurationen einer Vibrationsfolie, die in dem Schlaufenrohr bereitgestellt ist, studiert und herausgefunden, dass die Schallwelle in dem Schlaufenrohr unter bestimmten Bedingungen verstärkt werden kann durch Bereitstellen einer Vibrationsplatte in dem Schlaufenrohr. Als ein Ergebnis von weiterem Studieren haben die Erfinder herausgefunden, dass die Schallwelle in dem Schlaufenrohr, welches zum Betreiben der thermoakustischen Vorrichtung beiträgt, durch Bereitstellen der Vibrationsplatte auf einem Pfad des Schlaufenrohrs zwischen einem Hochtemperaturseitenende des ersten Pakets und einem Hochtemperaturseitenende des zweiten Pakets verstärkt werden kann. Die Konfiguration der thermoakustischen Vorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf einem solchen Wissen basierend.
Eine ersten Vibrationsplatte 4 ist zwischen dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 angeordnet ist, und dem einen Ende 13, wo der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 angeordnet ist, bereitgestellt. Die erste Vibrationsplatte 4 ist eine Platte, die dazu in der Lage ist, in der axialen Richtung (Längenrichtung) des Schlaufenrohrs 3 zu vibrieren. Die erste Vibrationsplatte 4 ist aus einem plattenförmigen elastischen Körper gebildet. Die erste Vibrationsplatte 4 ist auf einem Pfad K1 des Schlaufenrohrs 3 zwischen dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 und dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet. Durch ein Anordnen der ersten Vibrationsplatte 4 an dieser Position kann die Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erfolgt ist, durch die erste Vibrationsplatte 4 verstärkt sein. Eine Frequenz der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, ist durch die erste Vibrationsplatte 4, die an dieser Position angeordnet ist, eingestellt. Dementsprechend kann die Effizienz des thermoakustischen Effekts verbessert sein.
In dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, ist die erste Vibrationsplatte 4 an einer Position angeordnet, die näher an dem zweiten Paket 23 ist (einer Position auf dem Pfad K2) als eine Position einer Mitte H des Pfades K1 in dem Schlaufenrohr 3 von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 zu dem anderen Ende 23A des zweiten Pakets 23. Dementsprechend kann ein Schallwellenverstärkungseffekt durch die erste Vibrationsplatte 4 verbessert sein. Bevorzugt kann die erste Vibrationsplatte 4 an einer Position in dem Pfad K1 des Schlaufenrohrs 3 von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 zu dem anderen Ende 23A des zweiten Pakets 23 innerhalb eines Viertels einer Länge des Pfades K1 auf der Seite des zweiten Pakets 23 (einer Position auf einem Pfad K3) bereitgestellt sein.
2 ist eine Querschnittansicht des Schlaufenrohrs 3, in welchem die erste Vibrationsplatte 4 angeordnet ist. 2 zeigt einen Querschnitt der ersten Vibrationsplatte 4 und des Schlaufenrohrs 3 auf einer Ebene, die eine Mittelachse J des Schlaufenrohrs 3 enthält. Wie in 2 gezeigt, ist ein Ende der ersten Vibrationsplatte 4 an einer inneren Fläche des Schlaufenrohrs 3 angebracht. Eine Oberfläche der ersten Vibrationsplatte 4 ist senkrecht zu der Mittelachse J des Schlaufenrohrs 3 angeordnet. Die erste Vibrationsplatte 4 ist in der Lage, in der axialen Richtung (Längenrichtung) des Schlaufenrohrs 3 zu vibrieren. In dem Beispiel von 2 ist eine Amplitude W am Größten in einem mittleren Abschnitt der ersten Vibrationsplatte 4 (einem Abschnitt, durch welchen die Mittelachse J des Schlaufenrohrs 3 durchgeht).
Vibrationsplattenanordnungsposition
Als ein Ergebnis von intensiven Studien an einer Anordnungsposition der ersten Vibrationsplatte 4 haben die Erfinder ein Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4, das unten beschrieben ist, erdacht.
Anordnungsbeispiel 1 der ersten Vibrationsplatte
3 zeigt ein Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4. Um die Beschreibung leicht verständlich zu machen, expandiert und zeigt 3 das Schlaufenrohr 3, das in 1 gezeigt ist, linear. In dem Anordnungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, ist das eine Ende 23A angeordnet, wo die erste Vibrationsplatte 4 und der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 des zweiten Pakets 23 angeordnet sind, innerhalb einer ersten Distanz C1 mit Bezug auf eine Position T, welche eine halbe Distanz einer Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (U2) weg von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 ist. Die erste Distanz C1 kann z. B. ein Zehntel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/10) sein. Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die erste Vibrationsplatte 4 erzeugt ist, weiter durch ein Festlegen der ersten Distanz C1 auf diese Weise verbessert werden kann.
Die erste Distanz C1 kann auch ein Zwanzigstel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/20) sein. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der ersten Vibrationsplatte 4 weiter verbessert werden. Die erste Vibrationsplatte 4 ist auf eine Weise angeordnet, dass eine Distanz F1 zwischen dem einen Ende 23A unter den zwei Enden des zweiten Pakets 23, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 angeordnet ist, und der ersten Vibrationsplatte 4 ein Viertel oder weniger der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 ist (d. h., F1 ≤ L/4). In dieser Konfiguration kann der Schallwellenverstärkungseffekt der ersten Vibrationsplatte 4 weiter verbessert werden. Bevorzugt kann die Distanz F1 gleich oder weniger als 1/8 der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein (d. h., F1 ≤ L/8).
Anordnungsbeispiel 2 der ersten Vibrationsplatte
4 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4. Um die Beschreibung leicht verständlich zu machen, expandiert und zeigt 4 das Schlaufenrohr 3, das in 1 gezeigt ist, linear. Ein Wellenformbeispiel einer ersten Formfrequenzschallwelle TW, die in dem Schlaufenrohr 3 wegen des Temperaturgradienten des Pakets 12 erzeugt ist, ist in einem unteren Abschnitt von 4 gezeigt. In dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, ähnlich zu 3, ist das eine Ende 23A, wo die erste Vibrationsplatte 4 und der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 des zweiten Pakets 23 angeordnet sind, innerhalb der ersten Distanz C1 mit Bezug auf die Position T, welche eine halbe Distanz der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/2) weg von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 ist, angeordnet.
In dem Anordnungsbeispiel, das in 4 gezeigt ist, ist die erste Distanz D1 durch eine Form der ersten Formfrequenzschallwelle des Schlaufenrohrs 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, bestimmt. In dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, ist die erste Distanz C1 eine Distanz, die einer Länge (Distanz) C1 (C1 = D1) eines kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem eine Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, zwischen 1/√2M bis 1M ist ((1/√2) M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet eine maximale Amplitude). Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die erste Vibrationsplatte 4 erzeugt ist, weiter verbessert werden kann durch Setzen der ersten Distanz C1 auf diese Weise.
Die erste Distanz C1 kann auch eine Distanz sein, die einer Länge (Distanz) eines kontinuierlichen Abschnittes des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem die Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, zwischen 0,9 M bis 1 M ist (0,9M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude).
In den Beispielen, die in den 3 und 4 gezeigt sind, sind das eine Ende 23A des zweiten Pakets 23 und die erste Vibrationsplatte 4 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet, um die Position T dazwischen zu legen, wobei die Position T eine halbe Distanz der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 weg von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 zu dem einen Ende 23A des zweiten Pakets 23 ist. Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die erste Vibrationsplatte 4 erzeugt ist, durch Anordnung des ersten Pakets 13, des zweiten Pakets 23 und der ersten Vibrationsplatte 4 auf diese Weise verbessert werden kann.
Das eine Ende 23A des zweiten Pakets 23 und die erste Vibrationsplatte 4 können beide innerhalb der ersten Distanz C1 von der Position T auf der gleichen Seite mit Bezug auf die Position T gelegen sein.
Anordnungsbeispiel 3 der ersten Vibrationsplatte
5 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der ersten Vibrationsplatte 4. Um die Beschreibung leicht verständlich zu machen, expandiert und zeigt 5 das Schlaufenrohr 3, das in 1 gezeigt ist, linear. Ein Wellenformbeispiel der ersten Formfrequenzschallwelle TW, die in dem Schlaufenrohr 3 wegen des Temperaturgradienten des Pakets 12 erzeugt ist, ist in einem unteren Abschnitt von 5 gezeigt. In dem Anordnungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, ist die erste Vibrationsplatte 4 innerhalb der ersten Distanz C1 von einer Schwingungsbauchposition U der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, angeordnet. In diesem Beispiel ist die Schwingungsbauchposition U eine Position, die ferner von dem ersten Paket 13 unter Positionen ist, wo die Amplituden der ersten Formfrequenzschallwelle die größten sind.
Die erste Distanz C1 ist die Distanz, die der Länge D1 (C1 = D1) des kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs entspricht, in welchem die Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch en Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, zwischen 1/√2M bis 1M ist ((1/√2) M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude der Schallwelle). Die erste Distanz C1 kann auch eine Distanz sein, die einer Länge eines kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem die Amplitude TA der Schallwelle zwischen 0,9 M bis 1 M ist (0,9 M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude). Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die erste Vibrationsplatte 4 erzeugt ist, weiter verbessert werden kann durch Festlegen der ersten Distanz C1 auf diese Weise.
In 5 kann die erste Distanz C1 z. B. ein Zehntel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/10) sein oder ein Zwanzigstel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/20). Die Erfinder beobachten, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die erste Vibrationsplatte 4 erzeugt ist, weiter verbessert werden kann durch Festlegen der ersten Distanz C1 von dem Schwingungsbauch U der Schallwelle auf diese Weise.
Paketende
1 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des ersten Pakets 13, des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 und des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12, die in 1 gezeigt sind, zeigt. In dem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, enthält der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 einen In-Rohr-Abschnitt 12b und einen Außenrohrabschnitt 12a. Der In-Rohr-Abschnitt 12b ist gegenüber dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet. Der In-Rohr-Abschnitt 12b enthält eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die durch die Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 durchgehen. Ein Arbeitsfluid kann durch den Leitungspfad durchlaufen.
Der Außenrohrabschnitt 12a umgibt eine äußere Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 auf der Außenseite des anderen Endes 13B des ersten Pakets 13 in einer radialen Richtung. Der Außenrohrabschnitt 12a enthält einen Fließpfad 12c, der die äußere Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 umgibt. Ein Fluid 5 fließt in dem Fließpfad 12c. Das Fluid fließt entlang einer Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3. Der Fließpfad 12c enthält einen Einlass für das Fluid, um einzufließen und einen Auslass für das Fluid, um auszufließen, die nicht in den Zeichnungen gezeigt sind.
Der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 enthält einen In-Rohr-Abschnitt 14b und einen Außenrohrabschnitt 14a. Der In-Rohr-Abschnitt 14b ist gegenüber dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet. Der In-Rohr-Abschnitt 14b enthält eine Mehrzahl von Leitungspfaden, die durch die Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 durchgehen. Ein Arbeitsfluid kann durch den Leitungspfad hindurchlaufen. Der Außenrohrabschnitt 14a umgibt die äußere Umfangsfläche des Schlaufenrohrs 3 auf der Außenseite des einen Endes 13a des ersten Pakets 13 in einer radialen Richtung. Der Außenrohrabschnitt 14a ist aus einem thermischen Leiter, sowie Metall, gebildet.
In dem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, ist eine Oberfläche gegenüber dem In-Rohr-Abschnitt 14b des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 das eine Ende 13a des ersten Pakets 13. Das andere Ende 13b des ersten Pakets 13 ist eine Fläche gegenüber des In-Rohr-Abschnitts 12b des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12. Das zweite Paket 23 kann auch die gleiche Konfiguration wie in 6 haben. In diesem Fall ist das eine Ende 23a des zweiten Pakets 23 eine Oberfläche gegenüber einem In-Rohr-Abschnitt des zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 24. Das andere Ende 23b des zweiten Pakets ist eine Oberfläche gegenüber einem In-Rohr-Abschnitt des zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 22. In dem zweiten Paket kann ein Fließpfad ähnlich dem Fließpfad 12c, der in 6 gezeigt ist, in einem Außenrohrabschnitt des zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 24 bereitgestellt sein.
7 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des ersten Pakets 13, des ersten Hochtemperaturseitenwärmetauschers 14 und des ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauschers 12, der in 1 gezeigt ist, zeigt. In dem Beispiel, das in 7 gezeigt ist, enthalten der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 keinen In-Rohr-Abschnitt und sind konfiguriert durch Außenrohrabschnitten 14a und 12a. Der Außenrohrabschnitt 14a umgibt einen Abschnitt von einem Außenumfang des Schlaufenrohrs 3, wobei der Abschnitt in das Innere des ersten Pakets von dem einen Ende 13A des ersten Pakets 13 eingefügt ist. Der Außenrohrabschnitt 12a umgibt einen Abschnitt von dem äußeren Umfang des Schlaufenrohrs 3, wobei der Abschnitt in das Innere des ersten Pakets 13 von dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 eingeführt ist.
In der Konfiguration, die in 7 gezeigt ist, ist unter zwei Endflächen des ersten Pakets 13 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 eine Endfläche, wo der erste Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 bereitgestellt ist, das eine Ende 13A und eine Endfläche, wo der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 bereitgestellt ist, ist das andere Ende 13B. Wenn das zweite Paket 23 auf die gleiche Weise, wie in 7 konfiguriert ist, ist unter zwei Endflächen des zweiten Pakets 23 in der Längenrichtung des Schlaufenrohrs 3 eine Endfläche, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 bereitgestellt ist, das eine Ende 23A und eine Endfläche, wo der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 bereitgestellt ist, ist das andere Ende 23B.
Ausführungsbeispiel 2
8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer thermoakustischen Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die thermoakustische Vorrichtung 10, die in 8 gezeigt ist, hat eine Konfiguration, in welcher eine zweite Vibrationsplatte 6 zu der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, hinzugefügt ist. Die zweite Vibrationsplatte 6 ist in dem Schlaufenrohr 3 zwischen dem anderen Ende 23B, wo der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 des zweiten Pakets 23 angeordnet ist, und dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 bereitgestellt. Die zweite Vibrationsplatte 6 ist in der Lage, in der axialen Richtung (Längenrichtung) des Schlaufenrohrs 3 zu vibrieren. Die zweite Vibrationsplatte 6 ist aus einem plattenförmigen elastischen Körper gebildet. Die zweite Vibrationsplatte 6 ist auf einem Pfad K4 des Schlaufenrohrs 3 zwischen dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 23 an dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 angeordnet. Durch Anordnung der zweiten Vibrationsplatte 6 an dieser Position kann die Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, weiter durch die zweite Vibrationsplatte 6 verstärkt werden.
In dem Beispiel, das in 8 gezeigt ist, ist die zweite Vibrationsplatte 6 an einer Position angeordnet, die näher an dem ersten Paket 13 (eine Position auf einem Pfad K5) als eine Position einer Mitte H2 eines Pfades K6 in dem Schlaufenrohr 3 von dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 an dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 ist. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt durch die zweite Vibrationsplatte 6 verstärkt werden. Bevorzugt kann die zweite Vibrationsplatte 6 an einer Position in dem Pfad K4 des Schlaufenrohrs 3 von dem anderen Ende 13b des ersten Pakets 13 an dem anderen Ende 23B des zweiten Pakets 23 innerhalb einem Viertel einer Länge des Pfades K4 auf der Seite des ersten Pakets 13 bereitgestellt sein (einer Position auf einem Pfad K6).
Anordnungsbeispiel 1 der zweiten Vibrationsplatte
9 zeigt ein Anordnungsbeispiel der zweiten Vibrationsplatte 6. Um die Beschreibung leicht verständlich zu machen, expandiert und zeigt 9 das Schlaufenrohr 3 in 8 linear. In dem Anordnungsbeispiel, das in 9 gezeigt ist, ist die zweite Vibrationsplatte 6 innerhalb einer zweiten Distanz C2 von dem anderen Ende 13B, wo der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 des ersten Pakets 13 angeordnet ist, angeordnet. Die zweite Distanz C2 kann z. B. ein Viertel einer Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein (L/4). Das heißt, eine Distanz zwischen dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 und der zweiten Vibrationsplatte 6 kann ein Viertel oder weniger der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein. Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, durch die zweite Vibrationsplatte 6 weiter verbessert werden kann durch Festlegen der zweiten Distanz C2 auf diese Weise. Die zweite Distanz C2 kann auch ein Achtel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein (L/8). Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte 6 weiter verbessert sein. Bevorzugter kann z. B. die zweite Distanz C2 ein Zwanzigstel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein (L/20).
Anordnungsbeispiel 2 der zweiten Vibrationsplatte
10 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel der zweiten Vibrationsplatte 6. 10 expandiert und zeigt das Schlaufenrohr 3, das in 8 gezeigt ist, linear. Ein Wellenformbeispiel der ersten Formfrequenzschallwelle TW, die in dem Schlaufenrohr 3 wegen des Temperaturgradienten des Pakets 12 erzeugt ist, ist in einem unteren Abschnitt von 10 gezeigt. In dem Beispiel, das in 10 gezeigt ist, ist, ähnlich zu 9, die zweite Vibrationsplatte 6 innerhalb der zweiten Distanz C2 von dem anderen Ende 13B des ersten Pakets 13 angeordnet.
In dem Anordnungsbeispiel, das in 10 gezeigt ist, ist die zweite Distanz C2 durch die Form der ersten Formfrequenzschallwelle des Schlaufenrohrs 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, bestimmt. In dem Beispiel, das in 10 gezeigt ist, ist die zweite Distanz C2 eine Distanz, die einer Länge (Distanz) D1 (C2 = D1) eines kontinuierlichen Abschnittes des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem eine Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, zwischen 1/√2 bis 1M ist ((1/√2) M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Schallwelle der Amplitude). Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des zweiten Pakets 23 durch die zweite Vibrationsplatte 6 weiter verbessert werden kann durch Festlegen der zweiten Distanz C2 auf diese Weise.
Die zweite Distanz C2 kann auch eine Distanz, die der Länge eines kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs 3, in welchem die Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, zwischen 0,9 M bis 1 M ist (0,9M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude).
Anordnungsbeispiel 3 der zweiten Vibrationsplatte
11 zeigt ein anderes Anordnungsbeispiel einer zweiten Vibrationsplatte 6. Um die Beschreibung leicht verständlich zu machen, expandiert und zeigt 11 das Schlaufenrohr 3, das in 8 gezeigt ist, linear. Ein Wellenformbeispiel der ersten Formfrequenzschallwelle TW, die in dem Schlaufenrohr 3 wegen des Temperaturgradienten des Pakets 12 erzeugt ist, ist in einem unteren Abschnitt von 11 gezeigt. In dem Anordnungsbeispiel, das in 11 gezeigt ist, ist die zweite Vibrationsplatte 6 innerhalb der zweiten Distanz C2 von einer Schwingungsbauchposition U2 der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, angeordnet. In diesem Beispiel ist die Schwingungsbauchposition U2 eine Position, die näher an dem ersten Paket 13 unter den Positionen U1 und U2 ist, wo die Amplituden der ersten Formfrequenzschallwelle die Größten sind.
Die zweite Distanz C2 ist die Distanz, die der Länge D1 (C2 = D1) des kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem die Amplitude TA der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr 3 durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, zwischen 1/√2M bis 1M ist ((1/√2) M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude der Schallwelle). Die zweite Distanz C2 kann auch eine Distanz sein, die einer Länge eines kontinuierlichen Abschnitts des Schlaufenrohrs 3 entspricht, in welchem die Amplitude TA der Schallwelle zwischen 0,9M bis 1M ist (0,9M ≤ TA ≤ M, M bezeichnet die maximale Amplitude der Schallwelle). Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die zweite Vibrationsplatte 6 erzeugt ist, weiter verbessert werden kann durch Setzen der zweiten Distanz C2 auf diese Weise.
In 11 kann die zweite Distanz C2 z. B. ein Viertel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/4) sein, oder ein Achtel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/8), oder ein Zwanzigstel der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 (L/20). Die Erfinder finden heraus, dass der Effekt der Verstärkung der Schallwelle, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 durch die zweite Vibrationsplatte 6 erzeugt ist, weiter verbessert werden kann durch Setzen der zweiten Distanz C2 von dem Schwingungsbauch U2 der Schallwelle auf diese Weise.
In Anordnungsbeispielen 1 bis 3 der zweiten Vibrationsplatte 6, die in den 9 bis 11 gezeigt sind, kann die erste Vibrationsplatte 4 z. B. gemäß irgendeiner der Anordnungsbeispiele 1 bis 3 der ersten Vibrationsplatte 4, die in den 3 bis 5 gezeigt sind, angeordnet sein. In Anordnungsbeispielen 1 bis 3 der zweiten Vibrationsplatte 6, die in den 9 bis 11 gezeigt sind, kann eine Distanz E1 zwischen der ersten Vibrationsplatte 4 und der zweiten Vibrationsplatte 6 z. B. eine halbe Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 sein. Dementsprechend kann der Schallwellenverstärkungseffekt weiter verbessert werden durch Hinzufügen der zweiten Vibrationsplatte 6.
Vibrationsplattenmaterial
Die erste Vibrationsplatte 4 und die zweite Vibrationsplatte 6 in Ausführungsbeispielen 1 bis 2 können z. B. aus Metall oder Harz gebildet sein. Die Erfinder haben verschiedene Studien an Materialien der ersten Vibrationsplatte 4 und der zweiten Vibrationsplatte 6 zum effizienten Verstärken der Schallwelle des Schlaufenrohrs 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, durchgeführt. Als ein Ergebnis von einem Gesichtspunkt der Schallwellenverstärkung wurde herausgefunden, dass die erste Vibrationsplatte 4 und die zweite Vibrationsplatte 6 bevorzugt aus einem Material gemacht sind, das eine niedrige Viskosität hat, sowie Harz oder Metall, als ein Material, das eine hohe Viskosität hat, sowie Gummi.
Zum Beispiel erfüllt ein Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte 4, wenn sie mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert, bevorzugt 0 ≤ tanö ≤ 0,5. Der Schallwellenverstärkungseffekt der ersten Vibrationsplatte 4 ist leichter erhalten, wenn die erste Vibrationsplatte 4 aus einem Material, das ein Verlustfaktor tanö von 0,5 oder weniger hat, gebildet ist. Der Verlustfaktor tanö erfüllt bevorzugter 0 ≤ tanö ≤ 0,2, noch bevorzugter erfüllt er 0 ≤ tanδ ≤ 0,025.
Ähnlich erfüllt ein Verlustfaktor tanδ der zweiten Vibrationsplatte 6, wenn diese mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert, bevorzugt 0 ≤ tanδ ≤ 0,5. Der Schallwellenverstärkungseffekt der zweiten Vibrationsplatte 6 ist einfacher erhalten, wenn die zweite Vibrationsplatte 6 aus einem Material gebildet ist, das den Verlustfaktor tanδ von 0,5 oder weniger hat. Der Verlustfaktor tanδ erfüllt bevorzugter 0 ≤ tanδ ≤ 0,2, noch bevorzugter erfüllt er 0 ≤ tanδ ≤ 0,025.
12 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Messung eines Verhältnisses zwischen dem Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte 4 und eines Kühleffekts der thermoakustischen Vorrichtung 10 zeigt. In der Messung, die in 12 gezeigt ist, wurden Vibrationsplatten, die verschiedene Verlustfaktoren haben, als die erste Vibrationsplatte 4 der thermoakustischen Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, benutzt, um den Kühleffekt der thermoakustischen Vorrichtung 10 zu messen. Der Kühleffekt ist durch einen Wert repräsentiert, der durch Dividieren einer Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 und dem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 während des Betriebes der thermoakustischen Vorrichtung 10 durch eine vorbestimmte Referenztemperatur erhalten wird. Der Verlustfaktor tanδ bezieht sich auf ein elastisches Verlustmodul G"/elastisches Speichermodul G' und kann als ein Verhältnis von Viskosität und Elastizität betrachtet werden. Der Verlustfaktor tanδ wurde mit einer dynamischen viskoelastischen Messvorrichtung gemessen. Das heißt, eine Spannung wurde auf die Vibrationsplatte gegeben und eine Phasendifferenz δ einer Antwort auf die Eingangsspannung wurde gemessen. Der Verlustfaktor tanδ wurde durch Hinzufügen einer Spannung für die erste Vibrationsplatte 4, um mit einer Resonanzfrequenz in einer Atmosphäre von 25°C zu vibrieren, zu der ersten Vibrationsplatte 4, um eine Phasendifferenz mit Bezug auf die eingegebene Spannung der Ergebnisdeformation der ersten Vibrationsplatte 4 zu messen. Von den Messergebnissen, die in 12 gezeigt sind, wurde herausgefunden, dass der Kühleffekt der thermoakustischen Vorrichtung 10 besonders gut war, wenn der Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte 4 in einem Bereich von 0 ≤ tanδ ≤ 0,025 war. Ein besserer Kühleffekt war erhalten, wenn der Verlustfaktor tanδ der ersten Vibrationsplatte 0,02 oder weniger war.
Die aktuellen Erfinder haben herausgefunden, dass die Schallwelle des Schlaufenrohrs 3, die durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets 13 erzeugt ist, effizient verstärkt werden kann, wenn das Verhältnis der Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte 4 und die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 (D/F) nahe 1 war. Zum Beispiel erfüllt eine untere Grenze von D/F bevorzugt D/F ≥ 0,8, bevorzugter erfüllt es D/F ≥ 0,85 und noch mehr bevorzugt erfüllt es D/F ≥ 0,9. Eine obere Grenze von D/F erfüllt z. B. bevorzugt D/F ≤ 1,1 und bevorzugter erfüllt es D/F ≤ 1,0. Ein Bereich von D/F erfüllt bevorzugt 1,1 ≥ D/F ≥ 0,8 und bevorzugter erfüllt es 1,0 ≥ D/F ≥ 0,85.
Die Treibfrequenz D bezieht sich auf eine Frequenz der ersten Vibrationsplatte 4, die durch die Vibration der Schallwelle des Schlaufenrohrs 3 vibriert wird. Zum Beispiel kann eine Resonanzfrequenz der ersten Vibrationsplatte 4 auf einen Wert gesetzt werden, der nahe der Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 ist, um das Verhältnis der Treibfrequenz D und der Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 (D/F) nahe 1 zu machen. Sogar, wenn die Resonanzfrequenz der ersten Vibrationsplatte 4 kleiner ist, als die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3, kann z. B. die Resonanzfrequenz der ersten Vibrationsplatte 4 auf eine Weise gesetzt werden, dass eine hohe harmonische Frequenz der Resonanzfrequenz der ersten Vibrationsplatte 4 nahe an der Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 ist.
Ähnlich zu der ersten Vibrationsplatte 4 ist ein Verhältnis zwischen einer Treibfrequenz D2 der zweiten Vibrationsplatte 6 und der Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 (D2/F) bevorzugt nahe 1.
13 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Messung einer Beziehung zwischen dem Verhältnis der Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte 4 und der Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 (D/F) und dem Kühleffekt der thermoakustischen Vorrichtung 10 zeigt. In der Messung, die in 13 gezeigt ist, wurde der Kühleffekt der thermoakustischen Vorrichtung 10 durch Änderung der Konfiguration der ersten Vibrationsplatte 4 der thermoakustischen Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, unter der Voraussetzung gemessen, dass die Schallwelle des Schlaufenrohrs 3 eine fundamentale Welle ist. Die Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte 4 wurde durch Eingeben einer Vibration mit verschiedenen Frequenzen auf die erste Vibrationsplatte 4 gemessen. Die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 wurde durch Eingeben einer Vibration mit verschiedenen Frequenzen zu dem Schlaufenrohr 3 gemessen. Der Kühleffekt ist durch den Wert repräsentiert, der durch die Division der Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 und dem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 während des Betriebs der thermoakustischen Vorrichtung 10 durch eine vorbestimmte Referenztemperatur erhalten wird.
In dem Messergebnis von 13 war die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs 3 eine erste Formfrequenz des Schlaufenrohrs 3.
Von dem Messergebnis, das in 13 gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass das Verhältnis zwischen der Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte 4 und der Resonanzfrequenz des Schlaufenrohrs 3 (D/F) bevorzugt nahe 1 ist. Speziell erfüllt D/F bevorzugt 1,0 ≥ D/F ≥ 0,8, bevorzugter erfüllt es 1,0 ≥ D/F ≥ 0,85 und noch bevorzugter erfüllt es 1,0 ≥ D/F ≥ 0,9.
Resonanzfrequenz der Vibrationsplatte
Resonanzfrequenzen der ersten Vibrationsplatte 4 und der zweiten Vibrationsplatte 6 können hauptsächlich vom Bereich, der Dicke und der Biegesteifigkeit der Vibrationsplatten abgeschätzt (berechnet) werden. Die Resonanzfrequenz des Schlaufenrohrs 3 kann hauptsächlich von der Rohrlänge L des Schlaufenrohrs 3 abgeschätzt (berechnet) berechnet werden. Zum Beispiel können Resonanzfrequenzen fns der ersten Vibrationsplatte 4 und der zweiten Vibrationsplatte 6 durch eine Gleichung 1 unten berechnet werden. Gleichung 1 unten ist für einen Fall, in dem die Vibrationsplatte eine runde Folie ist.
(Gleichung 1) $f_{n s} = \frac{λ_{n s}}{2 R} \sqrt{\frac{T}{ρ_{α}}}$

R:: Radius der runden Folie
T:: Konstante Spannung pro Längeneinheit (N/m)
pa:: Masse pro Flächeneinheit
n in Ans:: Grad in Umfangsrichtung (Anzahl von Knotendurchmessern)
s in Ans:: Grad in Radialrichtung (Anzahl von Kontenkreisen)

14 zeigt ein Beispiel einer Eigenform und eines Eigenwerts λns einer runden Folienvibrationsplatte. In 14 zeigen weiße Abschnitte und abgetönte Abschnitte in einem Kreis Vibration in verschiedenen Phasen. Zum Beispiel ist eine Eigenform G1, die in 14 gezeigt ist, eine Eigenform, welche einer Knotendurchmesseranzahl n = 0 und einer Knotenkreisanzahl s = 0 entspricht. In diesem Fall entspricht ein Eigenwert λ00 0,765. Eine Eigenform G2 ist eine Eigenform, welche einer Knotendurchmesseranzahl n = 1 und einer Knotenkreisanzahl s = 0 entspricht. In diesem Fall entspricht ein Eigenwert λ10 1,216.
Wie oben beschrieben, ist es leicht, eine Vibrationsplatte, die in der Lage ist, effizient die Schallwelle in dem Schlaufenrohr zu verstärken, zu designen durch Berechnung der Resonanzfrequenz der Vibrationsplatte. Zum Beispiel kann der Effekt der Verstärkung der Schallwelle des Schlaufenrohrs 3 durch die erste Vibrationsplatte 4 effizient verbessert werden durch Kombinieren von Anordnungsbeispielen 1 bis 3 der ersten Vibrationsplatte 4 in Ausführungsbeispiel 1 und bevorzugten Materialeigenschaften der Vibrationsplatte.
Der Effekt der Verstärkung der Schallwelle des Schlaufenrohrs 3 durch die erste Vibrationsplatte 4 kann durch Benutzung der bevorzugten Beispiele, die oben beschrieben sind, als das Material der ersten Vibrationsplatte 4 erreicht werden, unabhängig von einer Position der ersten Vibrationsplatte 4. Zum Beispiel kann in einem anderen Ausführungsbeispiel eine Vibrationsplatte, die die gleiche Konfiguration hat wie die erste Vibrationsplatte 4 in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet sein, wobei das Schlaufenrohr 3 das erste Paket 13 zwischen dem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 14 und dem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 12 und das zweite Paket 23 zwischen dem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher 24 und dem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher 22 enthält. In dieser Konfiguration kann der Verlustfaktor tanδ 0 ≤ tanδ ≤ 0,5 zu einer Zeit, wenn eine Vibrationsplatte mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert, erfüllen. Bevorzugt kann der Verlustfaktor tanδ der Vibrationsplatte 0,2 oder weniger, bevorzugter 0,02 oder weniger sein. Dementsprechend kann der Effekt der Verstärkung der Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3 durch die Vibrationsplatte erhalten sein, wo immer die Vibrationsplatte in dem Schlaufenrohr 3 angeordnet ist. Alternativ kann die Treibfrequenz D der Vibrationsplatte und die Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs eine Beziehung von D/F ≥ 0,8 haben. Dementsprechend kann der Effekt der Verstärkung der Schallwelle in dem Schlaufenrohr 3 durch die Vibrationsplatte erhalten werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der Erfindung oben beschrieben sind, ist die Erfindung nicht limitiert auf die obigen Ausführungsbeispiele. Die Konfigurationen der Pakete 13 und 23 sind nicht limitiert auf die obigen Beispiele. Zum Beispiel können die Mehrzahl von Leitungspfaden 13k und 23k, die durch die Längenrichtung des Rohrs 3 des ersten Pakets 13 und des zweiten Pakets 23 durchlaufen, gebogen sein.
Die thermoakustische Vorrichtung 10 benutzt den Temperaturgradienten des zweiten Pakets, um ein Objekt außerhalb des Schlaufenrohrs zu kühlen. Die Benutzung der thermoakustischen Vorrichtung ist nicht limitiert auf eine Kühlvorrichtung. Zum Beispiel kann die thermoakustische Vorrichtung 10 z. B. eine thermoakustische Wärmevorrichtung sein, die den Temperaturgradienten des zweiten Pakets benutzt, um ein Objekt außerhalb des Schlaufenrohrs zu erwärmen.
Diese Anmeldung basiert auf einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-204530 , die am 18. Oktober 2016 eingereicht wurde, wobei der Inhalt von diesem hierin durch Bezug enthalten ist.
Bezugszeichenliste

4:: Erste Vibrationsplatte
6:: Zweite Vibrationsplatte
10:: Thermoakustische Vorrichtung
12:: Erster Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher
13:: Erstes Paket
14:: Erster Hochtemperaturseitenwärmetauscher
22:: Zweiter Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher
23:: Zweites Paket
24:: Zweiter Hochtemperaturseitenwärmetauscher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008010191 A [0002]
JP 2008101910 A [0003, 0005]
JP 2012159266 A [0004, 0005, 0050]
JP 211127870 A [0005]
JP 2011127870 A [0005]
JP 2016204530 [0097]

Claims

Thermoakustische Vorrichtung mit: einem Schlaufenrohr; einem ersten Paket, das innerhalb des Schlaufenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Paket eine Schallwelle in dem Schlaufenrohr durch einen Temperaturgradienten in dem ersten Paket erzeugt; ein zweites Paket, das innerhalb des Schlaufenrohrs angeordnet ist, wobei das zweite Paket einen Temperaturgradienten in dem zweiten Paket durch die Schallwelle des Schlaufenrohrs erzeugt; einem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das eine Ende des ersten Pakets auf eine höhere Temperatur als ein anderes Ende des ersten Pakets bringt; einem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welcher das andere Ende des ersten Pakets auf eine niedrigere Temperatur als das eine Ende bringt; einem zweiten Hochtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende angeordnet ist, welches näher an dem ersten Hochtemperaturseitenwärmetauscher unter zwei Enden des zweiten Pakets ist; einem zweiten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher, der an einem Ende angeordnet ist, welches näher an dem ersten Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher unter zwei Enden des zweiten Pakets ist, und einer ersten Vibrationsplatte, die in dem Schlaufenrohr zwischen dem Ende des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und dem einen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welche in einer axialen Richtung des Schlaufenrohrs vibriert.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und die erste Vibrationsplatte innerhalb einer ersten Distanz mit Bezug auf eine Position einer Distanz einer halben Rohrlänge des Schlaufenrohrs von dem einen Ende des ersten Pakets angeordnet sind, und wobei die erste Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs entspricht, in welchem eine Amplitude einer Schallwelle 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf eine maximale Amplitude der Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, ist.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Distanz zwischen dem Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und der ersten Vibrationsplatte gleich oder weniger als ein Viertel einer Rohrlänge des Schlaufenrohrs ist.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich mit: einer zweiten Vibrationsplatte, die in dem Schlaufenrohr zwischen dem Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und dem anderen Ende des ersten Pakets angeordnet ist, welche in der axialen Richtung des Schlaufenrohrs vibriert.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Vibrationsplatte innerhalb einer zweiten Distanz von dem Ende unter den zwei Enden des ersten Pakets, wo der erste Niedrigtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, angeordnet ist, und wobei die zweite Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs entspricht, in welchem die Amplitude der Schallwelle 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf die maximale Amplitude der Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle ist, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Verlustfaktor tanδ 0 ≤ tanδ ≤ 0,5 zu einer Zeit erfüllt, wenn die erste Vibrationsplatte mit einer Resonanzfrequenz bei 25°C vibriert.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Treibfrequenz D der ersten Vibrationsplatte und eine Resonanzfrequenz F des Schlaufenrohrs eine Beziehung von D/F ≥ 0,8 haben.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Vibrationsplatte aus Harz oder Metall gemacht ist.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Vibrationsplatte innerhalb der ersten Distanz von einer Schwingungsbauchposition der ersten Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, angeordnet ist, und wobei die erste Distanz einer Länge eines Teils des Schlaufenrohrs entspricht, in welchem die Amplitude der Schallwelle 1/√2 bis 1 Mal mit Bezug auf die maximale Amplitude der Schallwelle ist, wobei die Schallwelle eine erste Formfrequenzschallwelle, die in dem Schlaufenrohr durch den Temperaturgradienten des ersten Pakets erzeugt ist, ist.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, und die erste Vibrationsplatte auf verschiedenen Seiten angeordnet sind, damit eine Position, die eine Hälfte der Rohrlänge des Schlaufenrohrs weg von dem einen Ende des ersten Pakets gelegen ist, dazwischenliegt.
Thermoakustische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Vibrationsplatte an einer Position angeordnet ist, die näher an dem zweiten Paket ist, als eine Mittenposition eines Pfades in dem Rohr von dem Ende unter den zwei Enden des zweiten Pakets, wo der zweite Hochtemperaturseitenwärmetauscher angeordnet ist, zu dem anderen Ende des ersten Pakets.