JP2012229892A - 熱音響装置用スタックおよび熱音響装置用スタックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の貫通孔301aが形成されたスタック3は、熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管301を稠密に配設することにより形成される。これにより、スタック3の長さを短くしても温度勾配をスケーリング(比例縮小)することが可能となるので、臨界温度勾配を達成するのに必要な高温側熱交換器の温度を低くすることができる。結果として、小型化に伴って必要となるより高い周波数での自励振動を温度差が低い場合にも実現することができる。
【選択図】 図2
Description
まず、本発明に係る第1の実施の形態について説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る熱音響装置用スタックを備えた熱音響エンジン1は、作業流体10を封入した管2と、この管2内部に設けられたスタック3と、管2内部においてスタック3をその管2の軸線方向の両側から挟むように設けられスタック3に温度勾配を与える高温側熱交換器4および低温側熱交換器5とを備えている。また、管2外部において、高温側熱交換器4の側には高温熱源6、低温側熱交換器5の側には低温熱源7が設けられている。このような熱音響エンジン1は、管1内に封入された作業流体10と、高温側熱交換器4から低温側熱交換器5へと流れる熱エネルギーの間で、エネルギー交換を行うものである。
このようなスタック3は、貫通孔301aの延在方向が管2の軸線方向に沿った状態で、管2内部に配設されている。
次に、本実施の形態に係るスタック3の製造方法について説明する。
次に、本発明に係る第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態と、スタックの製造方法が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、その説明を適宜省略する。
なお、本実施の形態では、細管401としてガラス転移温度が高い熱可塑性ポリイミドを用いた場合を例に説明するが、自励振動開始温度が低い熱音響装置を用いる場合には、ガラス転移温度が低い熱可塑性高分子を用いるようにしてもよいことは言うまでもない。
ここで、収納容器403は、両端が閉鎖された円柱の形状を有し、径方向の断面が管2と同等の円柱状の内部空間を備えている。また、収納容器403は、後述するように、内部に導入される光硬化性樹脂を硬化させるために紫外線が照射されるので、例えばガラスなど、365[nm]以下の波長の光を80%以上透過させる材料から構成される。また、収納容器403の内壁面には、例えばフッ素系シランカップリング剤などの光硬化性樹脂と親和性の低い剥離剤が、細管401を収容する前に予め塗布されている。このような収納容器403には、収納容器403の軸線と各細管401の軸線とを平行とした状態で構造体402が収容される。
次に、本発明に係る第3の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態と、スタックの製造方法が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、その説明を適宜省略する。
なお、本実施の形態では、細管501としてガラス転移温度が高い熱可塑性ポリイミドを用いた場合を例に説明するが、自励振動開始温度が低い熱音響装置を用いる場合には、ガラス転移温度が低い熱可塑性高分子を用いるようにしてもよいことは言うまでもない。
次に、本発明に係る第4の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態と、スタックの製造方法が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、その説明を適宜省略する。
なお、本実施の形態では、最終的にスタック3−3に形成される貫通孔301aの径が、後述するように細管601の延伸比によって決定されるので、その延伸比によっては、内径が1[mm]以上や毛細管現象が発現しない程度の比較的大きな細管601を用いるようにしてもよい。
Claims (8)
- 一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置されて、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックであって、
熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管が稠密に配設された構造体を備え、
複数の前記細管は、複数の前記貫通孔を構成する
ことを特徴とする熱音響装置用スタック。 - 前記細管は、ポリイミドおよびガラスの一方から構成される
ことを特徴とする請求項1記載の熱音響装置用スタック。 - 前記構造体の周囲に形成され、熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる外周部をさらに備え、
この外周部は、前記貫通孔の軸線方向に垂直な方向における断面積が、当該垂直な方向における前記構造体および前記外周部の断面積の合計の10%以下である
ことを特徴とする請求項1または2記載の熱音響装置用スタック。 - 前記貫通孔は、正六角形、正三角形、正方形、および、長方形のうち何れか1つの断面形状を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の熱音響装置用スタック。 - 一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、
熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管を、前記管の内部形状に対応した内部空間を有する収納容器の内部に稠密に収納する第1のステップと、
前記内部空間に溶融した熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料を流し込んで固化させる第2のステップと
を有することを特徴とする熱音響装置用スタックの製造方法。 - 一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、
熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管を、紫外線を透過させる材料からなり、前記管の内部形状に対応した内部空間を有する収納容器の内部に稠密に収納する第1のステップと、
前記内部空間に紫外線硬化樹脂を流し込む第2のステップと、
前記収納容器に紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を固化させる第3のステップと
を有することを特徴とする熱音響装置用スタックの製造方法。 - 一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、
熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管を稠密に配設した第1の構造体を形成する第1のステップと、
前記第1の構造体を加熱して冷却することにより、隣接する前記細管同士を溶着させる第2のステップと
を有することを特徴とする熱音響装置用スタックの製造方法。 - 一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、
熱伝導率が10[W/m・K]を超えない材料からなる複数の細管を稠密に配設した第1の構造体を形成する第1のステップと、
前記第1の構造体を加熱して冷却することにより、隣接する前記細管同士を溶着させた第2の構造体を形成する第2のステップと、
前記細管の軸線方向における前記第2の構造体の一端を加熱し、当該一端を引っ張った後冷却することにより、前記第2の構造体を前記軸線方向に延伸させる第3のステップと
を有することを特徴とする熱音響装置用スタックの製造方法。
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