JP2015190680A - 熱・音波変換部品の製造方法、熱・音波変換部品、及び熱・音波変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
熱・音変換技術を利用した熱・音響システムの例として、固体とガス間で十分な接触頻度を持つ装置において、固体の一端を加熱しつつ、熱の一部を音波のエネルギに変換し、この音波を発電装置に供給するシステムが挙げられる。このシステムでは、上記装置中の固体に形成される温度勾配がキーとなるが、この装置では音波へのエネルギの変換効率が十分ではなかった。これは、熱エネルギを音圧エネルギに変換する役割を持つ熱・音波変換部品が、好ましい構造、物性を持っていなかったことに起因する。
当該熱音響装置用スタックは、金属製メッシュ状の板材を積層して接合することによる複数の貫通孔が形成された部材である。このスタックにおいて、熱伝導率が10[W/m・K]未満の材料から構成されている。これにより、スタック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。
しかし、現在、音波と熱との間のエネルギ変換の効率は依然として低いため、流体中の音波と、流体と接する壁の熱との間で効率よくエネルギ変換を行うことがよりいっそう求められている。音波と熱との間のエネルギ変換の効率をより向上させるためには、貫通孔に沿った壁の温度勾配が維持できるように、壁の貫通孔に沿った熱伝導率を低く抑えること以外に、エネルギ変換を行うための音波が伝播する貫通孔の壁との間の接触面積を広くすること、及び音波の伝播の障害とならないようにするために、多数の貫通孔を平行かつ直線状に作製することが好ましい。しかし、上述の熱音響装置用スタックは、金属製メッシュ状の板材を積層して接合した構成であるため、貫通孔の壁面は、貫通孔の延在方向に沿って凹凸ができ、貫通孔を平行かつ直線状に作製することは難しい。
板材であって、板厚方向に貫通する複数の貫通スリットが前記貫通スリットの延在方向と直交する方向に間隔をあけて直線状に平行に設けられている第1の板材と、前記貫通スリットが設けられていない第2の板材をそれぞれ複数作製する第1の工程と、
前記第2の板材を前記第2の板材の主表面同士が互いに対向するように並べたときの隣り合う2つの第2の板材の間に前記第1の板材を積層した構造を備え、積層した第1の板材の前記貫通スリット同士が積層方向で連通した連通孔を内部に備えた板材の集合体を形成する第2の工程と、
前記第2の工程後、前記貫通スリットの延在方向における前記集合体の両端を切断して前記集合体の両側の切断面に前記連通孔の開口を形成することにより、複数の貫通孔と、前記貫通孔の周りに形成され、前記貫通孔の延在方向に延びる壁と、を備えた熱・音波変換部品を作製する第3の工程と、を含む。
音波の伝播経路を形成する一方向に直線状に延在した複数の貫通孔と、前記貫通孔の周りに形成され、前記貫通孔の延在方向に延びる壁と、を備え、
前記熱・音波変換部品は、前記貫通孔の延在方向に平行な主表面を有する複数の板材の積層構造を含む。
前記熱・音波変換部品の製造方法により製造された熱・音波変換部品、あるいは前記熱・音波変換部品と、
前記流体の音波の伝播経路を形成し、前記熱・音波変換部品の前記貫通孔の延在方向に沿って前記音波が伝播するように、前記音波を前記貫通孔に導く導管と、
前記熱・音波変換部品の両端に設けられ、前記熱・音波変換部品の前記両端の間で前記延在方向に沿って温度勾配を形成させる一対の熱交換部と、を有し、
前記導管は、前記温度勾配を用いて音波エネルギが増幅された音波を出力し、出力した音波を用いて、前記増幅した音波エネルギを別のエネルギに変換する変換器に接続される出力端を有する。
前記熱・音波変換部品の製造方法により製造された熱・音波変換部品、あるいは前記熱・音波変換部品と、
前記流体の音波の伝播経路を形成し、前記熱・音波変換部品の前記貫通孔の延在方向に沿って前記音波が伝播するように、前記音波を前記貫通孔に導く導管と、
前記熱・音波変換部品の一方の端に設けられた一定の温度を有する熱交換部と、
前記熱・音波変換部品の他方の端に設けられる熱出力部であって、前記音波の伝播によって、前記熱交換部との間で前記熱・音波変換部品上に形成される温度勾配から、前記熱交換部の温度と温度差を有する温度を取り出す熱出力部と、を有する。
図1は、本実施形態の熱・音波変換部品を適用した本実施形態の熱・音波変換器10の構成の一例を示す図である。図1に示す熱・音波変換器10は、導管内を伝播する音波の音圧エネルギを増大し、増大した音圧エネルギを、他のエネルギに変換する変換装置40に供給する装置である。変換装置40は、例えば、音圧エネルギを電気エネルギに変換する発電機や音圧エネルギを熱エネルギに変換する装置が挙げられる。上記発電機では、音波によって発電素子であるコイルや磁石等を振動させることにより電磁誘導を発生させて起電力を生じさせる。音圧エネルギを熱エネルギに変換する変換装置では、例えば音波に熱が吸収されて冷却された冷媒を取り出して、冷却装置として用いられる。
熱・音波変換器10は、熱・音波変換部品に入力した音波Swの音圧エネルギを熱・音波変換部品で増大させ、音圧エネルギの増大した音波を出力する装置である。熱・音波変換器10は、例えば、小さな音圧エネルギの音波Swを熱・音波変換部品で増大させ、音圧エネルギの増大した音波を循環して、さらに熱・音波変換部品に入力させて音圧エネルギを増大させることにより、極めて大きな音圧エネルギの音波を出力することができる。このとき、小さな音圧エネルギの音波Swを形成する初期段階では、熱・音波変換器10は、上記循環を利用して、導管14内の音のノイズ成分の一部を、熱・音波変換器10の形状寸法等によって定まる周波数を持つ音波として選択的に増幅する。これにより、上記小さな音圧エネルギの音波Swが自励的に形成される。
熱・音波変換部品12は、音波Swが伝播する流体と、この流体と接する壁との間で、音波と熱のエネルギの変換を行う部品であって、後述するように、音波Swの伝播経路を形成する一方向に延在した管状の複数の貫通孔を備える。すなわち、熱・音波変換部品12は円柱や角柱等の柱形状を成し、柱形状の軸方向に沿って、多数の貫通孔が互いに平行に設けられている。熱・音波変換部品12は、例えば、金属、セラミックス等で構成される。
低温部15は、低温のガスや液体等の媒体を低温部15に供給する供給管16と、上記媒体を低温部15から排出する排出管18と、供給管16と排出管18の間に設けられ、音波Swの伝播経路の周りを環状に囲む環状管20と、を有する。供給管16は、図示されない低熱源と接続されている。環状管20は、供給管16と排出管18に接続されている。また、環状管20は、熱伝導率の高い金属部材21と当接し、この金属部材21が熱・音波変換部品12と当接している。したがって、上記金属部材21を介して熱・音波変換部品12の端との間で熱交換して熱・音波変換部品12の端から低温部15に熱が流れて熱・音波変換部品12の金属部材21と接する端は冷却される。また、低温部15は、導管14内の流体を冷却するための冷却フィン22が設けられている。この冷却フィン22は、環状管20と接続されているので、低温部15に位置する流体の熱を吸収し、流体の温度を低下させる。
したがって、熱・音波変換部品12は、低温部材15及び高温部材23によって形成される温度勾配を維持することができる。このような熱・音波変換器10における熱・音波変換部品12の作用についての詳細は後述する。
図2は、熱・音波変換器10とは別の実施形態である熱・音波変換器110の構成の一例を示す図である。図2に示す熱・音波変換器110は、導管内を伝播する音波の音圧エネルギを熱エネルギに変換する装置である。
熱・音波変換器110は、図2に示すように、熱・音波変換部品112と、導管114と、熱変換部123と、熱出力部115と、を主に有する。熱出力部115が熱交換部123の温度と温度差を有する温度を取り出す、すなわち、冷却された冷却媒体(ガスあるいは液体)を出力する部分である。
熱・音波変換器110は、導管114を介して、音波を出力する上述した熱・音波変換器10に接続されている。本実施形態の熱・音波変換器110では、上述した熱・音波変換器10に接続される構成であるが、これ以外の音波を発生させる装置であってもよい。
導管114は、流体を導管114内に含み、この流体の音波の伝播経路を形成するとともに、熱・音波変換部品112の貫通孔の延在方向に沿って音波が伝播するように、音波を熱・音波変換部品112の貫通孔に導く。導管114は、例えば、金属製の管である。導管114には、流体としてガスが用いられ、例えば水素やヘリウムガスが用いられる。ガスは、例えば数気圧〜数十気圧の所定の圧力に調整されて導管114に封入されている。導管114は、図2に示すように、音波が熱・音波変換部品112を循環する循環経路136を形成するように構成される。本実施形態の導管114は、循環経路136を形成するが、導管114は必ずしも循環経路を形成しなくてもよい。
熱出力部115は、ガスや液体等の媒体を供給する供給管116と、上記媒体を熱出力部115から排出する排出管118と、供給管116と排出管118の間に設けられ、音波の伝播経路の周りを環状に囲む環状管120と、を有する。環状管120は、供給管116と排出管118に接続されている。また、環状管120は、熱伝導率の高い金属部材121と当接し、この金属部材121が熱・音波変換部品112と当接している。したがって、環状管120は、上記金属部材121を介して熱・音波変換部品112の端との間で熱交換をして熱・音波変換部品112の端に熱出力部115から熱が流れて環状管120は冷却される。このため、環状管12を流れる媒体は冷却媒体となり、冷却媒体が出力される。このような冷却媒体は、冷却装置に用いられる。また、熱出力部115は、導管114内の流体を冷却するための冷却フィン122が設けられている。この冷却フィン122は、環状管120と接続されているので、熱出力部115に位置する流体の熱を吸収し、温度を低下させる。
このように熱・音波変換器110では、音波の音圧エネルギを熱エネルギに変換するが、この変換は熱・音波変換部品112によって行われる。以下、熱・音波変換部品12及び熱・音波変換部品112の作用、すなわち、音圧エネルギ及び熱エネルギの変換について説明する。
熱・音波変換部品12及び熱・音波変換部品112は同一の構成を有するので、熱・音波変換部品12を代表して説明する。図3は、熱・音波変換部品12の外観斜視図である。
熱・音波変換部品12は、波の伝播経路を形成する一方向に延在した複数の貫通孔12aと、貫通孔12aの周りに形成され、貫通孔12aの延在方向(図3中のX方向)に延びる壁12bと、を備える。
熱・音波変換部品12のX方向の長さは、導管14内に形成させる音波の波長や流体の振動による縦変位に応じて設定され、例えば10mm以上500mm未満であることが好ましい。この範囲にあるとき、音波の縦振動による流体要素の変位に一致し、効率のよいエネルギ変換を実現できる。
流体は、音波を伝播させる媒体であり縦振動する。この縦振動による流体の変位と流体の圧縮と膨張との関係を説明するために、流体のごく一部の領域を定めた流体要素を用いて説明する。
図4(a)に示す例では、音波の音圧と流体要素の変動の位相が4分の1周期ずれる進行波における圧縮、膨張の1サイクルを示している。予め壁12bの一端(位置I)を外部より加熱し、一端(位置II)を外部より冷却して壁12bに図4(b)に示すように温度勾配をつけてある状態で、流体要素が、壁12bの位置Iで膨張過程の状態Aにある。この状態で膨張をつづけながら状態Bに移行する。このとき、流体要素は温度が高い壁12bから熱の供給を受ける。次に、状態Bから流体要素は変位を開始して、壁12bの位置IIに向かって移動し最も膨張した状態B’に移行する。この状態B’において、音波により圧縮を開始し、状態Dに移行する。このとき、温度の低い壁12bに熱を供給する。次に、状態Dから流体要素は変位を開始して、位置Iに向かって移動し、最も圧縮されたD’にいたるまでの間壁12bへの熱の供給を続ける。このように、膨張過程で流体要素が壁12bから熱を受け、壁12bが圧縮過程で流体要素から熱を奪うことができ、流体要素の圧縮と膨張を増大させることができる。すなわち、熱・音波変換部品12は、熱・音波変換部品12に伝播する音波の音圧エネルギを、温度勾配を予め形成しておくことにより増大させることができる。
以上のようなサイクルを1サイクルとして複数サイクルを繰り返し行うために、循環経路36,136を形成することが好ましい。
なお、上記説明では、進行波を例に挙げて説明した。進行波は、流体の圧縮及び膨張のサイクルと、流体要素の変動のサイクルが4分の1周期ずれている。このため、音波と熱のエネルギ変換が実現される。これに対して、定在波では、流体の圧縮及び膨張のサイクルと、流体要素の変動のサイクルが同位相であるため、エネルギ変換は発生し難い。しかし、定在波の場合、流体と壁との間でエネルギ変換を行うときに生じる変換の遅れを利用するために、音波の周波数を設定することにより、上記変換を実現することができる。定在波の波長は、導管14,114あるいは循環経路36,136の長さに応じて定まり、この波長によって音波の周波数は定まるので、音波の周波数の設定は、導管14,114あるいは循環経路36,136の長さを調整することにより行われる。なお、エネルギ変換の遅れは、流体の熱伝導度、流体の密度、流体の定圧比熱、及び貫通孔の大きさによって定まる。
熱・音波変換部品12を構成する複数の板材は、同じ種類の金属板であることが、貫通孔12aの延在方向と直交する方向において熱伝導率を一定に揃え、延在方向に沿って安定した温度勾配をつくる点で好ましい。
熱・音波変換部品12を構成する上記板材は、金属板の他に、気孔を有する焼結体の板であってもよい。また、上記板材はガラス板であってもよく、板材の材料は特に制限されない。
貫通孔12aの水力直径を0.4mm以下とすることが好ましいのは、貫通孔周りの壁と流体との間でエネルギの変換を行う時に寄与する流体の厚さの上限は0.2mmであるためである。このため、エネルギの変換効率を高めるためには、貫通孔の水力直径を0.4mm以下とすることが好ましい。水力直径とは、貫通孔の延在方向に直交する方向に切断したときの貫通孔の断面形状において、断面形状の外周の周長をL[mm]とし、断面の面積をS[mm2]としたとき、4・S/L[mm]で表される寸法をいう。貫通孔の水力直径は、0.2〜0.3mmとすることが好ましい。また、貫通孔の水力直径を0.1mmより小さくすると、流体と貫通孔の壁との間で摩擦抵抗が増大するので好ましくない。この点で、貫通孔の水力直径を0.1mm以上とすることが好ましい。
熱・音波変換部品12及び熱・音波変換部品112の壁12bにおける材料の400℃での熱容量は、具体的には、上記材料を切断・粉砕して粉末状または小片の集合体にした材料をサンプルとして、断熱型熱量計を用いて投入熱と温度上昇の関係から求められる。
上述した熱・音波変換部品12,112の製造方法について以下説明する。図5は、熱・音波変換部品12,112の製造方法の一例を説明する図である。図6は、本実施形態で作製される板材の集合体50の一例を示す図である。図7は、本実施形態で行う板材の集合体50の切断を説明する図である。
第2の板材13aは、貫通スリット13cが設けられていない板材である。
このとき、貫通スリット13c同士が積層方向で連通した連通孔が形成されるように、第1の板材13bの積層の際、第1の板材13bの位置決めが行なわれる。この位置決めにより、複数の貫通スリット13cが繋がった1つの連通孔が形成される。このように、本実施形態では、第1の板材13bを積層するとき、積層する第1の板材13bの貫通スリット13cの少なくとも一部が繋がって連通する限りにおいて、貫通スリット13cの連通の形態は制限されない。例えば、好ましい形態として、積層する第1の板材13bの貫通スリット13cの全体が段差無く繋がって連通してもよい。具体的には、貫通スリット13cの形状及び第1の板材13bにおける連通する貫通スリット13cの位置が、積層する第1の板材13bの間で揃っており、各第1の板材13bの貫通スリット13cが段差なく滑らかに繋がる形態が挙げられる。
位置決めは、例えば、第1の板材13bに形成されたピン孔(図示されず)にピンを通すことにより、貫通スリット13c同士が積層方向で連通するように、また、同じ位置に揃うように複数の第1の板材13bが位置決めされた状態で、複数の第1の板材13bを積層する。これにより、集合体50が形成される。
金属板の熱圧着は、例えば水素雰囲気中の炉内で、所定の温度で行う。例えば、金属板がオーステナイト系ステンレス鋼等のステンレス鋼である場合、金属板の温度は1050〜1150℃であることが好ましく、例えば1100℃、15分間の条件で、例えば300〜2000気圧の圧力を加えて金属板同士を圧着させる。
貫通スリット13cの延方向と直交する幅方向の寸法である幅Wは、0.4μm以下であることが、あるいは、第1の板材13bを積層して形成される連通孔の第1の板材13bの積層方向における寸法は、0.4μm以下であることが、貫通孔12aの断面の水力直径を0.4μm以下にし、音波と熱のエネルギの変換効率を高める点で好ましい。例えば水力直径を0.2mmとする場合、第1の板材13b及び第2の板材13aの板厚Tを0.04mmとし、貫通スリット13cの幅Wを0.2mmとしたとき、2つの第2の板材13aの間に5つの第1の板材13bを挟んで積層することにより、断面が0.2mm×0.2mmの矩形形状の孔を形成することができる。
さらに、集合体50の両側の端部を切断することにより作製された熱・音波変換部品12及び熱・音波変換部品112の貫通孔12aの内壁面に、セラミックスコート層を形成することが好ましい。セラミックスコート層の厚さは、例えば5μm〜100μmであることが好ましい。セラミックスコート層を設けることにより、貫通孔12aの延在方向と直交する方向の熱伝導率を例えば30%以上、好ましくは40%以上低下させることができる。
本実施形態の熱・音波変換部品における流体と壁との間のエネルギ変換を調べるために、種々の熱・音波変換部品を作製した。
エネルギの変換効率の算出のために、図1に示す熱・音波変換器10の出力端14aにおいて、リニア発電機により音波を電気に変換し、その発電量W[J/秒]を測定した。一方 高温度側熱交換器における本システムへの投入熱量Q(J/秒)を、高温側の熱変換部の入り口、出口間のガスの温度差(ΔT)と その流量M(kg/秒)とガスの比熱Cp(J/kg/K)よりQ= ΔT・Cp・Mとして求めた。変換効率ηは、η=W/Qとして求めた。変換効率は、20%以上を合格品とした。
熱・音波変換部品のX方向の長さは30mmとし、導管14内にヘリウムガスを密封し、10気圧とした。熱・音波変換部品の、低温部15側の端は60℃となり、高温部23側の端は500℃となるように、低温部15及び高温部23の温度を定めた。
従来例は、ステンレス鋼からなる金属製メッシュ状の板材(板厚0.02mm)をX方向に積層して接合することにより、円筒形状の熱・音波変換部品を作製した。従来例では、貫通孔の延在方向を板材の積層方向とした。
実施例1〜4では、上記金属製メッシュ状の板材と同じ金属で構成される、貫通スリット13cを有する第1の板材13b及び第2の板材12aを用いて図5〜7に示す方法を用いて図3に示す熱・音波変換部品12を作製した。実施例1〜4では、貫通スリット13cの延在方向と直交する方向を板材(第1の板材13b及び第2の板材12a)の積層方向とした。
実施例1,2,4の第1の板材13b及び第2の板材12aの厚さTは0.04mmとした。実施例3の第1の板材13b及び第2の板材12aの厚さTは0.05mmとした。
従来例及び実施例1〜4の貫通孔の断面形状は、矩形形状で、貫通孔の開口率は80%とし、貫通孔の密度(セル密度)は、8000cpsiとした。従来例及び実施例1〜3の熱・音波変換部品では、貫通孔の内壁面にコージェライトからなるセラミックスコート層を10μm形成した。実施例4には、セラミックスコート層を形成しなかった。
実施例1,4では、貫通孔の断面形状は、0.2mm×0.2mmの矩形形状(水力直径0.2mm)とした。
実施例2では、貫通孔の断面形状は、0.4mm×0.4mmの矩形形状(水力直径0.4mm)とした。
実施例3では、貫通孔の断面形状は、0.45mm×0.45mmの矩形形状(水力直径0.4mm)とした。このときの第1の板材13b及び第2の板材12aの板厚Tは0.05mmとした。
また、実施例1〜3の比較より、貫通孔の水力直径は0.4mm以下であることが変換効率を高くする点で好ましいことがわかる。
セラミックスコート層を形成しなかった実施例4についても、変換効率は高く、合格レベルであった。
12,112 熱・音波変換部品
12a 貫通孔
12b 壁
12c リブ
13a 第2の板材
13b 第1の板材
13c 貫通スリット
14,114 導管
14a 出力端
15 熱交換部(低温部)
16,24,116,124 供給管
18,26,118,126 排出管
20,28,120,128 環状管
21,29,121,129 金属部材
22,122 冷却フィン
23 熱交換部(高温部)
30 加熱フィン
32,132 干渉材
34,134 ケーシング
36,136 循環経路
40 変換装置
50 集合体
115 熱出力部
123 熱変換部
130 フィン
Claims (14)
- 音波が伝播する流体と、前記流体と接する壁との間で、音波のエネルギを熱のエネルギに変換する、あるいは熱のエネルギを音波のエネルギに変換する熱・音波変換部品の製造方法であって、
板材であって、板厚方向に貫通する複数の貫通スリットが前記貫通スリットの延在方向と直交する方向に間隔をあけて直線状に平行に設けられている第1の板材と、前記貫通スリットが設けられていない第2の板材をそれぞれ複数作製する第1の工程と、
前記第2の板材を前記第2の板材の主表面同士が互いに対向するように並べたときの隣り合う2つの第2の板材の間に前記第1の板材を積層した構造を備え、積層した第1の板材の前記貫通スリット同士が積層方向で連通した連通孔を内部に備えた板材の集合体を形成する第2の工程と、
前記第2の工程後、前記貫通スリットの延在方向における前記集合体の両端を切断して前記集合体の両側の切断面に前記連通孔の開口を形成することにより、複数の貫通孔と、前記貫通孔の周りに形成され、前記貫通孔の延在方向に延びる壁と、を備えた熱・音波変換部品を作製する第3の工程と、
を含むことを特徴とする熱・音波変換部品の製造方法。 - 前記第1の板材及び前記第2の板材は金属板であり、
前記第1の板材と前記第2の板材は、熱圧着により接合される、請求項1に記載の熱・音波変換部品の製造方法。 - 前記第1の板材及び前記第2の板材は、同じ材質の金属板である、請求項1または2に記載の熱・音波変換部品の製造方法。
- 前記貫通スリットの前記延在方向と直交する幅方向の寸法は、0.4μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品の製造方法。
- 前記連通孔の前記第1の板材の積層方向における寸法は、0.4μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品の製造方法。
- さらに、前記貫通孔の内壁面に、セラミックスコート層を形成する第4の工程を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品の製造方法。
- 音波が伝播する流体と、前記流体と接する壁との間で、音波のエネルギを熱のエネルギに変換する、あるいは熱のエネルギを音波のエネルギに変換する熱・音波変換部品であって、
音波の伝播経路を形成する一方向に直線状に延在した複数の貫通孔と、前記貫通孔の周りに形成され、前記貫通孔の延在方向に延びる壁と、を備え、
前記熱・音波変換部品は、前記貫通孔の延在方向に平行な主表面を有する複数の板材の積層構造を含む、ことを特徴とする熱・音波変換部品。 - 前記貫通孔の延在方向における両側の開口のうち、第1の開口から平行光を第2の開口に向けて照射したとき、前記第2の開口から出射する平行光の通過面積は、前記第1の開口面積の85%以上である、請求項7に記載の熱・音波変換部品。
- 前記貫通孔は水力直径が0.4mm以下の貫通孔を含む、請求項7または8に記載の熱・音波変換部品。
- 前記板材は金属板であり、
前記板材は、熱圧着により接合されている、請求項7〜9のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品。 - 前記複数の板材は同じ種類の金属板である、請求項7〜10のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品。
- 前記貫通孔の内壁面には、セラミックスコート層が設けられている、請求項7〜11のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品。
- 流体の音波エネルギを、前記流体に接する壁の熱を用いて増幅する熱・音波変換部品を備えた熱・音波変換器であって、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品の製造方法により製造された熱・音波変換部品、あるいは請求項7〜12のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品と、
前記流体の音波の伝播経路を形成し、前記熱・音波変換部品の前記貫通孔の延在方向に沿って前記音波が伝播するように、前記音波を前記貫通孔に導く導管と、
前記熱・音波変換部品の両端に設けられ、前記熱・音波変換部品の前記両端の間で前記延在方向に沿って温度勾配を形成させる一対の熱交換部と、を有し、
前記導管は、前記温度勾配を用いて音波エネルギが増幅された音波を出力し、出力した音波を用いて、前記増幅した音波エネルギを別のエネルギに変換する変換器に接続される出力端を有する、ことを特徴とする熱・音波変換器。 - 流体に接する壁に、前記流体の音波エネルギを用いて温度勾配をつくる熱・音波変換部品を備えた熱・音波変換器であって、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品の製造方法により製造された熱・音波変換部品、あるいは請求項7〜12のいずれか1項に記載の熱・音波変換部品と、
前記流体の音波の伝播経路を形成し、前記熱・音波変換部品の前記貫通孔の延在方向に沿って前記音波が伝播するように、前記音波を前記貫通孔に導く導管と、
前記熱・音波変換部品の一方の端に設けられた一定の温度を有する熱交換部と、
前記熱・音波変換部品の他方の端に設けられる熱出力部であって、前記音波の伝播によって、前記熱交換部との間で前記熱・音波変換部品上に形成される温度勾配から、前記熱交換部の温度と温度差を有する温度を取り出す熱出力部と、を有することを特徴とする熱・音波変換器。
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JP6632029B2 (ja) * | 2016-06-09 | 2020-01-15 | 中央精機株式会社 | 熱音響エンジン、及び、熱音響エンジンの設計方法 |
WO2018146873A1 (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 日本碍子株式会社 | 冷気・暖気発生システム |
DE102018114620A1 (de) * | 2018-06-19 | 2019-12-19 | Sonic Technology UG (haftungsbeschränkt) | Thermoakustische Schallwandlervorrichtung, Audiosignalverarbeitungseinrichtung für einen thermoakustischen Schallwandler und Verfahren |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07297457A (ja) * | 1994-04-14 | 1995-11-10 | Tektronix Inc | 熱力学エンジン、電子構体、熱スイッチ及び集積回路構体 |
JPH0814679A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Zexel Corp | 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 |
JPH1068556A (ja) * | 1996-08-27 | 1998-03-10 | Sharp Corp | 熱音響冷凍機 |
JP2004028389A (ja) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 音響冷却装置、温度勾配発生ユニット及びその製造方法 |
US20040231341A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-11-25 | Barton L. Smith, Ph. D. To Utha State University | Thermoacoustic cooling device |
US20050000233A1 (en) * | 2002-11-21 | 2005-01-06 | Zhili Hao | Miniature thermoacoustic cooler |
JP2007292326A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Doshisha | スタック及びその製造方法 |
WO2011098735A2 (fr) * | 2010-02-10 | 2011-08-18 | Hekyom | Machine thermoacoustique a boucle de retroaction electrique |
JP2012202586A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 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 |
JP2012237295A (ja) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 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 |
WO2015115005A1 (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 日本碍子株式会社 | 熱・音波変換部品及び熱・音波変換器 |
JP2015145752A (ja) * | 2014-02-03 | 2015-08-13 | 東邦瓦斯株式会社 | 熱音響装置用の蓄熱器 |
JP2015152181A (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-24 | 日本碍子株式会社 | 熱・音波変換部品、熱・音波変換器、及び熱・音波変換部品の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3555666A (en) | 1968-01-25 | 1971-01-19 | Bendix Corp | Method of diffusion bonding of metals |
US5369625A (en) * | 1991-05-31 | 1994-11-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Thermoacoustic sound generator |
DE102011086776A1 (de) | 2011-11-22 | 2013-05-23 | Koenig & Bauer Aktiengesellschaft | Sprührohr |
CN103841504B (zh) * | 2012-11-20 | 2017-12-01 | 清华大学 | 热致发声器阵列 |
-
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Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07297457A (ja) * | 1994-04-14 | 1995-11-10 | Tektronix Inc | 熱力学エンジン、電子構体、熱スイッチ及び集積回路構体 |
JPH0814679A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Zexel Corp | 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 |
JPH1068556A (ja) * | 1996-08-27 | 1998-03-10 | Sharp Corp | 熱音響冷凍機 |
JP2004028389A (ja) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 音響冷却装置、温度勾配発生ユニット及びその製造方法 |
US20050000233A1 (en) * | 2002-11-21 | 2005-01-06 | Zhili Hao | Miniature thermoacoustic cooler |
US20040231341A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-11-25 | Barton L. Smith, Ph. D. To Utha State University | Thermoacoustic cooling device |
JP2007292326A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Doshisha | スタック及びその製造方法 |
WO2011098735A2 (fr) * | 2010-02-10 | 2011-08-18 | Hekyom | Machine thermoacoustique a boucle de retroaction electrique |
JP2012202586A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 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 |
JP2012237295A (ja) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 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 |
WO2015115005A1 (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 日本碍子株式会社 | 熱・音波変換部品及び熱・音波変換器 |
JP2015145752A (ja) * | 2014-02-03 | 2015-08-13 | 東邦瓦斯株式会社 | 熱音響装置用の蓄熱器 |
JP2015152181A (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-24 | 日本碍子株式会社 | 熱・音波変換部品、熱・音波変換器、及び熱・音波変換部品の製造方法 |
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