JP2019158232A - 励振源および熱音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スタックを適用することなく熱を音にエネルギ変換する。【解決手段】配管１と、配管１内において通気可能に設けられた高温熱供給部２と、配管１内において通気可能に設けられた低温熱供給部３と、高温熱供給部２側で配管１内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔４ａが形成されていると共に低温熱供給部３側に向く平坦状の対面４ｂを有する第一面部材４と、低温熱供給部３側で配管１内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔５ａが形成されていると共に高温熱供給部２側に向く平坦状の対面５ｂを有する第二面部材５と、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間に形成される空間部６と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、熱を音にエネルギ変換するための励振源および熱音響装置に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載の熱音響装置は、励振源である音圧発生部として、配管と、配管の外部から熱の供給を受ける吸熱器と、配管の外部に熱を放熱する放熱器と、配管の内部において吸熱器と放熱器との間に挟まれて設けられて吸熱器からの熱を作動流体に伝達し作動流体に音圧を発生させるスタックと、を有する。

特開２０１５−１２１３６１号公報

特許文献１に記載の熱音響装置において、励振源のスタックはセラミックスにより構成されている。セラミックスは、微細孔（例えば、１ｍｍ程度）が多数空いている多孔形状のため、剛構造である金属の配管と比較して耐久性が低く破損するおそれがある。

一方、熱音響装置は、吸熱器において外部から熱の供給を受けるが、熱を効率良く吸熱器に供給することと励振源を配管の適した位置に配置することの両立が難しい。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、スタックを適用することなく熱を音にエネルギ変換することのできる励振源、および配管の外部から熱の供給と励振源の配置とを両立することのできる熱音響装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る励振源は、配管と、前記配管内において通気可能に設けられた高温熱供給部と、前記配管内において通気可能に設けられた低温熱供給部と、前記高温熱供給部側で前記配管内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔が形成されていると共に前記低温熱供給部側に向く平坦状の対面を有する第一面部材と、前記低温熱供給部側で前記配管内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔が形成されていると共に前記高温熱供給部側に向く平坦状の対面を有する第二面部材と、前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間に形成される空間部と、を含む。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間の前記空間部の間隔が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記第一面部材および前記第二面部材において音を透過させる開口率が前記配管の径方向断面積の３０％以上であることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記第一面部材および前記第二面部材は、多孔板からなることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記高温熱供給部と前記第一面部材との間に、双方に接触しつつ前記配管内で径方向断面形状に沿って設けられる網目状構造体を含むことが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記低温熱供給部と前記第二面部材との間に、双方に接触しつつ前記配管内で径方向断面形状に沿って設けられる網目状構造体を含むことが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記空間部を確保しつつ、前記配管内の径方向断面形状に沿って前記第二面部材の対面に重ねて配置される通気可能な断熱層を含むことが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間に、前記空間部を確保しつつ前記空間部を前記配管の長さ方向で分割する通気可能な熱抵抗層を含むことが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記空間部を確保しつつ、前記第一面部材の対面または前記第二面部材の対面に沿って配置される通気可能な放熱器を含むことが望ましい。

また、本発明の一態様に係る励振源では、前記高温熱供給部および前記低温熱供給部のそれぞれに蓄熱器を含むことが望ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る熱音響装置は、配管と、前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する励振源と、を含む熱音響装置であって、前記配管は、直管に形成されて両端が閉塞され、前記励振源は、前記配管の両端間の途中に設けられており上述したいずれか１つに記載の励振源が適用されている。

また、本発明の一態様に係る熱音響装置では、前記配管は、一端が高温熱源に固定され、前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する態様で少なくとも高温熱供給部および低温熱供給部を有する励振源と、前記励振源の前記高温熱供給部に接続して形成されて前記配管の外部に引き出された伝熱部と、前記配管の外周面に沿って設けられて前記高温熱源および前記伝熱部を接続して前記高温熱源の熱を前記伝熱部に伝導する支持部と、を含むことが望ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る熱音響装置は、直管に形成されて両端が閉塞されて一端が高温熱源に固定される配管と、前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する態様で少なくとも高温熱供給部および低温熱供給部を有する励振源と、前記励振源の前記高温熱供給部に接続して形成されて前記配管の外部に引き出された伝熱部と、前記配管の外周面に沿って設けられて前記高温熱源および前記伝熱部を接続して前記高温熱源の熱を前記伝熱部に伝導する支持部と、を含む。

また、本発明の一態様に係る熱音響装置では、前記配管の一端に設けられて前記高温熱源に固定される基盤を備えて構成された熱音響装置ユニットを形成し、複数の前記熱音響装置ユニットの前記基盤は、前記基盤同士を隣接して付き合わせる突当面を有していることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る熱音響装置では、前記配管は、前記励振源を配置する位置で分割した各分割配管を接合して形成されており、各前記分割配管は、外周面に突出して形成されたフランジと、各前記フランジを締結する締結部材と、により接合が支持されることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る熱音響装置では、前記配管は、前記励振源を配置する位置で分割した各分割配管を接合して形成されており、各前記分割配管は、分割端から外周面に突出して形成されたフランジと、各前記フランジを締結する締結部材と、により接合が支持されると共に、前記励振源は、各前記フランジで位置決め支持されることが望ましい。

本発明によれば、高温熱供給部と低温熱供給部との温度差と、第一面部材の対面と第二面部材の対面との間で規定された空間部と、により所定の温度勾配を生じさせ、第一面部材の貫通孔および第二面部材の貫通孔により圧力波を生成（発振）させる。この結果、従来のスタックを適用することなく熱を音にエネルギ変換することができる。そして、スタックを適用しなくてよいことから耐久性を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る励振源の断面図である。 図２は、音透過率と開口率との関係を示す図である。 図３は、本発明の実施形態２に係る励振源の断面図である。 図４は、本発明の実施形態３に係る励振源の断面図である。 図５は、本発明の実施形態４に係る励振源の断面図である。 図６は、本発明の実施形態５に係る励振源の断面図である。 図７は、本発明の実施形態６に係る励振源の断面図である。 図８は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の側面図である。 図９は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の断面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の断面図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の正面図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の断面図である。 図１３は、本発明の実施形態に係る熱音響装置の断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る励振源の断面図である。図２は、音透過率と開口率との関係を示す図である。

本実施形態の励振源は、熱音響現象を利用して熱を音にエネルギ変換するためのものである。励振源は、配管１と、高温熱供給部２と、低温熱供給部３と、第一面部材４と、第二面部材５と、空間部６と、を含む。

配管１は、励振源のケーシングを構成するもので、音（空気）を通過させる通路をなす。配管１は、長さＬ方向で一定の内径を有するように筒状に形成されている。

高温熱供給部２は、配管１の内部に高温熱を供給するものである。高温熱は、本実施形態では、例えば、４００℃程度をいう。高温熱供給部２は、高温熱源（図示せず）の熱を配管１の内部で配管１の径方向断面形状（径方向断面：配管１の長さＬ方向に直交する内径の断面）に沿って伝導させるものである。高温熱供給部２は、例えば、配管１の径方向断面形状に沿って配置されて、熱伝導率の高いアルミニウム合金や銅などが用いられる。高温熱源が配管１の外部に設けられている場合、高温熱供給部２は、当該高温熱源の熱を配管１の径方向断面形状に沿って伝導させる。また、高温熱源が配管１の内部に設けられている場合、高温熱供給部２は、当該高温熱源の熱を配管１の径方向断面形状に沿って伝導させる。また、高温熱供給部２は、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

低温熱供給部３は、配管１の内部に低温熱を供給するものである。低温熱は、本実施形態では、例えば、２０℃程度をいう。低温熱供給部３は、低温熱源（図示せず）の熱を配管１の内部で配管１の径方向断面形状に沿って伝導させるものである。低温熱供給部３は、例えば、配管１の径方向断面形状に沿って配置されて、熱伝導率の高いアルミニウム合金や銅などが用いられる。低温熱源が配管１の外部に設けられている場合、低温熱供給部３は、当該低温熱源の熱を配管１の径方向断面形状に沿って伝導させる。また、低温熱源が配管１の内部に設けられている場合、低温熱供給部３は、当該低温熱源の熱を配管１の径方向断面形状に沿って伝導させる。また、低温熱供給部３は、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

第一面部材４は、配管１の径方向断面形状に沿って形成され配管１の内部を長さＬ方向において仕切るように配置されている。第一面部材４は、高温熱供給部２の低温熱供給部３側に配置されて高温熱供給部２に接触して添わせて設けられている。第一面部材４は、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する貫通孔４ａが形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。第一面部材４は、低温熱供給部３側に向く面が平坦状の対面４ｂとして形成されている。ここで、第一面部材４は、貫通孔４ａが形成されたパンチングメタルなどの多孔板として形成することができ、対面４ｂは、当該多孔板の低温熱供給部３側に向く面をなす。また、第一面部材４は、多孔板として、貫通孔４ａが形成された金網などで形成することができ、対面４ｂは、当該金網の低温熱供給部３側に向く面をなす。この第一面部材４は、耐久性の高いステンレス合金にて形成されていることが好ましい。

第二面部材５は、配管１の径方向断面形状に沿って形成され配管１の内部を長さＬ方向において仕切るように配置されている。第二面部材５は、低温熱供給部３の高温熱供給部２側に配置されて低温熱供給部３に接触して添わせて設けられている。第二面部材５は、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する貫通孔５ａが形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。第二面部材５は、高温熱供給部２側に向く面が平坦状の対面５ｂとして形成されている。ここで、第二面部材５は、貫通孔５ａが形成されたパンチングメタルなどの多孔板として形成することができ、対面５ｂは、当該多孔板の高温熱供給部２側に向く面をなす。また、第二面部材５は、貫通孔５ａが形成された金網などで形成することができ、対面５ｂは、当該金網の高温熱供給部２側に向く面をなす。この第二面部材５は、耐久性の高いステンレス合金にて形成されていることが好ましい。

空間部６は、第一面部材４の対面４ｂと、第二面部材５の対面５ｂとの間に形成された隙間である。

このような構成の励振源は、図１に示すように、配管１の長さＬ方向において空間部６には、高温熱供給部２の高温熱と低温熱供給部３の低温熱との間で温度勾配が生じる。そして、この温度勾配が生じた状態において第一面部材４の貫通孔４ａおよび第二面部材５の貫通孔５ａにより圧力波が生成（発振）される。圧力波は、図１中に矢印Ｓで示すように、高温熱供給部２の低温熱供給部３から離れる側に向かって配管１の長さＬ方向に生成（発振）する。なお、圧力波は、励振源により圧力擾乱が生成されることで生成され、この圧力波の重なり合いにより発振（あるいは共鳴）する。

例えば、高温熱が４００℃で低温熱が２０℃の場合、最大の圧力波を生成（発振）させるための温度勾配を得るにあたり、第一面部材４の対面４ｂと、第二面部材５の対面５ｂとの間に形成される空間部６の配管１の長さＬ方向の寸法（間隔）Ｗを０．５ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、空間部６の寸法Ｗの０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であれば、所望する温度勾配を得ることができる。０．１ｍｍ未満は製造および管理において困難があり、２．０ｍｍを超えると所望する温度勾配が得難くなる。

また、第一面部材４の貫通孔４ａおよび第二面部材５の貫通孔５ａにおいて配管１の径方向断面積に対する開口率は、図２に示すように、圧力波を生成（発振）させる音透過率０．９〜１．０付近を満足するにあたり３０％以上であることが望ましい。なお、高温熱供給部２、低温熱供給部３、第一面部材４、および第二面部材５を通して音を透過させる開口率は、組み合わせによる損失を考慮した状態で配管１の径方向断面積の３０％以上必要である。従って、第一面部材４および第二面部材５を主体とした場合では、第一面部材４の貫通孔４ａおよび第二面部材５の貫通孔５ａにおいて配管１の径方向断面積に対する開口率は３０％以上であることが望ましい。

このように本実施形態の励振源は、配管１と、配管１内において通気可能に設けられた高温熱供給部２と、配管１内において通気可能に設けられた低温熱供給部３と、高温熱供給部２側で配管１内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔４ａが形成されていると共に低温熱供給部３側に向く平坦状の対面４ｂを有する第一面部材４と、低温熱供給部３側で配管１内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔５ａが形成されていると共に高温熱供給部２側に向く平坦状の対面５ｂを有する第二面部材５と、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間に形成される空間部６と、を含む。

この励振源によれば、高温熱供給部２と低温熱供給部３との温度差と、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間で規定された空間部６と、により所定の温度勾配を生じさせ、第一面部材４の貫通孔４ａおよび第二面部材５の貫通孔５ａにより圧力波を生成（発振）させる。この結果、従来のスタックを適用することなく熱を音にエネルギ変換することができる。スタックを適用しなくてよいことから耐久性を向上することができる。

また、本実施形態の励振源では、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間の空間部６の寸法（間隔）Ｗが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが望ましい。

この励振源によれば、空間部６の寸法（間隔）Ｗを規定することで、圧力波を生成（発振）させるための温度勾配を生じさせることができる。

また、本実施形態の励振源では、第一面部材４および第二面部材５において音を透過させる貫通孔４ａおよび貫通孔５ａの開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であることが望ましい。

この励振源によれば、第一面部材４の貫通孔４ａおよび第二面部材５の貫通孔５ａの開口率を規定することで、所望の圧力波を生成（発振）させることができる。

また、本実施形態の励振源では、第一面部材４および第二面部材５は、多孔板からなることが望ましい。

この励振源によれば、第一面部材４および第二面部材５に多孔板を用いることで、空間部６の寸法（間隔）Ｗを定量的に設定して安定して温度勾配を得ることができ、かつ貫通孔４ａ，貫通孔５ａの開口率を定量的に設定して安定して圧力波を生成（発振）させることができる。

［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る励振源の断面図である。

本実施形態の励振源は、図３に示すように、上述した実施形態１の励振源に対して網目状構造体（例えば、エキスパンドメタルがあり、以下では網目状構造体をエキスパンドメタルと称す）７をさらに含む。

網目状構造体としてのエキスパンドメタル７は、金属板に千鳥状に切れ目を入れて広げ、切れ目を菱形や亀甲形に成形して音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるメッシュ状に形成したものである。本実施形態において、エキスパンドメタル７は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成されている。

エキスパンドメタル７は、高温熱供給部２と第一面部材４との間に、双方に接触しつつ設けられ、配管１内で径方向断面形状に沿って設けられている。

また、エキスパンドメタル７は、低温熱供給部３と第二面部材５との間に、双方に接触しつつ設けられ、配管１内で径方向断面形状に沿って設けられている。

エキスパンドメタル７は、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴（メッシュ）の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。

なお、図３において、高温熱供給部２は、配管１の内部に配置された高温熱源（例えば、ヒータ）として示している。また、図３において低温熱供給部３は、配管１の外部から内部に通された低温熱供給管として示している。低温熱供給管を適用することで、低温熱供給部３の温度を一定に保つことができる。

本実施形態の励振源によれば、高温熱供給部２と第一面部材４との間に、双方に接触しつつ配管１内で径方向断面形状に沿って設けられるエキスパンドメタル７を含むことで、高温熱供給部２からの高温熱をエキスパンドメタル７により配管１内の径方向断面に沿って温度分布を均一化させることが可能になる。この結果、温度勾配を配管１内の径方向断面に沿って均一に生じさせ、かつ圧力波を配管１内の径方向断面に沿って均一に生成（発振）させることができる。

また、本実施形態の励振源によれば、低温熱供給部３と第二面部材５との間に、双方に接触しつつ配管１内で径方向断面形状に沿って設けられるエキスパンドメタル７をさらに含むことで、低温熱供給部３の低温熱をエキスパンドメタル７により配管１内の径方向断面に沿って温度分布を均一化させることが可能になる。この結果、温度勾配を配管１内の径方向断面に沿ってより均一に生じさせ、圧力波を配管１内の径方向断面に沿ってより均一に生成（発振）させることができる。

［実施形態３］
図４は、実施形態３に係る励振源の断面図である。

本実施形態の励振源は、図４に示すように、上述した実施形態１または実施形態２の励振源に対して断熱層８をさらに含む。

断熱層８は、熱伝導率が比較的低い例えば、ステンレス合金綿やロックウールなどで構成され、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

断熱層８は、空間部６を確保しつつ、配管１内の径方向断面形状に沿って第二面部材５の対面５ｂに重ねて配置される。また、断熱層８は、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。

なお、断熱層８を設けた場合であっても、空間部６の配管１の長さＬ方向の寸法（間隔）Ｗは、断熱層８を含み第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間で規定される。

なお、図４において、エキスパンドメタル７が設けられた形態であり、高温熱供給部２は、配管１の内部に配置された高温熱源（例えば、ヒータ）として示している。また、図４において低温熱供給部３は、配管１の外部から内部に通された低温熱供給管として示している。低温熱供給管を適用することで、低温熱供給部３の温度を一定に保つことができる。

本実施形態の励振源によれば、断熱層８を設けたことで、高温熱供給部２から低温熱供給部３への温度移動の影響を低減することができる。このため、温度勾配の変化を一定にすることができる。この結果、安定して圧力波を生成（発振）させることができる。

［実施形態４］
図５は、実施形態４に係る励振源の断面図である。

本実施形態の励振源は、図５に示すように、上述した実施形態１または実施形態２の励振源に対して熱抵抗層９をさらに含む。

熱抵抗層９は、熱伝導率が比較的低い例えば、ステンレス合金綿やロックウールなどで構成され、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

熱抵抗層９は、空間部６を確保しつつ、配管１内の径方向断面形状に沿って第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間に配置される。本実施形態では、熱抵抗層９は、各対面４ｂ，５ｂに非接触な状態で配置され、空間部６を配管１の長さＬ方向で複数に分割する。図５では、熱抵抗層９は、２層設けられており、空間部６を配管１の長さＬ方向で３つに分割している形態を示す。熱抵抗層９は、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。

なお、熱抵抗層９を設けた場合であっても、空間部６の配管１の長さＬ方向の寸法（間隔）Ｗは、熱抵抗層９を含み第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間で規定される。

なお、図５において、エキスパンドメタル７が設けられた形態であり、高温熱供給部２は、配管１の内部に配置された高温熱源（例えば、ヒータ）として示している。また、図５において低温熱供給部３は、配管１の外部から内部に通された低温熱供給管として示している。低温熱供給管を適用することで、低温熱供給部３の温度を一定に保つことができる。

本実施形態の励振源によれば、熱抵抗層９を設けたことで、図５に示すように、熱抵抗層９を有する空間部６の位置において温度勾配が緩やかになる分、熱抵抗層９を有さない空間部６の位置において温度勾配が局所的に急になる。このため、第一面部材４および第二面部材５により生成（発振）される圧力波を増大することができる。

［実施形態５］
図６は、実施形態５に係る励振源の断面図である。

本実施形態の励振源は、図６に示すように、上述した実施形態１〜実施形態４のいずれか１つの励振源に対して放熱器１０をさらに含む。

放熱器１０は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成され、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。放熱器１０を貫通する穴は、板（フィン）を配管１の径方向に複数重ねた形態とする。

放熱器１０は、空間部６を確保しつつ、配管１内の径方向断面形状に沿って第一面部材４の対面４ｂに接触して設けられている。従って、空間部６は、放熱器１０において低温熱供給部３側であって第二面部材５の対面５ｂとの間に設けられる。放熱器１０は、第一面部材４の対面４ｂに接触するため、および第二面部材５の対面５ｂとの間で空間部６を規定するため、各対面４ｂ，５ｂに向く面が平坦状に形成されている。放熱器１０は、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。

本実施形態の励振源によれば、放熱器１０を設けたことで、図６に示すように、高温熱供給部２から放出される熱を高温に保ちつつ低温熱供給部３側に案内することができる。このため、放熱器１０において温度勾配が生じないように抑制して空間部６まで保ちまたは増幅し、空間部６において所望とする温度勾配を生じさせることができる。即ち、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間において、放熱器１０を設ければ、所望とする温度勾配を得たり、温度勾配を急にしたりすることができる。温度勾配を急にすると、第一面部材４および第二面部材５により生成（発振）される圧力波を増大することができる。また、放熱器１０は、アルミニウム合金や銅などの金属材で形成することができ、従来のスタックと比較して耐久性を向上することができる。

なお、図には明示しないが、放熱器１０は、空間部６を確保しつつ、配管１内の径方向断面形状に沿って第二面部材５の対面５ｂに接触して設けられていてもよい。従って、空間部６は、放熱器１０において高温熱供給部２側であって第一面部材４の対面４ｂとの間に設けられる。放熱器１０は、第二面部材５の対面５ｂに接触するため、および第一面部材４の対面４ｂとの間で空間部６を規定するため、各対面４ｂ，５ｂに向く面が平坦状に形成されている。放熱器１０は、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。この構成であっても、放熱器１０を設けたことで、高温熱供給部２から放出される熱を高温に保ちつつ低温熱供給部３側に案内することができる。このため、放熱器１０において温度勾配が生じないように抑制して空間部６から保ちまたは増幅し、空間部６では所望とする温度勾配を生じさせることができる。即ち、第一面部材４の対面４ｂと第二面部材５の対面５ｂとの間において、放熱器１０を設ければ、所望とする温度勾配を得たり、温度勾配を急にしたりすることができる。温度勾配を急にすると、第一面部材４および第二面部材５により生成（発振）される圧力波を増大することができる。また、放熱器１０は、アルミニウム合金や銅などの金属材で形成することができ、従来のスタックと比較して耐久性を向上することができる。

［実施形態６］
図７は、実施形態６に係る励振源の断面図である。

本実施形態の励振源は、図７に示すように、上述した実施形態１、実施形態３〜実施形態５のいずれか１つの励振源に対して蓄熱器１１，１２をさらに含む。

蓄熱器１１は、高温熱供給部２に設けられる。蓄熱器１１は、配管１の内部であって高温熱供給部２において第一面部材４と反対側に添わせて設けられている。蓄熱器１１は、例えば、高温熱供給部２により供給される高温熱の温度と同等以上の熱が供給される蓄熱管１１ａが熱伝導材１１ｂに接触（または内装）して設けられている。熱伝導材１１ｂは、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成され、配管１の径方向断面形状に沿って形成されている。また、熱伝導材１１ｂは、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

蓄熱器１２は、低温熱供給部３に設けられる。蓄熱器１２は、配管１の内部であって低温熱供給部３において第二面部材５と反対側に添わせて設けられている。蓄熱器１２は、例えば、低温熱供給部３により供給される低温熱の温度と同等以下の熱が供給される蓄熱管１２ａが熱伝導材１２ｂに接触（または内装）して設けられている。熱伝導材１２ｂは、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成され、配管１の径方向断面形状に沿って形成されている。熱伝導材１２ｂは、音（空気）を配管１の長さＬ方向に通過させることができるように、例えば、配管１の長さＬ方向に貫通する穴（図示せず）が形成されて配管１の長さＬ方向に通気可能に設けられている。

蓄熱器１１，１２の熱伝導材１１ｂ，１２ｂは、第一面部材４および第二面部材５における圧力波の生成（発振）に損失を生じないように、音を透過させる穴の開口率が配管１の径方向断面積の３０％以上であり第一面部材４および第二面部材５と同等以上であることが望ましい。

本実施形態の励振源によれば、蓄熱器１１を含むことで、高温熱供給部２からの高温熱を配管１内の径方向断面に沿って温度分布を均一化させることが可能になる。この結果、温度勾配を配管１内の径方向断面に沿って均一に生じさせ、かつ圧力波を配管１内の径方向断面に沿って均一に生成（発振）させることができる。

また、本実施形態の励振源によれば、蓄熱器１２を含むことで、低温熱供給部３の低温熱を配管１内の径方向断面に沿って温度分布を均一化させることが可能になる。この結果、温度勾配を配管１内の径方向断面に沿ってより均一に生じさせ、圧力波を配管１内の径方向断面に沿ってより均一に生成（発振）させることができる。

［実施形態７］
本実施形態では、熱音響装置について説明する。図８は、本実施形態に係る熱音響装置の側面図である。図９は、本実施形態に係る熱音響装置の断面図（図８におけるＡ−Ａ断面図）である。図１０は、本実施形態に係る熱音響装置の断面図（図８におけるＢ−Ｂ断面図）である。図１１は、本実施形態に係る熱音響装置の正面図である。図１２は、本実施形態に係る熱音響装置の断面図である。図１３は、本実施形態に係る熱音響装置の断面図である。

本実施形態の熱音響装置は、上述した実施形態１〜実施形態６のいずれか１つの励振源、または従来公知の励振源が適用されるものである。そして、以下の熱音響装置の説明においては、このような励振源を総括する符号２１を付す。

本実施形態の熱音響装置は、図８に示すように、配管２２と、配管２２内で両端間の途中に設けられて熱を音にエネルギ変換する励振源２１と、を含む。

配管２２は、直管に形成されており、その両端において開口が閉塞されるようにそれぞれ蓋部２３が設けられている。配管２２および蓋部２３は、耐久性を確保するうえでステンレス合金で形成することが好ましい。

励振源２１は、圧力波を生成（発振）するものである。励振源２１は、配管２２の内部において蓋部２３から配管２２の長さＬの１／８以上３／８以下の位置に配置される。この配置により生成（発振）された圧力波が閉塞された直管の配管２２内で共鳴させることができる。また、圧力波の周波数は、配管２２の長さＬを選択することで特定させることができる。また、励振源２１で生成（発振）された圧力波は、両端が閉塞された配管２２の内部において長さＬ方向で共鳴し、いずれか一方の端部から外部に取り出される（図８では矢印Ｓで示す）。

このように、本実施形態の熱音響装置は、直管に形成されて両端に開口を閉塞する蓋部２３を有する配管２２と、配管２２内の両端間の途中に設けられた励振源２１と、を含む。

この熱音響装置によれば、励振源２１を内部に配置した配管２２を両端が蓋部２３で閉塞された直管としているため、当該熱音響装置を複数林立させて設けることができ、全体として小型化しつつ大容量化した装置として適用することができる。

ところで、熱音響装置として排熱を音にエネルギ変換して利用する場合、排熱を有効的に励振源２１に供給することが望まれている。以下に説明する熱音響装置では、このような目的を達成することが可能なものである。

熱音響装置は、図９〜図１０に示すように、直管に形成されて両端に開口を閉塞する蓋部２３を有する配管２２と、配管２２内の両端間の途中に設けられた励振源２１と、伝熱部２４，２５と、支持部２６と、を含む。

配管２２は、蓋部２３で閉塞された一端が高温熱源１００に固定されている。高温熱源１００は、例えば、熱を発生する機器や、当該機器から発生する熱を排出するための排熱ダクトなどがあるが、これらに限定されるものではない。配管２２は、一端の蓋部２３の外面が高温熱源１００の面に密着するように形成され、面と面で接触して固定される。

励振源２１は、熱を音にエネルギ変換する態様で少なくとも高温熱供給部および低温熱供給部を有する。高温熱供給部および低温熱供給部については、図には明示しないが、例えば、上述した実施形態１〜実施形態６のいずれか１つを参照できる。

伝熱部２４は、配管２２の内部にて励振源２１の高温熱供給部に接続し、配管２２の外部に引き出されて形成されている。具体的に、伝熱部２４は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成され、図９に示すように、配管２２の内部にて配管２２の内周に沿って環状に形成されて高温熱供給部に接続される接続部材２４ａと、接続部材２４ａから外側に延在して配管２２の外部に引き出されて設けられる突出部材２４ｂと、を有している。本実施形態では、突出部材２４ｂは、接続部材２４ａから四方に延在して設けられている。

伝熱部２５は、伝熱部２４と同様な構成であり、配管２２の内部にて励振源２１の低温熱供給部に接続し、配管２２の外部に引き出されて形成されている。具体的に、伝熱部２５は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成され、配管２２の内部にて配管２２の内周に沿って環状に形成されて低温熱供給部に接続される接続部材２５ａと、接続部材２５ａから外側に延在して配管２２の外部に引き出されて設けられる突出部材２５ｂと、を有している。本実施形態では、突出部材２５ｂは、接続部材２５ａから周囲の四方に延在して設けられ、配管２２の周囲の四方に引き出されて形成されている。

支持部２６は、図１０に示すように、配管２２の外周面に沿って配管２２の長さＬ方向に延在して設けられ、高温熱源１００および伝熱部２４の突出部材２４ｂを接続されている。支持部２６は、配管２２の長さＬ方向に延在して設けられた一端が高温熱源１００に接続され、他端が伝熱部２４の突出部材２４ｂに接続されている。支持部２６は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成されている。本実施形態において、支持部２６は、配管２２の周囲の四方に引き出された突出部材２４ｂに接続されており、配管２２の周囲の四方において配管２２の外周面に沿って配管２２の長さＬ方向に延在して設けられている。

ここで、本実施形態において、配管２２の一端を閉塞する蓋部２３は、配管２２の外側に張り出して形成されており、高温熱源１００の面に固定される基盤として形成されている。基盤を形成する蓋部２３は、熱伝導率が比較的高い、例えば、アルミニウム合金や銅にて形成されている。そして、支持部２６の一端は、この蓋部２３を介して高温熱源１００に接続されている。

本実施形態の熱音響装置では、高温熱源１００の高温熱は、支持部２６（蓋部２３を介して）を経て突出部材２４ｂから伝熱部２４の接続部材２４ａに伝わり、伝熱部２４で温度が維持される。そして、高温熱は、この伝熱部２４から励振源２１の高温熱供給部に伝わる。このように、支持部２６は、高温熱源１００の高温熱を高温熱供給部に伝える。また、支持部２６は、配管２２の外周面に沿って配管２２の長さＬ方向に延在して設けられていることで、配管２２を支える支柱として機能する。この結果、本実施形態の熱音響装置によれば、排熱を有効的に励振源２１に供給することができ、さらに高温熱源１００に対して安定して取り付けることができる。また、励振源２１で生成（発振）された圧力波は、両端が閉塞された配管２２の内部において長さＬ方向で共鳴し、図８に矢印Ｓで示すように、高温熱源１００から離れた他端側から外部に取り出される。

なお、耐久性を確保するうえでは、配管２２の一端を閉塞する蓋部２３をステンレス合金で形成することが好ましい。この場合、図に明示しないが、高温熱源１００の高温熱を、支持部２６を経て突出部材２４ｂから伝熱部２４の接続部材２４ａに伝えるため、配管２２の一端を閉塞する蓋部２３の一部（例えば周囲）に熱伝導率が比較的高いアルミニウム合金や銅などの伝熱部材を配置し、この伝熱部材を高温熱源１００に接続すると共に、伝熱部材に支持部２６の一端を接続する。または、伝熱部材を設けずに支持部２６の一端を高温熱源１００に接続する。

なお、図には明示しないが、配管２２の一端を高温熱源１００に接続することで、当該配管２２の一端を閉塞することができれば、配管２２の一端に蓋部２３は設けなくてもよい。この場合、支持部２６の一端を高温熱源１００に接続する。なお、配管２２の一端に蓋部２３は設けない場合、支持部２６が高温熱源１００の面に固定される基盤として形成される。

なお、伝熱部２５は、配管２２の外部から突出部材２５ｂに低温熱が伝達される。低温熱は、例えが２０℃程度の常温であり、図示しない低温熱源から適宜供給される。

なお、配管２２は、耐久性の高いステンレス合金にて形成されていることが好ましいが、支持部２６をステンレス合金で形成して強度部材とし、配管２２の高温熱源１００と伝熱部２４との間に配置される部分をアルミニウム合金や銅にて形成することで、配管２２を介して高温熱源１００から伝熱部２４に高温熱を伝えることができる。

また、上述したように、本実施形態の熱音響装置は、配管２２が高温熱源１００に固定される一端が蓋部２３で閉塞されており、この蓋部２３が配管２２を高温熱源１００に固定するための基盤として備えられている。

そして、本実施形態の熱音響装置は、図１１に示すように、支持部２６が基盤（蓋部２３）を介して高温熱源１００および伝熱部２４を接続して構成された熱音響装置ユニットＵを形成している。さらに、本実施形態の熱音響装置は、各熱音響装置ユニットＵにおいて、基盤（蓋部２３）は、基盤（蓋部２３）同士を隣接して付き合わせる当接面２３ａを有している。

本実施形態において、基盤（蓋部２３）は、図８〜図１１に示すように正方形状に形成されており、その周囲の四辺が当接面２３ａとして形成されている。従って、各熱音響装置ユニットＵは、図１１に示すように、正方形状の基盤（蓋部２３）の当接面２３ａ同士が付き合わされて高温熱源１００の面に沿って複数並べて配置され、高温熱源１００の面から林立して配置される。

なお、基盤（蓋部２３）の形状は、正方形状に限らず、図には明示しないが、正三角形や正六角形であってもよく、このような形状であっても周囲の辺を当接面２３ａとして、当接面２３ａ同士が付き合わされて高温熱源１００の面に沿って複数並べて配置され、高温熱源１００の面から林立して配置される。

このように、本実施形態の熱音響装置によれば、複数の熱音響装置ユニットＵを当接面２３ａ同士を付き合わせて安定して高温熱源１００に配置することができる。

なお、図には明示しないが、配管２２の一端に蓋部２３を設けない場合は、支持部２６が配管２２を高温熱源１００に固定するための基盤として備えられる。そして、この場合の支持部２６が基盤（支持部２６）同士を隣接して付き合わせる当接面を有している。

ところで、本実施形態の熱音響装置は、配管２２の内部の長さＬ方向の途中に励振源２１を配置する。このため、熱音響装置は、図１２および図１３に示すように、励振源２１配置する位置において配管２２を分割して分割配管２２Ａ，２２Ｂを付き合わせて接合する構造が励振源２１を配置するうえで好ましい。

この場合、分割配管２２Ａ，２２Ｂの接合面において面同士が接触していないと、生成（発振）された圧力波が減衰するおそれがある。

このため、本実施形態の熱音響装置では、各分割配管２２Ａ，２２Ｂは、図１２に示すように、外周面に突出して形成されたフランジ２２Ａａ，２２Ｂａと、各フランジ２２Ａａ，２２Ｂａを締結するボルト２２Ｃである締結部材と、により接合が支持されることが望ましい。

また、本実施形態の熱音響装置では、各分割配管２２Ａ，２２Ｂは、図１３に示すように、分割端から外周面に突出して形成されたフランジ２２Ａａ，２２Ｂａと、各フランジ２２Ａａ，２２Ｂａを締結するボルト２２Ｃである締結部材と、により接合が支持されると共に、励振源２１は、各フランジ２２Ａａ，２２Ｂａで挟まれて位置決め支持されることが望ましい。

この熱音響装置によれば、配管２２を分割して分割配管２２Ａ，２２Ｂを付き合わせる位置に励振源２１を配置することで、配管２２の途中の所定の位置に励振源２１を配置することができ、かつ分割配管２２Ａ，２２Ｂの接合面において面同士が接触して接合させることで生成（発振）された圧力波が減衰する事態を防ぐことができる。

１ 配管
２ 高温熱供給部
３ 低温熱供給部
４ 第一面部材
４ａ 貫通孔
４ｂ 対面
５ 第二面部材
５ａ 貫通孔
５ｂ 対面
６ 空間部
７ エキスパンドメタル
８ 断熱層
９ 熱抵抗層
１０ 放熱器
１１ 蓄熱器
１１ａ 蓄熱管
１１ｂ 熱伝導材
１２ 蓄熱器
１２ａ 蓄熱管
１２ｂ 熱伝導材
２１ 励振源
２２ 配管
２２Ａ，２２Ｂ 分割配管
２２Ａａ，２２Ｂａ フランジ
２２Ｃ ボルト
２３ 蓋部（基盤）
２３ａ 当接面
２４ 伝熱部
２４ａ 接続部材
２４ｂ 突出部材
２５ 伝熱部
２５ａ 接続部材
２５ｂ 突出部材
２６ 支持部
１００ 高温熱源
Ｕ 熱音響装置ユニット
Ｗ 空間部の間隔

Claims (16)

1. 配管と、
   前記配管内において通気可能に設けられた高温熱供給部と、
   前記配管内において通気可能に設けられた低温熱供給部と、
   前記高温熱供給部側で前記配管内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔が形成されていると共に前記低温熱供給部側に向く平坦状の対面を有する第一面部材と、
   前記低温熱供給部側で前記配管内を仕切るように配置され通気可能に多数の貫通孔が形成されていると共に前記高温熱供給部側に向く平坦状の対面を有する第二面部材と、
   前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間に形成される空間部と、
   を含む励振源。
2. 前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間の前記空間部の間隔が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１に記載の励振源。
3. 前記第一面部材および前記第二面部材において音を透過させる開口率が前記配管の径方向断面積の３０％以上である請求項１または２に記載の励振源。
4. 前記第一面部材および前記第二面部材は、多孔板からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の励振源。
5. 前記高温熱供給部と前記第一面部材との間に、双方に接触しつつ前記配管内で径方向断面形状に沿って設けられる網目状構造体を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の励振源。
6. 前記低温熱供給部と前記第二面部材との間に、双方に接触しつつ前記配管内で径方向断面形状に沿って設けられる網目状構造体を含む請求項５に記載の励振源。
7. 前記空間部を確保しつつ、前記配管内の径方向断面形状に沿って前記第二面部材の対面に重ねて配置される通気可能な断熱層を含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の励振源。
8. 前記第一面部材の対面と前記第二面部材の対面との間に、前記空間部を確保しつつ前記空間部を前記配管の長さ方向で分割する通気可能な熱抵抗層を含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の励振源。
9. 前記空間部を確保しつつ、前記第一面部材の対面または前記第二面部材の対面に沿って配置される通気可能な放熱器を含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の励振源。
10. 前記高温熱供給部および前記低温熱供給部のそれぞれに蓄熱器を含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の励振源。
11. 配管と、前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する励振源と、を含む熱音響装置であって、
    前記配管は、直管に形成されて両端が閉塞され、前記励振源は、前記配管の両端間の途中に設けられており請求項１〜１０のいずれか１つに記載の励振源が適用されている熱音響装置。
12. 前記配管は、一端が高温熱源に固定され、
    前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する態様で少なくとも高温熱供給部および低温熱供給部を有する励振源と、
    前記励振源の前記高温熱供給部に接続して形成されて前記配管の外部に引き出された伝熱部と、
    前記配管の外周面に沿って設けられて前記高温熱源および前記伝熱部を接続して前記高温熱源の熱を前記伝熱部に伝導する支持部と、
    を含む請求項１１に記載の熱音響装置。
13. 直管に形成されて両端が閉塞されて一端が高温熱源に固定される配管と、
    前記配管内に設けられて熱を音にエネルギ変換する態様で少なくとも高温熱供給部および低温熱供給部を有する励振源と、
    前記励振源の前記高温熱供給部に接続して形成されて前記配管の外部に引き出された伝熱部と、
    前記配管の外周面に沿って設けられて前記高温熱源および前記伝熱部を接続して前記高温熱源の熱を前記伝熱部に伝導する支持部と、
    を含む熱音響装置。
14. 前記配管の一端に設けられて前記高温熱源に固定される基盤を備えて構成された熱音響装置ユニットを形成し、
    複数の前記熱音響装置ユニットの前記基盤は、前記基盤同士を隣接して付き合わせる突当面を有している請求項１２または１３に記載の熱音響装置。
15. 前記配管は、前記励振源を配置する位置で分割した各分割配管を接合して形成されており、各前記分割配管は、外周面に突出して形成されたフランジと、各前記フランジを締結する締結部材と、により接合が支持される請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の熱音響装置。
16. 前記配管は、前記励振源を配置する位置で分割した各分割配管を接合して形成されており、各前記分割配管は、分割端から外周面に突出して形成されたフランジと、各前記フランジを締結する締結部材と、により接合が支持されると共に、前記励振源は、各前記フランジで位置決め支持される請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の熱音響装置。

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