JP3216536U - Thermoacoustic engine - Google Patents

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康利 稲富
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Abstract

【課題】低い自励振動発振温度と高い変換効率の熱音響機関を提供する。
【解決手段】多数の細管が軸方向に沿って細孔が並列に設けられたスタックK200a、K200bと、スタックの配管軸方向の一端部を加熱する加熱器K210a、K210bと、スタックの他端部の熱を外部に放出する冷却器K220a、K220bと、加熱される一端部と放熱される他端部に挟まれたスタックを収納するスタック外筒K201a、K201bとを有する熱音響自励振動の原動機K1を備え、原動機の両端部間に温度勾配を形成して配管内の作動流体の音響パワーを増幅させる熱音響機関において、原動機のスタック外筒は、積層構造の無機質系熱硬化性樹脂の高温耐熱樹脂で成形した。
【選択図】図1
A thermoacoustic engine having a low self-excited vibration oscillation temperature and a high conversion efficiency is provided.
SOLUTION: Stacks K200a and K200b in which a large number of thin tubes are provided in parallel along the axial direction, heaters K210a and K210b for heating one end of the stack in the pipe axial direction, and the other end of the stack Motors for self-excited thermoacoustic vibration having coolers K220a and K220b for releasing the heat of the outside and stack outer cylinders K201a and K201b for storing a stack sandwiched between one end to be heated and the other end to be radiated In a thermoacoustic engine equipped with K1 and forming a temperature gradient between both ends of the prime mover to amplify the acoustic power of the working fluid in the pipe, the prime stack of the prime mover is a high temperature of an inorganic thermosetting resin having a laminated structure Molded with heat-resistant resin.
[Selection] Figure 1

Description

この考案は、熱音響機関に関する。 This invention relates to a thermoacoustic engine.

従来、熱音響機関は、配管内の流体の自励振動を利用したものである。配管内に多くの狭い流路を持つ部分(以下、スタックと称する)を設置して、スタック両端の温度差を臨界値以上にすると、流路内の作動流体に自励振動現象が現れることが知られており、熱音響原動機(熱音響機関の原動機)と呼ばれている。
原動機での作動流体の自励振動は配管内を音波で伝わり、配管内に別のスタック2を設けると音波はスタック2内の流体を配管軸方向に振動させて、スタック2内の熱を運ぶ熱音響ヒートポンプに利用されている。
また、原動機での作動流体の自励振動は配管内を音波で伝わり、配管にリニア発電機を設けると音圧の変動でピストンを前後運動させて発電に利用されている。
Conventionally, a thermoacoustic engine uses self-excited vibration of a fluid in a pipe. If a part with many narrow flow paths (hereinafter referred to as a stack) is installed in the pipe and the temperature difference between both ends of the stack exceeds the critical value, a self-excited vibration phenomenon may appear in the working fluid in the flow path. It is known and is called a thermoacoustic prime mover (a prime mover of a thermoacoustic engine).
The self-excited vibration of the working fluid in the prime mover is transmitted by sound waves in the pipe, and when another stack 2 is provided in the pipe, the sound waves vibrate the fluid in the stack 2 in the direction of the pipe axis and carry the heat in the stack 2 Used in thermoacoustic heat pumps.
Further, the self-excited vibration of the working fluid in the prime mover is transmitted by sound waves in the pipe, and when a linear generator is provided in the pipe, the piston is moved back and forth by fluctuations in sound pressure and used for power generation.

熱音響原動機は、スタックの一端に加熱器を持ち、他端に冷却器を持つ構造で、スタックの両端に温度差を設けるとスタック内部に温度勾配を生じさせることができる。
熱音響原動機でのスタック両端の温度差と温度勾配が大きくなる程、作動流体の音響パワーは大きくなる。
同じ温度差であれば、スタックの配管軸方向の寸法を短くすると温度勾配は大きくなるが、スタックが入るスタック外筒を伝熱する熱伝導熱量が大きくなる。スタックの配管軸方向の寸法は、大気圧で作動流体が空気の場合であれば、数cm程度である。
The thermoacoustic prime mover has a structure having a heater at one end of the stack and a cooler at the other end. If a temperature difference is provided at both ends of the stack, a temperature gradient can be generated inside the stack.
The greater the temperature difference and temperature gradient across the stack in the thermoacoustic prime mover, the greater the acoustic power of the working fluid.
If the temperature difference is the same, shortening the dimension of the stack in the pipe axis direction increases the temperature gradient, but increases the amount of heat conduction heat transferred through the stack outer cylinder into which the stack enters. The dimension of the stack in the pipe axis direction is about several centimeters when the working fluid is air at atmospheric pressure.

熱音響原動機においてスタック外筒の伝熱量を小さくすることで、熱損失が軽減でき、音響パワーの増大が可能となる。その方法として、スタック外筒又は前後の配管に、断熱材を用いることが考えられる(例えば、特許文献1)。また、スタック内の狭い流路を細管で作り、細管の周りを熱伝導率(10W/m・K)以下の低い熱伝導率の材料で囲うことが考えられる(例えば、特許文献2)。 By reducing the heat transfer amount of the stack outer cylinder in the thermoacoustic prime mover, heat loss can be reduced and the acoustic power can be increased. As the method, it is conceivable to use a heat insulating material for the stack outer cylinder or the front and rear pipes (for example, Patent Document 1). In addition, it is conceivable that a narrow channel in the stack is made of a thin tube, and the thin tube is surrounded by a material having a low thermal conductivity equal to or lower than the thermal conductivity (10 W / m · K) (for example, Patent Document 2).

特開2017-3136号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-3136 特開2012-229892号公報JP 2012-229892 A

本考案が解決しようとする課題は、一般的な熱音響原動機の自励振動発振温度は400℃以上で、高い温度ほど音響パワーも増大する。しかし、世の中で廃棄されている排熱温度は400℃以下が非常に多い。
工場排熱、自動車やディーゼル機関の排気ガス、燃料電池の排熱、半導体の排熱、太陽光集光での高温発生装置などから発生する100〜400℃の熱源を利用して、熱音響原動機を作動するためには、自励振動発振温度を低くし、また、熱音響原動機の熱損失を小さくし、熱から音響への高い変換効率などが求められている。また、加熱器での排ガスなどの熱源をスタック端部の加熱への熱交換において、高い変換効率が求められている。
The problem to be solved by the present invention is that a self-excited oscillation temperature of a general thermoacoustic prime mover is 400 ° C. or higher, and the higher the temperature, the greater the acoustic power. However, the waste heat temperature that is discarded in the world is very much less than 400 ° C.
Thermoacoustic prime mover using a heat source of 100-400 ° C generated from factory exhaust heat, exhaust gas from automobiles and diesel engines, exhaust heat from fuel cells, exhaust heat from semiconductors, high-temperature generators with sunlight collection, etc. In order to operate, the self-excited vibration oscillation temperature is lowered, the heat loss of the thermoacoustic prime mover is reduced, and high conversion efficiency from heat to sound is required. In addition, high conversion efficiency is required in heat exchange for heating a stack heat source such as exhaust gas in a heater.

本考案はこのような背景において、従来の熱音響機関と比べて、低い自励振動発振温度と高い変換効率の熱音響機関を実現することを課題とすることを目的としている。 In view of such a background, the present invention aims to realize a thermoacoustic engine having a low self-excited oscillation temperature and a high conversion efficiency as compared with a conventional thermoacoustic engine.

前記目的に沿う第一の考案に係る熱音響機関は、多数の細管が軸方向に沿って細孔が並列に設けられたスタックと、前記スタックの配管軸方向の一端部を加熱する加熱器と、前記スタックの他端部の熱を外部に放出する冷却器と、加熱される前記一端部と放熱される他端部に挟まれた前記スタックを収納するスタック外筒とを有する熱音響自励振動の原動機を備え、前記原動機の両端部間に温度勾配を形成して前記配管内の作動流体の音響パワーを増幅させる熱音響機関において、前記原動機の前記スタック外筒は、積層構造の無機質系熱硬化性樹脂の高温耐熱樹脂で成形した。 The thermoacoustic engine according to the first device for the purpose includes a stack in which a large number of thin tubes are provided in parallel along the axial direction, and a heater that heats one end of the stack in the pipe axial direction. A thermoacoustic self-excitation having a cooler that releases heat of the other end of the stack to the outside, and a stack outer cylinder that houses the stack sandwiched between the one end to be heated and the other end to be radiated In a thermoacoustic engine provided with a vibration motor and forming a temperature gradient between both ends of the motor to amplify the acoustic power of the working fluid in the pipe, the stack outer cylinder of the motor is an inorganic system having a laminated structure Molded with a thermosetting resin, a high temperature heat resistant resin.

その結果、このような構成によって、スタック外筒内を伝わる熱量を小さくすることで、熱音響原動機の熱損失が軽減でき、音響パワーの増大が可能となる。 As a result, the heat loss of the thermoacoustic prime mover can be reduced and the acoustic power can be increased by reducing the amount of heat transmitted through the stack outer cylinder with such a configuration.

前記目的に沿う第二の考案に係る熱音響機関は、請求項1の記載の熱音響機関において、前記原動機の前記スタック外筒は耐熱樹脂の積層方向を配管の径方向に配置して成形した。 The thermoacoustic engine according to the second aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to claim 1, wherein the stack outer cylinder of the prime mover is formed by arranging a heat-resistant resin stacking direction in a radial direction of the pipe. .

その結果、このような構成によって、スタック外筒に配管軸方向の圧縮応力が作用しても、強度が保てる。 As a result, with such a configuration, the strength can be maintained even if compressive stress in the pipe axis direction acts on the stack outer cylinder.

前記目的に沿う第三の考案に係る熱音響機関は、請求項1又は請求項2に記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記スタックが入る前記スタック外筒に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、前記スタック外筒を挟んだ両側から荷重を作用させる構造である。 The thermoacoustic engine according to the third aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to claim 1 or 2, wherein the prime mover has a compressive stress in a pipe axis direction on the stack outer cylinder into which the stack enters. In order to act, a load is applied from both sides of the stack outer cylinder.

その結果、このような構成によって、引っ張り応力によってスタック外筒の積層が剥がれて亀裂が発生することが防げる。 As a result, with such a configuration, it is possible to prevent the stack of the stack outer cylinders from being peeled off due to tensile stress and causing cracks.

前記目的に沿う第四の考案に係る熱音響機関は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、さらに高温耐熱樹脂で耐熱樹脂の積層方向を配管の径方向に成形した中間接続部品を有し、前記加熱器に対して前記スタックとは軸方向の反対側に配置した。 The thermoacoustic engine according to a fourth aspect of the present invention that meets the above-mentioned object is the thermoacoustic engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the prime mover further includes a high-temperature heat-resistant resin and the heat-resistant resin is laminated in a piping direction. An intermediate connection part formed in the radial direction is provided, and the stack is arranged on the opposite side of the stack in the axial direction with respect to the heater.

その結果、このような構成によって、加熱器から中間接続部品への伝熱量を軽減できる。 As a result, such a configuration can reduce the amount of heat transfer from the heater to the intermediate connection component.

前記目的に沿う第五の考案に係る熱音響機関は、請求項4記載の熱音響機関において、前記原動機は、単段又は複数が軸方向につらなった多段に構成されて、前記スタック外筒と前記中間接続部品の両方に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、両側から挟んで荷重を作用させる構造である。 The thermoacoustic engine according to a fifth aspect of the present invention that meets the above-mentioned object is the thermoacoustic engine according to claim 4, wherein the prime mover is constituted by a single stage or a multistage in which a plurality of stages are axially connected, and the stack outer cylinder. And the intermediate connection component so that a compressive stress in the direction of the pipe axis acts on both sides and a load is applied from both sides.

その結果、このような構成によって、圧縮応力を作用させる構造が簡略化できる。 As a result, such a structure can simplify the structure for applying the compressive stress.

前記目的に沿う第六の考案に係る熱音響機関は、請求項1乃至5のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記加熱器の配管軸方向の両側で、前記スタック外筒及び前記中間接続部品との間に気密用のガスケットを挟んで接続ボルトで所定の圧力になる様に取付け、さらに前記スタック外筒と前記中間接続部品の両方に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、両側から挟んで荷重を作用させる構造である。 The thermoacoustic engine according to a sixth aspect of the present invention that meets the above object is the thermoacoustic engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the prime mover is disposed on both sides of the heater in the direction of the pipe axis. An airtight gasket is sandwiched between the outer cylinder and the intermediate connection part so that a predetermined pressure is obtained with a connection bolt. Further, both the stack outer cylinder and the intermediate connection part have a compressive stress in the direction of the pipe axis. It is a structure in which a load is applied across both sides so as to act.

その結果、このような構成によって、配管内部の作動流体の圧力を大気圧以上にした場合、高温用のガスケットはガス漏れ防止のシール能力を高めるために締め付けの面圧力が大きくシール面積もOリングと比べて広いので締め付け力が大きくなり、それに対して耐熱樹脂の積層に垂直方向の応力が常時圧縮を保つための圧縮応力は小さいので、それぞれに締結構造を持つことで所定の圧力にすることができる。 As a result, when the pressure of the working fluid inside the pipe is increased to atmospheric pressure or higher with such a configuration, the high-temperature gasket has a large tightening surface pressure and an O-ring to increase the sealing ability to prevent gas leakage. Compared to the above, the tightening force is large, and the stress in the vertical direction of the heat-resistant resin is always small so that the compressive stress is always kept at a constant level. Can do.

前記目的に沿う第七の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至6のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記冷却器と配管フランジとの間に、樹脂製の接続部品を挟んだ。 The thermoacoustic engine according to a seventh aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 6, wherein the prime mover is made of resin between the cooler and a piping flange. Sandwiched between the connecting parts.

その結果、このような構成によって、スタックの反対側の配管フランジへの冷却器からの伝熱熱量を軽減できる。 As a result, such a configuration can reduce the amount of heat transferred from the cooler to the pipe flange on the opposite side of the stack.

前記目的に沿う第八の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至7のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、加熱器と加熱器前後の積層構造の高温耐熱樹脂で成形したスタック外筒又は中間接続部品との間に、熱伝導率が10W/mK以下で、かつ耐熱温度が積層構造の耐熱樹脂より同等以上であるプレートを入れた。 The thermoacoustic engine according to an eighth aspect of the present invention that meets the above-mentioned object is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 7, wherein the prime mover is a high-temperature heat-resistant resin having a laminated structure before and after the heater. A plate having a thermal conductivity of 10 W / mK or less and a heat resistance temperature equal to or higher than that of the heat-resistant resin having a laminated structure was placed between the stack outer cylinder and the intermediate connection part formed in step (b).

その結果、このような構成によって、熱風などの熱源温度が耐熱樹脂の耐熱温度を超えた場合でも、プレートで温度勾配を作って、耐熱樹脂を耐熱温度以下で使用できる。 As a result, with such a configuration, even when the temperature of a heat source such as hot air exceeds the heat resistance temperature of the heat resistant resin, a temperature gradient can be created with the plate and the heat resistant resin can be used at a temperature lower than the heat resistant temperature.

前記目的に沿う第九の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至8のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、加熱ヒータを配管内部に配置した加熱器において、ヒータの円周方向を囲うリングを設けて、リングにワイヤー又は突起を設けることで、リングとヒータの間に、又はリングと加熱器外筒の内面との間に、又はリングの両方に空隙を設けた。 The thermoacoustic engine according to a ninth aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 8, wherein the prime mover is a heater in which a heater is disposed in a pipe. By providing a ring that surrounds the circumferential direction of the ring, by providing a wire or protrusion on the ring, a gap is provided between the ring and the heater, or between the ring and the inner surface of the heater outer cylinder, or both the rings. It was.

その結果、このような構成によって、ヒータが配管の外筒と接した部分の温度が、耐熱樹脂の変質や変形しない耐熱温度以上になっても、リングの半径方向に面した空隙で温度勾配を付けて、樹脂の内面が耐熱温度以下にできる。 As a result, with this configuration, even if the temperature of the part where the heater is in contact with the outer tube of the pipe is higher than the heat resistant temperature that does not cause alteration or deformation of the heat resistant resin, a temperature gradient is created by the gap facing the radial direction of the ring. In addition, the inner surface of the resin can be reduced to a heat resistant temperature or lower.

前記目的に沿う第十の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至9のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記スタック外筒又は前記中間接続部品の耐熱樹脂の積層方向が、配管の半径方向にシートを円筒状に重ねた方向に成形した樹脂を使用して、両側から挟んで圧縮荷重を作用させる構造である。 The thermoacoustic engine according to the tenth aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 9, wherein the prime mover is a heat-resistant resin of the stack outer cylinder or the intermediate connection part. The stacking direction is a structure in which a compressive load is applied by sandwiching the sheet from both sides using a resin formed in a direction in which sheets are stacked in a cylindrical shape in the radial direction of the pipe.

その結果、このような構成によって、原動機全体の剛性を向上できる。 As a result, such a configuration can improve the rigidity of the prime mover as a whole.

前記目的に沿う第十一の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至10のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、原動機の加熱器管内熱交の中央部もしくは配管中心から熱風出口側に、補助用の加熱ヒータを追加した。 The thermoacoustic engine according to the eleventh aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 10, wherein the prime mover is a central part or piping of a heat exchanger in a heater pipe of the prime mover. An auxiliary heater was added from the center to the hot air outlet side.

その結果、このような構成によって、原動機のスタックの両端の温度差が小さくて作動流体の自励振動が発生しない場合でも、補助用の加熱ヒータでスタック加熱側の温度を少し高くすることで自励振動を発生することができる。 As a result, even if the temperature difference between both ends of the stack of the prime mover is small and self-excited vibration of the working fluid does not occur with this configuration, the temperature on the stack heating side is slightly increased with the auxiliary heater. Excited vibration can be generated.

前記目的に沿う第十二の考案に係る熱音響機関は、請求項3乃至11のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、配管に音波の伝送方向又は伝送方向から90度以内に傾いた方向を持つ枝管を設けて、枝管のスピーカから自励振動周波数の音を配管内に流す。 The thermoacoustic engine according to the twelfth aspect of the present invention is the thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 11, wherein the prime mover is 90 degrees from a sound wave transmission direction or a transmission direction to a pipe. A branch pipe having a tilted direction is provided, and a sound having a self-excited vibration frequency is caused to flow into the pipe from a speaker of the branch pipe.

その結果、このような構成によって、原動機のスタックの両端の温度差が小さくて作動流体の自励振動が発生しない場合でも、補助用のスピーカで配管内に自励振動の周波数の音を流して、自励振動を発生することができる。 As a result, even if the temperature difference between the two ends of the stack of the prime mover is so small that the self-excited vibration of the working fluid does not occur, the auxiliary speaker can cause the sound of the self-excited vibration frequency to flow through the pipe with the auxiliary speaker. Self-excited vibration can be generated.

本考案の積層構造の無機質系熱硬化性樹脂の高温耐熱樹脂で成形したスタック外筒を持つ熱音響機関の原動機によって、自励振動発振温度を低下させることができ、熱音響原動機の熱損失を小さくでき、さらに熱から音響への高い変換効率が実現できて音響パワーの増大が可能となる。
また、熱音響の原動機の能力向上により、シングルループ熱音響エンジンやダブルループ熱音響エンジンにおいては、熱音響冷凍器の冷熱発生能力が向上できる。さらに、熱音響発電装置においては、リニア発電機の発電量が向上できる。
The motor of a thermoacoustic engine having a stack outer cylinder molded from a high-temperature heat-resistant resin of inorganic thermosetting resin with a laminated structure of the present invention can reduce the self-excited vibration oscillation temperature, reducing the heat loss of the thermoacoustic motor. It is possible to reduce the size, and furthermore, high conversion efficiency from heat to sound can be realized, and the sound power can be increased.
Further, by improving the capacity of the thermoacoustic prime mover, in the single-loop thermoacoustic engine and the double-loop thermoacoustic engine, the cold heat generation capacity of the thermoacoustic refrigerator can be improved. Furthermore, in the thermoacoustic power generator, the power generation amount of the linear generator can be improved.

本考案を一実施の形態である熱音響機関の原動機の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the motor | power_engine of the thermoacoustic engine which is one Embodiment of this invention. 同熱音響機関をシングルループ熱音響冷凍機として用いた場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of using the thermoacoustic engine as a single loop thermoacoustic refrigerator. 同熱音響機関をダブルループ熱音響冷凍機として用いた場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of using the thermoacoustic engine as a double loop thermoacoustic refrigerator. 同熱音響機関を熱音響発電装置として用いた場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of using the thermoacoustic engine as a thermoacoustic electric power generating apparatus. 同熱音響機関の原動機の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the motor | power_engine of the thermoacoustic engine. 同熱音響機関の原動機の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the motor | power_engine of the thermoacoustic engine.

本考案の実施例を図1〜図6に示す図に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings shown in FIGS.

熱音響機関の原動機(熱音響機関原動機又は原動機とも云う)については、図1に示すような熱音響機関の原動機1の概略の構成は、スタック外筒k201aの内側に配置した連続した細孔を持つスタックk200aと、スタックk200aの配管軸方向の一端部を加熱する加熱器k210aと、スタックk200aの他端部の熱を外部に放出する冷却器k220aとで、スタックk200aの両端部間に温度勾配を形成するもので、接続された配管の内部には作動流体を封入しており、スタックk200a両端の温度差を大きくすると臨界温度差に達して配管内の作動流体に自励振動が発生する。一般的に、同じ作動流体で、かつ同じ配管径であれば、自励振動が発生する臨界温度差が小さい方が音響パワーは増大する傾向がある。 As for a prime mover of a thermoacoustic engine (also referred to as a thermoacoustic engine prime mover or a prime mover), a schematic configuration of the prime mover 1 of the thermoacoustic engine as shown in FIG. 1 includes continuous pores arranged inside the stack outer cylinder k201a. A stack k200a, a heater k210a that heats one end of the stack k200a in the pipe axis direction, and a cooler k220a that releases heat from the other end of the stack k200a to the outside, and a temperature gradient between both ends of the stack k200a The working fluid is sealed inside the connected pipe, and when the temperature difference between both ends of the stack k200a is increased, the critical temperature difference is reached and the self-excited vibration is generated in the working fluid in the pipe. Generally, if the working fluid is the same and the pipe diameter is the same, the acoustic power tends to increase as the critical temperature difference at which self-excited vibration occurs is smaller.

図1では、作動流体が封入された配管k100aの配管フランジk101aに中間接続部品k230aが接続され、それに加熱器k210aが接続され、それにスタック外筒k201aが接続され、それに冷却器k220aが接続され、それに樹脂製接続部品k240aが接続され、それに中間接続部品k230bが接続され、それに加熱器k210bが接続され、それにスタック外筒k201bが接続され、それに冷却器k220bが接続され、それに樹脂製接続部品k240bが接続され、それに配管k100bの配管フランジk101bが接続された構造を示す。   In FIG. 1, an intermediate connection part k230a is connected to a pipe flange k101a of a pipe k100a in which a working fluid is sealed, a heater k210a is connected to it, a stack outer cylinder k201a is connected to it, and a cooler k220a is connected to it. A resin connection part k240a is connected thereto, an intermediate connection part k230b is connected thereto, a heater k210b is connected thereto, a stack outer cylinder k201b is connected thereto, a cooler k220b is connected thereto, and a resin connection part k240b is attached thereto. Is shown, and a pipe flange k101b of the pipe k100b is connected thereto.

多段化については、以下に説明する。
図1は、加熱とスタックと冷却の原動機の1ユニットが2段で構成された2段式の原動機であるが、1段式や3段以上のユニット構成も可能である。多段化する場合には、ユニット毎の中間接続部品は直線的に配置する必要はなく、配管長でほぼ決まる1次の共鳴周波数での振幅の腹の部分の付近にユニットを設ける。
配管k100aなどの作動流体の通路は円形である必要はなく、音波が通れば矩形形状に近い管でもよい。
The multi-stage will be described below.
FIG. 1 shows a two-stage prime mover in which one unit of a heating, stacking and cooling prime mover is composed of two stages, but a single-stage or three-stage or more unit configuration is also possible. In the case of multiple stages, the intermediate connection parts for each unit do not need to be arranged linearly, and the unit is provided near the antinode portion of the amplitude at the primary resonance frequency that is substantially determined by the pipe length.
The passage of the working fluid such as the pipe k100a does not need to be circular, and may be a pipe having a nearly rectangular shape as long as sound waves pass through it.

スタックについては、以下に説明する。
スタック外筒k201a、k201bの内側に設けられたスタックk200a、k200bは、連続した細孔を持ち、スタックk200a、k200bの配管軸方向の両端に温度勾配を形成して、作動流体の自励振動を発生させ、配管内を伝わる圧力変動により仕事をする機能を有している。多数の細管が軸方向に沿って細孔が並列に設けられている状態でもあり得る。
スタックk200a、k200bは、例えば配管軸の長手方向に細孔を持つセラミック製のハニカム構造体がある。これは、ところてんの天突きのような押し出し成形で製作し、四角形の細孔ならば1辺が1mm以下で、細孔の壁面の厚みはさらに薄いハニカムの集合体を用いる。その他のスタック構造としては、ステンレスメッシュの薄板を微小ピッチで多数枚を配管長手方向に積層した構造体や、不織布状の金属繊維を細孔ができるように詰め込んだ構造体でも可能である。
The stack will be described below.
The stacks k200a and k200b provided inside the stack outer cylinders k201a and k201b have continuous pores, and form temperature gradients at both ends in the pipe axis direction of the stacks k200a and k200b to generate self-excited vibration of the working fluid. It has the function to work by the pressure fluctuation that is generated and transmitted in the piping. A large number of capillaries may be in a state in which pores are provided in parallel along the axial direction.
The stacks k200a and k200b include, for example, a ceramic honeycomb structure having pores in the longitudinal direction of the pipe shaft. This is manufactured by extrusion molding such as a dome of a balance, and a rectangular aggregate uses a honeycomb aggregate whose side is 1 mm or less and the wall surface of the pore is thinner. Other stack structures may be a structure in which a large number of thin stainless mesh plates are laminated at a fine pitch in the longitudinal direction of the pipe, or a structure in which non-woven metal fibers are packed to form pores.

加熱器については以下に説明する。
図1の加熱器k210aにおいて、燃焼機関の排気ガスなどは、熱風入口k212から入り、熱風通路k213を通って熱風出口k214から排出される。高温の排ガスの熱は、加熱部管内面k215の管の内面を介して加熱器管内熱交k211に熱伝導して、スタックk200aの端面付近の作動流体を加熱するものである。加熱器管内熱交k211の構造としては、伝熱量を増すために金属製で、かつ伝熱面積を広くするために、例えば配管軸方向に幅1mm以下のフィンと幅1mm以下のスリットを多数持つ構造が考えられ、フィンは加熱部管内面k215の管の内面とつながっている。また、フィンの代わりに、配管の軸方向に多数の穴を有する金属ブロックも考えられる。
The heater will be described below.
In the heater k210a of FIG. 1, the exhaust gas of the combustion engine enters from the hot air inlet k212, and passes through the hot air passage k213 and is discharged from the hot air outlet k214. The heat of the high-temperature exhaust gas is conducted to the heat exchanger k211 in the heater tube through the inner surface of the heating unit tube inner surface k215 to heat the working fluid near the end surface of the stack k200a. The structure of the heat exchange k211 in the heater tube is made of metal to increase the amount of heat transfer, and has a large number of fins having a width of 1 mm or less and slits having a width of 1 mm or less, for example, in the pipe axis direction in order to increase the heat transfer area. A structure is conceivable, and the fin is connected to the inner surface of the tube of the heating portion tube inner surface k215. Further, instead of fins, a metal block having a large number of holes in the axial direction of the pipe is also conceivable.

冷却器については、以下に説明する。
図1の冷却器k220aにおいて、水などの循環液体は、循環水入口k222から入り、循環水通路k223を通って循環水出口k224から排出される。スタックk200aの端面付近の作動流体は、循環液体により冷却器管内面k225を介して冷却器管内熱交k221を冷やすことで、温度上昇が抑制される。冷却器管内熱交k221の構造としては、加熱器管内熱交k211の構造と同様に配管軸方向にスリット状の通路が考えられる。
The cooler will be described below.
In the cooler k220a of FIG. 1, a circulating liquid such as water enters from the circulating water inlet k222 and is discharged from the circulating water outlet k224 through the circulating water passage k223. The working fluid in the vicinity of the end face of the stack k200a cools the heat exchanger k221 in the cooler tube via the cooler tube inner surface k225 with the circulating liquid, thereby suppressing the temperature rise. As the structure of the heat exchanger k221 in the cooler tube, a slit-shaped passage is conceivable in the pipe axis direction as in the structure of the heat exchanger k211 in the heater tube.

耐熱樹脂の特性について、以下に説明する。
スタック外筒k201aは、積層構造の無機質系熱硬化性樹脂の高温耐熱樹脂を削り出して成形する。耐熱樹脂の構造は、ガラス繊維の補強材に熱硬化性樹脂をデッピングしたシートを何層も重ねて加熱と加圧をして硬化させた板である。例えば、日光化成株式会社製の商品名ロスナボード(熱伝導率0.24W/mK)が考えられ、ロスナボードの熱伝導率はステンレス304に対して、60倍以上熱を伝えにくい。
スタック外筒k201aは、加熱器k210aと冷却器k220aと接続されており、
スタック外筒k201aの材質を、積層構造の耐熱樹脂を用いることで、スタック外筒k201aの内部を、加熱器k210aから冷却器k220aへ熱伝導する熱量を大幅に軽減できる。
スタック外筒k201aの形状は、フランジで加熱器k210aと冷却器k220aと接続し、外筒スリム部k202の中間部分は強度の安全値を確保できる範囲で細く(肉厚を薄く)することが望ましい。
The characteristics of the heat resistant resin will be described below.
The stack outer cylinder k201a is formed by cutting out a high-temperature heat-resistant resin of an inorganic thermosetting resin having a laminated structure. The structure of the heat resistant resin is a plate in which multiple layers of a sheet in which a thermosetting resin is dipped on a glass fiber reinforcing material are stacked and heated and pressurized to be cured. For example, a product name Rosna board (thermal conductivity 0.24 W / mK) manufactured by Nikko Kasei Co., Ltd. is conceivable, and the thermal conductivity of the Rosna board is difficult to transfer heat to stainless steel 304 by 60 times or more.
The stack outer cylinder k201a is connected to the heater k210a and the cooler k220a,
By using a heat-resistant resin having a laminated structure as the material of the stack outer cylinder k201a, the amount of heat conducted through the stack outer cylinder k201a from the heater k210a to the cooler k220a can be greatly reduced.
The shape of the stack outer cylinder k201a is preferably connected to the heater k210a and the cooler k220a with a flange, and the middle part of the outer cylinder slim part k202 is preferably thin (thin wall thickness) within a range that can ensure a safe safety value. .

耐熱樹脂内への圧縮応力発生構造について、以下に説明する。
スタック外筒k201aの耐熱樹脂の積層方向は、配管の長手方向に対して垂直な方向に配置することが望ましい。それによって、スタック外筒k201aのフランジ部分は、加熱器取付ボルトk513と冷却器取付ボルトk514で接合され、樹脂の積層に対して垂直方向に圧縮荷重が作用できる。
積層構造の耐熱樹脂は、特に高温になると引っ張り荷重が作用すれば積層部分に亀裂が発生するので、圧縮応力作用ボルトk500で、外筒スリム部k202に常時圧縮荷重が作用するような接続構造にする。
The structure for generating compressive stress in the heat resistant resin will be described below.
The stacking direction of the heat-resistant resin of the stack outer cylinder k201a is desirably arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe. Thereby, the flange portion of the stack outer cylinder k201a is joined by the heater mounting bolt k513 and the cooler mounting bolt k514, and a compressive load can act on the resin lamination in the vertical direction.
The heat-resistant resin with a laminated structure cracks in the laminated part when a tensile load is applied, especially at high temperatures.Therefore, the compression stress acting bolt k500 has a connection structure in which a compressive load always acts on the outer cylinder slim part k202. To do.

熱膨張による荷重、自重による曲げやねじり、接続方法による偏荷重などが原動機k1に作用するので、圧縮応力作用ボルトk500により原動機k1の剛性が高まる。圧縮応力作用ボルトk500による圧縮応力と、加熱器取付ボルトk513などでの圧縮応力の最適値は、通常一致しない。 Since the load due to thermal expansion, bending and twisting due to its own weight, and the unbalanced load due to the connection method act on the prime mover k1, the compression stress acting bolt k500 increases the rigidity of the prime mover k1. The compressive stress due to the compressive stress acting bolt k500 and the optimum value of the compressive stress at the heater mounting bolt k513 or the like usually do not coincide.

中間接続部品について、以下に説明する。
加熱器k210aからの高温の熱は、中間接続部品k230aの中を伝わって配管フランジk101aに流れ、熱損失となる。中間接続部品k230aの材質に積層構造の耐熱樹脂を用いることで、さらに、フランジの間の中間部分のスリム部k231は、強度の安全値を確保できる範囲で細く(肉厚を薄く)することで、熱損失が軽減でき、耐熱樹脂の積層方向は、配管の長手方向に対して垂直な方向に配置し、圧縮応力作用ボルトk500で、スリム部k231の重なった積層樹脂の間を密着させる方向に常時圧縮荷重が作用するような接続構造にする。
The intermediate connection parts will be described below.
The high-temperature heat from the heater k210a is transmitted through the intermediate connection component k230a to the pipe flange k101a, resulting in heat loss. By using a heat-resistant resin with a laminated structure for the material of the intermediate connection part k230a, the slim part k231 in the middle part between the flanges is made thin (thin wall thickness) within a range that can secure a safe value of strength. Heat loss can be reduced, and the heat-resistant resin is laminated in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the piping, and the compression stress acting bolt k500 is in a direction to closely contact the laminated resin of the slim part k231 Use a connection structure in which a compressive load is always applied.

多段化での圧縮応力作用ボルトについて、以下に説明する。
原動機ユニットを多段化する場合は、図1であれば高温である加熱器k201bから、中間接続部品k230bの中を冷却器k220aに熱が伝わり、熱損失となる。
中間接続部品k230bの材質に積層構造の耐熱樹脂を用いることで、さらに、
フランジの間の中間部分のスリム部k232は、強度の安全値を確保できる範囲で細く(肉厚を薄く)することで、熱損失が軽減でき、耐熱樹脂の積層方向は、配管の長手方向に対して垂直な方向に配置し、圧縮応力作用ボルトk500で、スリム部k232に常時圧縮荷重が作用するような接続構造である。
The compressive stress acting bolt in multi-stage will be described below.
In the case where the prime mover unit is multistaged, in FIG. 1, heat is transferred from the high-temperature heater k201b to the cooler k220a through the intermediate connection component k230b, resulting in heat loss.
By using a heat-resistant resin with a laminated structure for the material of the intermediate connection component k230b,
Heat loss can be reduced by making the slim part k232 in the middle part between the flanges thin (thin wall thickness) within a range that can secure a safe value of strength, and the heat-resistant resin is laminated in the longitudinal direction of the pipe The connecting structure is arranged in a direction perpendicular to the compression stress acting bolt k500 so that a compressive load is always applied to the slim portion k232.

樹脂製接続部品について、以下に説明する。
冷却器k220bと配管フランジk101bとの間に、樹脂製接続部品k240bを挟むことで、冷却器k220bから配管フランジk101bへ流れる熱量を軽減できる。樹脂製接続部品k240bの材質としては、常温に近いため、例えばポリカーボネート樹脂などの汎用樹脂を使う。樹脂の接続は接続ボルトk516と同時に、圧縮接続ボルトk510の圧縮応力も作用させて、原動機k1の剛性を向上させることが考えられる。
The resin connection component will be described below.
The amount of heat flowing from the cooler k220b to the pipe flange k101b can be reduced by sandwiching the resin connection part k240b between the cooler k220b and the pipe flange k101b. As the material of the resin connection component k240b, since it is close to normal temperature, a general-purpose resin such as polycarbonate resin is used. It is conceivable that the resin is connected at the same time as the connection bolt k516 and the compression stress of the compression connection bolt k510 is applied to improve the rigidity of the prime mover k1.

シングルループ熱音響機関について、以下に説明する。
図2に示すように、k3シングルループ熱音響機関は、作動流体が封入された環状のループ管であり、ループ管の管路には、原動機k1と冷却機k2が配管と配管エルボにて接続されている。原動機k1は、加熱器k210cとスタックk200cと冷却器k220cの原動機の1ユニットが1段で構成された1段式の原動機であり、連続した細孔を持つスタックk200cの構造と材質は、図1のスタックk200aと同等である。
スタック外筒k201c及び中間接続部品k230cの材質は、積層構造の耐熱樹脂を用いており、
耐熱樹脂の積層方向は、配管の長手方向に対して垂直な方向に配置し、圧縮応力作用ボルトk501で、スタック外筒k201c及び中間接続部品k230cのスリムな部分には、常時圧縮荷重が作用するような接続構造である。
A single loop thermoacoustic engine will be described below.
As shown in Fig. 2, the k3 single-loop thermoacoustic engine is an annular loop pipe filled with working fluid. The motor k1 and the cooler k2 are connected to the pipe of the loop pipe by a pipe and a pipe elbow. Has been. The prime mover k1 is a single-stage prime mover in which one unit of the prime mover k210c, the stack k200c, and the cooler k220c is composed of one stage. The structure and material of the stack k200c having continuous pores are shown in FIG. Is equivalent to the stack k200a.
The material of the stack outer cylinder k201c and the intermediate connection part k230c uses a heat-resistant resin with a laminated structure,
The heat-resistant resin is laminated in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the piping, and compressive stress acting bolts k501 always apply compressive loads to the slim parts of the stack outer cylinder k201c and the intermediate connection part k230c. Such a connection structure.

ループ配管と冷却機について、以下に説明する。
原動機k1のスタックk200cの両端に、作動流体に自励振動が発生する臨界温度差以上の温度差を設けると、配管k103aの中には進行波が音波の流れk801の矢印の方向に発生し、配管エルボk102a、配管103b、配管エルボk102b、配管103cの配管内部を通り、冷却機k2に伝わる。
冷却機k2は、スタックk300と冷却器k320と冷凍器k340を備え、スタックk300はスタック外筒k301の中にあり、冷凍器k340は冷凍器接続部品k341を介して配管フランジk101fに接続される。
The loop piping and the cooler will be described below.
When a temperature difference greater than the critical temperature difference at which self-excited vibration occurs in the working fluid is provided at both ends of the stack k200c of the prime mover k1, a traveling wave is generated in the direction of the arrow of the sound wave flow k801 in the pipe k103a. The pipe elbow k102a, pipe 103b, pipe elbow k102b, and pipe 103c pass through the inside of the pipe and are transmitted to the cooler k2.
The cooler k2 includes a stack k300, a cooler k320, and a freezer k340. The stack k300 is in the stack outer cylinder k301, and the freezer k340 is connected to the piping flange k101f via the freezer connecting component k341.

連続した細孔を持つスタックk300の構造と材質は、図1のk200aと同等か、さらに小さな細孔を用いる。スタックk300の中では、音エネルギーで内部の作動流体が振動して熱を下流から上流に運ぶヒートポンプの役割を果たし、スタックk300の上流の端面を冷却器k320に循環水を流すことなどで、配管内部の熱交換フィンなどをほぼ一定温度T1にすると、スタックk300の下流の端面はT1の温度以下に冷却される。
冷凍器k340の構造は冷却器k320と類似しており、配管内部に熱交換フィンなどを有して、スタックk300の下流の端面での吸熱を、冷凍器k340に不凍液などを循環する又は空気を流すことで、冷熱として取り出すことができる。冷凍器k340の循環流体は、0℃以上であれば水を用いることもできる。
The structure and material of the stack k300 having continuous pores are the same as or smaller than those of k200a in FIG. In the stack k300, the internal working fluid vibrates with sound energy and plays the role of a heat pump that carries heat from the downstream to the upstream, and the circulating water flows through the cooler k320 at the upstream end face of the stack k300, etc. When the internal heat exchange fins and the like are set to a substantially constant temperature T1, the downstream end face of the stack k300 is cooled to a temperature equal to or lower than T1.
The structure of the refrigerating machine k340 is similar to that of the cooling machine k320, and has heat exchange fins or the like inside the pipe to circulate heat absorption at the downstream end face of the stack k300 and circulate antifreeze liquid to the refrigerating machine k340 or air. By flowing, it can be taken out as cold heat. As the circulating fluid of the refrigerator k340, water can be used as long as it is 0 ° C. or higher.

冷却器k320から配管103cへの熱伝導による熱損失を軽減するために、冷却器k320と配管フランジk101eの間にドーナル状の樹脂製の接続部品k240dを挟むことが考えられ、樹脂の材質は例えばポリカーボネート樹脂を用いることができる。スタック外筒k301および冷凍器側接続部品k341においても、樹脂の材質を例えばポリカーボネート樹脂を用いることで、金属に対して熱伝導による熱損失を大幅に軽減することができる。
冷却機k2において、樹脂が低温脆性で引っ張り強度が減少する対策として、各部品の接続ボルトk521、k522、k523の他に、圧縮応力作用ボルトk502にてスタック外筒k301および冷凍器側接続部品k341の樹脂部品に圧縮応力を作用させることが考えられ、冷却機K2の剛性も向上する。
冷却機k2の下流の配管内の音波の流れは、音波の流れk802に示す流れ方向であり、冷却機k2にて音響エネルギーは仕事に変わり、上流より下流の方が音響パワーは減少して弱音となり、原動機k1に戻る。
In order to reduce heat loss due to heat conduction from the cooler k320 to the pipe 103c, it is conceivable to sandwich a donal resin connection part k240d between the cooler k320 and the pipe flange k101e. Polycarbonate resin can be used. Also in the stack outer cylinder k301 and the refrigerator side connecting component k341, the heat loss due to heat conduction to the metal can be greatly reduced by using, for example, polycarbonate resin as the resin material.
In the cooler k2, as a measure to reduce the tensile strength due to low temperature brittleness of the resin, in addition to the connection bolts k521, k522, k523 of each component, the stack outer cylinder k301 and the refrigerator side connection component k341 with the compression stress acting bolt k502 It is conceivable to apply a compressive stress to the resin parts, and the rigidity of the cooler K2 is also improved.
The flow of sound waves in the pipe downstream of the cooler k2 is the flow direction indicated by the sound wave flow k802, and the acoustic energy changes to work in the cooler k2, and the sound power decreases from the upstream to the downstream, resulting in weak sound. And return to the prime mover k1.

ダブルループ熱音響機関について、以下に説明する。
図3に、ダブルループ熱音響機関k4を示す。原動機ループk1aと冷却ループk2aは、共鳴管k104aでつながっている。原動機k1で発生した作動流体の自励振動は、共鳴管k104aの配管内部を伝波し、冷却機k2のスタックk370の中では、図2の冷却機k2と同様に、音エネルギーで内部の作動流体が振動して熱を下流から上流に運ぶヒートポンプの役割を果たし、音波の流れの上流側に冷却器k360を設けて、下流に冷凍器k350を設けると、冷凍器k350から冷熱が取り出せる。
原動機k1は、加熱とスタックと冷却の原動機の1ユニットを、多段化ユニットにすることもできる。
The double loop thermoacoustic engine will be described below.
FIG. 3 shows a double loop thermoacoustic engine k4. The prime mover loop k1a and the cooling loop k2a are connected by a resonance tube k104a. The self-excited vibration of the working fluid generated by the prime mover k1 is transmitted inside the pipe of the resonance tube k104a, and in the stack k370 of the cooler k2, the internal operation is performed by sound energy, similar to the cooler k2 of FIG. When the fluid vibrates and plays the role of a heat pump that conveys heat from the downstream to the upstream, the cooler k360 is provided on the upstream side of the sound wave flow, and the refrigerator k350 is provided on the downstream side, whereby the cold heat can be extracted from the refrigerator k350.
In the prime mover k1, one unit of heating, stacking, and cooling prime movers can be a multistage unit.

熱音響機関の発電装置について、以下に説明する。
図4に、熱音響発電装置k5を示す。図3に対して、共鳴管k104bの先に冷却ループの変わりにリニア発電機k90を設けると発電ができる。配管内の作動流体が自励振動して共鳴管k104bの中を音が伝波してくると、音圧の変化でヨークのシリンダピストンk91の往復振動運動をすることで発電が行なえる。
A power generation apparatus for a thermoacoustic engine will be described below.
FIG. 4 shows a thermoacoustic power generator k5. In contrast to FIG. 3, if a linear generator k90 is provided instead of the cooling loop at the end of the resonance tube k104b, power can be generated. When the working fluid in the piping self-excites and sound is transmitted through the resonance tube k104b, power generation can be performed by reciprocating vibration motion of the cylinder piston k91 of the yoke due to a change in sound pressure.

ガスケットについて、以下に説明する。
図5の原動機k1の冷却器k640、k740は、通常は温度が80℃以下であるので配管内部の作動流体が外部に漏れないためのシール材にOリングを使用した例である。加熱器k630又は加熱器外筒k700は、高温になるためにシール材にOリングが使えずに、代わりとして膨張黒鉛や金属製などのガスケット601k、602k、603k、600kを使用した例である。
加熱器k630の両側のガスケット(リング状で取付ボルト穴付)は、高温使用の為、取付面圧を非常に高くする必要がある。フランジ付の積層耐熱樹脂製のスタック外筒k632の胴体スリム部には、適度の圧縮応力で十分であり、圧縮応力作用ボルトk503を使用する事で、原動機k1に、ねじりや曲げ応力が作用しても、適度の圧縮応力が作用して破損を防げる。
The gasket will be described below.
The coolers k640 and k740 of the prime mover k1 in FIG. 5 are examples in which an O-ring is used as a sealing material to prevent the working fluid inside the pipe from leaking to the outside because the temperature is usually 80 ° C. or lower. The heater k630 or the heater outer cylinder k700 is an example in which gaskets 601k, 602k, 603k, and 600k made of expanded graphite or metal are used instead, because the O-ring cannot be used as a sealing material because of high temperatures.
The gaskets on both sides of the heater k630 (ring shape with mounting bolt holes) are used at high temperatures, so the mounting surface pressure must be very high. Appropriate compressive stress is sufficient for the fuselage slim part of the stack outer cylinder k632 made of laminated heat-resistant resin with flange. By using the compression stress acting bolt k503, torsion and bending stress act on the motor k1. However, moderate compressive stress acts to prevent breakage.

加熱器と耐熱樹脂との間にプレートを挟むことについて、以下に説明する。
積層構造の高温耐熱樹脂で成形したスタック外筒k632と加熱器k630との間にプレートk621を挟み、もしくは積層構造の高温耐熱樹脂で成形した中間接続部品k631と加熱器k630との間にプレートk621を挟む構造で、プレートの材質は例えばセラミックなどの熱伝導率が10W/mK以下で、かつ耐熱温度が積層構造の耐熱樹脂より同等以上のものを用いることができる。
The following explains how to sandwich the plate between the heater and the heat-resistant resin.
A plate k621 is sandwiched between a stack outer cylinder k632 molded with a high-temperature heat-resistant resin having a laminated structure and a heater k630, or a plate k621 between an intermediate connection part k631 molded with a high-temperature heat-resistant resin having a laminated structure and a heater k630. As the material of the plate, for example, a material such as ceramic having a thermal conductivity of 10 W / mK or less and a heat resistant temperature equal to or higher than that of a heat resistant resin having a laminated structure can be used.

ヒータ式の加熱器について、以下に説明する。
図5のヒータ式加熱器k710では、電気でスタックk200fの端面を加熱するためにヒータk701を配置している。ヒータk701の構造は、ニクロム線などをステンレス管に入れて保護したシースヒータであり、スタックk200fの端面にコイルバネのように螺旋状に巻いて、その螺旋状シースヒータは同芯円状に複数個の半径が違う螺旋で構成したものや、シースヒータの周りをステンレスの金属繊維で覆ったものなどが考えられる。ヒータk701はシースヒータに限ったものではなく、電気でスタックk200fの加熱側端面近傍を加熱できるヒータであればよい。
A heater-type heater will be described below.
In the heater type heater k710 of FIG. 5, a heater k701 is arranged to electrically heat the end face of the stack k200f. The structure of the heater k701 is a sheath heater in which a nichrome wire or the like is placed in a stainless steel tube and protected, and is wound spirally like a coil spring around the end surface of the stack k200f, and the spiral sheath heater has a plurality of radii concentrically. However, it is conceivable to use a spiral made of different spirals, or a sheath heater covered with stainless steel metal fibers. The heater k701 is not limited to a sheath heater, and may be any heater that can heat the vicinity of the heating side end face of the stack k200f by electricity.

ヒータの外周にリングと空隙を設ける構造について、以下に説明する。
ヒータ式加熱器k710の加熱温度を、積層構造の高温耐熱樹脂の材質のスタック外筒k201fや中間接続部品k230fの耐熱温度より高くする場合、ヒータk701の円周方向を囲うステンレス製やセラミック製などのリングk702を設けて、円筒リング状のリングk702の側面に穴を開けてワイヤーを通す、又は円筒リング状のリングk702の側面に突起を設けることで、リングk702とヒータk701との間に、又はリングk702と加熱器外筒k700の内面との間に、又はリングk702の側面の両面に空隙を設ける構造が考えられる。
A structure in which a ring and a gap are provided on the outer periphery of the heater will be described below.
When the heating temperature of the heater type heater k710 is higher than the heat resistance temperature of the stack outer cylinder k201f or intermediate connection component k230f made of high-temperature heat-resistant resin with a laminated structure, stainless steel or ceramic surrounding the circumferential direction of the heater k701, etc. The ring k702 is provided and a hole is made in the side surface of the cylindrical ring-shaped ring k702 to pass the wire, or a protrusion is provided on the side surface of the cylindrical ring-shaped ring k702, so that the ring k702 and the heater k701 are Or the structure which provides a space | gap between both surfaces of the side surface of the ring k702 between the ring k702 and the inner surface of the heater outer cylinder k700 can be considered.

加熱器の熱交換部に補助的にヒータを追加した構造について、以下に説明する。
図6に示すように、原動機k1においてスタックk200aの端面の作動流体を加熱する複数のフィンを持つなどの形状である加熱器管内熱交k211において、シースヒータを螺旋状に巻いた形状などのヒータk810を、加熱器管内熱交k211の中央部もしくは配管中心から熱風出口k214側に、取り付ける構造が考えられる。
A structure in which a heater is supplementarily added to the heat exchanging portion of the heater will be described below.
As shown in FIG. 6, a heater k810 having a shape in which a sheath heater is spirally wound in a heater tube heat exchange k211 having a shape such as having a plurality of fins for heating the working fluid on the end surface of the stack k200a in the prime mover k1. Can be attached to the hot air outlet k214 side from the center of the heat exchanger k211 in the heater tube or the center of the pipe.

このような構成によって、原動機のスタックk200aの両端の温度差が小さくて作動流体の自励振動が発生しない場合でも、補助用の加熱ヒータk810でスタックk200aの加熱側の温度を少し高くすることで自励振動を発生することができる。また、ヒータk810の加熱量を変化させて音響パワーを増減することで、例えば図3の冷凍器k350での冷凍温度や冷熱量の制御が可能となる。   With such a configuration, even when the temperature difference between the two ends of the stack k200a of the prime mover is small and the self-excited vibration of the working fluid does not occur, the temperature on the heating side of the stack k200a is slightly increased with the auxiliary heater k810. Self-excited vibration can be generated. Further, by changing the heating amount of the heater k810 to increase / decrease the acoustic power, for example, the freezing temperature and the amount of cold heat in the refrigerator k350 of FIG. 3 can be controlled.

配管の枝管のスピーカから自励振動周波数の音を流すことについて、以下に説明する。
図6の原動機k1に示すように、配管エルボk801などの原動機k1の音波流れの上流側に枝管k802を取り付ける。枝管k802の配管への取り付け角度は、音波の伝送方向又は伝送方向から90度以内に傾いた方向が望ましい。
枝管k802にはスピーカk803を取り付けて、自励振動周波数の音を配管内に流すことで、原動機のスタックk200aの両端の温度差が小さくて作動流体の自励振動が発生しない場合でも、補助用のスピーカk803で配管内に自励振動の周波数近辺(±20Hz)の音を流すことで、自励振動を発生することができる。また、スピーカk803からの音量を増減することで、例えば図3の冷凍器k350での冷凍温度や冷熱量の制御が可能となる。
枝管k802の取り付け位置は、図3、図4では、共鳴管k104a、k104bに取り付けてもよい。
作動流体としては、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、水蒸気、それらの混合気体など引火性がない気体がよく使われ、常圧または加圧して用いられる。また、配管の途中に水等の液体を入れてもよい。
The following describes the flow of a self-excited vibration frequency sound from a pipe branch pipe speaker.
As shown in the prime mover k1 in FIG. 6, a branch pipe k802 is attached to the upstream side of the sound wave flow of the prime mover k1, such as a pipe elbow k801. The angle at which the branch pipe k802 is attached to the pipe is preferably a transmission direction of sound waves or a direction inclined within 90 degrees from the transmission direction.
The speaker k803 is attached to the branch pipe k802, and the sound of the self-excited vibration frequency is passed through the pipe, so that the temperature difference between both ends of the stack k200a of the prime mover is small and the self-excited vibration of the working fluid does not occur. The self-excited vibration can be generated by flowing a sound in the vicinity of the frequency of the self-excited vibration (± 20 Hz) through the pipe with the speaker k803 for use. Further, by increasing or decreasing the volume from the speaker k803, for example, it is possible to control the freezing temperature and the amount of cold heat in the refrigerator k350 of FIG.
The attachment position of the branch pipe k802 may be attached to the resonance pipes k104a and k104b in FIGS.
As the working fluid, a gas having no flammability such as air, nitrogen, helium, argon, water vapor, or a mixed gas thereof is often used, and used under normal pressure or increased pressure. Moreover, you may put liquids, such as water, in the middle of piping.

本考案は、工場排熱、自動車、ディーゼル機関、燃料電池、半導体、太陽光発電、太陽光集光などにおいて、廃棄されている熱などを利用して冷熱を発生する熱音響機関に適用することができる。   The present invention is applied to thermoacoustic engines that generate cold using waste heat, etc. in factory exhaust heat, automobiles, diesel engines, fuel cells, semiconductors, solar power generation, solar light collection, etc. Can do.

k1:原動機、k2:冷却機、k3:シングルループ熱音響機関、k4:ダブルループ熱音響機関原動機、k5:熱音響発電装置

k1: prime mover, k2: cooler, k3: single loop thermoacoustic engine, k4: double loop thermoacoustic engine prime mover, k5: thermoacoustic generator

Claims (12)

多数の細管が軸方向に沿って細孔が並列に設けられたスタックと、前記スタックの配管軸方向の一端部を加熱する加熱器と、前記スタックの他端部の熱を外部に放出する冷却器と、加熱される前記一端部と放熱される他端部に挟まれた前記スタックを収納するスタック外筒とを有する熱音響自励振動の原動機を備え、前記原動機の両端部間に温度勾配を形成して前記配管内の作動流体の音響パワーを増幅させる熱音響機関において、
前記原動機の前記スタック外筒は、積層構造の無機質系熱硬化性樹脂の高温耐熱樹脂で成形したことを特徴とする熱音響機関。
A stack in which a plurality of thin tubes are provided with parallel pores along the axial direction, a heater that heats one end of the stack in the pipe axial direction, and cooling that discharges heat from the other end of the stack to the outside And a thermoacoustic self-excited vibration motor having a stack outer cylinder for housing the stack sandwiched between the one end to be heated and the other end to be radiated, and a temperature gradient between both ends of the motor In a thermoacoustic engine for amplifying the acoustic power of the working fluid in the piping by forming
The thermoacoustic engine, wherein the stack outer cylinder of the prime mover is formed of a high-temperature heat-resistant resin of an inorganic thermosetting resin having a laminated structure.
請求項1の記載の熱音響機関において、前記原動機の前記スタック外筒は耐熱樹脂の積層方向を配管の径方向に配置して成形したことを特徴とする熱音響機関。   2. The thermoacoustic engine according to claim 1, wherein the stack outer cylinder of the prime mover is formed by arranging a heat-resistant resin stacking direction in a radial direction of a pipe. 請求項1又は請求項2に記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記スタックが入る前記スタック外筒に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、前記スタック外筒を挟んだ両側から荷重を作用させる構造であることを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to claim 1 or 2, wherein the prime mover is loaded from both sides sandwiching the stack outer cylinder so that compressive stress in a pipe axis direction acts on the stack outer cylinder in which the stack enters. A thermoacoustic engine characterized by having a structure that acts on the surface. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、さらに高温耐熱樹脂で耐熱樹脂の積層方向を配管の径方向に成形した中間接続部品を有し、前記加熱器に対して前記スタックとは軸方向の反対側に配置したことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the prime mover further includes an intermediate connection part formed of a high-temperature heat-resistant resin and a heat-resistant resin laminated in a radial direction of the pipe. On the other hand, the thermoacoustic engine is arranged on the opposite side of the stack in the axial direction. 請求項4記載の熱音響機関において、前記原動機は、単段又は複数が軸方向につらなった多段に構成されて、前記スタック外筒と前記中間接続部品の両方に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、両側から挟んで荷重を作用させる構造であることを特徴とする熱音響機関。   5. The thermoacoustic engine according to claim 4, wherein the prime mover is configured in a single stage or multiple stages in which a plurality of stages are connected in the axial direction, and compressive stress in a pipe axial direction is applied to both the stack outer cylinder and the intermediate connection part. A thermoacoustic engine having a structure in which a load is applied by being sandwiched from both sides so as to act. 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記加熱器の配管軸方向の両側で、前記スタック外筒及び前記中間接続部品との間に気密用のガスケットを挟んで接続ボルトで所定の圧力になる様に取付け、さらに前記スタック外筒と前記中間接続部品の両方に配管軸方向の圧縮応力が作用するように、両側から挟んで荷重を作用させる構造であることを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the prime mover is an airtight gasket between the stack outer cylinder and the intermediate connecting component on both sides of the heater in the pipe axis direction. It is attached so that it becomes a predetermined pressure with a connecting bolt, and a load is applied from both sides so that compressive stress in the pipe axis direction acts on both the stack outer cylinder and the intermediate connecting part. A thermoacoustic engine characterized by being. 請求項3乃至6のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記冷却器と配管フランジとの間に、樹脂製の接続部品を挟んだことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 6, wherein the prime mover sandwiches a resin-made connecting component between the cooler and a piping flange. 請求項3乃至7のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、加熱器と加熱器前後の積層構造の高温耐熱樹脂で成形したスタック外筒又は中間接続部品との間に、熱伝導率が10W/mK以下で、かつ耐熱温度が積層構造の耐熱樹脂より同等以上であるプレートを入れたことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 7, wherein the prime mover is between a heater and a stack outer cylinder or an intermediate connection part formed of a high-temperature heat-resistant resin having a laminated structure before and after the heater. A thermoacoustic engine comprising a plate having a thermal conductivity of 10 W / mK or less and a heat resistant temperature equal to or higher than that of a heat resistant resin having a laminated structure. 請求項3乃至8のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、加熱ヒータを配管内部に配置した加熱器において、ヒータの円周方向を囲うリングを設けて、リングにワイヤー又は突起を設けることで、リングとヒータの間に、又はリングと加熱器外筒の内面との間に、又はリングの両方に空隙を設けたことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 8, wherein the prime mover is a heater in which a heater is arranged inside a pipe, and a ring surrounding the circumferential direction of the heater is provided, and a wire or A thermoacoustic engine characterized in that a gap is provided between the ring and the heater, between the ring and the inner surface of the heater outer cylinder, or both of the rings by providing the protrusions. 請求項3乃至9のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、前記スタック外筒又は前記中間接続部品の耐熱樹脂の積層方向が、配管の半径方向にシートを円筒状に重ねた方向に成形した樹脂を使用して、両側から挟んで圧縮荷重を作用させる構造であることを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 9, wherein the prime mover is configured such that the stacking direction of the heat-resistant resin of the stack outer cylinder or the intermediate connection component is a cylindrical stack of sheets in the radial direction of the pipe. A thermoacoustic engine having a structure in which a compressive load is applied by sandwiching resin from both sides using a resin molded in a different direction. 請求項3乃至10のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、原動機の加熱器管内熱交の中央部もしくは配管中心から熱風出口側に、補助用の加熱ヒータを追加したことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 10, wherein the prime mover has an auxiliary heater added to a hot air outlet side from a central portion or a pipe center of a heat exchange in a heater pipe of the prime mover. A thermoacoustic engine. 請求項3乃至11のいずれか1つに記載の熱音響機関において、前記原動機は、配管に音波の伝送方向又は伝送方向から90度以内に傾いた方向を持つ枝管を設けて、枝管のスピーカから自励振動周波数の音を配管内に流すことを特徴とする熱音響機関。   The thermoacoustic engine according to any one of claims 3 to 11, wherein the prime mover is provided with a branch pipe having a direction of transmission of sound waves or a direction inclined within 90 degrees from the transmission direction in the pipe. A thermoacoustic engine characterized in that a sound having a self-excited vibration frequency flows from a speaker into a pipe.
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