JP7132008B2 - 熱音響装置用スタックの製造方法、及び、熱音響装置用スタックの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱音響効果に基づきエネルギー交換する熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置に関する。

従来の熱音響装置用スタックとして、所定の管の内部に流れる作動流体の流れ方向に沿って複数の貫通孔が形成されるものが知られる（特許文献１参照）。この種の熱音響装置用スタックは、所定の材料からなる複数の細管が稠密に配設された構造体を用いて製造され、その複数の細管が複数の貫通孔を構成する。

特開２０１２－２２９８９２号公報

上記特許文献１の熱音響装置用スタックは、その一つの製造方法（以下、従来の第１の製造方法とも言う。）として、次のものが挙げられる。すなわち、複数の細管を稠密に配置して第１の構造体を形成し、この第１の構造体を加熱し冷却して隣接する細管同士を溶着して第２の構造体を形成し、そして、この第２の構造体の軸方一端部を加熱し、この軸方向一端部を引っ張り後冷却して製造する。

また、上記特許文献１の熱音響装置用スタックは、その他の製造方法（以下、従来の第２の製造方法とも言う。）として、次のものが挙げられる。すなわち、複数の細管を、管の内部形状に対応した内部空間を有する収納容器に稠密に収納し、この収納した状態でその内部空間に溶融した所定の材料を流し込んで固化し、細管をその収納容器に固定して製造する。

なお、熱音響装置用スタックのエネルギー交換効率を評価する指標の一つとして、ωτが知られる。τは緩和時間を意味し、作動流体の物性値と貫通孔の半径により決まる。また、ωは自励振動角周波数（共鳴角周波数）を意味し、作動流体の音速と流路（管）の長さにより決まる。具体的には、振動角周波数ωが高く、ωτ≫１となる場合には、エネルギー交換はほとんど行われず、断熱過程となる。そのため、貫通孔内を断熱振動波（例えば、音波）が伝搬することとなる。一方、振動角周波数ωが低く、ωτ≪１となる場合には、エネルギー交換が十分に行われ、等温過程となる。

しかしながら、上記従来の第１の製造方法では、貫通孔の外径が細管の延伸比により規定される。すなわち、製造の結果得られる、スタックの貫通孔の断面形状は、引っ張る前の細管と相似する形状であり、例えば細管が断面円形状である場合には、貫通孔は比例縮小した円形状となる。

このように断面円形状の細管を用いる場合において、複数の細管を最密に配置する際には、各細管の中心は正六角形の頂点となる位置に配置される。このとき、細管だけでは内部空間を隙間なく埋めることができず、隣接する細管の間には、各辺が弓なりとなる断面略三角状の隙間空間が形成されることになる。

従って、断面円形状の細管を用いて熱音響装置用スタックを製造する場合には、この断面略三角形の隙間空間も流路として機能してしまうことになる。また、この隙間空間は貫通孔とは異なる寸法や形状であるため、音響的にも異なる音場（振動場）となってしまう。その結果、局所的なωτが不均一となりエネルギーの交換効率が低下する可能性があった。

ここで、断面円形状の代わりに断面正六角形の細管を用いる場合には、隣接する細管の間で隙間空間が発生しないように敷き詰めて稠密に配置することが可能であるが、断面正六角形のガラス製の細管などは、断面円形状と比べて形状が複雑であり、流通量が限られている。そのため、細管の製造又は仕入れの費用がかかり、結果的に製造コストの増大に繋がる可能性があった。

また、上記従来の第２の製造方法では、流し込む材料の注型のための金型類を事前に用いる必要がある。また、この材料は細管の材料よりも融点が低いものに限られ、設計の自由度が少なくなる可能性があった。また、この製造方法で製造される熱音響装置用スタックの使用温度の上限値が、最も融点又は耐熱温度が低い材料により決定されるため、スタック用途や使用環境が制限される可能性があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１）
複数の細管を、軸線方向を揃えて束ねて、この束ねられた前記複数の細管を、その内形が当該複数の細管の外形と略等しい収納管の内部に収納した上で、前記複数の細管を加熱して隣接する前記細管同士を溶着させた構造体を形成する溶着工程と、
前記構造体の前記細管の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧工程と、
前記構造体の軸方向一端部を加熱して、前記構造体の前記軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張工程と、
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。
（２）
前記構造体の前記収納管の前記軸方向一端部を挟持して引っ張ることにより、前記構造体の前記軸方向一端部を引っ張る
ことを特徴とする（１）に記載の熱音響装置用スタックの製造方法。
（３）
複数の細管が、軸線方向で揃えて束ねられて、その内形がこの束ねられた前記複数の細管の外形と略等しい収納管の内部に収納された状態で、隣接する前記細管同士が溶着された構造体に対し、前記構造体の前記細管の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧部と、
軸方向一端部が加熱された前記構造体の前記軸方向一端部を把持して、当該軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張部と、
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装置。
（４）
軸線方向を揃えて束ねられた複数の細管が当該複数の細管の外形と略等しい内径を有する収納管の内部に収納され、且つ隣接する前記細管同士が溶着された構造体が、前記細管の内部空間それぞれが外気圧よりも高い気圧で加圧された状態で前記構造体の軸方向一端部が軸方向に沿って引っ張られて形成されたスタック
を有することを特徴とする熱音響装置。

上記（１）の熱音響装置用スタックの製造方法の構成によれば、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる。また、構造体に対し加圧した状態で引っ張ることにより、スタックの貫通孔（流路）の断面形状や寸法を均一にすると共に貫通孔の径が過度に小さくなるのを防止するので、貫通孔間の肉厚が薄くなり貫通孔を可能な限り稠密に設けることができる。これにより、貫通孔のスタック断面に占める割合が増加して、スタックの開口率を高めると共にωτを小さくするので、熱音響装置のスタックとしてエネルギー変換効率の良いものを製造することができる。
上記（２）の熱音響装置用スタックの製造方法の構成によれば、収納管に収納された複数の細管に対し径方向内方に向けて一様に押圧することができるので、引っ張られた後の細管の断面形状をより均一に且つ精度よく形成することができる。
上記（３）の熱音響装置用スタックの製造装置の構成によれば、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる熱音響装置用スタックを製造することができる。
上記（４）の熱音響装置によれば、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる。

本発明の熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置によれば、複数の細管を軸線方向を揃えて束ねる際の、隣接する細管の間での隙間空間が、製造過程で埋められるともに、スタックの各貫通孔（流路）の断面形状やその分布が略均一に形成される。加圧しながら引っ張ることにより、スタックの貫通孔の断面形状や寸法を均一にするとともに貫通孔の径が過度に小さくなるのを防止するので、貫通孔間の肉厚が薄くなり貫通孔を可能な限り稠密に設けることができる。これにより、貫通孔のスタック断面に占める割合が増加して、スタックの開口率を向上させることができる。また、スタックの断面の格子の目が細かくなり、その格子が長手方向に滑らかに連続する。その結果、ωτを小さくしながら圧損を低減することができる。また、構造体からスタックを相似的に縮小して製造する場合と比較して、構造体をその長手方向に引っ張って設けるので、より多くのスタックを切り出すことができるようになり、製造コストを低減することができる。また、安価な断面円形状の細管を用いても、前述の隙間空間から起因する流路が設けられないので、安価且つエネルギー効率の良いスタックを製造することができる。このように、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。さらに、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細はさらに明確化されるだろう。

図１は、本発明の実施形態に係る熱音響エンジンの構成を模式的に説明する断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る熱音響装置用スタックの構造を説明する立体斜視図である。 図３は、図２に示す熱音響装置用スタックの一部を構成する細管を説明する立体斜視図である。 図４は、図２に示す熱音響装置用スタックの製造方法、及びその製造装置を説明する模式図であり、図４（Ａ）～図４（Ｄ）はそれぞれ、その製造方法の一工程を示す図である。 図５は、図４（Ｃ）で示す加圧部の構成を模式的に説明する模式図であり、図５（Ａ）は軸線方向を通過する平面で切断した断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ－ＶＢ断面図である。 図６は、図４（Ｄ）に示す引張工程、その後の切断工程における構成を模式的に説明する分解斜視図である。 図７は、図６に示すＹ及びＺの方向から視た構造体の側面を説明する部分拡大図である。 図８は、本発明の実施形態に係る熱音響装置用スタックの製造装置の加圧部の変形例を説明する模式図である。 図９（Ａ）は図８のＩＶＡ-ＩＶＡ断面図であり、図９（Ｂ）は図８のＩＶＢ-ＩＶＢ断面図であり、図９（Ｃ）は図８のＩＶＣ-ＩＶＣ断面図である。

本発明の熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
なお、「スタック」とは一般的には複数の部材を積層したものを指すが、本明細書では１つの部材から形成された熱音響装置用のエネルギー変換部材も「スタック」と呼ぶこととする。

＜熱音響エンジン及び熱音響装置用スタックの構成について＞
図１を参照して、本実施形態に係る熱音響エンジン（熱音響装置）１及び熱音響装置用スタック（以下、単にスタックとも言う。）１０の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る熱音響エンジン１の構成を模式的に説明する断面図である。図２は、本実施形態に係る熱音響装置用スタック１０の構造を説明する立体斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の熱音響装置用スタック１０を備える熱音響エンジン１は、管２、スタック１０、高温側熱交換器３及び低温側熱交換器４を備える。管２は、作動流体Ｆが封入された円筒状の管である。スタック１０は、管２の内部に配置された部材である。高温側熱交換器３及び低温側熱交換器４は、管２の内部でこのスタック１０を管２の軸線方向両方から挟むように配置され、スタック１０に温度勾配を与える機器である。

また、管２の外部において、高温側熱交換器３の側には高温熱源５が、低温側熱交換器４の側には低温熱源６が設けられる。スタック１０は、作動流体Ｆを介して伝搬する熱エネルギーと振動エネルギーとを変換する。この変換により、熱音響エンジン１は、管２の内部に封入された作動流体Ｆと、高温側熱交換器３から低温側熱交換器４へと流れる熱エネルギーと、の間で、エネルギー交換を行うことが可能となる。

図２に示すように、スタック１０は、管２の内部形状に対応して円柱状に形成される。また、スタック１０は、管２の内部に配置される本体１１と、管２の内部を流れる作動流体Ｆの流れ方向に沿って本体１１の中央部に形成され、作動流体Ｆの流路として用いられる複数の貫通孔１１Ａと、を有する。また、スタック１０の本体１１の中央部は、後述するように複数の細管２１により形成される。スタック１０の本体１１の外周部は、複数の細管２１をその内部で収納する収納管２２により形成される。

本実施形態では、スタック１０の複数の貫通孔１１Ａは、本体１１の中央部に集合（密集）して配置される。複数の貫通孔１１Ａ（貫通孔１１Ａの集合体）は、スタック１０を軸線方向から視たとき全体として略円形となるように設けられており、その中心はスタック１０の軸心と略一致する。そして、スタック１０の貫通孔１１Ａそれぞれは、断面略正六角形状に形成される。また、この貫通孔１１Ａの孔径は、管２の長さ（共鳴角周波数ω）と熱緩和時間τ（＝ｒ²／α、ｒは孔径、αは作動流体の物性値）で規定される例えばωτの値が１～１０の範囲となるように設定される。また、貫通孔１１Ａの間隔（ピッチ）は、スタック１０の開口率（空隙率）を高くするため、可能な限り稠密して設けられる。スタック１０の開口率が高いほど、圧損が小さくなり、エネルギーのロスが少なくなる。
なお、スタック１０の複数の貫通孔１１Ａは、その軸線方向が管２の軸線方向と略一致した状態で管２の内部に配置される。

＜スタックの製造方法及びその製造装置について＞
次に、図３～図７を参照して、スタック１０の製造方法及びその製造装置３０について説明する。図３は、熱音響装置用スタック１０の一部を構成する細管２１を説明する立体斜視図である。図４は、熱音響装置用スタック１０の製造方法、及びその製造装置３０を説明する模式図であり、図４（Ａ）～図４（Ｄ）はそれぞれ、その製造方法の一工程を示す図である。図５は、図４（Ｃ）で示す加圧部３１の構成を模式的に説明する模式図であり、図５（Ａ）は軸線方向を通過する平面で切断した断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ－ＶＢ断面図である。図６は、図４（Ｄ）に示す引張工程、その後の切断工程における構成を模式的に説明する分解斜視図である。図７は、図６に示すＹ及びＺの方向から視た構造体の側面を説明する部分拡大図である。

図３に示すように、本実施形態では、断面略円形状の細管２１、及びこの細管２１よりも径の大きい太管の収納管（図４（Ｂ）、図５及び図６参照）２２を用いてスタック１０を製造する。細管２１及び収納管２２は、ガラス（高い耐熱性を要する場合には石英）材料からなり、円筒状に形成され、貫通孔２１Ａ，２２Ａをそれぞれ有する。また、収納管２２の内径は、後述する製造過程で複数の細管２１を、軸線方向を揃えて束ねて、この束ねられた複数の細管２１の外径（外形）寸法と略等しく設けられる。
なお、前述したように、細管２１の貫通孔２１Ａはスタック１０の貫通孔１１Ａを構成し、収納管２２はスタック１０の本体１１の外周部を構成することになる。

図４（Ａ）に示すように、細管２１を複数用意して、この複数の細管２１を、軸線方向を揃え、糸やテープなどの拘束手段で束ねる。その後、図４（Ｂ）に示すように、この束ねた複数の細管２１を、収納管２２に収納管２２の内周面に内接するように収納する。この収納の際には、可能な限り多くの数量の細管２１が収納管２２に収納される。これにより、細管２１は隣り合う細管２１と圧接した状態で収納管２２に収納される。そして、ヒータなどにより複数の細管２１及び収納管２２を軟化点付近まで加熱し、所定時間維持した後、冷却する。このとき、細管２１は、隣り合う細管２１と圧接しているので、加熱した後に冷却されることで、隣り合う細管２１と溶着されることになる。これにより、隣接する細管２１同士を溶着させた構造体Ａを形成する（すなわち溶着工程）。
なお、溶着工程では、図７（Ａ）に示すように、複数の細管２１は、収納管２２の内部に稠密に配置される。しかしながら、それでもなお、細管２１だけでは内部空間を隙間なく埋めることができず、隣接する細管２１の間で、各辺が弓なりとなる略三角状の隙間空間Ｓ１が形成されることになる。

ここで、本実施形態のスタック１０の製造装置３０の構成について説明する。
なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）での製造方法を実現する手段、例えば、複数の細管２１を束ねる拘束手段（不図示）や、細管２１及び収納管２２を加熱するヒータなどの加熱手段（不図示）などは、種々様々なものを採用することができる。ここでは、特に図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）の製造方法を実現する部分について具体的に説明する。

本実施形態のスタック１０の製造装置３０は、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、図５及び図６に示すように、前述の構造体Ａに対し、構造体Ａの細管２１の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧部３１と、構造体Ａの軸方向一端部を径方向で把持して、この軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張部３８と、後述する引張工程後において引っ張られた構造体Ａを径方向で切断する切断機４１（図６参照）と、を含んで構成される。

加圧部３１は、円環状に形成され、その周縁部にフランジ部３３，３７が設けられる第１及び第２の蓋体３２，３６により構成される。第１及び第２の蓋体３２，３６は、構造体Ａの軸方向両端部を塞ぎ気密にする（図５（Ａ）参照）。

図５（Ａ）に示すように、第１の蓋体３２のフランジ部３３の内径は、第１の蓋体３２が構造体Ａに外嵌可能な形状とされる。また、第１の蓋体３２の円環部には、気体が通過可能な流路３４が設けられる。流路３４の他端側は、例えばコンプレッサーなどの圧縮装置（不図示）に接続される。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第１の蓋体３２のフランジ部３３の内周面には、円板状のメッシュ部３５が設けられる。メッシュ部３５は、メッシュ部３５の周縁でフランジ部３３の内周面の軸方向中間部と連結しており、第１の蓋体３２の内端面との間に所定の隙間空間Ｓ２を有する。
なお、隙間空間Ｓ２は、後述する加圧工程で流路３４を介して外気圧よりも高い気圧で加圧される。

また、メッシュ部３５は、メッシュ部３５の外端面で構造体Ａの軸方向一端面と接触する。そして、メッシュ部３５には、第１の蓋体３２が構造体Ａに外嵌したときに構造体Ａの細管２１の貫通孔２１Ａと一致する位置に貫通孔３５Ａが複数形成される。これにより、メッシュ部３５は、第１の蓋体３２が構造体Ａの軸方向一端部を塞ぐ際、構造体Ａに形成された隙間空間Ｓ１を塞ぎつつ、他方、細管２１の貫通孔２１Ａを隙間空間Ｓ２に連通させる。

このように構成されるスタック１０の製造装置３０を用いて、図４（Ｃ）に示すように、加圧部３１の第１及び第２の蓋体３２，３６により、構造体Ａの軸方向両端部を塞ぎ構造体Ａを気密にする。そして、コンプレッサーなどの圧縮装置を稼働し、第１の蓋体３２側の隙間空間Ｓ２を、流路３４を通じて外気圧よりも高い気圧で加圧する（すなわち加圧工程）。このとき、この隙間空間Ｓ２は、メッシュ部３５の貫通孔３５Ａを介して細管２１の貫通孔２１Ａの内部空間とそれぞれ連通している（図５（Ａ）参照）。このため、隙間空間Ｓ２の加圧に伴って、貫通孔２１Ａの内部空間も同様に均一に加圧されることになる。他方、この加圧工程の際、各細管２１の間の、各辺が弓なりとなる略三角状の隙間空間Ｓ１（図７（Ａ）参照）の軸線方向一端はメッシュ部３５の貫通孔３５Ａ以外の部分によって塞がれその軸線方向他端は第２の蓋体３６により塞がれているので、加圧されることはない。

引張部３８は、図４（Ｄ）に示すように、一対のアーム３９により構成される。アーム３９の先端には、略Ｃ字状の把持部４０が設けられる。一対のアーム３９は、把持部４０の内周面が構造体Ａの収納管２２の外周面に接触して、構造体Ａを径方向で挟持する。このとき、一対のアーム３９は、互いに近接する方向で所定の弾性力を有して構造体Ａを挟持する。これにより、挟持部分において構造体Ａの径が変化してもそれに対応して挟持可能である。この挟持の状態で、引張部３８は軸方向に沿って構造体Ａの軸方向一端部を引っ張る。

そして、図４（Ｄ）及び図６に示すように、図４（Ｃ）に示す構造体Ａを加圧した状態で、構造体Ａの軸方向一端部をヒータなどにより軟化点以上まで加熱して、構造体Ａの収納管２２の軸方向一端部を引張部３８の一対のアーム３９により挟持して、軸方向他端部から離間するように軸方向に沿って引っ張る。これにより、細管２１及び収納管２２が軸線方向に延伸した構造体Ａが形成される（すなわち引張工程）。

引張工程において、図４（Ｄ）及び図６に示す収納管２２の引張により、収納管２２は径方向内方に向けて複数の細管２１を押圧する。このとき、細管２１も加熱され軟化しており、且つ各細管２１はその内部空間が加圧された状態であるため、各細管２１の内部空間は収納管２２の押圧に抗する、径方向外方に向かう抗力が作用する。その一方で、各細管２１の間の、各辺が弓なりとなる略三角状の隙間空間Ｓ１（図７（Ａ）参照）は加圧されず、外気圧と略同じである。従って、収納管２２による押圧、及び各細管２１の内部空間の抗力により、細管２１の断面形状が変化して隙間空間Ｓ１内の気体が押し出されることになる。これにより、この隙間空間Ｓ１が埋められる。そして、図７（Ｂ）に示すように、収納管２２による押圧と各細管２１の内部空間の抗力とが均衡して、最終的に、細管２１の断面形状は、略正六角形に形成される。

また、引張工程により延伸された細管２１の孔径は、細管２１の内部空間を加圧する圧力と構造体Ａを引っ張る距離のバランスに応じて縮小する。そのため、細管２１の内部空間を加圧する圧力と構造体Ａの一端部を引っ張る距離を所望する貫通孔２１Ａの孔径に対応して設定すると良い。また、加熱温度や引張速度も同様に、細管２１の断面形状においてガラスなどの材料の厚みの縮小率に影響を与えるため、設定パラメータとして適宜調整すると良い。

引張工程の後、図６に示すようにダイシングソーなどの切断機４１により構造体Ａを所定の長さに切断するとともに、その切断面を研磨する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、断面形状が略正六角形の複数の貫通孔１１Ａが稠密に配設され、ハニカム形状を有するスタック１０が形成される。

（変形例）
次に、図８及び図９を参照して、本実施形態の変形例について説明する。変形例として、図８に示すように、加圧部３１の第１の蓋体３２の内部に２つの隙間空間Ｓ２，Ｓ３が形成されるように、第１の蓋体３２が図中上下方向で２層構造となるように設けても良い。

具体的には、第１の蓋体３２の上段には、細管２１の外周面で区画された隙間空間Ｓ１の空気を逃がすための隙間空間Ｓ３が配置される。また、第１の蓋体３２の外側壁には、隙間空間Ｓ３に連通して外部に空気を逃がすための空気孔５０が形成される。そして、第１の蓋体３２の下段には、本実施形態と同様に、細管２１の内部空間を加圧するための隙間空間Ｓ２が配置される。第１の蓋体３２の外側壁には隙間空間Ｓ２に連通する流路３４が形成され、この流路３４を通じて隙間空間Ｓ２は加圧される。
なお、本変形例でも同様に、第１の蓋体３２には、隙間空間Ｓ２と、フランジ部３３側の外部とを区画する第１のメッシュ部（メッシュ部）３５が設けられる。

隙間空間Ｓ２，Ｓ３の間には、これら隙間空間Ｓ２，Ｓ３を区画する第２メッシュ部５１が設けられる。図８及び図９（Ａ）に示すように、第２メッシュ部５１には、第１の蓋体３２が構造体Ａに外嵌したときに、細管２１の外周面で区画された隙間空間Ｓ１（図７（Ａ）参照）に対応する位置に貫通孔５１Ａが複数形成される。第２のメッシュ部５１の下端面には、第２のメッシュ５１の貫通孔５１Ａにそれぞれ連通する管体５２が下方に延出して一体に複数設けられる。このとき、図９（Ｂ）に示すように、管体５２は、第１の蓋体３２が構造体Ａに外嵌した際、細管２１の外周面で区画された隙間空間Ｓ１に対応して配置されることになる。このため、管体５２の内部空間がその隙間空間Ｓ１と連通する。

このように、図９（Ｃ）に示すように、第１のメッシュ部３５には、上述した本実施形態と同じ第１の貫通孔（貫通孔）３５Ａと、この第１の貫通孔３５Ａよりも小径な第２の貫通孔３５Ｂと、がそれぞれ複数形成される。また、第１のメッシュ部３５の第２の貫通孔３５Ｂは、第１の蓋体３２が構造体Ａに外嵌したときに、細管２１の外周面で区画された隙間空間Ｓ１に一致する位置にそれぞれ形成される。そして、図８及び図９に示すように、各管体５２は、第１のメッシュ部３５の第２の貫通孔３５Ｂ及び第２のメッシュ部５１の貫通孔５１Ａの間を掛け渡すように形成される。

この変形例では、隙間空間Ｓ２を通じて構造体Ａを加圧しながら当該構造体Ａを引っ張る際、細管２１の外周面で区画された隙間空間Ｓ１の空気を、管体５２の内部空間、隙間空間Ｓ３及び空気孔５０を通じて外部に逃がすことができる。こうして、引っ張られた後の細管２１の断面形状をより均一に且つ精度よく形成することができる。
なお、空気孔５０から自然に空気を逃がすだけではなく、吸引して積極的に空気を抜くように構成しても良い。このとき、過剰に空気を吸引をしてしまうと、細管２１の外周が隙間空間Ｓ１の一部を潰し、その一部からスタック１０の高さ方向下方（第２の蓋体３６側）に位置する隙間空間Ｓ１に空気が残った状態で溶着することが起き得る。このため、吸引する時間当たりの量は適宜調整することが望ましい。

＜本実施形態の熱音響装置用スタックの製造方法、その製造装置及び熱音響装置の利点＞
以上説明したように、本実施形態の熱音響装置用スタック１０の製造方法、熱音響装置用スタック１０の製造装置３０及び熱音響装置１によれば、複数の細管２１を軸線方向を揃えて束ねる際の、隣接する細管２１の間での隙間空間Ｓ１が、製造過程で埋められるともに、スタック１０の各貫通孔１１Ａの断面形状やその分布が略均一に形成される。加圧しながら引っ張ることにより、スタック１０の貫通孔１１Ａの断面形状や寸法を均一にするとともに貫通孔１１Ａの径が過度に小さくなるのを防止するので、貫通孔１１Ａ間の肉厚が薄くなり貫通孔１１Ａを可能な限り稠密に設けることができる。これにより、貫通孔１１Ａのスタック１０断面に占める割合が増加して、スタック１０の開口率を向上させることができる。すなわち、細管２１の内部空間を加圧する圧力と構造体Ａの一端部を引っ張る距離を適切に設定することにより、構造体Ａを引っ張る前よりスタック１０の開口率を向上させることができる。また、スタック１０の断面の格子の目が細かくなり、その格子が長手方向に滑らかに連続する。その結果、ωτを小さくしながら圧損を低減することができる。また、構造体Ａからスタック１０を相似的に縮小して製造する場合と比較して、構造体Ａをその長手方向に引っ張って設けるので、より多くのスタック１０を切り出すことができるようになり、製造コストを低減することができる。また、安価な断面円形状の細管２１を用いても、前述の隙間空間Ｓ１から起因する流路が設けられないので、安価且つエネルギー効率の良いスタック１０を製造することができる。このように、エネルギー交換効率を向上させるとともに、製造コストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態の熱音響装置用スタック１０の製造方法、及び熱音響装置用スタック１０の製造装置３０によれば、構造体Ａの収納管２２の軸方向一端部を挟持して引っ張ることにより、構造体Ａの軸方向一端部を引っ張るため、収納管２２に収納された複数の細管２１に対し径方向内方に向けて一様に押圧することができるので、引っ張られた後の細管２１の断面形状をより均一に且つ精度よく形成することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良などが可能である。

ここで、上述した本発明に係る熱音響装置用スタックの製造方法、熱音響装置用スタックの製造装置及び熱音響装置の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
複数の細管（２１）を、軸線方向を揃えて束ねて、この束ねられた前記複数の細管（２１）を、その内形が当該複数の細管（２１）の外形と略等しい収納管（２２）の内部に収納した上で、前記複数の細管（２１）を加熱して隣接する前記細管（２１）同士を溶着させた構造体（Ａ）を形成する溶着工程と、
前記構造体（Ａ）の前記細管（２１）の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧工程と、
前記構造体（Ａ）の軸方向一端部を加熱して、前記構造体（Ａ）の前記軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張工程と、
を有することを特徴とする熱音響装置用スタック（１０）の製造方法。
［２］
前記構造体（Ａ）の前記収納管（２２）の前記軸方向一端部を挟持して引っ張ることにより、前記構造体（Ａ）の前記軸方向一端部を引っ張る
ことを特徴とする［１］に記載の熱音響装置用スタック（１０）の製造方法。
［３］
複数の細管（２１）が、軸線方向で揃えて束ねられて、その内形がこの束ねられた前記複数の細管（２１）の外形と略等しい収納管（２２）の内部に収納された状態で、隣接する前記細管（２１）同士が溶着された構造体（Ａ）に対し、前記構造体（Ａ）の前記細管（２１）の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧部（３１）と、
軸方向一端部が加熱された前記構造体（Ａ）の前記軸方向一端部を把持して、当該軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張部（３８）と、
を有することを特徴とする熱音響装置用スタック（１０）の製造装置（３０）。
［４］
軸線方向を揃えて束ねられた複数の細管（２１）が当該複数の細管（２１）の外形と略等しい内径を有する収納管（２２）の内部に収納され、且つ隣接する前記細管（２１）同士が溶着された構造体（Ａ）が、前記細管（２１）の内部空間それぞれが外気圧よりも高い気圧で加圧された状態で前記構造体（Ａ）の軸方向一端部が軸方向に沿って引っ張られて形成されたスタック
を有することを特徴とする熱音響装置（１）。

１ 熱音響エンジン（熱音響装置）
２ 管
３ 高温側熱交換器
４ 低温側熱交換器
５ 高温熱源
６ 低温熱源
１０ 熱音響装置用スタック
１１ 本体
１１Ａ 貫通孔
２１ 細管
２１Ａ 貫通孔
２２ 収納管
２２Ａ 貫通孔
３０ 熱音響装置用スタックの製造装置
３１ 加圧部
３２ 第１の蓋体
３３ フランジ部
３４ 流路
３５ メッシュ部（第１メッシュ部）
３５Ａ 貫通孔（第１の貫通孔）
３５Ｂ 第２の貫通孔
３６ 第２の蓋体
３７ フランジ部
３８ 引張部
３９ アーム
４０ 把持部
４１ 切断機
５０ 空気孔
５１ 第２のメッシュ部
５１Ａ 貫通孔
５２ 管体
Ｆ 作動流体
Ａ 構造体
Ｓ１ 隙間空間
Ｓ２ 隙間空間
Ｓ３ 隙間空間

Claims (3)

1. 複数の細管を、軸線方向を揃えて束ねて、この束ねられた前記複数の細管を、その内形が当該複数の細管の外形と略等しい収納管の内部に収納した上で、前記複数の細管を加熱して隣接する前記細管同士を溶着させた構造体を形成する溶着工程と、
   前記構造体の前記細管の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程によって前記内部空間それぞれを加圧した状態で、前記構造体の軸方向一端部を加熱して、前記構造体の前記軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張工程と、
   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。
2. 前記構造体の前記収納管の前記軸方向一端部を挟持して引っ張ることにより、前記構造体の前記軸方向一端部を引っ張る
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱音響装置用スタックの製造方法。
3. 複数の細管が、軸線方向で揃えて束ねられて、その内形がこの束ねられた前記複数の細管の外形と略等しい収納管の内部に収納された状態で、隣接する前記細管同士が溶着された構造体に対し、前記構造体の前記細管の内部空間それぞれを、外気圧よりも高い気圧で加圧する加圧部と、
   軸方向一端部が加熱された前記構造体の前記軸方向一端部を把持して、当該軸方向一端部を軸方向に沿って引っ張る引張部と、
   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装置。

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