WO2005093340A1 - Thermoacoustic device and thermoacoustic system - Google Patents

Thermoacoustic device and thermoacoustic system Download PDF

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WO2005093340A1
WO2005093340A1 PCT/JP2005/005220 JP2005005220W WO2005093340A1 WO 2005093340 A1 WO2005093340 A1 WO 2005093340A1 JP 2005005220 W JP2005005220 W JP 2005005220W WO 2005093340 A1 WO2005093340 A1 WO 2005093340A1
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thermoacoustic
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side heat
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Yoshiaki Watanabe
Shinichi Sakamoto
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The Doshisha
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Abstract

A thermoacoustic device using a loop tube and capable of rapidly and efficiently performing heat exchange by rapidly generating a standing wave and a traveling wave and a thermoacoustic system. The thermoacoustic device comprises, in the loop tube (2), a first stack (3a) held by a first high temperature side heat exchanger (4) and a first low temperature side heat exchanger (5) and a second stack (3b) held by a second high temperature side heat exchanger (6) and a second low temperature side heat exchanger (7). Sound wave by self-excitation is generated by heating the first high temperature side heat exchanger (4), and the second low temperature side heat exchanger (7) is cooled by the standing wave and the traveling wave. The loop tube comprises a plurality of straight tube parts (2a) along the vertical direction and connection tube parts (2b) formed shorter than the straight tube parts (2a), and the first stack (3a) is installed in the longest straight tube part (2a).

Description

明 細 書  Specification
熱音響装置及び熱音響システム  Thermoacoustic apparatus and thermoacoustic system
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、熱音響効果を利用して対象物を冷却し、もしくは加熱しうる熱音響装置 及びその熱音響装置を用 、たシステムに関するものである。  The present invention relates to a thermoacoustic device capable of cooling or heating an object using a thermoacoustic effect, and a system using the thermoacoustic device.
背景技術  Background art
[0002] 音響効果を利用した熱交換装置の従来技術に関しては下記の特許文献 1ゃ非特 許文献 1などに記載されるものが存在する。  [0002] With regard to a conventional technology of a heat exchange device using an acoustic effect, there are those described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 below.
[0003] まず、特許文献 1に記載される装置は、熱音響効果を利用した冷却装置に関するも のであり、作動流体を封入したループ管の内部に、高温側熱交換器及び低温側熱 交換器に挟まれた第一のスタックと、高温側熱交換器及び低温側熱交換器に挟まれ た蓄冷器と、を設けて構成され、第一のスタック側の高温側熱交 を加熱すること によって自励の音波を発生させ、この音波に基づく定在波及び進行波によって蓄冷 器側の低温側熱交翻を冷却させるようにしたものである。  [0003] First, the device described in Patent Document 1 relates to a cooling device utilizing a thermoacoustic effect, and a high-temperature side heat exchanger and a low-temperature side heat exchanger are provided inside a loop pipe filled with a working fluid. And a regenerator sandwiched between a high-temperature side heat exchanger and a low-temperature side heat exchanger, and heats the high-temperature side heat exchange on the first stack side. A self-excited sound wave is generated, and the low-temperature heat exchange on the regenerator side is cooled by a standing wave and a traveling wave based on the sound wave.
[0004] また、非特許文献 1にも同様に、熱音響効果を利用した冷却装置の実験的検討が 開示されている。この実験に用いられる冷却装置も、金属によって構成された断面略 矩形状のループ管と、ヒーター (高温側熱交換器)及び低温側熱交換器とに挟まれ た第一のスタックと、この第一のスタックに対向する位置に設けられた第二のスタック とを設けて構成される。そして、第一のスタック側に設けられたヒーター（高温側熱交 を加熱するとともに、低温側熱交^^に水道水を循環させることによって第一 のスタック内に温度勾配を発生させ、この温度勾配と逆方向に自励による音波を発 生させる。そして、その音エネルギーをループ管を介して蓄冷器側に移送させ、エネ ルギー保存の法則により、第二のスタック側でその音エネルギーと逆方向に熱ェネル ギーを移送させて、第二のスタックの他端側の温度計近傍を冷却させるようにしたも のである。この文献によれば、所定の条件のもと、温度計が設けられる部分で約 16°C の温度低下が確認されて 、る。  [0004] Non-Patent Document 1 similarly discloses an experimental study of a cooling device using the thermoacoustic effect. The cooling device used in this experiment also has a first stack sandwiched between a loop tube made of metal and having a substantially rectangular cross section, a heater (heat exchanger on the high temperature side) and a heat exchanger on the low temperature side. And a second stack provided at a position facing the one stack. Then, a heater provided on the first stack side (heating the high-temperature side heat exchange and circulating tap water through the low-temperature side heat exchange) generates a temperature gradient in the first stack, and this temperature A self-excited sound wave is generated in the direction opposite to the gradient, and the sound energy is transferred to the regenerator through the loop tube, and the sound energy is inverted on the second stack side according to the law of energy conservation. According to this document, a thermometer is provided under predetermined conditions by transferring heat energy in a direction to cool the vicinity of the thermometer at the other end of the second stack. A temperature drop of about 16 ° C was confirmed in the part.
特許文献 1：特開 2000-88378号公報 非特許文献 1 :坂本眞一、村上和宏、渡辺好章 著「熱音響効果を用いた音響冷却 現象の実験的検討」社団法人 電子情報通信学会 信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. US2002-118(2003-02) Patent Document 1: JP-A-2000-88378 Non-Patent Document 1: Shinichi Sakamoto, Kazuhiro Murakami, Yoshiaki Watanabe, `` Experimental Study on Acoustic Cooling Phenomena Using Thermoacoustic Effect, '' IEICE Technical Report Technical Report, US2002-118 (2003 -02)
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0005] ところで、このような熱音響効果を利用した装置において、加熱から定在波及び進 行波の発生までの時間を短縮する必要があり、また、定在波及び進行波が発生した 後においても熱交換の効率を向上させる必要がある。そして、このように定在波及び 進行波を迅速に発生させる場合においては、できる限り迅速にスタック内に温度勾配 を形成し、また、できる限り迅速に発生した音波の波面を安定させることなどが必要と なる。 [0005] Meanwhile, in an apparatus utilizing such a thermoacoustic effect, it is necessary to shorten the time from heating to generation of a standing wave and a traveling wave. In this case, it is necessary to improve the efficiency of heat exchange. In such a case where a standing wave and a traveling wave are generated quickly, it is necessary to form a temperature gradient in the stack as quickly as possible and to stabilize the wavefront of the generated sound wave as quickly as possible. Required.
[0006] しかるに、上記特許文献 1では、音波の発生源となる第一のスタックを地面に対して 水平な直線管部に設けるようにしているため、第一のスタックの高温側熱交^^に入 力された熱がこの直線管部内で左右方向に広がってしまい、この熱が第一のスタック 内に入り込んでスタック内に大きな温度勾配を形成することができない。このため、自 励の音波の発生までに長い時間を要することとなり、冷却効率を良くすることができな いという問題があった。また、定在波及び進行波を迅速に発生させるためには、第一 のスタックで発生された音波の波面をできる限り迅速に安定させることが必要である 力 第一のスタックとループ管の角部までの距離が短いと、安定する前の波面がルー プ管の角部で反射してしま 、、そこで波面が乱れて自励の音波の発生までに長 、時 間を要することとなるという問題があった。  [0006] However, in Patent Document 1 described above, the first stack, which is a source of sound waves, is provided in a straight tube portion horizontal to the ground, so that the high-temperature heat exchange of the first stack is ^^. The heat input into the straight tube portion spreads in the left-right direction in the straight tube portion, and this heat enters the first stack and cannot form a large temperature gradient in the stack. Therefore, it takes a long time to generate self-excited sound waves, and there is a problem that cooling efficiency cannot be improved. Also, in order to generate standing waves and traveling waves quickly, it is necessary to stabilize the wavefront of the sound wave generated in the first stack as quickly as possible. Force The angle between the first stack and the loop tube If the distance to the part is short, the wavefront before it is stabilized will be reflected at the corner of the loop tube, where the wavefront will be disturbed and it will take a long time to generate self-excited sound waves. There was a problem.
[0007] そこで、本発明は上記課題を解決すベぐループ管を用いた熱音響装置において 、迅速に定在波及び進行波を発生させて、迅速かつ効率良く熱交換を行いうるような 熱音響装置を提供することを目的とする。  [0007] Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems by providing a thermoacoustic apparatus using a loop tube, which generates a standing wave and a traveling wave quickly to perform heat exchange quickly and efficiently. It is an object to provide an acoustic device.
課題を解決するための手段  Means for solving the problem
[0008] 本発明は上記課題を解決するために、ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と 第一低温側熱交^^に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交^^と第二低温 側熱交^^に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交 を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び 進行波によって前記第二低温側熱交換器を冷却し、又は Z及び、前記第一低温側 熱交 を冷却することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定 在波及び進行波によって前記第二高温側熱交換器を加熱する熱音響装置であって 、前記ループ管を、地面に対して起立する複数の直線管部と、この直線管部よりも短 く構成された連結管部とを設けて構成し、前記第一のスタックを、当該複数の直線管 部のうち最も長 、直線管部に設けるようにする。 [0008] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides, inside a loop tube, a first stack sandwiched between a first high-temperature side heat exchanger and a first low-temperature side heat exchange ^ Heat exchange ^^ and a second stack sandwiched between the second low temperature side heat exchange ^^, wherein the first high temperature side heat exchange To generate a self-excited standing wave and a traveling wave, and to cool the second low-temperature side heat exchanger by the standing wave and the traveling wave, or to generate Z and the first low-temperature side heat exchange. A thermoacoustic apparatus that generates a self-excited standing wave and a traveling wave by cooling, and heats the second high-temperature side heat exchanger with the standing wave and the traveling wave. A plurality of straight pipe sections that stand up to the pipe, and a connecting pipe section that is shorter than the straight pipe sections. The first stack is the longest of the plurality of straight pipe sections. It is provided in the straight tube section.
[0009] このように構成すれば、第一のスタックで発生した音波の波面を最も長く設定された 直線管部内で安定させることができ、迅速に定在波及び進行波を発生させることが できるようになる。また、地面に対して起立する直線管部に第一のスタックを設けるよ うにしたので、その第一のスタック側で発生した上昇気流や下降気流を利用して音波 の発生までの時間を短縮ィ匕することができるようになる。更に、定在波及び進行波が 発生した後においても、熱交換の効率を向上させることができるようになる。  With this configuration, the wavefront of the sound wave generated in the first stack can be stabilized in the longest set straight tube portion, and the standing wave and the traveling wave can be generated quickly. Become like In addition, since the first stack is provided in the straight pipe section that rises with respect to the ground, the time until the generation of sound waves can be reduced by using the ascending or descending airflow generated on the first stack side. You will be able to dagger. Furthermore, even after standing waves and traveling waves are generated, the efficiency of heat exchange can be improved.
[0010] また、このようなループ管の直線管部と連結管部のそれぞれの長さを La、 Lbとした 場合、 1 : 0. 01≤La:Lbく 1 : 1となるようにそれぞれの長さを設定する。  [0010] When the lengths of the straight tube portion and the connection tube portion of such a loop tube are La and Lb, respectively, the ratio becomes 1: 0.011 La: Lb and 1: 1. Set the length.
[0011] このように構成すれば、上述と同様に直線管部が相対的に長くなるため、音波の波 面を安定させることができるようになる。そして、好ましくは、可能な限り直線管部を長 くするのが好ましぐ La:Lb≤l : 0. 5のように設定すると、より発生した音波の波面を 安定させることができるよう〖こなる。  [0011] According to this structure, the straight tube portion becomes relatively long as described above, so that the wavefront of the sound wave can be stabilized. It is preferable to make the length of the straight tube as long as possible. La: Lb≤l: 0.5 is set so that the wavefront of the generated sound wave can be more stabilized. Become.
[0012] 更に、このような装置において、第一高温側熱交 を加熱し、第二低温側熱交 を冷却するような場合、第一のスタックを直線管部の中心よりも下方に設けるよう にする。  [0012] Further, in such an apparatus, when the first high-temperature side heat exchange is heated and the second low-temperature side heat exchange is cooled, the first stack is provided below the center of the straight tube portion. To
[0013] このように構成すれば、第一高温側熱交換器に加えられる熱による上昇気流の発 生空間を上側に大きく確保することができ、この上昇気流を利用することによって迅 速に定在波及び進行波を発生させることができるようになる。  [0013] With this configuration, it is possible to secure a large space on the upper side where an upward airflow is generated by the heat applied to the first high-temperature side heat exchanger, and to use the upward airflow to quickly establish a space. A standing wave and a traveling wave can be generated.
[0014] カ卩えて、第一低温側熱交換器を冷却し、第二高温側熱交換器を加熱するような場 合、第一のスタックを直線管部の中心よりも上方に設けるようにする。  [0014] In a case where the first low-temperature side heat exchanger is cooled and the second high-temperature side heat exchanger is heated, the first stack is provided above the center of the straight tube portion. I do.
[0015] このように構成すれば、第一低温側熱交換器に加えられる冷た ヽ熱 (以下「冷熱」と 称する）による下降気流の発生空間を下側に大きく確保することができ、この下降気 流を利用することによって迅速に定在波及び進行波を発生させることができるように なる。 [0015] With this configuration, the cold heat applied to the first low-temperature side heat exchanger (hereinafter referred to as "cold heat") ), A large space for generating a downdraft can be secured below, and by using this downdraft, standing waves and traveling waves can be generated quickly.
[0016] また、直線管部の一端と連結管部の一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の 交点を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタックの中心が回路全 長の 0. 28 ±0. 05の位置となるように設定する。  [0016] Also, when the intersection of each central axis when one end of the straight tube portion and one end of the connection tube portion are connected is set as the starting point of the circuit, and the total circuit length is set to 1.00, the center of the first stack is set. Is set to 0.28 ± 0.05 position of the entire circuit length.
[0017] このように構成すれば、第一のスタックにおける第一高温側熱交^^と第一低温側 熱交換器のそれぞれの温度が適切であると、より迅速に自励による音波の発生を生 じることがでさる。 [0017] With this configuration, if the temperatures of the first high-temperature side heat exchange ^^ and the first low-temperature side heat exchanger in the first stack are appropriate, the generation of sound waves by self-excitation is quicker. Can occur.
[0018] また、回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った作動流体の圧力変動が、第一の スタックの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二の ピークが存在する場合に、前記第二のスタックの中心が前記第二のピークを過ぎた 位置となるように第二のスタックを設ける。  [0018] When the total circuit length is 1.00, the pressure fluctuation of the working fluid along the circuit has a first peak near the first stack, and further at a position advanced by about 1Z2 of the total circuit length. When a second peak exists, the second stack is provided such that the center of the second stack is located at a position past the second peak.
[0019] このように構成すれば、第二のスタックでの冷却効率や加熱効率を高めることがで さるようになる。  With this configuration, the cooling efficiency and the heating efficiency of the second stack can be increased.
[0020] また、ループ管の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるための音 波発生装置を設けるようにする。  [0020] Further, a sound wave generator for generating a standing wave and a traveling wave is provided on an outer peripheral portion or inside the loop tube.
[0021] このように構成すれば、自励による音波だけでなく音波発生装置からの強制振動に よって、より迅速に定在波及び進行波を発生させることができるようになる。 With this configuration, not only a self-excited sound wave but also forced vibration from a sound wave generator can generate a standing wave and a traveling wave more quickly.
[0022] また、第一のスタック、又は/及び、第二のスタックとして、順次外側へ向力つて内 径を大きくした導通路を有するものを用いる。 [0022] As the first stack and / or the second stack, a stack having a conduction path whose inner diameter is gradually increased outward is used.
[0023] このようなものを用いれば、ループ管内部における境界層近傍での導通路の内径 を大きくすることができるため、この部分でのエネルギー交換を効率よく行うことができ るよつになる。 [0023] If such a structure is used, the inner diameter of the conduction path near the boundary layer inside the loop tube can be increased, so that energy can be efficiently exchanged in this portion. .
[0024] また、第一のスタック、又は/及び、第二のスタックとして、順次外側へ向力つて内 径を小さくした導通路を有するものを用いる。  [0024] Further, as the first stack and / or the second stack, a stack having a conduction path whose inner diameter is gradually reduced outwardly is used.
[0025] このようなものを用いれば、ループ管内部における中心部分での導通路の内径を 大きくすることができるため、この中心部分でのエネルギー交換を効率よく行うことが でさるよう〖こなる。 [0025] By using such a material, the inner diameter of the conduction path at the center portion inside the loop tube can be increased, so that energy can be efficiently exchanged at this center portion. I'm sorry to come out.
[0026] また、第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックとして、蛇行した導通路を有する ものを用いるようにする。  [0026] As the first stack or Z and the second stack, those having meandering conduction paths are used.
[0027] このようなものを用いれば、作動流体とスタックとの表面積を大きく確保することがで きるため、作動流体との熱交換を助長させてより高い熱の出力を行うことができるよう になる。 [0027] If such a material is used, a large surface area between the working fluid and the stack can be ensured, so that heat exchange with the working fluid can be promoted and a higher heat output can be performed. Become.
[0028] また、第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックとして、順次外側へ向かって流 路長を短くした導通路を有するものを用いるようにする。  [0028] Further, as the first stack or Z and the second stack, a stack having a conduction path in which a flow path length is sequentially reduced outward is used.
[0029] このようなものを用いれば、ループ管の境界層に近!、部分の導通路の流路長が短 くなるため、速度勾配を均一にすることができ、これにより熱交換器を均一に加熱若し くは冷去 Pすることができるようになる。 [0029] If such a material is used, the flow path length of the conduction path near the boundary layer of the loop pipe is shortened, so that the velocity gradient can be made uniform. It can be heated or cooled uniformly.
[0030] 第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックの材質力 セラミタス、燒結金属、金網[0030] Material strength of first stack or Z and second stack Ceramitas, sintered metal, wire mesh
、金属製不織布の少なくとも 1種力もなるものであり、その ω τ ( ω：作動流体の角周 波数、 τ：温度緩和時間）が 0. 2— 20の範囲となるように構成された請求項 1に記載 の熱音響装置。 And at least one kind of metal non-woven fabric, wherein ω τ (ω: angular frequency of the working fluid, τ: temperature relaxation time) is in the range of 0.2 to 20. 2. The thermoacoustic device according to 1.
[0031] このように構成すれば、より迅速かつ効率良く自励による音波を発生させることがで さるようになる。  With this configuration, it is possible to generate a self-excited sound wave more quickly and efficiently.
[0032] また、このような熱音響装置を複数設け、一の熱音響装置における第二低温側熱 交 とこれに隣接する熱音響装置の第一低温側熱交 を連結し、もしくは、一 の熱音響装置における第二高温側熱交換器とこれに隣接する熱音響装置の第一高 温側熱交 を連結する。  [0032] Further, a plurality of such thermoacoustic devices are provided, and the second low-temperature side heat exchange of one thermoacoustic device and the first low-temperature side heat exchange of a thermoacoustic device adjacent thereto are connected. The second high-temperature side heat exchanger of the thermoacoustic device is connected to the first high-temperature side heat exchange of the thermoacoustic device adjacent thereto.
[0033] このように構成すれば、順次隣接する熱音響装置ごとに第一のスタック内の温度勾 配が大きくなるため、末端側の熱音響装置でより高熱や冷熱を出力することができる ようになる。  [0033] With this configuration, the temperature gradient in the first stack increases sequentially for each thermoacoustic device adjacent to the thermoacoustic device, so that the thermoacoustic device on the terminal side can output higher heat or colder heat. become.
発明の効果  The invention's effect
[0034] 本発明の熱音響装置は、ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と第一低温側 熱交^^に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交^^と第二低温側熱交 に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交 を加熱するこ とによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によつ て前記第二低温側熱交換器を冷却し、又は Z及び、前記第一低温側熱交換器を冷 却することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行 波によって前記第二高温側熱交換器を加熱するものであって、前記ループ管を、地 面に対して起立する複数の直線管部と、この直線管部よりも短く構成された連結管部 とを設けて構成し、前記第一のスタックを、当該複数の直線管部のうち最も長い直線 管部に設けるようにしたので、第一のスタックで発生した自励の音波の波面を長 、直 線管部で安定させることができ、迅速に定在波及び進行波を発生させることができる ようになる。また、起立する直線管部に第一のスタックを設けるようにしたので、その第 一のスタック側で発生した上昇気流や下降気流を利用して音波の発生までの時間を 短縮ィ匕することができ、更に、音波発生後においても熱交換の効率を向上することが でさるよう〖こなる。 [0034] The thermoacoustic apparatus according to the present invention includes a first stack sandwiched between a first high-temperature side heat exchanger and a first low-temperature side heat exchange ^, and a second high-temperature side heat exchange ^ inside a loop tube. ^ And a second stack sandwiched between the second low-temperature side heat exchanges, wherein the first high-temperature side heat exchanges can be heated. Generates a standing wave and a traveling wave by self-excitation, and cools the second low-temperature side heat exchanger with the standing wave and the traveling wave, or Z and the first low-temperature side heat exchanger. A self-excited standing wave and a traveling wave are generated by cooling the heat pipe, and the second high-temperature side heat exchanger is heated by the standing wave and the traveling wave. A plurality of straight pipe sections that stand up to the pipe, and a connecting pipe section that is configured to be shorter than the straight pipe sections. Since the wavefront of the self-excited sound wave generated in the first stack can be long and stabilized in the straight tube portion, the standing wave and the traveling wave can be generated quickly because the tube is provided in the tube portion. Become like In addition, since the first stack is provided in the straight pipe section that stands up, it is possible to reduce the time until the generation of sound waves by using the ascending or descending airflow generated on the first stack side. It is possible to improve the efficiency of heat exchange even after generation of sound waves.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0035] 以下、本発明に係る熱音響装置 1の第一の実施の形態について図面を参照して説 明する。  Hereinafter, a first embodiment of the thermoacoustic device 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036] この実施の形態における熱音響装置 1は、図 1に示すように、全体として略長方形 状に構成されたループ管 2の内部に、第一高温側熱交換器 4及び第一低温側熱交 換器 5に挟まれた第一のスタック 3aと、第二高温側熱交換器 6及び第二低温側熱交 7に挟まれた第二のスタック 3bとを具備してなるもので、第一のスタック 3a側の第 一高温側熱交 4を加熱させることによって自励による定在波及び進行波を発生 させ、この定在波及び進行波を第二のスタック 3b側へ伝搬させることによって第二の スタック 3b側に設けられた第二低温側熱交翻7を冷却させるようにしたものである。  As shown in FIG. 1, the thermoacoustic apparatus 1 according to this embodiment includes a first high-temperature side heat exchanger 4 and a first low-temperature side inside a loop tube 2 that is formed in a substantially rectangular shape as a whole. A first stack 3a sandwiched between heat exchangers 5, and a second stack 3b sandwiched between a second high-temperature heat exchanger 6 and a second low-temperature heat exchanger 7, A self-excited standing wave and a traveling wave are generated by heating the first high-temperature side heat exchange 4 on the first stack 3a side, and the standing wave and the traveling wave are propagated to the second stack 3b side. Thus, the second low-temperature side heat exchange 7 provided on the second stack 3b side is cooled.
[0037] そして、この実施の形態では、第一高温側熱交換器 4の加熱から定在波及び進行 波の発生までの時間を短縮するために、鉛直方向（重力方向）に沿って設けられる一 対の直線管部 2aと、これらの直線管部 2aよりも短く構成された連結管部 2bとを設け、 一方の直線管部 2aの下方に第一高温側熱交換器 4と第一低温側熱交換器 5とで挟 まれた第一のスタック 3aを設けるようにして 、る。  [0037] In this embodiment, in order to shorten the time from the heating of the first high-temperature side heat exchanger 4 to the generation of the standing wave and the traveling wave, the heat exchanger is provided in the vertical direction (the direction of gravity). A pair of straight tube portions 2a and a connecting tube portion 2b shorter than these straight tube portions 2a are provided, and a first high-temperature side heat exchanger 4 and a first low temperature The first stack 3a sandwiched between the side heat exchangers 5 is provided.
[0038] 定在波及び進行波を発生させるためには、第一のスタック 3aから発生した音波の 波面をできる限り迅速に安定させなければならないが、第一のスタック 3aが設けられ ている直線管部 2aの長さが短いと、その連結管部 2bの両端に設けられた角部 20b で音波が反射してしまい、位相が反転するなどして波面が乱れてしまう。このため、本 実施の形態では、発生した音波の波面をできる限り迅速に安定させるために、ルー プ管 2のうち最も長く構成された直線管部 2aに第一のスタック 3aを設けるようにして ヽ る。この直線管部 2aの長さは、連結管部 2bの長さよりも長く設定され、直線管部 2aの 長さを La、連結管部 2bの長さを Lbとした場合、 [0038] In order to generate a standing wave and a traveling wave, the sound wave generated from the first stack 3a is generated. The wavefront must be stabilized as quickly as possible.However, if the length of the straight pipe section 2a on which the first stack 3a is provided is short, the sound waves are generated at the corners 20b provided at both ends of the connecting pipe section 2b. Is reflected and the wavefront is disturbed due to phase inversion and the like. For this reason, in the present embodiment, in order to stabilize the wavefront of the generated sound wave as quickly as possible, the first stack 3a is provided in the longest straight tube portion 2a of the loop tube 2.ヽThe length of the straight pipe section 2a is set to be longer than the length of the connecting pipe section 2b, and when the length of the straight pipe section 2a is La and the length of the connecting pipe section 2b is Lb,
[0039] 1 : 0. 01≤〈La : Lb〈l : l  [0039] 1: 0. 01≤ 〈La: Lb 〈l: l
の範囲に設定されるが、好ましくは可能な限り直線管部 2aを長くする方が良ぐ  It is preferable to make the straight tube section 2a as long as possible.
[0040] 1 : 0. 01≤<La : Lb≤l : 0. 5  [0040] 1: 0. 01≤ <La: Lb≤l: 0.5
の範囲に設定するのが好ましい。  Is preferably set in the range.
[0041] 一方、この直線管部 2aを連結する連結管部 2bは、その両端に角部 20bを設けて 構成されるもので、この角部 20bによって直線管部 2aから伝搬してきた音波を連結管 部 2bへ反射させるようにしている。この角部 20bの構成については、効率良く音波を 連結管部 2bへ反射させるために、図 2に示すような構造が用いられる。図 2は、直線 管部 2aの上端部分における角部 20bの拡大図を示したものである。なお、この角部 2 Obは、他の角部 20bにおいても同様の構成が用いられるため他の部分における角 部 20bの構成については説明を省略する。図 2において、角部 20bは、直線の管部 2 aの内径とほぼ等しい内径を有し、かつ、ループ管 2の内側コーナー部分を中心とし て管の内径とほぼ等しい直径を有するように構成される。これにより直線管部 2aから 移送されてきた音エネルギーは、角部 20bにおいて全て反射され、直線管部 2aに戻 ることなく連結管部 2b側へ移送されることになる。また、このように角部 20bの内径を 直線管部 2aとほぼ等しく構成することによって、直線管部 2aと角部 20bの内壁を滑ら かにすることができ、これにより音エネルギーの損失を防止して効率よく音エネルギ 一を移送できるようになる。なお、この角部 20bの形状については、円弧形状のもの に限らず、図 3に示されるような直線状のものを用いることもできる。図 3は、直線管部 2aにおける上端部分の角部 200bの拡大図を示したものである。図 3において、角部 200bは、その外側コーナー部分を直線管部 2aに対して約 45度となるように直線状 に設けられる。そして、この直線状のコーナー部分により直線管部 2aを伝搬する音波 を全て連結管部 2b側へ反射させるようにして ヽる。 On the other hand, the connecting tube portion 2b for connecting the straight tube portion 2a is formed by providing corner portions 20b at both ends thereof, and the sound waves transmitted from the straight tube portion 2a are connected by the corner portions 20b. The light is reflected to the tube 2b. Regarding the configuration of the corner portion 20b, a structure as shown in FIG. 2 is used in order to efficiently reflect a sound wave to the connecting tube portion 2b. FIG. 2 shows an enlarged view of a corner portion 20b at the upper end portion of the straight tube portion 2a. In addition, since the same configuration is used for the other corner portion 20b of the corner portion 2 Ob, the description of the configuration of the corner portion 20b in other portions is omitted. In FIG. 2, the corner 20b is configured to have an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the straight pipe portion 2a, and to have a diameter substantially equal to the inner diameter of the pipe centering on the inner corner portion of the loop pipe 2. Is done. As a result, all the sound energy transferred from the straight tube portion 2a is reflected at the corner portion 20b and transferred to the connecting tube portion 2b side without returning to the straight tube portion 2a. In addition, since the inner diameter of the corner portion 20b is substantially equal to that of the straight tube portion 2a, the inner walls of the straight tube portion 2a and the corner portion 20b can be made smooth, thereby preventing sound energy loss. As a result, sound energy can be efficiently transferred. The shape of the corner portion 20b is not limited to an arc shape, but may be a straight shape as shown in FIG. FIG. 3 shows an enlarged view of a corner 200b at the upper end of the straight tube portion 2a. In FIG. 3, the corner 200b is straight so that its outer corner is at approximately 45 degrees to the straight tube 2a. Is provided. Then, all the sound waves propagating in the straight tube portion 2a are reflected by the straight corner portion toward the connecting tube portion 2b.
[0042] これらの直線管部 2aや連結管部 2bは、金属製のパイプによって構成される力 材 質については金属などに限らず、透明なガラス、もしくは榭脂などによって構成するこ ともできる。透明なガラスゃ榭脂などの材料で構成した場合は、実験等における第一 のスタック 3aや第二のスタック 3bの位置の確認や管内の状況を容易に観察すること ができる。 [0042] The straight tube portion 2a and the connecting tube portion 2b are not limited to metal and the like, and may be made of a transparent glass or a resin, for example. When it is made of a material such as transparent glass resin, it is possible to confirm the positions of the first stack 3a and the second stack 3b in experiments and the like and easily observe the state in the tube.
[0043] そして、このように構成されたループ管 2の内部には、第一高温側熱交 4と第 一低温側熱交 5とに挟まれた第一のスタック 3a及び、第二高温側熱交 6と 第二低温側熱交 7とに挟まれた第二のスタック 3bが設けられる。  Then, inside the loop tube 2 thus configured, the first stack 3a sandwiched between the first high-temperature side heat exchange 4 and the first low-temperature side heat exchange 5 and the second high-temperature side A second stack 3b sandwiched between the heat exchange 6 and the second low-temperature heat exchange 7 is provided.
[0044] この第一のスタック 3aは、ループ管 2の内壁に接するような円柱状に構成され、セラ ミタス、燒結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大きい材質であって、 ループ管の軸方向に貫通する多孔を有して構成される。なお、この第一のスタック 3a は、図 4や図 5に示すように、中心力 順次外側へ向けて内径を大きくした導通路 30 を多数有するスタック 3cや、中心から順次外側へ向けて内径を小さくした導通路 30 を有するスタック 3dを用いることができる。また、図 6や図 7に示すように、例えば、微 小の球状セラミクスなどを多数敷き詰めて蛇行する導通路 30 (太線で示される導通 路 30)を有するスタック 3eや、ループ管 2の内周面に近い側の導通路 30の流路長を 短くしたスタック 3fなどを用 、ても良 、。  [0044] The first stack 3a is formed in a cylindrical shape so as to be in contact with the inner wall of the loop tube 2, and is made of a material having a large heat capacity such as ceramics, a sintered metal, a wire mesh, or a metal nonwoven fabric. It has a porosity penetrating in the axial direction of the tube. As shown in FIGS. 4 and 5, the first stack 3a has a stack 3c having a large number of conduction paths 30 whose inner diameters are sequentially increased toward the outside, and the inner diameter is sequentially increased from the center to the outside. A stack 3d having a reduced conducting path 30 can be used. Further, as shown in FIGS. 6 and 7, for example, a stack 3e having a conductive path 30 (a conductive path 30 shown by a thick line) meandering by laying a large number of small spherical ceramics or the like, and an inner circumference of the loop pipe 2 are provided. A stack 3f or the like in which the flow path length of the conduction path 30 on the side close to the surface is shortened may be used.
[0045] また、第一高温側熱交換器 4及び第一低温側熱交換器 5は、共に薄 ヽ金属で構成 され、その内側に定在波及び進行波を導通させるための貫通孔を設けて構成される 。そして、これらの熱交^^のうち、第一高温側熱交 4は外部力も供給される電 力、若しくは、廃熱や未利用エネルギーなどによって加熱されるように構成される。一 方、第一低温側熱交換器 5はその周囲に水を循環させて相対的に第一高温側熱交 4よりも低い温度となるように設定される。  [0045] Further, the first high-temperature side heat exchanger 4 and the first low-temperature side heat exchanger 5 are both made of thin metal, and provided with through holes for conducting standing waves and traveling waves inside thereof. It is composed of Of these heat exchanges, the first high-temperature heat exchange 4 is configured to be heated by electric power to which an external force is also supplied, or waste heat or unused energy. On the other hand, the first low-temperature side heat exchanger 5 is set so that water is circulated around the first low-temperature side heat exchanger 5 to have a temperature relatively lower than that of the first high-temperature side heat exchange 4.
[0046] そして、このように第一高温側熱交換器 4及び第一低温側熱交換器 5によって挟ま れた第一のスタック 3aは、第一高温側熱交換器 4を上側に設けた状態で直線管部 2 aの中央よりも下方側に設けられる。このように第一のスタック 3aを直線管部 2aの中央 より下方に設けるようにするのは、第一高温側熱交換器 4を加熱する際に生じる上昇 気流を利用して迅速に音波を発生させられるようにするためであり、また、第一高温 側熱交換器 4を上側に設けるのは、第一高温側熱交換器 4を加熱する際に発生する 暖カ 、作動流体を第一のスタック 3a内に入り込ませな 、ようにして、第一低温側熱交 5との間に大きな温度勾配を形成させられるようにするためである。 [0046] The first stack 3a sandwiched between the first high-temperature side heat exchanger 4 and the first low-temperature side heat exchanger 5 is in a state where the first high-temperature side heat exchanger 4 is provided on the upper side. Is provided below the center of the straight tube portion 2a. Thus, the first stack 3a is positioned at the center of the straight tube portion 2a. The reason why the first high-temperature side heat exchanger 4 is provided is that the first high-temperature side heat exchanger 4 can be quickly generated with the use of the upward airflow generated when the first high-temperature side heat exchanger 4 is heated. The heat exchanger 4 is provided on the upper side because the warming fluid and the working fluid generated when the first high-temperature side heat exchanger 4 is heated are prevented from entering the first stack 3a. This is to allow a large temperature gradient to be formed between the heat exchange 5 and the heat exchange.
[0047] ここで第一のスタック 3aで自励による音波が発生するための条件としては、この第 一のスタック 3a内に作動流体が流れる際の平行通路の流路半径 、作動流体の角 周波数を ω、温度拡散係数を ex、温度緩和時間を τ ( =r2/2 a )とした場合、 ω τ が 0. 2— 20の範囲内である場合に最も効率良く自励による音波を発生させることが できる。このため、これらの関係を満たすように!:、 ω、 τを設定する。また、図 2におけ る直線管部 2aの一端と連結管部 2bの一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の 交点を回路の始点 Xとし、回路全長を 1. 00とした場合、第一のスタック 3aの中心を 始点 Xから反時計回りに回路全長の 0. 28 ±0. 05となる位置に設定すれば、より迅 速かつ効率良く自励による音波を発生することができる。 Here, the conditions for the self-excited sound wave to be generated in the first stack 3a are as follows: the flow path radius of the parallel passage when the working fluid flows through the first stack 3a; the angular frequency of the working fluid; the omega, the thermal diffusivity coefficient ex, if the temperature relaxation time was τ (= r 2/2 a ), ω τ is most efficiently generate acoustic waves by the self excitation when in the range of 0. 2 20 It can be done. Therefore,!:, Ω, and τ are set so as to satisfy these relationships. In addition, when the intersection of each central axis when one end of the straight tube portion 2a and one end of the connection tube portion 2b in FIG. 2 are connected is the starting point X of the circuit, and the total circuit length is 1.00, By setting the center of one stack 3a counterclockwise from the starting point X at 0.28 ± 0.05 of the entire circuit length, self-excited sound waves can be generated more quickly and efficiently.
[0048] 一方、第二のスタック 3bは、第一のスタック 3aと同様に、ループ管 2の内壁に接する ような円柱状に構成され、セラミタス、燒結金属、金網、金属製不織布などのように熱 容量の大き 、材質であって、ループ管の軸方向に貫通する多孔を有して構成される 。この第二のスタック 3bは、ループ管 2に沿った作動流体の圧力変動力 第一のスタ ック 3aの近傍に第一のピークが存在して、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第 二のピークが存在する場合に、そのスタック 3bの中心が第二のピークを過ぎた場所 に位置するように設けられる。なお、この第二のスタック 3bについては、第一のスタツ ク 3aと同様に、図 4や図 5に示すように、中心力 順次外側へ向けて内径を大きくした 導通路 30を多数有するスタック 3cや、中心力 順次外側へ向けて内径を小さくした 導通路 30を有するスタック 3dを用いることができる。また、図 6や図 7に示すように、 例えば、微小の球状セラミクスなどを多数敷き詰めて蛇行する導通路 30 (太線で示さ れる導通路 30)を有するスタック 3eや、ループ管 2の内周面に近い側の導通路 30の 流路長を短くしたスタック 3fなどを用いても良 ヽ。  On the other hand, like the first stack 3a, the second stack 3b is formed in a columnar shape so as to be in contact with the inner wall of the loop tube 2, and is made of a ceramic material such as a ceramitas, a sintered metal, a wire mesh, a metal nonwoven fabric, or the like. The heat pipe is made of a material having a large heat capacity and has a porosity penetrating in the axial direction of the loop tube. This second stack 3b has a pressure fluctuation force of the working fluid along the loop pipe 2, a first peak near the first stack 3a, and a first peak at a position further advanced by about 1Z2 of the entire circuit length. When there is a second peak, the center of the stack 3b is provided so as to be located at a position past the second peak. The second stack 3b, like the first stack 3a, has a stack 3c having a large number of conductive paths 30 whose inner diameters gradually increase toward the outside as shown in FIGS. 4 and 5. Alternatively, it is possible to use the stack 3d having the conduction path 30 whose inner diameter is gradually reduced toward the outer side with the central force. As shown in FIGS. 6 and 7, for example, a stack 3e having a conductive path 30 (a conductive path 30 indicated by a thick line) meandering by laying a large number of minute spherical ceramics or the like, or an inner peripheral surface of the loop tube 2 It is also possible to use a stack 3f or the like in which the flow path length of the conduction path 30 on the side closer to the side is shortened.
[0049] また、この第二のスタック 3b側に設けられる第二高温側熱交 6及び第二低温 側熱交換器 7も、同様に、ともに薄い金属で構成され、その内側に定在波及び進行 波を導通させるための貫通孔を設けて構成される。そして、第二高温側熱交 6の 周囲に水を循環させるようにするとともに、第二低温側熱交 7に冷却の対象物を 接続する。この冷却の対象物としては、外気や、発熱を伴う家電製品、パーソナルコ ンピュータの CPUなどが考えられるが、これ以外の対象物を冷却するようにしても良 い。 [0049] Further, the second high-temperature side heat exchange 6 and the second low temperature Similarly, the side heat exchanger 7 is also made of a thin metal, and is provided with a through hole for conducting a standing wave and a traveling wave inside. Then, water is circulated around the second high-temperature side heat exchange 6 and an object to be cooled is connected to the second low-temperature side heat exchange 7. The object to be cooled may be outside air, home electric appliances that generate heat, the CPU of a personal computer, or the like, but other objects may be cooled.
[0050] このように構成されたループ管 2の内部には、ヘリウム、アルゴンなどのような不活 性ガスが封入される。なお、このような不活性ガスに限らず、窒素や空気などのような 作動流体を封入しても良い。これらの作動流体は、 0. IMPa— 1. OMPaに設定され る。  [0050] An inert gas such as helium, argon, or the like is sealed inside the loop tube 2 configured as described above. Note that a working fluid such as nitrogen or air is not limited to such an inert gas, and may be filled. These working fluids are set to 0. IMPa-1. OMPa.
[0051] このような作動流体を封入するに際してプラントル数が小さぐまた、比重も小さいへ リウムなどを使用すれば、音波の発生までの時間を短縮ィ匕することができる。しかし、 このような作動流体を用いると、音速が早くなつてしまって、スタック内壁との間でうま く熱交換を行うことができない。また、逆に、プラントル数が大きぐまた、比重も大きい アルゴンなどを使用すると、今度は粘性が高くなつて音波を迅速に発生させることが できない。このため、好ましくは、ヘリウムとアルゴンの混合ガスを用いるようにする。そ して、このような混合ガスを封入する場合、次のようにして行う。  [0051] When such working fluid is sealed, if helium or the like having a small Prandtl number and a small specific gravity is used, the time until generation of a sound wave can be reduced. However, if such a working fluid is used, the speed of sound is increased, and heat exchange with the inner wall of the stack cannot be performed properly. On the other hand, when argon or the like having a large Prandtl number and a large specific gravity is used, the viscosity becomes so high that sound waves cannot be generated quickly. Therefore, a mixed gas of helium and argon is preferably used. Then, when filling such a mixed gas, it is performed as follows.
[0052] まず、始めにプラントル数が小さぐまた、比重も小さいヘリウムをループ管 2内に封 入しておき、迅速に音波を発生させる。そして、発生した音波の音速を低下させるベ ぐ次にアルゴンなどのようなプラントル数が大きぐまた、比重も大きいガスを注入す る。このアルゴンの混入に際しては、図 8に示すように、上側に設けられた連結管部 2 の中央部分に気体注入装置 9を設け、そこからから注入すると左右の直線管部 2a に均一にアルゴンを注入し、これにより、相対的に比重の大きいアルゴンを下方に向 力つて流入させて内部のガスを均一化される。なお、このように先にヘリウムを封入し て後からアルゴンを注入する場合に限らず、これとは逆に、先にアルゴンを封入して おき、後からヘリウムを注入するようにしても良い。この場合、下側の連結管部 2bの中 央部分に気体注入装置 9を設け、そこからヘリウムを注入すると、相対的に比重の小 さいヘリウムが上昇する際にガスを均一化させるようになる。これらの混合ガスの圧力 は、 0. OlMPa— 5MPaに設定され、装置全体を小型化する場合は、 0. OlMPaな どのように比較的低 、圧力に設定する。これにより小型化されたループ管 2内での粘 性の影響を少なくできる。 First, helium having a small Prandtl number and a small specific gravity is sealed in the loop tube 2 to quickly generate a sound wave. Then, in order to reduce the sound speed of the generated sound waves, a gas having a large Prandtl number and a large specific gravity, such as argon, is injected. When mixing the argon, as shown in FIG. 8, a gas injection device 9 is provided at the center of the connecting pipe portion 2 provided on the upper side, and when the gas is injected from there, the argon is uniformly supplied to the left and right straight pipe portions 2a. Injection is performed, whereby argon having a relatively high specific gravity is caused to flow downward to homogenize the gas inside. It is to be noted that the method is not limited to the case where helium is sealed first and then argon is injected, and conversely, argon may be sealed first and helium may be injected later. In this case, a gas injection device 9 is provided in the central part of the lower connecting pipe portion 2b, and helium is injected from the gas injection device 9, so that when the helium having a relatively low specific gravity rises, the gas becomes uniform. . Pressure of these mixed gases Is set to 0. OlMPa-5MPa. To reduce the overall size of the equipment, set to a relatively low pressure, such as 0. OlMPa. Thereby, the influence of the viscosity in the miniaturized loop tube 2 can be reduced.
[0053] 次に、このように構成された熱音響装置 1の動作状態について説明する。 Next, an operation state of the thermoacoustic apparatus 1 configured as described above will be described.
[0054] まず、ループ管 2にヘリウムを封入しておき、この状態で第一のスタック 3aの第一低 温側熱交換器 5及び第二のスタック 3bの第二高温側熱交換器 6の周囲に水を循環さ せる。この状態で第一のスタック 3aにおける第一高温側熱交 4に熱を加えると、 第一高温側熱交換器 4と第一低温側熱交換器 5との間の温度差によって第一のスタ ック 3a内に温度勾配が発生し、作動流体が微小に揺らぎ始める。そして、次に、この 作動流体が大きく振動し始めてループ管 2内を周回する。この際、第一のスタック 3a が存在する直線管部 2aが比較的長く設定されて 、るので、第一のスタック 3a内で発 生した音波の波面が安定し、短時間のうちにループ管 2内に定在波及び進行波を発 生させることができる。この定在波及び進行波による音エネルギーは、エネルギー保 存の法則に基づき、第一のスタック 3a内での熱エネルギーの移送方向（第一高温側 熱交^^ 4カゝら第一低温側熱交翻5の方向）と逆方向、すなわち、第一低温側熱 交換器 5から第一高温側熱交換器 4の方向に発生する。この音エネルギーは、ルー プ管 2の角部 20bなどにおいて効率良く反射された後、第二のスタック 3b側へ移送さ れ、第二のスタック 3b側では、定在波及び進行波に基づく作動流体の圧力変化及 び体積変化によって作動流体を膨張'収縮させる。そして、その際に生じた熱ェネル ギーを音エネルギーの移送方向と逆方向である第二低温側熱交^^ 7から第二高 温側熱交換器 6側へ移送する。このようにして、第二低温側熱交換器 7を冷却し、目 的の対象物を冷却するようにする。 First, helium is sealed in the loop pipe 2, and in this state, the first low-temperature side heat exchanger 5 of the first stack 3a and the second high-temperature side heat exchanger 6 of the second stack 3b are Circulate water around. In this state, when heat is applied to the first high-temperature heat exchange 4 in the first stack 3a, the first stack is heated by the temperature difference between the first high-temperature heat exchanger 4 and the first low-temperature heat exchanger 5. A temperature gradient occurs in the hook 3a, and the working fluid starts to fluctuate minutely. Then, the working fluid starts to vibrate greatly and circulates in the loop pipe 2. At this time, the straight tube portion 2a where the first stack 3a is present is set relatively long, so that the wavefront of the sound wave generated in the first stack 3a is stabilized, and the loop tube is quickly shortened. A standing wave and a traveling wave can be generated within 2. The sound energy due to the standing wave and the traveling wave is based on the law of energy conservation, and the heat energy transfer direction within the first stack 3a (first high temperature side heat exchange ^^ 4 Heat exchange 5 direction), that is, in the direction from the first low-temperature heat exchanger 5 to the first high-temperature heat exchanger 4. This sound energy is efficiently reflected at the corner 20b of the loop tube 2 and the like, and then transferred to the second stack 3b, where the second stack 3b operates based on the standing wave and the traveling wave. The working fluid expands and contracts due to the pressure change and volume change of the fluid. Then, the heat energy generated at that time is transferred from the second low-temperature side heat exchange 7, which is in the opposite direction to the sound energy transfer direction, to the second high-temperature side heat exchanger 6 side. In this way, the second low-temperature side heat exchanger 7 is cooled, and the target object is cooled.
[0055] なお、上述のような熱音響装置 1では、第一のスタック 3a内に設けられた温度勾配 によって自励による音波を発生させるようにしている力 実際には、このような自励に よる音波が発生するまでの間には比較的長い時間を要することとなる。一方、定在波 及び進行波の発生時間を短縮するためには、ループ管 2の径を変えて定在波及び 進行波の周波数を低くすることも可能である力 このようにすると今度は、十分な出力 を得ることができない。このような場合、図 8に示すように、音波発生装置 8を設けるこ とちでさる。 [0055] In the thermoacoustic apparatus 1 as described above, a force that generates a self-excited sound wave by a temperature gradient provided in the first stack 3a is actually used. It takes a relatively long time until the generated sound wave is generated. On the other hand, in order to shorten the generation time of the standing wave and the traveling wave, it is possible to reduce the frequency of the standing wave and the traveling wave by changing the diameter of the loop tube 2. Sufficient output cannot be obtained. In such a case, as shown in FIG. I'm sorry.
[0056] この音波発生装置 8は、スピーカーゃ圧電素子、その他、外部から作動流体を強制 振動させるような装置で構成されるもので、ループ管 2の外周面に沿って設けられ、 若しくは、ループ管 2の内部に設けられる。この音波発生装置 8は、発生する定在波 及び進行波の 1Z2波長、 1Z4波長の間隔を設けて取り付けるのが好ましぐまた、 定在波及び進行波の進行方向に対応してループ管 2の軸方向に作動流体を強制振 動させるように設けるのが好ましい。このように音波発生装置 8を設けると、定在波及 び進行波の発生時間を短縮することができ、迅速に第二低温側熱交 7を冷却す ることがでさるよう〖こなる。  The sound wave generator 8 is constituted by a speaker, a piezoelectric element, and other devices for forcibly vibrating the working fluid from the outside, and is provided along the outer peripheral surface of the loop tube 2, or Provided inside tube 2. The sound wave generator 8 is preferably installed with an interval of 1Z2 wavelength and 1Z4 wavelength of the generated standing wave and traveling wave, and the loop tube 2 is arranged in accordance with the traveling direction of the standing wave and the traveling wave. It is preferable to provide such that the working fluid is forcedly vibrated in the axial direction. By providing the sound wave generator 8 in this way, it is possible to shorten the time for generating the standing wave and the traveling wave, and to quickly cool the second low-temperature side heat exchange 7.
[0057] また、このような熱音響装置 1だけでは充分な冷却効果を得ることができな 、場合、 図 9に示すように、熱音響装置 1を複数連結させた熱音響システム 100を用いるよう にするようにしても良い。図 9において、 la、 lb' " Inは上述のように構成された熱音 響装置 1を示し、これらの第一の熱音響装置 la、第二の熱音響装置 lb…第 nの熱音 響装置 Inは隣接して直列に設けられる。これらの熱音響装置 la…における第一高 温側熱交 4は、全てヒーターなどで加熱され、一方、それぞれにおける熱音響装 置 la…の第二低温側熱交 7は、これに隣接する熱音響装置 lb…の第一低温 側熱交換器 5に連結される。これにより、第一の熱音響装置 laにおける第一のスタツ ク 3aの温度勾配よりも第二の熱音響装置 1における温度勾配の方を大きくすることが でき、これにより、順次下流側に向けて熱音響装置 Inの温度勾配が大きくすることが できて、末端の熱音響装置 Inからより低い熱を出力することができるようになる。なお 、このように熱音響装置 la…を連結する場合、各熱音響装置 la…で音波を自励させ ようとすると、末端の熱音響装置 Inで定在波及び進行波が発生するまでの間に非常 に長い時間を要することになる。このため、特にループ管 2の外周面若しくは内部に 音波発生装置 8を設けて各熱音響装置 la…での定在波及び進行波の発生までの 時間を短縮化するように構成すると良 ヽ。  [0057] In addition, if such a thermoacoustic device 1 alone cannot provide a sufficient cooling effect, a thermoacoustic system 100 in which a plurality of thermoacoustic devices 1 are connected is used as shown in FIG. You may make it. In FIG. 9, la and lb '"In indicate the thermoacoustic devices 1 configured as described above, and the first thermoacoustic device la and the second thermoacoustic device lb... The devices In are installed in series adjacent to each other.The first high-temperature side heat exchange 4 in these thermoacoustic devices la ... is all heated by a heater or the like, while the second low-temperature heat exchange in each thermoacoustic device la ... is performed. The side heat exchange 7 is connected to the first low-temperature side heat exchanger 5 of the thermoacoustic unit lb... Adjacent to the side heat exchanger 7. This makes it possible to reduce the temperature gradient of the first stack 3a in the first thermoacoustic unit la. Also, the temperature gradient of the second thermoacoustic device 1 can be made larger, whereby the temperature gradient of the thermoacoustic device In can be gradually increased toward the downstream side, and the thermoacoustic device In at the end can be increased. Can output lower heat from the thermoacoustic device l. When a… are connected, it takes a very long time before the standing acoustic wave and traveling wave are generated at the thermoacoustic device In at the end of the thermoacoustic device la… Therefore, it is preferable to provide a sound wave generator 8 on the outer peripheral surface or inside of the loop tube 2 so as to shorten the time until the standing wave and the traveling wave are generated in each thermoacoustic device la. Good ヽ.
[0058] また、上記実施の形態では、第一のスタック 3a側を加熱して第二のスタック 3b側を 冷却する熱音響装置 1を例に挙げて説明したが、これとは逆に、第一のスタック 3a側 を冷却して第二のスタック 3b側を加熱するようにしても良い。この熱音響装置 1の例を 図 8に示す。 Further, in the above embodiment, the thermoacoustic apparatus 1 that heats the first stack 3a side and cools the second stack 3b side is described as an example. The first stack 3a may be cooled and the second stack 3b may be heated. Example of this thermoacoustic device 1 See Figure 8.
[0059] 図 10において、図 1から図 8までと同じ符号を示すものは上記説明したものと同じ 構造を有するものを示す。この図 10においては、第一のスタック 3aを直線管部 2aの 中央よりも上方に設けるとともに、第二のスタック 3bをこれに対向する直線管部 2aの 適所に設けるようにして 、る。この第一のスタック 3a及び第二のスタック 3bの設置位 置としては、上記実施の形態における設置条件と同じ条件となる位置に設けると良い 。そして、第一低温側熱交 5にマイナス数十度もしくはこれよりも低い冷熱を入力 するとともに、第一高温側熱交換器 4および第二低温側熱交換器 7に不凍性の液体 を循環させる。すると熱音響効果の原理により、第一のスタック 3aに形成された温度 勾配によって自励の音波が発生し、比較的長く設定された直線管部 2aで波面を安 定させ、また、冷熱の下降気流を利用して迅速に定在波及び進行波を発生させる。 この定在波及び進行波の音エネルギーの進行方向は、第一のスタック 3aにおける熱 エネルギーの移送方向（第一高温側熱交換器 4カゝら第一低温側熱交換器 5の方向） と逆方向に向力うように発生する。この定在波及び進行波による音エネルギーは、ル ープ管 2の角部 20bなどにおいて効率良く反射された後、第二のスタック 3b側へ伝 搬され、第二のスタック 3b側では、定在波及び進行波に基づく作動流体の圧力変化 及び体積変化によって作動流体が膨張 ·収縮を繰り返し、その際に生じた熱ェネル ギーを音エネルギーの移送方向と逆方向である第二低温側熱交^^ 7から第二高 温側熱交換器 6側へ移送する。このようにして、第二高温側熱交換器 6を加熱する。  In FIG. 10, those having the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 8 indicate those having the same structure as that described above. In FIG. 10, the first stack 3a is provided above the center of the straight tube portion 2a, and the second stack 3b is provided at an appropriate position of the straight tube portion 2a opposed thereto. The first stack 3a and the second stack 3b are preferably installed at positions where the same conditions as the installation conditions in the above embodiment are satisfied. Then, minus tens of degrees or lower cooling heat is input to the first low-temperature heat exchanger 5, and an antifreeze liquid is circulated to the first high-temperature heat exchanger 4 and the second low-temperature heat exchanger 7. Let it. Then, due to the thermoacoustic effect principle, a self-excited sound wave is generated by the temperature gradient formed in the first stack 3a, the wavefront is stabilized by the relatively long straight tube section 2a, and the cooling heat drops. A standing wave and a traveling wave are quickly generated using an air current. The traveling directions of the sound energy of the standing wave and the traveling wave depend on the transfer direction of the heat energy in the first stack 3a (the direction of the first high-temperature heat exchanger 4 to the first low-temperature heat exchanger 5). Occurs in the opposite direction. The sound energy due to the standing wave and the traveling wave is efficiently reflected at the corner 20b of the loop tube 2 and then transmitted to the second stack 3b side, and is transmitted to the second stack 3b side. The working fluid repeatedly expands and contracts due to the pressure change and volume change of the working fluid based on the standing wave and the traveling wave, and the heat energy generated at that time is transferred to the second low-temperature side heat exchange in the direction opposite to the direction of sound energy transfer. Transfer from ^^ 7 to the second high temperature side heat exchanger 6 side. Thus, the second high-temperature side heat exchanger 6 is heated.
[0060] なお、この実施の形態にぉ 、ても、定在波及び進行波の発生を促進するためにル ープ管 2の外周面もしくは内部に音波発生装置 8を設けるようにしても良ぐまた、こ のような熱音響装置 1を図 9に示すように連結して末端側の熱音響装置 1からより高 Vヽ熱を出力するようにしても良!、。  In this embodiment, a sound wave generator 8 may be provided on the outer peripheral surface or inside the loop tube 2 in order to promote the generation of standing waves and traveling waves. Moreover, such thermoacoustic devices 1 may be connected as shown in FIG. 9 to output higher V ヽ heat from the thermoacoustic device 1 on the terminal side.
[0061] このように上記実施の形態によれば、鉛直方向に沿って設けられた一対の同じ長さ の直線管部 2aと、この直線管部 2aを連結する連結管部 2bを設け、この直線管部 2a を連結管部 2bよりも長く設定した状態において、その直線管部 2aに第一高温側熱 交換器 4及び第一低温側熱交換器 5に挟まれた第一のスタック 3aを設けるようにした ので、第一のスタック 3aで発生した自励の音波の波面を長 、直線管部 2aで安定させ ることができる。また、鉛直方向に沿う直線管部 2aに第一のスタック 3aを設けるように したので、その第一のスタック 3a側で発生した上昇気流や下降気流を利用して音波 の発生までの時間を短縮ィ匕することができるようになり、更に、音波が発生した後に ぉ ヽても熱交換の効率を良くすることができるようになる。 As described above, according to the above-described embodiment, a pair of straight pipe sections 2a having the same length provided along the vertical direction and a connecting pipe section 2b connecting the straight pipe sections 2a are provided. With the straight pipe section 2a set longer than the connecting pipe section 2b, the first stack 3a sandwiched between the first high-temperature side heat exchanger 4 and the first low-temperature side heat exchanger 5 is placed in the straight pipe section 2a. Because the wavefront of the self-excited sound wave generated in the first stack 3a is long, it is stabilized by the straight tube section 2a. Can. In addition, since the first stack 3a is provided in the straight pipe section 2a along the vertical direction, the time until the generation of sound waves is shortened by using the updraft and downdraft generated on the first stack 3a side. This makes it possible to improve the efficiency of heat exchange even after the sound waves are generated.
[0062] そして、このようなループ管 2を構成するに際して、直線管部と連結管部の長さをそ れぞれ La、 Lbとした場合、「1 : 0. 01≤La : Lb〈l : l」となる範囲にそれぞれの長さを 設定し、より好ましくは、「La : Lb≤l : 0. 5」とように各長さを設定したので、発生した 音波の波面をより迅速に安定ィ匕させることができる。  [0062] In configuring such a loop tube 2, if the lengths of the straight tube portion and the connection tube portion are La and Lb, respectively, "1: 0.01 ≤ La: Lb <l : l '', and more preferably, each length is set as `` La: Lb ≤ l: 0.5 '', so that the wavefront of the generated sound wave can be more quickly You can make it stable.
[0063] また、このような装置において、第一のスタック 3a側を加熱し、第二のスタック 3b側 を冷却する場合、第一のスタック 3aを直線管部 2aの中心よりも下方に設けるようにし たので、第一高温側熱交換器 4に加えられる熱による上昇気流の発生空間を確保す ることができ、この上昇気流を利用することによって迅速に定在波及び進行波を発生 させることがでさるよう〖こなる。  In such an apparatus, when heating the first stack 3a side and cooling the second stack 3b side, the first stack 3a is provided below the center of the straight tube portion 2a. As a result, it is possible to secure a space for generating an updraft due to the heat applied to the first high-temperature side heat exchanger 4, and to quickly generate standing waves and traveling waves by using this updraft. I'm sorry to be out.
[0064] 更に、これとは逆に、第一のスタック 3a側を冷却し、第二のスタック 3b側を加熱する 場合、第一のスタック 3aを直線管部 2aの中心よりも上方に設けるようにしたので、第 一低温側熱交 5に加えられる冷熱による下降気流の発生空間を確保することが でき、この下降気流を利用することによって迅速に定在波及び進行波を発生させるこ とができるようになる。  [0064] Conversely, when cooling the first stack 3a side and heating the second stack 3b side, the first stack 3a is provided above the center of the straight tube portion 2a. As a result, it is possible to secure a space for generating a downdraft due to the cold applied to the first low-temperature side heat exchange 5, and it is possible to quickly generate standing waves and traveling waves by using the downdraft. become able to.
[0065] カロえて、直線管部 2aの一端と連結管部 2bの一端とを連結したときのそれぞれの中 心軸の交点を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタック 3aの中 心が回路全長の 0. 28 ±0. 05の位置となるように設定したので、より迅速に自励に よる音波を発生させることができる。  When the end of the circuit is defined as the intersection of the respective central axes when one end of the straight tube portion 2a and one end of the connection tube portion 2b are connected, and the total circuit length is 1.00, Since the center of the stack 3a is set at 0.28 ± 0.05 of the entire circuit length, self-excited sound waves can be generated more quickly.
[0066] また、回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った作動流体の圧力変動が、第一の スタックの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二の ピークが存在する場合に、第二のスタック 3bの中心が第二のピークを過ぎた位置とな るように第二のスタック 3bを設けるようにしたので、第二のスタック 3bでの冷却効率や 加熱効率を高めることができるようになる。  When the total circuit length is 1.00, the pressure fluctuation of the working fluid along the circuit has a first peak near the first stack, and further at a position advanced by about 1Z2 of the total circuit length. When the second peak is present, the second stack 3b is provided so that the center of the second stack 3b is located at a position past the second peak. Cooling efficiency and heating efficiency can be improved.
[0067] 力！]えて、ループ管 2の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるため の音波発生装置 8を設けるようにしたので、自励による音波だけでなく音波発生装置 8からの強制振動によって、より迅速に定在波及び進行波を発生させることができるよ うになる。 [0067] Power! In order to generate standing waves and traveling waves on the outer circumference or inside the loop tube 2, Since the sound wave generator 8 is provided, the standing wave and the traveling wave can be generated more quickly by not only the self-excited sound wave but also the forced vibration from the sound wave generator 8.
[0068] また、第一のスタック 3aや第二のスタック 3bとして、図 4に示すように、順次外側へ 向かって内径を大きくした導通路 30を有するスタック 3cを用いるようにもしたので、ル ープ管 2内部における境界層近傍での導通路 30の内径を大きくすることができ、この 部分でのエネルギー交換を効率よく行うことができるようになる。  Further, as shown in FIG. 4, as the first stack 3a and the second stack 3b, a stack 3c having a conduction path 30 whose inner diameter is sequentially increased toward the outside is used. The inside diameter of the conduction path 30 in the vicinity of the boundary layer inside the loop pipe 2 can be increased, and energy can be efficiently exchanged in this portion.
[0069] また、第一のスタック 3aや第二のスタック 3bとして、図 5に示すように、順次外側へ 向かって内径を小さくした導通路を有するスタック 3dを用いるようにもしたので、ルー プ管 2内部における中心部分での導通路 30の内径を大きくすることができ、この部分 でのエネルギー交換を効率よくすることができるようになる。  Further, as shown in FIG. 5, as the first stack 3a and the second stack 3b, a stack 3d having a conduction path whose inner diameter is gradually reduced toward the outside is used. The inner diameter of the conduction path 30 at the central portion inside the pipe 2 can be increased, and the energy exchange at this portion can be efficiently performed.
[0070] また、第一のスタック 3aや第二のスタック 3bとして、図 6に示すように、蛇行した導通 路 30を有するスタック 3eを用いるようにしたので、作動流体とスタック 3dとの表面積を 大きく確保することができるため、作動流体との熱交換を助長させてより高い熱の出 力を行うことができるようになる。  [0070] Further, as shown in Fig. 6, a stack 3e having a meandering conduction path 30 is used as the first stack 3a and the second stack 3b, so that the surface area of the working fluid and the stack 3d is reduced. Since a large amount can be secured, heat exchange with the working fluid can be promoted, and higher heat output can be performed.
[0071] また、第一のスタック 3aや第二のスタック 3bとして、図 7に示すように、順次外側へ 向力つて短くした導通路を有するスタック 3fを用いるようにしたので、ループ管 2の境 界層に近い部分の導通路の流路長を短くすることができ、速度勾配を全体的に均一 にすることによって、熱交換器 4、 5、 6、 7を全体的に均一に加熱若しくは冷却するこ とができるようになる。  Further, as shown in FIG. 7, as the first stack 3a and the second stack 3b, stacks 3f each having a conduction path shortened by outward force are used. By shortening the flow path length of the conduction path near the boundary layer and making the velocity gradient overall uniform, the heat exchangers 4, 5, 6, and 7 can be uniformly heated or It can be cooled.
[0072] また、第一のスタック 3aや第二のスタック 3bの素材として、セラミタス、燒結金属、金 網、金属製不織布の少なくとも 1種力 なるものを用い、その ω τ ( ω：作動流体の角 周波数、 て：温度緩和時間）として 0. 2— 20の範囲となるように設定したので、より迅 速かつ効率良く自励〖こよる音波を発生させることができるようになる。 [0072] Further, as a material of the first stack 3a and the second stack 3b, a material having at least one force of ceramitas, sintered metal, wire mesh, and metal nonwoven fabric is used, and its ωτ ( ω : working fluid Since the angular frequency is set to fall within the range of 0.2 to 20 (temperature relaxation time), self-excited sound waves can be generated more quickly and efficiently.
[0073] また、図 9に示すように、このような熱音響装置 1を複数設け、一の熱音響装置 1に おける第二低温側熱交換器 7とこれ隣接する熱音響装置 1の第一低温側熱交換器 5 、もしくは、一の熱音響装置 1における第二高温側熱交 6とこれに隣接する熱音 響装置 1の第一高温側熱交 4とを連結するようにしたので、順次隣接する熱音響 装置 1ごとに第一のスタック 3a内の温度勾配を大きくすることができ、末端側の熱音 響装置 1でより高 、熱や冷熱を出力することができるようになる。 Further, as shown in FIG. 9, a plurality of such thermoacoustic devices 1 are provided, and the second low-temperature side heat exchanger 7 in one thermoacoustic device 1 and the first Because the low-temperature side heat exchanger 5 or the second high-temperature side heat exchange 6 in one thermoacoustic apparatus 1 is connected to the first high-temperature side heat exchange 4 in the adjacent thermoacoustic apparatus 1, Sequentially adjacent thermoacoustics The temperature gradient in the first stack 3a can be increased for each device 1, and higher heat and cold can be output from the thermoacoustic device 1 on the terminal side.
[0074] なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなぐ種々の形態で実施すること ができる。 [0074] The present invention can be embodied in various forms without being limited to the above embodiment.
[0075] 例えば、上記実施の形態にお!、ては、左右対称形となるループ管 2を設けるように しているが、これに限らず、不規則に蛇行するループ管を用いるようにしても良い。こ の場合、最も長い直線管部に音波の発生源となる第一のスタック 3aを設けるようにす ると良い。  [0075] For example, in the above embodiment, the loop tube 2 having a bilaterally symmetric shape is provided. However, the present invention is not limited to this, and an irregular meandering loop tube may be used. Is also good. In this case, it is preferable to provide the first stack 3a serving as a sound source in the longest straight tube portion.
[0076] また、上記実施の形態にお!、ては、鉛直方向に沿った直線管部 2aを設けるように しているが、これに限らず、若干地面に対して傾斜するような直線管部を設けるように しても良い。  Further, in the above embodiment, the straight tube portion 2a is provided along the vertical direction. However, the present invention is not limited to this, and the straight tube portion may be slightly inclined with respect to the ground. A part may be provided.
[0077] また、上記第一のスタック 3aや第二のスタック 3bの位置については、上記設定され た条件に限定されることなぐ種々の実験などにおいて適切な場所に設置するように しても良い。  [0077] The positions of the first stack 3a and the second stack 3b may be set at appropriate locations in various experiments and the like without being limited to the set conditions. .
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0078] [図 1]本発明の一実施の形態を示す熱音響装置の概略図 FIG. 1 is a schematic diagram of a thermoacoustic apparatus showing one embodiment of the present invention.
[図 2]同形態におけるループ管の角部の拡大図  FIG. 2 is an enlarged view of a corner of a loop tube in the same embodiment.
[図 3]他の実施の形態におけるループ管の角部の形状を示す図  FIG. 3 is a diagram showing a shape of a corner of a loop tube according to another embodiment.
[図 4]他の実施の形態におけるスタックの形状を示す図  FIG. 4 is a diagram showing a shape of a stack according to another embodiment.
[図 5]他の実施の形態におけるスタックの形状を示す図  FIG. 5 is a diagram showing a shape of a stack according to another embodiment.
[図 6]他の実施の形態におけるスタックの形状を示す図  FIG. 6 is a view showing a shape of a stack according to another embodiment.
[図 7]他の実施の形態におけるスタックの形状を示す図  FIG. 7 is a diagram showing a shape of a stack according to another embodiment.
[図 8]音波発生装置を設けた熱音響装置の概略図  FIG. 8 is a schematic diagram of a thermoacoustic apparatus provided with a sound wave generator.
[図 9]音響暖房装置を連結させた音響暖房システムの概略図  FIG. 9 is a schematic diagram of an acoustic heating system in which acoustic heating devices are connected.
[図 10]他の実施の形態における熱音響装置の概略図  FIG. 10 is a schematic diagram of a thermoacoustic apparatus according to another embodiment.
符号の説明  Explanation of symbols
[0079] 1 · · ·熱音響装置 [0079] 1 · · · Thermoacoustic device
2 · · ·ループ管 a- ··直線管部b · ··連結管部2 · · · Loop tube a- ... straight tube b ...
0b '···角部0b '
a- ··第一のスタックb- ··第二のスタックc- • 'スタックa- ··· First stack b- ··· Second stack c- • 'Stack
d· • 'スタックd • • 'stack
e- • ·スタックe- • stack
f" • 'スタックf "• 'Stack
0· ··導通路0
·· •第一高温側熱交換器·· •第一低温側熱交換器 · · •第二高温側熱交換器 " •第二低温側熱交換器·· •音波発生装置·· •気体注入装置00 '. · '熱音響システム • • First high-temperature side heat exchanger • • First low-temperature side heat exchanger • • • Second high-temperature side heat exchanger "• Second low-temperature side heat exchanger • • Sound wave generator • • Gas injection Device 00 '. ·' Thermoacoustic system

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] ループ管の内部に、第一高温側熱交換器と第一低温側熱交換器に挟まれた第一 のスタックと、第二高温側熱交^^と第二低温側熱交^^に挟まれた第二のスタック とを具備してなり、前記第一高温側熱交 を加熱することによって自励による定在 波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換 器を冷却し、又は Z及び、前記第一低温側熱交換器を冷却することによって自励に よる定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二高温 側熱交換器を加熱する熱音響装置であって、  [1] Inside the loop tube, the first stack sandwiched between the first high-temperature heat exchanger and the first low-temperature heat exchanger, the second high-temperature heat exchange ^^ and the second low-temperature heat exchange ^ , And a self-excited standing wave and a traveling wave are generated by heating the first high-temperature heat exchange, and the standing wave and the traveling wave generate the self-excited standing wave and the traveling wave. By cooling the second low-temperature side heat exchanger or by cooling Z and the first low-temperature side heat exchanger, a standing wave and a traveling wave by self-excitation are generated, and the standing wave and the traveling wave are used. A thermoacoustic apparatus for heating the second high-temperature side heat exchanger,
前記ループ管を、地面に対して起立する複数の直線管部と、この直線管部よりも短 く構成された連結管部とを設けて構成し、前記第一のスタックを、当該複数の直線管 部のうち最も長い直線管部に設けるようにしたことを特徴とする熱音響装置。  The loop pipe is provided by providing a plurality of straight pipe sections that stand up with respect to the ground and a connecting pipe section that is configured to be shorter than the straight pipe section, and the first stack is formed by the plurality of straight pipe sections. A thermoacoustic device characterized in that the thermoacoustic device is provided in the longest straight tube portion among the tube portions.
[2] 前記直線管部と連結管部の長さをそれぞれ La、 Lbとした場合、  [2] When the lengths of the straight tube portion and the connection tube portion are respectively La and Lb,
1 : 0. 01≤La:Lb<l : l  1: 0.01 ≤La: Lb <l: l
の範囲内に設定されるものである請求項 1に記載の熱音響装置。  2. The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the thermoacoustic apparatus is set within a range of:
[3] 前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を 発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器を冷却する請 求項 1に記載の熱音響装置であって、前記第一のスタックを前記直線管部の中心よ りも下方に設けた熱音響装置。  [3] A request to generate a self-excited standing wave and a traveling wave by heating the first high temperature side heat exchanger, and to cool the second low temperature side heat exchanger by the standing wave and the traveling wave. Item 2. The thermoacoustic device according to Item 1, wherein the first stack is provided below a center of the straight tube portion.
[4] 前記第一低温側熱交換器を冷却することによって自励による定在波及び進行波を 発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二高温側熱交換器を加熱する請 求項 1に記載の熱音響装置であって、前記第一のスタックを前記直線管部の中心よ りも上方に設けた熱音響装置。  [4] A request for generating a self-excited standing wave and a traveling wave by cooling the first low-temperature side heat exchanger, and heating the second high-temperature side heat exchanger with the standing wave and the traveling wave. Item 2. The thermoacoustic device according to Item 1, wherein the first stack is provided above a center of the straight tube portion.
[5] 直線管部の一端と連結管部の一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の交点を 回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタックの中心が回路全長の 0 . 28±0. 05の位置となるようにした請求項 1に記載の熱音響装置。  [5] When one end of the straight tube portion and one end of the connection tube portion are connected to each other, the intersection of the respective central axes is the starting point of the circuit. 2. The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the thermoacoustic apparatus is positioned at 0.28 ± 0.05 of the entire length.
[6] 回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った作動流体の圧力変動が、第一のスタツ クの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二のピーク が存在する場合に、前記第二のスタックの中心が前記第二のピークを過ぎた位置と なるように第二のスタックを設けた請求項 1に記載の熱音響装置。 [6] Assuming that the total circuit length is 1.00, the pressure fluctuation of the working fluid along the circuit has a first peak near the first stack and a second peak at a position about 1Z2 ahead of the entire circuit length. When there are two peaks, the center of the second stack is located past the second peak. 2. The thermoacoustic device according to claim 1, wherein a second stack is provided.
[7] 前記ループ管の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるための音 波発生装置を設けた請求項 1に記載の熱音響装置。 7. The thermoacoustic device according to claim 1, wherein a sound wave generator for generating a standing wave and a traveling wave is provided on an outer peripheral portion or inside the loop tube.
[8] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックが、順次外側へ向かって内径を 大きくした導通路を有するものである請求項 1に記載の熱音響装置。 [8] The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the first stack or Z and the second stack have conduction paths whose inner diameters are sequentially increased outward.
[9] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックが、順次外側へ向かって内径を 小さくした導通路を有するものである請求項 1に記載の熱音響装置。  [9] The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the first stack or Z and the second stack have conduction paths whose inner diameters are sequentially reduced outward.
[10] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックが、蛇行した導通路を有するもの である請求項 1に記載の熱音響装置。  [10] The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the first stack or Z and the second stack have meandering conduction paths.
[11] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックが、順次外側へ向かって流路長 を短くした導通路を有するものである請求項 1に記載の熱音響装置。  [11] The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein the first stack or Z and the second stack have conduction paths whose flow path lengths are sequentially reduced outward.
[12] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックの材質力 セラミタス、燒結金属、 金網、金属製不織布の少なくとも 1種力 なるものであり、その ω τ ( ω：作動流体の 角周波数、 τ：温度緩和時間）が 0. 2— 20の範囲となるように構成された請求項 1に 記載の熱音響装置。 [12] The material strength of the first stack or Z and the second stack is at least one force of ceramitas, sintered metal, wire mesh, and metal non-woven fabric, and ω τ ( ω : angle of working fluid) 2. The thermoacoustic apparatus according to claim 1, wherein a frequency (τ: temperature relaxation time) is in a range of 0.2 to 20.
[13] 請求項 1から 12のいずれかに記載の熱音響装置を複数設け、一の熱音響装置に おける第二低温側熱交^^とこれに隣接する熱音響装置の第一低温側熱交 を 連結し、もしくは、一の熱音響装置における第二高温側熱交^^とこれに隣接する 熱音響装置の第一高温側熱交換器を連結してなる熱音響システム。  [13] A plurality of thermoacoustic apparatuses according to any one of claims 1 to 12, wherein a second low-temperature side heat exchange in one thermoacoustic apparatus and a first low-temperature side heat exchange of a thermoacoustic apparatus adjacent thereto are provided. A thermoacoustic system in which the heat exchange is connected, or the second high-temperature heat exchange of one thermoacoustic device is connected to the first high-temperature heat exchanger of the adjacent thermoacoustic device.
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