WO2021084868A1 - 熱音響装置 - Google Patents
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
Definitions
- the disclosed embodiment relates to a thermoacoustic device.
- thermoacoustic device that converts thermal energy into acoustic energy by the thermoacoustic effect, which is an interaction between heat and sound waves, and converts acoustic energy into other energy such as electric energy.
- thermoacoustic generator in which a generator that generates heat in response to a generated traveling wave and a thermoacoustic generator that takes out cold heat by reversing a heat radiating unit and a heating unit is provided in a loop tube is disclosed (for example, Patent Document 1). reference).
- the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy may be low.
- the efficiency of converting thermal energy into sound energy is low, and the sound wave is self-excited. It becomes difficult for vibration to be established.
- thermoacoustic device that improves the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy.
- the thermoacoustic device includes a loop-shaped waveguide and a heat exchanger.
- the loop-shaped waveguide is filled with a medium.
- the heat exchanger is provided in the waveguide and is provided in the low temperature part, the high temperature part, and between the low temperature part and the high temperature part, and holds the temperature gradient generated between the low temperature part and the high temperature part.
- the temperature gradient holder includes a plurality of linear thermal conductors.
- the thermoacoustic device includes a loop-shaped waveguide and a heat exchanger.
- the loop-shaped waveguide is filled with a medium.
- the heat exchanger is provided in the waveguide and is provided in the low temperature part, the high temperature part, and between the low temperature part and the high temperature part, and holds the temperature gradient generated between the low temperature part and the high temperature part.
- the temperature gradient holding portion includes a plurality of first plate-shaped fins.
- the efficiency of converting thermal energy into sound energy can be improved.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a thermoacoustic device according to an embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a heat exchanger included in a thermoacoustic device.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of a temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of a temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of each of a plurality of linear heat conductors included in the temperature gradient holding portion.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of a first high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 7A is a diagram showing an example of a first high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 7B is a diagram showing an example of joining a first high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger and a plurality of linear heat conductors included in the temperature gradient holding portion.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a second high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a second high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of a third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 12 shows an example of joining the temperature gradient holding portion included in the heat exchanger and the first high temperature portion, the second high temperature portion, and the third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger. It is a figure.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of a temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- FIG. 14 is a diagram showing an example of a temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of each of the plurality of first plate-shaped fins included in the temperature gradient holding portion.
- FIG. 16 is a diagram showing an example of a first high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 17 is a diagram showing an example of a first high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 18 is a diagram showing an example of a second high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 19 is a diagram showing an example of a second high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 20 is a diagram showing an example of a third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 21 is a diagram showing an example of a third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger.
- FIG. 22 shows an example of joining the temperature gradient holding portion included in the heat exchanger and the first high temperature portion, the second high temperature portion, and the third high temperature portion included in the high temperature portion included in the heat exchanger. It is a figure.
- FIG. 23 is a diagram showing another example of the temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- FIG. 24 is a diagram showing another example of the temperature gradient holding portion included in the heat exchanger.
- thermoacoustic apparatus disclosed in the present application will be described in detail with reference to the attached drawings.
- the present invention is not limited to the embodiments shown below.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a thermoacoustic device 1 according to an embodiment.
- the front side is the positive direction in the Z-axis direction in the direction orthogonal to the paper surface
- the longitudinal direction and the lateral direction of the thermoacoustic device 1 are the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Shows a three-dimensional Cartesian coordinate system.
- thermoacoustic device 1 converts thermal energy into acoustic energy of sound waves by thermoacoustic effect, converts acoustic energy of sound waves into other energy such as electric energy, or cools heat from acoustic energy of generated sound waves. It is a device to take out.
- the thermoacoustic effect is the interaction between heat and sound waves.
- the thermoacoustic device 1 includes a waveguide 2, a heat exchanger 3, an exciter 7, and a converter 8.
- the waveguide 2 is filled with gas G.
- the gas G is, for example, air, nitrogen (N 2 ), helium (He), argon (Ar), hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), or the like.
- the waveguide 2 is configured to seal the gas G inside.
- the pressure of the gas G filled in the waveguide 2 is, for example, 1 atm (1013.25 hPa) or more and less than 100 atm (101325 hPa).
- the pressure of the gas G filled in the waveguide 2 is 1 atm, it is not necessary to improve the airtightness of the waveguide 2.
- the waveguide 2 is a loop-shaped waveguide without a reflective wall.
- the waveguide 2 has, for example, the shape of a single loop as shown in FIG.
- the waveguide 2 can change the resonance frequency of the sound wave generated in the gas G by changing its length.
- the phase of the temperature change of the gas G caused by the heat conduction between the heat exchanger 3 and the gas G is set with respect to the phase of the movement (transfer) of the gas G by the sound wave generated in the gas G. It is delayed by the amount corresponding to the rate of temperature rise or fall of the medium. Accordingly, the phase of the pressure change of the sound wave of the gas G is delayed by 0 ° to 90 ° from the phase of the pressure change of the gas G when there is no temperature change.
- thermoacoustic device 1 when the waveguide 2 has a reflective wall, the resonance of the sound wave having the phase delay of the pressure is hindered by interposing the temperature change generated in the gas G, and the amplitude of the sound wave generated in the gas G. Will be reduced.
- the waveguide 2 has the shape of a loop without a reflection wall, so that the resonance of the sound wave generated in the gas G can be stabilized. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can improve the output of the acoustic energy of the sound wave.
- the length of the waveguide 2 is an integral multiple of the resonance wavelength of the sound wave generated in the gas G.
- the length of the waveguide 2 is set so that, for example, in the case of a small system, the resonance frequency of the sound wave generated in the gas G is 1 m or less.
- the waveguide 2 is, for example, a hollow waveguide having a circular or square cross section. By increasing the diameter of the cross section of the waveguide 2, the output of sound wave acoustic energy can be increased.
- the waveguide 2 is formed of, for example, a metal such as stainless steel (SUS) or a plastic such as vinyl chloride.
- SUS stainless steel
- plastic such as vinyl chloride.
- the heat exchanger 3 transfers heat to the gas G filled in the waveguide 2.
- the heat exchanger 3 heats / cools the gas G according to the phase of advection of sound waves.
- the length of the heat exchanger 3 in the direction in which the waveguide 2 extends (X-axis direction) is preferably, for example, greater than or equal to the amplitude of the sound wave generated in the gas G and not more than 1/20 of the wavelength of the sound wave, for example, 1 to 5 cm.
- the heat exchanger 3 is provided in the waveguide 2.
- the heat exchanger 3 includes a low temperature section 4, a high temperature section 5, and a temperature gradient holding section 6.
- the low temperature section 4 is a member contained in the heat exchanger 3 that maintains a relatively low temperature.
- the high temperature section 5 is a member included in the heat exchanger 3 that maintains a relatively high temperature.
- the relatively low temperature and the relatively high temperature are based on the contrast between the temperature of the low temperature portion 4 and the temperature of the high temperature portion 5. That is, the temperature of the high temperature portion 5 is higher than the temperature of the low temperature portion 4.
- a temperature gradient is generated between the low temperature portion 4 and the high temperature portion 5.
- the acoustic energy of sound waves converted from thermal energy by increasing the difference between the temperature of the low temperature section 4 and the temperature of the high temperature section 5, that is, by increasing the temperature gradient between the low temperature section 4 and the high temperature section 5. Can be increased.
- the low temperature section 4 and the high temperature section 5 are connected to a heat source having a relatively low temperature and a heat source having a relatively high temperature, respectively.
- the heat source at a relatively low temperature may be, for example, a refrigerant such as water supplied to the pipe.
- the heat source at a relatively high temperature may be a heating medium such as hot water supplied to the pipe.
- One of the relatively low temperature heat source and the relatively high temperature heat source may be, for example, air at room temperature.
- the temperature gradient holding portion 6 is a member that holds the temperature gradient generated between the low temperature portion 4 and the high temperature portion 5.
- the temperature gradient holding portion 6 is provided between the low temperature portion 4 and the high temperature portion 5.
- the temperature gradient holding unit 6 generates and amplifies sound waves in the gas G by the temperature gradient generated between the low temperature unit 4 and the high temperature unit 5.
- the exciter 7 generates a sound wave in the gas G at a predetermined frequency.
- the exciter 7 is provided in the waveguide 2 so as to seal the gas G.
- the pressure of the gas G is caused by the reciprocating motion of the piston inserted in the cylinder provided so as not to change the acoustic impedance of the waveguide 2. Is configured to vibrate.
- the converter 8 converts the acoustic energy of the sound wave generated in the gas G into a predetermined energy and extracts the predetermined energy.
- the converter 8 may be, for example, a generator that generates electricity by converting the acoustic energy of sound waves generated in the gas G into electrical energy.
- the thermoacoustic device 1 can generate electricity by using, for example, the heat supplied from the heat source to the heat exchanger 3.
- the converter 8 is, for example, a cooler (heat exchanger for cooling) that lowers the temperature of the medium in contact with the converter 8 by converting the acoustic energy of the sound wave generated in the gas G into the heat energy of cooling.
- the thermoacoustic device 1 can cool the medium by using, for example, the heat supplied from the heat source to the heat exchanger 3.
- thermoacoustic device 1 for example, the gas G filled in the waveguide 2 is vibrated at a predetermined resonance frequency by the exciter 7.
- the vibrating gas G moves from the low temperature side to the high temperature side of the temperature gradient holding portion 6 in the heat exchanger 3.
- the gas G is heated and expanded by the temperature gradient held by the temperature gradient holding unit 6.
- the vibrating gas G moves from the high temperature side to the low temperature side of the temperature gradient holding unit 6 in the heat exchanger 3.
- the gas G is cooled and contracted by the temperature gradient held by the temperature gradient holding unit 6.
- the sound wave of the gas G filled in the waveguide 2 is amplified by the repeated expansion and contraction of the gas G in the heat exchanger 3, and the heat energy is converted into the sound energy of the sound wave of the gas G.
- the sound wave generated in the gas G filled in the waveguide 2 by the exciter 7 can be excited at a predetermined resonance frequency.
- the sound wave generated in the gas G is amplified and resonates by the heat exchanger 3 in the waveguide 2.
- the converter 8 converts the acoustic energy of the sound wave generated in the gas G into a predetermined energy and extracts the predetermined energy.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a heat exchanger 3 included in the thermoacoustic device 1.
- the heat exchanger 3 includes, for example, a low temperature portion 4, a high temperature portion 5, a temperature gradient holding portion 6, a first heat conductive member 11, and a second heat conductive member 12.
- the low temperature section 4 includes, for example, a first low temperature section 4a, a second low temperature section 4b, and a third low temperature section 4c.
- the high temperature section 5 includes, for example, a first high temperature section 5a, a second high temperature section 5b, and a third high temperature section 5c.
- the configuration of the temperature gradient holding unit 6 will be described later.
- a third low temperature section 4c, a second low temperature section 4b, a first low temperature section 4a, a temperature gradient holding section 6, a first high temperature section 5a, a second high temperature section 5b, and a third The high temperature part 5c of the above is joined.
- the first heat conductive member 11 is joined to the third low temperature portion 4c.
- the second heat conductive member 12 is joined to the third high temperature portion 5c.
- the low temperature part 4 has the same or similar structure as the high temperature part 5. Specifically, the structure of the first low temperature portion 4a has the same or similar structure as the structure of the first high temperature portion 5a. The structure of the second low temperature portion 4b has the same or similar structure as the structure of the second high temperature portion 5b. The structure of the third low temperature portion 4c has the same or similar structure as the structure of the third high temperature portion 5c. The configuration of the first high temperature portion 5a, the configuration of the second high temperature portion 5b, and the configuration of the third high temperature portion 5c will be described later.
- Each of the first heat conductive members 11 is connected to a heat source having a relatively low temperature as described above.
- the first heat conductive member 11 is joined to a portion including the central portion of the third low temperature portion 4c to change the temperature of the third low temperature portion 4c.
- the first heat conductive member 11 sets the temperature of the third low temperature portion 4c, the second low temperature portion 4b, and the first low temperature portion 4a, that is, the temperature of the low temperature portion 4 relatively low. Keep in.
- the second heat conductive member 12 is connected to a heat source having a relatively high temperature as described above.
- the second heat conductive member 12 is joined to a portion including the central portion of the third high temperature portion 5c to change the temperature of the third high temperature portion 5c.
- the second heat conductive member 12 raises the temperature of the third high temperature portion 5c, the second high temperature portion 5b, and the first high temperature portion 5a, that is, the temperature of the high temperature portion 5 to a relatively high temperature. Maintain to.
- the first heat conductive member 11 is made of metal, for example. In this case, the thermal conductivity of the first heat conductive member 11 can be improved.
- the metal forming the first heat conductive member 11 is, for example, copper. In this case, the cost of the first heat conductive member 11 can be reduced, and the amount of heat conduction can be increased.
- the second heat conductive member 12 has the same or similar structure as the structure of the first heat conductive member 11. When each of the first heat conductive member 11 and the second heat conductive member 12 is made of metal, the joining of the first heat conductive member 11 to the third low temperature portion 4c and the third high temperature portion A solder or a laser may be used to join the second heat conductive member 12 to 5c.
- the temperature gradient holding portion of the heat exchanger usually has a honeycomb shape having a plurality of pores or a lattice shape having a plurality of pores.
- Each of the low temperature part and the high temperature part of the heat exchanger has a honeycomb shape having a plurality of pores or a lattice shape having a plurality of pores, which is equivalent to the honeycomb shape or the lattice shape of the temperature gradient holding part. ..
- the honeycomb-shaped or lattice-shaped pores of the temperature gradient holding part and the honeycomb-shaped or lattice-shaped pores of the low-temperature part and the high-temperature part overlap each other. Is placed in.
- the gas passes through the low temperature part, the temperature gradient holding part, and the high temperature part of the heat exchanger, the gas is formed in the pores of the low temperature part, the pores of the temperature gradient holding part, and the high temperature part. It will pass through the pores. As a result, the dynamic viscous resistance of the gas increases.
- the temperature gradient retainer is typically manufactured by extrusion so as to have a honeycomb shape with a plurality of pores or a grid shape with a plurality of pores.
- a temperature gradient holding portion is formed by stacking thin metal plates punched out from honeycomb-shaped or lattice-shaped pores.
- the surface forming the honeycomb-shaped pores or the lattice-shaped pores of the temperature gradient holding part is usually formed. It has a relatively large surface roughness. As a result, the dynamic viscous resistance of the gas is further increased.
- a metal thin plate having punched out honeycomb-shaped or lattice-shaped pores is stacked to form a temperature gradient holding portion, the thermal conductivity of the temperature gradient holding portion becomes high, and it is difficult to maintain an appropriate temperature gradient. Met.
- the heat exchanger in a place where the velocity of the gas is relatively high in the waveguide, but as described above, the dynamic viscous resistance of the gas increases, so that heat is generated. It may be difficult to move the gas efficiently in the exchanger, and the energy loss due to the dynamic viscous resistance may be large. There is also a problem that the temperature gradient cannot be kept high.
- the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves may be low.
- the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves may be low.
- the loss due to viscous resistance becomes relatively large, and the temperature gradient becomes low and the efficiency is low. May become.
- the index relating to the dynamic viscous resistance of the gas G is ⁇ ⁇ (d / 2) 2 / 2 ⁇ , which kinematic viscosity resistance decreases when more than about several tens of large, the amplitude of vibration of the gas G is The reduction is suppressed.
- This index can be calculated using equation (1).
- ⁇ is the kinematic viscosity coefficient of the gas G, and is defined by the ratio of the viscosity coefficient ⁇ of the gas G to the density ⁇ , ⁇ / ⁇ .
- the Prandtl number is about 0.6 to 0.7 regardless of the type of gas G, and is 0.67 in the case of air. Therefore, when the heat conductor forms honeycomb-shaped pores or lattice-shaped pores, the index related to the dynamic viscous resistance is about 5 from the equation (3), and ⁇ is kept at the optimum value. It can be seen that a large dynamic viscous resistance is generated in the state of being.
- the index of equation (3) is derived from the theoretical equation of the fluid in which the gas G has a velocity of 0 on the wall of the heat conductor. Since the surface forming the honeycomb-shaped pores or the lattice-shaped pores of the conventional temperature gradient holding portion has a relatively large surface roughness, it is close to the situation considered by the theoretical formula, but this roughness is reduced. If the gas G can slide on the surface of the pores and the viscosity coefficient ⁇ of the gas G can be effectively reduced, the index related to the dynamic viscous resistance can be increased.
- FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an example of the temperature gradient holding unit 6 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 4 shows a cross section of the temperature gradient holding portion 6 along the line AA in FIG.
- the temperature gradient holding portion 6 has a substantially cylindrical shape, for example, when the cross section of the waveguide 2 is circular.
- the temperature gradient holding unit 6 includes a frame body 65-1 having a substantially cylindrical shape.
- the temperature gradient holding unit 6 includes a plurality of linear heat conductors 60-1.
- the plurality of linear thermal conductors 60-1 are, for example, both ends of the temperature gradient holding portion 6 so as to be parallel to each other in a direction parallel to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6. It is stretched in between.
- Each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 has a surface orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6, and is in contact with the gas G on this surface.
- the temperature gradient holding portion 6 includes a plurality of linear thermal conductors 60-1, when the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6, the gas G is changed. It passes through the gaps between the plurality of linear thermal conductors 60-1.
- the dynamic viscous resistance of the gas G in the temperature gradient holding portion 6 is controlled by the conventional honeycomb-shaped or lattice-shaped temperature gradient holding portion having a plurality of pores, or the temperature gradient composed of a plurality of parallel flat plate fins. It can be reduced as compared with the holding portion. As a result, it is possible to reduce a decrease in the speed of the gas G passing through the temperature gradient holding unit 6.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- thermoacoustic device 1 even when a heat source at room temperature and a heat source having a temperature of 100 ° C. or lower are connected to the low temperature section 4 and the high temperature section 5, respectively, the temperature provided between the low temperature section 4 and the high temperature section 5 is provided.
- the dynamic viscous resistance of the gas G in the gradient holding portion 6 can be reduced. Therefore, the thermoacoustic device 1 can efficiently utilize heat from a heat source having a temperature of 100 ° C. or lower, for example, waste heat, for example, for power generation or cooling.
- the distance d (60-1) between the plurality of linear heat conductors 60-1 as shown in FIG. 3 is for improving the heat conduction from the plurality of linear heat conductors 60-1 to the gas G. , 1.0 mm or less.
- the distance d (60-1) between the plurality of linear thermal conductors 60-1 is preferably 0.2 mm or more and 0.4 mm or less, for example, about 0.3 mm.
- the diameter r (60-1) of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 as shown in FIG. 3 is 0.1 mm or less, for example, about 0.08 mm.
- the length w (60-1) of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6 as shown in FIG. 4 is 7 mm or more and 20 mm or less. For example, it is about 10 mm. In this case, by obtaining the amplitude of the effective magnitude of the sound wave, it is possible to obtain the effective output of the acoustic energy of the sound wave converted from the thermal energy of the temperature gradient holding unit 6.
- the frame body 65-1 is integrated with the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a described later.
- each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 is one of the directions of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6. At the end of, it is joined to the first high temperature portion 5a described later, and at the other end, it is joined to the first low temperature portion 4a.
- Each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 is formed of, for example, a metal material having a low thermal conductivity and easy to form a linear shape.
- the thermal conductivity of the material forming each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 is, for example, 5 Wm -1 ⁇ K -1 or more and 30 Wm -1 ⁇ K -1 or less. In this case, the thermal conductivity of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the reduction of the temperature gradient in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the temperature gradient holding section 6 can satisfactorily hold the temperature gradient generated between the low temperature section 4 and the high temperature section 5.
- the metal forming each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 is represented by, for example, a nickel-chromium alloy.
- a nickel-chromium alloy in the direction of the central axis (X-axis direction) in each of the plurality of linear heat conductors 60-1 with respect to the heat transfer from each of the plurality of linear heat conductors 60-1 to the gas G.
- the heat conduction of can be satisfactorily reduced. Therefore, the temperature gradient holding unit 6 can improve the heat transfer from the plurality of linear heat conductors 60-1 to the gas G. Accordingly, the temperature gradient holding section 6 can easily hold a desired temperature gradient between the low temperature section 4 and the high temperature section 5.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 included in the temperature gradient holding unit 6.
- each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 has a sharp end 61-1.
- each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 has sharp ends 61-1 at both ends in the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6.
- the sharp end portion 61-1 is an end portion having an apex in a cross section perpendicular to the surface in contact with the gas G in each of the plurality of linear thermal conductors 60-1.
- each of the plurality of linear heat conductors 60-1 has a sharp end portion 61-1
- the gas G has a plurality of linear heats. It passes through a sharp end 61-1 near each end of the conductor 60-1.
- the gas G and the linear heat conductor 60-1 become slippery on the surface of each of the linear heat conductors 60-1 in contact with the gas G, so that the movement of the gas G in the temperature gradient holding portion 6 The viscous resistance can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G near each end of the plurality of linear thermal conductors 60-1. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the surface of the plurality of linear thermal conductors 60-1 perpendicular to the direction of the central axis (X-axis direction) has a mirror surface 62-1.
- each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 has a mirror surface 62-on a surface orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6, that is, a surface in contact with the gas G.
- the mirror surface 62-1 is a surface having a surface roughness (arithmetic mean roughness Sa) of, for example, 0.02 ⁇ m or less.
- thermoacoustic device 1 when each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 has a mirror surface 62-1, when the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6, the gas G is plural. It passes between the mirror surfaces 62-1 contained in the linear thermal conductor 60-1 of the above. As a result, the gas G can be slid and passed near the surface of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 in contact with the gas G. As a result, the dynamic viscous resistance of the gas G in the temperature gradient holding portion 6 can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G near the surface of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 included in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- FIGS. 6 and 7A are diagrams showing an example of a first high temperature portion 5a included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 7A shows a cross section of the first high temperature portion 5a along the line AA in FIG.
- the first high temperature portion 5a has, for example, a substantially cylindrical shape having a substantially circular cross section.
- the first high temperature portion 5a includes a frame body 55a-1 having a substantially cylindrical shape.
- the first high temperature portion 5a includes a plurality of plate-shaped fins 50a-1. As will be described later, the plurality of plate-shaped fins 50a-1 are joined to the plurality of linear heat conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6.
- the plurality of plate-shaped fins 50a-1 have normals in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high-temperature portion 5a, and are parallel to each other. Has. Each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 comes into contact with the gas G having a normal in the direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a. Has a surface.
- the distance d (50a-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 as shown in FIG. 6 is the distance d (60-1) of the plurality of linear thermal conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6. ) Is larger than.
- the distance d (50a-1) between the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is 3 times or more and 5 times or less the distance d (60-1) between the plurality of linear thermal conductors 60-1, for example, 1.6 mm. Degree.
- the distance d (50a-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is larger than the distance d (60-1) of the plurality of linear heat conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6.
- the gas G passes through the first high temperature portion 5a, the gas G is between the plurality of plate-shaped fins 50a-1 which is larger than the gap between the plurality of linear heat conductors 60-1. Pass through the gap.
- the first higher temperature portion than the gas G passing through the temperature gradient holding portion 6 It is possible to reduce the decrease in the velocity of the gas G passing through 5a.
- the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the first high temperature portion 5a is reduced as compared with the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6.
- the dynamic viscous resistance of the gas G when it passes through the first high temperature portion 5a is roughly inversely proportional to the square of the interval d (50a-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the first high temperature portion 5a. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 as shown in FIG. 6 is the diameter of each of the plurality of linear heat conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6. Greater than t (60-1).
- the thickness t (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is twice or more and three times or less the diameter t (60-1) of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1. For example, it is about 0.2 mm.
- the thickness t (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is the diameter r (60-1) of each of the plurality of linear heat conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6.
- the thermal conductivity of the first high temperature portion 5a can be improved.
- the temperature distribution at the end of the first high temperature portion 5a on the side of the temperature gradient holding portion 6 can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the first high temperature portion 5a to the temperature gradient holding portion 6 can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is the diameter t (60-1) of each of the plurality of linear thermal conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6.
- the plurality of plate-shaped fins 50a-1 can more reliably hold the plurality of linear thermal conductors 60-1 joined to the plurality of plate-shaped fins 50a-1. ..
- the first high temperature portion 5a can more reliably hold the temperature gradient holding portion 6.
- the length w (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a as shown in FIG. 7A is 3 mm or more and 5 mm or less. For example, it is about 4 mm.
- the frame body 55a-1 is integrated with the frame body 65-1 of the temperature gradient holding portion 6.
- each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 starts from the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a. It has a protruding protrusion.
- the length w'(55a-1) of the convex portion protruding from the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a is 2 mm or more and 4 mm or less. For example, it is about 2 mm.
- the convex portion of the first high temperature portion 5a protruding from the frame body 55a-1 is joined to the second high temperature portion 5b as described later.
- each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 is in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a. At one end, it is joined to the second high temperature part 5b, which will be described later, and at the other end, it is joined to the temperature gradient holding part 6.
- the plurality of plate-shaped fins 50a-1 are a plurality of connecting portions for joining at least a part of the plurality of linear thermal conductors 60-1 included in the temperature gradient holding portion 6. It has 51a-1.
- Each of the plurality of connecting portions 51a-1 included in the plurality of plate-shaped fins 50a-1 connects a portion having a length w'(60-1) from the end of the temperature gradient holding portion 6 as shown in FIG. It is provided to do so.
- the length w (51a-1) of the connecting portion 51a-1 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a as shown in FIGS. 7A and 7B is a temperature gradient as shown in FIG.
- the temperature gradient in the direction of the central axis of the holding portion 6 (X-axis direction) is substantially equal to the length w'(60-1) of the convex portion protruding from the frame body 65-1 of the holding portion 6.
- a plurality of plate-shaped fins 50a-1 can be joined to a plurality of linear thermal conductors 60-1.
- the thermal conductivity from the first high temperature portion 5a to the temperature gradient holding portion 6 can be improved.
- the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- a solder or a laser may be used for joining the plurality of linear thermal conductors 60-1 and the connecting portion 51a-1.
- the plurality of plate-shaped fins 50a-1 can more reliably hold the plurality of linear heat conductors 60-1 joined to the plurality of plate-shaped fins 50a-1.
- the first high temperature portion 5a can more reliably hold the temperature gradient holding portion 6.
- Each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 preferably has a sharp end.
- each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 has sharp ends at both ends in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a.
- the sharp end is an end having an apex in a cross section perpendicular to the surface in contact with the gas G in each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1.
- each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 has a sharp end portion
- the gas G passes through the first high temperature portion 5a
- the gas G is subjected to the plurality of plate-shaped fins 50a-. It passes through a sharp end near each end of 1.
- it is possible to reduce a decrease in the velocity of the gas G in the vicinity of each end of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- the dynamic viscous resistance of the gas G in the first high temperature portion 5a can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G near each end of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- FIGS. 8 and 9 are diagrams showing an example of a second high temperature portion 5b included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 9 shows a cross section of the second high temperature portion 5b along the line AA in FIG.
- the second high temperature portion 5b has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the second high temperature portion 5b includes a frame body 55b-1 having a substantially cylindrical shape.
- the second high temperature portion 5b includes a plurality of first lattice-shaped fins 50b-1.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 are joined to the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a, as will be described later.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 are, for example, approximately 45 ° with respect to the Y-axis or the Z-axis in a direction orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b. Has multiple grids in the direction of).
- Each of the plurality of first grid-shaped fins 50b-1 has a direction (approximately 45 ° with respect to the Y-axis or Z-axis) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b.
- the surface in contact with the gas G in each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is the surface in contact with the gas G in each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- the grids in the plurality of first grid-shaped fins 50b-1 are arranged in a direction of approximately 45 ° with respect to the plates in each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a. Therefore, it is possible to more reliably retain the morphology of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 and the plurality of plate-shaped fins 50a-1 joined to the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1. it can.
- the distance d (50b-1) of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 as shown in FIG. 8 is the distance d (50b-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a. It is larger than 50a-1).
- the distance d (50b-1) between the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is, for example, twice or more and three times or less the distance d (50a-1) between the plurality of plate-shaped fins 50a-1. , About 4.5 mm.
- the distance d (50b-1) of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is larger than the distance d (50a-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- the gas G passes through the second high temperature portion 5b, the gas G has a plurality of first grid-like fins 50b that are larger than the gap between the plurality of plate-like fins 50a-1. Pass through the gap between -1.
- the interval d (50b-1) of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is set so that the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the second high temperature portion 5b can be ignored. Can be set.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the second high temperature portion 5b. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50b-1) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 as shown in FIG. 8 is the thickness t (50b-1) of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a. It is larger than each thickness t (50a-1).
- the thickness t (50b-1) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is, for example, twice the thickness t (50a-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1. It is 3 times or more, for example, about 0.6 mm.
- the thickness t (50b-1) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is the thickness t (50b-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- the thermal conductivity of the second high temperature portion 5b can be improved even if the fin spacing of the first lattice-shaped fins 50b-1 is increased.
- the temperature distribution at the end of the second high temperature portion 5b on the side of the first high temperature portion 5a can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the second high temperature portion 5b to the first high temperature portion 5a can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50b-1) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is the thickness t (50b-1) of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- the plurality of first grid-like fins 50b-1 are joined to the plurality of first grid-like fins 50b-1. Can be held more reliably.
- the second high temperature portion 5b can more reliably hold the first high temperature portion 5a.
- the length w (50b-1) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b as shown in FIG. 9 is 4 mm or more. It is 6 mm or less, for example, about 5 mm.
- each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 has a direction of the central axis of the second high temperature portion 5b, as shown in FIG. It has a convex portion protruding from the frame body 55b-1 of the second high temperature portion 5b in the (X-axis direction).
- the length w'(55b-1) of the convex portion protruding from the frame body 55b-1 of the second high temperature portion 5b in the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b is 3 mm or more and 4 mm or less. For example, it is about 3 mm.
- the convex portion of the second high temperature portion 5b protruding from the frame body 55b-1 is joined to the third high temperature portion 5c as described later.
- each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is in the direction of the central axis of the second high temperature portion 5b (X axis). At one end (direction), it is joined to the third high temperature portion 5c described later, and at the other end, it is joined to the first high temperature portion 5a.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 are a plurality of firsts accommodating at least a part of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- Each of the plurality of first recesses 51b-1 included in the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 is a protrusion protruding from the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a as shown in FIG. 7A. It is provided to accommodate the part.
- 9 is the first length w (51b-1) as shown in FIG. 7A. It is equal to the length w'(50a-1) of the convex portion protruding from the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a in the direction of the central axis of the high temperature portion 5a (X-axis direction).
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 have a plurality of first recesses 51b-1 accommodating at least a part of the plurality of plate-shaped fins 50a-1 included in the first high temperature portion 5a.
- a plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 can be joined to a plurality of plate-shaped fins 50a-1.
- the thermal conductivity from the second high temperature portion 5b to the first high temperature portion 5a can be improved.
- the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1 can more reliably hold the plurality of plate-shaped fins 50a-1 joined to the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1. ..
- the second high temperature portion 5b can more reliably hold the first high temperature portion 5a.
- FIGS. 10 and 11 are diagrams showing an example of a third high temperature portion 5c included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 11 shows a cross section of the third high temperature portion 5c along the line AA in FIG.
- the third high temperature portion 5c has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the third high temperature portion 5c includes a frame body 55c-1 having a substantially cylindrical shape.
- the third high temperature portion 5c includes a plurality of second lattice-shaped fins 50c-1.
- the plurality of second grid-like fins 50c-1 are joined to the plurality of first grid-like fins 50b-1 included in the second high temperature portion 5b, as will be described later.
- the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 are, for example, a plurality of fins 50c-1 in a direction (Y-axis direction or Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high temperature portion 5c.
- a grid Each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 is a gas G in a direction (Y-axis direction or Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high-temperature portion 5c.
- the surface in contact with the gas G in each of the plurality of second grid-like fins 50c-1 is in contact with the gas G in the plurality of first grid-like fins 50b-1 contained in the second high temperature portion 5b. It has an angle of approximately 45 ° with the surface.
- the grids in the plurality of second grid-like fins 50c-1 are oriented at approximately 45 ° with respect to the grids in each of the plurality of first grid-like fins 50b-1 included in the second high temperature portion 5b. Due to the arrangement, the plurality of second grid-like fins 50c-1 are more in the form of the plurality of first grid-like fins 50b-1 joined to the plurality of second grid-like fins 50c-1. It can be held securely.
- the distance d (50c-1) of the plurality of second grid-like fins 50c-1 as shown in FIG. 10 is the distance d (50c-1) of the plurality of first grid-like fins 50b-1 included in the second high temperature portion 5b. It is larger than the interval d (50b-1).
- the distance d (50c-1) between the plurality of second grid-like fins 50c-1 is, for example, twice or more and three times the distance d (50b-1) between the plurality of first grid-like fins 50b-1. Hereinafter, for example, it is about 12.8 mm.
- the distance d (50c-1) between the plurality of second grid-like fins 50c-1 is the distance d (50b-1) between the plurality of first grid-like fins 50b-1 included in the second high temperature portion 5b.
- the interval d (50c-1) of the plurality of second grid-like fins 50c-1 is set so that the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the third high temperature portion 5c can be ignored. Can be set.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the third high temperature portion 5c. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50c-1) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-1 as shown in FIG. 10 is the plurality of first grid-like fins 50b included in the second high temperature portion 5b. It is greater than each thickness t (50b-1) of -1.
- the thickness t (50c-1) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-1 is, for example, the thickness t (50b-1) of each of the plurality of first grid-like fins 50b-1. It is 2 times or more and 3 times or less, for example, about 1.6 mm.
- the thickness t (50c-1) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-1 is the thickness of each of the plurality of first grid-like fins 50b-1 contained in the second high temperature portion 5b.
- t (50b-1) the thermal conductivity of the third high temperature portion 5c is improved even if the interval d (50c-1) of the second lattice-shaped fins 50c-1 becomes large. be able to.
- the temperature distribution at the end of the third high temperature portion 5c on the side of the second high temperature portion 5b can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the third high temperature portion 5c to the second high temperature portion 5b can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50c-1) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-1 is the thickness of each of the plurality of first grid-like fins 50b-1 contained in the second high temperature portion 5b.
- t (50b-1) the plurality of second grid-like fins 50c-1 are joined to the plurality of second grid-like fins 50c-1.
- the shape of the fin 50b-1 can be held more reliably.
- the third high temperature portion 5c can more reliably hold the second high temperature portion 5b.
- the length w (50c-1) of each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high temperature portion 5c as shown in FIG. 11 is 5 mm or more. It is 6 mm or less, for example, about 5 mm.
- each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 is in the direction of the central axis of the third high temperature portion 5c (X-axis direction). Does not have a convex portion protruding from the frame body 55c-1 of the third high temperature portion 5c.
- each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 is in the direction of the central axis of the third high temperature portion 5c (X axis). At one end (direction), it is joined to the second high temperature portion 5b.
- the plurality of second grid-like fins 50c-1 accommodate at least a part of the plurality of first grid-like fins 50b-1 included in the second high temperature portion 5b. It has a second recess 51c-1 of the above.
- Each of the plurality of second recesses 51c-1 included in the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 is a protrusion protruding from the frame body 55b-1 of the second high temperature portion 5b as shown in FIG. It is provided to accommodate the part.
- 11 is the length w (51c-1) of the second recess as shown in FIG. It is equal to the length w'(50b-1) of the convex portion protruding from the frame 55b-1 of the second high temperature portion 5b in the direction of the central axis of the high temperature portion 5b (X-axis direction).
- the length w (51c-1) of the second recess 51c-1 is changed from the length w (50c-1) of each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1.
- the length obtained by subtraction is represented by w'(50c-1).
- thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the plurality of second grid-like fins 50c-1 more reliably hold the plurality of first grid-like fins 50b-1 joined to the plurality of second grid-like fins 50c-1. be able to.
- the third high temperature portion 5c can more reliably hold the second high temperature portion 5b.
- Each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first grid-shaped fins 50b-1, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-1 is formed of, for example, metal.
- the thermal conductivity of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first grid-shaped fins 50b-1, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-1 is improved. be able to.
- the metal forming each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1, and the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 is, for example, copper. In this case, the cost of each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first grid-shaped fins 50-1b, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-1 can be reduced. it can.
- FIG. 12 shows a first high temperature portion 5a, a second high temperature portion 5b, and a third high temperature portion included in the temperature gradient holding portion 6 included in the heat exchanger 3 and the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3. It is a figure which shows an example of the junction of 5c.
- a plurality of plates including a portion of the temperature gradient holding portion 6 having a length w'(60-1) from the end of the plurality of linear thermal conductors 60-1 in the first high temperature portion 5a.
- the temperature gradient holding portion 6 is joined to the first high temperature portion 5a.
- the first high temperature portion 5a is joined to the second high temperature portion 5b.
- each of the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first lattice-shaped fins 50b-1, and the plurality of second lattice-shaped fins 50c-1 are made of metal, a plurality of them.
- a solder or a laser may be used to join the plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first grid-shaped fins 50b-1, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-1.
- the plurality of plate-shaped fins 50a-1, the plurality of first grid-shaped fins 50b-1, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-1 can be more reliably joined. ..
- the temperature gradient holding portion 6, the first high temperature portion 5a, the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5c can be joined.
- the lengths of the temperature gradient holding portion 6, the first high temperature portion 5a, the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5c in the direction of the central axis (X-axis direction) of the heat exchanger 3 are w. (60-1) + w'(50a-1) + w'(50b-1) + w'(50c-1).
- FIGS. 13 and 14 are diagrams showing an example of the temperature gradient holding unit 6 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 14 shows a cross section of the temperature gradient holding portion 6 along the line AA in FIG.
- the temperature gradient holding portion 6 has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the temperature gradient holding portion 6 includes a frame body 65-2 having a substantially cylindrical shape. The temperature gradient holding unit 6 does not have to have the frame body 65-2.
- the temperature gradient holding portion 6 includes a plurality of first plate-shaped fins 60-2.
- the plurality of first plate-shaped fins 60-2 are parallel to each other in a direction (Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6, for example.
- Each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a surface that comes into contact with the gas G in a direction (Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6.
- thermoacoustic device 1 since the temperature gradient holding portion 6 includes a plurality of first plate-shaped fins 60-2, the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6. Passes through the gap between the plurality of first plate-shaped fins 60-2. As a result, the dynamic viscous resistance of the gas G in the temperature gradient holding portion 6 can be reduced as compared with the conventional honeycomb-shaped or lattice-shaped temperature gradient holding portion having a plurality of pores. As a result, it is possible to reduce a decrease in the speed of the gas G passing through the temperature gradient holding unit 6.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- thermoacoustic device 1 even when a heat source at room temperature and a heat source having a temperature of 100 ° C. or lower are connected to the low temperature section 4 and the high temperature section 5, respectively, the temperature provided between the low temperature section 4 and the high temperature section 5 is provided.
- the dynamic viscous resistance of the gas G in the gradient holding portion 6 can be reduced. Therefore, the thermoacoustic device 1 can efficiently utilize heat from a heat source having a temperature of 100 ° C. or lower, for example, waste heat, for example, for power generation or cooling.
- the distance d (60-2) between the plurality of first plate-shaped fins 60-2 as shown in FIG. 13 provides heat conduction from the plurality of first plate-shaped fins 60-2 to the gas G. In order to improve it, it is 1.0 mm or less.
- the distance d (60-2) between the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is preferably 0.3 mm or more and 0.5 mm or less, for example, about 0.4 mm.
- the thickness t (60-2) of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 as shown in FIG. 13 is 0.1 mm or less, for example, about 0.08 mm.
- the length w (60-2) of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6 as shown in FIG. 14 is 7 mm or more and 20 mm. Hereinafter, for example, it is about 10 mm. In this case, by obtaining the amplitude of the effective magnitude of the sound wave, it is possible to obtain the effective output of the acoustic energy of the sound wave converted from the thermal energy of the temperature gradient holding unit 6.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is in the direction of the central axis of the temperature gradient holding portion 6 (X). It has a convex portion protruding from the frame body 65-2 of the temperature gradient holding portion 6 in the axial direction).
- the length w'(60-2) of the convex portion protruding from the frame body 65-2 of the temperature gradient holding portion 6 in the direction of the central axis of the temperature gradient holding portion 6 (X-axis direction) is 0.5 mm or more. It is 0 mm or less, for example, about 1.0 mm.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is in the direction of the central axis of the temperature gradient holding portion 6 (X-axis direction). At one end, it is joined to the first high temperature portion 5a described later, and at the other end, it is joined to the first low temperature portion 4a.
- Each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is formed of, for example, a material such as ceramic or glass having a low thermal conductivity.
- the thermal conductivity of the material forming each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is, for example, 1 Wm -1 ⁇ K -1 or more and 5 Wm -1 ⁇ K -1 or less. In this case, the thermal conductivity of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the reduction of the temperature gradient in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the temperature gradient holding section 6 can satisfactorily hold the temperature gradient generated between the low temperature section 4 and the high temperature section 5.
- the ceramic forming each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 is, for example, zirconia, titania, or steatite.
- heat conduction in the w direction in each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 with respect to heat transfer from each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 to the gas G. Can be satisfactorily reduced. Therefore, the temperature gradient holding unit 6 can improve the heat transfer from the plurality of first plate-shaped fins 60-2 to the gas G. Accordingly, the temperature gradient holding section 6 can easily hold a desired temperature gradient between the low temperature section 4 and the high temperature section 5.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding unit 6.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a sharp end 61-2.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has sharp ends 61-2 at both ends in the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6.
- the sharp end portion 61-2 is an end portion having an apex in a cross section perpendicular to the surface in contact with the gas G in each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a sharp end portion 61-2
- the gas G becomes a plurality of first plates. It passes through a sharp end 61-2 near each end of the plate-shaped fin 60-2 of 1.
- the gas G and the plurality of first plate-shaped fins 60-2 become slippery on the surface of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 in contact with the gas G, so that the temperature gradient The dynamic viscous resistance of the gas G in the holding portion 6 can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the vicinity of each end of the plurality of first plate-shaped fins 60-2. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a mirror surface 62-2.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has both surfaces in a direction (Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6, that is, , Has mirror surfaces 62-2 on both surfaces in contact with gas G.
- the mirror surface 62-2 is, for example, a surface having a surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of 0.04 ⁇ m or less.
- thermoacoustic device 1 when each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a mirror surface 62-2, when the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6, the gas G becomes , Pass between the mirror surfaces 62-2 included in the plurality of first plate-shaped fins 60-2. As a result, the gas G can be smoothly passed near the surface of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 in contact with the gas G. As a result, the dynamic viscous resistance of the gas G in the temperature gradient holding portion 6 can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G near the surface of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- FIGS. 16 and 17 are diagrams showing an example of a first high temperature portion 5a included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 17 shows a cross section of the first high temperature portion 5a along the line AA in FIG.
- the first high temperature portion 5a has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the first high temperature portion 5a includes a frame body 55a-2 having a substantially cylindrical shape. The first high temperature portion 5a does not have to have the frame body 55a-2.
- the first high temperature portion 5a includes a plurality of second plate-shaped fins 50a-2.
- the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 are joined to the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6, as will be described later.
- the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 are parallel to each other in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high-temperature portion 5a, for example.
- Each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is a surface that comes into contact with the gas G in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a.
- the surface in contact with the gas G in each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is in contact with the gas G in each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6. Orthogonal to the surface to be.
- the distance d (50a-2) of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 as shown in FIG. 16 is the distance between the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6. Greater than d (60-2).
- the distance d (50a-2) between the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is 3 times or more and 5 times or less the distance d (60-2) between the plurality of first plate-shaped fins 60-2. For example, it is about 1.6 mm.
- the distance d (50a-2) between the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is the distance d (60-2) between the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6.
- the gas G is larger than the gap between the plurality of first plate-shaped fins 60-2. It passes through the gap between the plate-shaped fins 50a-2.
- the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the first high temperature portion 5a is reduced as compared with the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6.
- the dynamic viscous resistance of the gas G when it passes through the first high temperature portion 5a is roughly inversely proportional to the square of the interval d (50a-2) of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the first high temperature portion 5a. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 as shown in FIG. 16 is such that the plurality of first plate-shaped fins 60- included in the temperature gradient holding portion 6. It is larger than each thickness t (60-2) of 2.
- the thickness t (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is 2 of the thickness t (60-2) of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2. It is twice or more and three times or less, for example, about 0.2 mm.
- the thickness t (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is the thickness of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6.
- t (60-2) the thermal conductivity of the first high temperature portion 5a can be improved.
- the temperature distribution at the end of the first high temperature portion 5a on the side of the temperature gradient holding portion 6 can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the first high temperature portion 5a to the temperature gradient holding portion 6 can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is the thickness of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6.
- t (60-2) the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 are joined to the plurality of second plate-shaped fins 50a-2. Fins 60-2 can be held more reliably. As a result, the first high temperature portion 5a can more reliably hold the temperature gradient holding portion 6.
- the length w (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a as shown in FIG. 17 is 3 mm or more. It is 4 mm or less, for example, about 3 mm.
- each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is in the direction of the central axis of the first high temperature portion 5a. It has a convex portion protruding from the frame body 55a-2 of the first high temperature portion 5a in the (X-axis direction).
- the length w'(55a-2) of the convex portion protruding from the frame body 55a-2 of the first high temperature portion 5a in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a is 2 mm or more and 3 mm or less. For example, it is about 2 mm.
- the convex portion of the first high temperature portion 5a protruding from the frame body 55a-2 is joined to the second high temperature portion 5b as described later.
- each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is in the direction of the central axis of the first high temperature portion 5a (X axis). At one end (direction), it is joined to the second high temperature portion 5b described later, and at the other end, it is joined to the temperature gradient holding portion 6.
- the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 include a plurality of plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6. It has a first recess 51a-2.
- Each of the plurality of first recesses 51a-2 included in the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 is a convex portion protruding from the frame body 65-2 of the temperature gradient holding portion 6 as shown in FIG. Is provided to accommodate.
- the length w (51a-2) of the first recess 51a-2 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a as shown in FIG. 17 maintains the temperature gradient as shown in FIG. It is equal to the length w'(60-2) of the convex portion protruding from the frame body 65-2 of the temperature gradient holding portion 6 in the direction of the central axis of the portion 6 (X-axis direction).
- a plurality of first plate-shaped fins 50a-2 are a plurality of first recesses 51a-2 in which a plurality of second plate-shaped fins 50a-2 accommodate at least a part of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6.
- a plurality of second plate-shaped fins 50a-2 can be joined to a plurality of first plate-shaped fins 60-2.
- the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 more reliably hold the plurality of first plate-shaped fins 60-2 joined to the plurality of second plate-shaped fins 50a-2. be able to.
- the first high temperature portion 5a can more reliably hold the temperature gradient holding portion 6.
- Each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 preferably has a sharp end.
- each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 has sharp ends at both ends in the direction of the central axis (X-axis direction) of the first high temperature portion 5a.
- the sharp end is an end having an apex in a cross section perpendicular to the surface in contact with the gas G in each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2.
- each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 has a sharp end
- the gas G passes through the first high temperature portion 5a
- the gas G becomes a plurality of second plates. It passes through a sharp end near each end of the plate-shaped fin 50a-2.
- it is possible to reduce a decrease in the velocity of the gas G in the vicinity of each end of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a.
- the dynamic viscous resistance of the gas G in the first high temperature portion 5a can be further reduced.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G near each end of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- FIGS. 18 and 19 are diagrams showing an example of a second high temperature portion 5b included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 19 shows a cross section of the second high temperature portion 5b along the line AA in FIG.
- the second high temperature portion 5b has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the second high temperature portion 5b includes a frame body 55b-2 having a substantially cylindrical shape.
- the second high temperature portion 5b does not have to have the frame body 55b-2.
- the second high temperature portion 5b includes a plurality of first lattice-shaped fins 50b-2.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 are joined to the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a, as will be described later.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 are, for example, approximately 45 ° with respect to the Y-axis or the Z-axis in a direction orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b. Has multiple grids in the direction of).
- Each of the plurality of first grid-like fins 50b-2 has a direction (approximately 45 ° with respect to the Y-axis or Z-axis) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b.
- the surface in contact with the gas G in each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is the gas G in each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 contained in the first high temperature portion 5a. It has an angle of approximately 45 ° with the contacting surface.
- the grid in the plurality of first grid-shaped fins 50b-2 is oriented at approximately 45 ° with respect to the plate in each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a. Due to the arrangement, the plurality of first grid-like fins 50b-2 are more in the form of the plurality of second plate-like fins 50a-2 joined to the plurality of first grid-like fins 50b-2. It can be held securely.
- the distance d (50b-2) of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 as shown in FIG. 18 is the distance d (50b-2) of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a. It is larger than the interval d (50a-2).
- the distance d (50b-2) between the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is, for example, twice or more and three times the distance d (50a-2) between the plurality of second plate-shaped fins 50a-2. Hereinafter, for example, it is about 4.5 mm.
- the distance d (50b-2) between the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is the distance d (50a-2) between the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a.
- the spacing d (50b-2) of the plurality of first grid-like fins 50b-2 is set so that the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the second high temperature portion 5b can be ignored. Can be set.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the second high temperature portion 5b. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50b-2) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 as shown in FIG. 18 is the plurality of second plate-shaped fins 50a included in the first high temperature portion 5a. It is larger than each thickness t (50a-2) of -2.
- the thickness t (50b-2) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is, for example, the thickness t (50a-2) of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2. It is 2 times or more and 3 times or less, for example, about 1.0 mm.
- the thickness t (50b-2) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is the thickness of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 contained in the first high temperature portion 5a.
- t (50a-2) the thermal conductivity of the second high temperature portion 5b can be improved.
- the temperature distribution at the end of the second high temperature portion 5b on the side of the first high temperature portion 5a can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the second high temperature portion 5b to the first high temperature portion 5a can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50b-2) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is the thickness of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 contained in the first high temperature portion 5a.
- t (50a-2) When larger than t (50a-2), the plurality of first grid-like fins 50b-2 are joined to the plurality of first grid-like fins 50b-2.
- the shaped fins 50a-2 can be held more reliably.
- the second high temperature portion 5b can more reliably hold the first high temperature portion 5a.
- the length w (50b-2) of each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b as shown in FIG. 19 is 4 mm or more. It is 6 mm or less, for example, about 5 mm.
- each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is in the direction of the central axis of the second high temperature portion 5b. It has a convex portion protruding from the frame body 55b-2 of the second high temperature portion 5b in the (X-axis direction).
- the length w'(55b-2) of the convex portion protruding from the frame body 55b-2 of the second high temperature portion 5b in the direction of the central axis (X-axis direction) of the second high temperature portion 5b is 3 mm or more and 4 mm or less. For example, it is about 3 mm.
- the convex portion of the second high temperature portion 5b protruding from the frame body 55b-2 is joined to the third high temperature portion 5c as described later.
- each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is in the direction of the central axis of the second high temperature portion 5b (X axis). At one end (direction), it is joined to the third high temperature portion 5c described later, and at the other end, it is joined to the first high temperature portion 5a.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 accommodate at least a part of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a. It has a second recess 51b-2 of the above.
- Each of the plurality of second recesses 51b-2 included in the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is a protrusion protruding from the frame body 55a-2 of the first high temperature portion 5a as shown in FIG. It is provided to accommodate the part.
- 19 is the first length w (51b-2) as shown in FIG. It is equal to the length w'(50a-2) of the convex portion protruding from the frame body 55a-2 of the first high temperature portion 5a in the direction of the central axis of the high temperature portion 5a (X-axis direction).
- thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 more reliably hold the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 joined to the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2. be able to.
- the second high temperature portion 5b can more reliably hold the first high temperature portion 5a.
- FIGS. 20 and 21 are diagrams showing an example of a third high temperature portion 5c included in the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3.
- FIG. 21 shows a cross section of the third high temperature portion 5c along the line AA in FIG.
- the third high temperature portion 5c has, for example, a substantially cylindrical shape.
- the third high temperature portion 5c includes a frame body 55c-2 having a substantially cylindrical shape. The third high temperature portion 5c does not have to have the frame body 55c-2.
- the third high temperature portion 5c includes a plurality of second lattice-shaped fins 50c-2.
- the plurality of second grid-like fins 50c-2 are joined to the plurality of first grid-like fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b, as will be described later.
- the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 are, for example, a plurality of fins 50c-2 in a direction (Y-axis direction or Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high temperature portion 5c.
- a grid Each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 is a gas G in a direction (Y-axis direction or Z-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high-temperature portion 5c.
- the surface in contact with the gas G in each of the plurality of second grid-like fins 50c-2 is in contact with the gas G in the plurality of first grid-like fins 50b-2 contained in the second high temperature portion 5b. It has an angle of approximately 45 ° with the surface.
- the grids in the plurality of second grid-like fins 50c-2 are oriented at approximately 45 ° with respect to the grids in each of the plurality of first grid-like fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b. Due to the arrangement, the plurality of second grid-like fins 50c-2 are more in the form of the plurality of first grid-like fins 50b-2 joined to the plurality of second grid-like fins 50c-2. It can be held securely.
- the distance d (50c-2) of the plurality of second grid-like fins 50c-2 as shown in FIG. 20 is the distance d (50c-2) of the plurality of first grid-like fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b. It is larger than the interval d (50b-2).
- the distance d (50c-2) between the plurality of second grid-like fins 50c-2 is, for example, twice or more and three times the distance d (50b-2) between the plurality of first grid-like fins 50b-2. Hereinafter, for example, it is about 12.8 mm.
- the distance d (50c-2) between the plurality of second grid-like fins 50c-2 is the distance d (50b-2) between the plurality of first grid-like fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b.
- the interval d (50c-2) of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 is set so that the dynamic viscous resistance of the gas G when the gas G passes through the third high temperature portion 5c can be ignored. Can be set.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the third high temperature portion 5c. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50c-2) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-2 as shown in FIG. 20 is such that the plurality of first grid-like fins 50b included in the second high temperature portion 5b. It is greater than each thickness t (50b-2) of -2.
- the thickness t (50c-2) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-2 is, for example, the thickness t (50b-2) of each of the plurality of first grid-like fins 50b-2. It is 2 times or more and 3 times or less, for example, about 2.0 mm.
- the thickness t (50c-2) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-2 is the thickness of each of the plurality of first grid-like fins 50b-2 contained in the second high temperature portion 5b.
- t (50b-2) the thermal conductivity of the third high temperature portion 5c can be improved.
- the temperature distribution at the end of the third high temperature portion 5c on the side of the second high temperature portion 5b can be made more uniform.
- the thermal conductivity from the third high temperature portion 5c to the second high temperature portion 5b can be improved. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the thickness t (50c-2) of each of the plurality of second grid-like fins 50c-2 is the thickness of each of the plurality of first grid-like fins 50b-2 contained in the second high temperature portion 5b.
- t (50b-2) the plurality of second grid-like fins 50c-2 are joined to the plurality of second grid-like fins 50c-2.
- the shape of the fin 50b-2 can be held more reliably.
- the third high temperature portion 5c can more reliably hold the second high temperature portion 5b.
- the length w (50c-2) of each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 in the direction of the central axis (X-axis direction) of the third high temperature portion 5c as shown in FIG. 21 is 5 mm or more. It is 6 mm or less, for example, about 5 mm.
- each of the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 is in the direction of the central axis of the third high temperature portion 5c (X-axis direction). Does not have a convex portion protruding from the frame body 55c-2 of the third high temperature portion 5c.
- each of the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 is in the direction of the central axis of the third high temperature portion 5c (X axis). At one end (direction), it is joined to the second high temperature portion 5b.
- the plurality of second grid-like fins 50c-2 accommodate at least a part of the plurality of first grid-like fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b. It has a third recess 51c-2 of the above.
- Each of the plurality of third recesses 51c-2 included in the plurality of second lattice-shaped fins 50c-2 is a protrusion protruding from the frame body 55b-2 of the second high temperature portion 5b as shown in FIG. It is provided to accommodate the part.
- 21 is the second length w (51c-2) as shown in FIG. It is equal to the length w'(50b-2) of the convex portion protruding from the frame 55b-2 of the second high temperature portion 5b in the direction of the central axis of the high temperature portion 5b (X-axis direction).
- the length obtained by subtraction is represented by w'(50c-2).
- thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the plurality of second grid-like fins 50c-2 more reliably hold the plurality of first grid-like fins 50b-2 joined to the plurality of second grid-like fins 50c-2. be able to.
- the third high temperature portion 5c can more reliably hold the second high temperature portion 5b.
- Each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2, the plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-2 are formed of, for example, metal. ..
- the metal forming each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2, the plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-2 is, for example, copper. Is.
- the cost of each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2, the plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-2 is reduced. can do.
- FIG. 22 shows a first high temperature portion 5a, a second high temperature portion 5b, and a third high temperature portion included in the temperature gradient holding portion 6 included in the heat exchanger 3 and the high temperature portion 5 included in the heat exchanger 3. It is a figure which shows an example of the junction of 5c.
- a plurality of convex portions protruding from the frame body 65-2 of the temperature gradient holding portion 6 are included in the plurality of second plate-shaped fins 50a-2 included in the first high temperature portion 5a. By inserting it into the first recess 51a-2, the temperature gradient holding portion 6 is joined to the first high temperature portion 5a.
- the convex portion protruding from the frame body 55a-2 of the first high temperature portion 5a is included in the plurality of first lattice-shaped fins 50b-2 included in the second high temperature portion 5b, and the plurality of second concave portions 51b- By inserting into 2, the first high temperature portion 5a is joined to the second high temperature portion 5b.
- each of the plurality of second plate-shaped fins 50a-2, the plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-2 are formed of metal. Uses solder or a laser to join a plurality of second plate-shaped fins 50a-2, a plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and a plurality of second grid-shaped fins 50c-2. May be good. In this case, the plurality of second plate-shaped fins 50a-2, the plurality of first grid-shaped fins 50b-2, and the plurality of second grid-shaped fins 50c-2 are more reliably joined. be able to.
- the temperature gradient holding portion 6, the first high temperature portion 5a, the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5c can be joined.
- the lengths of the temperature gradient holding portion 6, the first high temperature portion 5a, the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5c in the direction of the central axis (X-axis direction) of the heat exchanger 3 are w. (60-2) + w'(50a-2) + w'(50b-2) + w'(50c-2).
- FIGS. 23 and 24 are diagrams showing another example of the temperature gradient holding unit 6 included in the heat exchanger 3.
- Each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 included in the temperature gradient holding portion 6 shown in FIGS. 23 and 24 has a plurality of slits 63.
- the plurality of slits 63 are provided over both sides of the surface of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 to which the gas G contacts.
- the plurality of slits 63 extend in the direction of the central axis (Z-axis direction) of each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2.
- the size (width) of each of the plurality of slits 63 in the direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction of the central axis (Z-axis direction) of the temperature gradient holding portion 6 is 0.1 mm or more and 0.3 mm or less. For example, it is about 0.3 mm.
- the plurality of slits 63 may be provided only at both ends in the w direction, for example, about 1/4 of w, or may extend in the entire w direction.
- each of the plurality of first plate-shaped fins 60-2 has a plurality of slits 63
- the gas G passes through the temperature gradient holding portion 6, the gas G becomes the plurality of first plates. It passes through not only each surface of the shaped fins 60-2 but also a plurality of slits 63.
- thermoacoustic device 1 can efficiently move the gas G in the temperature gradient holding unit 6. Accordingly, the thermoacoustic device 1 can further improve the efficiency of converting thermal energy into acoustic energy of sound waves.
- the waveguide 2 is filled with the gas G, but the waveguide 2 may be filled with a medium other than the gas G.
- the waveguide 2 may be filled with a liquid in a range in which sound waves are effectively generated and amplified.
- the waveguide 2 has the shape of a single loop, but the waveguide 2 may have the shape of a plurality of loops connected by at least one tube, for example. ..
- the thermoacoustic device 1 may include a plurality of heat exchangers 3 and a plurality of converters 8 in the same loop or different loops of the waveguide 2.
- thermoacoustic device 1 the gas G filled in the waveguide 2 is vibrated or excited by the exciter 7, but the thermoacoustic device 1 may not include the exciter 7.
- thermoacoustic device 1 uses, for example, the thermal energy supplied to the heat exchanger 3 as the acoustic energy of the sound sound generated in the gas G. Can be converted.
- the low temperature section 4 is composed of three low temperature sections such as the first low temperature section 4a, the second low temperature section 4b, and the third low temperature section 4c, and the high temperature section 5 is the first. Although it is assumed that it is composed of three high temperature parts such as the high temperature part 5a, the second high temperature part 5b, and the third high temperature part 5c of 1, the low temperature part 4 and the high temperature part 5 are one or two, respectively. , Or 4 or more low temperature parts and 1, 2, or 4 or more high temperature parts.
- the frame body 65-1 of the temperature gradient holding portion 6 the frame body 55a-1 of the first high temperature portion 5a, the frame body 55b-1 of the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5a.
- the configuration of the high temperature portion 5 was described using the frame body 55c-1 of the portion 5c. Since each of the first high temperature portion 5a, the second high temperature portion 5b, and the third high temperature portion 5c in the high temperature portion 5 is securely held by the joint described above, the frame body 55a-1 and the frame body 55b -1 and frame 55c-1 may be omitted.
- the plurality of linear heat conductors 60-1 and the plurality of plate-shaped fins 50a-1 are joined via the connecting portion 51a-1 by soldering or laser, and a plurality of linear heats are formed. If the rigidity of the conductor 60-1 is sufficient, it can be omitted.
- Appendix (1-1) A loop-shaped waveguide filled with a medium, A temperature gradient holding provided in the waveguide and provided between the low temperature portion, the high temperature portion, and the low temperature portion and the high temperature portion to hold the temperature gradient generated between the low temperature portion and the high temperature portion.
- the temperature gradient holding portion includes a plurality of linear heat conductors.
- Appendix (1-2) Each of the plurality of linear thermal conductors has a sharp end.
- Appendix (1-4) At least one of the low temperature portion and the high temperature portion includes a plurality of plate-shaped fins bonded to the plurality of linear heat conductors.
- Appendix (1-5) The distance between the plurality of plate-shaped fins is larger than the distance between the plurality of linear thermal conductors.
- Appendix (1-6) The thickness of each of the plurality of plate-shaped fins is larger than the diameter of each of the plurality of linear heat conductors.
- Appendix (1-7) The plurality of plate-shaped fins have a plurality of connecting portions for joining at least a part of the plurality of linear thermal conductors.
- Appendix (1-8) At least one of the low temperature portion and the high temperature portion includes a plurality of first lattice-shaped fins joined to the plurality of plate-shaped fins.
- Appendix (1-9) The distance between the plurality of first lattice-shaped fins is larger than the distance between the plurality of plate-shaped fins.
- Appendix (1-10) The thickness of each of the plurality of first lattice-shaped fins is larger than the thickness of each of the plurality of plate-shaped fins.
- Appendix (1-11) The plurality of first lattice-shaped fins have a plurality of first recesses accommodating at least a part of the plurality of plate-shaped fins.
- thermoacoustic device according to any one of the appendices (1-8) to (1-11).
- the thermoacoustic device according to any one of the appendices (1-12) to (1-14).
- Appendix (2-1) A loop-shaped waveguide filled with a medium, A temperature gradient holding provided in the waveguide and provided between the low temperature portion, the high temperature portion, and the low temperature portion and the high temperature portion to hold the temperature gradient generated between the low temperature portion and the high temperature portion.
- the temperature gradient holding portion includes a plurality of first plate-shaped fins.
- Appendix (2-2) Each of the plurality of first plate-shaped fins has a sharp end.
- Appendix (2-3) Each of the plurality of first plate-shaped fins has a mirror surface.
- Appendix (2-4) Each of the plurality of first plate-shaped fins has a plurality of slits.
- Appendix (2-5) At least one of the low temperature portion and the high temperature portion includes a plurality of second plate-shaped fins to be joined to the plurality of first plate-shaped fins.
- Appendix (2-6) The distance between the plurality of second plate-shaped fins is larger than the distance between the plurality of first plate-shaped fins.
- Appendix (2-7) The thickness of each of the plurality of second plate-shaped fins is larger than the thickness of each of the plurality of first plate-shaped fins.
- Appendix (2-8) The plurality of second plate-shaped fins have a plurality of first recesses accommodating at least a part of the plurality of first plate-shaped fins.
- Appendix (2-9) At least one of the low temperature portion and the high temperature portion includes a plurality of first lattice-shaped fins joined to the plurality of second plate-shaped fins.
- thermoacoustic device according to any one of the appendices (2-5) to (2-8).
- Appendix (2-10) The distance between the plurality of first grid-like fins is larger than the distance between the plurality of second plate-like fins.
- Appendix (2-11) The thickness of each of the plurality of first lattice-shaped fins is larger than the thickness of each of the plurality of second plate-shaped fins.
- Appendix (2-12) The plurality of first grid-like fins have a plurality of second recesses accommodating at least a part of the plurality of second plate-like fins.
- thermoacoustic device according to any one of the appendices (2-9) to (2-11).
- the thermoacoustic device according to any one of the appendices (2-9) to (2-12).
- the thermoacoustic device according to Appendix (2-13).
- thermoacoustic device according to Appendix (2-13) or (2-14).
- Appendix (2-16) The plurality of second grid-like fins have a plurality of third recesses accommodating at least a part of the plurality of first grid-like fins.
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Abstract
熱音響装置は、ループ状の導波管と、熱交換器と、を備える。ループ状の導波管は、媒体が充填される。熱交換器は、導波管内に設けられ、低温部、高温部、および低温部と高温部との間に設けられ、低温部と高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む。温度勾配保持部は、複数の線状熱伝導体を含む。
Description
開示の実施形態は、熱音響装置に関する。
従来、熱と音波との間の相互作用である熱音響効果によって熱エネルギーを音響エネルギーに変換し、音響エネルギーを電気エネルギーのような他のエネルギーに変換する熱音響装置が知られている。
例えば、気体を充填したループ管に、放熱部と加熱部に挟まれて温度勾配を生じさせる蓄熱部が配設され、蓄熱部内に生じた温度勾配によって気体の圧力振動を励振させ、圧力振動によって生じた進行波に応動して発電を行う発電機や放熱部と加熱部を逆にして冷熱を取り出す冷熱機がループ管に設けられた熱音響発電機が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の技術においては、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する効率が低いことがある。例えば、従来の技術においては、100℃以下の熱源の温度と室温との間の温度勾配によって気体に音波を励振させる場合には、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する効率が低く、音波の自励振動が成立し難くなる。
実施形態の一態様は、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する効率を改善する熱音響装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る熱音響装置は、ループ状の導波管と、熱交換器と、を備える。ループ状の導波管は、媒体が充填される。熱交換器は、導波管内に設けられ、低温部、高温部、および低温部と高温部との間に設けられ、低温部と高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む。温度勾配保持部は、複数の線状熱伝導体を含む。
実施形態の一態様に係る熱音響装置は、ループ状の導波管と、熱交換器と、を備える。ループ状の導波管は、媒体が充填される。熱交換器は、導波管内に設けられ、低温部、高温部、および低温部と高温部との間に設けられ、低温部と高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む。温度勾配保持部は、複数の第1の板状のフィンを含む。
実施形態の一態様によれば、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する効率を改善することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する熱音響装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、実施形態に係る熱音響装置1の一例を示す図である。図1を含む複数の図において、紙面に対して直交する方向において手前側がZ軸方向の正方向であると共に熱音響装置1の長手方向および短手方向がそれぞれX軸方向およびY軸方向である三次元の直交座標系を示す。
熱音響装置1は、熱音響効果によって、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換し、音波の音響エネルギーを電気エネルギーのような他のエネルギーに変換する、或いは生成された音波の音響エネルギーから冷熱を取り出す装置である。ここで、熱音響効果は、熱と音波との間の相互作用である。図1に示すように、熱音響装置1は、導波管2と、熱交換器3と、励振器7と、変換器8とを備える。
導波管2には、気体Gが充填される。気体Gは、例えば、空気、窒素(N2)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、水素(H2)、または二酸化炭素(CO2)などである。導波管2は、その内部に気体Gを密閉するように構成される。
導波管2に充填される気体Gの圧力は、例えば、1気圧(1013.25hPa)以上100気圧(101325hPa)未満である。導波管2に充填される気体Gの圧力を増加させることによって、変換された音波の音響エネルギーを増大させることができる。一方、導波管2に充填される気体Gの圧力が1気圧である場合には、導波管2の気密性を向上させる必要がない。
導波管2は、反射壁の無いループ状の導波管である。導波管2は、例えば、図1に示すような単一のループの形状を有する。導波管2は、その長さを変えることによって気体Gに生じる音波の共振周波数を変化させることができる。熱音響装置1においては、気体Gに生じる音波による気体Gの移動(移流)の位相に対して、熱交換器3と気体Gとの間の熱伝導によって生じる気体Gの温度変化の位相は、媒体の昇温または降温速度に対応する分だけ遅延する。それに応じて、気体Gの音波の圧力変化の位相は、温度変化のない場合の気体Gの圧力変化の位相より0°~90°遅延する。
よって、例えば、導波管2が反射壁を有する場合には、気体Gに生じる温度変化を介在して圧力の位相の遅れを持った音波の共振を阻害して、気体Gに生じる音波の振幅を低減してしまう。熱音響装置1においては、導波管2が反射壁の無いループの形状を有することによって、気体Gに生じる音波の共振を安定化することができる。それに応じて、熱音響装置1は、音波の音響エネルギーの出力を向上させることができる。
導波管2の長さは、気体Gに生じる音波の共振波長の整数倍である。導波管2の長さは、例えば、小型のシステムの場合、気体Gに生じる音波の共振周波数が1m以下であるように、設定される。導波管2は、例えば、円形または方形の断面を有する中空導波管である。導波管2の断面の径を増加させることによって、音波の音響エネルギーの出力を増加させることができる。
導波管2は、例えば、ステンレス鋼(SUS)のような金属または塩化ビニルのようなプラスチックで形成される。導波管2がプラスチックで形成される場合には、ループ状の導波管2を容易に製造することができるため、導波管2のコストを低減することができる。
熱交換器3は、導波管2に充填された気体Gに対して熱を移動させる。熱交換器3は、気体Gを音波の移流の位相に従って加熱/冷却する。導波管2が延びる方向(X軸方向)における熱交換器3の長さは、例えば、気体Gに生じる音波の振幅以上音波の波長の1/20以下、例えば、1~5cmが望ましい。熱交換器3は、導波管2内に設けられる。熱交換器3は、低温部4と、高温部5と、温度勾配保持部6とを含む。
低温部4は、熱交換器3に含まれる相対的に低い温度を保持する部材である。高温部5は、熱交換器3に含まれる相対的に高い温度を保持する部材である。ここで、相対的に低い温度および相対的に高い温度は、低温部4の温度および高温部5の温度の間の対比に基づいたものである。すなわち、高温部5の温度は、低温部4の温度よりも高い。熱交換器3において、低温部4と高温部5との間には温度勾配が生じる。低温部4の温度と高温部5の温度との差を増加させること、すなわち、低温部4と高温部5との間における温度勾配を増加させることによって、熱エネルギーから変換される音波の音響エネルギーを増加させることができる。
低温部4および高温部5は、それぞれ、相対的に低い温度の熱源および相対的に高い温度の熱源に接続される。相対的に低い温度の熱源は、例えば、管に供給される水のような冷媒であってもよい。相対的に高い温度の熱源は、管に供給される熱湯のような加熱媒体であってもよい。相対的に低い温度の熱源および相対的に高い温度の熱源の一方は、例えば、室温における空気であってもよい。
温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に生じた温度勾配を保持する部材である。温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に設けられる。温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に生じた温度勾配によって気体Gに音波を生じ、増幅させる。
励振器7は、所定の周波数で気体Gに音波を生じさせる。励振器7は、気体Gを密閉するように、導波管2に設けられる。励振器7は、共振音波の圧力振幅が大きい箇所に設けられる場合には、導波管2の音響インピーダンスを変化させないように設けたシリンダに挿入されたピストンが往復運動することによって気体Gの圧力を振動させるように構成される。
変換器8は、気体Gに生じた音波の音響エネルギーを所定のエネルギーに変換すると共に所定のエネルギーを取り出す。変換器8は、例えば、気体Gに生じた音波の音響エネルギーを電気エネルギーに変換することによって電気を発生させる発電機であってもよい。この場合には、熱音響装置1は、例えば、熱源から熱交換器3に供給される熱を用いて発電することができる。
あるいは、変換器8は、例えば、気体Gに生じた音波の音響エネルギーを冷却の熱エネルギーに変換することによって変換器8に接触する媒体の温度を下げる冷却器(冷却用の熱交換器)であってもよい。この場合には、熱音響装置1は、例えば、熱源から熱交換器3に供給される熱を用いて媒体を冷却することができる。
熱音響装置1において、例えば、励振器7によって導波管2に充填された気体Gを所定の共振周波数で振動させる。例えば、振動する気体Gが、熱交換器3において温度勾配保持部6の低温側から高温側へ移動する。ここで、気体Gは、温度勾配保持部6によって保持された温度勾配によって加熱されて膨張する。
次に、振動する気体Gは、熱交換器3において温度勾配保持部6の高温側から低温側へ移動する。ここで、気体Gは、温度勾配保持部6によって保持された温度勾配によって冷却されて収縮する。このように、熱交換器3における気体Gの膨張および収縮の繰り返しによって導波管2に充填された気体Gの音波が増幅されて、熱エネルギーが気体Gの音波の音響エネルギーに変換される。
ここで、例えば、励振器7によって導波管2に充填された気体Gに生じる音波を所定の共振周波数で励振させることができる。気体Gに生じる音波は、導波管2内において熱交換器3によって増幅され共振する。気体Gに生じた音波が変換器8に到達すると、変換器8は、気体Gに生じた音波の音響エネルギーを所定のエネルギーに変換すると共にその所定のエネルギーを取り出す。
図2は、熱音響装置1に含まれる熱交換器3の一例を示す図である。図2に示すように、熱交換器3は、例えば、低温部4と、高温部5と、温度勾配保持部6と、第1の熱伝導部材11と、第2の熱伝導部材12とを含む。低温部4は、例えば、第1の低温部4aと、第2の低温部4bと、第3の低温部4cとを含む。高温部5は、例えば、第1の高温部5aと、第2の高温部5bと、第3の高温部5cとを含む。温度勾配保持部6の構成については後述する。
図2に示すように、第3の低温部4c、第2の低温部4b、第1の低温部4a、温度勾配保持部6、第1の高温部5a、第2の高温部5b、第3の高温部5cは、接合される。第1の熱伝導部材11は、第3の低温部4cに接合される。第2の熱伝導部材12は、第3の高温部5cに接合される。
低温部4は、高温部5の構造と同一または類似の構造を有する。具体的には、第1の低温部4aの構造は、第1の高温部5aの構造と同一または類似の構造を有する。第2の低温部4bの構造は、第2の高温部5bの構造と同一または類似の構造を有する。第3の低温部4cの構造は、第3の高温部5cの構造と同一または類似の構造を有する。第1の高温部5aの構成、第2の高温部5bの構成、および第3の高温部5cの構成については後述する。
第1の熱伝導部材11は、それぞれ、上述したような相対的に低い温度の熱源に接続される。第1の熱伝導部材11は、第3の低温部4cの中央部を含む部位に接合され、第3の低温部4cの温度を変化させる。それに応じて、第1の熱伝導部材11は、第3の低温部4c、第2の低温部4b、および第1の低温部4aの温度、すなわち、低温部4の温度を相対的に低い温度に維持する。
第2の熱伝導部材12は、上述したような相対的に高い温度の熱源に接続される。第2の熱伝導部材12は、第3の高温部5cの中央部を含む部位に接合され、第3の高温部5cの温度を変化させる。それに応じて、第2の熱伝導部材12は、第3の高温部5c、第2の高温部5b、および第1の高温部5aの温度、すなわち、高温部5の温度を相対的に高い温度に維持する。
第1の熱伝導部材11は、例えば、金属で形成される。この場合には、第1の熱伝導部材11の熱伝導率を向上させることができる。第1の熱伝導部材11を形成する金属は、例えば、銅である。この場合には、第1の熱伝導部材11のコストを低減することができ、熱伝導量も大きくできる。第2の熱伝導部材12は、第1の熱伝導部材11の構造と同一または類似の構造を有する。第1の熱伝導部材11および第2の熱伝導部材12の各々が、金属で形成される場合には、第3の低温部4cに対する第1の熱伝導部材11の接合および第3の高温部5cに対する第2の熱伝導部材12の接合に半田またはレーザを用いてもよい。
従来の技術においては、熱交換器の温度勾配保持部は、通常、複数の細孔を備えたハニカム形状または複数の細孔を備えた格子形状を有する。熱交換器の低温部および高温部の各々は、温度勾配保持部のハニカム形状または格子形状と同等なものである複数の細孔を備えたハニカム形状または複数の細孔を備えた格子形状を有する。熱交換器の温度勾配保持部、低温部、および高温部は、温度勾配保持部のハニカム形状または格子形状の細孔と低温部および高温部の各々のハニカム形状または格子形状の細孔が重なるように、配置される。
従来の技術においては、気体が熱交換器の低温部、温度勾配保持部、および高温部を通過する際に、気体は、低温部の細孔、温度勾配保持部の細孔、および高温部の細孔を通過することになる。その結果、気体の動的粘性抵抗が増加する。
従来の技術においては、温度勾配保持部は、複数の細孔を備えたハニカム形状または複数の細孔を備えた格子形状を有するように、典型的には、押出し成形によって製造される。ハニカム形状や格子形状の細孔を打ち抜いた金属薄板を重ねて温度勾配保持部を作製する場合もある。温度勾配保持部が押出し成形や細孔を打ち抜いた金属薄板を重ねることによって形成される場合には、温度勾配保持部のハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する表面は、通常、比較的大きな表面粗さを有する。その結果、気体の動的粘性抵抗が更に増加する。また、ハニカム形状や格子形状の細孔を打ち抜いた金属薄板を重ねて温度勾配保持部を作製する場合には温度勾配保持部の熱伝導性が高くなり、適切な温度勾配を維持することが困難であった。
このように、従来の技術においては、導波管における気体の速度が比較的大きい場所に熱交換器を配置することが好ましいが、上述したように気体の動的粘性抵抗が増加するため、熱交換器において効率的に気体を移動させることが困難であることがあり、動的粘性抵抗によるエネルギー損失が大きくなることがある。また、温度勾配が高く保てない問題もあった。
よって、従来の技術においては、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率が低いことがある。例えば、100℃以下の熱源の温度と室温との温度勾配によって熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する場合には、粘性抵抗による損失が相対的に大きくなると共に、温度勾配が低くなり効率が低くなることがある。
熱交換器3における気体Gの膨張および収縮の繰り返しによって導波管2に充填された気体Gの音波が増幅されて、熱エネルギーが気体Gの音波の音響エネルギーに効率よく変換されるためには、音波の位相速度ωと気体Gの熱拡散係数αと温度勾配保持部の気体Gに熱を伝える複数の熱伝導体の間の距離dによって、
2α/{ω×(d/2)2}=δ ・・・・・(1)
の関係が成立することが望ましい。ここでδは略1であり、δの最適値は熱伝導体の形状や配置によって変化する。熱伝導体がハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する場合には0.32、熱伝導体が並行平板フィンで形成されている場合には、0.79程度である。熱拡散係数αは気体Gの密度ρ、定圧比熱C、熱伝導率κを用いて次のように書ける。
α=κ/(ρ×C) ・・・・・(2)
2α/{ω×(d/2)2}=δ ・・・・・(1)
の関係が成立することが望ましい。ここでδは略1であり、δの最適値は熱伝導体の形状や配置によって変化する。熱伝導体がハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する場合には0.32、熱伝導体が並行平板フィンで形成されている場合には、0.79程度である。熱拡散係数αは気体Gの密度ρ、定圧比熱C、熱伝導率κを用いて次のように書ける。
α=κ/(ρ×C) ・・・・・(2)
一方で、気体Gの動的粘性抵抗に関わる指標はω×(d/2)2/2νであり、これが数10程度以上の大きい場合に動粘性抵抗は小さくなり、気体Gの振動の振幅が低減することが抑えられる。この指標は、式(1)を用いると、
ω×(d/2)2/2ν=(1/δ)×α/ν=1/(δ×σ) ・・・・・(3)
と書ける。νは気体Gの動粘性係数で、気体Gの粘性係数μと密度ρの比、μ/ρで定義されている。動粘性係数νと熱拡散係数αの比、σ(=ν/α=C×μ/κ)はプラントル数であり、温度に若干依存するだけの物理定数である。プラントル数は気体Gの種類にあまりよらず0.6~0.7程度であり、空気の場合は0.67である。従って、熱伝導体がハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する場合には、動的粘性抵抗に関わる指標は式(3)から略5程度になり、δを最適な値に留めた状態では大きな動的粘性抵抗を生むことがわかる。
ω×(d/2)2/2ν=(1/δ)×α/ν=1/(δ×σ) ・・・・・(3)
と書ける。νは気体Gの動粘性係数で、気体Gの粘性係数μと密度ρの比、μ/ρで定義されている。動粘性係数νと熱拡散係数αの比、σ(=ν/α=C×μ/κ)はプラントル数であり、温度に若干依存するだけの物理定数である。プラントル数は気体Gの種類にあまりよらず0.6~0.7程度であり、空気の場合は0.67である。従って、熱伝導体がハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する場合には、動的粘性抵抗に関わる指標は式(3)から略5程度になり、δを最適な値に留めた状態では大きな動的粘性抵抗を生むことがわかる。
一方で、式(3)の指標は気体Gが熱伝導体の壁において速度が0になるものとした流体の理論式から導いたものである。従来の温度勾配保持部のハニカム形状の細孔または格子形状の細孔を形成する表面は、比較的大きな表面粗さを有するため、理論式による考察の状況に近いが、この粗さを低減するなどの対策を行って気体Gが細孔表面で滑るようにし、気体Gの粘性係数μを実効的に小さくできれば動的粘性抵抗に関わる指標を大きくできる。
図3および図4は、熱交換器3に含まれる温度勾配保持部6の一例を示す図である。図4は、図3における線A-Aに沿った温度勾配保持部6の断面を示す。図3および図4に示すように、温度勾配保持部6は、例えば、導波管2の断面が円形の場合には、略円筒の形状を有する。例えば、温度勾配保持部6は、略円筒の形状を備えた枠体65-1を含む。
図3および図4に示すように、温度勾配保持部6は、複数の線状熱伝導体60-1を含む。複数の線状熱伝導体60-1は、例えば、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して平行な方向に、互いに平行になるように温度勾配保持部6の両端間に張られている。複数の線状熱伝導体60-1の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する表面を持ち、この表面で気体Gと接触する。
実施形態に係る熱音響装置1においては、温度勾配保持部6が、複数の線状熱伝導体60-1を含むため、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の線状熱伝導体60-1の間の間隙を通過する。これにより、温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗を、従来のハニカム形状または複数の細孔を備えた格子形状の温度勾配保持部や、複数の並行平板フィンで構成された温度勾配保持部に比べて減少させることができる。その結果、温度勾配保持部6を通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。
よって、熱音響装置1は、温度勾配保持部6において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率を改善することができる。
例えば、熱音響装置1は、低温部4および高温部5にそれぞれ室温の熱源および100℃以下の温度の熱源を接続する場合にも、低温部4と高温部5との間に設けられた温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗を減少させることができる。よって、熱音響装置1は、100℃以下の温度の熱源からの熱、例えば、廃熱を、例えば、発電または冷却に、効率良く利用することができる。
図3に示すような複数の線状熱伝導体60-1の間の間隔d(60-1)は、複数の線状熱伝導体60-1から気体Gへの熱伝導を向上させるために、1.0mm以下である。複数の線状熱伝導体60-1の間の間隔d(60-1)は、好ましくは、0.2mm以上0.4mm以下、例えば、0.3mm程度である。図3に示すような複数の線状熱伝導体60-1の各々の直径r(60-1)は、0.1mm以下、例えば、0.08mm程度である。
図4に示すような温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における複数の線状熱伝導体60-1の各々の長さw(60-1)は、7mm以上20mm以下、例えば、10mm程度である。この場合には、音波の有効な大きさの振幅を得ることによって、温度勾配保持部6の熱エネルギーから変換された、音波の音響エネルギーの有効な出力を得ることができる。
図4に示すように、温度勾配保持部6が枠体65-1を有する場合、枠体65-1は後述する第1の高温部5aの枠体55a-1と一体化される。温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6の線状熱伝導体60-1が枠体65-1から突出する部分の長さw’(60-1)は、1.0mm以上3.0mm以下、例えば、2.0mm程度である。温度勾配保持部6の線状熱伝導体60-1が枠体65-1から突出する部分で、後述するように、複数の線状熱伝導体60-1が第1の高温部5aの複数の板状のフィン50a-1と接合される。なお、温度勾配保持部6における枠体65-1の有無に関わらず、複数の線状熱伝導体60-1の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第1の高温部5aに接合され、他方の端部において、第1の低温部4aに接合される。
複数の線状熱伝導体60-1の各々は、例えば、熱伝導率が低く線状形状加工の容易な金属材料で形成される。複数の線状熱伝導体60-1の各々を形成する材料の熱伝導率は、例えば、5Wm-1・K-1以上30Wm-1・K-1以下である。この場合には、複数の線状熱伝導体60-1の各々の熱伝導率を低減することができる。よって、温度勾配保持部6における温度勾配の低減を抑制することができる。それに応じて、温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に生じた温度勾配を良好に保持することができる。
複数の線状熱伝導体60-1の各々を形成する金属は、例えば、ニッケルクロム合金に代表されるものである。この場合には、複数の線状熱伝導体60-1の各々から気体Gへの熱伝達に対して複数の線状熱伝導体60-1の各々における中心軸の方向(X軸方向)への熱伝導を良好に低減することができる。よって、温度勾配保持部6は、複数の線状熱伝導体60-1から気体Gへの熱伝達を向上させることができる。それに応じて、温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に所望の温度勾配を容易に保持することができる。
図5は、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の各々の一例を示す図である。
図5に示すように、複数の線状熱伝導体60-1の各々は、尖鋭な端部61-1を有する。例えば、複数の線状熱伝導体60-1の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における両端に尖鋭な端部61-1を有する。ここで、尖鋭な端部61-1は、複数の線状熱伝導体60-1の各々における気体Gと接触する表面に垂直な断面において頂点を有する端部である。
複数の線状熱伝導体60-1の各々が、尖鋭な端部61-1を有する場合には、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の線状熱伝導体60-1の各々の端部付近において尖鋭な端部61-1を通過する。その結果、複数の線状熱伝導体60-1の各々の端部付近における気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、線状熱伝導体60-1の各々における気体Gと接触する表面において、気体Gと線状熱伝導体60-1とが滑りやすくなることで温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、複数の線状熱伝導体60-1の各々の端部付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図5に示すように、複数の線状熱伝導体60-1の各々の中心軸の方向(X軸方向)に垂直な表面は、鏡面62-1を有する。例えば、複数の線状熱伝導体60-1の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する表面、すなわち、気体Gと接触する表面に鏡面62-1を有する。ここで、鏡面62-1は、例えば0.02μm以下の表面粗さ(算術平均粗さSa)を備えた面である。
熱音響装置1においては、複数の線状熱伝導体60-1の各々が、鏡面62-1を有する場合には、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の線状熱伝導体60-1に含まれる鏡面62-1の間を通過する。その結果、複数の線状熱伝導体60-1の各々における気体Gと接触する表面付近において気体Gを滑らせて通過させることができる。これにより、温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の各々の表面付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図6および図7Aは、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第1の高温部5aの一例を示す図である。図7Aは、図6における線A-Aに沿った第1の高温部5aの断面を示す。図6および図7Aに示すように、第1の高温部5aは、例えば、断面が略円形である略円筒の形状を有する。例えば、第1の高温部5aは、略円筒の形状を備えた枠体55a-1を含む。
図6および図7Aに示すように、第1の高温部5aは、複数の板状のフィン50a-1を含む。複数の板状のフィン50a-1は、後述するように、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1と接合される。
複数の板状のフィン50a-1は、例えば、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)に法線をもち互いに平行である表面を有する。複数の板状のフィン50a-1の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)に法線をもつ気体Gと接触する表面を有する。
図6に示すような複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)は、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の間隔d(60-1)よりも大きい。複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)は、複数の線状熱伝導体60-1の間隔d(60-1)の3倍以上5倍以下、例えば、1.6mm程度である。
複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の間隔d(60-1)よりも大きい場合には、気体Gが第1の高温部5aを通過する際に、気体Gは、複数の線状熱伝導体60-1の間の間隙よりも大きい複数の板状のフィン50a-1の間の間隙を通過する。
このように複数の板状のフィン50a-1の間隔を複数の線状熱伝導体60-1の間隙より大きくすることで、温度勾配保持部6を通過する気体Gよりも第1の高温部5aを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが温度勾配保持部6を通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗は、複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)の二乗に概ね反比例する。
よって、熱音響装置1は、第1の高温部5aにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図6に示すような複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)は、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の各々の直径t(60-1)よりも大きい。複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)は、複数の線状熱伝導体60-1の各々の直径t(60-1)の2倍以上3倍以下、例えば、0.2mm程度である。
複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の各々の直径r(60-1)よりも大きい場合には、第1の高温部5aの熱伝導性を向上させることができる。例えば、温度勾配保持部6の側における第1の高温部5aの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第1の高温部5aから温度勾配保持部6への熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の各々の直径t(60-1)よりも大きい場合には、複数の板状のフィン50a-1は、複数の板状のフィン50a-1に接合される複数の線状熱伝導体60-1をより確実に保持することができる。それにより、第1の高温部5aは、温度勾配保持部6をより確実に保持することができる。
図7Aに示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における複数の板状のフィン50a-1の各々の長さw(50a-1)は、3mm以上5mm以下、例えば、4mm程度である。第1の高温部5aが枠体55a-1を有する場合、枠体55a-1は温度勾配保持部6の枠体65-1と一体化される。図7Aに示すように、複数の板状のフィン50a-1の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)において第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部を有する。第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部の長さw’(55a-1)は、2mm以上4mm以下、例えば、2mm程度である。第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部は、後述するように、第2の高温部5bに接合される。なお、第1の高温部5aにおける枠体55a-1の有無に関わらず、複数の板状のフィン50a-1の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第2の高温部5bに接合され、他方の端部において、温度勾配保持部6に接合される。
図7Aおよび図7Bに示すように、複数の板状のフィン50a-1は、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の少なくとも一部を接合する複数の接続部51a-1を有する。複数の板状のフィン50a-1に含まれる複数の接続部51a-1の各々は、図4に示すような温度勾配保持部6の端から長さw’(60-1)の部分を接続するように設けられる。図7Aおよび図7Bに示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における接続部51a-1の長さw(51a-1)は、図4に示すような温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6の枠体65-1から突出する凸部の長さw’(60-1)に略等しい。
複数の板状のフィン50a-1が、温度勾配保持部6に含まれる複数の線状熱伝導体60-1の少なくとも一部を接続する長さw(51a-1)をもった複数の接続部51a-1を有する場合には、複数の板状のフィン50a-1を複数の線状熱伝導体60-1に接合することができる。その結果、第1の高温部5aから温度勾配保持部6への熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。複数の線状熱伝導体60-1と接続部51a-1の接合には半田またはレーザを用いてもよい。
また、複数の板状のフィン50a-1は、複数の板状のフィン50a-1に接合される複数の線状熱伝導体60-1をより確実に保持することができる。それにより、第1の高温部5aは、温度勾配保持部6をより確実に保持することができる。
複数の板状のフィン50a-1の各々は、好ましくは、尖鋭な端部を有する。例えば、複数の板状のフィン50a-1の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における両端に尖鋭な端部を有する。ここで、尖鋭な端部は、複数の板状のフィン50a-1の各々における気体Gと接触する表面に垂直な断面において頂点を有する端部である。
複数の板状のフィン50a-1の各々が、尖鋭な端部を有する場合には、気体Gが第1の高温部5aを通過する際に、気体Gは、複数の板状のフィン50a-1の各々の端部付近において尖鋭な端部を通過する。その結果、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々の端部付近における気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、第1の高温部5aにおける気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々の端部付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図8および図9は、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第2の高温部5bの一例を示す図である。図9は、図8における線A-Aに沿った第2の高温部5bの断面を示す。図8および図9に示すように、第2の高温部5bは、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、第2の高温部5bは、略円筒の形状を備えた枠体55b-1を含む。
図8および図9に示すように、第2の高温部5bは、複数の第1の格子状のフィン50b-1を含む。複数の第1の格子状のフィン50b-1は、後述するように、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1と接合される。
複数の第1の格子状のフィン50b-1は、例えば、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸またはZ軸に対して略45°の方向)において複数の格子を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸またはZ軸に対して略45°の方向)において気体Gと接触する表面を有する。
複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々における気体Gと接触する表面は、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々における気体Gと接触する表面と略45°の角度を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-1における格子が、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々における板に対して略45°の方向に配列されるため、複数の第1の格子状のフィン50b-1と、複数の第1の格子状のフィン50b-1に接合する複数の板状のフィン50a-1の形態をより確実に保持することができる。
図8に示すような複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)は、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)よりも大きい。複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)は、例えば、複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)の2倍以上3倍以下、例えば、4.5mm程度である。
複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)が、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の間隔d(50a-1)よりも大きい場合には、気体Gが第2の高温部5bを通過する際に、気体Gは、複数の板状のフィン50a-1の間の間隙よりも大きい複数の第1の格子状のフィン50b-1の間の間隙を通過する。
その結果、第1の高温部5aを通過する気体Gよりも第2の高温部5bを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。例えば、気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗が無視できるように、複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)を設定することができる。
よって、熱音響装置1は、第2の高温部5bにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図8に示すような複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)は、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)よりも大きい。複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)は、例えば、複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)の2倍以上3倍以下、例えば、0.6mm程度である。
複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)が、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)よりも大きい場合には、第1の格子状のフィン50b-1のフィン間隔が大きくなっても第2の高温部5bの熱伝導性を向上させることができる。例えば、第1の高温部5aの側における第2の高温部5bの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第2の高温部5bから第1の高温部5aへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)が、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の各々の厚さt(50a-1)よりも大きい場合には、複数の第1の格子状のフィン50b-1は、複数の第1の格子状のフィン50b-1に接合される複数の板状のフィン50a-1をより確実に保持することができる。それにより、第2の高温部5bは、第1の高温部5aをより確実に保持することができる。
図9に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の長さw(50b-1)は、4mm以上6mm以下、例えば、5mm程度である。第2の高温部5bが枠体55b-1を有する場合、図9に示すように、複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)において第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部を有する。第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部の長さw’(55b-1)は、3mm以上4mm以下、例えば、3mm程度である。第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部は、後述するように、第3の高温部5cに接合される。なお、第2の高温部5bにおける枠体55b-1の有無に関わらず、複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第3の高温部5cに接合され、他方の端部において、第1の高温部5aに接合される。
図9に示すように、複数の第1の格子状のフィン50b-1は、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部51b-1を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-1に含まれる複数の第1の凹部51b-1の各々は、図7Aに示すような第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部を収容するように設けられる。図9に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第1の凹部51b-1の長さw(51b-1)は、図7Aに示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部の長さw’(50a-1)に等しい。
複数の第1の格子状のフィン50b-1が、第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1の少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部51b-1を有する場合には、複数の第1の格子状のフィン50b-1を複数の板状のフィン50a-1に接合することができる。その結果、第2の高温部5bから第1の高温部5aへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
また、複数の第1の格子状のフィン50b-1は、複数の第1の格子状のフィン50b-1に接合される複数の板状のフィン50a-1をより確実に保持することができる。それにより、第2の高温部5bは、第1の高温部5aをより確実に保持することができる。
図10および図11は、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第3の高温部5cの一例を示す図である。図11は、図10における線A-Aに沿った第3の高温部5cの断面を示す。図10および図11に示すように、第3の高温部5cは、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、第3の高温部5cは、略円筒の形状を備えた枠体55c-1を含む。
図10および図11に示すように、第3の高温部5cは、複数の第2の格子状のフィン50c-1を含む。複数の第2の格子状のフィン50c-1は、後述するように、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1と接合される。
複数の第2の格子状のフィン50c-1は、例えば、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向またはZ軸方向)において複数の格子を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向またはZ軸方向)において気体Gと接触する表面を有する。
複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々における気体Gと接触する表面は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1における気体Gと接触する表面と略45°の角度を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-1における格子が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々における格子に対して略45°の方向に配列されるため、複数の第2の格子状のフィン50c-1は、複数の第2の格子状のフィン50c-1に接合する複数の第1の格子状のフィン50b-1の形態をより確実に保持することができる。
図10に示すような複数の第2の格子状のフィン50c-1の間隔d(50c-1)は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)よりも大きい。複数の第2の格子状のフィン50c-1の間隔d(50c-1)は、例えば、複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)の2倍以上3倍以下、例えば、12.8mm程度である。
複数の第2の格子状のフィン50c-1の間隔d(50c-1)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の間隔d(50b-1)よりも大きい場合には、気体Gが第3の高温部5cを通過する際に、気体Gは、複数の第1の格子状のフィン50b-1の間の間隙よりも大きい複数の第2の格子状のフィン50c-1の間の間隙を通過する。
その結果、第2の高温部5bを通過する気体Gよりも第3の高温部5cを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第3の高温部5cを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。例えば、気体Gが第3の高温部5cを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗が無視できるように、複数の第2の格子状のフィン50c-1の間隔d(50c-1)を設定することができる。
よって、熱音響装置1は、第3の高温部5cにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図10に示すような複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の厚さt(50c-1)は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)よりも大きい。複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の厚さt(50c-1)は、例えば、複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)の2倍以上3倍以下、例えば、1.6mm程度である。
複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の厚さt(50c-1)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)よりも大きい場合には、第2の格子状のフィン50c-1の間隔d(50c-1)が大きくなっても第3の高温部5cの熱伝導性を向上させることができる。例えば、第2の高温部5bの側における第3の高温部5cの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第3の高温部5cから第2の高温部5bへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の厚さt(50c-1)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の各々の厚さt(50b-1)よりも大きい場合には、複数の第2の格子状のフィン50c-1は、複数の第2の格子状のフィン50c-1に接合される複数の第1の格子状のフィン50b-1をより確実に保持することができる。それにより、第3の高温部5cは、第2の高温部5bをより確実に保持することができる。
図11に示すような第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)における複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の長さw(50c-1)は、5mm以上6mm以下、例えば、5mm程度である。なお、第3の高温部5cが枠体55c-1を有する場合、複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)において第3の高温部5cの枠体55c-1から突出する凸部を有するものではない。また、第3の高温部5cにおける枠体55c-1の有無に関わらず、複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、第2の高温部5bに接合される。
図11に示すように、複数の第2の格子状のフィン50c-1は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部51c-1を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-1に含まれる複数の第2の凹部51c-1の各々は、図9に示すような第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部を収容するように設けられる。図11に示すような第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)における第2の凹部51c-1の長さw(51c-1)は、図9に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部の長さw’(50b-1)に等しい。なお、図11に示すように、複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の長さw(50c-1)から第2の凹部51c-1の長さw(51c-1)を減算することによって得られる長さをw’(50c-1)によって表す。
複数の第2の格子状のフィン50c-1が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1の少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部51c-1を有する場合には、複数の第2の格子状のフィン50c-1を複数の第1の格子状のフィン50b-1に接合することができる。その結果、第3の高温部5cから第2の高温部5bへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
また、複数の第2の格子状のフィン50c-1は、複数の第2の格子状のフィン50c-1に接合される複数の第1の格子状のフィン50b-1をより確実に保持することができる。それにより、第3の高温部5cは、第2の高温部5bをより確実に保持することができる。
複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々は、例えば、金属で形成される。この場合には、複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々の熱伝導率を向上させることができる。複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々を形成する金属は、例えば、銅である。この場合には、複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50-1b、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々のコストを低減することができる。
図12は、熱交換器3に含まれる温度勾配保持部6および熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cの接合の一例を示す図である。
図12に示すように、温度勾配保持部6の複数の線状熱伝導体60-1の端から長さw’(60-1)の部分を第1の高温部5aに含まれる複数の板状のフィン50a-1に含まれる複数の接続部51a-1に接合することによって、温度勾配保持部6を第1の高温部5aに接合する。第1の高温部5aの枠体55a-1から突出する凸部を第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-1に含まれる複数の第1の凹部51b-1に挿入することによって、第1の高温部5aを第2の高温部5bに接合する。第2の高温部5bの枠体55b-1から突出する凸部を第3の高温部5cに含まれる複数の第2の格子状のフィン50c-1に含まれる複数の第2の凹部51c-1に挿入することによって、第2の高温部5bを第3の高温部5cに接合する。
複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の各々が、金属で形成される場合には、複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1の接合に半田またはレーザを用いてもよい。この場合には、複数の板状のフィン50a-1、複数の第1の格子状のフィン50b-1、および複数の第2の格子状のフィン50c-1をより確実に接合することができる。
このように、温度勾配保持部6、第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cを接合することができる。なお、熱交換器3の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6、第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cの長さは、w(60-1)+w’(50a-1)+w’(50b-1)+w’(50c-1)である。
図13および図14は、熱交換器3に含まれる温度勾配保持部6の一例を示す図である。図14は、図13における線A-Aに沿った温度勾配保持部6の断面を示す。図13および図14に示すように、温度勾配保持部6は、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、温度勾配保持部6は、略円筒の形状を備えた枠体65-2を含む。なお、温度勾配保持部6は、枠体65-2を有していなくてもよい。
図13および図14に示すように、温度勾配保持部6は、複数の第1の板状のフィン60-2を含む。複数の第1の板状のフィン60-2は、例えば、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Z軸方向)において互いに平行である。複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Z軸方向)において気体Gと接触する表面を有する。
実施形態に係る熱音響装置1においては、温度勾配保持部6が、複数の第1の板状のフィン60-2を含むため、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の第1の板状のフィン60-2の間の間隙を通過する。これにより、温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗を、従来のハニカム形状または複数の細孔を備えた格子形状の温度勾配保持部に比べて減少させることができる。その結果、温度勾配保持部6を通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。
よって、熱音響装置1は、温度勾配保持部6において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率を改善することができる。
例えば、熱音響装置1は、低温部4および高温部5にそれぞれ室温の熱源および100℃以下の温度の熱源を接続する場合にも、低温部4と高温部5との間に設けられた温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗を減少させることができる。よって、熱音響装置1は、100℃以下の温度の熱源からの熱、例えば、廃熱を、例えば、発電または冷却に、効率良く利用することができる。
図13に示すような複数の第1の板状のフィン60-2の間の間隔d(60-2)は、複数の第1の板状のフィン60-2から気体Gへの熱伝導を向上させるために、1.0mm以下である。複数の第1の板状のフィン60-2の間の間隔d(60-2)は、好ましくは、0.3mm以上0.5mm以下、例えば、0.4mm程度である。図13に示すような複数の第1の板状のフィン60-2の各々の厚さt(60-2)は、0.1mm以下、例えば、0.08mm程度である。
図14に示すような温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における複数の第1の板状のフィン60-2の各々の長さw(60-2)は、7mm以上20mm以下、例えば、10mm程度である。この場合には、音波の有効な大きさの振幅を得ることによって、温度勾配保持部6の熱エネルギーから変換された、音波の音響エネルギーの有効な出力を得ることができる。
図14に示すように、温度勾配保持部6が枠体65-2を有する場合、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)において温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部を有する。温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部の長さw’(60-2)は、0.5mm以上1.0mm以下、例えば、1.0mm程度である。温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部は、後述するように、第1の高温部5aに接合される。なお、温度勾配保持部6における枠体65-2の有無に関わらず、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第1の高温部5aに接合され、他方の端部において、第1の低温部4aに接合される。
複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、例えば、熱伝導率の低いセラミックやガラスのような材料で形成される。複数の第1の板状のフィン60-2の各々を形成する材料の熱伝導率は、例えば、1Wm-1・K-1以上5Wm-1・K-1以下である。この場合には、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の熱伝導率を低減することができる。よって、温度勾配保持部6における温度勾配の低減を抑制することができる。それに応じて、温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に生じた温度勾配を良好に保持することができる。
複数の第1の板状のフィン60-2の各々を形成するセラミックは、例えば、ジルコニア、チタニア、またはステアタイトである。この場合には、複数の第1の板状のフィン60-2の各々から気体Gへの熱伝達に対して複数の第1の板状のフィン60-2の各々におけるw方向への熱伝導を良好に低減することができる。よって、温度勾配保持部6は、複数の第1の板状のフィン60-2から気体Gへの熱伝達を向上させることができる。それに応じて、温度勾配保持部6は、低温部4と高温部5との間に所望の温度勾配を容易に保持することができる。
図15は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々の一例を示す図である。
図15に示すように、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、尖鋭な端部61-2を有する。例えば、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における両端に尖鋭な端部61-2を有する。ここで、尖鋭な端部61-2は、複数の第1の板状のフィン60-2の各々における気体Gと接触する表面に垂直な断面において頂点を有する端部である。
複数の第1の板状のフィン60-2の各々が、尖鋭な端部61-2を有する場合には、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の端部付近において尖鋭な端部61-2を通過する。その結果、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の端部付近における気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、複数の第1の板状のフィン60-2の各々における気体Gと接触する表面において、気体Gと複数の第1の板状のフィン60-2とが滑りやすくなることで温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の端部付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図15に示すように、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、鏡面62-2を有する。例えば、複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Z軸方向)における両方の表面、すなわち、気体Gと接触する両方の表面に鏡面62-2を有する。ここで、鏡面62-2は、例えば0.04μm以下の表面粗さ(算術平均粗さRa)を備えた面である。
熱音響装置1においては、複数の第1の板状のフィン60-2の各々が、鏡面62-2を有する場合には、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の第1の板状のフィン60-2に含まれる鏡面62-2の間を通過する。その結果、複数の第1の板状のフィン60-2の各々における気体Gと接触する表面付近において気体Gを滑らかに通過させることができる。これにより、温度勾配保持部6における気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々の表面付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図16および図17は、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第1の高温部5aの一例を示す図である。図17は、図16における線A-Aに沿った第1の高温部5aの断面を示す。図16および図17に示すように、第1の高温部5aは、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、第1の高温部5aは、略円筒の形状を備えた枠体55a-2を含む。なお、第1の高温部5aは、枠体55a-2を有していなくてもよい。
図16および図17に示すように、第1の高温部5aは、複数の第2の板状のフィン50a-2を含む。複数の第2の板状のフィン50a-2は、後述するように、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2と接合される。
複数の第2の板状のフィン50a-2は、例えば、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)において互いに平行である。複数の第2の板状のフィン50a-2の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)において気体Gと接触する表面を有する。複数の第2の板状のフィン50a-2の各々における気体Gと接触する表面は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々における気体Gと接触する表面と直交する。
図16に示すような複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の間隔d(60-2)よりも大きい。複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)は、複数の第1の板状のフィン60-2の間隔d(60-2)の3倍以上5倍以下、例えば、1.6mm程度である。
複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の間隔d(60-2)よりも大きい場合には、気体Gが第1の高温部5aを通過する際に、気体Gは、複数の第1の板状のフィン60-2の間の間隙よりも大きい複数の第2の板状のフィン50a-2の間の間隙を通過する。
その結果、温度勾配保持部6を通過する気体Gよりも第1の高温部5aを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが温度勾配保持部6を通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗は、複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)の二乗に概ね反比例する。
よって、熱音響装置1は、第1の高温部5aにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図16に示すような複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々の厚さt(60-2)よりも大きい。複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)は、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の厚さt(60-2)の2倍以上3倍以下、例えば、0.2mm程度である。
複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々の厚さt(60-2)よりも大きい場合には、第1の高温部5aの熱伝導性を向上させることができる。例えば、温度勾配保持部6の側における第1の高温部5aの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第1の高温部5aから温度勾配保持部6への熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)が、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々の厚さt(60-2)よりも大きい場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2は、複数の第2の板状のフィン50a-2に接合される複数の第1の板状のフィン60-2をより確実に保持することができる。それにより、第1の高温部5aは、温度勾配保持部6をより確実に保持することができる。
図17に示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の長さw(50a-2)は、3mm以上4mm以下、例えば、3mm程度である。図17に示すように、第1の高温部5aが枠体55a-2を有する場合、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)において第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部を有する。第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部の長さw’(55a-2)は、2mm以上3mm以下、例えば、2mm程度である。第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部は、後述するように、第2の高温部5bに接合される。なお、第1の高温部5aにおける枠体55a-2の有無に関わらず、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第2の高温部5bに接合され、他方の端部において、温度勾配保持部6に接合される。
図17に示すように、複数の第2の板状のフィン50a-2は、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部51a-2を有する。複数の第2の板状のフィン50a-2に含まれる複数の第1の凹部51a-2の各々は、図14に示すような温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部を収容するように設けられる。図17に示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における第1の凹部51a-2の長さw(51a-2)は、図14に示すような温度勾配保持部6の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部の長さw’(60-2)に等しい。
複数の第2の板状のフィン50a-2が、温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部51a-2を有する場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2を複数の第1の板状のフィン60-2に接合することができる。その結果、第1の高温部5aから温度勾配保持部6への熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
また、複数の第2の板状のフィン50a-2は、複数の第2の板状のフィン50a-2に接合される複数の第1の板状のフィン60-2をより確実に保持することができる。それにより、第1の高温部5aは、温度勾配保持部6をより確実に保持することができる。
複数の第2の板状のフィン50a-2の各々は、好ましくは、尖鋭な端部を有する。例えば、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々は、第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における両端に尖鋭な端部を有する。ここで、尖鋭な端部は、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々における気体Gと接触する表面に垂直な断面において頂点を有する端部である。
複数の第2の板状のフィン50a-2の各々が、尖鋭な端部を有する場合には、気体Gが第1の高温部5aを通過する際に、気体Gは、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の端部付近において尖鋭な端部を通過する。その結果、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の端部付近における気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、第1の高温部5aにおける気体Gの動的粘性抵抗をさらに減少させることができる。
よって、熱音響装置1は、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の端部付近において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図18および図19は、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第2の高温部5bの一例を示す図である。図19は、図18における線A-Aに沿った第2の高温部5bの断面を示す。図18および図19に示すように、第2の高温部5bは、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、第2の高温部5bは、略円筒の形状を備えた枠体55b-2を含む。なお、第2の高温部5bは、枠体55b-2を有していなくてもよい。
図18および図19に示すように、第2の高温部5bは、複数の第1の格子状のフィン50b-2を含む。複数の第1の格子状のフィン50b-2は、後述するように、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2と接合される。
複数の第1の格子状のフィン50b-2は、例えば、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸またはZ軸に対して略45°の方向)において複数の格子を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸またはZ軸に対して略45°の方向)において気体Gと接触する表面を有する。
複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々における気体Gと接触する表面は、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々における気体Gと接触する表面と略45°の角度を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-2における格子が、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々における板に対して略45°の方向に配列されるため、複数の第1の格子状のフィン50b-2は、複数の第1の格子状のフィン50b-2に接合する複数の第2の板状のフィン50a-2の形態をより確実に保持することができる。
図18に示すような複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)は、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)よりも大きい。複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)は、例えば、複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)の2倍以上3倍以下、例えば、4.5mm程度である。
複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)が、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の間隔d(50a-2)よりも大きい場合には、気体Gが第2の高温部5bを通過する際に、気体Gは、複数の第2の板状のフィン50a-2の間の間隙よりも大きい複数の第1の格子状のフィン50b-2の間の間隙を通過する。
その結果、第1の高温部5aを通過する気体Gよりも第2の高温部5bを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが第1の高温部5aを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。例えば、気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗が無視できるように、複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)を設定することができる。
よって、熱音響装置1は、第2の高温部5bにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図18に示すような複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)は、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)よりも大きい。複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)は、例えば、複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)の2倍以上3倍以下、例えば、1.0mm程度である。
複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)が、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)よりも大きい場合には、第2の高温部5bの熱伝導性を向上させることができる。例えば、第1の高温部5aの側における第2の高温部5bの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第2の高温部5bから第1の高温部5aへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)が、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の各々の厚さt(50a-2)よりも大きい場合には、複数の第1の格子状のフィン50b-2は、複数の第1の格子状のフィン50b-2に接合される複数の第2の板状のフィン50a-2をより確実に保持することができる。それにより、第2の高温部5bは、第1の高温部5aをより確実に保持することができる。
図19に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の長さw(50b-2)は、4mm以上6mm以下、例えば、5mm程度である。図19に示すように、第2の高温部5bが枠体55b-2を有する場合、複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)において第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部を有する。第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部の長さw’(55b-2)は、3mm以上4mm以下、例えば、3mm程度である。第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部は、後述するように、第3の高温部5cに接合される。なお、第2の高温部5bにおける枠体55b-2の有無に関わらず、複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々は、第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、後述の第3の高温部5cに接合され、他方の端部において、第1の高温部5aに接合される。
図19に示すように、複数の第1の格子状のフィン50b-2は、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部51b-2を有する。複数の第1の格子状のフィン50b-2に含まれる複数の第2の凹部51b-2の各々は、図17に示すような第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部を収容するように設けられる。図19に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第2の凹部51b-2の長さw(51b-2)は、図17に示すような第1の高温部5aの中心軸の方向(X軸方向)における第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部の長さw’(50a-2)に等しい。
複数の第1の格子状のフィン50b-2が、第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2の少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部51b-2を有する場合には、複数の第1の格子状のフィン50b-2を複数の第2の板状のフィン50a-2に接合することができる。その結果、第2の高温部5bから第1の高温部5aへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
また、複数の第1の格子状のフィン50b-2は、複数の第1の格子状のフィン50b-2に接合される複数の第2の板状のフィン50a-2をより確実に保持することができる。それにより、第2の高温部5bは、第1の高温部5aをより確実に保持することができる。
図20および図21は、熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第3の高温部5cの一例を示す図である。図21は、図20における線A-Aに沿った第3の高温部5cの断面を示す。図20および図21に示すように、第3の高温部5cは、例えば、略円筒の形状を有する。例えば、第3の高温部5cは、略円筒の形状を備えた枠体55c-2を含む。なお、第3の高温部5cは、枠体55c-2を有していなくてもよい。
図20および図21に示すように、第3の高温部5cは、複数の第2の格子状のフィン50c-2を含む。複数の第2の格子状のフィン50c-2は、後述するように、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2と接合される。
複数の第2の格子状のフィン50c-2は、例えば、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向またはZ軸方向)において複数の格子を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向またはZ軸方向)において気体Gと接触する表面を有する。
複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々における気体Gと接触する表面は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2における気体Gと接触する表面と略45°の角度を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-2における格子が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々における格子に対して略45°の方向に配列されるため、複数の第2の格子状のフィン50c-2は、複数の第2の格子状のフィン50c-2に接合する複数の第1の格子状のフィン50b-2の形態をより確実に保持することができる。
図20に示すような複数の第2の格子状のフィン50c-2の間隔d(50c-2)は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)よりも大きい。複数の第2の格子状のフィン50c-2の間隔d(50c-2)は、例えば、複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)の2倍以上3倍以下、例えば、12.8mm程度である。
複数の第2の格子状のフィン50c-2の間隔d(50c-2)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の間隔d(50b-2)よりも大きい場合には、気体Gが第3の高温部5cを通過する際に、気体Gは、複数の第1の格子状のフィン50b-2の間の間隙よりも大きい複数の第2の格子状のフィン50c-2の間の間隙を通過する。
その結果、第2の高温部5bを通過する気体Gよりも第3の高温部5cを通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが第3の高温部5cを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗を気体Gが第2の高温部5bを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗よりも低減することができる。例えば、気体Gが第3の高温部5cを通過する際の気体Gの動的粘性抵抗が無視できるように、複数の第2の格子状のフィン50c-2の間隔d(50c-2)を設定することができる。
よって、熱音響装置1は、第3の高温部5cにおいて効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
図20に示すような複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の厚さt(50c-2)は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)よりも大きい。複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の厚さt(50c-2)は、例えば、複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)の2倍以上3倍以下、例えば、2.0mm程度である。
複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の厚さt(50c-2)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)よりも大きい場合には、第3の高温部5cの熱伝導性を向上させることができる。例えば、第2の高温部5bの側における第3の高温部5cの端部における温度の分布をより均一にすることができる。その結果、第3の高温部5cから第2の高温部5bへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の厚さt(50c-2)が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々の厚さt(50b-2)よりも大きい場合には、複数の第2の格子状のフィン50c-2は、複数の第2の格子状のフィン50c-2に接合される複数の第1の格子状のフィン50b-2をより確実に保持することができる。それにより、第3の高温部5cは、第2の高温部5bをより確実に保持することができる。
図21に示すような第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)における複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の長さw(50c-2)は、5mm以上6mm以下、例えば、5mm程度である。なお、第3の高温部5cが枠体55c-2を有する場合、複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)において第3の高温部5cの枠体55c-2から突出する凸部を有するものではない。また、第3の高温部5cにおける枠体55c-2の有無に関わらず、複数の第1の格子状のフィン50b-2の各々は、第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)の一方の端部において、第2の高温部5bに接合される。
図21に示すように、複数の第2の格子状のフィン50c-2は、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の少なくとも一部を収容する複数の第3の凹部51c-2を有する。複数の第2の格子状のフィン50c-2に含まれる複数の第3の凹部51c-2の各々は、図19に示すような第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部を収容するように設けられる。図21に示すような第3の高温部5cの中心軸の方向(X軸方向)における第3の凹部51c-2の長さw(51c-2)は、図19に示すような第2の高温部5bの中心軸の方向(X軸方向)における第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部の長さw’(50b-2)に等しい。なお、図21に示すように、複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の長さw(50c-2)から第3の凹部51c-2の長さw(51c-2)を減算することによって得られる長さをw’(50c-2)によって表す。
複数の第2の格子状のフィン50c-2が、第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2の少なくとも一部を収容する複数の第3の凹部51c-2を有する場合には、複数の第2の格子状のフィン50c-2を複数の第1の格子状のフィン50b-2に接合することができる。その結果、第3の高温部5cから第2の高温部5bへの熱伝導性を向上させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
また、複数の第2の格子状のフィン50c-2は、複数の第2の格子状のフィン50c-2に接合される複数の第1の格子状のフィン50b-2をより確実に保持することができる。それにより、第3の高温部5cは、第2の高温部5bをより確実に保持することができる。
複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々は、例えば、金属で形成される。この場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々の熱伝導率を向上させることができる。複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々を形成する金属は、例えば、銅である。この場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々のコストを低減することができる。
図22は、熱交換器3に含まれる温度勾配保持部6および熱交換器3に含まれる高温部5に含まれる第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cの接合の一例を示す図である。
図22に示すように、温度勾配保持部6の枠体65-2から突出する凸部を第1の高温部5aに含まれる複数の第2の板状のフィン50a-2に含まれる複数の第1の凹部51a-2に挿入することによって、温度勾配保持部6を第1の高温部5aに接合する。第1の高温部5aの枠体55a-2から突出する凸部を第2の高温部5bに含まれる複数の第1の格子状のフィン50b-2に含まれる複数の第2の凹部51b-2に挿入することによって、第1の高温部5aを第2の高温部5bに接合する。第2の高温部5bの枠体55b-2から突出する凸部を第3の高温部5cに含まれる複数の第2の格子状のフィン50c-2に含まれる複数の第3の凹部51c-2に挿入することによって、第2の高温部5bを第3の高温部5cに接合する。
複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の各々が、金属で形成される場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2の接合に半田またはレーザを用いてもよい。この場合には、複数の第2の板状のフィン50a-2、複数の第1の格子状のフィン50b-2、および複数の第2の格子状のフィン50c-2をより確実に接合することができる。
このように、温度勾配保持部6、第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cを接合することができる。なお、熱交換器3の中心軸の方向(X軸方向)における温度勾配保持部6、第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cの長さは、w(60-2)+w’(50a-2)+w’(50b-2)+w’(50c-2)である。
図23および図24は、熱交換器3に含まれる温度勾配保持部6の別の例を示す図である。図23および図24に示す温度勾配保持部6に含まれる複数の第1の板状のフィン60-2の各々は、複数のスリット63を有する。図23に示すように、複数のスリット63は、複数の第1の板状のフィン60-2の各々における気体Gが接触する表面の両面に亘って設けられる。図24に示すように、複数のスリット63は、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の中心軸の方向(Z軸方向)に延びる。
温度勾配保持部6の中心軸の方向(Z軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)における複数のスリット63の各々の大きさ(幅)は、0.1mm以上0.3mm以下、例えば、0.3mm程度である。複数のスリット63は、w方向の両端部にのみ、例えばwの1/4程度に設けられていてもよいし、w方向の全体に延びていてもよい。
複数の第1の板状のフィン60-2の各々が、複数のスリット63を有する場合には、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際に、気体Gは、複数の第1の板状のフィン60-2の各々の表面のみならず複数のスリット63を通過する。
その結果、温度勾配保持部6を通過する気体Gの速度の低下を低減することができる。これにより、気体Gが温度勾配保持部6を通過する際の気体Gの動的粘性抵抗をさらに低減することができる。
よって、熱音響装置1は、温度勾配保持部6において効率的に気体Gを移動させることができる。それに応じて、熱音響装置1は、熱エネルギーを音波の音響エネルギーに変換する効率をさらに改善することができる。
熱音響装置1においては、導波管2は気体Gが充填されるとしたが、導波管2は、気体G以外の媒体が充填されるとしてもよい。例えば、導波管2は、音波が有効に生成、増幅される範囲において液体が充填されるとしてもよい。
熱音響装置1においては、導波管2が単一のループの形状を有するとしたが、導波管2は、例えば、少なくとも一つの管で連結された複数のループの形状を有するとしてもよい。この場合には、熱音響装置1は、導波管2の同一のループまたは異なるループに複数の熱交換器3や複数の変換器8を含むものであってもよい。
熱音響装置1においては、励振器7によって導波管2に充填された気体Gを振動または励振させるようにしたが、熱音響装置1は、励振器7を含まないものであってもよい。
この場合には、熱交換器3の低温部4と高温部5との間に温度勾配が生じる際に、導波管2に存在する1/fノイズを音源として気体Gに音波が生じる。気体Gに生じる音波は、低温部4と高温部5との間に生じる温度勾配によって増幅されると共に導波管2内において安定して共振する。
このように、熱音響装置1は、励振器7を含まない場合であっても、熱音響装置1は、例えば、熱交換器3に供給される熱エネルギーを気体Gに生じる音波の音響エネルギーに変換することができる。
熱音響装置1においては、低温部4が第1の低温部4a、第2の低温部4b、および第3の低温部4cのような3個の低温部で構成されると共に高温部5が第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cのような3個の高温部で構成されるとしたが、低温部4および高温部5をそれぞれ1個、2個、または4個以上の低温部および1個、2個、または4個以上の高温部で構成することができる。
熱音響装置1においては、温度勾配保持部6の枠体65-1、第1の高温部5aの枠体55a-1、第2の高温部5bの枠体55b-1、および第3の高温部5cの枠体55c-1を用いて高温部5の構成を説明した。高温部5における第1の高温部5a、第2の高温部5b、および第3の高温部5cの夫々は既に記載された接合により確実に保持されているため枠体55a-1、枠体55b-1及び枠体55c-1は無くてもよい。枠体65-1は、複数の線状熱伝導体60-1と複数の板状のフィン50a-1の接続部51a-1を介した接合が半田またはレーザで行われ、複数の線状熱伝導体60-1の剛性が十分であれば省略することも可能である。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
付記(1-1):
媒体が充填されるループ状の導波管と、
前記導波管内に設けられ、低温部、高温部、および前記低温部と前記高温部との間に設けられ、前記低温部と前記高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む熱交換器と、
を備え、
前記温度勾配保持部は、複数の線状熱伝導体を含む、
熱音響装置。
付記(1-2):
前記複数の線状熱伝導体の各々は、尖鋭な端部を有する、
付記(1-1)に記載の熱音響装置。
付記(1-3):
前記複数の線状熱伝導体の各々の表面は、鏡面を有する、
付記(1-1)または(1-2)に記載の熱音響装置。
付記(1-4):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の線状熱伝導体と接合される複数の板状のフィンを含む、
付記(1-1)から(1-3)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-5):
前記複数の板状のフィンの間隔は、前記複数の線状熱伝導体の間隔よりも大きい、
付記(1-4)に記載の熱音響装置。
付記(1-6):
前記複数の板状のフィンの各々の厚さは、前記複数の線状熱伝導体の各々の直径よりも大きい、
付記(1-4)または(1-5)に記載の熱音響装置。
付記(1-7):
前記複数の板状のフィンは、前記複数の線状熱伝導体の少なくとも一部を接合する複数の接続部を有する、
付記(1-4)から(1-6)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-8):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の板状のフィンと接合される複数の第1の格子状のフィンを含む、
付記(1-4)から(1-7)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-9):
前記複数の第1の格子状のフィンの間隔は、前記複数の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(1-8)に記載の熱音響装置。
付記(1-10):
前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(1-8)または(1-9)に記載の熱音響装置。
付記(1-11):
前記複数の第1の格子状のフィンは、前記複数の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部を有する、
付記(1-8)から(1-10)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-12):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の格子状のフィンと接合される複数の第2の格子状のフィンを含む、
付記(1-8)から(1-11)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-13):
前記複数の第2の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第1の格子状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(1-12)に記載の熱音響装置。
付記(1-14):
前記複数の第2の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(1-12)または(1-13)に記載の熱音響装置。
付記(1-15):
前記複数の第2の格子状のフィンは、前記複数の第1の格子状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部を有する、
付記(1-12)から(1-14)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
媒体が充填されるループ状の導波管と、
前記導波管内に設けられ、低温部、高温部、および前記低温部と前記高温部との間に設けられ、前記低温部と前記高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む熱交換器と、
を備え、
前記温度勾配保持部は、複数の線状熱伝導体を含む、
熱音響装置。
付記(1-2):
前記複数の線状熱伝導体の各々は、尖鋭な端部を有する、
付記(1-1)に記載の熱音響装置。
付記(1-3):
前記複数の線状熱伝導体の各々の表面は、鏡面を有する、
付記(1-1)または(1-2)に記載の熱音響装置。
付記(1-4):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の線状熱伝導体と接合される複数の板状のフィンを含む、
付記(1-1)から(1-3)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-5):
前記複数の板状のフィンの間隔は、前記複数の線状熱伝導体の間隔よりも大きい、
付記(1-4)に記載の熱音響装置。
付記(1-6):
前記複数の板状のフィンの各々の厚さは、前記複数の線状熱伝導体の各々の直径よりも大きい、
付記(1-4)または(1-5)に記載の熱音響装置。
付記(1-7):
前記複数の板状のフィンは、前記複数の線状熱伝導体の少なくとも一部を接合する複数の接続部を有する、
付記(1-4)から(1-6)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-8):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の板状のフィンと接合される複数の第1の格子状のフィンを含む、
付記(1-4)から(1-7)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-9):
前記複数の第1の格子状のフィンの間隔は、前記複数の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(1-8)に記載の熱音響装置。
付記(1-10):
前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(1-8)または(1-9)に記載の熱音響装置。
付記(1-11):
前記複数の第1の格子状のフィンは、前記複数の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部を有する、
付記(1-8)から(1-10)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-12):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の格子状のフィンと接合される複数の第2の格子状のフィンを含む、
付記(1-8)から(1-11)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(1-13):
前記複数の第2の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第1の格子状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(1-12)に記載の熱音響装置。
付記(1-14):
前記複数の第2の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(1-12)または(1-13)に記載の熱音響装置。
付記(1-15):
前記複数の第2の格子状のフィンは、前記複数の第1の格子状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部を有する、
付記(1-12)から(1-14)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-1):
媒体が充填されるループ状の導波管と、
前記導波管内に設けられ、低温部、高温部、および前記低温部と前記高温部との間に設けられ、前記低温部と前記高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む熱交換器と、
を備え、
前記温度勾配保持部は、複数の第1の板状のフィンを含む、
熱音響装置。
付記(2-2):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、尖鋭な端部を有する、
付記(2-1)に記載の熱音響装置。
付記(2-3):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、鏡面を有する、
付記(2-1)または(2-2)に記載の熱音響装置。
付記(2-4):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、複数のスリットを有する、
付記(2-1)から(2-3)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-5):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の板状のフィンと接合される複数の第2の板状のフィンを含む、
付記(2-1)から(2-4)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-6):
前記複数の第2の板状のフィンの間隔は、前記複数の第1の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-5)に記載の熱音響装置。
付記(2-7):
前記複数の第2の板状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-5)または(2-6)に記載の熱音響装置。
付記(2-8):
前記複数の第2の板状のフィンは、前記複数の第1の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部を有する、
付記(2-5)から(2-7)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-9):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第2の板状のフィンと接合される複数の第1の格子状のフィンを含む、
付記(2-5)から(2-8)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-10):
前記複数の第1の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第2の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-9)に記載の熱音響装置。
付記(2-11):
前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第2の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-9)または(2-10)に記載の熱音響装置。
付記(2-12):
前記複数の第1の格子状のフィンは、前記複数の第2の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部を有する、
付記(2-9)から(2-11)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-13):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の格子状のフィンと接合される複数の第2の格子状のフィンを含む、
付記(2-9)から(2-12)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-14):
前記複数の第2の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第1の格子状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-13)に記載の熱音響装置。
付記(2-15):
前記複数の第2の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-13)または(2-14)に記載の熱音響装置。
付記(2-16):
前記複数の第2の格子状のフィンは、前記複数の第1の格子状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第3の凹部を有する、
付記(2-13)から(2-15)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
媒体が充填されるループ状の導波管と、
前記導波管内に設けられ、低温部、高温部、および前記低温部と前記高温部との間に設けられ、前記低温部と前記高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む熱交換器と、
を備え、
前記温度勾配保持部は、複数の第1の板状のフィンを含む、
熱音響装置。
付記(2-2):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、尖鋭な端部を有する、
付記(2-1)に記載の熱音響装置。
付記(2-3):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、鏡面を有する、
付記(2-1)または(2-2)に記載の熱音響装置。
付記(2-4):
前記複数の第1の板状のフィンの各々は、複数のスリットを有する、
付記(2-1)から(2-3)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-5):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の板状のフィンと接合される複数の第2の板状のフィンを含む、
付記(2-1)から(2-4)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-6):
前記複数の第2の板状のフィンの間隔は、前記複数の第1の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-5)に記載の熱音響装置。
付記(2-7):
前記複数の第2の板状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-5)または(2-6)に記載の熱音響装置。
付記(2-8):
前記複数の第2の板状のフィンは、前記複数の第1の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部を有する、
付記(2-5)から(2-7)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-9):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第2の板状のフィンと接合される複数の第1の格子状のフィンを含む、
付記(2-5)から(2-8)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-10):
前記複数の第1の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第2の板状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-9)に記載の熱音響装置。
付記(2-11):
前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第2の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-9)または(2-10)に記載の熱音響装置。
付記(2-12):
前記複数の第1の格子状のフィンは、前記複数の第2の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部を有する、
付記(2-9)から(2-11)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-13):
前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の格子状のフィンと接合される複数の第2の格子状のフィンを含む、
付記(2-9)から(2-12)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
付記(2-14):
前記複数の第2の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第1の格子状のフィンの間隔よりも大きい、
付記(2-13)に記載の熱音響装置。
付記(2-15):
前記複数の第2の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
付記(2-13)または(2-14)に記載の熱音響装置。
付記(2-16):
前記複数の第2の格子状のフィンは、前記複数の第1の格子状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第3の凹部を有する、
付記(2-13)から(2-15)のいずれか一つに記載の熱音響装置。
1 熱音響装置
2 導波管
3 熱交換器
4 低温部
5 高温部
6 温度勾配保持部
7 励振器
8 変換器
11 第1の熱伝導部材
12 第2の熱伝導部材
50a-1 板状のフィン
51a-1 接続部
50b-1 第1の格子状のフィン
51b-1 第1の凹部
50c-1 第2の格子状のフィン
51c-1 第2の凹部
55a-1,55b-1,55c-1 枠体
60-1 線状熱伝導体
61-1 尖鋭な端部
62-1 鏡面
65-1 枠体
50a-2 第2の板状のフィン
51a-2 第1の凹部
50b-2 第1の格子状のフィン
51b-2 第2の凹部
50c-2 第2の格子状のフィン
51c-2 第3の凹部
55a-2,55b-2,55c-2 枠体
60-2 第1の板状のフィン
61-2 尖鋭な端部
62-2 鏡面
63 スリット
65-2 枠体
G 気体
2 導波管
3 熱交換器
4 低温部
5 高温部
6 温度勾配保持部
7 励振器
8 変換器
11 第1の熱伝導部材
12 第2の熱伝導部材
50a-1 板状のフィン
51a-1 接続部
50b-1 第1の格子状のフィン
51b-1 第1の凹部
50c-1 第2の格子状のフィン
51c-1 第2の凹部
55a-1,55b-1,55c-1 枠体
60-1 線状熱伝導体
61-1 尖鋭な端部
62-1 鏡面
65-1 枠体
50a-2 第2の板状のフィン
51a-2 第1の凹部
50b-2 第1の格子状のフィン
51b-2 第2の凹部
50c-2 第2の格子状のフィン
51c-2 第3の凹部
55a-2,55b-2,55c-2 枠体
60-2 第1の板状のフィン
61-2 尖鋭な端部
62-2 鏡面
63 スリット
65-2 枠体
G 気体
Claims (15)
- 媒体が充填されるループ状の導波管と、
前記導波管内に設けられ、低温部、高温部、および前記低温部と前記高温部との間に設けられ、前記低温部と前記高温部との間に生じた温度勾配を保持する温度勾配保持部を含む熱交換器と、
を備え、
前記温度勾配保持部は、複数の線状熱伝導体を含む、
熱音響装置。 - 前記複数の線状熱伝導体の各々は、尖鋭な端部を有する、
請求項1に記載の熱音響装置。 - 前記複数の線状熱伝導体の各々の表面は、鏡面を有する、
請求項1または2に記載の熱音響装置。 - 前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の線状熱伝導体と接合される複数の板状のフィンを含む、
請求項1から3のいずれか一項に記載の熱音響装置。 - 前記複数の板状のフィンの間隔は、前記複数の線状熱伝導体の間隔よりも大きい、
請求項4に記載の熱音響装置。 - 前記複数の板状のフィンの各々の厚さは、前記複数の線状熱伝導体の各々の直径よりも大きい、
請求項4または5に記載の熱音響装置。 - 前記複数の板状のフィンは、前記複数の線状熱伝導体の少なくとも一部を接合する複数の接続部を有する、
請求項4から6のいずれか一項に記載の熱音響装置。 - 前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の板状のフィンと接合される複数の第1の格子状のフィンを含む、
請求項4から7のいずれか一項に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第1の格子状のフィンの間隔は、前記複数の板状のフィンの間隔よりも大きい、
請求項8に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の板状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
請求項8または9に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第1の格子状のフィンは、前記複数の板状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第1の凹部を有する、
請求項8から10のいずれか一項に記載の熱音響装置。 - 前記低温部および前記高温部の少なくとも一方は、前記複数の第1の格子状のフィンと接合される複数の第2の格子状のフィンを含む、
請求項8から11のいずれか一項に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第2の格子状のフィンの間隔は、前記複数の第1の格子状のフィンの間隔よりも大きい、
請求項12に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第2の格子状のフィンの各々の厚さは、前記複数の第1の格子状のフィンの各々の厚さよりも大きい、
請求項12または13に記載の熱音響装置。 - 前記複数の第2の格子状のフィンは、前記複数の第1の格子状のフィンの少なくとも一部を収容する複数の第2の凹部を有する、
請求項12から14のいずれか一項に記載の熱音響装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2021554106A JPWO2021084868A1 (ja) | 2019-11-01 | 2020-08-24 |
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---|---|---|---|
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JP2019200291 | 2019-11-01 | ||
JPPCT/JP2020/003549 | 2020-01-30 | ||
PCT/JP2020/003549 WO2021152798A1 (ja) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | 熱音響装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2021084868A1 true WO2021084868A1 (ja) | 2021-05-06 |
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ID=75716204
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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WO (1) | WO2021084868A1 (ja) |
Citations (7)
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JP2015021671A (ja) * | 2013-07-19 | 2015-02-02 | いすゞ自動車株式会社 | 蓄熱器及びその製造方法 |
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-
2020
- 2020-08-24 WO PCT/JP2020/031854 patent/WO2021084868A1/ja active Application Filing
- 2020-08-24 JP JP2021554106A patent/JPWO2021084868A1/ja not_active Ceased
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4625517A (en) * | 1985-01-22 | 1986-12-02 | Sulzer Brothers Limited | Thermoacoustic device |
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JP2018066501A (ja) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | 株式会社ジェイテクト | 熱音響装置 |
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JPWO2021084868A1 (ja) | 2021-05-06 |
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