(57)【要約】【課題】振動膜の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜を移動させても配管の内径が変化しない振動膜構造体を提供する。【解決手段】振動膜構造体４０は、第一配管部４１と、第二配管部４２と、第三配管部４３とを備える。第三配管部４３は、振動膜４５が設けられたリング４４と、リング４４の内径と同じ内径を有する第一筒体５１を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第一可撓性部材７１と、リング４４の内径と同じ内径を有する第二筒体５２を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第二可撓性部材７２とを有する。第一配管部４１は、リング４４が軸方向一方側に移動すると、第一可撓性部材７１を径方向外側に退避させる第一通路４９を有し、第二配管部４２は、リング４４が軸方向他方側に移動すると、第二可撓性部材７２を径方向外側に退避させる第二通路５０を有する。【選択図】      図３
2020122604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一配管部と、前記第一配管部と内径が同じ第二配管部と、前記第一配管部と前記第二配管部とを繋ぐ第三配管部とを備え、
前記第三配管部は、
前記第一配管部と内径が同じであって内周側に振動膜が設けられたリングと、
前記リングを当該第三配管部の軸方向に沿って誘導するガイドと、
前記リングの軸方向一方側に取り付けられ当該リングの内径と同じ内径を有する第一筒体を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第一可撓性部材と、
前記リングの軸方向他方側に取り付けられ当該リングの内径と同じ内径を有する第二筒体を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第二可撓性部材と、
を有し、
前記第一配管部は、前記リングが軸方向一方側に移動すると、前記第一可撓性部材を当該第一配管部の内周面よりも径方向外側に退避させる第一通路を有し、
前記第二配管部は、前記リングが軸方向他方側に移動すると、前記第二可撓性部材を当該第二配管部の内周面よりも径方向外側に退避させる第二通路を有する、振動膜構造体。
【請求項２】
前記第一可撓性部材は、前記リングの軸方向一方側において周方向に並んで配置されることにより当該リングの内周面と同じ内径を有する前記第一筒体を構成可能である複数枚の可撓性シートにより構成されている、請求項１に記載の振動膜構造体。
【請求項３】
前記第二可撓性部材は、前記リングの軸方向他方側に取り付けられ当該リングの内周面と同じ内径の前記第二筒体を有すると共に弾性的に拡径可能である筒状膜により構成されている、請求項１又は２に記載の振動膜構造体。
【請求項４】
前記第三配管部は、前記リングの径方向外方に設けられた筒状のカバーと、前記リングを軸方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記カバーの外側に設けられ当該アクチュエータを機能させる操作部と、を更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動膜構造体。
【請求項５】
前記第一配管部は、円環状のフランジ部材により構成されていて、前記第一通路は、当該フランジ部材内に設けられかつ複数枚の前記シートを放射状に広げて格納する空間により構成されている、請求項２に記載の振動膜構造体。
【請求項６】
前記第二配管部は、円筒部材を有し、
前記第二通路は、前記円筒部材の外周面に沿って設けられ拡径した前記筒状膜を格納する空間により構成されている、請求項３に記載の振動膜構造体。
【請求項７】
ループ管と、
前記ループ管内に配置され温度勾配によって音波を発生させる第一スタックと、
前記ループ管内に配置され音波によって温度勾配を発生させる第二スタックと、
前記第一スタックに温度勾配を生じさせる第一熱交換器と、
前記第二スタックとの間で熱の伝達を行う第二熱交換器と、
前記ループ管において前記第一スタックと前記第二スタックとの間の所定位置に設けられた振動膜構造体と、を備え、
前記振動膜構造体は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動膜構造体である、熱音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置、及び、熱音響装置に用いられる振動膜構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーと音エネルギーとの変換現象である熱音響効果を利用した熱音響装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。熱音響装置は、ループ管と、ループ管内に設けられた第一スタック及び第二スタックとを備える。第一スタックにおいて温度勾配を生じさせると自励の音波が発生する。この音波によって第二スタック側に設けられた熱交換器を介して冷却対象を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−６６５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、ループ管内に振動膜を更に設けた構成が開示され、更に、振動膜を適切な位置に設けることでループ管内の音波を増幅できる場合があることが開示されている。
【０００５】
本発明の発明者は、振動膜について研究を重ね、次の点を見出すことができた。つまり、ループ管内の作動流体の圧力と速度の位相を振動膜により調整することができ、この調整により熱と音とのエネルギー交換効率を向上させることができる。前記位相は連続的に変化し、振動膜の位置に応じて前記エネルギー交換効率を変化させることができる。
【０００６】
そこで、振動膜の位置を最適化するためには、ループ管を構成する配管において振動膜の位置を変化させる構成が必要となる。例えば図１０（Ａ）に示されるように、振動膜９１を内周側に設けた主リング９２と、軸方向の寸法が様々である複数の副リング９３とを備えた振動膜構造体９５が考えられる。主リング９２及び副リング９３は、ループ管を構成する軸方向一方側及び他方側の配管９９と同じ内径ｄとされる。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されるように、主リング９２と副リング９３との配置を変えることで、振動膜９１の位置を変更することが可能となる。
【０００７】
しかし、前記振動膜構造体９５の場合、構造的に決められた寸法でしか、振動膜９１の位置を変更できない。つまり、副リング９３の最小軸方向寸法Ｙ（例えば１センチメートル）単位でしか、振動膜９１の位置を変更できず、その位置を微調整することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、振動膜の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜を移動させても配管の内径が変化しない振動膜構造体、及び、このような振動膜構造体を備えた熱音響装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の振動膜構造体は、第一配管部と、前記第一配管部と内径が同じ第二配管部と、前記第一配管部と前記第二配管部とを繋ぐ第三配管部とを備え、前記第三配管部は、前記第一配管部と内径が同じであって内周側に振動膜が設けられたリングと、前記リングを当該第三配管部の軸方向に沿って誘導するガイドと、前記リングの軸方向一方側に取り付けられ当該リングの内径と同じ内径を有する第一筒体を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第一可撓性部材と、前記リングの軸方向他方側に取り付けられ当該リングの内径と同じ内径を有する第二筒体を構成可能でかつ径方向に拡大可能である第二可撓性部材と、を有し、前記第一配管部は、前記リングが軸方向一方側に移動すると、前記第一可撓性部材を当該第一配管部の内周面よりも径方向外側に退避させる第一通路を有し、前記第二配管部は、前記リングが軸方向他方側に移動すると、前記第二可撓性部材を当該第二配管部の内周面よりも径方向外側に退避させる第二通路を有する。
【００１０】
この振動膜構造体によれば、第一配管部と第二配管部と第三配管部のリングとは内径が同じである。リングの軸方向一方側において、第一可撓性部材によって、リングと同じ内径を有する第一筒体が構成され、リングの軸方向他方側において、第二可撓性部材によって、リングと同じ内径を有する第二筒体が構成される。そして、振動膜が設けられたリングを、ガイドにより誘導して軸方向一方側に移動させると、第一可撓性部材は第一通路に退避する。この際、第一可撓性部材のうちの第一通路に退避する部分は径方向に拡大する。前記リングを、ガイドにより誘導して軸方向他方側に移動させると、第二可撓性部材は第二通路に退避する。この際、第一可撓性部材のうちの第二通路に退避する部分は、径方向に拡大する。以上より、振動膜の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜を移動させても第三配管部の内径が変化しない。
【００１１】
また、前記第一可撓性部材は、前記リングの軸方向一方側において周方向に並んで配置されることにより当該リングの内周面と同じ内径を有する前記第一筒体を構成可能である複数枚の可撓性シートにより構成されているのが好ましい。この場合、リングの軸方向一方側に、複数枚の可撓性シートによって第一筒体が構成され、第一筒体はリングと内径が同じである。そして、振動膜が設けられたリングを、ガイドにより誘導して軸方向一方側に移動させると、各シートは第一通路に退避する。この際、シートは可撓性を有することから、各シートのうちの第一通路に退避する部分は、筒状（第一筒体）から分割されて径方向に広がる。
【００１２】
また、前記第二可撓性部材は、前記リングの軸方向他方側に取り付けられ当該リングの内周面と同じ内径の前記第二筒体を有すると共に弾性的に拡径可能である筒状膜により構成されているのが好ましい。この場合、リングの軸方向他方側に、リングと内径を同じとする筒状膜が設けられる。そして、リングを、ガイドにより誘導して軸方向他方側に移動させると、筒状膜は第二通路に退避する。この際、筒状膜は弾性を有することから、筒状膜のうちの第二通路に退避する部分は、筒状のまま拡径する。
【００１３】
また、前記第三配管部は、前記リングの径方向外方に設けられた筒状のカバーと、前記リングを軸方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記カバーの外側に設けられ当該アクチュエータを機能させる操作部と、を更に有するのが好ましい。この構成によれば、第三配管部は、カバーが外側となる二重管の構造を有する。カバーが設けられていても、操作部によってカバーの外側からアクチュエータによってリングを移動させることができる。よって、振動膜の位置調整が容易となる。
【００１４】
また、前記第一配管部は、円環状のフランジ部材により構成されていて、前記第一通路は、当該フランジ部材内に設けられかつ複数枚の前記シートを放射状に広げて格納する空間により構成されているのが好ましい。この構成によれば、第一配管部の軸方向寸法を短くすることができる。
【００１５】
また、前記第二配管部は、円筒部材を有し、前記第二通路は、前記円筒部材の外周面に沿って設けられ拡径した前記筒状膜を格納する空間により構成されているのが好ましい。この場合、簡単な構成により第二通路を形成することができる。
【００１６】
また、本発明の熱音響装置は、ループ管と、前記ループ管内に配置され温度勾配によって音波を発生させる第一スタックと、前記ループ管内に配置され音波によって温度勾配を発生させる第二スタックと、前記第一スタックに温度勾配を生じさせる第一熱交換器と、前記第二スタックとの間で熱の伝達を行う第二熱交換器と、前記ループ管において前記第一スタックと前記第二スタックとの間の所定位置に設けられた前記振動膜構造体と、を備える。
【００１７】
この熱音響装置によれば、振動膜構造体において、振動膜の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜を移動させても配管の内径が変化しない。よって、振動膜の位置を微調整することができ、ループ管内の音波を増幅できる場合がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動膜の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜を移動させても配管の内径が変化せず、振動膜の位置を微調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱音響装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】振動膜構造体の斜視図である。
【図３】振動膜構造体の断面図である。
【図４】第一通路及びその周囲を断面で示す説明図である。
【図５】第二通路及びその周囲を断面で示す説明図である。
【図６】リングが第二配管部側に移動した状態の内部構成を説明する図である。
【図７】リングが第一配管部側に移動した状態の内部構成を説明する図である
【図８】リングが軸方向一方側へ移動した状態を示す断面図である。
【図９】リングが軸方向他方側へ移動した状態を示す断面図である。
【図１０】従来の振動膜構造体を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔熱音響装置の全体構成〕
図１は、熱音響装置１０の一例を示す概略構成図である。熱音響装置１０は、１つのループ管１１と、ループ管１１内に設けられた第一スタック２０及び第二スタック３０と、ループ管１１内に設けられた振動膜４５を有する振動膜構造体４０とを備える。ループ管１１には、作動流体が封入される。作動流体は、例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、又はこれらのうち少なくとも２つの混合気である。
【００２１】
第一スタック２０は、柱状の部材であり、ループ管１１の長さ方向に貫通する多数の微細流路２１を有する。第二スタック３０も、柱状の部材であり、ループ管１１の長さ方向に貫通する多数の微細流路３１を有する。微細流路２１，３１は、作動流体の通路となる。ループ管１１の長さ方向は、軸方向とも称される。微細流路２１，３１は軸方向に沿って長い流路となる。つまり、微細流路２１，３１の長手方向は軸方向と一致する。
【００２２】
第一スタック２０において、軸方向の一方端２２と他方端２３との間に温度勾配を生じさせる。本実施形態では、第一スタック２０の一方端２２の温度が他方端２３の温度より高くなる。この温度勾配が臨界点を越えると、第一スタック２０内の作動流体が振動する。作動流体の振動は音波を発生させる。この結果、ループ管１１内の作動流体に定在波を含む音波が発生する。この音波によって、第二スタック３０の微細流路３１内の作動流体が振動する。すると、第二スタック３０において温度勾配が発生する。本実施形態では、第二スタック３０の一方端３２の温度が他方端３３の温度より高くなる温度勾配が発生する。このように、第一スタック２０によって、熱エネルギーが音エネルギーに変換される。第二スタック３０によって音エネルギーが熱エネルギーに変換される。
【００２３】
第一スタック２０と第二スタック３０とは異なる構成（例えば、軸方向の長さが異なる構成等）であってもよいが、本実施形態では同じ構成である。第一スタック２０を例に説明すると、第一スタック２０は、図示しないが、例えば、微細な貫通孔が多数形成された板材を積層して得たブロックにより構成される。積層した板材の貫通孔同士が繋がることで、微細流路２１が形成される。前記板材は金属製であり、本実施形態ではステンレス鋼製である。完成した第一スタック２０はハニカム構造を有する。
【００２４】
第一スタック２０において、温度勾配により高温となる一方端２２側に、第一高温側熱交換器２４が設けられる。第一スタック２０において、温度勾配により低温となる他方端２３側に、第一低温側熱交換器２５が設けられる。熱交換器２４，２５は、ループ管１１の外部と第一スタック２０との間で熱を交換する。第二スタック３０において、温度勾配により高温となる一方端３２側に、第二高温側熱交換器３４が設けられる。第二スタック３０において、温度勾配により低温となる他方端３３に、第二低温側熱交換器３５が設けられる。熱交換器３４，３５は、ループ管１１の外部と第二スタック３０との間で熱を交換する。
【００２５】
第一高温側熱交換器２４は、ループ管１１内に配置される管内部分と、ループ管１１外に配置される管外部分とを含む。管内部分は、ループ管１１内の第一スタック２０の一方端２２に接触する。ただし、管内部分は、多数の微細流路２１を塞がない。管外部分は、ループ管１１の外周面の第一スタック２０の一方端２２に対応する位置に設けられる。第一高温側熱交換器２４は、外部の熱源２９より熱（熱エネルギー）を受ける。この熱が第一スタック２０の一方端２２へ伝わる。このように、第一高温側熱交換器２４は、ループ管１１の外部から、第一スタック２０の一方端２２を加熱し、一方端２２を（他方端２３よりも）高温とする。
【００２６】
第一低温側熱交換器２５は、例えば、ループ管１１内に配置される管内部分と、ループ管１１外に配置される管外部分とを含む。管内部分は、ループ管１１内の第一スタック２０の他方端２３に接触する。ただし、管内部分は、多数の微細流路２１を塞がない。管外部分は、ループ管１１の外周面の第一スタック２０の他方端２３に対応する位置に設けられる。第一低温側熱交換器２５は、ループ管１１の外部と第一スタック２０の他方端２３との間で熱を伝導することにより、他方端２３側の温度を調整する。具体的に説明すると、第一低温側熱交換器２５は、第一スタック２０の他方端２３の温度が所定の基準温度（第一基準温度）を超えないように調整する機能を有する。前記第一基準温度は、第一スタック２０の一方端２２の温度よりも低い温度である。
【００２７】
第一高温側熱交換器２４及び第一低温側熱交換器２５によって、第一スタック２０の一方端２２と他方端２３との間の温度勾配（温度差）を制御することができる。第一低温側熱交換器２５、第一スタック２０、及び第一高温側熱交換器２４は、熱源２９の熱を、ループ管１１内の作動流体の振動に変換して音波を発生させる熱音響原動機（熱音響エンジン）を構成する。
【００２８】
前記のとおり、第一スタック２０に生じた温度勾配によって音波を発生させ、発生した音波により第二スタック３０に温度勾配を生じさせる。第二スタック３０の一方端３２の温度を他方端３３の温度よりも高くする。
【００２９】
第二高温側熱交換器３４は、第二スタック３０に温度勾配が生じた際に、高温となる一方端３２側に設けられる。第二低温側熱交換器３５は、第二スタック３０に温度勾配が生じた際に、低温となる他方端３３側に設けられる。
【００３０】
第二高温側熱交換器３４は、例えば、ループ管１１内に配置される管内部分と、ループ管１１外に配置される管外部分とを含む。管内部分は、ループ管１１内の第二スタック３０の一方端３２に接触する。ただし、管内部分は、多数の微細流路３１を塞がない。管外部分は、ループ管１１の外周面の第二スタック３０の一方端３２に対応する位置に設けられる。第二高温側熱交換器３４は、ループ管１１の外部と第二スタック３０の一方端３２との間で熱を伝導することにより、一方端３２側の温度を調整する機能を有する。例えば、第二高温側熱交換器３４は、第二スタック３０の一方端３２の温度を一定（例えば、室温）に保つ。
【００３１】
第二低温側熱交換器３５は、第二スタック３０の他方端３３側に設けられる。第二低温側熱交換器３５は、例えば、ループ管１１内に配置される管内部分と、ループ管１１外に配置される管外部分とを含む。管内部分は、ループ管１１内の第二スタック３０の他方端３３に接触する。ただし、管内部分は、多数の微細流路３１を塞がない。管外部分は、ループ管１１の外周面の第二スタック３０の他方端３３に対応する位置に設けられる。第二低温側熱交換器３５は、ループ管１１の外部の冷却対象３９に熱伝導可能に接続される。第二低温側熱交換器３５は、ループ管１１の外部（冷却対象３９）の熱を吸収し、第二スタック３０の他方端３３へ取り込む。これにより、冷却対象３９を冷却することができる。言い換えれば、第二低温側熱交換器３５は、第二スタック３０内に生じた温度勾配によって温度が低い第二スタック３０の他方端３３の冷熱を取り出し、ループ管１１の外部（冷却対象３９）へ伝える。
【００３２】
第二低温側熱交換器３５、第二スタック３０、及び第二高温側熱交換器３４は、音波（作動流体の振動）から温度勾配を発生させる熱音響ヒートポンプを構成する。
【００３３】
以上より、本実施形態の熱音響装置１０が備える機能は、次のとおりとなる。熱源２９の熱は、第一高温側熱交換器２４を介して、第一スタック２０の一方端２２に伝えられる。これにより、第一スタック２０の一方端２２が加熱される。第一低温側熱交換器２５は、ループ管１１の外部と第一スタック２０の他方端２３との間で熱を伝導することにより、第一スタック２０の他方端２３を所定の第一基準温度（例えば、室温）以下に維持する。これにより、第一スタック２０の一方端２２の温度は他方端２３の温度より高くなる。
【００３４】
第一スタック２０内の温度勾配が臨界点を超えると、第一スタック２０内の作動流体が振動して音波が生じる。第一スタック２０内の作動流体の振動は、ループ管１１内の作動流体に伝わる。これにより、ループ管１１内には、音波が発生する。音波の振動により、第二スタック３０の作動流体が振動する。第二スタック３０内の作動流体が振動すると、第二スタック３０内に温度勾配（温度勾配）が生じる。本実施形態では、第二スタック３０の一方端３２の温度が、他方端３３の温度より高くなる。第二高温側熱交換器３４は、ループ管１１の外部と第二スタック３０の一方端３２との間で熱を伝導することにより、第二スタック３０の一方端３２を所定の第二基準温度（例えば、室温）に維持する。このため、第二スタック３０内に温度勾配が生じると、第二スタック３０の他方端３３の温度は、第二基準温度より低くなる。すなわち、第二スタック３０の他方端３３は冷却される。第二低温側熱交換器３５は、第二スタック３０の他方端３３の冷熱をループ管１１の外部の冷却対象３９へ伝える。これにより、冷却対象３９が冷却される。
【００３５】
振動膜構造体４０は、ループ管１１の途中に設けられている。本実施形態では、振動膜構造体４０は、第二高温側熱交換器３４と第一高温側熱交換器２４との間の第一の配管１５の途中に設けられている。なお、図示しないが、振動膜構造体４０は、第一低温側熱交換器２５と第二低温側熱交換器３５との間の第二の配管１６の途中に設けられていてもよい。または、振動膜構造体４０は、第一の配管１５と第二の配管１６との双方に設けられていてもよい。振動膜構造体４０の具体的構成については後に説明する。
【００３６】
以上のように、本実施形態の熱音響装置は、ループ管１１と、第一スタック２０と、第二スタック３０と、第一熱交換器２６と、第二熱交換器３６と、振動膜構造体４０とを備える。第一スタック２０は、ループ管１１内に配置され温度勾配によって音波を発生させる。第二スタック３０は、ループ管１１内に配置され音波によって温度勾配を発生させる。第一熱交換器２６は、第一高温側熱交換器２４と第一低温側熱交換器２５とにより構成されていて、第一スタック２０に温度勾配を生じさせる。第二熱交換器３６は、第二高温側熱交換器３４と第二低温側熱交換器３５とにより構成されていて、第二スタック３０との間で熱の伝達を行う。振動膜構造体４０は、振動膜４５を有し、ループ管１１において第一スタック２０と第二スタック３０との間の所定位置に設けられている。
【００３７】
〔振動膜構造体４０について〕
図２は、振動膜構造体４０の斜視図である。図３は、振動膜構造体４０の断面図である。振動膜構造体４０は、第一配管部４１と、第二配管部４２と、第三配管部４３とを備える。
【００３８】
第一配管部４１は、円環状のフランジ部材５６により構成されている。フランジ部材５６は、ループ管１１（配管１５）の途中に設けられているフランジ板１７と接続される。第一配管部４１の内径Ｄ１（図３参照）、つまり、フランジ部材５６の内径Ｄ１は、ループ管１１（配管１５）の内径Ｄ０と同じである。第二配管部４２は、円筒部材５７を有する。円筒部材５７の端部にフランジ板５８が設けられている。第二配管部４２は、フランジ板５８により、ループ管１１（配管１５）の途中に設けられているフランジ板１８と接続される。第二配管部４２の内径Ｄ２は、第一配管部４１の内径Ｄ１と同じである。第三配管部４３は、第一配管部４１と第二配管部４２との間に介在している。振動膜構造体４０は、第一配管部４１、第二配管部４２、及び第三配管部４３によって一つの配管として構成されていて、ループ管１１の一部となる。振動膜構造体４０において、第一配管部４１側を軸方向一方側と称し、第二配管部４２側を軸方向他方側と称する。
【００３９】
第一配管部４１は、内部に空間が形成されていて（図３参照）、この空間が、後述するシート４７を収容する。この空間が、シート４７を配置させる第一通路４９となる。図４は、第一通路４９及びその周囲を断面で示す説明図である。第一通路４９は、フランジ部材５６の内周側において軸方向他方側（図４では左側）に向かって開口（４９ａ）している。第一通路４９は、開口４９ａから軸方向一方側（図４では右側）に向かうにしたがって拡径する曲線状の空間４９ｂを有し、更に、この曲線状の空間４９ｂから径方向に延びる環状の空間４９ｃを有する。
【００４０】
図２及び図３において、第二配管部４２は、前記のとおり、円筒部材５７と、フランジ板５８とを有する。円筒部材５７の外周側に、後述する筒状膜４８を配置させる第二通路５０が設けられている。本実施形態では、円筒部材５７の径方向外方に筒状のカバー（副カバー）６０が設けられている。カバー６０は、円筒部材５７を全周について覆っておらず、一部（図２及び図３では上部）を露出させている。円筒部材５７とカバー６０との間に形成される空間が、第二通路５０（第二通路５０の一部）となる。図５は、第二通路５０及びその周囲を断面で示す説明図である。第二通路５０は、軸方向一方側（図５では右側）に向かって開口している。
【００４１】
図３において、第三配管部４３は、リング４４と、複数枚のシート４７と、一つの筒状膜４８と、ガイド４６とを有する。更に、第三配管部４３は、筒状のカバー（主カバー）５３と、アクチュエータ５４と、操作部５５と有する。
【００４２】
リング４４は、第一配管部４１と内径（Ｄ１）が同じ環状の部材である。リング４４の軸方向他方側の側面に薄板状である振動膜４５が取り付けられている。これにより、リング４４の内周側に振動膜４５が設けられた構成となる。振動膜４５は、熱音響装置１０の動作に必要な作動流体の振動（音波）を妨げない。振動膜４５は、作動流体の振動を妨げないために振動可能に構成されている。このために、振動膜４５は、板状の弾性体で形成される。
【００４３】
ガイド４６は、本実施形態では、アクチュエータ５４が備えるねじ軸６２により構成されている。リング４４は、ねじ軸６２に沿って軸方向に移動することができる。つまり、リング４４はガイド４６によって第三配管部４３の軸方向に沿って誘導される。
【００４４】
シート４７は、可撓性及び弾性を有する部材により構成されている。本実施形態では、シート４７はゴム製の薄膜部材である。各シート４７は矩形である。各シート４７は、リング４４の軸方向一方側に取り付けられている。複数枚のシート４７が周方向に並べて配置されることで、これらシート４７は筒状となることができる（図６参照）。図６は、リング４４が第二配管部４２側に移動した状態の内部構成の図である。図６では、第一配管部４１（フランジ部材５６）の軸方向他方側の半分が外され、更に、カバー５３，６０等が外されている。複数枚のシート４７によって筒状に構成された部分が第一筒体５１である。複数枚のシート４７が筒状に配置された状態では、つまり、第一筒体５１では、図３に示されるように、各シート４７は、リング４４の内周面４４ａと同一面を構成する。このため、第一筒体５１の内径Ｄ３は、リング４４の内径Ｄ１と同じとなる。シート４７の軸方向他方側の端部４７ｂが、リング４４に固定されている。シート４７の軸方向一方側の端部４７ａを含む軸方向一方側の部分が、前記第一通路４９に侵入した状態となる。これにより、各シート４７は、リング４４と第一配管部４１とで支持された状態となる。
【００４５】
図７は、リング４４が第一配管部４１側に移動した状態の内部構成を説明する図である。図７では、第一配管部４１（フランジ部材５６）の軸方向他方側の半分が外され、更に、カバー５３，６０等が外されている。第一通路４９に侵入するシート４７は、筒状（第一筒体５１）から分割されて放射方向に向かう。つまり、シート４７は、第一通路４９に侵入すると、その侵入した部分では短冊状となって放射方向に広がる。このために、第一配管部４１（フランジ部材５６）内に設けられている第一通路４９は、複数枚のシート４７を放射状に広げて格納する空間により構成されている。第一配管部４１をフランジ部材５６により構成することで、第一配管部４１の軸方向寸法を短くすることができる。
【００４６】
以上のように（図３参照）、複数枚のシート４７によって筒状となる第一筒体５１が、リング４４の軸方向一方側に設けられる。第一筒体５１の内周面５１ａと第一配管部４１の内周面４１ａとは、同じ内径（Ｄ３＝Ｄ１）で連続し、連続する流路が構成される。
【００４７】
筒状膜４８は、弾性及び可撓性を有する円筒状の部材により構成されている。本実施形態では（図３参照）、筒状膜４８はゴム製である。筒状膜４８は、リング４４の軸方向他方側に取り付けられている。自由状態にある筒状膜４８の内径Ｄ４は、リング４４の内径Ｄ１と同じとなる。このため、筒状膜４８は、リング４４の内周面４４ａと同一面を構成することができる。筒状膜４８の軸方向一方側の端部４８ａが、リング４４に固定されている。筒状膜４８は、弾性的に拡径可能であり、その軸方向他方側において弾性変形することで拡径し円筒部材５７に外嵌した状態となる。これにより、筒状膜４８は、リング４４と第二配管部４２とで支持された状態となる。筒状膜４８のうち、円筒部材５７に外嵌している部分が、第二通路５０に侵入した部分である。
【００４８】
第二通路５０に侵入する筒状膜４８は、弾性変形して拡径し、軸方向に延びた状態にある。つまり、筒状膜４８は、第二通路５０に侵入すると、その侵入した部分では拡径する。第二通路５０は、円筒部材５７の外周面５７ｂに沿って設けられ、拡径した筒状膜４８を格納する空間により構成されている。
【００４９】
以上のように、筒状膜４８が、リング４４の軸方向他方側に設けられる。筒状膜４８のうち、第二通路５０に侵入していない部分を、第二筒体５２と称する。第二筒体５２の内周面５２ａと第二配管部４２（円筒部材５７）の内周面４２ａとは、同じ内径（Ｄ４＝Ｄ２）で連続し、連続する流路が構成される。
【００５０】
カバー（主カバー）５３は、筒状であり、リング４４、第一筒体５１、及び第二筒体５２の径方向外方に設けられている。これにより、第三配管部４３は、二重管構造を有する。第三配管部４３において、リング４４、第一筒体５１、及び第二筒体５２の内周側に、閉じた空間が構成される。この空間が、音波が伝わる空間となる。リング４４はカバー５３に沿って移動する。よって、カバー５３も、リング４４を第三配管部４３の軸方向に沿って誘導するガイドとしての機能を有する。
【００５１】
アクチュエータ５４は、ねじ軸６２と、このねじ軸６２に噛み合うナット部材６３とを有して構成される。ナット部材６３は、リング４４に固定されている。リング４４はカバー５３によって回転不能となることから、ねじ軸６２が回転すると、ナット部材６３はリング４４と共に軸方向に移動する。このように、アクチュエータ５４は、リング４４を軸方向に沿って移動させる。ねじ軸６２の端部６２ａは、カバー５３の軸方向他方側の側壁を貫通している。
【００５２】
操作部５５は、ねじ軸６２の端部６２ａに設けられている。操作部５５は、カバー５３の外側に設けられている。本実施形態の操作部５５は、作業者が手動で回転させるつまみ部材である。作業者が操作部５５を回転させることで、ねじ軸６２は回転する。ねじ軸６２が一方向に回転すると、リング４４は軸方向一方側へ移動し、ねじ軸６２が他方向に回転すると、リング４４は軸方向他方側へ移動する。このように、操作部５５は、アクチュエータ５４を機能させる部材である。なお、操作部５５は、前記のとおり手動式でなく、モータを有した電動式であってもよい。
【００５３】
〔振動膜構造体４０の動作について〕
前記のとおり、リング４４は、軸方向一方側及び軸方向他方側に移動可能である。しかも、リング４４は連続的に移動可能となる。図３は、リング４４が第三配管部４３において軸方向の中央部に位置している状態を示している。図８は、リング４４が軸方向一方側へ移動した状態を示す断面図である。リング４４が軸方向一方側へ移動すると、その移動に伴って、複数枚のシート４７も移動する。図８に示されるように、複数枚のシート４７によって筒状に構成される第一筒体５１が軸方向に短くなる。これに対して、シート４７のうち、第一配管部４１に設けられている第一通路４９に侵入した部分が長くなる。シート４７は可撓性を有するため、シート４７は第一通路４９の形状に沿って変形して格納される。そして、リング４４が軸方向一方側へ移動すると、その移動に伴って、筒状膜４８が、第二配管部４２に設けられている第二通路５０から引き出される。
【００５４】
図９は、リング４４が軸方向他方側へ移動した状態を示す断面図である。リング４４が軸方向他方側へ移動すると、その移動に伴って、筒状膜４８も移動する。図９に示されるように、リング４４と内径（Ｄ１）が同じである第二筒体５２が軸方向に短くなる。これに対して、筒状膜４８のうち、第二配管部４２に設けられている第二通路５０に侵入した部分が長くなる。筒状膜４８は弾性を有するため、筒状膜４８は拡径して第二通路５０に沿って格納される。そして、リング４４が軸方向他方側へ移動すると、その移動に伴って、シート４７が、第一配管部４１に設けられている第一通路４９から引き出される。
【００５５】
シート４７及び筒状膜４８は、ゴム製であるが、その表面には例えばフッ素樹脂によるコーティングが設けられる。これにより、シート４７が第一通路４９を通る際の摩擦抵抗を小さくし、筒状膜４８が第二通路５０を通る際の摩擦抵抗を低減できる。または、コーティングの代わりにグリース等の潤滑剤を塗布してもよい。また、第一通路４９及び第二通路５０の横断面積は、複数枚のシート４７及び筒状膜４８の横断面積よりも大きくされていて、第一通路４９の内壁面とシート４７との間、及び、第二通路５０の内壁面と筒状膜４８との間に隙間が形成される。これにより、シート４７及び筒状膜４８はスムーズに第一通路４９及び第二通路５０を通過する。
【００５６】
〔本実施形態の振動膜構造体４０について〕
以上のように、本実施形態の振動膜構造体４０は（図２及び図３参照）、第一配管部４１と、第一配管部４１と内径が同じ第二配管部４２と、第一配管部４１と第二配管部４２とを繋ぐ第三配管部４３とを備える。第三配管部４３は、第一配管部４１と内径Ｄ１が同じであって内周側に振動膜４５が設けられたリング４４と、リング４４を第三配管部４３の軸方向に沿って誘導するガイド４６とを有する。本実施形態の第三配管部４３は、更に、複数枚の可撓性を有するシート４７を有し、これらシート４７が、リング４４の軸方向一方側において周方向に並んで配置されることにより、リング４４の内周面４４ａと同じ内径を有する第一筒体５１を構成することが可能である。第三配管部４３は、更に、弾性的に拡径可能である筒状膜４８を有する。筒状膜４８は、リング４４の軸方向他方側に取り付けられていて、第二筒体５２において、リング４４の内周面４４ａと同じ内径Ｄ４を有することができる。そして、第一配管部４１は、第一通路４９を有する。第一通路４９は、リング４４が軸方向一方側に移動すると、シート４７を、第一配管部４１の内周面４１ａよりも径方向外側に退避させる。更に、第二配管部４２は、第二通路５０を有する。第二通路５０は、リング４４が軸方向他方側に移動すると、筒状膜４８を第二配管部４２の内周面４２ａよりも径方向外側に退避させる。
【００５７】
この振動膜構造体４０によれば、第一配管部４１と第二配管部４２と第三配管部４３のリング４４とは内径が同じとなる。リング４４の軸方向一方側に、複数枚の可撓性を有するシート４７によって第一筒体５１が構成され、この第一筒体５１はリング４４と内径が同じである（Ｄ３＝Ｄ１）。リング４４の軸方向他方側に、リング４４と内径を同じとする第二筒体５２を構成する筒状膜４８が設けられる。そして、振動膜４５が設けられたリング４４を、ガイド４６により誘導して軸方向一方側に移動させると、各シート４７は第一通路４９に退避する。この際、シート４７は可撓性を有することから、各シート４７のうちの第一通路４９に退避する部分は、筒状（第一筒体５１）から分割されて、放射状に広がる。これとは反対に、リング４４を、ガイド４６により誘導して軸方向他方側に移動させると、筒状膜４８は第二通路５０に退避する。この際、筒状膜４８は弾性を有することから、筒状膜４８のうちの第二通路５０に退避する部分は、筒状のまま拡径する。以上より、本実施形態の振動膜構造体４０によれば、振動膜４５（リング体４４）の位置を連続的に変化させることができ、しかも、振動膜４５を移動させても第三配管部４３の内径が変化しない。
【００５８】
このような振動膜構造体４０を備えた熱音響装置１０（図１参照）によれば、振動膜４５の位置を微調整することができ、特定の位置に振動膜４５を配置することができる。よって、第一スタック２０の温度勾配により発生したループ管１１内の音波を、振動膜４５によって増幅することが可能となる。また、振動膜４５を位置調整することにより、第一スタック２０の温度勾配により発生した音波の周波数が調整される。これにより、熱音響効果の効率を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態では（図３参照）、第三配管部４３は、リング４４の径方向外方に設けられた筒状のカバー５３と、リング４４を軸方向に沿って移動させるアクチュエータ５４と、操作部５５とを有する。操作部５５は、カバー５３の外側に設けられていて、アクチュエータ５４を機能させる。このため、カバー５３が設けられていても、操作部５５によってカバー５３の外側からアクチュエータ５４によってリング４４を移動させることができる。よって、振動膜４５の位置調整が容易となる。
【００６０】
前記実施形態では、第三配管部４３において、複数枚の可撓性を有するシート４７によって、第一可撓性部材７１が構成されている。第一可撓性部材７１は、リング４４の軸方向一方側に取り付けられている。複数枚のシート４７が直線状となって周方向に沿って並んで配置されることから、第一可撓性部材７１では、リング４４の内径（Ｄ１）と同じ内径（Ｄ３）を有する第一筒体５１が構成される。そして、複数枚のシート４７が放射状に広がることから、第一可撓性部材７１のうちの第一通路４９に収容される部分では、径方向に拡大可能となる。本実施形態では、第三配管部４３において、筒状膜４８によって第二可撓性部材７２が構成されている。第二可撓性部材７２は、リング４４の軸方向他方側に取り付けられている。第二可撓性部材７２は、リング４４の内径（Ｄ１）と同じ内径（Ｄ４）を有する第二筒体５２を構成可能である。そして、第二可撓性部材７２は、弾性を有する筒状膜４８により構成されていることから、第二可撓性部材７２のうちの第二通路５０に収容される部分では、径方向に拡大可能となる。
【００６１】
このように、前記実施形態では、第一可撓性部材７１は複数枚の可撓性シート４７により構成され、第二可撓性部材７２は筒状膜４８により構成されている。しかし、振動膜構造体４０の変形例として、リング４４の軸方向一方側に設けられる第一可撓性部材７１も、軸方向他方側と同様に、筒状膜４８によって構成されていてもよく、または、リング４４の軸方向他方側に設けられる第二可撓性部材７２も、軸方向一方側と同様に、複数枚の可撓性シート４７により構成されていてもよい。この変形例の場合、第一配管部４１（第一通路４９）及び第二配管部４２（第二通路５０）の形態も、可撓性シート４７又は筒状膜４８に併せて変更すればよい。
【００６２】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１０：熱音響装置            １１：ループ管            ２０：第一スタック
２６：第一熱交換器          ３０：第二スタック        ３６：第二熱交換器
４０：振動膜構造体          ４１：第一配管部          ４１ａ：内周面
４２：第二配管部            ４２ａ：内周面            ４３：第三配管部
４４：リング                ４４ａ：内周面            ４５：振動膜
４６：ガイド                ４７：シート              ４８：筒状膜
４９：第一通路              ５０：第二通路            ５１：第一筒体
５２：第二筒体              ５３：カバー              ５４：アクチュエータ
５５：操作部                ５６：フランジ部材        ５７：円筒部材
５７ｂ：外周面              ７１：第一可撓性部材      ７２：第二可撓性部材
Ｄ１：内径                  Ｄ２：内径                Ｄ３：内径
Ｄ４：内径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020122604.tif 000009
【図８】
2020122604.tif 000010
【図９】
2020122604.tif 000011
【図１０】
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