(57)【要約】    【課題】  効率が高く、構成が簡素で、且つ圧力振動発生機から被冷却体へ伝達される振動を抑制できるパルス管型蓄熱機関を提供すること。    【解決手段】  第１シリンダ１２と第１ピストン１３とで形成した第１作動室１４と、第２シリンダ２２と第２ピストン２３とで形成した第２作動室２４とを、第１熱交換器４０、再生熱交換器５１、第２熱熱交換器５２、パルス管５３を介しこの順に連通してパルス管型蓄熱機関１を構成する。第１作動室１４と第２作動室２４の変動容積の位相は１８０度異なると共に、パルス管型蓄熱機関１は第１作動室１４と第１熱交換器４０とを連通する第１チューブ６０と、第２作動室２４とパルス管５３とを連通する第２チューブ７０のうち少なくともいずれか一方のチューブを備え、備えたチューブの少なくとも一つはイナータンスチューブである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと前記第１シリンダに往復動可能に挿設した第１ピストンとにより形成される第１作動室と、第２シリンダと前記第２シリンダに往復動可能に挿設した第２ピストン、又は前記第１ピストンを介して前記第１作動室の反対側に前記第１シリンダと第１ピストンとにより形成される第２作動室と、を備える圧力振動発生機と、
前記第１作動室に連通し、前記第１作動室から流出する作動ガスと第１熱交換対象体とを熱交換させる第１熱交換器と、
前記第２作動室へ一端が連通するパルス管と、
前記パルス管の他端から流出入する作動ガスと第２熱交換対象体とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の間を流動する作動ガスと熱交換する再生熱交換器と、を備え、
前記第１作動室の変動容積と前記第２作動室の変動容積とは、位相が１８０度異なり、
前記第１作動室と前記第１熱交換器との間と、前記第１熱交換器と前記再生熱交換器との間と、前記第２作動室と前記パルス管との間のうち少なくとも１つの間にチューブが設けられる、ことを特徴とするパルス管型蓄熱機関。
【請求項２】
前記チューブはイナータンスチューブであり、前記イナータンスチューブの両端近傍には作動ガスによる圧力波の腹部分が生じられる、ことを特徴とする請求項１に記載の往復動駆動機構。
【請求項３】
前記イナータンスチューブは１個以上配備され、
前記イナータンスチューブが１個配備される場合は、前記イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数は、１波長数の自然数倍であり、
前記イナータンスチューブが複数個配備される場合は、前記各イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数を足し合わせた値は、１波長数の自然数倍である、ことを特徴とする請求項２に記載の往復動駆動機構。
【請求項４】
前記イナータンスチューブが１個配備される場合は、前記イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる１波長数の圧力波が生じられ、
前記イナータンスチューブが２個配備される場合は、前記各イナータンスチューブの両端近傍の間には、各々作動ガスによる１／２波長の圧力波が生じる、ことを特徴とする請求項３に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項５】
前記イナータンスチューブは１個以上配備され、
前記イナータンスチューブが１個配備される場合は、前記イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数は、１／２波長の奇数倍であり、
前記イナータンスチューブが複数個配備される場合は、前記各イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数を足し合わせた値は、１／２波長の３以上の奇数倍である、ことを特徴とする請求項２に記載の往復動駆動機構。
【請求項６】
前記イナータンスチューブは１個配備され、前記イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる１／２波長の圧力波が生じる、ことを特徴とする請求項５に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項７】
前記イナータンスチューブの一端、又は、途中のうち少なくとも一方にバッファが設けられる、ことを特徴とする請求項２乃至６のうち少なくともいずれか一項に記載の蓄冷型冷凍機。
【請求項８】
前記第１ピストンと前記第２ピストン、又は前記第１ピストンは、リニア駆動手段の可動子に連結される、ことを特徴とする請求項１乃至７のうち少なくともいずれか一項に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項９】
前記第２作動室と前記パルス管との間と、前記第１作動室と前記第１熱交換器との間と、前記第１熱交換器と前記再生熱交換器との間の内少なくともいずれか１つの間に位相調整要素が設けられ、
前記位相調整要素は、シリンダと、前記シリンダに自在に往復動する固体ピストンと、前記固体ピストンに前記往復動方向のバネ荷重を付勢する弾性部材とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項１０】
前記パルス管の端部と、前記第１作動室と、前記第２作動室と、前記第１熱交換器と、前記再生熱交換器の端部と、前記第２熱交換器と、前記チューブとのうちいずれか一つに位相調整手段のイナータンスチューブの一端が連通され、
前記位相調整手段は、前記イナータンスチューブの他端へ連通するバッファを備え、
前記チューブは、コネクティングチューブである、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス管型蓄熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管型蓄熱機関に関するもので、詳しくは再生熱交換器（蓄冷器、蓄熱器）と、パルス管を用いたパルス管型冷凍機、パルス管型ヒートポンプあるいはパルス管型原動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のパルス管型蓄熱機関として、第１圧縮作動空間を形成する大径部と第２圧縮作動空間を形成する小径部を備える２段凸型形状のシリンダと、大径部と小径部に収納される第１段部と第２段部からなる２段ステップ形状のピストンを備えた振動発生器と、第２圧縮作動空間へ連通した常温熱交換器、蓄冷器、コールドヘッド、パルス管をこの順に連結した冷凍発生部と、イナータンスチューブとバッファ空間と第１圧縮作動空間を備えた位相調節手段と、により構成され、第１圧縮作動空間はチューブを介しバッファ空間へ連通され、バッファ空間はイナータンスチューブを介しパルス管へ連通され、そして第２圧縮作動空間は接続チューブを介し常温熱交換器へ連通されるパルス管型蓄熱機関が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。そしてシャフトを介しピストンに連結した駆動源より、パルス管型蓄熱機関を冷凍機あるいはヒートポンプとして使用する場合は、ピストンを往復動して流体に圧力振動を付与し冷凍を発生し、コールドヘッドにおいて被冷却体を冷却する。パルス管型蓄熱機関を原動機として使用する場合は、コールドヘッドを燃焼ガスで加熱して作動流体に圧力振動を発生させピストンから駆動源を介して動力を外部に取出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４０６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１によれば、シリンダは大径部と小径部を備える２段凸型形状をなし、ピストンは大径部と小径部に収納される第１段部と第２段部を備える２段凸型形状なしている。第１圧縮作動空間を形成する大径部のシリンダ及び第１段部のピストンは、小径部のシリンダ及び第２段部のピストンを備えている。従って、ストレート形状のシリンダ及びピストンに比べて、大径部のシリンダ及び第１段部のピストンの径が増大する。また、シリンダおよびピストンの接触を防止するため、加工精度の観点からシリンダ及びピストンのクリアランスを増大しなければならない。第１圧縮作動空間の作動流体のシールはシリンダ内周面とピストン外周面間との微小間隙によるクリアランスシールによって行われる。この場合は、クリアランスからの作動ガスの漏れ量は間隙幅の３乗とシール長さに比例する。従って、シリンダ及びピストンの径の増大およびシリンダ内周面とピストン外周面との間隙幅の増大により、第１圧縮作動空間内の作動ガスの漏れ量が大幅に増大する。結果、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として使用する場合は、冷凍能力及び効率が低下する。また、原動機として使用する場合は、出力される動力及び効率が低下する。
【０００５】
また、クリアランスシールに代わって、ピストンリングにより作動流体をシールできるが、シリンダ及びピストンの増大によりシール長さが増大する。シール長さの増大は、第１圧縮作動空間内の作動ガスの漏れ量の増大と、摺動摩擦抵抗の増大による消費電力の増大と、ピストンリングの摩耗粉によるガス汚染とを引起し、冷凍機の場合は、冷凍能力及び効率が低下する問題がある。原動機の場合も、第１圧縮作動空間内の作動ガスの漏れ量の増大と、摺動摩擦抵抗の増大による消費電力の増大とにより、取出される動力及び効率が低下する。
【０００６】
第２圧縮作動空間は接続チューブを介し、順次、常温熱交換器と、蓄冷器と、コールドヘッドへ連通されている。接続チューブは、圧力損失を抑制するため流路径が比較的大きく長さが短く設定されている。このため、ピストンの往復動によって生じる振動は、順次接続チューブと、常温熱交換器と、蓄冷器とを経由してコールドヘッドへ伝達され、コールドヘッドに固定した被冷却体はこの振動の影響を受ける問題がある。
【０００７】
また、シリンダ及びピストンは２段凸型形状であるので、構成が複雑になる問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、効率が高く、構成が簡素で、且つ圧力振動発生機から被冷却体へ伝達される振動を抑制できるパルス管型蓄熱機関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】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１シリンダと第１シリンダに往復動可能に挿設した第１ピストンとにより形成される第１作動室と、第２シリンダと第２シリンダに往復動可能に挿設した第２ピストン、又は第１ピストンを介して第１作動室の反対側に第１シリンダと第１ピストンとにより形成される第２作動室と、を備える圧力振動発生機と、第１作動室に連通し、第１作動室から流出する作動ガスと第１熱交換対象体とを熱交換させる第１熱交換器と、第２作動室へ一端が連通するパルス管と、パルス管の他端から流出入する作動ガスと第２熱交換対象体とを熱交換させる第２熱交換器と、第１熱交換器と第２熱交換器の間を流動する作動ガスと熱交換する再生熱交換器と、を備え、第１作動室の変動容積と第２作動室の変動容積とは、位相が１８０度異なり、第１作動室と第１熱交換器との間と、第１熱交換器と再生熱交換器との間と、第２作動室とパルス管との間のうち少なくとも１つの間にチューブが設けられる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、チューブはイナータンスチューブであり、イナータンスチューブの両端近傍には作動ガスによる圧力波の腹部分が生じる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、イナータンスチューブは１個以上配備され、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数は、１波長数の自然数倍であり、イナータンスチューブが複数個配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数を足し合わせた値は、１波長数の自然数倍である。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる１波長数の圧力波が生じられ、イナータンスチューブが２個配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間には、各々作動ガスによる１／２波長の圧力波が生じる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、イナータンスチューブは１個以上配備され、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数は、１／２波長の奇数倍であり、イナータンスチューブが複数個配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる作動ガスによる圧力波の波長数を足し合わせた値は、１／２波長の３以上の奇数倍である。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、イナータンスチューブは１個配備され、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる１／２波長の圧力波が生じる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、イナータンスチューブの一端、又は、途中のうち少なくとも一方にバッファが設けられる。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、第１ピストンと第２ピストン、又は第１ピストンは、リニア駆動手段の可動子に連結される。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、第２作動室とパルス管との間と、第１作動室と第１熱交換器との間と、第１熱交換器と再生熱交換器との間の内少なくともいずれか１つの間に位相調整要素が設けられ、位相調整要素は、シリンダと、シリンダに自在に往復動する固体ピストンと、固体ピストンに往復動方向のバネ荷重を付勢する弾性部材とを備える。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明は、パルス管の端部と、第１作動室と、第２作動室と、第１熱交換器と、再生熱交換器の端部と、第２熱交換器と、チューブとのうちいずれか一つに位相調整手段のイナータンスチューブの一端が連通され、位相調整手段は、イナータンスチューブの他端へ連通するバッファを備え、チューブは、コネクティングチューブである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明では、パルス管型蓄熱機関は、第１作動室と第１熱交換器との間と、第１熱交換器と再生熱交換器との間と、及び第２作動室とパルス管との間のうち少なくとも１つの間にチューブが設けられている。第１作動室と第２作動室と変動容積の位相差は１８０度であり、この状態の下で、例えば、第２作動室とパルス管との間にチューブが設けられる場合は、チューブの長さ、流路径と、第２作動室の掃気容積と、冷凍機の運転周波数とを適正に調整する。これにより、第１作動室は圧縮仕事をなし、パルス管内に形成されるガスピストンが適正な振幅と位相を持って往復動する。結果、第２熱交換器側のパルス管端部側においてなされる膨張仕事は増大すると共に、パルス管型蓄熱機関の効率が向上する。
【００２０】
また、第１作動室及び第２作動室は、それぞれ第１シリンダと第１ピストンの一方の端面及び第２シリンダと第２ピストンの一方の端面とにより形成される場合と、第１シリンダと第１ピストンの両方の端面とにより形成される場合とがある。従来技術のシリンダ及びピストンは２段凸型状のであるが、いずれの場合においても、本発明の第１、２シリンダと第１、２ピストンは、それぞれストレート形状で良い。従って、従来技術に比べて、第１、２シリンダ及び第１、２ピストンの径は減少するので、シリンダとピストンとの間隙から漏れる作動ガスの漏れ量は減少する。結果、パルス管型冷凍機と、パルス管型ヒートポンプと、及びパルス管型原動機として作動する高い効率のパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００２１】
また、第１、２シリンダと第１、２ピストンは、それぞれストレート形状であるので、第１シリンダと第１ピストンの構成、及び第２シリンダと第２ピストンの構成が簡素になる。これに伴い、圧力振動発生機、延いてはパルス管型蓄熱機関の構成が簡素になる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明では、チューブはイナータンスチューブで、その両端近傍には作動ガスの圧力波の腹部分が生じるので、各イナータンスチューブの両端近傍の間には、作動ガスの略１波長の自然数倍、または、略１／２波長の奇数倍の圧力波が生じる。従って、各イナータンスチューブの両端近傍の間に生じる圧力波の波長数を足し合わせた値は、略１波長の自然数倍、または、略１／２波長の奇数倍になる。略１波長の自然数倍は圧力波の位相差が略３６０度の自然数倍（１、２、・・・）、即ち略同位相であり、略１／２波長の奇数倍（１、３、・・・）は圧力波の位相差が略１８０度の奇数倍、即ち略１８０度である。また、パルス管のガスピストンとパルス管とによって第２熱交換器側に形成されるガスピストン側作動室の変動容積と、ガスピストン側作動室の圧力の位相差は適正に確保されると共に、ガスピストンの往復動の移動量も適正に確保される。そして、第１熱交換器と、再生熱交換器と、第２熱交換器の流路面積と長さを適正に設定することにより、各部位の圧力損失は小さくなり、各部位の流入口と流出口の圧力の位相差は略０度になる。以上により、第１作動室と第２作動室の圧力の位相差は、略同位相または略１８０度になる。
【００２３】
そして、第１熱交換器を放熱器、第２熱交換器を吸熱器として作用させる。これにより、位相差が略同位相の場合には、第１作動室は圧縮仕事をなし、第２作動室は、第２熱交換器側のパルス管端部側においてなされる膨張仕事が増大するように、ガスピストンを往復動させると共に、膨張仕事をなす。結果、高い効率のパルス管型蓄熱機関が提供できる。
【００２４】
同様に、第１熱交換器を放熱器、第２熱交換器を吸熱器として作用させる。これにより、位相差が略１８０度の場合には、第１作動室は圧縮仕事をなし、第２作動室は圧縮仕事をなす。パルス管型蓄熱機関が、例えば小型冷凍機、あるいは運転周波数が低い冷凍機では、イナータンスチューブは、チューブ内のヘリウムの慣性力の影響が減少してオリフィスのように作用し、パルス管型蓄熱機関はオリフィス型パルス管冷凍機の様に作動する。一般的に、オリフィス型パルス管冷凍機は効率が低いが、本発明のパルス管型蓄熱機関では、第２作動室でなされる圧縮仕事をイナータンスチューブに与えるので、第２熱交換器側のパルス管端部側においてなされる膨張仕事は、従来技術のオリフィス型パルス管冷凍機に比べ増大する。結果、小型な冷凍機、あるいは低速型の冷凍機の場合でもパルス管型蓄熱機関は効率が高くなる。
【００２５】
また、請求項３に記載の発明では、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる略１波長数の自然数倍の圧力波が生じる。イナータンスチューブが複数個配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間には各圧力波の波長数を足し合わせた値が略１波長数の自然数倍になる圧力波が生じる。いずれの場合においても、第１熱交換器と、再生熱交換器と、第２熱交換器の流路面積と長さを適正に設定することにより、各部位の圧力損失が小さくなり、各部位の流入口と流出口の圧力の位相差は略０度になる。これにより、第１作動室と第２作動室の圧力は略同位相になる。従って、パルス管型蓄熱機関の効果は、前述の請求項２に記載した発明に関する効果の位相差が略同位相（略１波長の自然数倍）の場合と同様に、高い効率のパルス管型蓄熱機関が提供できる。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明では、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる略１波長数の圧力波が生じる。イナータンスチューブが２個配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる各々、略１／２波長の圧力波が生じ、各々の波長数を足し合わせた値は略１波長になる。いずれの場合においても、波長数は略１波長になるので、各イナータンスチューブの容積は複数の波長数になる場合より減少する。従って、圧力の振幅が増大するので、パルス管型蓄熱機関の冷凍量（冷凍機として機能する場合）、及び取出される動力（原動機として機能する場合）は増大する。結果、パルス管型蓄熱機関の効率がさらに向上する。
【００２７】
また、請求項５に記載の発明では、イナータンスチューブが１個配備される場合は、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる略１／２波長の奇数倍になる圧力波が生じる。イナータンスチューブが２個以上配備される場合は、各イナータンスチューブの両端近傍の間には各圧力波の波長数を足し合わせた値が略１／２波長の奇数倍になる圧力波が生る。いずれの場合においても、第１熱交換器と、再生熱交換器と、第２熱交換器の流路面積と長さを適正に設定することにより、各部位の圧力損失が小さくなり、各部位の流入口と流出口の圧力の位相差は略０度になる。これにより、第１作動室と第２作動室の圧力の位相差は略同１８０度になる。従って、前述の請求項２に記載した発明に関する効果と同じように、小型な冷凍機、あるいは低速型の冷凍機の場合でもパルス管型蓄熱機関は効率が高くなる。
【００２８】
また、請求項６に記載の発明では、イナータンスチューブは１個配備され、イナータンスチューブの両端近傍の間には作動ガスによる略１／２波長の圧力波が生じている。従って、イナータンスチューブの容積は略１／２波長の奇数倍の圧力波が生じる場合と比較し、減少して圧力の振幅が増大する。結果、前述の請求項２に記載した発明に関する効果と同様に、小型な冷凍機、あるいは低速型の冷凍機の場合でも、パルス管型蓄熱機関は効率がさらに向上する。
【００２９】
また、請求項７に記載の発明では、イナータンスチューブの一端、又は、途中のうち少なくとも一方にバッファが設けられている。従って、イナータンスチューブ内の作動ガスの質量とバッファの容積とが相乗し合い、イナータンスチューブの作用は強化されるので、イナータンスチューブの長さを短くできる。
【００３０】
また、請求項８に記載の発明では、第１ピストンと第２ピストン、又は第１ピストンは、リニア駆動手段の可動子に連結されている。従って、圧力振動発生機の構成が簡素になり、これに伴いパルス管型蓄熱機関の構成が簡素になる。さらには、リニア駆動手段によりクランク駆動機構などに比べて、摺動に起因する機械摩擦損失が低減され、パルス管型蓄熱機関の効率が向上する。
【００３１】
また、請求項９に記載の発明では、位相調整要素は、シリンダと、シリンダに自在に往復動する固体ピストンと、固体ピストンに往復動方向のバネ荷重を付勢する弾性部材とを備えている。位相調整要素の固体ピストンの往復動に基づく慣性により、固体ピストンの両端面側の圧力波は略１／２波長ずれる。例えば、位相調整要素を２個直列に設けることにより、一方の位相調整要素の端面側と他方の位相調整要素の端面側との圧力波は略１波長ずれる。従って、第１作動室と第１熱交換器との間と、第１熱交換器と再生熱交換器との間と、第２作動室とパルス管との間のうち少なくとも１つの間に設けられるチューブのうちイナータンスチューブは、位相調整要素に置き換えられる。これにより、位相調整要素はイナータンスチューブに生じる作動ガスの圧力損失が解消されるので、パルス管型蓄熱機関の効率が更に向上する。
【００３２】
また、請求項１０に記載の発明では、位相調整手段は、イナータンスチューブの一端へ連通するバッファを備えている。そして位相調整手段は、イナータンスチューブの両端間で略１／２波長（圧力位相差、略１８０度）、または略１波長（圧力位相差、略３６０度）の圧力波が生じるようにイナータンスチューブの流路径と長さ、及びバッファの容積とが調整されると共に、パルス管内に形成されるガスピストンの往復動の振幅と位相を適正に調整する。パルス管でなされる膨張仕事の一部（例えば、略半分）は、位相調整手段のイナータンスチューブにおいて費やされ、残り（例えば、略半分）の膨張仕事は第２作動室において第２ピストンを介在して第１ピストンの圧縮仕事の一部に費やされる。結果、高い効率のパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００３３】
また、請求項１０に記載のパルス管型蓄熱機関は、請求項１に記載の圧力振動発生機と同じ構成の下で、作動される。従って、請求項１の発明の効果に記載した同じように、第１シリンダと第１ピストンとの間隙および第２シリンダと第２ピストンとの間隙とから、それぞれ漏れる作動ガスの漏れ量は減少するので、高い効率のパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００３４】
また、チューブはコネクティングチューブで全長が比較的短く、長尺で外径も小なイナータンスチューブは圧力振動発生機の外周側あるいは端部外側に螺旋状に巻回することにより、パルス管型蓄熱機関は小型になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図２】両端が大気に開放された開放管の共鳴状態の説明図である。
【図３】図１のパルス管型蓄熱機関の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図４】図１のパルス管型蓄熱機関の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図５】図１のパルス管型蓄熱機関の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図６】図１のパルス管型蓄熱機関の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図８】図７のパルス管型蓄熱機関の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１１】本発明の実施例５に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１３】本発明の実施例７に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１４】図１０のパルス管型蓄熱機関のシミュレーション結果の各位置における圧力の最大値と最小値を示す図である。
【図１５】図１０のパルス管型蓄熱機関のシミュレーション結果の圧力波形図である。
【図１６】図１０のパルス管型蓄熱機関のシミュレーション結果のＰＶ線図である。
【図１７】本発明の実施例８に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１８】本発明の実施例９に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図１９】本発明の実施例１０に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【図２０】本発明の実施例１１に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。パルス管型蓄熱機関は、仕事を投入して冷凍を発生する冷凍機の機能と、熱エネルギーを投入して動力を取出す原動機の機能を備えるが、以下において冷凍機を主体に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の実施例１に係るパルス管型蓄熱機関の説明図である。図１に示すように、パルス管型蓄熱機関１は、圧力振動発生機１０と、第１熱交換器４０と、熱交換作動部５０と、第１チューブ６０（チューブ）と、第２チューブ７０（チューブ）とから構成され、作動ガスとしてヘリウムあるいは窒素などが充填される。
【００３８】
圧力振動発生機１０は、駆動部３０と、第１ガス作動部１１と、第２ガス作動部２１とから構成される。駆動部３０は、ケース３１と、ケース３１の内周面に固定したリニア駆動手段３２の固定子３３と、リニア駆動手段３２の可動子３４と、可動子３４を往復動可能に支持する一対の弾性支持部材３５，３５とから構成される。固定子３３は磁性材からなるヨーク３３ａと、コイル３３ｂとを備え、可動子３４は、鉄心３４ａと、鉄心３４ａに固定される永久磁石３４ｂと、鉄心３４ａの中心部分に貫通固定されるロッド３４ｃとを備える。
【００３９】
ロッド３４ｃの両端は、第１ピストン１３と第２ピストン２３が連結される共に、ロッド３４ｃの端部と鉄心３４ａの端部との間には一対の弾性支持部材３５，３５の内周側が固定される。一対の弾性支持部材３５、３５の外周側はケース３１の内周面に固定される。弾性支持部材３５は、薄いバネ材の円板で、内周から外周側に向かって渦巻き状に放射するスリッド（図示せず）が複数個設けられる。これにより、一対の弾性支持部材３５、３５は、可動子３４と、第１ピストン１３と、第２ピストン２３を軸方向に往復動可能に支持する。そして、固定子３３と可動子３４とによりリニア駆動手段３２は構成され、パルス管型蓄熱機関１が冷凍機として作動する場合は、リニア駆動手段３２はリニアモータとして機能し、原動機として作動する場合は、リニア発電機として機能する。
【００４０】
尚、図１の第１ピストン１３と第２ピストン２３は、駆動手段３２により直接往復動される。しかし、これに限定されることなく、第１作動室１４と第２作動室２４の変動容積の位相が１８０度異なれば良く、例えばクランク機構による駆動手段など、どのような駆動手段でも良い。しかし、構成の簡素さ、摺動に起因する機械摩擦損失の観点からリニア駆動手段が好ましい。
【００４１】
第１ガス作動部１１は、ケース３１に開口端を気密固定した第１シリンダ１２に第１ピストン１３を微小間隙を持って往復動可能に挿設し、第１ピストン１３と第１シリンダ１２とでシリンダヘッド１２ａ側に第１作動室１４を形成する。上記の微小間隙は、ヘリウムの漏れをシールするクリアランスシールの機能を果たす。また、シリンダヘッド１２ａは中央部に円錐台形状の流路を有する円錐継手１２ｂを備え、円錐継手１２ｂは往復流動するヘリウムの拡大流の損失と縮小流の損失を抑制する。
【００４２】
第２ガス作動部２１は、ケース３１に開口端を気密固定した第２シリンダ２２に第２ピストン２３を微小間隙を持って往復動可能に挿設し、第２ピストン２３と第２シリンダ２２とでシリンダヘッド２２ａ側に第２作動室２４を形成する。上記の微小間隙は、ヘリウムの漏れをシールするクリアランスシールの機能を果たす。また、シリンダヘッド２２ａは中央部に円錐台形状の流路を有する円錐継手２２ｂを備え、円錐継手２２ｂは円錐継手１２ｂと同じ作用をする。
【００４３】
第１熱交換器４０は、例えば２枚の板部材の間に複数本の細管を溶接したシェルアンドチューブ型熱交換器（図示せず）の形態をとり、細管内側のヘリウムと細管外側を流れる例えば冷却水８ａ（第１熱交換対象体）と熱交換する。そして、第１熱交換器４０は、図１における左端中心部分に円錐台形状の流路を有する円錐継手４０ａが設けられ、円錐継手４０ａは円錐継手１２ｂと同じ作用をする。
【００４４】
尚、図１のパルス管型蓄熱機関１の第１熱交換器４０は、再生熱交換器５１の図示左端に設けられているが、第１作動室１４側に設けても良い。この場合、シリンダ１２のシリンダヘッド１２ａが省略され、これに代わって第１熱交換器４０の図示右端がシリンダ１２に気密固定される。そして第１作動室１４は、順次、第１熱交換器４０と、第１チューブ６０を介して再生熱交換器５１へ連通される。また、第１熱交換器４０は、第１チューブ６０の途中に設けても良い。
【００４５】
熱交換作動部５０は、再生熱交換器５１に順次、第２熱交換器５２と、パルス管５３とを連通する。再生熱交換器５１は、ステンレス管の容器にステンレス金網等の蓄冷材５１ａ（冷凍機に場合は蓄冷材、原動機の場合は蓄熱材５１ａ）が複数枚積層される。パルス管型蓄熱機関１が冷凍機の場合あるいはヒートポンプの場合には、再生熱交換器５１は蓄冷器と称し、パルス管型蓄熱機関１が原動機の場合には蓄熱器と称するが、以下の説明では、冷凍機、原動機いずれの場合も再生熱交換器と称する。
【００４６】
第２熱交換器５２は、冷凍機の場合には、例えば銅のブロックに複数個の孔を開口してブロックの外周面に被冷却体９ａ（第２熱交換対象体）を固定する。原動機の場合は、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器（図示せず）の形態をとり、細管外側（図示せず）を例えば燃焼ガス（第２熱交換対象体、図示せず）で加熱する。
【００４７】
パルス管５３は、肉厚の薄いステンレスの管５３ｃと、管５３ｃの常温端５３ｄ（図示右端）の内周面に挿着したディストリビュータ５４と、常温端５３ｄに気密固定した円錐継手５３ａから構成される。パルス管５３内には、ヘリウムからなる二点鎖線で示すガスピストン５３ｂが形成され、ガスピストン５３ｂはパルス管５３内を往復動すると共に、質量が一定で作動ガス圧によって体積が変化する。そしてパルス管５３と、ガスピストン５３ｂと、第２熱交換器５２とで包囲してガスピストン側作動室５５が形成される。ディストリビュータ５４は往復流動するヘリウムの流路断面における流れを均一にし、円錐継手５３ａは往復流動するヘリウムの拡大流の損失と、縮小流の損失を抑制する。そしてパルス管５３は、第２チューブ７０を介し第２作動室２４へ連通される。
【００４８】
第２チューブ７０は、イナータンスチューブ７０ａと、コネクティングチューブ７０ｂのいずれか一方の形態をとる。同様に、第１チューブ６０は、イナータンスチューブ６０ａと、コネクティングチューブ６０ｂのいずれか一方の形態をとる。
【００４９】
イナータンスチューブ６０ａ、７０ａは、全長が長く、且つ全長に比べて流路内径が小さく、質量による慣性と、チューブの流路抵抗による粘性の特性を有し、チューブ両端の開放口近傍に作動ガスによる圧力波の腹が生じる。即ち、イナータンスチューブ両端近傍の間に略１／２波長の自然数倍（１、２、・・）の作動ガスによる圧力波が生じる。これにより、両端近傍の圧力波の位相差は、略１８０度の自然数倍（１、２、・・）になる。
【００５０】
コネクティングチューブ６０ｂ，７０ｂは、チューブ全長が比較的短く、且つ流路径も比較的大きく、流路抵抗を有するが圧力損失は無視できる程度小さく、そしてチューブ両端の開放口に於ける圧力は略同位相である。
【００５１】
位相調整手段７１は、イナータンスチューブ７０ａと第２作動室２４とにより形成され、イナータンスチューブ７０ａのヘリウムの質量と、イナータンスチューブ７０ａの流路抵抗と、第２作動室２４の容積が作用し合い振動系を形成する。そして、位相調整手段７１はイナータンスチューブ７０ａの長さ、流路径、第２作動室２４の掃気容積、およびパルス管型蓄熱機関１の運転周波数とが適正値に設定される。これにより位相調整手段７１は、パルス管５３の圧力とガスピストン側作動室５５の変動容積との位相が適正になるように調整すると共に、ガスピストンの往復動変位の振幅を適正に調整する。
【００５２】
パルス管型蓄熱機関１は、第１チューブ６０と第２チューブ７０のうち少なくともいずれか一方のチューブを備えると共に、少なくとイナータンスチューブを一つ備える。即ち、パルス管型蓄熱機関１がいずれか一方のチューブを備える場合は、そのチューブはイナータンスチューブであり、両方のチューブを備える場合は、少なくとも一方はイナータンスチューブである。
【００５３】
また、パルス管型蓄熱機関１がイナータンスチューブ７０ａのみ備える場合は、第１熱交換器４０の両端にはそれぞれ第１シリンダ１２と再生熱交換器５１が接続される。イナータンスチューブ６０ａのみ備える場合は、パルス管５３の常温端５３ｄは第２シリンダ２２に接続される。
【００５４】
次に、本発明の実施例１に係るパルス管型蓄熱機関１が冷凍機として作動する場合、その作動と効果について説明する。この場合は、第１熱交換器４０は放熱器、第２熱交換器５２は吸熱器、リニア駆動手段３２はリニアモータ、として作用させる。これにより、第１作動室１４は圧縮室、第２作動室２４は膨張室（後述する（ケース４）を除く）、ガスピストン側作動室５５は膨張室、として機能する。そして第１熱交換器４０は、第１作動室１４で圧縮されたヘリウムの圧縮熱を冷却水８ａ（第１熱交換対象体）に放熱する。
【００５５】
再生熱交換器５１は、第１熱交換器４０から流入するヘリウムを蓄冷材５１ａで冷却して低温端（再生熱交換器５１の図示右端）からガスピストン側作動室５５に近い温度のヘリウムを流出する。また再生熱交換器５１は、既にガスピストン側作動室５５において膨張し終え、再生熱交換器５１の低温端から流入するヘリウムを蓄冷材５１ａで加熱して高温端（再生熱交換器５１の図示左端）から流出する。流出されるヘリウムの温度は、第１作動室１４のヘリウムの温度に略近い。
【００５６】
第２熱交換器５２は、ガスピストン側作動室５５で膨張し所定の低温になったヘリウムが第２熱交換器５２を通過する際、第２熱交換器５２に固定した被冷却体９ａを冷却する。
【００５７】
図２は、両端が大気に開放された開放管内を伝播する圧力波が共鳴した状態を示す。図中、（ａ）は開放管１００内に１／２波長の共鳴状態示し、（ｂ）は１波長の共鳴状態を示す。図２に示すように開放管１００は、開放管１００内を伝播する圧力波の周波数（振動数）が共鳴する長さであると、開放管１００の両端の開放口に圧力波の腹１０１と、１０２を生じる。この共鳴状態は、１／２波長の自然数倍の圧力波が開放管１００内に生じる。圧力波の周波数がｆの場合、共鳴状態を生じる開放管の長さＬは、音速をａ、圧力波の波長をλすると、例えば１波長の共鳴状態では、Ｌ１＝λ＝ａ／ｆで示される。１／２波長の自然数倍の共鳴状態では、自然数をｎ（＝１、２、・・）とすると、Ｌｎ＝（λ／２）×ｎ＝｛（ａ／ｆ）／２｝×ｎで示される。温度３００Ｋのヘリウムの音速ａは１０２８ｍ／ｓで、圧力波の周波数ｆを例えば５０Ｈｚとすると、波長λは２０．５６ｍとなる。尚、ｍは長さの単位でメータ、ｓは時間の単位で秒である。
【００５８】
イナータンスチューブ６０ａおよびイナータンスチューブ７０ａは両端が開いた開放管であるので、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａは、開放管内を伝播する圧力波の周波数（振動数）が共鳴する長さであると、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの両端の開放口近傍に圧力波の腹が生じる。各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａは、それぞれ両端に容積を有する部位、即ち、イナータンスチューブ６０ａは第１作動室１４と第１熱交換器４０、そして、イナータンスチューブ７０ａは第２作動室２４とパルス管５３を接続している。このため、共鳴状態を生じる各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの長さは、両端の容積の影響を受けるので、前述のＬｎ＝（λ／２）×ｎ＝｛（ａ／ｆ）／２｝×ｎより短くなる。
【００５９】
そして、パルス管型蓄熱機関１の運転周波数と、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの長さ、流路径と、第１作動室１４（イナータンスチューブ６０ａの場合）、第２作動室２４（イナータンスチューブ７０ａの場合）を調整することにより、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの開放口近傍で圧力波の腹が発生して共鳴状態が得られる。この共鳴状態では、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの両端近傍の間には、ヘリウムによる略１波長の自然数倍の圧力波、またはヘリウムによる略１／２波長の正の奇数倍（以下、奇数倍）の圧力波が生じる。そして、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａに生じる圧力波が略１波長の自然数倍である場合は、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの両端の圧力波の位相差は、略３６０度の自然数倍、実質略０度（以下、略０度）になる。各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａに生じる圧力波が略１／２波長の奇数倍である場合は、各イナータンスチューブ６０ａ，７０ａ両端の圧力波の位相差は、１８０度の奇数倍、実質略１８０度（以下、略１８０度）になる。
【００６０】
一方、コネクティングチューブ６０ｂ，７０ｂは、圧力波の１／２波長より十分短く流路径も比較的大きいので、チューブ両端の圧力波の位相差は無視できる程度小さく、圧力波は共鳴状態ではない。従って、コネクティングチューブ６０ｂ，７０ｂの両端の圧力は同位相で、圧力損失も無視できる程度小さい。
【００６１】
リニア駆動手段３２のコイル３３ａに交流電流を通電すると、可動子３４に連結された第１ピストン１３と、第２ピストン２３が往復動する。第１ピストン１３と第２ピストン２３は、それぞれロッド３４ｃの両端に連結されているので、第１作動室１４と第２作動室２４の変動容積は１８０度の位相差を持って往復動する。この往復動により、第１作動室１４と、第１チューブ６０と、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１と、第２熱交換器５２と、パルス管５３と、第２チューブ７０と、第２作動室２４とには交流電流と同じ周波数の圧力変動が発生する。
【００６２】
図３〜図６は、第１作動室１４のシリンダヘッド１２ａから、第１チューブ６０と、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１と、第２熱交換器５２と、第２チューブ７０を経由して、第２作動室２４のシリンダヘッド２２ａに至る各位置におけるヘリウムの圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎを示す。各図中、横軸Ｘはシリンダヘッド１２ａ（図１）の位置Ａから各部位内の流れに沿う長さを示し、縦軸Ｐはヘリウムの圧力を示す。また各図中のＡ〜Ｄは、それぞれ図１に示されるＡ〜Ｄの位置に対応し、Ａはシリンダヘッド１２ａの円錐継手１２ｂと第１チューブ６０との接続位置、Ｂは放熱器４０の円錐継手４０ａと第１チューブ６０との接続位置、Ｃはパルス管５３の円錐継手５３ａと第２チューブ７０との接続位置、Ｄはシリンダヘッド２２ａの円錐継手２２ｂと第２チューブ７０との接続位置を示す。また、（最大値Ｐｍａｘ−最小値Ｐｍｉｎ）は、圧力変動幅の最大値ｄＰｍａｘであり、（ｄＰｍａ／２）は変動圧力の振幅に相当する。（ｄ：デルタ）
以下、第１チューブ６０と、第２チューブ７０の取る形態の組合せの３つの（ケース１）〜（ケース３）と、（ケース１）の下における小型冷凍機または低速型冷凍機の（ケース４）とについて、その作動と効果を以下に説明する。
【００６３】
（ケース１）
第１チューブ６０と、第２チューブ７０が、それぞれコネクティングチューブ６０ｂと、イナータンスチューブ７０ａの各形態を取る。そして、コネクティングチューブ６０ｂは、往復流動するヘリウムの圧力損失が殆ど生じないように、流路長さと、流路径が設定されている。イナータンスチューブ７０ａは、両端近傍の間に略１波長のヘリウムの圧力波が生じるように、イナータンスチューブ７０ａの長さ、流路径と、冷凍機の運転周波数と、第２作動室２４の掃気容積とが設定される。また、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１及び第２熱交換器５２の各諸元（流路長さ、流路断面積）は往復流動するヘリウムの圧力損失が無視できる程度小さく適正に設定されている。
【００６４】
図３は、上述の設定の下における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎを示す。Ａ位置からＣ位置の間では圧力損失が無視できる程度小さいので、図３に示すようにＡ〜Ｃ位置間の圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは略一定となり、圧力変動の振幅も略一定になる。また、圧力の位相は、Ａ位置からＣ位置の間の各位置において略同位相になる。
【００６５】
イナータンスチューブ７０ａには略１波長の圧力波が生じている。従って、イナータンスチューブ７０ａは、開放口Ｃ位置（図３）近傍において圧力波の第１の腹と、途中のＭ１位置（図３）において圧力波の第１の節と、途中のＭ２位置（図３）において圧力波の第２の腹と、途中のＭ３位置（図３）において圧力波の第２の節と、開放口Ｄ位置（図３）近傍において圧力波の第３の腹を生じる。これにより、図３に示すように、Ｃ位置からＭ１位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｍ１位置からＭ２位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加し、Ｍ２位置からＭ３位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は再び減少し、Ｍ３位置からＤ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加する。そして、Ａ位置とＤ位置における圧力波の位相差は略３６０度、実質、略同位相（以下、略同位相）になる。以上により、第２作動室２４の圧力は、第１作動室１４の圧力の位相と略同位相になる。そして、第１作動室１４と第２作動室２４の変動容積の位相差は１８０度であるので、第１作動室１４は圧縮仕事をなし、第２作動室２４は膨張仕事をなす。また、位相調整手段７１は、ガスピストン側作動室５５の圧力の位相がガスピストン側作動室５５の変動容積の位相に対し適正に進むようにガスピストン５３ｂを往復動させると共に、ガスピストン５３ｂの往復動移動量を適正に確保する。結果、ガスピストン側作動室５５において、ヘリウムが膨張して得られる冷凍量は増大するので、高い効率のパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００６６】
また、上記の説明で明らかなように、イナータンスチューブ７０ａの両端近傍の間に、略１波長の自然数倍の圧力波が生じる場合においても、Ａ位置とＤ位置における圧力の位相差は略３６０度の自然数倍、実質、略同位相（以下、略同位相）になる。従って、上記の略１波長の圧力波が生じる場合と同じ作動により、同じ効果を生じる。しかし、イナータンスチューブ７０ａの両端近傍の間に略１波長の圧力波が生じられる場合の方が、複数個の波長の圧力波が生じられる場合と比べて、イナータンスチューブ７０ａの容積は減少し、圧力変動の振幅は増大するので冷凍量も増大し、これに伴いパルス管型蓄熱機関１の効率も向上する。
【００６７】
また、コネクティングチューブ６０ｂの全長は比較的短く、イナータンスチューブ７０ａは長尺で外径も小さい。従って、イナータンスチューブ７０ａを圧力振動発生機１０の外周側あるいは端部外側に螺旋状に巻回することにより、パルス管型蓄熱機関１は小型になる。
【００６８】
（ケース２）
第１チューブ６０と第２チューブ７０が、共にイナータンスチューブ６０ａ，７０ａの形態を取る。イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの各両端間の近傍において１／２波長のヘリウムの圧力波が生じるように、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの各長さ、各流路径、各作動室１４，２４と、冷凍機の運転周波数が設定される。また、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１及び第２熱交換器５２の各諸元も往復流動するヘリウムの圧力損失が無視できる程度小さく適正に設計されている。
【００６９】
図４は、上述の設定の下における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎを示す。イナータンスチューブ６０ａには略１／２波長の圧力波が生じるので、イナータンスチューブ６０ａの開放口Ａ位置（図４）近傍において圧力波の第１の腹と、途中のＮ１位置（図４）において圧力波の第１の節と、開放口Ｂ位置（図４）近傍において圧力波の第２の腹を生じる。これにより、図４に示すように、Ａ位置からＮ１位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｎ１位置からＢ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加する。そして、Ａ位置とＢ位置における圧力波の位相差は、略１８０度になる。
【００７０】
イナータンスチューブ７０ａにも略１／２波長の圧力波が生じる。従って、イナータンスチューブ７０ａは、イナータンスチューブ７０ａの開放口Ｃ位置（図４）近傍において圧力波の第１の腹と、途中のＮ２位置（図４）において圧力波の第１の節と、開放口Ｄ位置（図４）近傍において圧力波の第２の腹を生じる。これにより、図４に示すように、Ｃ位置からＮ２位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｎ２位置からＤ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加する。そして、Ｃ位置とＤ位置におけるの圧力波の位相差は、略１８０度になる。
【００７１】
Ｂ位置とＣ位置間では、圧力は略同位相であるので、Ａ位置とＤ位置における圧力の位相差は、略３６０度、実質、略同位相になる。これにより、第２作動室２４の圧力は第１作動室１４の圧力と略同位相になる。従って（ケース１）と同様に、ガスピストン側作動室５５において作動ガスが膨張して得られる冷凍量は増大するので、高い効率のパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００７２】
上記の説明で明らかなように、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの各両端近傍の間に、略１波長の自然数倍の圧力波が生じる場合、または、略１／２波長の奇数倍の圧力波が生じる場合のいずれにおいても、Ａ位置とＤ位置における圧力の位相差は略３６０度の自然数倍、実質、略同位相（以下、略同位相）になる。従って、上記と同じ作動により、同じ効果を生じる。しかし、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの両端近傍に生じる圧力波の波長数を足し合わせた値が略１波長になる場合の方が、略１波長の自然数倍になる場合に比べて、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａの容積が減少し、圧力変動の振幅は増大するので冷凍量も増大し、これに伴いパルス管型蓄熱機関１の効率も向上する。
【００７３】
また、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａは長尺で外径が小さいので、圧力振動発生機１０の外周側あるいは両端外側に巻回でき、パルス管型蓄熱機関１は小型になる。
【００７４】
また、イナータンスチューブ６０ａ長さと、イナータンスチューブ７０ａの長さが圧力波の略１／２波長さで長く、被冷却体９ａが設置される第２熱交換器５２を圧力振動発生機１０から遠隔位置に配置できる。イナータンスチューブ６０ａ，７０ａを螺旋形状に巻回してパルス管型蓄熱機関１の小型化する場合は、被冷却体は圧力振動発生機１０の近傍位置にあるが、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａが長尺であるので、実質、圧力振動発生機１０から遠隔位置に配置されている。従って、ヘリウムの圧縮、膨張時に圧力振動発生機１０からイナータンスチューブ６０ａ，７０ａを介して第２熱交換器５２に伝達され振動は減少されるので、被冷却体９ａは圧力振動発生機１０からの振動影響を回避できる。さらには、イナータンスチューブ６０ａ，７０ａをフレキシブルなチューブにすることにより、上記の振動影響はさらに改善される。
【００７５】
（ケース３）
第１チューブ６０と、第２チューブ７０が、それぞれイナータンスチューブ６０ａと、コネクティングチューブ７０ｂの各形態を取る。そして、コネクティングチューブ７０ｂは、往復流動するヘリウムの圧力損失が殆ど生じないように、流路長さと、流路径が設定されている。イナータンスチューブ６０ａは、両端間において略１波長のヘリウムの圧力波が生じるように、イナータンスチューブ６０ａの長さ、流路径と、第１作動室１４の掃気容積と、冷凍機の運転周波数が設定される。また、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１及び第２熱交換器５２の各諸元（流路長さ、流路断面積）も往復流動するヘリウムの圧力損失が殆ど生じない適正に設定されている。Ａ位置〜Ｄ位置の各位置における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは図５に示される。即ち、Ａ位置〜Ｂ位置間に於いては、Ａ位置からＱ１位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｑ１位置からＱ２位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加し、Ｑ２位置からＱ３位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は再び減少し、Ｑ３位置からＢ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加し、Ａ位置とＢ位置の圧力波の位相差は略３６０度になる。Ｂ位置〜Ｄ位置間に於いては、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は略一定で、圧力は略同位相である。第２作動室２４の圧力は、第１作動室１４の圧力の位相と略同位相になる。また、上記の説明で明らかなように、イナータンスチューブ６０ａの両端近傍の間に、略１波長の自然数倍の圧力波が生じる場合においても、Ａ位置とＤ位置における圧力の位相差は略３６０度の自然数倍、実質、略同位相（以下、略同位相）になる。従って、（ケース１）場合と同様に、高い効率のパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００７６】
また、コネクティングチューブ７０ｂは全長が比較的短く、イナータンスチューブ６０ａは長尺で外径も小さい。従って、イナータンスチューブ６０ａは圧力振動発生機１０の外周側あるいは端部外側に螺旋状に巻回することにより、パルス管型蓄熱機関１は小型になる。
【００７７】
（ケース４）
第１チューブ６０と、第２チューブ７０が、それぞれコネクティングチューブ６０ｂと、イナータンスチューブ７０ａの各形態を取る。また、パルス管型蓄熱機関１は、例えば運転周波数が略５０Ｈｚで消費電力は略２００Ｗ以下の小型な冷凍機、あるいは運転周波数が略１０Ｈｚで消費電力は数１００Ｗ〜略１ＫＷ以下の低速型の冷凍機である。そして、イナータンスチューブ７０ａの両端近傍の間に略１／２波長の圧力波が生じるように、イナータンスチューブ７０ａの長さ、流路径と、第２作動室２４の掃気容積と、冷凍機の運転周波数が設定される。他の設定条件は（ケース１）と同じである。
【００７８】
図６は、上述の設定の下における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎを示す。図６に示すように、Ａ位置からＣ位置間の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは一定である。Ｃ位置からＲ１位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｒ１位置からＤ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加する。そして、Ａ位置とＣ位置における圧力の位相差は略０度で、Ｃ位置とＤ位置における圧力波の位相差は略１８０度になる。従って、第１作動室１４と第２作動室２４の圧力は略１８０度の位相差になり、第２作動室２４は第１作動室１４と同じように圧縮室として機能する。
【００７９】
また上述したように、パルス管型蓄熱機関１は小型な冷凍機、あるいは低速型の冷凍機であるので、イナータンスチューブ７０ａは、チューブ内のヘリウムの慣性力の影響が減少してオリフィスのように作用する。オリフィス型のパルス管冷凍機は、一般的に効率が低いが、イナータンスチューブ７０ａに略１／２波長のヘリウムの圧力波が生じているので、第２作動室２４においてヘリウムが圧縮され、この圧縮仕事がイナータンスチューブ７０ａに与えられる。これにより、ガスピストン側作動室５５の圧力は、膨張仕事が増大するようにガスピストン側作動室５５の変動容積に対し位相が進むので、小型な冷凍機、あるいは低速型の冷凍機の場合でもパルス管型蓄熱機関１は効率が高くなる。
【００８０】
次に、本発明の実施例１に係るパルス管型熱蓄機関１が原動機として作動する場合、その作動と効果について、前述の（ケース１）で説明する。この場合は、第１熱交換器４０は放熱器、第２熱交換器５２は吸熱器、リニア駆動手段３２はリニア発電機、として作用させる。これにより、第１作動室１４は圧縮室、第２作動室２４は膨張室（前述の（ケース４）を除く）、ガスピストン側作動室５５は膨張室、として機能する。そして、第２熱交換器５２は例えば略６００℃の燃焼ガス（第２熱交換対象体、図示せず）で加熱され、第１熱交換器４０は例えば略２０℃の冷却水８ａ（第１熱交換対象体）で冷却される。
【００８１】
また、冷凍機の場合と同様に、Ａ位置からＤ位置までの圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは図３に示すようになり、冷凍機の（ケース１）の場合と同様に、第２作動室２４の圧力は、第１作動室１４の圧力と略同位相になる。従って、第１作動室１４と第２作動室２４の変動容積の位相差は１８０度であるので、第１作動室１４は圧縮仕事をなし、第２作動室２４は膨張仕事をなす。また、位相調整手段７１は、ガスピストン側作動室５５の圧力の位相がガスピストン側作動室５５の変動容積の位相に対し適正に進むようにガスピストン５３ｂを往復動させると共に、ガスピストン５３ｂの往復動移動量を適正に確保する。これにより、第２熱交換器５２へ投入した熱エネルギーでガスピストン側作動室５５内においてヘリウムが適正に昇圧され、昇圧した圧力により第１ピストン１３が外部になす仕事量は増大する。そして、この仕事はリニア駆動手段３２により交流電力として発電される。結果、冷凍機の場合と同様に原動機の場合においても、高い効率のパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００８２】
また、前述の（ケース２）〜（ケース４）を原動機に適応した場合の作動と効果は、（ケース２）〜（ケース４）の冷凍機の場合と同じ効果を生じる。
【００８３】
また、パルス管型蓄熱機関１が冷凍機あるいは原動機として機能する（ケース１）〜（ケース４）のいずれの場合においても、第１シリンダ１２及び第１ピストン１３と、第２シリンダ２２及び第２ピストン２３はストレート形状になっている。従って、第１シリンダ１２及び第１ピストン１３と、第２シリンダ２２及び第２ピストン２３の各々の径は、従来技術の２段凸型形状のシリンダ及びピストンの径に比べて減少する。従って、各ピストン１３，２３と各シリンダ１２，２２との各クリアランスシールからのヘリウム漏れ量は、従来技術に比べて減少するので、パルス管型蓄熱機関１の冷凍量、及び発電量が増大すると共に、効率が向上する。
【００８４】
第１ピストン１３と、第２ピストン２３の外周面側からのヘリウム漏れ量は、従来技術のピストンより減少できる。結果、各ピストン１３，２３と各シリンダ１２，２２との各クリアランスシールからのヘリウム漏れ量は減少するので、パルス管型蓄熱機関１の冷凍量、及び発電量が増大すると共に、効率が向上する。また、クリアランスシールに代えて、ピストンリングを使用する場合は、ヘリウムの漏れ量の減少と、ピストンリングの摩耗粉よるガス汚染の減少とにより、パルス管型蓄熱機関１の冷凍量、及び発電量が増大すると共に、効率が向上する。
【００８５】
尚、前述のパルス管型蓄熱機関１が冷凍機、あるいは原動機として作動する（ケース１）〜（ケース４）の場合において、第１作動室１４は圧縮室、第２作動室２４は膨張室、ガスピストン側作動室５５は膨張室、第１熱交換器４０は放熱器、及び第２熱交換器５２は吸熱器して機能するが、第１作動室１４は膨張室、第２作動室２４は圧縮室、ガスピストン側作動室５５は圧縮室、第１熱交換器４０は吸熱器、及び第２熱交換器５２は放熱器して機能しても良い。この場合も、第１チューブ６０（イナータンスチューブ６０ａ，コネクティングチューブ６０ｂ）と、第２チューブ７０（イナータンスチューブ７０ａ，コネクティングチューブ７０ｂ）の作用は前述の作用と同じで、効果も同じである。
【００８６】
また、第１，２シリンダ１２，２２と第１，２ピストン１３，２３は、それぞれストレート形状であるので、第１シリンダ１２と第１ピストン１３の構成、及び第２シリンダ２２と第２ピストン２３の構成が簡素になる。さらには、第１ピストン１３と、第２ピストン２３は、それぞれリニア駆動手段３２の可動子３４に備えたロッド３４ｃの両端に連結されている。以上により、圧力振動発生機１０の構成は簡素になり、これに伴いパルス管型蓄熱機関１の構成も簡素になる。さらには、リニア駆動手段３２によりクランク駆動機構などに比べて、摺動に起因する機械摩擦損失が低減され、パルス管型蓄熱機関１の効率が向上する。
【００８７】
尚、前述の説明では、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１と、第２熱交換器５２の圧力損失は無視できる程度小さく設定されているが、各部位４０，５１，５２に比較的小さいが圧力損失を生じ、各部位４０，５１，５２の流出入位置における圧力の位相差も比較的小さいが生じる場合もあり得る。この場合は、この位相差を前述の作動に考慮することにより、前述と同じ効果が生じる。
【実施例２】
【００８８】
図７は、本発明の実施例２に係るパルス管型蓄熱機関２の説明図である。図１のスパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。パルス管型蓄熱機関２は、図１のパルス管型蓄熱機関１をヒートポンプ（例えば、エアコン）として使用する。パルス管型蓄熱機関１は、第１チューブ６０と第２チューブ７０のうち少なくともいずれか一方のチューブを備えると共に、少なくとイナータンスチューブを一つ備える。ここでは、第１チューブ６０（チューブ）と第２チューブ７０（チューブ）は、それぞれコネクティングチューブ６０ｂとイナータンスチューブ７０ａの形態を取り、イナータンスチューブ７０ａに圧力波の略１波長が発生している場合について説明する。また、第１熱交換器４０と、再生熱交換器５１と、第２熱交換器５２の圧力損失は無視できる程度小さくなるように設定されている。
【００８９】
図７に示すように、第２熱交換器５２はファン９２により屋外の空気９ｂ（第２熱交換対象体）が送風される。第１熱交換器４０は、ファン９１により室内９０の循環空気８ｂ（第１熱交換対象体）が送風される。
【００９０】
パルス管型熱蓄機関２により室内９０を冷房する場合、パルス管型蓄熱機関２において、第１作動室１４は膨張室、第２作動室２４は圧縮室、ガスピストン側作動室５５は圧縮室、第１熱交換器４０は吸熱器、第２熱交換器５２は放熱器、およびリニア駆動手段３２はリニアモータとして機能させる。そしてイナータンスチューブ７０ａは、両端近傍の間に略１波長のヘリウムの圧力波が生じるように、イナータンスチューブ７０ａの長さ、流路径と、冷凍機の運転周波数と、第２作動室２４の掃気容積とが設定される。これにより、パルス管型蓄熱機関２のＡ位置からＤ位置（図７）まで各位置における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは、図８に示すようになる。即ち、図１と同様に、Ｃ位置からＳ１位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は減少し、Ｓ１位置からＳ２位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加し、Ｓ２位置からＳ３位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は再び減少し、Ｓ３位置からＤ位置に向かって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は増加する。そして、Ａ位置とＤ位置における圧力波の位相差は略３６０度、実質、略同位相（以下、略同位相）になる。以上により、第２作動室２４の圧力は、第１作動室１４の圧力の位相と略同位相になる。
【００９１】
また、位相調整手段７１により、ガスピストン側作動室５５の圧力波形の位相がガスピストン側作動室５５の変動容積の位相より適正に遅れ、ガスピストン側作動室５５において圧縮仕事がなされる。従って、第１作動室１４における膨張仕事は増大し、発生する冷凍量も増大する。第１作動室１４で発生した冷凍により、第１熱交換器４０に於いて室内９０の循環空気８ｂを冷却して、室内９０を冷房する。結果、パルス管型蓄熱機関２をヒートポンプとして作動させても、高い効率のパルス管型蓄熱機関２を提供できる。
【００９２】
一方、パルス管型熱蓄機関２により室内９０を暖房する場合、パルス管型蓄熱機関２において、第１作動室１４は圧縮室、第２作動室２４は膨張室、ガスピストン側作動室５５は膨張室、第１熱交換器４０は放熱器、第２熱交換器５２は吸熱器、およびリニア駆動手段３２はリニアモータとして機能させる。即ち、パルス管型蓄熱機関２は、実施例１のパルス管型蓄熱機関１が冷凍機として作動する（ケース１）に相当する。
【００９３】
また、前述した第２熱交換器５２においてヘリウムの圧縮熱を放熱した空気９ｂを室内に導入して、室内９０を暖房しても良い。この場合は、第１熱交換器４０を流れる空気８ｂは屋外の大気、第２熱交換器５２を流れる空気９ｂは室内９０の空気とに代える切換弁（図示せず）が必要になる。
【実施例３】
【００９４】
図９は、本発明の実施例３に係るパルス管型蓄熱機関３の説明図である。図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図９に示すように、パルス管型蓄熱機関３は、実施例１の第２チューブ７０（チューブ）がイナータンスチューブ７０ａ（図１）の形態をとり、イナータンスチューブ７０ａの第２作動室２４側にバッファを設ける。即ち、第２作動室２４は、配管７７と、バッファ７６と、イナータンスチューブ７５ａを介してパルス管５３の円錐継手５３ａに接続される。そして、位相調整手段７８は、イナータンスチューブ７５ａと、バッファ７６と、配管７７と、第２作動室２４とから構成され、ガスピストン５３ｂの往復動変位の位相と振幅を適正に調整する。他の構成は、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。
【００９５】
バッファ７６を設けたことにより、イナータンスチューブ７５ａ内のヘリウムの質量とバッファ７６の容積が相乗して、イナータンスチューブ７５ａの作用を強化する。結果、イナータンスチューブ７５ａの長さはイナータンスチューブ７０ａ（図１）に比べて短くなる。また、イナータンスチューブ７５ａ内に発生する圧力波の作用は、図１のイナータンスチューブ７０ａと同じである。従って、パルス管型蓄熱機関３の他の効果は、実施例１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。
【００９６】
尚、図９のＥは、第２シリンダ２２のシリンダヘッド２２ａの位置を示す。Ｅ位置の圧力は、配管７７の圧力損失が極めて小さいので、バッファ７６の圧力に略等しい。
【実施例４】
【００９７】
図１０は、本発明の実施例４に係るパルス管型蓄熱機関４の説明図である。図９のパルス管型蓄熱機関３と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１０に示すように、パルス管型蓄熱機関４は、実施例３のイナータンスチューブ７５ａ（図９）の途中にさらにバッファを設ける。即ち、第２作動室２４は、順次配管７７と、バッファ７６と、イナータンスチューブ８０ａと、バッファ８３と、イナータンスチューブ８１ａを介してパルス管５３の円錐継手５３ａに接続される。そして、位相調整手段８２は、イナータンスチューブ８０ａ、８１ａと、バッファ７６、８３と、配管７７と、第２作動室２４とから構成され、ガスピストン５３ｂの往復動変位の位相と振幅を適正に調整する。他の構成は、図９のパルス管型蓄熱機関３と同じである。
【００９８】
バッファ７６，８３が設けられたことにより、イナータンスチューブ８０ａ，８１ａの作用が強化され、イナータンスチューブ８０ａ，８１ａを足し合せた長さは、イナータンスチューブ７５ａ（図９）に比べて短くなる。また、イナータンスチューブ８０ａ，８１に、それぞれ略１／２波長の圧力波を生じるようにすることにより、イナータンスチューブ８０ａ，８１を連成した作用は、波長の圧力波と等価である。従って、パルス管型蓄熱機関４の他の効果は実施例１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。
【００９９】
尚、図１０のＥは、第２シリンダ２２のシリンダヘッド２２ａの位置を示す。Ｅ位置の圧力は、配管７７の圧力損失が極めて小さいので、バッファ７６の圧力に略等しい。
【実施例５】
【０１００】
図１１は、本発明の実施例５に係るパルス管型蓄熱機関５の説明図である。図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１１に示すように、パルス管型蓄熱機関５が、実施例１のパルス管型蓄熱機関１（図１）と異なるところは、パルス管型蓄熱機関１の第１ピストン１３のロッド１３４ｃが連結される端面側に第２作動室１２４を設けてダブルアクティング構造にしたことである。これに伴い、第２シリンダ２２（図１）と、第２ピストン２３（図１）が省略され、そしてロッド３４ｃ（図１）の一端側が短縮される。即ち、シリンダ１１２（第１シリンダ）の図１０における右端側に隔壁１１５を設け、隔壁１１５の中心部分にはロッド１３４ｃが微小間隙を持って往復動可能に貫通される。そして、シリンダ１１２と、ピストン１１３（第１ピストン）と、隔壁１１５と、ピストン１１３を連結したロッド１３４ｃに包囲されて第２作動室１２４が形成される。一方、第１作動室１１４は、ピストン１１３を介在して第２作動室１２４の図１１における左側に形成される。そして駆動部１３０は、ケース１３１と、ケース１３１の内周面に固定したリニア駆動手段１３２の固定子１３３と、ロッド１３４ｃを備えたリニア駆動手段１３２の可動子１３４と、可動子１３４を往復動可能に支持する一対の弾性支持部材３５，３５とから構成される。また、圧力振動発生機１１０は、駆動部１３０と、シリンダ１１２と、ピストン１１３と、隔壁１１５とにより構成される。他の構成は、パルス管型蓄熱機関１（図１）と同じである。
【０１０１】
第１作動室１１４と第２作動室１２４は、ストレート形状のピストン１１３の両端面側に形成され、第１作動室１１４と第２作動室１２４との変動容積の位相差は１８０度である。従って、パルス管型蓄熱機関５の作動と効果は、実施例１のパルス管型蓄熱機関１と同じ効果を生じる。
【０１０２】
さらには、第１作動室１１４と第２作動室１２４は、ストレート形状のピストン１１３の両端面にそれぞれ形成されると共に、ピストン１１３はリニア駆動手段１３２の可動子１３４に備えたロッド１３４ｃの一端に連結されている。従って、パルス管型蓄熱機関５の構成は簡素になると共に、圧力振動発生機１１０が小型になる。
【実施例６】
【０１０３】
図１２は、本発明の実施例６に係るパルス管型蓄熱機関６の説明図である。図１０及び図１１のパルス管型蓄熱機関４及び５と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１２に示すように、パルス管型蓄熱機関６は、パルス管型蓄熱機関４及び５の変形例で、駆動部１３０のヘリウムが存在する空間１３６の容積がバッファ８３の容積と同程度で小さいので、隔壁１１５（図１１）が省略される。即ち、第２作動室２２４は、ピストン１１３のロッド１３４ｃ側の端面と二点鎖線で示すピストン１１３の下死点の間に形成される。そして第２作動室２２４は、駆動部１３０の空間１３６と、イナータンスチューブ８０ａと、バッファ８３、イナータンスチューブ８１ａとを介してパルス管５３の円錐継手５３ａに接続される。圧力振動発生機２１０は、駆動部１３０と、シリンダ１１２と、ピストン１１３とにより構成される。そして、パルス管型蓄熱機関６は、パルス管型蓄熱機関４（図９）と略同じように作動し、パルス管型蓄熱機関４及び５と同じ効果を生じる。
【実施例７】
【０１０４】
図１３は、本発明の実施例７に係るパルス管型蓄熱機関７の説明図である。図１１のパルス管型蓄熱機関５と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１３に示すように、パルス管型蓄熱機関７は、図１１のパルス管型蓄熱機関５の圧力振動発生機１１０を駆動部１３０が互に外側に位置するように同軸、対向に配置する。即ち、一対の第１作動室１１４，１１４とを配管１６２を介して連通する。そして、配管１６２の中央部分に第１チューブ１６０（チューブ）の一端１６０ｃを接続し、他端１６０ｄを第１熱交換器４０の円錐継手４０ａに接続する。
【０１０５】
同様に、一対の第２作動室１２４，１２４とを配管１７２を介して連通する。そして、一対の第２作動室１２４，１２４のいずれか一方の第２作動室１２４に第２チューブ１７０の一端１７０ｃを接続し、他端１７０ｄをパルス管５３の円錐継手５３ａに接続する。本実施例のパルス管型蓄熱機関７では、パルス管５３に近い方の第２作動室１２４に第２チューブ１７０（チューブ）を接続している。他の構成は、図１１のパルス管型蓄熱機関５と同じである。
【０１０６】
パルス管型蓄熱機関７は、パルス管型蓄熱機関１（図１）と同様に、第１チューブ１６０と第２チューブ１７０は、それぞれイナータンスチューブ１６０ａ，１７０ａと、コネクティングチューブ１６０ｂ，１７０ｂの形態を取る。また、第１チューブ１６０と第２チューブ１７０のうち少なくともいずれか一方のチューブを備えると共に、少なくとイナータンスチューブを一つ備える。第１チューブ１６０がイナータンスチューブ１６０ａの形態を取る場合は、イナータンスチューブ１６０ａの両方の開放端１６０ｃ，１６０ｄの各近傍に圧力波の腹が生じる。同様に、第２チューブ１７０がイナータンスチューブ１７０ａの形態を取る場合は、イナータンスチューブ１７０ａの両方の開放端１７０ｃ，１７０ｄの近傍に圧力波の腹が生じる。
【０１０７】
そして、一対のリニア駆動手段１３２，１３２は、一対のピストン１１３，１１３が同じ振幅で、互に対向する方向へ往復動するように所定周波数の交流電流が通電される。これにより、一対の第１作動室１１４，１１４を足し合わせた第１合成作動室１１４ａ（第１作動室）の変動容積と、一対の第２作動室１２４，１２４を足し合わせた第２合成作動室１２４ａ（第２作動室）の容積変動との位相差は１８０度になる。従って、パルス管型蓄熱機関７の作動と効果は、パルス管型蓄熱機関１（図１）と同じである。さらには、一対のピストン１１３，１１３は、同じ振幅で、互に対向する方向へ往復動するので、一対のピストン１１３，１１３により生じる振動は相殺される。
【０１０８】
尚、本発明の実施例１〜６の各パルス管型蓄熱機関１〜６は、第１ピストン１３，１１３と、第２ピストン２３の往復動よる振動が発生する。このため、質量とバネを備えるダイナミックダンパーを各パルス管型蓄熱機関１〜６に配備することにより、各ピストンの往復動による振動は抑制される。
【０１０９】
（シミュレーション結果）
次に、実施例４のパルス管型蓄熱機関４（図１０）のシミュレーション結果について説明する。図１４は、Ａ位置（図１０）からＥ位置（図１０）までの各位置における圧力の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎを示す。図１５は、図１０の第１作動室１４と、第２作動室２４と、バッファ８３の圧力波形を示す。図１５において、実線は第１作動室１４、一点鎖線はバッファ８３、そして破線は第２作動室２４の各圧力波形を示す。図１６は、図１０の第１作動室１４（図１６の実線）と、第２作動室２４のＰＶ線図（図１６の破線）を示す。図１６中の矢印はＰＶ線図の回る向きを示し、左回り（反時計方向）は圧縮仕事を示し、右回り（時計方向）は膨張仕事を示す。
【０１１０】
図１４に示すように、Ａ位置〜Ｃ位置間では、最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎは略一定値で、圧力損失が小さい。そして、Ｃ位置〜Ｅ位置間では圧力波の略１波長が生じている。図１５に示すように、第１作動室１４とバッファ８３の圧力波の位相差は略２００度で、バッファ８３と第２作動室２４の位相差は略２３０度で、いずれの位相差も１８０度に近い。図１６に示すように、第２作動室２４は膨張仕事がなされ膨張室として機能し、第１作動室１４は圧縮仕事をなし圧縮室として機能していることが判る。以上により、本発明が妥当であることが証明された。
【実施例８】
【０１１１】
図１７は、本発明の実施例８に係るパルス管型蓄熱機関２００の説明図である。図１０のパルス管型蓄熱機関４と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１７に示すように、パルス管型蓄熱機関２００は、第２作動室２４とパルス管５３を順次、配管７７と、位相調整要素２０２と、コネクティングチューブ２０４と、位相調整要素２０３と、コネクティングチューブ２０５とを介して連通される。位相調整要素２０２は、シリンダ２０２ｂと、シリンダ２０２ｂの内周面に自在に往復動する固体ピストン２０２ａと、バネ２０２ｃ（弾性部材）とを備える。バネ２０２ｃの両端は、固体ピストン２０２ａの端面と、シリンダ２０２ｂの端面とに固定される。これにより、固体ピストン２０２ａが往復動する際には、バネ２０２ｃのバネ荷重が固体ピストン２０２ａに付勢される。
【０１１２】
同様に、位相調整要素２０３は、シリンダ２０３ｂと、シリンダ２０３ｂの内周面に自在に往復動する固体ピストン２０３ａと、バネ２０３ｃ（弾性部材）とを備える。バネ２０３ｃの両端は、固体ピストン２０３ａの端面と、シリンダ２０３ｂの端面とに固定される。これにより、固体ピストン２０３ａが往復動する際にはバネ２０３ｃのバネ荷重が固体ピストン２０３ａに付勢される。尚、固体ピストン２０２ａ，２０３ａの両端面にそれぞれバネ２０３ｃを設けても良い。
【０１１３】
位相調整要素２０２，２０３は、固体ピストン２０２ａ，２０３ａを備えているので、図１０のイナータンスチューブ８０ａ，８１ａ及びバッファ７６，８２は、それぞれ位相調整要素２０２，２０３に置き換えられる。そして、位相調整要素２０２と、位相調整要素２０３と、コネクティングチューブ２０４，２０５と、配管７７と、第２作動室２４とから位相調整手段２０１が構成され、位相調整手段２０１は、ガスピストン５３ｂの往復動変位の位相と振幅を適正に調整する。尚、第１チューブ６０は、イナータンスチューブ６０ａまたはコネクティングチューブ６０ｂいずれでも良いが、コネクティングチューブ６０ｂの方が圧力振幅は大きくなるので好ましい。他の構成は、図１０のパルス管型蓄熱機関４と同じである。
【０１１４】
位相調整要素２０２の固体ピストン２０２ａの往復動に基づく慣性により、固体ピストン２０２ａの両端面側のヘリウムの圧力波は略１／２波長ずれ、固体ピストン２０２ａの両端面側の圧力の位相差は略１８０度異なる。同様に位相調整要素２０３の固体ピストン２０３ａの往復動に基づく慣性により、固体ピストン２０３ａの両端面側のヘリウムの圧力波は略１／２波長ずれ、固体ピストン２０３ａの両端面側の圧力の位相差は略１８０度異なる。従って、位相調整手段２０１により、Ｃ位置とＥ位置間で略１波長の圧力波が生じ、Ｃ位置とＥ位置との圧力の位相は略３６０度異なる。そして、第１圧縮室１４で圧縮仕事がなされ、ガスピストン側作動室５５で膨張仕事がなされ、この膨張仕事は位相調整要素２０２と、位相調整要素２０３とを介在して第２作動室２４でなされる。第２作動室２４でなされた膨張仕事は、第２ピストン２３とロッド３４ｃを介して第１ピストン１３へ伝達され、第１圧縮室１４の圧縮仕事の一部に費やされる。
【０１１５】
位相調整要素２０２，２０３は、それぞれイナータンスチューブ８０ａ，８１ａに置き換えられ、イナータンスチューブ８０ａ，８１ａで生じる圧力損失が解消されので、パルス管型蓄熱機関２００はパルス管型蓄熱機関４（図１０）より効率が向上する。他の効果は実施例４のパルス管型蓄熱機関４（図１０）と同じである。
【０１１６】
尚、パルス管型蓄熱機関２００は、位相調整要素２０２，２０３を設けているが、いずれか一方の位相調整要素を設けても良い。この場合は、Ｃ位置とＥ位置間で略１／２波長の圧力波が生じ、圧力の位相は略１８０度異なる。
【０１１７】
さらには、パルス管型蓄熱機関２００は第２作動室２４とパルス管５３との間に位相調整要素２０２，２０３を設けているが、第１作動室１４と第１熱交換器４０との間、または、第１熱交換器４０と再生熱交換器５１との間に位相調整要素２０２，２０３を設けても良く、あるいは位相調整要素２０２，２０３のいずれか一方の位相調整要素を設けても良い。位相調整要素２０２，２０３を設けた場合は、Ａ位置とＢ位置間、または、Ａ位置と再生熱交換器５１との間で略１波長の圧力波が生じ、各位置間の圧力の位相差は略３６０度異なる。位相調整要素２０２，２０３のいずれか一方の位相調整要素を設けた場合は、Ａ位置とＢ位置間、または、Ａ位置と再生熱交換器５１との間で略１／２波長の圧力波が生じ、各位置間の圧力の位相差は略１８０度異なる。
【０１１８】
そして、上記のいずれの場合においても、位相調整要素２０２，２０３はそれぞれイナータンスチューブと置き換えることができ、前述したようにイナータンスチューブで発生する圧力損失は解消される。
【実施例９】
【０１１９】
図１８は、本発明の実施例９に係るパルス管型蓄熱機関２１０の説明図である。図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１８に示すように、パルス管型蓄熱機関２１０は、コネクティングチューブ６０ｂの形態の第１チューブ（チューブ）を介して第１作動室１４と第１熱交換器４０とを連通し、コネクティングチューブ７０ｂの形態の第２チューブ（チューブ）を介して第２作動室２４とパルス管５３の常温端５３ｄ（端部）側とを連通すると共に、バッファ２１３はイナータンスチューブ２１２と、コネクティングチューブ７０ｂの一端側とを介してパルス管５３の常温端５３ｄ側へ連通される。そしてイナータンスチューブ２１２と、バッファ２１３とから位相調整手段２１１が構成され、位相調整手段２１１はガスピストン５３ｂの往復動変位の振幅と位相を適正に調整する。
【０１２０】
尚、位相調整手段２１１はイナータンスチューブ２１２を直接、パルス管５３の常温端５３ｄ側へ連通しても良く、また、コネクティングチューブ７０ｂはイナータンスチューブ２１２を介してパルス管５３の常温端５３ｄ側へ連通しても良い。更には、位相調整手段２１１は第２作動室２４へ連通しても良い。他の構成は、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。
【０１２１】
位相調整手段２１４は、Ｃ位置とバッファ２２３との間（イナータンスチューブ２１２の両端間）で略１／２波長（圧力位相差、略１８０度）、または略１波長（圧力位相差、略３６０度）の圧力波が生じるようにイナータンスチューブ２１２の流路径と長さ、及びバッファ２１３の容積とが調整される。この場合、圧力振幅増大の観点から略１／２波長の方が略１波長より好ましい。また、バッファ２１３を設けることによりイナータンスチューブ２１２を短くでき、ガスピストン側作動室５５のヘリウムの圧力振幅が増大される。
【０１２２】
一方、Ａ位置とＢ位置におけるヘリウムの位相と、Ｃ位置とＤ位置におけるヘリウムの位相は、それぞれ略同位相になる。
【０１２３】
ところで、第１作動室１４では圧縮仕事がなされ、ガスピストン側作動室５５では膨張仕事がなされる。ガスピストン側作動室５５の膨張仕事のうち一部（略半分）はイナータンスチューブ２１２でなされる。第２作動室２４と第１作動室１４との容積変化の位相は１８０度異なるので、残り（略半分）の膨張仕事は第２作動室２４でなされる。第２作動室２４でなされた膨張仕事は、第２ピストン２３とロッド３４ｃを介して第１ピストン１３へ伝達され、第１圧縮室１４の圧縮仕事の一部に費やされる。
【０１２４】
以上により、位相調整手段２１１により、ガスピストン５３ｂの往復動変位の位相と振幅は適正に調整されるので、高い効率のパルス管型蓄熱機関２１０が提供できる。
【０１２５】
また、パルス管型蓄熱機関２１０の圧力波発生機１０は、図１のパルス管型蓄熱機関１の圧力波発生機１０と同じ構成である。従って、第１シリンダ１２と第１ピストン１３との間隙、及び第２シリンダ２２と第２ピストン２３との間隙とからそれぞれ漏れる作動ガスの漏れ量の減少により、パルス管型蓄熱機関２１０の冷凍量、及び発電量が増大するので、パルス管型蓄熱機関２１０の効率が向上する。
【０１２６】
また、第１シリンダ１２と第２ピストン２３はリニア駆動手段３２で駆動されるので、パルス管型蓄熱機関２１０の構成は簡素になる。
【０１２７】
また、コネクティングチューブ６０ｂ，７０ｂは全長が比較的短く、長尺で外径も小なイナータンスチューブ２１２は圧力振動発生機１０の外周側あるいは端部外側に螺旋状に巻回することにより、パルス管型蓄熱機関２１０は小型になる。
【実施例１０】
【０１２８】
図１９は、本発明の実施例９に係るパルス管型蓄熱機関２２０の説明図である。図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図１９に示すように、パルス管型蓄熱機関２２０は、コネクティングチューブ７０ｂを介して第２作動室２４とパルス管５３の常温端５３ｄ側とを連通し、コネクティングチューブ６０ｂを介して第１作動室１４と第１熱交換器４０とを連通すると共に、バッファ２２３はイナータンスチューブ２２２と、コネクティングチューブ６０ｂの一端側とを介して第１熱交換器４０へ連通される。そしてイナータンスチューブ２２２と、バッファ２２３とから位相調整手段２２１が構成され、位相調整手段２２１はガスピストン５３ｂの往復動変位の振幅と位相を適正に調整する。他の構成は、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。
【０１２９】
尚、位相調整手段２２１は、イナータンスチューブ２２２を直接、第１熱交換器４０しても良く、また、コネクティングチューブ６０ｂはイナータンスチューブ２２２を介して第１熱交換器４０へ連通しても良い。また、位相調整手段２２１は、再生熱交換器５１の端部５１ｂ、または、端部５１ｃへ連通しても良く、第１作動室１４へ連通しても良い。冷凍機の場合には、端部５１ｂ，５１ｃは、それぞれ高温端、低温端となり、原動機の場合には、それぞれ低温端、高温端となる。
【０１３０】
位相調整手段２２１により、Ｂ位置とバッファ２２３との間（イナータンスチューブ２２２の両端間）で略１／２波長（圧力位相差、略１８０度）、または、略１波長（圧力位相差、略３６０度）の圧力波が生じるようにイナータンスチューブ２２２の流路径と長さ、及びバッファ２２３の容積が調整される。この場合、圧力振幅増大の観点から略１／２波長の方が略１波長より好ましい。また、バッファ２２３を設けることによりイナータンスチューブ２２２を短くでき、ガスピストン側作動室５５のヘリウムの圧力振幅が増大される。
【０１３１】
そして、第１作動室１４では圧縮仕事がなされ、ガスピストン側作動室５５では膨張仕事がなされる。ガスピストン側作動室５５の膨張仕事のうち一部（略半分）はイナータンスチューブ２２２でなされる。第２作動室２４と第１作動室１４との容積変化の位相は１８０度異なるので、残り（略半分）の膨張仕事は第２作動室２４でなされる。第２作動室２４でなされた膨張仕事は、第２ピストン２３とロッド３４ｃを介して第１ピストン１３へ伝達され、第１圧縮室１４の圧縮仕事の一部に費やされる。
【０１３２】
以上により、パルス管型蓄熱機関２２０は実施例９のパルス管型蓄熱機関２１０（図１８）と同じ理由により同じ効果を生じる。
【実施例１１】
【０１３３】
図２０は、本発明の実施例１０に係るパルス管型蓄熱機関２３０の説明図である。図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図２０に示すように、パルス管型蓄熱機関２３０は、コネクティングチューブ６０ｂを介して第１作動室１４と第１熱交換器４０とを連通し、コネクティングチューブ７０ｂを介して第２作動室２４とパルス管５３の常温端５３ｄ側とを連通すると共に、バッファ２３３はイナータンスチューブ２３２を介して第２熱交換器５２のヘリウムが流動する作動ガス側へ連通される。そしてイナータンスチューブ２３２と、バッファ２３３とから位相調整手段２３１が構成され、位相調整手段２３１はガスピストン５３ｂの往復動変位の振幅と位相を適正に調整する。他の構成は、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じである。尚、位相調整手段２３１は、パルス管５３の端部５３ｅへ連通しても良い。
【０１３４】
位相調整手段２３１により、第２熱交換器５２とバッファ２３３との間で略１／２波長（圧力位相差、略１８０度）、または、略１波長（圧力位相差、略３６０度）の圧力波が生じるようにイナータンスチューブ２３２の流路径と長さ、及びバッファ２３３の容積とが調整される。この場合、圧力振幅増大の観点から略１／２波長の方が略１波長より好ましい。また、バッファ２３３を設けることによりイナータンスチューブ２３２を短くでき、ガスピストン側作動室５５のヘリウムの圧力振幅が増大される。
【０１３５】
そして、第１作動室１４では圧縮仕事がなされ、ガスピストン側作動室５５では膨張仕事がなされる。ガスピストン側作動室５５の膨張仕事のうち一部（略半分）はイナータンスチューブ２３２でなされる。第２作動室２４と第１作動室１４との容積変化の位相は１８０度異なるので、残り（略半分）の膨張仕事は第２作動室２４でなされる。第２作動室２４でなされた膨張仕事は、第２ピストン２３とロッド３４ｃを介して第１ピストン１３へ伝達され、第１圧縮室１４の圧縮仕事の一部に費やされる。
【０１３６】
パルス管型蓄熱機関２３０を冷凍機として使用する場合は、第２熱交換器５２の温度は、パルス管５３の常温端５３ｄあるいは第１熱交換器４０の温度より低くなる。これにより、イナータンスチューブ２３２を往復流動するヘリウムの温度が、イナータンスチューブ２１２（図１８）あるいは２２２（図１９）より低くなり密度が増大するので、位相調整手段２３１はイナータンス効果が増大する。従って、ガスピストン５３ｂの往復動変位の位相と振幅の調整が向上し、ガスピストン側作動室５５の膨張仕事が増大される。結果、パルス管型蓄熱機関２３０を冷凍機として使用する場合は、パルス管型蓄熱機関２３０は、パルス管型蓄熱機関２１０（図１８）あるいはパルス管型蓄熱機関２２０（図１９）より効率が高くなる。他の効果は、パルス管型蓄熱機関２１０，２２０と同じである。
【符号の説明】
【０１３７】
１，２，３，４，５，６，７，２００，２１０，２２０，２３０  パルス管型蓄熱機関
８ａ  冷却水（第１熱交換対象体）
８ｂ  循環空気（第１熱交換対象体）
９ａ  被冷却体（第２熱交換対象体）
９ｂ  空気（第２熱交換対象体）
１０，１１０，２１０  圧力振動発生機
１２，１１２  第１シリンダ
１３，１１３  第１ピストン
１４，２４，１１４，１１４ａ  第１作動室
２２  第２シリンダ
２３  第２ピストン
２４，１２４，１２４ａ，２２４  第２作動室
３２，１３２  リニア駆動手段
３４，１３４  可動子
４０  第１熱交換器
５１  再生熱交換器
５１ｂ，５１ｃ  端部
５２  第２熱交換器
５３  パルス管
５３ｄ  常温端（端部）
５３ｅ  端部
６０，１６０  第１チューブ（チューブ）
７０，１７０  第２チューブ（チューブ）
６０ａ，７０ａ，７５ａ，８０ａ，８５ａ，８１ａ，１６０ａ，１７０ａ，２１２，２２２，２３２  イナータンスチューブ
６０ｂ，７０ｂ，１６０ｂ，１７０ｂ  コネクティングチューブ
７６，８３，２１３，２２３，２３３  バッファ
２０２，２０３  位相調整要素
２０２ａ，２０３ａ  固体ピストン
２０２ｂ，２０３ｂ  シリンダ
２０２ｃ，２０３ｃ  バネ（弾性部材）
２１１，２２１，２３１  位相調整手段
【図１】
2010236744.tif 000003
【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】
2010236744.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010236744.tif 000017
【図１６】
2010236744.tif 000018
【図１７】
2010236744.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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