(57)【要約】  この熱音響温調システムは、作動気体が封入された配管（１０）と、原動機（２０）及び負荷（３０）とを備える。原動機（２０）は、原動機側蓄熱器（２１）と、その両端部に接続される原動機側熱交換器（２２，２３）とを有する。負荷（３０）は、負荷側蓄熱器（３１）と、その両端部に接続される負荷側熱交換器（３２，３３）とを有する。配管（１０）は、環状の環状配管部（１１）と、環状配管部（１１）の分岐点（ｐ）から分岐する分岐配管部（１２）とを備え、原動機（２０）は分岐配管部（１２）に、負荷（３０）は環状配管部（１１）に組み込まれる。低温側の負荷側熱交換器（３３）と分岐点（ｐ）との間の環状配管部（１１）における分岐点（ｐ）の近傍位置に、作動気体の通過を禁止し且つ作動気体の振動に伴って振動可能な遮断膜（４０）が介挿される。これにより、環状配管部の一部に介挿される遮断膜の耐久性を向上させることができる。
2019049221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動気体が封入された配管と、  前記配管に組み込まれた原動機と、  前記配管に組み込まれた負荷と、  を備え、  前記原動機は、原動機側蓄熱器と、前記原動機側蓄熱器における前記配管の延在方向両端部に接続される原動機側熱交換器と、を有し、  前記負荷は、負荷側蓄熱器と、前記負荷側蓄熱器における前記配管の延在方向両端部に接続される負荷側熱交換器と、を有し、  前記原動機において、外部から前記原動機側熱交換器に与えられた熱エネルギーに基づいて前記原動機側蓄熱器内で音響エネルギーが発生し、前記負荷において、前記配管を通して前記負荷側蓄熱器に伝達された前記音響エネルギーに基づいて作り出された所定温度の前記作動気体が前記負荷側熱交換器に供給されることで、前記負荷側熱交換器に接続された対象物の温度を調節する、熱音響温調システムであって、  前記配管は、環状の環状配管部と、前記環状配管部の一部である分岐点から分岐して延びる分岐配管部と、を備え、  前記原動機は、前記分岐配管部に組み込まれ、前記負荷は、前記環状配管部に組み込まれ、  前記負荷側蓄熱器における前記配管の延在方向両端部のうちの低温側の端部に接続される低温側の前記負荷側熱交換器と前記分岐点との間の前記環状配管部における前記分岐点の近傍位置に、前記作動気体の通過を禁止し且つ前記作動気体の振動に伴って振動可能な遮断膜が介挿された、熱音響温調システム。
【請求項２】
請求項１の記載の熱音響温調システムにおいて、  前記分岐点に向けて３方向から集合する３本の前記配管の端部が、３方向配管継手における３つの接続端部のうち対応する接続端部にそれぞれ接続され、  前記遮断膜は、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部と、前記３方向配管継手における対応する前記接続端部との間に直接介挿された、熱音響温調システム。
【請求項３】
請求項１の記載の熱音響温調システムにおいて、  前記分岐点に向けて３方向から集合する３本の前記配管の端部が、３方向配管継手における３つの接続端部のうち対応する接続端部にそれぞれ接続され、  前記遮断膜と、前記遮断膜を両面側から挟むように保持する一対の環状の保持部材と、からなる遮断膜サブアッセンブリが、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部と、前記３方向配管継手における対応する前記接続端部との間に直接介挿された、熱音響温調システム。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の熱音響温調システムにおいて、  前記３方向配管継手において、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部に接続される前記接続端部から前記分岐点までの長さが、前記負荷側蓄熱器における前記配管の延在方向両端部のうちの高温側の端部に接続される高温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部に接続される前記接続端部から前記分岐点までの長さより短い、熱音響温調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱音響温調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来より、作動気体が封入された配管に、原動機と負荷とが組み込まれた熱音響温調システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。原動機は、原動機側蓄熱器と、原動機側蓄熱器における配管の延在方向両端部に接続される原動機側熱交換器と、を有する。負荷は、負荷側蓄熱器と、負荷側蓄熱器における配管の延在方向両端部に接続される負荷側熱交換器と、を有する。【０００３】  この熱音響温調システムは、負荷として冷凍機が採用された熱音響冷凍システムとして、或いは、負荷として昇温機が採用された熱音響昇温システムとして使用され得る。例えば、上記文献では、負荷として冷凍機が採用された熱音響冷凍システムが記載されている。この熱音響冷凍システムでは、原動機にて、外部から原動機側熱交換器に与えられた常温より高温の流体の熱（例えば、工場の排熱等）を利用して、原動機側蓄熱器の両端部間にて温度勾配が発生する。この温度勾配によって作動気体が自励振動することで、原動機側蓄熱器内にて、熱エネルギーが音響エネルギー（振動エネルギー）に変換される。【０００４】  一方、負荷（冷凍機）では、配管を通して負荷側蓄熱器に伝達された音響エネルギーを利用して、負荷側蓄熱器の両端部間にて温度勾配が発生する。この温度勾配によって常温より低温の作動気体が作り出される。この常温より低温の作動気体が負荷側熱交換器に供給されることで、負荷側熱交換器に接続された対象物の温度が下がり、対象物が低温に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５７９９５１５号公報
【発明の概要】
【０００６】  上記文献では、配管が、環状の環状配管部と、環状配管部の一部から分岐して延びる分岐配管部とを備え、原動機が分岐配管部に組み込まれ、負荷が環状配管部に組み込まれた熱音響冷凍システムが例示されている（例えば、特許文献１の図６を参照）。
【０００７】  一般に、環状配管部では、環状配管部内での圧力差（温度差）に起因して、作動気体の音響質量流が生じる。従って、環状配管部に負荷が組み込まれた構成では、負荷の内部を音響質量流が通過する。負荷の内部を音響質量流が通過すると、作動気体の移動に起因して負荷側蓄熱器の両端部間において理想的な温度勾配を形成することができなくなる。
【０００８】  この問題を解消するため、上記文献に例示された熱音響冷凍システムでは、環状配管部における低温側の負荷側熱交換器の近傍位置に遮断膜が介挿されている。遮断膜は、音響質量流（作動気体）の通過を禁止する一方で、作動気体の振動に伴って振動可能であるので、作動気体の振動波（振動エネルギー）の伝達は許容する。従って、このように遮断膜を介挿することで、振動エネルギーの伝達を許容しつつ、上記の問題を解消することができる。
【０００９】  ところで、この遮断膜は、作動気体の振動に伴って振動するので、遮断膜には繰り返し応力が作用する。このため、遮断膜の耐久性が問題となる。この点、上記文献には、環状配管部における、低温側の負荷側熱交換器から遮断膜の最大振幅の半分の距離だけ離れた位置の近傍に、遮断膜を配置する技術が開示されている。これにより、低温側の負荷側熱交換器と遮断膜との干渉が防止されて、遮断膜の耐久性が向上し得る。
【００１０】  これに対し、本発明者は、遮断膜の耐久性の向上を図るため、上記文献とは異なり、環状配管部内における音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさの分布に着目した。そして、本発明者は、環状配管部内における音響エネルギーの大きさの分布の観点から、遮断膜の耐久性を向上させるための条件について、知見を得た。
【００１１】  本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、環状配管部の一部に介挿される遮断膜の耐久性を向上させることができる熱音響温調システムを提供することである。
【００１２】  本発明に係る熱音響温調システムでは、上述と同様、原動機側蓄熱器と原動機側熱交換器とを有する原動機と、負荷側蓄熱器と負荷側熱交換器とを有する負荷とが、作動気体が封入された配管に組み込まれている。そして、配管は、環状の環状配管部と、環状配管部の一部である分岐点から分岐して延びる分岐配管部と、を備え、原動機は分岐配管部に組み込まれ、負荷は環状配管部に組み込まれている。
【００１３】  本発明に係る熱音響温調システムの特徴は、低温側の負荷側熱交換器と分岐点との間の環状配管部における分岐点の近傍位置に、作動気体の通過を禁止し且つ作動気体の振動に伴って振動可能な遮断膜を介挿したことにある。
【００１４】  分岐配管部に組み込まれた原動機によって形成された音響エネルギー（振動エネルギー）は、分岐配管部を介して分岐点に到達した後、分岐点から、環状配管部を、負荷の内部を高温側から低温側へ通過する向きに一巡し、再び分岐点に到達した後は、分岐配管部を介して分岐点に新たに到達した音響エネルギーと合流して環状配管部を再び循環する。
【００１５】  ここで、環状配管部内における音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさの分布に着目する。音響エネルギーが配管内を移動する際、不可避的に存在するエネルギーロスにより、音響エネルギーの大きさは次第に減少していく。このため、音響エネルギーの大きさは、分岐点から環状配管部を移動するにつれて徐々に小さくなっていき、再び分岐点に到達する直前に最も小さくなり、再び分岐点に到達した時点で、新たな音響エネルギーとの合流に起因して再び大きくなり、その後、前述のとおりに徐々に小さくなっていく。即ち、環状配管部において、音響エネルギーの大きさは、分岐点で最も大きくなり、低温側の負荷側熱交換器と分岐点との間における分岐点の近傍位置にて最も小さくなる。
【００１６】  他方、遮断膜の耐久性を向上させるためには、遮断膜に作用する最大応力を小さくすればよい。遮断膜に作用する最大応力を小さくするためには、遮断膜の最大振幅を小さくすればよい。遮断膜の最大振幅を小さくするためには、遮断膜を通過する音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさを小さくすればよい。換言すれば、環状配管部内において音響エネルギーが最小となる位置に遮断膜を介挿すれば、遮断膜の耐久性を可及的に向上させることができる。
【００１７】  上述した本発明に係る熱音響温調システムの特徴は、係る知見に基づく。即ち、低温側の負荷側熱交換器と分岐点との間の環状配管部における分岐点の近傍位置に遮断膜を介挿することで、環状配管部内において音響エネルギーが最小となる位置に遮断膜を介挿することができる。この結果、遮断膜の耐久性を可及的に向上させることができる。
【００１８】  本発明に係る熱音響温調システムにおいては、前記分岐点に向けて３方向から集合する３本の前記配管の端部が、３方向配管継手における３つの接続端部のうち対応する接続端部にそれぞれ接続され、前記遮断膜は、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部と、前記３方向配管継手における対応する前記接続端部との間に直接介挿されることが好適である。
【００１９】  これによれば、遮断膜が、３方向配管継手における３つの接続端部のうち対応する接続端部に直付けされる。このため、「遮断膜が、低温側の負荷側熱交換器と分岐点との間の環状配管部における分岐点の近傍位置に介挿される」構成を、簡易に実現することができる。
【００２０】  また、遮断膜単品に代えて、前記遮断膜と、前記遮断膜を両面側から挟むように保持する一対の環状の保持部材と、からなる遮断膜サブアッセンブリが、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部と、前記３方向配管継手における対応する前記接続端部との間に直接介挿されてもよい。
【００２１】  これによれば、遮断膜を交換する際、遮断膜単品に代えて、遮断膜サブアッセンブリを交換すればよい。遮断膜サブアッセンブリでは、遮断膜が一対の保持部材により保護されているため、遮断膜単品と比べて、遮断膜の取扱いが容易となる。このため、遮断膜単品を交換する場合と比べて、交換作業における作業性が向上する。更には、将来の遮断膜の交換に備えて、多数の遮断膜を、遮断膜単品の状態ではなく、遮断膜サブアッセンブリの状態で保管しておくことができる。このため、遮断膜単品の状態で保管する場合と比べて、遮断膜の保管性も向上する。
【００２２】  また、本発明に係る熱音響温調システムにおいては、前記３方向配管継手において、低温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部に接続される前記接続端部から前記分岐点までの長さが、前記負荷側蓄熱器における前記配管の延在方向両端部のうちの高温側の端部に接続される高温側の前記負荷側熱交換器から前記分岐点に向けて延びる前記配管の端部に接続される前記接続端部から前記分岐点までの長さより短いことが好適である。
【００２３】  これによれば、３方向配管継手として、低温側の負荷側熱交換器から分岐点に向けて延びる配管の端部に接続される接続端部から分岐点までの長さが、高温側の負荷側熱交換器から分岐点に向けて延びる配管の端部に接続される接続端部から分岐点までの長さより大きいものが使用される場合と比べて、遮断膜を分岐点により一層近づけることができる。この結果、環状配管部内において音響エネルギーがより一層小さくなる位置に遮断膜を介挿することができるので、遮断膜の耐久性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る熱音響温調システムを模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した原動機側蓄熱器及び負荷側蓄熱器の断面の一例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した環状配管部の位置に対する音響エネルギーの大きさの推移を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に示した熱音響温調システムの分岐点の周りにおける配管の具体的な構成を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した熱音響温調システムにおいて遮断膜単品に代えて遮断膜サブアッセンブリを採用した場合における図４に対応する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態の変形例に係る熱音響温調システムの図１に対応する図である。
【図７】図７は、図６に示した熱音響温調システムの分岐点の周りにおける配管の具体的な構成を示す図である。
【図８】図８は、図６に示した熱音響温調システムにおいて遮断膜単品に代えて遮断膜サブアッセンブリを採用した場合における図７に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】  以下、本発明の実施形態に係る熱音響温調システム１について図面を参照しながら説明する。
【００２６】（構成）  図１に示すように、熱音響温調システム１は、金属製の配管１０と、配管１０に組み込まれた原動機２０と、配管１０に組み込まれた負荷３０と、遮断膜４０と、を備える。後述するように、負荷３０は、対象物の温度を常温より低い温度（冷凍温度）に維持する冷凍機、又は、対象物の温度を常温より高い温度に維持する昇温機として機能し得る。即ち、熱音響温調システム１は、負荷３０に接続された対象物の温度を調整する機能を有する。
【００２７】  配管１０は、環状（ループ状）の配管部分である環状配管部１１と、環状配管部１１から分岐し且つその管内空間が環状配管部１１の管内空間と連通する分岐配管部１２と、で構成されている。分岐配管部１２は、環状配管部１１から分岐する分岐点ｐから直線状に延びる配管部分である。分岐配管部１２の延在方向の端部は、所定の封止部材によって封止されている。
【００２８】  配管１０は、実際には、複数の直線状の配管、及び、屈曲した配管を所定の連結部材（典型的には、ボルトとナット）を用いて繋ぎ合わすことで構成されている。配管１０における分岐点ｐに相当する部分には、後述するように、３方向配管継手が使用され得る。分岐配管部１２は、曲線状に延びる配管部分であっても、曲線状に延びる配管部分と直線状に延びる配管部分とを組み合わせた配管部分であってもよいことはもちろんである。
【００２９】  配管１０の全体、即ち、環状配管部１１及び分岐配管部１２の双方には、所定の作動気体（本実施形態では、ヘリウム）が所定圧力下で封入されている。尚、作動気体としては、ヘリウムに代えて或いは加えて、窒素、アルゴン、空気、それらの混合気体等が採用され得る。
【００３０】  原動機２０は、分岐配管部１２の途中に組み込まれている。原動機２０は、分岐配管部１２の管内に組み込まれた蓄熱器２１と、蓄熱器２１の高温側の端部に対向して配置された高温側熱交換器２２と、蓄熱器２１の低温側の端部に対向して配置された低温側熱交換器２３と、を備える。なお、本例では、単一の原動機２０が設けられているが、必要に応じて、分岐配管部１２において複数の原動機２０が直列に組み込まれていてもよい。
【００３１】  図２に示すように、蓄熱器２１は、例えば、分岐配管部１２の延在方向に垂直な方向の断面が円形となる円柱状の構造体である。蓄熱器２１は、分岐配管部１２の延在方向に沿って互いに平行に延びる貫通した複数の流路２１ａを有する。この複数の流路２１ａ内にて作動気体が振動するようになっている。
【００３２】  図２に示す例では、複数の流路２１ａは、蓄熱器２１の内部を縦横に仕切る多数の壁によってマトリクス状に区画・形成されている。なお、蓄熱器２１の内部にて分岐配管部１２の延在方向に延びる貫通した複数の流路が形成されている限りにおいて、蓄熱器２１の内部は、ハニカム状等を含みどのように仕切られていてもよい。
【００３３】  蓄熱器２１としては、典型的にはセラミック製の構造体や、ステンレス鋼によるメッシュ薄板の複数を微小ピッチで平行に積層した構造体、金属繊維からなる不織布状物などを用いることができる。尚、蓄熱器２１として横断面が円形のものに代えて、横断面が楕円形、多角形等のものを採用することもできる。
【００３４】  蓄熱器２１の両端部間に所定の温度勾配が生じると、分岐配管部１２内の作動気体が不安定になって分岐配管部１２の延在方向に沿って自励振動する。この結果、分岐配管部１２の延在方向に沿って振動する縦波による振動波（「音波」、「振動流」或いは「仕事流」ともいう）が形成され、この振動波が分岐配管部１２から分岐点ｐを介して環状配管部１１へと伝わるようになっている。
【００３５】  高温側熱交換器２２は、高温側の熱源（図示省略）と接続され、低温側熱交換器２３は、高温側の熱源より温度が低い低温側の熱源（図示省略）と接続されている。典型的には、高温側の熱源、及び、低温側の熱源として、それぞれ、常温より温度が高い熱源、及び、常温の熱源が使用される。常温より温度が高い熱源としては、例えば、工場の排熱に係る熱源が使用され得る。なお、高温側の熱源、及び、低温側の熱源として、それぞれ、常温の熱源、及び、常温より温度が低い熱源が使用されてもよい。
【００３６】  高温側熱交換器２２では、高温側の熱源から供給される媒体と高温側熱交換器２２内の作動気体との間で熱交換が行われる。これにより、蓄熱器２１の高温側の端部周辺の作動気体の温度が、高温側の熱源の温度に近づくように調整される。低温側熱交換器２３では、低温側の熱源から供給される媒体と低温側熱交換器２３内の作動気体との間で熱交換が行われる。これにより、蓄熱器２１の低温側の端部周辺の作動気体の温度が、低温側の熱源の温度に近づくように調整される。なお、高温側熱交換器２２及び低温側熱交換器２３の構成としては、周知の熱交換器の構成が使用され得る。
【００３７】  上述した高温側熱交換器２２及び低温側熱交換器２３の双方の協働によって、蓄熱器２１の両端部間に温度勾配が生じる。即ち、高温側熱交換器２２及び低温側熱交換器２３は、配管１０に封入された作動気体を自励振動させるために蓄熱器２１の複数の流路２１ａの両端部間に温度勾配が生じるよう作動気体との間で熱交換を行う「原動機側熱交換器」を構成している。
【００３８】  負荷３０は、環状配管部１１の一部に組み込まれている。負荷３０は、環状配管部１１の管内に組み込まれた蓄熱器３１と、蓄熱器３１の高温側の端部に対向して配置された高温側熱交換器３２と、蓄熱器３１の低温側の端部に対向して配置された低温側熱交換器３３と、を備える。
【００３９】  図２に示すように、蓄熱器３１は、原動機２０の蓄熱器２１と同様の構成を有する。即ち、蓄熱器３１は、例えば、環状配管部１１の延在方向に垂直な方向の断面が円形となる円柱状の構造体であり、環状配管部１１の延在方向に沿って互いに平行に延びる貫通した複数の流路３１ａを有する。この複数の流路３１ａ内にて作動気体が振動するようになっている。
【００４０】  蓄熱器３１内に、原動機２０側にて発生した作動気体の振動波が伝達されると、その振動波による音響エネルギーにより、蓄熱器３１の両端部間に温度勾配が生じるようになっている。
【００４１】  負荷３０が冷凍機として使用される場合には、典型的には、高温側熱交換器３２が常温の熱源（図示省略）と接続され、低温側熱交換器３３が、常温より低い温度（低温）に維持すべき対象物に接続される。高温側熱交換器３２では、常温の熱源から供給される媒体と高温側熱交換器３２内の作動気体との間で熱交換が行われる。これにより、蓄熱器３１の高温側の端部周辺の作動気体の温度が、常温に近づくように調整される。
【００４２】  この結果、蓄熱器３１の低温側の端部周辺の作動気体の温度が、蓄熱器３１の両端部間に生じている温度勾配に相当する温度比分だけ常温より低い温度に調整される。この常温より低い温度の作動気体が低温側熱交換器３３内に供給されることで、低温側熱交換器３３では、常温より低い温度の作動気体と対象物との間で熱交換が行われる。これにより、対象物の温度が、低温に維持されるように調整される。なお、高温側熱交換器３２及び低温側熱交換器３３の構成としては、周知の熱交換器の構成が使用され得る。
【００４３】  負荷３０が昇温機として使用される場合には、典型的には、低温側熱交換器３３が常温の熱源（図示省略）と接続され、高温側熱交換器３２が、常温より高い温度（高温）に維持すべき対象物に接続される。低温側熱交換器３３では、常温の熱源から供給される媒体と低温側熱交換器３３内の作動気体との間で熱交換が行われる。これにより、蓄熱器３１の低温側の端部周辺の作動気体の温度が、常温に近づくように調整される。
【００４４】  この結果、蓄熱器３１の高温側の端部周辺の作動気体の温度が、蓄熱器３１の両端部間に生じている温度勾配に相当する温度比分だけ常温より高い温度に調整される。この常温より高い温度の作動気体が高温側熱交換器３２内に供給されることで、高温側熱交換器３２では、常温より高い温度の作動気体と対象物との間で熱交換が行われる。これにより、対象物の温度が、高温に維持されるように調整される。
【００４５】  このように、高温側熱交換器３２及び低温側熱交換器３３は、対象物の温度を調整するための「常温より低い温度又は常温より高い温度の作動気体」を作り出し、常温より低い温度又は常温より高い温度の作動気体と対象物との間で熱交換を行って対象物の温度を調整する「負荷側熱交換器」を構成している。特に、高温側熱交換器３２は「高温側の負荷側熱交換器」を構成し、低温側熱交換器３３は「低温側の負荷側熱交換器」を構成している。
【００４６】  遮断膜４０は、環状配管部１１内における作動気体の音響質量流の発生を防止するために環状配管部１１の一部に介挿されている。即ち、環状配管部１１のような環状の配管部では、環状の配管部内での圧力差（温度差）に起因して音響質量流が生じることで、作動気体が環状の配管部内を循環する。なお、分岐配管部１２のような端部が封止された配管部では、作動気体の移動先がないため、音響質量流が生じない。従って、本構成では、原動機２０側では音響質量流が生じず、負荷３０側には音響質量流が生じ得ることになる。
【００４７】  負荷３０内を音響質量流が通過すると、作動気体の移動に起因して蓄熱器３１の両端部間において理想的な温度勾配を形成することができなくなる。この問題を解消するために、本構成では、環状配管部１１の一部に遮断膜４０が介挿されている。遮断膜４０は、作動気体そのものの通過（移動）を禁止する一方で、作動気体の振動に伴って振動可能であるので、作動気体の振動波（従って、音響エネルギー、振動エネルギー）の伝達は許容する。
【００４８】  このため、遮断膜４０には、作動気体そのものの通過（移動）を禁止し得る程度の気密性と、周縁部が固定された状態で中央部が環状配管部１１の延在方向に振動できる程度の柔軟性（弾性）とが要求される。遮断膜４０を構成する材料としては、金属、ガラス、セラミックス、樹脂、ゴム、繊維などが採用され得る。
【００４９】  本構成では、遮断膜４０は、低温側熱交換器３３と分岐点ｐとの間の環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置ｆに介挿されている。遮断膜４０の介挿位置については後に詳述される。
【００５０】（作動）  以下、上記のように構成された熱音響温調システム１の作動について、前述の内容に沿って簡単に説明する。図１に示すように、熱音響温調システム１において、負荷３０を冷凍機として使用する場合、高温側熱交換器３２が常温の熱源と接続され、低温側熱交換器３３が、常温より低い温度（低温）に維持すべき対象物に接続される。この状態で、原動機２０の高温側熱交換器２２及び低温側熱交換器２３、及び、負荷３０の高温側熱交換器３２及び低温側熱交換器３３を稼働させると、高温側熱交換器２２及び低温側熱交換器２３の双方の協働によって、蓄熱器２１の両端部間に温度勾配が生じる。この温度勾配によって、蓄熱器２１では作動気体の自励振動による振動波が形成される。この振動波（音波）は、分岐配管部１２から分岐点ｐを介して環状配管部１１を通って、負荷３０の蓄熱器３１内に伝達される。
【００５１】  蓄熱器３１内に作動気体の振動波が伝達されると、その振動波による音響エネルギーにより、蓄熱器３１の両端部間に温度勾配が生じる。加えて、高温側熱交換器３２の稼働により、蓄熱器３１の高温側の端部周辺の作動気体の温度が、常温に近い温度に調整されている。この結果、蓄熱器３１の低温側の端部周辺の作動気体の温度が、蓄熱器３１の両端部間の温度勾配に相当する温度比分だけ常温より低い温度に調整される。この常温より低い温度の作動気体が低温側熱交換器３３内に供給される。このため、低温側熱交換器３３では、常温より低い温度の作動気体と対象物との間で熱交換が行われる。これにより、対象物の温度が、低温に維持されるように調整される。
【００５２】  一方、負荷３０を昇温機として使用する場合、低温側熱交換器３３が常温の熱源と接続され、高温側熱交換器３２が、常温より高い温度（高温）に維持すべき対象物に接続される。この結果、蓄熱器３１の低温側の端部周辺の作動気体の温度が、常温に近い温度に調整される。このため、蓄熱器３１の高温側の端部周辺の作動気体の温度が、蓄熱器３１の両端部間の温度勾配に相当する温度比分だけ常温より高い温度に調整される。この常温より高い温度の作動気体が高温側熱交換器３２内に供給される。このため、高温側熱交換器３２では、常温より高い温度の作動気体と対象物との間で熱交換が行われる。これにより、対象物の温度が、高温に維持されるように調整される。
【００５３】  なお、上述したように、本構成では、分岐配管部１２では、作動気体の移動先がないため、音響質量流が生じず、環状配管部１１では、遮断膜４０の介挿によって、音響質量流が生じない。
【００５４】（遮断膜４０の介挿位置、並びに、その作用・効果）  上述のように、遮断膜４０は、作動気体の振動に伴って振動するので、遮断膜４０には繰り返し応力が作用する。このため、遮断膜４０の耐久性を確保することが非常に重要である。
【００５５】  本発明者は、遮断膜４０の耐久性の向上を図るため、環状配管部１１内における音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさの分布に着目した。そして、本発明者は、環状配管部１１内における音響エネルギーの大きさの分布の観点から、遮断膜４０の耐久性を向上させるために必要な遮断膜４０の介挿位置について、知見を得た。以下、この点について説明する。
【００５６】  分岐配管部１２に組み込まれた原動機２０によって形成された音響エネルギー（振動エネルギー）は、分岐配管部１２を介して分岐点ｐに到達した後、分岐点ｐから、環状配管部１１を、負荷３０の内部を高温側から低温側へ通過する向き（図１において２本の黒矢印が指し示す向き）に一巡する。そして、一巡した音響エネルギーは、再び分岐点ｐに到達した後は、分岐配管部１２を介して分岐点ｐに新たに到達した音響エネルギーと合流して環状配管部１１を再び循環する。
【００５７】  ここで、環状配管部１１内における音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさの分布に着目する。音響エネルギーが配管１０内を移動する際、不可避的に存在するエネルギーロスにより、音響エネルギーの大きさは次第に減少していく。このため、音響エネルギーの大きさは、図３に示すように、分岐点ｐから環状配管部１１内を点ａ→ｂ→ｃ→ｄと移動するにつれて徐々に小さくなっていく（点ａ〜ｆについて、図１を参照）。
【００５８】  点ｄ（従って、負荷３０の高温側端部）に到達した音響エネルギーは、点ｅ（負荷３０の低温側端部）に到達するまでの間、負荷３０内にて温度勾配を発生させるためにその一部が消費され、極小の複数の流路３１ａを通過することによる粘性散逸によってもその一部が更に消費される。従って、点ｄ−ｅ間での音響エネルギーの減少勾配は特に大きくなる。
【００５９】  音響エネルギーが点ｅに到達した後も、上述したエネルギーロスにより、音響エネルギーの大きさは、点ｅから分岐点ｐまで移動するにつれて徐々に小さくなっていく。このように、音響エネルギーの大きさは、再び分岐点ｐに到達する直前に最も小さくなる。そして、音響エネルギーが再び分岐点ｐに到達した時点で、新たな音響エネルギーとの合流に起因して再び大きくなり、その後、前述のとおりに徐々に小さくなっていく。即ち、図３から理解できるように、環状配管部１１において、音響エネルギーの大きさは、分岐点ｐで最も大きくなり、低温側熱交換器３３と分岐点ｐとの間における分岐点ｐの近傍位置にて最も小さくなる。
【００６０】  他方、遮断膜４０の耐久性を向上させるためには、遮断膜４０に作用する最大応力を小さくすればよい。遮断膜４０に作用する最大応力を小さくするためには、遮断膜４０の最大振幅を小さくすればよい。遮断膜４０の最大振幅を小さくするためには、遮断膜４０を通過する音響エネルギー（振動エネルギー）の大きさを小さくすればよい。換言すれば、環状配管部１１内において音響エネルギーが最小（或いは、最小に近い大きさ）となる位置に遮断膜４０を介挿すれば、遮断膜４０の耐久性を可及的に向上させることができる。
【００６１】  以上の知見に基づき、本構成では、図１に示すように、遮断膜４０は、低温側熱交換器３３と分岐点ｐとの間の環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置ｆに介挿されている。これにより、環状配管部１１内において音響エネルギーが最小（或いは、最小に近い大きさ）となる位置に遮断膜４０を介挿することができる。この結果、遮断膜４０の耐久性を可及的に向上させることができる。
【００６２】（遮断膜４０を分岐岐点ｐの近傍位置ｆに介挿するための配管の具体的な構成）  図１に示すような「遮断膜４０が環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置ｆに介挿される」構成を簡易に実現するため、具体的には、分岐点ｐの周りにおいて、図４に示すように、３方向配管継手１３を用いた配管構成を採用することができる。
【００６３】  図４に示す例では、Ｔ字型の３方向配管継手１３における３つの接続端部１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち、Ｔ字の直線状に延びる左右一対の腕部のうち右側の腕部の端部に相当する接続端部１３ｃに、分岐配管部１２の端部１２ａが接続され、Ｔ字の左側の腕部の端部に相当する接続端部１３ａに、低温側熱交換器３３から分岐点ｐに向けて延びる環状配管部１１の端部１１ａが接続され、Ｔ字の脚部の端部に相当する接続端部１３ｂに、高温側熱交換器３２から分岐点ｐに向けて延びる環状配管部１１の端部１１ｂが接続されている。
【００６４】  そして、遮断膜４０は、環状配管部１１の端部１１ａと、３方向配管継手１３における接続端部１３ａとの間に直接介挿されている。換言すれば、遮断膜４０は、その周縁部が、端部１１ａの環状の端面と接続端部１３ａの環状の端面とに接触して挟まれるように、両端面間に直付けされている。
【００６５】  遮断膜４０の固定は、例えば、所定の連結部材（典型的には、ボルトとナット）、及び、所定の接着剤等を用いて達成され得る。このように、遮断膜４０が、３方向配管継手における対応する接続端部１３ａに直付けされることで、「遮断膜４０が環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置ｆに介挿される」構成を、簡易に実現することができる。
【００６６】  ここで、図４に示す例では、３方向配管継手１３において、接続端部１３ａから分岐点ｐまでの長さｄ１が、接続端部１３ｂから分岐点ｐまでの長さｄ２より短いことが好適である。これにより、長さｄ１が小さい３方向配管継手１３を使用することができるので、遮断膜４０を分岐点ｐにより一層近づけることができる。この結果、環状配管部１１内において音響エネルギーがより一層小さくなる位置に遮断膜４０を介挿することができるので、遮断膜４０の耐久性をより一層向上させることができる。
【００６７】  また、図５に示すように、遮断膜４０の単品に代えて、遮断膜サブアッセンブリ６０が、環状配管部１１の端部１１ａと、３方向配管継手１３の接続端部１３ａとの間に直接介挿されてもよい。遮断膜サブアッセンブリ６０は、遮断膜４０と、遮断膜４０を両面側から挟むように保持する一対の環状の保持部材５０と、からなる一体物である。一対の保持部材５０の遮断膜４０に対する固定は、例えば、所定の連結部材（典型的には、ボルトとナット）、及び、所定の接着剤等を用いて達成され得る。
【００６８】  このように、遮断膜サブアッセンブリ６０が採用される場合、遮断膜４０を交換する際、遮断膜４０の単品に代えて、遮断膜サブアッセンブリ６０を交換すればよい。遮断膜サブアッセンブリ６０では、遮断膜４０が一対の保持部材５０により保護されているため、遮断膜４０の単品と比べて、遮断膜４０の取扱いが容易となる。このため、遮断膜４０の単品を交換する場合と比べて、遮断膜４０の交換作業における作業性が向上する。更には、将来の遮断膜４０の交換に備えて、多数の遮断膜４０を、遮断膜４０の単品の状態ではなく、遮断膜サブアッセンブリ６０の状態で保管しておくことができる。このため、遮断膜４０の単品の状態で保管する場合と比べて、遮断膜４０の保管性も向上する。
【００６９】  本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００７０】  上記実施形態では、図１に示すように、環状配管部１１における、分岐点ｐから分岐配管部１２の延在方向に沿う方向に延びる部位に、負荷３０が、その低温側端部が分岐点ｐに面する向きで配置され、負荷３０の低温側端部と分岐点ｐとの間の分岐点ｐの近傍位置に遮断膜４０が介挿されている。これに対し、図６に示すように、環状配管部１１における、分岐点ｐから分岐配管部１２の延在方向と直交する方向に延びる部位に、負荷３０が、その低温側端部が分岐点ｐに面する向きで配置され、負荷３０の低温側端部と分岐点ｐとの間の分岐点ｐの近傍位置に遮断膜４０が介挿されていてもよい。
【００７１】  図６に示すような「遮断膜４０が環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置に介挿される」構成を簡易に実現するため、具体的には、分岐点ｐの周りにおいて、図７に示すように、３方向配管継手１３を用いた配管構成を採用することができる。
【００７２】  図７に示す例では、Ｔ字型の３方向配管継手１３における３つの接続端部１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち、Ｔ字の直線状に延びる左右一対の腕部のうち右側の腕部の端部に相当する接続端部１３ｃに、分岐配管部１２の端部１２ａが接続され、Ｔ字の左側の腕部の端部に相当する接続端部１３ｂに、高温側熱交換器３２から分岐点ｐに向けて延びる環状配管部１１の端部１１ｂが接続され、Ｔ字の脚部の端部に相当する接続端部１３ａに、低温側熱交換器３３から分岐点ｐに向けて延びる環状配管部１１の端部１１ａが接続されている。そして、遮断膜４０は、環状配管部１１の端部１１ａと、３方向配管継手１３における接続端部１３ａとの間に直接介挿されている。
【００７３】  これによっても、遮断膜４０が、３方向配管継手における対応する接続端部１３ａに直付けされることで、「遮断膜４０が環状配管部１１における分岐点ｐの近傍位置に介挿される」構成を、簡易に実現することができる。
【００７４】  ここで、図７に示す例においても、３方向配管継手１３において、接続端部１３ａから分岐点ｐまでの長さｄ１が、接続端部１３ｂから分岐点ｐまでの長さｄ２より短いことが好適である。これにより、長さｄ１が小さい３方向配管継手１３を使用することができるので、遮断膜４０を分岐点ｐにより一層近づけることができる。この結果、環状配管部１１内において音響エネルギーがより一層小さくなる位置に遮断膜４０を介挿することができるので、遮断膜４０の耐久性をより一層向上させることができる。
【００７５】  また、図７に示す例において、図８に示すように、遮断膜４０の単品に代えて、遮断膜サブアッセンブリ６０が、環状配管部１１の端部１１ａと、３方向配管継手１３の接続端部１３ａとの間に直接介挿されてもよい。
【００７６】  また、上述した種々の例（図１及び図６）では、原動機２０は、端部が封止された分岐配管部１２に組み込まれている。これに対し、環状配管部１１の分岐点ｐから分岐する分岐配管部１２の端部に、別の分岐点を有する新たな環状の配管部を形成し、この環状の配管部の一部に原動機２０を組み込んでもよい。この場合、この環状の配管部内における作動気体の音響質量流の発生を防止するため、この環状の配管部の一部に別の遮断膜を介挿することが好ましい。
【符号の説明】
【００７７】  １…熱音響温調システム、１０…配管、１１…環状配管部、１１ａ，１１ｂ…端部、１２…分岐配管部、１２ａ…端部、１３…３方向配管継手、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…接続端部、２０…原動機、２１…蓄熱器（原動機側蓄熱器）、２２…高温側熱交換器（原動機側熱交換器）、２３…低温側熱交換器（原動機側熱交換器）、３０…負荷、３１…蓄熱器（負荷側蓄熱器）、３２…高温側熱交換器（負荷側熱交換器）、３３…低温側熱交換器（負荷側熱交換器）、４０…遮断膜、５０…保持部材、６０…遮断膜サブアッセンブリ
【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】
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【図８】
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【国際調査報告】
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