(57)【要約】【課題】  ループ管を用いた熱音響冷凍機において、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現する。【解決手段】  作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機２０１は、作動気体が封入される環状のループ管２０２と、高温側再生器２３１と、低温側再生器２４１と、共鳴器２０６とを備えている。共鳴器２０６は、高温側再生器２３１と低温側再生器２４１との間の空間と連通するように一端がループ管２０２に接続されたシリンダ２６１と、シリンダ２６１内に配置されるピストン２７１と、シリンダ２６１の他端に接続された共鳴タンク２６２とを有している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機であって、
作動気体が封入される環状のループ管（２０２）と、
前記ループ管内に設けられており、一端に熱入力部（２３２）によって加熱される高温部（２３１ａ）と他端に外部に熱を放出して冷却される高温側常温部（２３１ｂ）とを有する高温側再生器（２３１）と、
前記高温側再生器の両端との間に中空の空間（Ｓ１、Ｓ２）を空けて前記ループ管内に設けられており、一端に外部に熱を放出して冷却される低温側常温部（２４１ａ）と、他端に冷熱出力部（２４３）によって冷熱が取り出される低温部（２４１ｂ）とを有する低温側再生器（２４１）と、
前記空間と連通するように一端が前記ループ管に接続されたシリンダ（２６１）と、前記シリンダ内に配置されるピストン（２７１）と、前記シリンダの他端に接続された共鳴タンク（２６２）とを有する共鳴器（２０６）と、
を備えた熱音響冷凍機（２０１）。
【請求項２】
前記ピストン（２７１）は、振動方向に弾性的に移動可能となるように前記シリンダ（２６１）に支持されている、請求項１に記載の熱音響冷凍機（２０１）。
【請求項３】
前記ピストン（２７１）は、前記シリンダ（２６１）の内面との間に隙間を空けた状態で前記シリンダに支持されている、請求項１又は２に記載の熱音響冷凍機（２０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響冷凍機、特に、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機として、作動気体が封入されたループ管を用いたものがある。
例えば、ループ管を用いた熱音響冷凍機として、特許文献１に示されるような、主として、作動気体が封入された環状のループ管２と、高温側再生器３１を含むエンジン３と、低温側再生器４１を含む冷凍機４とを備えた熱音響冷凍機１がある（図１参照）。
【０００３】
エンジン３は、ループ管２内に設けられた高温側再生器３１と、高温側再生器３１の両端を挟むように設けられた高温熱交換器３２及び高温側常温熱交換器３３とを有している。高温熱交換器３２は、外部熱源を用いて高温側再生器３１の一端（以下、高温部３１ａとする）を加熱する熱入力部として機能する。高温側常温熱交換器３３は、冷却水や空気等を用いて高温側再生器３１の他端（以下、高温側常温部３１ｂとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。高温側再生器３１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、高温熱交換器３２及び高温側常温熱交換器３３によって高温部３１ａと高温側常温部３１ｂとの間に生じる温度差を保つことによって、主として進行波からなる圧力振動による仕事を発生する機能を有している。つまり、エンジン３は、熱音響冷凍機１の圧力振動発生手段として機能するものである。
【０００４】
冷凍機４は、高温側再生器３１の両端（すなわち、高温部３１ａ及び高温側常温部３１ｂ）との間に中空の空間を空けてループ管２内に設けられた低温側再生器４１と、低温側再生器４１の両端を挟むように設けられた低温側常温熱交換器４２及び低温熱交換器４３とを有している。低温側常温熱交換器４２は、冷却水や空気等を用いて低温側再生器４１の一端（以下、低温側常温部４１ａとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。ここで、高温熱交換器３２と低温側常温熱交換器４２との間（すなわち、高温側再生器３１の高温部３１ａと低温側再生器４１の低温側常温部４１ａとの間）に挟まれた中空の空間を高温空間Ｓ１とする。低温熱交換器４３は、低温側再生器４１の他端（以下、低温部４１ｂ）において発生する冷熱を外部に取り出す冷熱出力部として機能する。ここで、高温側常温熱交換器３３と低温熱交換器４３との間（すなわち、高温側再生器３１の高温側常温部３１ｂと低温側再生器４１の低温部４１ｂとの間）に挟まれた中空の空間を低温空間Ｓ２とする。低温側再生器４１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、エンジン３から高温空間Ｓ１を通じて低温側常温部４１ａに伝達された圧力振動を、低温側常温部４１ａと低温部４１ｂとの間における温度差に変換する機能を有している。そして、低温側再生器４１の低温側常温部４１ａは低温側常温熱交換器４２によって冷却されているため、低温側再生器４１の低温部４１ｂは、低温側常温部４１ａよりも低い温度まで冷却されて冷熱が発生する。この冷熱は、低温熱交換器４３によって外部に取り出される。つまり、冷凍機４は、エンジン３によって発生する圧力振動による仕事を冷熱に変換するヒートポンプ手段として機能するものである。
【０００５】
このようなループ管を用いた熱音響冷凍機１においては、エンジン３において発生した圧力振動が高温空間Ｓ１内を振動する作動気体からなるガスピストン５ａによって冷凍機４に伝達され、冷凍機４からエンジン３に戻る圧力振動が低温空間Ｓ２内を振動する作動気体からなるガスピストン５ｂによって伝達されている。このため、大きな冷凍能力を得るためには、空間Ｓ１、Ｓ２における作動気体の圧力Ｐと、ガスピストン５ａ、５ｂの変位Ｘとの位相（以下、Ｐ−Ｘ位相とする）をずらすことによって、エンジン３から出力される仕事量を大きくすることが望ましい。
【０００６】
しかし、上記の熱音響冷凍機１の構成では、Ｐ−Ｘ位相をずらすための手段が、エンジン３及び冷凍機４を構成する熱交換器３２、３３、４２、４３や再生器３１、４１の流動抵抗を変更する程度に限られてしまうため、エンジン３から出力される仕事量を十分に大きくすることが可能な程度のＰ−Ｘ位相差を得ることができない場合が多く、結果として、大きな冷凍能力を得ることができないという問題がある。
【０００７】
これに対して、非特許文献１に示されるような、主として、上記の熱音響冷凍機１の構成において、ループ管２の枝管として、共鳴管１６１と共鳴タンク１６２とを有する共鳴器１０６をさらに備えた熱音響冷凍機１０１がある（図２参照）。
共鳴管１６１は、一端が高温空間Ｓ１と連通するようにループ管２に接続されており、他端が共鳴タンク１６２に接続されている。
【０００８】
この熱音響冷凍機１０１においては、共鳴管１６１と共鳴タンク１６２を有する共鳴器１０６を設置することによって、Ｐ−Ｘ位相をずらし、エンジン３から出力される仕事量を大きくして、大きな冷凍能力を得るようにしている。
【特許文献１】特開２０００−８８３７８号公報
【非特許文献１】佐々木ら、「大型熱音響スターリング冷凍機の製作」、第６７回  ２００２年度秋期低温工学・超伝導学会、ｐ．１５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の熱音響冷凍機１０１では、共鳴管１６１内の空間を往復動する作動気体からなるガスピストン１７１によってＰ−Ｘ位相をずらす作用を得ており、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２を大きくしなければならなくなるため、熱音響冷凍機１０１の装置全体が大型化するという問題が生じる。
また、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２を大きくすると、次の共振周波数ωと共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２のサイズとの関係式にしたがって周波数が低下し、冷凍効率を向上させることが可能である。
【００１０】
ω2  ＝  Ａ2／ＭＫsＶ      ・・・（第１式）
ここで、ω：共振周波数、Ａ：共鳴管の断面積、Ｍ：ガスピストンの質量、Ks：作動気体の断熱膨張係数、Ｖ：共鳴タンクの容積である。
つまり、熱音響冷凍機１０１においては、共鳴管１６１の断面積Ａ0を小さくしつつ、ガスピストン１７１の質量Ｍ0を大きくするために、共鳴管１６１の長さＬ0を長くすることが望ましく、また、共鳴タンク１６２の容積Ｖ0を大きくすることが望ましいことがわかる。
【００１１】
しかし、周波数を低下させて冷凍効率の向上しようとすると、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２がさらに大きくなるため、熱音響冷凍機１０１の装置全体がさらに大型化する傾向となる。
本発明の課題は、ループ管を用いた熱音響冷凍機において、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明にかかる熱音響冷凍機は、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機であって、作動気体が封入される環状のループ管と、高温側再生器と、低温側再生器と、共鳴器とを備えている。高温側再生器は、ループ管内に設けられており、一端に熱入力部によって加熱される高温部と、他端に外部に熱を放出して冷却される高温側常温部とを有している。低温側再生器は、高温側再生器の両端との間に中空の空間を空けてループ管内に設けられており、一端に外部に熱を放出して冷却される低温側常温部と、他端に冷熱出力部によって冷熱が取り出される低温部とを有している。共鳴器は、高温側再生器と低温側再生器との間の空間と連通するように一端がループ管に接続されたシリンダと、シリンダ内に配置されるピストンと、シリンダの他端に接続された共鳴タンクとを有している。
【００１３】
この熱音響冷凍機では、熱入力部によって高温側再生器の高温部が加熱され、かつ、高温側再生器の高温側常温部が冷却されることによって、高温側再生器の両端に、すなわち、高温部と高温側常温部との間に温度差を生じさせて、主として作動気体の進行波からなる圧力振動による仕事を生じさせる。この高温側再生器において発生した圧力振動による仕事は、低温側再生器と高温側再生器との間の中空の空間を通じて低温側再生器に伝達される。低温側再生器に伝達された圧力振動は、外部に熱を放出して冷却されている低温側再生器の低温側常温部と低温側再生器の低温部との間における温度差に変換される。そして、この低温側再生器の両端の温度差によって低温側再生器の低温部に発生した冷熱が、冷熱出力部によって外部に取り出されることにより、冷凍能力が得られる。
【００１４】
しかも、この熱音響冷凍機では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられており、この共鳴器のピストンがシリンダ内を振動することによって、高温側再生器から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図るようにしている。このため、従来の共鳴管及び共鳴タンクを有する共鳴器を設けて、共鳴管内の空間を振動する作動気体からなるガスピストンによって、周波数を低下させる作用を得る場合に比べて、ピストンのサイズを小さくすることができる。つまり、共振周波数ωの式（第１式）において、シリンダのサイズを大きくすることなく質量Ｍを大きくし、さらに、質量Ｍの増加に応じて共鳴タンクの容積Ｖも小さくしながら、共鳴周波数ωを小さくすることが可能である。
【００１５】
このように、このループ管を用いた熱音響冷凍機では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられているため、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる
第２の発明にかかる熱音響冷凍機は、第１の発明にかかる熱音響冷凍機において、ピストンは、振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダに支持されている。
【００１６】
この熱音響冷凍機では、ピストンが振動方向に弾性的に移動可能にシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に弾性的に移動する際のバネ定数に応じた共振周波数ωを得ることができる。より具体的には、バネ定数に関する値は、共振周波数ωの式（第１式）において、作動気体の断熱膨張係数Ｋsと同様に式の分母の値として考慮されるため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。これにより、この熱音響冷凍機では、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
【００１７】
第３の発明にかかる熱音響冷凍機は、第１又は第２の発明にかかる熱音響冷凍機において、ピストンは、シリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されている。
この熱音響冷凍機では、ピストンがシリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に移動する際のシリンダとの摺動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第１の発明では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられており、この共鳴器のピストンがシリンダ内を振動することによって、高温側再生器から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図るようにしているため、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる
第２の発明では、ピストンが振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダに支持されているため、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
【００１９】
第３の発明では、ピストンがシリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に移動する際のシリンダとの摺動を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明にかかる熱音響冷凍機の実施形態について説明する。
（１）熱音響冷凍機の構成
図３に、本発明の一実施形態にかかる熱音響冷凍機２０１を示す。ここで、図３は、熱音響冷凍機２０１の概略構成図である。
この熱音響冷凍機２０１は、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機である。ここで、作動気体としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合物や空気等がよく用いられる。熱音響冷凍機２０１は、主として、作動気体が封入された環状のループ管２０２と、高温側再生器２３１を含むエンジン２０３と、低温側再生器２４１を含む冷凍機２０４と、共鳴器２０６とを備えている。
【００２１】
＜ループ管＞
ループ管２０２は、略平行に並んだ２つの直管部２０２ａ、２０２ｂと、直管部２０２ａの一端と直管部２０２ｂの一端との間を接続する曲管部２０２ｃと、直管部２０２ａの他端と直管部２０２ｂの他端との間を接続するとともに共鳴器２０６が接続される曲管部２０２ｄとを有している。
【００２２】
＜エンジン＞
エンジン２０３は、ループ管２０２内に設けられた高温側再生器２３１と、高温側再生器２３１の両端を挟むように設けられた高温熱交換器２３２及び高温側常温熱交換器２３３とを有している。より具体的には、エンジン２０３は、本実施形態において、ループ管２０２の直管部２０２ａの曲管部２０２ｄに近い側に設けられている。
【００２３】
高温熱交換器２３２は、外部熱源を用いて高温側再生器２３１の一端（以下、高温部２３１ａとする）を加熱する熱入力部として機能する。高温側常温熱交換器２３３は、冷却水や空気等を用いて高温側再生器２３１の他端（以下、高温側常温部２３１ｂとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。本実施形態において、高温熱交換器２３２は高温側再生器２３１の曲管部２０２ｃ側に配置され、高温側常温熱交換器２３３はその反対側（すなわち、高温側再生器２３１の曲管部２０２ｄ側）に配置されている。
【００２４】
高温側再生器２３１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、高温熱交換器２３２及び高温側常温熱交換器２３３によって高温部２３１ａと高温側常温部２３１ｂとの間に生じる温度差を保つことによって、主として進行波からなる圧力振動による仕事を発生する機能を有している。
つまり、エンジン２０３は、熱音響冷凍機２０１の圧力振動発生手段として機能するものである。
【００２５】
＜冷凍機＞
冷凍機２０４は、高温側再生器２３１の両端（すなわち、高温部２３１ａ及び高温側常温部２３１ｂ）との間に中空の空間を空けてループ管２０２内に設けられた低温側再生器２４１と、低温側再生器２４１の両端を挟むように設けられた低温側常温熱交換器２４２及び低温熱交換器２４３とを有している。より具体的には、冷凍機２０４は、本実施形態において、ループ管２０２の直管部２０２ｂの曲管部２０２ｃに近い側に設けられている。
【００２６】
低温側常温熱交換器２４２は、冷却水や空気等を用いて低温側再生器２４１の一端（以下、低温側常温部２４１ａとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。本実施形態において、低温側常温熱交換器２４２は低温側再生器２４１の曲管部２０２ｃ側に配置され、低温熱交換器２４３はその反対側（すなわち、低温側再生器２４１の曲管部２０２ｄ側）に配置されている。ここで、高温熱交換器２３２と低温側常温熱交換器２４２との間（すなわち、高温側再生器２３１の高温部２３１ａと低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａとの間）に挟まれた中空の空間を高温空間Ｓ１とする。低温熱交換器２４３は、低温側再生器２４１の他端（以下、低温部２４１ｂ）において発生する冷熱を外部に取り出す冷熱出力部として機能する。ここで、高温側常温熱交換器２３３と低温熱交換器２４３との間（すなわち、高温側再生器２３１の高温側常温部２３１ｂと低温側再生器２４１の低温部２４１ｂとの間）に挟まれた中空の空間を低温空間Ｓ２とする。
【００２７】
低温側再生器２４１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、エンジン２０３から高温空間Ｓ１を通じて低温側常温部２４１ａに伝達された圧力振動を、低温側常温部２４１ａと低温部２４１ｂとの間における温度差に変換する機能を有している。そして、低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａは低温側常温熱交換器２４２によって冷却されているため、低温側再生器２４１の低温部２４１ｂは、低温側常温部２４１ａよりも低い温度まで冷却されて冷熱が発生する。この冷熱は、低温熱交換器２４３によって外部に取り出される。
【００２８】
つまり、冷凍機２０４は、エンジン２０３によって発生する圧力振動による仕事を冷熱に変換するヒートポンプ手段として機能するものである。
＜共鳴器＞
図４に、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６付近の概略断面図を示す。共鳴器２０６は、主として、一端がループ管２０２に接続されたシリンダ２６１と、シリンダ２６１内に配置されるピストン２７１と、シリンダ２６１の他端に接続された共鳴タンク２６２とを有している。
【００２９】
シリンダ２６１は、本実施形態において、低温空間Ｓ２に連通するように接続された短管部分である。より具体的には、シリンダ２６１は、本実施形態において、一端がループ管２０２に接続されておりピストン２７１の本体部２７１ａ（後述）が配置される第１管２８１と、ベアリング２９１、２９２（後述）の固定及び共鳴タンク２６２との接続を行うために第１管２８１と共鳴タンク２６２との間に設けられた第２管２８２とを有している。第１管２８１の第２管２８２側の端部には、第１フランジ部２８１ａが設けられている。また、第２管部２８２の両端部には、第２フランジ部２８２ａ及び第３フランジ部２８２ｂが設けられている。そして、第１フランジ部２８１ａと第２フランジ部２８２ａとは、ベアリング２９１を挟み込んだ状態で、ボルト２８３ａ及びナット２８３ｂによって固定されている。また、第３フランジ部２８２ｂは、共鳴タンク２６２の第４フランジ部２６２ａ（後述）との間にベアリング２９２を挟み込んだ状態で、ボルト２８４ａ及びナット２８４ｂによって固定されている。尚、シリンダ２６１は、高温空間Ｓ１に連通するように接続されていてもよい。
【００３０】
ピストン２７１は、シリンダ２６１の第１管２８１内に配置されており作動気体の圧力振動に応じて管の長手方向に振動することが可能な略円柱状の本体部２７１ａと、本体部２７１ａから管の長手方向に延びるロッド部２７１ｂとを有している。本体部２７１ａは、金属や樹脂等の固体からなる部分である。ロッド部２７１ｂは、本実施形態において、本体部２７１ａの共鳴タンク２６２側に向かって延びる円柱状の部分である。
【００３１】
また、ピストン２７１は、本実施形態において、振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダ２６１に支持されている。さらに、ピストン２７１は、本実施形態において、シリンダ２６１の内面（具体的には、第１管２８１の内面）との間にわずかな隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されている。具体的には、本体部２７１ａは、本実施形態において、ロッド部２７１ｂに固定されたフレクシャベアリングからなるベアリング２９１、２９２を介してシリンダ２６１に支持されている。本実施形態のベアリング２９１、２９２として使用されるフレクシャベアリングは、本体部２７１ａの振動方向には変形し易いが、径方向には変形しにくい特性を有する板バネの一種である。そして、ピストン２７１は、ベアリング２９１、２９２の振動方向には変形し易い特性を利用して、振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持され、ベアリング２９１、２９２の径方向に変形しにくい特性を利用して、径方向に移動不能にシリンダ２６１に支持されている。また、ピストン２７１は、ベアリング２９１、２９２を用いて径方向に移動不能に支持されているため、シリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けた状態にすることができ、これにより、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動が抑えられている。
【００３２】
共鳴タンク２６２は、シリンダ２６１の第２管２８２に接続された容器部分である。より具体的には、共鳴タンク２６２は、本実施形態において、第２管２８２の第３フランジ部２８２ｂとの間にベアリング２９２を挟み込んだ状態で、ボルト２８４ａ及びナット２８４ｂによって固定される第４フランジ部２６２ａが設けられている。
そして、共鳴器２０６は、エンジン２０３（具体的には、高温側再生器２３１）から出力される圧力振動による仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図る機能を有している。
【００３３】
（２）熱音響冷凍機の動作
次に、本実施形態の熱音響冷凍機２０１の動作について説明する。
まず、エンジン２０３において、高温熱交換器２３２によって高温側再生器２３１の高温部２３１ａを加熱し、かつ、高温側常温熱交換器２３３によって高温側再生器２３１の高温側常温部２３１ｂを冷却すると、高温側再生器２３１の両端に、すなわち、高温部２３１ａと高温側常温部２３１ｂとの間に温度差が生じる。この温度差により、エンジン２０３（具体的には、高温側再生器２３１）には、主として作動気体の進行波からなる圧力振動による仕事が生じる。そして、エンジン２０３において発生した圧力振動による仕事は、低温側再生器２４１と高温側再生器２３１との間の中空の空間（具体的には、高温空間Ｓ１）を通じて、冷凍機２０４に伝達される。より具体的には、高温側再生器２３１の高温部２３１ａから低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａに伝達される。
【００３４】
次に、低温側再生器２４１に伝達された圧力振動は、低温側常温熱交換器２４２によって外部に熱を放出して冷却されている低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａと低温側再生器２４１の低温部２４１ｂとの間における温度差に変換される。そして、この低温側再生器２４１の両端の温度差によって低温側再生器２４１の低温部２４１ｂに発生した冷熱が、低温熱交換器２４３によって外部に取り出されることにより、冷凍能力が得られる。
【００３５】
このとき、この熱音響冷凍機２０１では、シリンダ２６１、ピストン２７１及び共鳴タンク２６２を有する共鳴器２０６が低温側空間Ｓ２に連通されるように設けられているため、この共鳴器２０６のピストン２７１が振動することによって、高温側再生器２３１から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上が図られている。
【００３６】
ここで、本実施形態の熱音響冷凍機２０１に設けられた共鳴器２０６のピストン２７１は固体からなるため、従来の共鳴管及び共鳴タンクを有する共鳴器を設け、共鳴管内の空間を振動する作動気体からなるガスピストンによって周波数を低下させる作用を得る場合に比べて、ピストン２７１のサイズを小さくすることができるようになっている。つまり、共振周波数ωの式（第１式）において、シリンダ２６１のサイズを大きくすることなく（具体的には、長さＬ0よりも短い長さＬ1にして）、ピストン２７１の質量Ｍ1を大きくし、さらに、質量Ｍ1の増加に応じて共鳴タンク２６２の容積Ｖ1も小さくしながら、共鳴周波数ωを小さくすることが可能になっている。
【００３７】
しかも、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６では、ピストン２７１が振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持されているため、ピストンが振動方向に弾性的に移動する際のバネ定数に応じた共振周波数ωを得ることができる。より具体的には、バネ定数に関する値は、共振周波数ωの式（第１式）において、作動気体の断熱膨張係数Ｋsと同様に式の分母の値として考慮されるため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。また、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６では、ピストン２７１の本体部２７１ａが、シリンダ２６１の内面との間に隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されているため、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動を抑えることができるようになっている。
【００３８】
（３）熱音響冷凍機の特徴
本実施形態の熱音響冷凍機２０１には、以下のような特徴がある。
（Ａ）
本実施形態の熱音響冷凍機２０１では、シリンダ２６１、ピストン２７１及び共鳴タンク２６２を有する共鳴器２０６が設けられているため、シリンダ２６１のサイズ（特に、シリンダ２６１の長さＬ1）及び共鳴タンク２６２の容積Ｖ1を大きくすることなく、高温側再生器２３１から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることができる。これにより、装置全体が大型になるのを防ぎつつ、冷凍効率の向上を実現することができる
（Ｂ）
共鳴器２０６のピストン２７１は、振動方向に弾性的に移動可能となるように、かつ、シリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されている。具体的には、ピストン２７１は、ピストン２７１の本体部２７１ａの振動方向には変形し易いが、径方向には変形しにくい特性を有するフレクシャベアリングからなるベアリング２９１、２９２を介して、シリンダ２６１に支持されている。その結果、ピストン２７１は、シリンダ２６１に対して、振動方向には弾性的に移動可能となり、かつ、径方向には移動不能となっている。
【００３９】
このように、共鳴器２０６のピストン２７１は、振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持されているため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。これにより、この熱音響冷凍機２０１では、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
また、共鳴器２０６のピストン２７１は、径方向に変形しにくい特性を有するベアリング２９１、２９２を介してシリンダ２６１に支持されているため、ピストン２７１とシリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けることができる。これにより、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明を利用すれば、ループ管を用いた熱音響冷凍機において、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来例のループ管を用いた熱音響冷凍機の概略構成図である。
【図２】従来例のループ管を用いた熱音響冷凍機の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる熱音響冷凍機の概略構成図である。
【図４】熱音響冷凍機の共鳴器付近を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２０１  熱音響冷凍機
２０２  ループ管
２３１  高温側再生器
２３１ａ  高温部
２３１ｂ  高温側常温部
２３２  高温熱交換器（熱入力部）
２４１  低温側再生器
２４１ａ  低温側常温部
２４１ｂ  低温部
２４３  低温熱交換器（冷熱出力部）
２０６  共鳴器
２６１  シリンダ
２６２  共鳴タンク
２７１  ピストン
Ｓ１  高温空間（空間）
Ｓ２  低温空間（空間）
【図１】
2006118728.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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