(57)【要約】【課題】組み立てが容易で熱が逃げにくい熱音響機関を提供する。【解決手段】ループ管２に、熱エネルギをループ管２内の音響エネルギに変換する加熱器４・蓄熱器５・冷却器６からなる原動機３が設けられた熱音響機関において、ループ管２を複数周回させて形成すると共に、その周回部分の隣り合う箇所にそれぞれ原動機３を設けてなり、各原動機３の加熱器４と冷却器６とを、それぞれ一体に形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ管に、熱エネルギを前記ループ管内の音響エネルギに変換する加熱器・蓄熱器・冷却器からなる原動機が設けられた熱音響機関において、
前記ループ管を複数周回させて形成すると共に、その周回部分の隣り合う箇所にそれぞれ前記原動機を設けてなり、
前記各原動機の加熱器と冷却器とを、それぞれ一体に形成したことを特徴とする熱音響機関。
【請求項２】
前記加熱器と前記冷却器は、
前記ループ管の周回部分を横断するように設けられる金属ブロックと、
該金属ブロックに設けられ、前記金属ブロックと外部から供給される熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用熱交換部と、
前記金属ブロックに設けられ、前記金属ブロックと前記ループ管内の作動流体との間で熱交換するための複数の作動流体用熱交換部とからなる請求項１記載の熱音響機関。
【請求項３】
前記熱媒体用熱交換部は、前記金属ブロックに形成された前記熱媒体を流すための熱媒体用流路と、該熱媒体用流路内に設けられ、前記金属ブロックと前記熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用フィンとからなる請求項２記載の熱音響機関。
【請求項４】
前記熱媒体用流路は、前記ループ管の周回部分を横断する横断方向に沿って前記金属ブロックに形成される請求項３記載の熱音響機関。
【請求項５】
前記作動流体用熱交換部は、前記ループ管内に位置する前記金属ブロックに、該金属ブロックを貫通する多数のスリットを形成してなる作動流体用フィンからなる請求項２〜４いずれかに記載の熱音響機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ管型の熱音響機関に係り、特に、組み立てが容易で熱が逃げにくい熱音響機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃熱からエネルギを取り出すためにスターリングエンジンの開発研究が活発に行われている。スターリングエンジンの形式には、α型、β型、γ型、フリーピストン型などがある。これに対し、最近では、ピストン等の可動部を有さない熱音響機関の開発研究が活発に行われるようになった。
【０００３】
管の中に薄板や細管を束ねた蓄熱器を配置し、その両端に加熱器、冷却器を設置して温度差を与えると、熱エネルギの一部が力学的エネルギに変換され、管内の気柱が自励振動を起こし音波（音響振動）が発生する。この作用は、熱力学的には、プライムムーバ（原動機）と見ることができる。この現象を利用したものが熱音響機関である。
【０００４】
逆に、管の一端に音波を加えると加熱器と冷却器とに挟まれた蓄熱器の両端に温度差が生じる。この現象を利用することで、冷凍装置、昇温装置を実現することが可能である。
【０００５】
従来の熱音響機関としては、冷却器（低温側熱交換器）、蓄熱器（再生器、スタック）、加熱器（高温側熱交換器）からなる原動機をループ管に１組有するものが一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。この熱音響機関に、気柱の振動を熱エネルギに変換する受動機（冷凍機、冷却器）を組み込むと、冷凍装置（冷却装置）が構成される。
【０００６】
熱音響機関は、建造物や移動体において居室の冷房装置や物品の冷蔵・冷凍装置に応用される。例えば、熱音響機関を車両に搭載する場合、原動機の加熱器にエンジンの排気熱を高温源として供給し、原動機の冷却器に大気を低温源として供給すると共に、受動機の高温側熱交換器に大気を高温源として供給することで、受動機の低温側熱交換器側から大気より低い温度の冷熱出力を取り出すことができる。この冷熱出力を用いて、例えば、車両に搭載された各種クーラ（例えば、車室冷房用クーラ、オイルクーラ、キャニスタなど）を機能させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０５０５４３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４９１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の熱音響機関では、上述のように、ループ管に設けられる原動機の個数は１個である。これに対して本発明者らは、ループ管に設けられる原動機の個数を２個以上とし、発振開始温度を低下させると共に大きな音響強度をループ管内に励起する熱音響機関について、すでに提案を行っている。
【０００９】
さらに、本発明者らは、複数の原動機の冷却器同士を繋ぐ配管や加熱器同士を繋ぐ配管の長さを短くし、熱効率の向上および小型化を図るべく、図５（ａ）に示すように、ループ管５２を複数周回させて形成した熱音響機関５１を提案中である。
【００１０】
図５（ａ）の熱音響機関５１では、ループ管５２を２周回させて形成すると共に、両周回部分の隣り合う箇所に原動機５３をそれぞれ設け、両原動機５３の加熱器５４に高温源のエンジンの排気熱を、両原動機５３の冷却器５５に低温源として冷却水を供給するようにしている。
【００１１】
しかしながら、上述の熱音響機関５１では、加熱器５４と冷却器５５がそれぞれ独立に配置されているため、図５（ｂ）に示すように、加熱器５４同士、冷却器５５同士をそれぞれ連結する連結流路５６が必要となる。これら加熱器５４、冷却器５５、及び連結流路５６は、エンジンからの排気ガスなど高温の作動流体が通るため、ロー付けまたは溶接構造により製作される。そのため、部品の位置を合わせて製作することが難しく、構造が複雑になってしまうという問題がある。
【００１２】
さらに、熱音響機関５１では、加熱器５４同士、あるいは冷却器５５同士を連結流路５６で連結するため、表面積が大きくなってしまい、熱が外部に逃げやすいという問題もある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、組み立てが容易で熱が逃げにくい熱音響機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、ループ管に、熱エネルギを前記ループ管内の音響エネルギに変換する加熱器・蓄熱器・冷却器からなる原動機が設けられた熱音響機関において、前記ループ管を複数周回させて形成すると共に、その周回部分の隣り合う箇所にそれぞれ前記原動機を設けてなり、前記各原動機の加熱器と冷却器とを、それぞれ一体に形成した熱音響機関である。
【００１５】
前記加熱器と前記冷却器は、前記ループ管の周回部分を横断するように設けられる金属ブロックと、該金属ブロックに設けられ、前記金属ブロックと外部から供給される熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用熱交換部と、前記金属ブロックに設けられ、前記金属ブロックと前記ループ管内の作動流体との間で熱交換するための複数の作動流体用熱交換部とからなってもよい。
【００１６】
前記熱媒体用熱交換部は、前記金属ブロックに形成された前記熱媒体を流すための熱媒体用流路と、該熱媒体用流路内に設けられ、前記金属ブロックと前記熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用フィンとからなってもよい。
【００１７】
前記熱媒体用流路は、前記ループ管の周回部分を横断する横断方向に沿って前記金属ブロックに形成されてもよい。
【００１８】
前記作動流体用熱交換部は、前記ループ管内に位置する前記金属ブロックに、該金属ブロックを貫通する多数のスリットを形成してなる作動流体用フィンからなってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、組み立てが容易で熱が逃げにくい熱音響機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱音響機関の斜視図である。
【図２】図１の熱音響機関の別方向から見た斜視図（一部破断面図）である。
【図３】図１の熱音響機関の別方向から見た斜視図（一部破断面図）である。
【図４】図１の熱音響機関に用いる原動機モジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はループ管に配置したときの斜視図（一部破断面図）である。
【図５】従来の熱音響機関を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る熱音響機関の斜視図であり、図２，３はその別方向から見た斜視図（一部破断面図）である。
【００２３】
図１〜３に示すように、熱音響機関１は、ループ管２に、熱エネルギをループ管２内の音響エネルギに変換する原動機３を設けたものである。原動機３は、加熱器４と、蓄熱器５と、冷却器６とをループ管２の管軸方向に並べたものである。なお、図２，３の破断面においては、図の簡略化のため、蓄熱器５を省略している。
【００２４】
ループ管２は、複数周回させて形成される。原動機３は、ループ管２の周回部分の隣り合う箇所にそれぞれ設けられる。本実施の形態では、ループ管２を４周回させ、各周回部分の隣り合う箇所に合計４個の原動機３を配置してなる。ループ管２の周回回数や原動機３の個数については、これに限定されない。
【００２５】
本実施の形態では、ループ管２を、螺旋状（コイル状）に形成した螺旋部２ａと螺旋部２ａの両端を接続する接続部２ｂとで構成しているが、これに限らず、例えば、渦巻き状に形成してもよい。
【００２６】
また、本実施の形態では、ループ管２を、直線状のストレート管と所定アールで直角に屈曲したエルボ管を組み合わせて、全体的な外観が角の丸い矩形状に形成しているが、全体的に丸く形成するようにしてもよい。
【００２７】
さて、本実施の形態に係る熱音響機関１では、各原動機３の加熱器４と冷却器６とを、それぞれ一体に形成している。
【００２８】
具体的には、各原動機３の加熱器４を一体に形成した加熱器モジュール４０と、各原動機３の冷却器６を一体に形成した冷却器モジュール４１とを形成し、加熱器モジュール４０と冷却器モジュール４１との間に、薄板や細管を束ねた複数の蓄熱器５をそれぞれ配置するようにしている。
【００２９】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、加熱器モジュール４０と冷却器モジュール４１は、ループ管２の周回部分（螺旋部２ａ）を横断するように設けられる金属ブロック７と、金属ブロック７に設けられ、金属ブロック７と外部から供給される熱媒体（排気ガスなどの高温流体、あるいは冷却水などの低温流体）との間で熱交換するための熱媒体用熱交換部８と、金属ブロック７に設けられ、金属ブロック７とループ管２内の作動流体との間で熱交換するための複数（図４（ａ）では４つ）の作動流体用熱交換部９とからなる。
【００３０】
熱媒体用熱交換部８は、金属ブロック７に形成された熱媒体を流すための熱媒体用流路１０と、熱媒体用流路１０内に設けられ、金属ブロック７と熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用フィン１１とからなる。
【００３１】
熱媒体用流路１０は、ループ管２の周回部分を横断する横断方向（図４（ａ）では左手前から右奥の方向）に沿って金属ブロック７に形成される。本実施の形態では、金属ブロック７の両側部に熱媒体用流路１０を形成している。
【００３２】
熱媒体用フィン１１は、細長い板状の金属からなり、熱媒体用流路１０内に、熱媒体用流路１０に沿って配置される。熱媒体用フィン１１は金属ブロック７と一体に形成される。
【００３３】
作動流体用熱交換部９は、ループ管２内に位置する金属ブロック７に、金属ブロック７を貫通する多数のスリットを形成してなる作動流体用フィン１２からなる。作動流体用フィン１２は、金属ブロック７の幅方向中央部に、横断方向に沿って複数（図４（ａ）では４つ）形成される。
【００３４】
加熱器モジュール４０では、熱媒体用流路１０に排気ガスなどの高温流体が供給され、この高温流体の熱が熱媒体用フィン１１で受熱され、金属ブロック７に伝わる。金属ブロック７の熱は、作動流体用フィン１２に伝わり、作動流体用フィン１２にてループ管２内の作動流体を加熱する。
【００３５】
他方、冷却器モジュール４１では、熱媒体用流路１０に冷却水などの低温流体が供給され、この低温流体の冷熱が熱媒体用フィン１１で受熱され、金属ブロック７に伝わる。金属ブロック７の冷熱は、作動流体用フィン１２に伝わり、作動流体用フィン１２にてループ管２内の作動流体を冷却する。
【００３６】
本実施の形態では、加熱器モジュール４０と冷却器モジュール４１との間に複数（図４（ａ）では４つ）の蓄熱器５を配置して原動機モジュール４２を予め形成しておき、この原動機モジュール４２をループ管２に取り付けるようにした。より具体的には、ループ管２の螺旋部２ａの各ストレート管を２分割し、一方を加熱器モジュール４０の作動流体用フィン１２を形成した位置に接続し、他方を冷却器モジュール４１の作動流体用フィン１２を形成した位置に接続するようにした。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱音響機関１では、ループ管２を複数周回させて形成すると共に、その周回部分の隣り合う箇所にそれぞれ原動機３を設けてなり、各原動機３の加熱器４と冷却器６とを、それぞれ一体に形成している。
【００３８】
加熱器４と冷却器６とをそれぞれ一体に形成して加熱器モジュール４０、冷却器モジュール４１とすることにより、従来のようにロー付けや溶接構造などにより連結流路等を製作する必要がなくなり、組み立てが容易になる。また、複数の加熱器４、あるいは複数の冷却器６が一体に形成されているため、構成が簡素となり、小型化が可能になる。
【００３９】
さらに、熱音響機関１では、ループ管２が周回させて形成されているため、ループ管２の全長に比して占有面積及び占有体積を小さくすることができる。
【００４０】
また、熱音響機関１では、加熱器４と冷却器６を、ループ管２の周回部分を横断するように設けられる金属ブロック７と、金属ブロック７と外部から供給される熱媒体との間で熱交換するための熱媒体用熱交換部８と、金属ブロック７とループ管２内の作動流体との間で熱交換するための複数の作動流体用熱交換部９とで構成しているため、加熱器４と冷却器６の表面が平らになり、表面積が小さくなるため、熱が逃げにくく（外部に漏れにくく）なる。よって、熱音響機関１の熱効率を向上できる。
【００４１】
上記実施の形態では、各原動機３を配置する位置について述べなかったが、各原動機３を配置する位置は、音響が発振するモードに応じてループ管２のループ長を自然数で等分割した位置にそれぞれ配置することが望ましい。
【符号の説明】
【００４２】
１  熱音響機関
２  ループ管
３  原動機
４  加熱器
５  蓄熱器
６  冷却器
７  金属ブロック
８  熱媒体用熱交換部
９  作動流体用熱交換部
１０  熱媒体用流路
１１  熱媒体用フィン
１２  作動流体用フィン
４０  加熱器モジュール
４１  冷却器モジュール
４２  原動機モジュール
【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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