(57)【要約】【課題】音響管内の空気の流れに大きな圧損を生じることがなく、然も高い熱伝導性能を得ることが出来る音響冷却装置を提供する。【解決手段】本発明に係る音響冷却装置においては、音響管１の管路に対向して音波発生装置２が配備されると共に、音響管１内の所定位置にはスタック３が配備され、該スタック３の高温側の端面と低音側の端面にそれぞれ高温側熱交換器４と低音側熱交換器５が接合されている。高温側熱交換器４、スタック３及び低音側熱交換器５には、それぞれ音響管１の管路断面全域に分散して複数の貫通孔４１、３１、５１が開設され、高温側熱交換器４に開設された各貫通孔４１と、スタック３に開設された各貫通孔３１と、低音側熱交換器５に開設された各貫通孔５１とは、それぞれ１本の直線上に揃っている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響管（１）の管路に対向して音波発生装置（２）が配備されると共に、音響管（１）内の所定位置にはスタック（３）が配備され、音波発生装置（２）から発せられる音波によってスタック（３）に温度勾配を形成し、該スタック（３）の高温側と低音側にそれぞれ高温側熱交換器（４）と低音側熱交換器（５）を配備して、冷却対象の冷却と外界への放熱を行なう音響冷却装置において、高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）は、スタック（３）の高温側端面と低音側端面にそれぞれ接合され、高温側熱交換器（４）、スタック（３）及び低音側熱交換器（５）には、それぞれ音響管（１）の管路断面全域に分散して複数の貫通孔（４１）（３１）（５１）が開設され、高温側熱交換器（４）に開設された各貫通孔（４１）と、スタック（３）に開設された各貫通孔（３１）と、低音側熱交換器（５）に開設された各貫通孔（５１）とは、それぞれ１本の直線上に揃っていることを特徴とする音響冷却装置。
【請求項２】
音響管内に共鳴を発生させて冷却対象の冷却を行なう音響冷却装置において、音響管内に配備される温度勾配発生ユニットであって、
音響管内の所定位置に設置されるべきスタック（３）の高温側端面と低音側端面にそれぞれ高温側熱交換器（４）と低音側熱交換器（５）が接合され、高温側熱交換器（４）、スタック（３）及び低音側熱交換器（５）には、それぞれ音響管（１）の管路断面全域に分散する複数の貫通孔（４１）（３１）（５１）が開設され、高温側熱交換器（４）に開設された各貫通孔（４１）と、スタック（３）に開設された各貫通孔（３１）と、低音側熱交換器（５）に開設された各貫通孔（５１）とは、それぞれ１本の直線上に揃っていることを特徴とする温度勾配発生ユニット。
【請求項３】
音響管内に共鳴を発生させて冷却対象の冷却を行なう音響冷却装置において音響管内に配備される温度勾配発生ユニットの製造方法であって、スタック（３）となる低熱伝導性平板の両面に、高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）となる高熱伝導性板を接合して、一体の温度勾配発生ブロックを作製する温度勾配発生ブロック作製工程と、作製された温度勾配発生ブロックに対して、３枚の平板を貫通する複数の貫通孔を開設する貫通孔開設工程とを有していることを特徴とする温度勾配発生ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響管内に共鳴を発生させて冷却対象の冷却を行なう音響冷却装置、該装置において音響管内に配備される温度勾配発生ユニット、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音響を利用して冷却対象の冷却を行なう音響冷却装置が知られている（例えば特公平３−４６７４５号参照）。
例えば図９に示す音響冷却装置（２００）は、一端（２０２Ａ）が閉止し、他端（２０２Ｂ）が開口した共鳴管（２０２）を具え、該共鳴管（２０２）の開口端（２０２Ｂ）に対向して、音波発生装置（２０１）が配備されている。
又、共鳴管（２０２）の適所には、蓄冷のためのスタック（２０３）が内蔵されている。スタック（２０３）は、ナイロン、ポリエステル、その他熱伝導性の低い資材からなる同心円状の複数の円筒、互いに平行な複数枚の板、或いは複数の孔が開設された１つの部材等から構成されている。
【０００３】
ここで、音波発生装置（２０１）への印加電流の周波数は、共鳴管（２０２）内で音波が共鳴することとなる値に設定される。音波発生装置（２０３）から共鳴管（２０２）の閉止端（２０２Ａ）へ向けて音波が発生されると、共鳴管（２０２）内には、図９に示す如き圧力分布Ｐが形成され、圧力変動の大きい腹の部分と、圧力変動の小さな節の部分とが交互に発生する。又、図中に矢印Ｗで示す様に、ガスの変位にも腹と節が生じることになる。
この結果、スタック（２０３）の両端に温度差が発生する。そして、スタック（２０３）の低温端と高温端がそれぞれ熱交換器（図示省略）を介して対象物の冷却と外界への放熱を行なうのである。
【０００４】
又、図５に示す従来の音響冷却装置は、音波発生装置（２）から発せられる音波によって音響管（１）内に共鳴を発生させ、これによってスタック（３０）に温度勾配を形成し、該スタック（３０）の高温側と低音側にそれぞれ高温側熱交換器（４０）と低音側熱交換器（５０）を配備して、冷却対象の冷却と外界への放熱を行なうものである。
図６に示す如く、スタック（３０）には、複数のスリット（３２）が開設されると共に、高温側熱交換器（４０）及び低音側熱交換器（５０）にはそれぞれ複数のスリット（４２）（５２）が開設されており、これらのスタック（３０）（４２）（５２）によって音波の通路を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の音響冷却装置においては、図６に示す如く複数のスリット（３２）が開設されたスタック（３０）と、複数のスリット（４２）が開設された高温側熱交換器（４０）と、複数のスリット（５２）が開設された低音側熱交換器（５０）とを作製した後、スタック（３０）の両側に高温側熱交換器（４０）及び低音側熱交換器（５０）を配置するという製造方法が採用されており、スタック（３０）のスリットパターンと、高温側熱交換器（４０）のスリットパターンと、低音側熱交換器（５０）のスリットパターンとは、必ずしも同じパターンに形成されていなかったため、これらのスリットパターンの間に不一致が生じていた。又、仮に同じパターンに形成することとした場合においても、機械加工の誤差や組立誤差によって、位置ずれは避けることが出来ない。
【０００６】
この結果、高温側熱交換器（４０）のスリット（４２）からスタック（３０）のスリット（３２）を経て低音側熱交換器（５０）のスリット（５２）へ至る空気の流路が、前記位置ずれの発生箇所で狭くなったり、場合によっては閉塞を生じることがある。
この様な場合、図８中に矢印で示す様に、高温側熱交換器（４０）のスリット（４２）とスタック（３０）のスリット（３２）との間や、スタック（３０）のスリット（３２）と低音側熱交換器（５０）のスリット（５２）との間に、空気流の乱れや滞留が生じて、大きな圧損となる問題がある。
又、スタック（３０）と高温側熱交換器（４０）との接触面積や、スタック（３０）と低音側熱交換器（５０）との接触面積が小さくなって、熱伝導性能が低下する問題がある。
そこで本発明の目的は、音響管内の空気の流れに大きな圧損を生じることがなく、然も高い熱伝導性能を得ることが出来る音響冷却装置、温度勾配発生ユニット、並びにその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る音響冷却装置においては、音響管（１）の管路に対向して音波発生装置（２）が配備されると共に、音響管（１）内の所定位置にはスタック（３）が配備され、音波発生装置（２）から発せられる音波によってスタック（３）に温度勾配を形成し、該スタック（３）の高温側と低音側にそれぞれ平板状の高温側熱交換器（４）と低音側熱交換器（５）を配備して、冷却対象の冷却と外界への放熱を行なう。
ここで、スタック（３）の高温側端面と低音側端面にはそれぞれ高温側熱交換器（４）と低音側熱交換器（５）とが接合されて、一体の温度勾配発生ユニット（１０）が構成されている。該温度勾配発生ユニット（１０）において、高温側熱交換器（４）、スタック（３）及び低音側熱交換器（５）には、それぞれ音響管（１）の管路断面全域に分散して複数の貫通孔（４１）（３１）（５１）が開設され、高温側熱交換器（４）に開設された各貫通孔（４１）と、スタック（３）に開設された各貫通孔（３１）と、低音側熱交換器（５）に開設された各貫通孔（５１）とは、それぞれ１本の直線上に揃っている。
【０００８】
上記温度勾配発生ユニット（１０）は、スタック（３）となる低熱伝導性平板の両面に、高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）となる高熱伝導性板を接合して、一体の温度勾配発生ブロックを作製した後、作製された温度勾配発生ブロックに対して、３枚の平板を貫通する複数の貫通孔を開設することによって、容易に作製することが出来る。
【０００９】
上記本発明の温度勾配発生ユニット（１０）を具えた音響冷却装置において、高温側熱交換器（４）に開設された各貫通孔（４１）と、スタック（３）に開設された各貫通孔（３１）と、低音側熱交換器（５）に開設された各貫通孔（５１）とは、それぞれ１本の直線上に揃っているので、高温側熱交換器（４）の貫通孔（４１）からスタック（３）の貫通孔（３１）を経て低音側熱交換器（５）の貫通孔（５１）へ至る空気の流路は、途中で狭くなったり、閉塞を生じることはない。従って、空気の流れはスムーズとなって、空気抵抗は従来の場合よりも大幅に小さくなる。
又、スタック（３）となる低熱伝導性平板の両面に高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）となる高熱伝導性板を接合して一体の温度勾配発生ブロックを作製した後に、該温度勾配発生ブロックに対して３枚の平板を貫通する複数の貫通孔を開設する製造方法が採用されるので、貫通孔のパターンに位置ずれは発生せず、この結果、スタック（３）と高温側熱交換器（４）との接触面積や、スタック（３）と低音側熱交換器（５）との接触面積は、従来よりも大きなものとなって、熱伝導性能が向上する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る音響冷却装置、温度勾配発生ユニット並びにその製造方法をよれば、音響管内の空気の流れに大きな圧損を生じることがなく、然も高い熱伝導性能を得ることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る音響冷却装置は、図１に示す如く、一端閉止、他端開放の音響管（１）を具え、該音響管（１）の開放側の端部にはハウジング（１３）が連結され、該ハウジング（１３）内に、ピエゾ圧電素子（図示省略）によって振動板（２１）を駆動する音波発生装置（２）が設置されている。
音響管（１）内の所定位置には、スタック（３）の両側に高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）を設置してなる温度勾配発生ユニット（１０）が配備されている。音響管（１）は、断熱材からなる外壁（１１）によって包囲され、音響管（１）の外周面と外壁（１１）の内周面の間に熱伝導材（１２）が充填され、該熱伝導材（１２）に接触させて冷却対象（７）が配置されている。
高温側熱交換器（４）の端部には放熱フィン（６）が連結され、外界への放熱を可能としている。
【００１２】
温度勾配発生ユニット（１０）は、図２に示す如くスタック（３）の高温側の端面に円板状の高温側熱交換器（４）を接合すると共に、スタック（３）の低音側の端面に円板状の低音側熱交換器（５）を接合して構成されている。
図３に示す如く、スタック（３）には、多数の円形の貫通孔（３１）が開設されると共に、高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）にはそれぞれ、多数の円形の貫通孔（４１）（５１）が開設されており、スタック（３）の貫通孔パターンと両熱交換器（４）（５）の貫通孔パターンとは互いに一致している。
【００１３】
図４は、温度勾配発生ユニット（１０）の製造工程を表わしている。先ず、図４（ａ）に示す如く、直径約４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅板（４５）の表面に高熱伝導性の接着剤（８）を塗布した後、同図（ｂ）に示す如く、直径約４０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリイミド製の樹脂板（３５）を重ね合わせて接合する。更に、同図（ｃ）に示す如く、該樹脂板（３５）の表面に高熱伝導性の接着剤（８）を塗布した後、同図（ｄ）に示す如く、直径約４０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリイミド製の銅板（５５）を重ね合わせて接合する。これによって、図４（ｄ）に示す一体の温度勾配発生ブロック（１０′）が得られる。
次に、前記温度勾配発生ブロック（１０′）の表面にレーザビーム（９）を照射して、内径０．０５ｍｍの貫通孔（５１）（３１）（４１）を０．０６ｍｍのピッチで開設する。これによって、図２に示す本発明の温度勾配発生ユニット（１０）が得られる。
【００１４】
尚、図４に示す温度勾配発生ブロック（１０′）の作製においては、高熱伝導性接着剤（８）を用いた接合方法に代えて、樹脂板（３５）の表面を溶融させることによって銅板（４５）（５５）を溶着せしめる方法を採用することも可能である。
又、レーザビーム（９）を用いたレーザ加工に代えて、パンチングによる機械加工を採用することも可能である。
【００１５】
上記製造方法によって製造された温度勾配発生ユニット（１０）においては、図７に示す如く、スタック（３）の各貫通孔（３１）と、高温側熱交換器（４）の各貫通孔（４１）と、低音側熱交換器（５）の各貫通孔（５１）とが、それぞれ同一直線上に揃うことになるので、これらの貫通孔（４１）（３１）（５１）によって形成される空気の流路は、断面積一定の抵抗の低い流路となる。従って、図７中に矢印で示す様に、空気の流れは乱れのないスムーズなものとなり、圧損は図８に示す従来の場合よりも大幅に減少する。
又、スタック（３）と高温側熱交換器（４）の間の接合面積や、スタック（３）と低音側熱交換器（５）との間の接合面積は、可及的に最大となるため、スタック（３）と両高温側熱交換器（４）（５）の間の熱伝導性は高いものとなる。
【００１６】
図１に示す本発明の音響冷却装置においては、音波発生装置（２）から発生する音波によって音響管（１）内に共鳴が起こり、これに伴う熱音響効果によってスタック（３）には温度勾配が発生する。この結果、スタック（３）の高温側の熱は、高温側熱交換器（４）を経て放熱フィン（６）から外界へ放出される。又、スタック（３）の低温側の温度が低下することによって、冷却対象（７）から熱伝導材（１２）を経て低音側熱交換器（５）に至る熱の流れが発生する。この結果、冷却対象（７）が冷却されることになる。
【００１７】
上述の如く本発明に係る音響冷却装置によれば、温度勾配発生ユニット（１０）内の空気流に作用する圧損は小さく、然も温度勾配発生ユニット（１０）に高い熱伝導性能が得られるので、高い熱効率を得ることが出来る。
又、温度勾配発生ユニット（１０）の製造工程においては、スタック（３）に対して高温側熱交換器（４）及び低音側熱交換器（５）を高精度に位置合わせする作業が不要となるので、製造コストの削減が可能である。
【００１８】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、スタック（３）及び両熱交換器（４）（５）に開設すべき貫通孔（３１）（４１）（５１）は円形孔に限らず、多角形、楕円、或いはスリット形状等に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音響冷却装置の構成を示す断面図である。
【図２】温度勾配発生ユニットの断面図である。
【図３】温度勾配発生ユニットを構成するスタック及び熱交換器の正面図である。
【図４】温度勾配発生ユニットの製造工程を示す一連の斜視図である。
【図５】従来の音響冷却装置におけるスタック及び熱交換器の配置を示す断面図である。
【図６】該スタック及び熱交換器の正面図である。
【図７】本発明の温度勾配発生ユニットにおける空気の流れを示す断面図である。
【図８】従来の空気の流れを示す断面図である。
【図９】音響冷却装置の構成及び原理を説明する図である。
【符号の説明】
（１）　音響管
（１０）　温度勾配発生ユニット
（２）　音波発生装置
（３）　スタック
（３１）　貫通孔
（４）　高温側熱交換器
（４１）　貫通孔
（５）　低音側熱交換器
（５１）　貫通孔
（６）　放熱フィン
（７）　冷却対象
【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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【図９】
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