(57)【要約】【課題】音エネルギーと熱エネルギーとの間におけるエネルギー変換効率を向上させるとともに、製品毎のエネルギー変換効率を均一に保証することのできるスタックを提供する。【解決手段】ループ管２内に設けられ、このループ管２内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタック３において、天然繊維や樹脂繊維を含有する平面状シート３１と、天然繊維や樹脂繊維を含有する波面状シート３２とを有し、これらの平面状シート３１と波面状シート３２とを交互に設ける。また、天然繊維や樹脂繊維などで構成された複数枚の平面状シート３１について接着位置を交互にずらしながら接着・積層し、最後に、各シートを離間させて導通路３０を形成する。【選択図】図４
2007292326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックにおいて、
繊維状物質によって形成された平面状シートと、繊維状物質によって形成された波面状シートとを有し、当該平面状シートと波面状シートとを交互に設けることによって多孔を形成するようにしたことを特徴とするスタック。
【請求項２】
請求項２に記載のスタックにおいて、積層された一対の平面状シートと波面状シートを巻き取ることによって多孔を形成するようにしたスタック。
【請求項３】
管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックの製造方法において、
繊維状物質によって形成された平面状シートと繊維状物質によって形成された波面状シートとを交互に積層する工程と、当該積層された複数枚のシートを管の内径に沿って切断する工程とを備えたことを特徴とするスタックの製造方法。
【請求項４】
管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックの製造方法において、
繊維状物質によって形成された少なくとも一対の平面状シートと波面状シートを積層する工程と、当該積層された複数のシートを巻き取ることによって管の内径に沿う円柱状に形成する工程とを備えたことを特徴とするスタックの製造方法。
【請求項５】
管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックにおいて、
繊維状物質によって形成された複数枚の波面状シートによって多孔を形成するようにしたことを特徴とするスタック。
【請求項６】
管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックの製造方法において、
繊維状物質によって形成された平面状シートの上面に直線状かつ等間隔に接着剤を塗布する工程と、
当該平面状シートの上面に他の平面状シートを積層して接着させる工程と、
当該接着された平面シートの上面に、下層の接着部分との中間位置に直線状に接着剤を塗布する工程と、
当該接着剤の上面に他の平面状シートを積層して接着させる工程と、
前記各工程を繰り返して順次平面状シートを積層する工程と、
当該積層された複数枚のシートを法線方向に離間させることによって非接着部分に多孔を形成する工程とを備えたことを特徴とするスタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置などで利用されるスタック及び、その製造方法に関するものであり、より詳しくは、熱エネルギーと音エネルギーとの間でエネルギー変換を行う効率を向上させるようにしたスタック及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱音響装置は、音エネルギーと熱エネルギーとの間でエネルギー変換を行うことによって、冷却対象物などを冷却させるようにしたものとして知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、工場の廃熱などを利用して冷却対象物を冷却できるようにした熱音響装置が開示されている。この熱音響装置は、図８に示すように、作動流体を封入したループ管２０と、このループ管２０の一方側に設けられ高温側熱交換器４０及び低温側熱交換器５０に挟まれた第一のスタック３０ａと、当該ループ管２０の他方側に設けられる高温側熱交換器６０及び低温側熱交換器７０に挟まれた第二のスタック３０ｂとを有するものである。
【０００４】
このような熱音響装置の原理の概要について説明すると、第一のスタック３０ａ側の高温側熱交換器４０を加熱し、低温側熱交換器５０を冷却すると、その第一のスタック３０ａ内から自励の音波が発生する。この自励の音波は、古くから吉備津神社の鳴釜の現象や、レイケ管における気柱共鳴の現象などとして知られている。このように自励の音波が発生すると、その音波は定在波及び進行波となってループ管内を伝搬し、ループ管２０の反対側に設けられた第二のスタック３０ｂ内に音エネルギーとして移送される。そして、その音エネルギーが第二のスタック３０ｂ内に形成された多孔の導通路を通過し、その導通路内で作動流体を膨張・収縮させる。そして、その作動流体の膨張や収縮の動作の繰り返しによって作動流体は第二のスタック３０ｂの壁面との間で熱交換を行い、熱エネルギーを音エネルギーの移送方向と逆方向に熱を移送させる。そして、その熱の移送によって低温側熱交換器７０側の熱を奪い、その低温側熱交換器７０を用いて外部の冷却対象物を冷却させるようにしたものである。なお、ここで「スタック」とは、内側に貫通する多孔を有する蓄熱着、蓄冷器、再生器、熱交換器などであって、多孔内の流体が壁面との間で熱交換を行いうる器具や装置をいう。
【０００５】
ところで、このような熱音響装置で用いられるスタックとしては、次の文献に示されるようなものが知られている。
【０００６】
例えば、下記の特許文献２には、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、セラミクッス等の伝熱体によって複数のプレートを形成し、これを積層させたスタックが開示されている。
【０００７】
また、下記の非特許文献１には、ハニカム形状のセラミックやステンレス板を非常に狭い間隔で積層したスタックや、金網または研磨紙をロール状に巻いたスタック、ストローや陶製硝子管を束ねたスタックなどが開示されている。
【０００８】
さらには、下記の特許文献１や特許文献３に、セラミクス、燒結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大きい素材であって、ループ管の軸方向に貫通する多孔のスタックや、微小の球状セラミクスなどを敷き詰めて蛇行した導通路を形成するスタックなどが開示されている。
【０００９】
しかしながら、これらのスタックのうち金属やセラミクスなどによって構成されたスタックは、一般に射出成形によって多孔が形成されるため、微小形を形成することが困難である。すなわち、孔径を小さくしようにすると、射出時において高温で押し出された素材が孔内で密着し、目詰まりを起こしてしまう可能性がある。しかも、射出成形によって形成された導通路の壁面は平滑な状態となっているため、作動流体との接触面積が小さくなり、エネルギー変換効率がよくない。
【００１０】
これに対して、下記の特許文献４には、脱脂綿などのランダム繊維材料を利用したスタックが提案されている。このスタックは、所望の厚さ（例えば、０．５ｃｍ）まで脱脂綿を圧縮させ、これによって蛇行した導通路を形成して熱交換率を向上させるようにしたものである。
【００１１】
しかしながら、脱脂綿などのランダム繊維材料を圧縮してスタックを形成させた場合は、スタック毎に導通路の形成状態が変わってしまうため、製品毎に均一な熱交換率を保証することができない。また、圧縮率を一定にした場合であっても、運搬時や管内への取り付ける際、圧縮されて熱交換率が変わってしまう恐れがある。さらには、スタックの圧縮率を高くすると脱脂綿内の導通路が塞がれてしまう可能性があり、逆に音エネルギーの通過を遮断して熱交換率が悪くなる可能性もある。
【特許文献１】特開２００５−２７４１００号公報
【特許文献２】特開平０８−０１４６７９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４０９９号公報
【特許文献４】特表２００４−５３４１９５号公報
【非特許文献１】Ｎｏ．９５−１ 日本機械学会第７２期通常総会講演会資料集（Ｖ）のＷＳ６−（５）「熱音響冷凍におけるスタックの影響」、ＷＳ６−（４）「熱音響冷凍の概要」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、音エネルギーと熱エネルギーとの間におけるエネルギー変換効率を向上させるとともに、製品毎のエネルギー変換効率を均一に保証することのできるスタック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】
【００１３】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックにおいて、繊維状物質によって形成された平面状シートと、繊維状物質によって形成された波面状シートとを有し、当該平面状シートと波面状シートとを交互に設けることによって多孔を形成するようにしたものである。
【００１４】
このようにすれば、繊維状物質によって形成されたシートによって孔の内壁が形成されるため、射出成形によって多孔を形成する場合に比べて、孔内に目詰まりを起こす心配もなくなり、また、微小径を有する多孔を形成することができる。しかも、シートが繊維状物質によって形成されているため、表面が粗面状態となり、孔の内壁と作動流体との接触面積が大きくなってエネルギー変換効率も良くなる。さらには、製品毎におけるエネルギー変換効率を均一にすることもできる。
【００１５】
また、このような発明において、積層された一対の平面状シートと波面状シートを巻き取ることによって多孔を形成する。
【００１６】
そして、一対の平面状シートと波面状シートを積層し、その積層されたシートを巻き取ることによってスタックを形成する。
【００１７】
このようにすれば、あらかじめ孔径の大きさを波面状シートの形状によって決定することができ、しかも、そのシートを平面状シートに積層するだけで複数の孔を形成することができるため、孔径の形成とその大きさの決定を容易に行うことができるようになる。
【００１８】
また、別の発明では、管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックにおいて、繊維状物質によって形成された複数枚の波面状シートによって多孔を形成する。
【００１９】
そして、このようなスタックを形成する場合、繊維状物質によって形成された平面状シートの上面に直線状かつ等間隔に接着剤を塗布する工程と、当該平面状シートの上面に他の平面状シートを積層して接着させる工程と、当該接着された平面シートの上面に、下層の接着部分との中間位置に直線状に接着剤を塗布する工程と、当該接着剤の上面に他の平面状シートを積層して接着させる工程と、前記各工程を繰り返して順次平面状シートを積層する工程とを備え、当該積層された複数枚のシートを法線方向に離間させることによって非接着部分に多孔を形成する。
【００２０】
このような発明によれば、平面シートをそれぞれ接着させた後に法線方向に引っ張るだけで、均一の大きさの多孔を形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、管内に設けられ、当該管内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタックにおいて、繊維状物質によって形成された平面状シートを用いて多孔を形成するようにしたので、射出成形によって多孔を形成する場合に比べて、微小径の孔を多数形成することができる。しかも、繊維状物質を用いているため、孔の内壁と作動流体との接触面積を大きくすることができ、エネルギー変換効率を向上させることができるとともに、製品毎のエネルギー変換効率も均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る熱音響装置１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
この実施の形態におけるスタック３（３ａ、３ｂ）は、ループ管２内において音エネルギーと熱エネルギーとの間でエネルギー交換を行う熱音響装置１に使用されるものである。この熱音響装置１は、図１に示すように、全体として略長方形状に構成されたループ管２と、このループ管２の内部２カ所に設けられた第一の熱交換器３００と第二の熱交換器３１０とを備えて構成される。この第一の熱交換器３００は、上から順に、第一高温側熱交換器４、第一のスタック３ａ、第一低温側熱交換器５をそれぞれ密着させて構成し、また、第二の熱交換器３１０側も、第二高温側熱交換器６、第二のスタック３ｂ、第二低温側熱交換器７をそれぞれ密着させて構成する。そして、第一の熱交換器３００側における第一高温側熱交換器４を加熱するとともに第一低温側熱交換器７を冷却することによって第一の熱交換器３００から自励による音波を発生させ、この音波の定在波及び進行波をループ管２に沿って第二の熱交換器３１０側へ移送させる。そして、第二の熱交換器３１０側で、その音エネルギーの移送方向と逆方向に熱エネルギーを移送させて、第二低温側熱交換器７を冷却させるようにしたものである。
【００２４】
この熱音響装置１の構成について具体的に説明すると、熱音響装置１を構成するループ管２は、一対の直線管部２ａと、これらの直線管部２ａを連結する連結管部２ｂとを設けて構成される。これらの直線管部２ａや連結管部２ｂは、金属製のパイプ、透明なガラス、若しくは、樹脂などによって構成される。このうち、透明なガラスや樹脂などを用いた場合は、第一のスタック３ａや第二のスタック３ｂの位置や管内の状態を視認することができ、また、ガラスや樹脂などのように比較的熱伝導率の小さな素材で構成した場合は、第一の熱交換器３００側で加熱した熱が第二の熱交換器３１０側へ伝導させることなく、冷却効率を高めることができる。
【００２５】
そして、このループ管２の内部には、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入され、内圧は０．０１ＭＰａ〜５ＭＰａなどの値に設定される。なお、これらの封入される作動流体は、窒素や空気などであっても良い。
【００２６】
このような作動流体を封入する場合は、プラントル数が小さく、また、比重の小さいヘリウムなどを使用する。このようにすれば、音波の発生までの時間を短縮することができる。しかし、このような作動流体を用いた場合は、音速が早くなってしまい、スタック内壁との間でうまく熱交換を行うことができない。また、逆に、プラントル数が大きく、また、比重も大きいアルゴンなどを使用すると、今度は粘性が高くなって音波を迅速に発生させることができなくなる。このため、好ましくは、ヘリウムとアルゴンの混合ガスを用いるようにする。このような混合ガスの封入は、次のように行う。
【００２７】
まず、始めにプラントル数が小さく、また、比重の小さいヘリウムをループ管２内に封入しておき、迅速に音波を発生させる。そして、次に、発生した音波の音速を低下させるために、アルゴンなどのようなプラントル数が大きく、また、比重も大きいガスを注入する。このアルゴンの混入に際しては、図１に示すように、上側に設けられた連結管部２ｂの中央部分にヘリウム気体注入装置９ａとアルゴン気体注入装置９ｂを設けておき、そこからアルゴンを注入する。すると、アルゴンは、左右の直線管部２ａに均一に分離し、下方に向かって内部のヘリウムと混合する。これらの混合ガスの圧力は、０．０１ＭＰａ〜５ＭＰａに設定する。
【００２８】
次に、このループ管２の内部に設けられる第一の熱交換器３００と第二の熱交換器３１０の構成について説明する。第一高温側熱交換器４や第一低温側熱交換器５および第二高温側熱交換器６や第二低温側熱交換器７は、共に熱容量の大きな金属などで構成される。そして、その内側にループ管２の軸方向に貫通した微小径の導通路３０を設けて作動流体を通過させるようにする。これらの第一高温側熱交換器４及び第一低温側熱交換器５のうち、第一の熱交換器３００側の第一高温側熱交換器４は、第一のスタック３ａの上面と接するように取り付けられ、外部から供給される電力や工場の廃熱、自動車の廃熱などの未利用廃熱などを用いて、例えば、約２５０℃〜７５０℃などに加熱される。
【００２９】
一方、第一低温側熱交換器５は、第一のスタック３ａの下面に接するように取り付けられ、その外周部分に冷却剤を循環させる冷却循環器８などが取り付けられる。そして、第一高温側熱交換器４よりも低温に設定され、例えば、１５℃〜１６℃などの常温に設定される。なお、第一高温側熱交換器４や第一低温側熱交換器５の温度は、このような温度に限定されるものでなく、ループ管２内の作動流体の種類や圧力、内径や長さなど他の要素の状態によって最適な値に設定される。
【００３０】
次に、第二の熱交換器３１０側における第二高温側熱交換器６は、第二のスタックの上側に密着するように取り付けられ、後述する第二低温側熱交換器７よりも相対的に高温に設定される。この第二高温側熱交換器６の温度としては、例えば、１５℃〜１６℃などに設定される。この第二高温側熱交換器６の温度を設定する場合、第一低温側熱交換器５の周囲に取り付けられた冷却循環器８を用いて第一低温側熱交換器５とほぼ同じ温度に設定する。
【００３１】
また、この第二の熱交換器３１０側に設けられる第二低温側熱交換器７は、ループ管２内に発生した音エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーの移送によって生じた冷熱を外部に出力する。そして、この出力によって外部の冷却対象物を冷却する。この冷却温度は、ループ管２内の作動流体の圧力や加熱状態などの状態によってマイナス３０度程度まで冷却される。
【００３２】
さらに、この実施の形態では、第一のスタック３ａおよび第二のスタック３ｂとして、次に示すような構成を用いる。なお、この実施の形態では、第一のスタック３ａと第二のスタック３ｂをまとめて「スタック３」として説明するが、それぞれ別の構成であってもよい。
【００３３】
まず、これらのスタック３は、ループ管２に内接する円柱状に構成されるのもので、繊維状物質によって形成された多数枚のシートを用いて構成される。なお、ここで、シートとは、無機あるいは有機の繊維状物質の集合体、具体的には、シリカ、アルミナを主成分としたセラミック繊維、ガラス繊維、ＦｅやＣｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属から製造された金属繊維、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリクラール、ナイロン、レーヨン、ビニロン、ビニリデン、ポリ塩化ビニル、アセテート、ポリエステルなどの化学繊維、また、セルロース、絹、木綿などの天然系繊維、また、炭素繊維や炭化ケイ素繊維などを使用してなるものであり、これらの繊維状物質をパルプや有機・無機バインダーとともに抄紙して得られる平面状もしくは波面状の部材である。このシートは、表面が粗面状となっており、例えば、表面上に液滴を垂らしたときに、液滴側における内角が３０度〜８０度をなすようになっている。なお、これらの素材の中で、１００℃以上の熱が加わる部分では、耐熱性が要求されることから、材質として無機の繊維状物質のものが好ましく、なかでもセラミクス繊維を用いるのがよい。セラミクス繊維の直径は、通常１〜１０μｍの範囲であるものが使用される。また、各シートの厚みとしては０．０４〜０．２０ｍｍが好ましく、より好適には０．０５〜０．１５ｍｍの範囲のものを用いる。シートの厚みが０．０４ｍｍ以下では、シートの強度が弱いため導通路を形成することが難しく、厚みが０．２ｍｍ以上である場合は、開口面積比が低下してシステム効率が悪化する恐れがある。
【００３４】
次に、このスタック３の第一の実施形態における構成について図４に説明する。
【００３５】
まず、第一の形態におけるスタック３は、図４に示すように、平面状に構成された平面状シート３１と、波面状に構成された波面状シート３２とを交互に積層し、その後、これらの積層された複数のシート群３１、３２をループ管２の内径寸法に合わせて円柱状に切断し、周囲を平面状シート３１で囲む。この波面状シート３２は、正弦波状に波打ったシートや、もしくは、三角波形状のシートを用い、しかも、ピッチが０．５〜４．０ｍｍ、波の高さが１．０〜５．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、ピッチが０．５ｍｍ未満、波の高さが１．２〜４．０ｍｍの範囲にあるものがよい。ピッチが０．５ｍｍ未満、波の高さが１ｍｍ未満である場合は、導通路の形成が困難であり、一方、ピッチが４ｍｍを超えて、波の高さが５ｍｍを超える場合は、熱や音波の接触効率が悪くなり結果としてシステム性能が悪化する。このセルの数としては、通常１００〜２０００セル／平方インチであり、好ましくは、３００〜１５００セル／平方インチ、より好ましくは４００〜１０００セル／平方インチとする。
【００３６】
これらのシートを交互に積層する場合、まず、波面状シート３２における波面状の上端部分及び下端部分に接着剤を塗布した後、平面状シート３１上に積層して接着する。そして、さらにその上面に平面状シート３１を積層し、以下同様に波面状シート３２と平面状シート３１とを交互に積層していく。そして、最後に、ループ管２の内径に等しくなった状態でその形状に合わせて切断し、周囲を平面状シート３１で囲む。
【００３７】
次に、第二の実施の形態におけるスタック３について図５に説明する。
【００３８】
第二の形態におけるスタック３は、第一の形態におけるスタック３と同様の平面状シート３１と波面状シート３２とを交互に積層して構成される。ただし、この実施の形態では、一対の平面状シート３１と波面状シート３２を積層して接着し、その後、これら一対のシートを巻き上げていき、ループ管２の内径に等しい円柱状とする。このようなスタック３を用いた場合は、積層する工程が少なく、また、円筒状に切断する工程も不要となるため、簡単に円柱状のスタック３を構成することができる。
【００３９】
次に、第三の実施の形態におけるスタック３について図６に説明する。
【００４０】
第三の実施の形態におけるスタック３は、第一の実施の形態で説明した平面状シート３１の表面に直線状に平行な接着部分３３を形成し、その上に他の平面状シート３１を積層する。そして、この積層された平面状シート３１の上面に、今度は、先ほどの接着部分３３と接着部分３３の中間位置に接着剤を塗布して、平行な直線状の接着部分３３を形成し、その上に、他の平面状シート３１を積層していく。以降、同様に接着部分３３を交互にずらしながら平面状シート３１を積層していき、最後に、上面側のシートと下面側のシートを離間させ、非接着部分に直線状の導通路３０を形成する。この第三の実施の形態によれば、各シートを接着する際に、平面状シート３１に接着剤を塗布するため、接着剤の塗布作業を簡単にすることができる。
【００４１】
次に、第四の実施の形態におけるスタック３について図７に説明する。
【００４２】
第四の実施の形態におけるスタック３は、第三の実施の形態におけるスタック３と同様に、複数枚の平面状シート３１を接着しながら積層していき、その後、両側から各シートを離間させることによって各シート間に導通路３０を形成する。そして、この第四の実施の形態において特徴的には、接着剤の塗布幅を第三の実施の形態よりも広く一定幅を有するようにしている。まず、各シートを接着する場合、平面状シート３１の上面に、一定幅を有するように直線状に接着剤を塗布し、平行な複数の接着部分３３を形成する。このとき、各接着部分３３の幅と非接着部分の幅は、非接着部分の幅が接着部分３３の幅の約３倍となるようにする。そして、これらの間隔をもって接着部分３３を形成して平面状シート３１を接着した後、今度は、その積層された平面状シート３１の上面に、先ほどの接着部分３３の中間位置であって、同じ幅を有する接着部分３３を形成する。つまり、積層された平面状シート３１の表裏側に、裏面側の接着部分３３、非接着部分３３、表面側の接着部分３３、非接着部分３３、裏面側の接着部分３３が同じ幅で交互にくるようにする。そして、このように各平面状シート３１を順次積層して接着し、最後に、最上面側の平面状シート３１と最下面側の平面状シート３１を離間させ、各シート間の非接着部分に導通路３０を形成する。これにより、各平面状シート３１間にハニカム状の導通路３０が形成されることになる。
【００４３】
次に、このように構成されたスタック３を含む第一の熱交換器３００の作用について図２に説明する。
第一の熱交換器３００の第一高温側熱交換器４を加熱するとともに第一低温側熱交換器５を冷却すると、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との間に温度勾配が形成され、第一のスタック３ａの導通路３０内における作動流体が、圧縮→加熱→膨張→冷却のサイクルを受けて、温度勾配のある壁面に沿って熱交換を行いながら往復運動を繰り返す。この際、導通路３０内の壁面が非金属繊維を含む粗面状となっているため、作動流体と熱交換を行う面積が大きくなり、効率よく熱交換を行いながら自励の音波を発生させる。
【００４４】
そして、この発生した音波は、定在波及び進行波による音エネルギーとして、第二の熱交換器３１０側へ移送される。
【００４５】
音エネルギーを受け取った第二の熱交換器３１０側では、定在波及び進行波に基づいて、第二のスタック３ｂ内の作動流体を膨張・圧縮させる。この第二のスタック３ｂの導通路３０内において作動流体は、図３に示すように、第一のスタック３ａにおけるサイクルとは逆の工程で、圧縮→冷却→膨張→加熱のサイクルを繰り返す。この際、スタック３の導通路３０内に壁面が非金属繊維を含む粗面状となっているため、作動流体と熱交換を行う表面積が大きくなり、効率よく熱交換を行いながらスタック３の壁面に熱を蓄積させる。そして、その際に熱交換された熱エネルギーを音エネルギーの移送方向と逆方向、すなわち、第二低温側熱交換器７から第二高温側熱交換器６側へ移送させ、第二高温側熱交換器６側に高い熱を、また、第二低温側熱交換器７側に低い熱を蓄積させる。この第二高温側熱交換器６側へ移送された高温の熱は、周囲に設けられた冷却循環器８によって熱が奪われ、これに伴って、徐々に熱が第二高温側熱交換器６側へと移送されていき、第二低温側熱交換器７が冷却されていく。これにより、第二低温側熱交換器７の冷熱を取り出して冷却対象物を冷却することができる。
【００４６】
このように上記実施の形態によれば、ループ管２内に設けられ、このループ管２内において音エネルギーと熱エネルギーの間でエネルギー変換を行う多孔を有するスタック３において、天然繊維や樹脂繊維を含有する平面状シート３１と、天然繊維や樹脂繊維を含有する波面状シート３２とを有し、これらの平面状シート３１と波面状シート３２とを交互に設けることによって導通路３０を形成するようにしたので、従来のように、射出成形によって導通路３０を形成する場合に比べて、小さな孔を設けても孔内に目詰まりを起こす心配がなくなり、確実に多くの導通路３０を形成することができる。しかも、シートが非金属繊維で構成された粗面状となっているため、導通路３０の内壁と作動流体との接触面積を大きくしてエネルギー変換効率をよくすることができるとともに、スタック３毎におけるエネルギー変換効率を均一なものにすることができる。
【００４７】
また、このような発明において、積層された一対の平面状シート３１と波面状シート３２を巻き取ることによって複数の導通路３０を有するスタック３を形成するようにしたので、各シートの積層工程や切断の作業を簡略化し、簡単にスタック３を形成することができるようになる。また、導通路３０の形状をあらかじめシートを波面状にする段階で決定することができ、導通路３０の形状を簡単に決定することができる。
【００４８】
また、別の発明では、天然繊維や樹脂繊維などで構成された複数枚の平面状シート３１について接着位置を交互にずらしながら接着・積層し、最後に、各シートを離間させて導通路３０を形成するようにしたので、平面状シート３１を接着させた後に法線方向に引っ張るだけで、均一の大きさの導通路３０を形成することができるようになる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００５０】
例えば、上記実施の形態では、ループ管２を用いて音エネルギーと熱エネルギーの間におけるエネルギー変換を行うようにしたが、ループ管２に限らず、直線状のパルス管や、その他の形状の管に使用することもできる。また、その管の断面形状についても、円形断面を有する管に限らず、矩形状の断面にすることもできる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、平面状シート３１と波面状シート３２とを交互に接着するようにしているが、それぞれのシートを接着することなく積層するようにしてもよい。この場合、平面状シート３１と波面状シート３２とを接着せずに積層し、円柱状に切断した後、その周囲を平面状シート３１で包み込むようにするとよい。このようにした場合は、接着工程が不要になるので、簡単にスタック３を形成することができ、また、接着剤のはみ出しによる目詰まりの心配もなくなる。
【００５２】
さらに、上記実施の形態では、シートを非金属繊維で構成するようにしているが、導通路３０の方向に沿って相対的に熱伝導性の高い繊維を直線状に並べ、この高熱伝導性繊維によってスタック３内に蓄積された熱を速やかに高温側熱交換器側に移送させるようにしてもよい。この場合、高熱伝導性繊維は、非金属繊維であっても金属繊維であってもよいが、シートの表面は可能な限り粗面の状態としておく。
【００５３】
加えて、上記実施の形態では、平面状シート３１と波面状シート３２を積層し、もしくは、平面状シート３１を部分的に接着して離間させることにより導通路３０を形成しているが、例えば、複数枚の波面状シート３２を交互に積層することによって導通路３０を形成するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態では、第一のスタック３ａと第二のスタック３ｂを同じ構成として説明しているが、第一のスタック３ａと第二のスタック３ｂの構成をそれぞれ別の構成にするようにしてもよい。この場合、第一のスタック３ａ側では、熱エネルギーから音エネルギーへのエネルギー変換効率のよい構成を採用し、また、第二のスタック３ｂ側では、音エネルギーから熱エネルギーへのエネルギー変換効率のよい構成を採用するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態における熱音響装置の概要を示す図
【図２】同形態におけるスタック内の作動流体の状態を示す図
【図３】同形態におけるスタック内の作動流体の状態を示す図
【図４】第一の実施の形態におけるスタックの構成を示す図
【図５】第二の実施の形態におけるスタックの構成を示す図
【図６】第三の実施の形態におけるスタックの構成を示す図
【図７】第四の実施の形態におけるスタックの構成を示す図
【図８】従来の熱音響装置の外観を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１・・・熱音響装置
２・・・ループ管
２ａ・・・直線管部
２ｂ・・・連結管部
３（３ａ、３ｂ）・・・スタック
４・・・第一高温側熱交換器
５・・・第一低温側熱交換器
６・・・第二高温側熱交換器
７・・・第二低温側熱交換器
８・・・冷却循環器
９ａ・・・ヘリウム気体注入装置
９ｂ・・・アルゴン気体注入装置
３０・・・導通路
３００・・・第一の熱交換器
３１０・・・第二の熱交換器
３１・・・平面状シート
３２・・・波面状シート
３３・・・接着部分
【図１】
2007292326.tif 000003
【図２】
2007292326.tif 000004
【図３】
2007292326.tif 000005
【図４】
2007292326.tif 000006
【図５】
2007292326.tif 000007
【図６】
2007292326.tif 000008
【図７】
2007292326.tif 000009
【図８】
2007292326.tif 000010