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公開番号2025119981
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2024015152
出願日2024-02-02
発明の名称熱音響装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類F03G 7/00 20060101AFI20250807BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】熱と音波との間の変換を効率的に行うことができる熱音響装置を提供すること。
【解決手段】熱音響装置1において、熱音変換部12は、蓄熱器2と、高温側熱交換器31と、低温側熱交換器32と、ハウジング4と、を備える。ハウジング4は、蓄熱器2、高温側熱交換器31、低温側熱交換器32を内側に収容すると共に、流体配管11に接続される。蓄熱器2は、高温側熱交換器31と低温側熱交換器32とによって、低温側熱交換器32、蓄熱器2、高温側熱交換器31の並び方向Zに挟持されている。高温側熱交換器31及び低温側熱交換器32のうち、少なくとも一方は、流体流路の水力直径に対する流体流路の長さの比が、5以上である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
熱音響現象を利用して、熱と音波との間の変換を行う熱音響装置（１）であって、
作動流体が充填された流体配管（１１）と、前記流体配管に設けられた熱音変換部（１２）と、を備え、
前記熱音変換部は、
前記作動流体が導入される多数の細孔（２０）を有する蓄熱器（２）と、
前記蓄熱器の一端に配置されると共に、前記作動流体が導入される多数の流体流路（３１０）を有する高温側熱交換器（３１）と、
前記蓄熱器の他端に配置されると共に、前記作動流体が導入される多数の流体流路（３２０）を有する低温側熱交換器（３２）と、
前記蓄熱器、前記高温側熱交換器、前記低温側熱交換器を内側に収容すると共に、前記流体配管に接続されるハウジング（４）と、を備え、
前記蓄熱器は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とによって、前記低温側熱交換器、前記蓄熱器、前記高温側熱交換器の並び方向（Ｚ）に挟持されており、
前記高温側熱交換器及び前記低温側熱交換器のうち、少なくとも一方は、前記流体流路の水力直径に対する前記流体流路の長さの比が、５以上である、熱音響装置。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記蓄熱器の前記細孔の水力直径Ｄ
ｈ
に対する、前記高温側熱交換器及び前記低温側熱交換器のうち少なくとも一方の熱交換器における前記流体流路の水力直径の比は、３０以下である、請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
前記蓄熱器の前記細孔の水力直径Ｄ
ｈ
に対する、前記高温側熱交換器及び前記低温側熱交換器のうち少なくとも一方の熱交換器における前記流体流路の水力直径の比は、１以上である、請求項１又は２に記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記蓄熱器の前記細孔の水力直径Ｄ
ｈ
に対する、前記高温側熱交換器及び前記低温側熱交換器のうち少なくとも一方の熱交換器における前記流体流路の水力直径の比は、１０以上である、請求項３に記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記蓄熱器の前記並び方向の各端面（２１）における開口率Ｒ１と、前記高温側熱交換器の前記並び方向の各端面（３１１）における開口率Ｒ２との積は、０．１５以上であり、かつ、前記蓄熱器の前記開口率Ｒ１と、前記低温側熱交換器の前記並び方向の各端面（３２１）における開口率Ｒ３との積は、０．１５以上である、請求項１又は２に記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記蓄熱器の前記並び方向の各端面（２１）における開口率Ｒ１と、前記高温側熱交換器の前記並び方向の各端面（３１１）における開口率Ｒ２との積は、０．５以下であり、かつ、前記蓄熱器の前記開口率Ｒ１と、前記低温側熱交換器の前記並び方向の各端面（３２１）における開口率Ｒ３との積は、０．５以下である、請求項１又は２に記載の熱音響装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、蓄熱器と、蓄熱器の一端を加熱する高温側熱交換器と、蓄熱器の他端を冷却する低温側熱交換器と、を備えた熱音響装置が知られている。特許文献１に記載の熱音響装置は、熱音響効果を起こす蓄熱器において、細孔の水力直径や開口率等を所定の範囲とすることにより、充分な熱音響効果を得ようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－７０２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の熱音響装置は、充分な熱音響効果を得るために、蓄熱器の細孔については考慮されているものの、熱交換器の流体流路については、充分に考慮されていない。そのため、熱交換器の各流体流路から蓄熱器の細孔へ伝播する音波において、媒質であるガス分子の振動速度や位相がずれるおそれがあり、熱と音波との間の変換を効率的に行うことができないおそれがある。そのため、熱と音波との間の変換効率の観点から、さらなる改善の余地があるといえる。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、熱と音波との間の変換を効率的に行うことができる熱音響装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、熱音響現象を利用して、熱と音波との間の変換を行う熱音響装置（１）であって、
作動流体が充填された流体配管（１１）と、前記流体配管に設けられた熱音変換部（１２）と、を備え、
前記熱音変換部は、
前記作動流体が導入される多数の細孔（２０）を有する蓄熱器（２）と、
前記蓄熱器の一端に配置されると共に、前記作動流体が導入される多数の流体流路（３１０）を有する高温側熱交換器（３１）と、
前記蓄熱器の他端に配置されると共に、前記作動流体が導入される多数の流体流路（３２０）を有する低温側熱交換器（３２）と、
前記蓄熱器、前記高温側熱交換器、前記低温側熱交換器を内側に収容すると共に、前記流体配管に接続されるハウジング（４）と、を備え、
前記蓄熱器は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とによって、前記低温側熱交換器、前記蓄熱器、前記高温側熱交換器の並び方向（Ｚ）に挟持されており、
前記高温側熱交換器及び前記低温側熱交換器のうち、少なくとも一方は、前記流体流路の水力直径に対する前記流体流路の長さの比が、５以上である、熱音響装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記熱音響装置において、高温側熱交換器及び低温側熱交換器のうち、少なくとも一方は、流体流路の水力直径に対する流体流路の長さの比が５以上である。それゆえ、高温側熱交換器及び低温側熱交換器のうち、少なくとも一方の各流体流路から蓄熱器の細孔へ伝播する音波において、媒質である作動流体の分子の振動速度や位相のズレを抑制することができる。その結果、熱と音波との間の変換を効率的に行うことができる。
【０００８】
以上のごとく、上記態様によれば、熱と音波との間の変換を効率的に行うことができる熱音響装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態１における、熱音響装置の概略図。
実施形態１における、熱音響装置の、並び方向に沿った断面図。
実施形態１における、高温側熱交換器を並び方向から見た平面図であって、図４のIII矢視図。
図３のIV-IV線矢視断面図。
実施形態１における、高温側熱交換器を並び方向から見た平面図であって、流体流路近傍の拡大平面図。
実施形態１における、低温側熱交換器を並び方向から見た平面図であって、図７のVI矢視図。
図６のVII-VII線矢視断面図。
実施形態１における、低温側熱交換器を並び方向から見た平面図であって、流体流路近傍の拡大平面図。
実施形態１における、蓄熱器を並び方向から見た平面図。
実施形態１における、蓄熱器を並び方向から見た平面図であって、細孔近傍の拡大平面図。
実験例１における、「Ｌ
Ｈ１
／Ｄ
Ｈ１
」及び「Ｌ
Ｈ２
／Ｄ
Ｈ２
」の値と熱音変換効率との関係等を示すグラフ。
実験例２における、蓄熱器の水力直径Ｄ
ｈ
と熱音変換効率との関係を示すグラフ。
実験例３における、「Ｄ
Ｈ１
／Ｄ
ｈ
」及び「Ｄ
Ｈ２
／Ｄ
ｈ
」の値と、熱音変換効率との関係を示すグラフ。
実験例４における、「Ｄ
Ｈ１
／Ｄ
ｈ
」及び「Ｄ
Ｈ２
／Ｄ
ｈ
」の値と、粘性損失比との関係を示すグラフ。
実験例５における、「Ｄ
Ｈ１
／Ｄ
ｈ
」及び「Ｄ
Ｈ２
／Ｄ
ｈ
」の値と、熱音変換効率との関係を示すグラフ。
実験例６における、蓄熱器の開口率Ｒ１と高温側熱交換器の開口率Ｒ２との積の値等と、熱音変換効率との関係を示すグラフ。
実施形態２における、熱音響装置の概略図。
実施形態３における、熱音響装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
熱音響装置に係る実施形態について、図１～図１０を参照して説明する。
本形態の熱音響装置１は、熱音響現象を利用して、熱と音波との間の変換を行う。熱音響装置１は、図１に示すごとく、作動流体が充填された流体配管１１と、流体配管１１に設けられた熱音変換部１２と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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