JP7547915B2 - 熱音響装置 - Google Patents

Description

本開示は、熱音響装置に関する。

作動流体が充填された管部に、加熱器とスタックと冷却器を配する熱音響装置が提示されている（特許文献１）。この熱音響装置は、管部内の作動流体を加熱器によって局所的に加熱し、低温熱源との間で熱交換を行う冷却器によって冷却する。その結果、スタックにおいて熱エネルギーの一部が音響エネルギーに変換されて管部内の作動流体が自励振動を起こし、管部内に音波を発生させる。

特開２０１３－１１７３１９号公報 特開２０１７－３１３２号公報 実用新案登録第３２１６５３６号公報

熱音響装置の性能を高めるためには、流路の方向に垂直な断面において均一に熱が広がることが望ましい。また、熱媒体としての油を用いて廃熱を回収し、加熱器の外周を一周するように配された配管の内部に油を流入させて加熱器を加熱する方法が知られている。流路の方向に垂直な断面の形状が円形である加熱器の外周に、一周するように配された配管の内部に、油を流入させると、配管の流入口に近い加熱器の部分の温度が高くなる。一方、油は加熱器によって熱を奪われるため、流入口から遠ざかるほど、温度が低くなる。これにより、加熱器の断面において、熱が高い部分と低い部分の偏りが発生し、熱音響装置の性能が低下するおそれがあった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、熱音響装置が提供される。この熱音響装置は、流体が封入される配管と、それぞれ前記配管に設けられる第１熱交換器および第２熱交換器と、前記配管の内部かつ前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の間に位置するスタックと、接触部が前記第１熱交換器の外周に沿うように配され、内部を熱せられた液体が流通する、２つ以上の管路と、を備え、前記第１熱交換器は、前記管路との間で熱交換を行う、環状の伝熱部と、前記伝熱部の内側に、前記流体が流通可能であるように配され、前記伝熱部と熱交換を行うことによって前記流体を温める複数のフィン部であって、互いに平行に並ぶように配されているフィン部と、を備え、前記フィン部がのびる方向と、前記２つ以上の管路のうちの２つである第１管路同士が向かい合う方向が、略平行である、熱音響装置。
この形態の熱音響装置によれば、フィン部の温度分布の偏りが小さくなる。この結果、熱音響装置の性能の低下を抑制することができる。
（２）上記形態の熱音響装置によれば、前記第１管路は、前記接触部の一端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部に前記液体を供給する第１供給部と、前記接触部の他端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部から前記液体を排出させる第１排出部と、をそれぞれ備えていてもよい。
（３）上記形態の熱音響装置によれば、前記フィン部がのびる方向と、前記管路のうちの他の２つである第２管路同士が向かい合う方向が、略垂直であってもよい。
第２管路が設けられていない場合、第１管路に流通する液体の熱が、第２管路が設けられていない部位に伝熱され、その部位を温めるために使われる。その場合、フィン部を温めるために使用される熱エネルギーが減少する。この形態の熱音響装置によれば、第２管路を設け、フィン部に効率よく熱を伝えることで、上記のような事態を防止できる。
（４）上記形態の熱音響装置によれば、前記第２管路に流通する前記液体の流量は、前記第１管路に流通する前記液体の流量に比べて小さくてもよい。
この形態の熱音響装置によれば、第２管路に流通する液体の流量を第１管路に流通する液体の流量よりも小さくすることで、熱音響装置の稼働のコストを抑えつつ、フィン部の温度分布の偏りを小さくすることができる。
（５）上記形態の熱音響装置によれば、前記第２管路は、前記接触部の一端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部に前記液体を供給する第２供給部と、前記接触部の他端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部から前記液体を排出させる第２排出部と、をそれぞれ備えていてもよい。

本実施形態の熱音響装置の概略構成を示す説明図。 管路群を説明するための図。 図２の、ＩＩＩ－ＩＩＩ断面図。 図３の、フィン部を省略した図。 管路群の内部を流れる液体の温度を表した図。 第１熱交換器の温度を表した図。 比較例としての管路を説明する図。 比較例の管路の場合の、第１熱交換器の温度を表した図。 異なる流量における温度分布を表した図。 第２管路に流れる流量と、第１熱交換器に入熱された熱量との関係を表した図。 液体の熱量と対流熱伝達係数の関係を表した図。 他の実施形態１を説明する図。 他の実施形態２を説明する図。

Ａ.本実施形態：
Ａ１．熱音響装置１０の構成：
図１は、本実施形態の熱音響装置１０の概略構成を示す説明図である。なお、図１は、熱音響装置１０の各構成要素の形状を正確に示すものではない。熱音響装置１０は、冷却対象１１に接続されている。熱音響装置１０は、外部から熱エネルギーを供給されて、冷却対象１１を冷却することができる。

熱音響装置１０は、原動機ＰＭと、ヒートポンプＨＰと、ループ配管ＬＰと、管路群４０を有する。図１において、管路群４０の図示を省略している。ループ配管ＬＰ内には、流体Ｆ１が封入されている。ループ配管ＬＰ内は、内部の流体Ｆ１が、ループ配管ＬＰ内を流通可能であるように構成されている。本実施形態において、流体Ｆ１は、空気である。なお、流体Ｆ１は、空気以外であってもよく、例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンのうちの１つ、又はそれらのうち少なくとも２つが混ざる混合気体とすることができる。

原動機ＰＭは、外部から熱エネルギーを供給されて、音波を発生させる。原動機ＰＭは、第１熱交換器２１と、第２熱交換器２２と、ＰＭスタック２３と、を備える。原動機ＰＭへの熱エネルギーの供給については、後述する。

第１熱交換器２１は、外部から熱を供給されて、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１であって、第１熱交換器２１に接する流体Ｆ１に、熱を付与する。第１熱交換器２１は、流体Ｆ１を流通可能であるように、ループ配管ＬＰに設けられている。第１熱交換器２１は、さらに、管路群４０に接触されている。第１熱交換器２１の詳細については、後述する。

第２熱交換器２２は、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１であって、第２熱交換器２２に接する流体Ｆ１を、あらかじめ定められた範囲の温度に制御する。あらかじめ定められた温度の範囲とは、例えば１５度～１６度である。第２熱交換器２２は、流体Ｆ１を流通可能であるように、ループ配管ＬＰに設けられている。第２熱交換器２２は、図示しないチラーを備える。第２熱交換器２２は、チラーによって温度を一定に保たれている。

ＰＭスタック２３は、温度勾配を形成されて、ループ配管ＬＰの内部に音波を発生させる。ＰＭスタック２３は、ループ配管ＬＰの内部であって、第１熱交換器２１と第２熱交換器２２との間に位置している。ＰＭスタック２３は、多数の貫通孔を備えている。それらの貫通孔は、流体Ｆ１を流通させる流路２３Ｐを構成する。ＰＭスタック２３は、流体Ｆ１を流通可能であるように、両端がそれぞれ第１熱交換器２１と第２熱交換器２２と接触している。

ＰＭスタック２３は、以下のように動作する。第１熱交換器２１によって加熱された流体Ｆ１によって、ＰＭスタック２３の一端２３ｈおよびその近傍の部分に熱が与えられることにより、ＰＭスタック２３の一端２３ｈおよびその近傍が高温となる（図１参照）。第２熱交換器２２によって一定の温度に保たれているため、流体Ｆ１およびＰＭスタック２３の他端２３ｆの近傍が、ＰＭスタック２３の一端２３ｈに対して低温となる。その結果、ＰＭスタック２３に、温度勾配が形成される。すると、ＰＭスタック２３は、熱音響自励振動を起こし、流路２３Ｐの内部で、定常波及び進行波を発生させる。ＰＭスタック２３によって発生させられた定常波および進行波の音波は、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１を介して、原動機ＰＭの一端からヒートポンプＨＰの一端に伝えられる（図１の矢印Ｋ１参照）。

ヒートポンプＨＰは、原動機ＰＭから音波を供給されて、冷却対象１１を冷却する（図１の上段右部参照）。ヒートポンプＨＰは、第３熱交換器３１と、第４熱交換器３２と、ＨＰスタック３３と、を備える。

第３熱交換器３１は、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１であって、第３熱交換器３１に接する流体Ｆ１を、予め定められた範囲の温度に制御する（図１右上部参照）。予め定められた範囲の温度は、例えば１５度～１６度である。第３熱交換器３１は、ヒートポンプＨＰの一端３３ｆにおいて、流体Ｆ１を流通可能であるように、ループ配管ＬＰの一部に、設けられている。第３熱交換器３１は、図示しないチラーを備える。第３熱交換器３１は、チラーによって流体Ｆ１を流通されて、温度を一定に保たれている。

第４熱交換器３２は、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１であって、第４熱交換器３２に接する流体Ｆ１から熱を奪われて、冷却対象１１から熱を奪う。その結果、冷却対象１１が冷却される。第４熱交換器３２は、さらに、冷却対象１１に接続されている。

ＨＰスタック３３は、第３熱交換器３１と第４熱交換器３２との間に位置している。ＨＰスタック３３は、流体Ｆ１を流通可能であるように、両端がそれぞれ、第３熱交換器３１と第４熱交換器３２に接触している。ＨＰスタック３３は、多数の貫通孔を備えている。それらの貫通孔は、流体Ｆ１を流通させる流路３３Ｐを構成する。ＨＰスタック３３は、ループ配管ＬＰの内部の流体Ｆ１によって伝達される定常波及び進行波の音波によって、温度勾配を形成される。

ＨＰスタック３３は、以下のように動作する。ＨＰスタック３３の流路３３Ｐ内において、流体Ｆ１は定常波及び進行波で振動する。流体Ｆ１の微小部分がＨＰスタック３３の一端３３ｆから他端３３ｃに向かう向きに移動する際に、流体Ｆ１は断熱膨張する。そして、流体Ｆ１の微小部分の温度は低下する。流体Ｆ１の微小部分は、ＨＰスタック３３の構造から熱を奪う。一方、流体Ｆ１の微小部分がＨＰスタック３３の他端３３ｃから一端３３ｆに向かう向きに移動する際に、流体Ｆ１は断熱圧縮される。そして、流体Ｆ１の微小部分の温度は上昇する。流体Ｆ１の微小部分は、ＨＰスタック３３の構造に熱を与える。その結果、流体Ｆ１の振動によって、ＨＰスタック３３の流路３３Ｐ内において、ＨＰスタック３３の他端３３ｃから一端３３ｆに向かう向きに、熱の移動が生じる。よって、ＨＰスタック３３において、温度勾配が形成される。

一方、第３熱交換器３１によって、ＨＰスタック３３の一端３３ｆの近傍の温度は、一定に保たれている。その結果、流体Ｆ１の振動による熱の移動によって、ＨＰスタック３３の他端３３ｃの近傍は、冷却される。すると、第４熱交換器３２によって、冷却対象１１の熱が奪われる。

図２は、管路群４０を説明するための図である。図２は、図１の破線枠Ｐ内の構成を示す斜視図である。図３は、図２の、ＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図２において、便宜上、管路群４０が切断されているが、実際は、管路群４０は切断されず、のびている。図３に示すように、第１熱交換器２１は、伝熱部２１０と、複数のフィン部２２０とを有している。図３において、伝熱部２１０の内側の構成のハッチングと、フィン部２２０のハッチングを省略している。伝熱部２１０は、管路群４０との間で熱交換を行い、さらにフィン部２２０との間で熱交換を行うことによって、フィン部２２０に熱を伝える。伝熱部２１０は、環状の形状を有している。伝熱部２１０は、銅や、銅合金や、アルミニウム合金等の熱伝導率が高い材料を用いて形成される。伝熱部２１０と熱交換を行うことによって温められたフィン部２２０が、流体Ｆ１と熱交換を行うことによって、流体Ｆ１が温められる。フィン部２２０は、伝熱部２１０の内側に、流体Ｆ１が流通可能であるように配されている。図３に示すように、第１熱交換器２１の中心Ｏを通るフィン部２２０が、断面に平行な方向である両矢印Ａ方向において最も長く、フィン部２２０が中心Ｏから離れるにつれて、フィン部２２０の長さが、短くなる。図示は省略しているが、フィン部２２０は、平板状の形状を有しており、平板な部分同士が互いに向き合う。複数のフィン部２２０は、互いに平行に並ぶように、配されている。

図４は、図３の、フィン部２２０を省略した図である。管路群４０は、内部を、熱せられた液体５０が流通する。液体５０は、例えば油や水である。本実施形態において、管路群４０を構成する管路は、第１管路４１、第１管路４２と、第２管路４３、第２管路４４の４つである。２つの第１管路４１、４２同士が向かい合う方向は、複数のフィン部２２０がのびる方向である両矢印Ａ方向と平行である。

第１管路４１は、第１接触部４１０と、第１供給部４１１と、第１排出部４１２と、を有する。第１接触部４１０は、第１熱交換器２１の、伝熱部２１０の外周に沿うように配される部位である。本実施形態において、第１接触部４１０は、第１熱交換器２１の中心Ｏに対して、約３０度の角度範囲内で伝熱部２１０に接触している（図４のθ１参照）。第１供給部４１１は、第１接触部４１０に液体５０を供給する。第１供給部４１１は、第１接触部４１０の一端に接続され、第１熱交換器２１から遠ざかる方向にのびる。第１排出部４１２は、第１接触部４１０から液体５０を排出させる。第１排出部４１２は、第１接触部４１０の他端に接続され、第１熱交換器２１から遠ざかる方向にのびる。第１接触部４１０と、第１供給部４１１と、第１排出部４１２の径の大きさは、同じでもよく、異なっていてもよい。第１管路４１の内部を、図４の矢印Ｂ１方向に向かって、液体５０が流通する。

第１管路４２は、第１管路４１を、第１熱交換器２１の中心Ｏを中心として１８０度反転させた形状と略同一の形状を有する。第１管路４２は、第１接触部４２０と、第１供給部４２１と、第１排出部４２２と、を有する。第１接触部４２０は、両矢印Ａ方向において、第１接触部４１０と対向する。第１供給部４２１は、第１供給部４１１と、両矢印Ａ方向において、対向する。第１排出部４２２は、第１排出部４１２と、両矢印Ａ方向において、対向する。第１管路４１、４２の、第１供給部４１１、４２１からのびる先の部分と、第１排出部４１２、４２２からのびる先の部分とは、同一の形状であってもよく、異なる形状であってもよい。第１管路４２の内部を、図４の矢印Ｂ２方向に向かって、液体５０が流通する。

第２管路４３、４４は、２つの第２管路４３、４４同士が向かい合う方向が、複数のフィン部２２０がのびる方向である両矢印Ａ方向と垂直である。第２管路４３は、第２接触部４３０と、第２供給部４３１と、第２排出部４３２と、を有する。本実施形態において、第２接触部４３０は、フィン部２２０の中心に対して、３０度の角度範囲で伝熱部２１０に接触している（図４のθ２参照）。第２供給部４３１は、第２接触部４３０に液体５０を供給する。第２供給部４３１は、第２接触部４３０の一端に接続され、第１熱交換器２１から遠ざかる方向にのびる。第２排出部４３２は、第２接触部４３０から液体５０を排出させる。第２排出部４３２は、第２接触部４３０の他端に接続され、第１熱交換器２１から遠ざかる方向にのびる。第２接触部４３０と、第２供給部４３１と、第２排出部４３２の径の大きさは、同じでもよく、異なっていてもよい。第２管路４３の内部を、図４の矢印Ｃ１方向に向かって、液体５０が流通する。

第２管路４４は、第２管路４３を、第１熱交換器２１の中心Ｏを中心として１８０度反転させた形状と略同一の形状を有する。第２管路４４は、第２接触部４４０と、第２供給部４４１と、第２排出部４４２と、を有する。第２接触部４４０は、両矢印Ａ方向と略垂直な方向において、第２接触部４３０と対向する。第２供給部４４１は、第２供給部４３１と、両矢印Ａ方向と略垂直な方向において、対向する。第２排出部４４２は、第２排出部４３２と、両矢印Ａ方向と略垂直な方向において、対向する。第２管路４３、４４の、第２供給部４３１、４４１と第２排出部４３２、４４２からのびる先の部分は、同一の形状であってもよく、異なる形状であってもよい。第２管路４４の内部を、図４の矢印Ｃ２方向に向かって、液体５０が流通する。

Ａ２．管路群４０の機能の説明：
図５は、管路群４０の内部を流れる液体５０の温度を表した図である。図５においては、フィン部２２０の図示が省略されており、第１熱交換器２１の温度が表されていない。図６は、管路群４０が図５の状態にあるときの第１熱交換器２１の温度を表した図である。図６において、液体５０の温度は表されていない。図５と図６において、ハッチングが濃い部分が、薄い部分に対して高温である。後述する図７ないし図９においても同様である。図５と図６の、第１管路４１、４２を流れる液体５０の流量と、第２管路４３、４４を流れる液体５０の流量は、同量である。ここでいう「流量」とは、１秒間に、各管路の断面を流れる液体５０の移動距離の平均値をいい、いわゆる流速のことをいう。また、第１供給部４１１、４２１に供給される前の液体５０の温度と、第２供給部４３１、４４１に供給される前の液体５０の温度は、同じ温度である。

図５に示すように、第１供給部４１１、４２１と第２供給部４３１、４４１から供給された液体５０は、第１接触部４１０、４２０と第２接触部４３０、４４０において伝熱部２１０に熱を奪われ、第１排出部４１２、４２２と第２排出部４３２、４４２に流入する。図５に示すように、第１供給部４１１、４２１と第２供給部４３１、４４１を流れる液体５０の温度は、伝熱部２１０との間で熱交換が行われる前であるため、第１接触部４１０、４２０と第２接触部４３０、４４０を流れる液体５０の温度よりも高い。第１排出部４１２、４２２と第２排出部４３２、４４２を流れる液体５０の温度は、熱交換が行われた後であるため、第１接触部４１０、４２０と第２接触部４３０、４４０を流れる液体５０の温度よりも低い。

上述したように、第１管路４１、４２同士が向かい合う方向は、複数のフィン部２２０がのびる方向である両矢印Ａ方向と略平行であり、第２管路４３、４４同士が向かい合う方向は、両矢印Ａ方向と略垂直である（図４参照）。そのため、第１管路４１、４２の第１接触部４１０、４２０から伝熱部２１０に伝わった熱は、第２管路４３、４４の第２接触部４３０、４４０から伝熱部２１０に伝わった熱に対して、フィン部２２０に伝わりやすい。これにより、第１接触部４１０、４２０付近の伝熱部２１０の温度は、第２接触部４３０、４４０の付近の伝熱部２１０の温度よりも下がりやすい（図６参照）。

以上の理由により、本実施形態では、主に、第１管路４１、４２を流通する液体５０によって、効率よくフィン部２２０に熱を伝えている。第２管路４３、４４が設けられていない場合、第１管路４１、４２に流通する液体５０の熱が、第２管路４３、４４が設けられていない部位である図４の第１熱交換器２１の上部及び下部に伝熱され、その部位を温めるために使われる。その場合、フィン部２２０を温めるために使用される熱エネルギーが減少する。本実施形態では、第２管路４３、４４を設け、フィン部２２０に効率よく熱を伝えることで、上記のような事態を防止できる。

図７は、比較例としての管路を説明する図である。図７は図５に対応する。図７は、比較例の管路の内部を流れる液体５０の温度を表した図である。図８は、比較例の管路の場合の、第１熱交換器２１の温度を表した図である。図８は図６に対応する。比較例の管路を、比較管路９０と呼ぶ。比較管路９０は、一本の管路の一部が第１熱交換器２１の外周に沿って、外周を一周する形状を有している。図７に示すように、比較管路９０の、第１熱交換器２１の外周に沿った部位は、伝熱部２１０と接触している。比較管路９０の内部を、図７の矢印Ｄの方向に向かって、液体５０が流通する。図７に示すように、比較管路９０の、液体５０が供給される側の部位は、排出される側よりも温度が高い。比較管路９０の熱が、伝熱部２１０に奪われることにより、液体５０の温度は比較管路９０を流れるにつれて徐々に低くなる。そのため、図８に示すように、液体５０が比較管路９０の内部を流通するにつれて、比較管路９０と接触する伝熱部２１０の部位の温度が、低くなる。

一本の比較管路９０の内部を液体５０が流通する形態の場合、伝熱部２１０の部位によって、温度分布に偏りが生じる。その結果、伝熱部２１０から熱が伝達されるフィン部２２０の温度分布にも、偏りが生じる。この場合、比較管路９０からの入熱量を大きくしても、比較管路９０の、液体５０が供給される側の部位に接する伝熱部２１０に熱が集まりやすく、フィン部２２０の温度が最も低い箇所に熱が伝達されにくい。

一方、図５に示すように、本実施形態においては、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４が設けられることにより、比較例と比べて、液体５０が流入する箇所が増える。比較例と比べて、液体５０の温度が高い状態を維持したまま、第１管路４１と第２管路４３と伝熱部２１０との間で熱交換が行われるため、伝熱部２１０の部位による温度分布の偏りが小さくなる。（図６参照）。その結果、伝熱部２１０から熱が伝達されるフィン部２２０の温度分布の偏りが、比較例と比べて小さくなる。この場合、管路群４０からの入熱量を大きくすることにより、効率的にフィン部２２０の最も温度が低い箇所の温度を高くすることができ、投入熱量を効率的に自励振動に変換することができる。このように、管路群４０を設けることで、比較例と比べて、熱音響装置１０の性能の低下を抑制することができる。

Ａ３．第１管路４１、４２と第２管路４３、４４の流量の説明：
図９は、異なる流量における温度分布を表した図である。図９は、図６に対応する。図９の（ｉ）と（ｉｉ）と（ｉｉｉ）は、図６と比べて、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４に流れる流量が多い。伝熱部２１０に対して図９の左右方向に位置する第１管路４１、４２に流れる流量は、図９の（ｉ）と（ｉｉ）と（ｉｉｉ）において同量である。伝熱部２１０に対して図９の上下方向に位置する第２管路４３、４４に流れる流量は、図９の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の順に小さくなる。図９の（ｉ）の場合は、第１管路４１、４２に流れる流量と第２管路４３、４４に流れる流量が同量である。図９の（ｉ）に示すように、第２管路４３、４４に流れる流量が大きいほど、フィン部２２０の全体の温度が高くなり、温度分布の偏りが小さくなる。熱音響装置１０の性能を高めるためには、フィン部２２０の、流体Ｆ１の流路の方向に垂直な断面における全体の温度差が小さいことが好ましい。そのため、第２管路４３、４４に流れる流量を大きくすることで、より、熱音響装置１０の性能を高めることができる。

一方、管路群４０に流れる流量を大きくすることは、熱音響装置１０の稼働のコストを増大させることになる。図９の（ｉｉ）と（ｉｉｉ）では、上下方向に位置する第２管路４３、４４に流通する液体５０の流量が、左右方向に位置する第１管路４１、４２に流通する液体５０の流量に比べて小さいが、（ｉ）と比べても、フィン部２２０の温度分布に偏りがないといえる。このように、第２管路４３、４４に流通する液体５０の流量を小さくすることで、熱音響装置１０の稼働のコストを抑えつつ、フィン部２２０の温度分布の偏りを小さくすることができる。

図１０は、第２管路４３、４４に流れる流量と、第１熱交換器２１に入熱された熱量との関係を表した図である。第１管路４１、４２に流れる流量を、０．５（ｍ／ｓ）としたときに、第２管路４３、４４に流れる流量を調整すると、第２管路４３、４４に流れる液体５０の流量が０．２（ｍ／ｓ）から０．５（ｍ／ｓ）の区間で、第１熱交換器２１に入熱された熱量が、第２管路４３、４４に流れる流量に対して、線形となる。つまり、第２管路４３、４４に流れる液体５０の流量が０．２（ｍ／ｓ）以上の場合、０．２（ｍ／ｓ）よりも小さい場合に対し、第１熱交換器２１に入熱される熱量を調整しやすくなる。このように、第２管路４３、４４に流れる流量／第１管路４１、４２に流れる流量≧０．４であることが、好ましい。流量は、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４の径の太さを変えることで調整してもよい。

図１１は、液体５０の熱量と対流熱伝達係数の関係を表した図である。液体５０の熱量とは、１秒間に第１接触部４１０、４２０と第２接触部４３０、４４０を介して第１熱交換器２１に伝達された熱量をいい、対流熱伝達係数とは、複数のフィン部２２０と流体Ｆ１の間の熱伝熱係数のことをいう。図１２に示すように、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４に流れる液体５０によって得られる熱量が１８０００（Ｗ）付近よりも大きくなると、対流熱伝達係数の変化が、液体５０の熱量に対して線形となる。第２管路４３、４４の流量を調整することで、対流熱伝達係数の変化を線形にすることができ、流体Ｆ１に与える熱量を調整しやすくなる。

Ｂ．他の実施形態
Ｂ１）図１２は、他の実施形態１を説明する図である。図１２は、図３に対応する。他の実施形態１では、第２管路４３、４４を有しておらず、第１管路４５、４６の形状が、上記実施形態と異なる。他の実施形態１では、第１管路４５、４６が第１熱交換器２１の中心と成す角度が、上記実施形態よりも大きい。第２管路４３、４４がない場合であっても、比較例と比べて、フィン部２２０の温度分布の偏りが小さく、熱音響装置１０の性能の低下を抑制することができる。

Ｂ２）図１３は、他の実施形態２を説明する図である。他の実施形態２では、第１管路４７の形状と、流体Ｆ１が流れる方向が、上記実施形態と異なる。他の実施形態２では、第１管路４７の第１供給部４７１と、第１管路４１の第１排出部４１２が、両矢印Ａ方向において対向する。また、第１管路４７の第１排出部４７２と、第１管路４１の第１供給部４１１が、両矢印Ａ方向において対向する。上記実施形態では、図４の矢印Ｂ２方向に向かって、液体５０が流通しているが、他の実施形態２では、第１管路４７の内部を、矢印Ｂ３方向に向かって、液体５０が流通する。他の実施形態２のように、液体５０が流通する方向を、上記実施形態に対して変化させた場合であっても、上記実施形態と同様に、比較例と比べて、フィン部２２０温度の温度分布の偏りが小さく、熱音響装置１０の性能の低下を抑制することができる。

Ｂ３）上記実施形態では、２つ以上の管路のうちの２つである第１管路と４１、４２と、管路のうちの他の２つである第２管路４３、４４が設けられていた。なお、管路は、第１管路と、第２管路以外に、第３管路を有していてもよく、第１管路と第２管路の間に、第３管路が設けられていてもよい。また、２つの第１管路と、１つの第２管路が設けられていてもよい。第１管路以外の、管路のうちの２つである第２管路同士が向かい合う方向が、略垂直であることが好ましい。

Ｂ４）上記実施形態では、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４に流れる液体５０の温度は同じである。なお、それぞれの管路に流れる液体の温度は異なっていてもよい。

Ｂ５）上記実施形態では、第１管路４１、４２と第２管路４３、４４が伝熱部２１０と接触する角度は約３０度である。なお、第１接触部と、第２接触部が接触する角度は、７度以上５７度以下であることが好ましい。７度よりも小さい角度の場合、第１接触部と第２接触部から伝わる熱が不足するおそれがある。また、５７度よりも大きい場合、第１管路と第２管路が接触するおそれがある。第１接触部と第２接触部が接触する角度は異なっていてもよい。また、例えば２つの第１管路が、伝熱部と接触する角度が互いに異なっていてもよい。

Ｂ６）上記実施形態では、２つの第１管路４１、４２同士が向かい合う方向は、複数のフィン部２２０がのびる方向である両矢印Ａ方向と平行である。なお、２つの第１管路同士が向かい合う方向は、複数のフィン部がのびる方向と略平行であてもよい。「略平行」は、理論的な平行に加えて、理論的な平行に対して１０度以下の角度をなす向きを含む。

Ｂ７）上記実施形態では、第２管路４３、４４は、２つの第２管路４３、４４同士が向かい合う方向が、複数のフィン部２２０がのびる方向である両矢印Ａ方向と垂直である。なお、２つの第２管路同士が向かい合う方向は、複数のフィン部がのびる方向と略垂直であってもよい。「略垂直」とは、理論的な垂直に加えて、理論的な垂直に対して１０度以下の角度をなす向きを含む。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…熱音響装置、１１…冷却対象、２１…第１熱交換器、２２…第２熱交換器、２３…ＰＭスタック、２３Ｐ…ＰＭスタックの流路、２３ｆ…ＰＭスタックの他端、２３ｈ…ＰＭスタックの一端、３１…第３熱交換器、３２…第４熱交換器、３３…ＨＰスタック、３３Ｐ…ＨＰスタックの流路、３３ｃ…ＨＰスタックの他端、３３ｆ…ＨＰスタックの一端、４０…管路群、４１、４２、４５、４６、４７…第１管路、４３、４４…第２管路、５０…液体、９０…比較管路、２１０…伝熱部、２２０…フィン部、４１０、４２０…第１接触部、４１１、４２１、４７１…第１供給部、４１２、４２２、４７２…第１排出部、４３０、４４０…第２接触部、４３１、４４１…第２供給部、４３２、４４２…第２排出部、Ｆ１…流体、ＨＰ…ヒートポンプ、ＬＰ…ループ配管、ＰＭ…原動機

Claims (6)

1. 熱音響装置であって、
   流体が封入される配管と、
   それぞれ前記配管に設けられる第１熱交換器および第２熱交換器と、
   前記配管の内部かつ前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の間に位置するスタックと、
   前記第１熱交換器の外周に沿うように配される接触部を備え、内部を熱せられた液体が流通する、２つ以上の管路と、
   を備え、
   前記第１熱交換器は、
   前記管路との間で熱交換を行う、環状の伝熱部と、
   前記伝熱部の内側に、前記流体が流通可能であるように配され、前記伝熱部と熱交換を行うことによって前記流体を温める複数のフィン部として、互いに平行に並ぶように配されている複数のフィン部と、
   を備え、
   前記第１熱交換器が備えるすべての前記フィン部について、前記フィン部がのびる方向と、前記２つ以上の管路のうちの２つである第１管路同士が向かい合う方向が、略平行である、
   熱音響装置。
2. 請求項１に記載の熱音響装置であって、
   前記第１管路は、
   前記接触部の一端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部に前記液体を供給する第１供給部と、
   前記接触部の他端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部から前記液体を排出させる第１排出部と、をそれぞれ備える、
   熱音響装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱音響装置であって、
   前記フィン部がのびる方向と、前記管路のうちの他の２つである第２管路同士が向かい合う方向が、略垂直である、
   熱音響装置。
4. 熱音響装置であって、
   流体が封入される配管と、
   それぞれ前記配管に設けられる第１熱交換器および第２熱交換器と、
   前記配管の内部かつ前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の間に位置するスタックと、
   前記第１熱交換器の外周に沿うように配される接触部を備え、内部を熱せられた液体が流通する、２つ以上の管路と、
   を備え、
   前記第１熱交換器は、
   前記管路との間で熱交換を行う、環状の伝熱部と、
   前記伝熱部の内側に、前記流体が流通可能であるように配され、前記伝熱部と熱交換を行うことによって前記流体を温める複数のフィン部であって、互いに平行に並ぶように配されているフィン部と、
   を備え、
   前記フィン部がのびる方向と、前記２つ以上の管路のうちの２つである第１管路同士が向かい合う方向が、略平行であり、
   前記フィン部がのびる方向と、前記管路のうちの他の２つである第２管路同士が向かい合う方向が、略垂直である、
   熱音響装置。
5. 請求項３または４に記載の熱音響装置であって、
   前記第２管路に流通する前記液体の流量は、前記第１管路に流通する前記液体の流量に比べて小さい、
   熱音響装置。
6. 請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の熱音響装置であって、
   前記第２管路は、
   前記接触部の一端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部に前記液体を供給する第２供給部と、
   前記接触部の他端に接続され、前記第１熱交換器から遠ざかる方向にのび、前記接触部から前記液体を排出させる第２排出部と、をそれぞれ備える、
   熱音響装置。

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