WO2005093339A1

WO2005093339A1 - 音響暖房装置、及び、音響暖房システム

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Publication number: WO2005093339A1
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Inventors: Yoshiaki Watanabe; Shinichi Sakamoto
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Abstract

熱音響効果を利用しつつ、対象物を暖めることができるようにするべく、音響暖房装置は、第一の管部２ａに高温側熱交換器４と低温入力側熱交換器５とに挟まれた第一のスタック３ａを備えるとともに、第二の管部２ｂに低温側熱交換器６と高温出力側熱交換器７とに挟まれた第二のスタック３ｂを備え、低温入力側熱交換器５をマイナス２０°C～６０°C冷却させることによって第一の管部２ａ内に自励による定在波及び進行波を発生させる。そして、第二の管部２ｂにこの定在波及び進行波を伝搬させることによって第二のスタック３ｂに温度勾配を生じさせ、この温度勾配により第二のスタック３ｂ側に設けられた高温出力側熱交換器７から高い熱を出力させる。

Description

明細書

音響暖房装置、及び、音響暖房システム

技術分野

[0001] 本発明は、熱音響効果を利用した熱交換装置及びそのシステムに関するものである。

背景技術

[0002] 音響効果を利用した熱交換装置の従来技術に関しては下記の特許文献 1ゃ非特許文献 1などに記載されるものが存在する。

[0003] まず、特許文献 1に記載される装置は、熱音響効果を利用した冷却装置に関するものであり、気体を封入したループ管の内部に、高温側熱交換器及び低温側熱交換器に挟まれたスタックと、高温側熱交換器及び低温側熱交換器に挟まれたスタックなどで形成された蓄冷器とを設ける。そして、スタック側の高温側熱交を加熱することによってスタック内に温度勾配を発生させ、このスタック内で熱エネルギーを高温側熱交換器カゝら低温側熱交換器側へ移送する。そして、エネルギー保存の法則により、この熱エネルギーの移送方向と反対側に音エネルギーを移送させるように自励の音波を発生させ、この音波による音エネルギーを蓄冷器側に伝搬させる。そして、蓄冷器側でその音エネルギーの伝搬方向と逆方向に熱エネルギーを移送させて低温側熱交翻を冷却させるようにしたものである。

[0004] また、非特許文献 1にも同様に熱音響効果を利用した冷却装置が開示され、その冷却装置を用いた実験的検討が開示されている。この実験に用いられる冷却装置も、同様に、金属製のループ管の管内に、ヒーター（高温側熱交 )と低温側熱交換器とに挟まれた第一のスタックと、このループ管の対向する位置に設けられ、低温側熱交を有する第二のスタックとを設けて構成される。そして、第一のスタック側に設けられたヒーター (高温側熱交換器)を加熱するとともに、低温側熱交換器に水道水を循環させることによって第一のスタック内に大きな温度勾配を発生させ、この温度勾配と逆方向に自励の音波を発生させる。そして、この音エネルギーをループ管を介して蓄冷器側に伝搬し、第二のスタック側でその音エネルギーを熱エネルギーに変換して第二のスタックの他端側に設けられた温度計近傍を冷却するようにしたものである。この文献によれば、所定の条件のもと、温度計が設けられる部分で約 16°C の温度低下が確認されて、る。

[0005] そして、このような熱音響を利用した冷却装置は、一般に、室内空間の冷房装置や、もしくは、家電製品、ノートパソコン、通信機器、ゲーム機、自動車、事務機器などのような発熱を伴う機器を冷却する装置として使用されることが望まれている。

特許文献 1：特開 2000-88378号公報

非特許文献 1 :坂本眞一、村上和宏、渡辺好章著「熱音響効果を用いた音響冷却現象の実験的検討」社団法人電子情報通信学会信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. US2002-118(2003-02)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、このような冷却装置は、室内空間や目的の対象物を冷却するものであり、非常に冷たい環境下、例えば、外気温度が摂氏 20°C 60°Cとなるような寒冷地などにおいては、室内空間などを冷却するよりも、むしろ室内空間を暖めることの方が望まれている。しかるに、従来力も提案されている音響効果を利用した熱交換装置は、いずれも室内空間や目的となる対象物を冷却するものであるため、寒冷地などにおける用途には不向きなものであった。

[0007] そこで、本発明は上記課題を解決するべぐ熱音響効果を利用しつつ、対象物を暖めることができるような装置及びそのシステム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

[0008] 本発明は上記課題を解決するために、第一の管部に高温側熱交換器と低温入力側熱交換器とに挟まれた第一のスタックと、第二の管部に低温側熱交換器と高温出力側熱交^^とに挟まれた第二のスタックとを具備してなり、ループ管に生じた定在波及び進行波を第一のスタック力第二のスタックに伝搬させることによって第二のスタックで温度勾配を発生させ、第二のスタック側に設けられた高温出力側熱交から熱を出力するように構成する。

[0009] このように構成すれば、外部の冷たい熱（以下、「冷熱」と称する）を利用して室内空間や目的となる対象物を暖めることができ、寒冷地などにおいて有用な熱交換装置を得ることができる。また、このような装置を過剰冷却に対するサーモスタットとして利用することもできるようになる。また、このような装置においては、熱音響効果を用いるようにしているため、フロンなどのように環境対策上問題となるような媒体や、コンプレッサなどの動力源を用いることなく比較的簡単な構成で暖房を行うことができるようになる。

[0010] また、このループ管として、地面に対して起立して設けられた第一の管部及び第二の管部と、この第一の管部及び第二の管部を連結する連結管部とを有するものを用いる。

[0011] このように構成すれば、低温入力側熱交^^に入力された冷熱を起立した管部の下方に逃がすことができ、スタック内に大きな温度勾配を生じさせて迅速な自励の音波を発生させることができ、これにより、熱交換の効率性を向上させることができるようになる。

[0012] さらに、この第一の管部に設けられる第一のスタックの位置を、前記第二の管部に設けられる第二のスタックの位置よりも高所に設けるようにする。

[0013] このように構成すれば、低温入力側熱交^^の下方に大きな管内空間を確保することができ、低温入力側熱交力もの冷気を下方に逃がして大きな温度勾配を生じさせることができる。これにより、より迅速な自励の音波を発生させることができ、これにより、熱交換の効率性を向上させることができるようになる。

[0014] 力！]えて、この第一の管部の上から順に、高温側熱交^^、第一のスタック、低温入力側熱交を設けるようにする。

[0015] このように構成すれば、低温入力側熱交力の冷気が第一のスタック内に流れ込んでしまうようなことがなくなり、大きな温度勾配を発生させることによる自励の音波の発生を促進でき、これにより、熱交換の効率性を向上させることができるようになる

[0016] また、第一の管部の一端と連結管部の一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の好転を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタックの中心が回路全長の 0. 28 ±0. 05の位置となるように設定する。 [0017] このように構成すれば、第一のスタックにおける高温側熱交^^と低温入力側熱交換器のそれぞれの温度が適切であると、より迅速に自励による音波の発生を生じることができるようになる。

[0018] また、回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った封作動流体の圧力変動が、第一のスタックの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二のピークが存在する場合に、前記第二のスタックの中心が前記第二のピークを過ぎた位置となるように第二のスタックを設ける。

[0019] このように構成すれば、第二のスタックでの冷却効率や加熱効率を高めることがでさるようになる。

[0020] また、このようにループ管を構成する場合、第一の管部及び第二の管部を前記連結管部よりも長く設定する。

[0021] このように構成すれば、管の上下方向の寸法が大きくなるため、冷気や暖気を逃がすための空間を大きく確保することができる。これにより、大きな温度勾配を生成することによる自励の音波の発生を促進させることができるようになる。また、第一の管部を長くすることによって波面の乱れを少なくすることができ、効率良く定在波及び進行波を発生させることができるよう〖こなる。

[0022] また、第一の管部及び第二の管部と連結管部との境界の角部の形状として、定在波及び進行波を連結管部との間で全反射させる形状にする。

[0023] このように構成すれば、ループ管内を伝搬する定在波及び進行波が逆戻りする方向に反射されるというようなことがなくなり、エネルギー損失を防止して効率良く音ェネルギーを伝搬させることができるようになる。

[0024] また、このループ管の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるための音波発生装置を設けるようにする。

[0025] このように構成すれば、自励による音波だけでなく音波発生装置力の強制振動によって、より迅速に定在波及び進行波を発生させることができるようになる。

[0026] また、このような第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックとして、蛇行した導通路を有するようなものを用いる。

[0027] このように構成すれば、作動流体とスタックとの表面積を大きく確保することができるため、作動流体との熱交換を助長させてより高い熱の出力を行うことができるようになる。また、作動流体とスタックとの表面積が大きくなることから、スタックの長さを短くすることができ、これにより装置全体をコンパクトなものにすることができる。

[0028] また、第一のスタック、又は/及び、第二のスタックの材質として、セラミタス、燒結金属、金網、金属製不織布の少なくとも 1種力なるものであり、その ω τ ( ω：作動流体の角周波数、 _τ：温度緩和時間）が 0. 2— 20の範囲となるように構成する。

[0029] このように構成すれば、より迅速かつ効率良く自励による音波を発生させることがでさるようになる。

[0030] また、このような音響暖房装置を複数設け、一の音響暖房装置における高温出力側熱交換器と、隣接する音響暖房装置の高温熱交換器とを連結する。

[0031] このように構成すれば、順次隣接する音響暖房装置ごとに第一のスタック内の温度勾配が大きくなり、末端側の音響暖房装置でより高い熱を出力することができるようになる。

発明の効果

[0032] 本発明では、第一の管部に高温側熱交換器と低温入力側熱交換器とに挟まれた第一のスタックと、第二の管部に低温側熱交^^と高温出力側熱交とに挟まれた第二のスタックとを具備してなり、ループ管に生じた定在波及び進行波を第一のスタック力第二のスタックに伝搬させることによって第二のスタックに温度勾配を発生させ、第二のスタック側に設けられた高温出力側熱交力熱を出力するようにしたので、寒冷地などにおける冷熱を利用して室内空間や目的となる対象物を暖めることができる。これにより、寒冷地などにおいて有用な熱交換装置を得ることができる。また、熱音響効果を用いるようにしているため、フロンなどのように環境対策上問題となるような媒体やコンプレッサなどの動力源を用いることなく比較的簡単な構成で暖房を行うことができるようになる。

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下、本発明に係る音響暖房装置 1の一実施の形態について図面を参照して説明する。

[0034] この実施の形態における音響暖房装置 1は、全体として略長方形状に構成されたループ管 2の内部に、高温側熱交換器 4及び低温入力側熱交換器 5に挟まれた第一のスタック 3aと、低温側熱交換器 6及び高温出力側熱交換器 7に挟まれた第二のスタック 3bとを具備してなるもので、第一のスタック 3a側の低温入力側熱交 5を冷却させることによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波を第二のスタック 3b側へ伝搬させることによって第二のスタック 3b側に設けられた高温出力側熱交 7から高い熱を出力できるようにしたものである。

このループ管 2は、地面力起立した状態 (好ましくは、鉛直状）に設けられる第一の管部 2a及び第二の管部 2bと、この第一の管部 2a及び第二の管部 2bの両端の角部 2cを介してこれらを連結する連結管部 2dとを具備してなる。これらの第一の管部 2 a、第二の管部 2b、角部 2c、連結管部 2dは、金属製のパイプで構成されるが、これに限らず、透明なガラス、もしくは榭脂などによって構成することもできる。透明なガラスゃ榭脂などの材料で構成した場合は、実験等における第一のスタック 3aや第二のスタック 3bの位置確認や管内の状況を容易に観察することができる。第一の管部 2a 及び第二の管部 2bの長さ Laは、連結管部 2dの長さ Lbよりも長く設定される。このように第一の管部 2a及び第二の管部 2bを長くすることによって暖気と冷気の逃げ場所を確保し、第一のスタック 3a及び第二のスタック 3b内の温度勾配を大きくすることができる。これにより第一のスタックから自励の音波を迅速に発生させることができるようになる。また、この第一の管部 2a及び第二の管部 2bの両端に設けられる角部 2cの形状は、管内を伝搬してきた音波を完全に連結管部 2dなどへ反射しうるような形状として、例えば、円弧形状などに構成される。図 2にこの角部 2cの具体的構成を示す。図 2は、第一の管部 2aの上端部分の角部 2cの拡大図を示したものである。なお、この角部 2cは、他の角部 2cにおいても同様の構成が用いられるため説明を省略する。図 2において、角部 2cは、第一の管部 2aの内径とほぼ等しい内径を有し、かつ、ループ管 2の内側コーナー部分を中心として管の内径とほぼ等しい直径を有するように構成されている。これにより第一の管部 2aから伝搬した音エネルギーは、角部 2cにおいて全て反射され、第一の管部 2aに戻ることなく連結管部 2d側へ移送されることになる。また、このように角部 2cの内径を第一の管部 2aとほぼ等しく構成することによつて、第一の管部 2aと角部 2cの内壁を滑らかにすることができ、これにより音ェネルギ一の損失を防止して効率よくエネルギーを移送することができるようになる。なお、この角部 2cの形状については、円弧形状のものに限らず、図 3に示されるような直線状のものを用いることもできる。図 3は、第一の管部 2aと連結管部 2dとの間に設けられる直線状の角部 20cの拡大図を示したものである。図 3において、角部 20cは、外側コーナー部分を第一の管部 2aと連結管部 2dとの連結角度である 90度の中間角度である 45度の直線状に設定される。そして、この直線状のコーナー部分により第一の管部 2aを伝搬する音波を全て連結管部 2d側へ反射させるようにして、る。

[0036] このループ管 2の内部には、ヘリウム、アルゴン、ヘリウム及びアルゴンの混合気体などの不活性ガスが封入され、粘性による損失を防止する場合には比較的プラントル数の小さなヘリウムを使用し、また、熱交換や熱伝導の効率を向上させる場合には比較的プラントル数の大きなアルゴンを使用する。なお、この作動流体については、このような不活性ガスに限らず、窒素や空気などのような気体を封入しても良い。これらの作動流体の圧力は、 0. OlMPa— 5. OMPaに設定され、粘性による影響を小さくする場合には比較的小さな圧力に設定する。

[0037] 一方、このループ管 2に設けられる第一のスタック 3a及び第二のスタック 3bは、ループ管 2の内壁に接するような円柱状に構成され、セラミタス、燒結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大き、材質であって、ループ管の軸方向に貫通する多孔を有して構成される。一般的に、これらのスタック 3a、 3bは、細い直線状の導通路を多数設けたものが用いられる力これ以外に、図 4に示すように、例えば、微少の球状セラミクスなどを多数敷き詰めて蛇行する導通路 30 (太線で示される導通路)を設けたようなスタック 3cを用いるようにしても良ヽ。このように蛇行する導通路 30を設けるようにすれば、作動流体とスタック 3cとの接触面積を大きく確保することができ、熱交換が大きくなつてより高温出力側熱交 7から高い熱を出力することができるようになる。なお、このようなスタックを用いる場合、第一のスタック 3a側については、自励による音波の発生を促進すベぐ細、直線状の導通路を有するスタックを用い、また、第二のスタック 3bについては、より高い熱の出力を可能とすべぐ蛇行する導通路 30を有するスタック 3cを用いるようにしても良い。また、これ以外にもメッシュ状のステンレスを多数枚積層したものを用いるようにしても良、。 [0038] この第一のスタック 3aの取り付け位置は、第一の管部 2aの上方に設定され、高温側熱交 4と低温入力側熱交 5とに挟まれた状態でその位置に固定される。この低温側熱入力器は、薄肉の金属板の内側に作動流体を垂直に導通させるための導通路を形成してなるもので、第一のスタック 3aの下方に接触して設けられる。そして、寒冷地における屋外など力もの冷熱により、例えば、 -20°C一— 60°C、若しくは、これより低い温度となるように冷やされる。一方、高温側熱交 4は、同様に薄肉の金属板の内側に作動流体を垂直に導通させるための導通路を形成させてなるもので、第一のスタック 3aの上方に接触して設けられ、その周囲に不凍性の液体を循環させて + 20°C— + 30°C、若しくは、これよりも高い温度となるように設定される。そして、このように高温側熱交換器 4と低温入力側熱交換器 5の温度差によって第一のスタック 3a内に温度勾配を発生させ、これにより、自励による音波を発生させる。なお、この第一のスタック 3aは、第一の管部 2aの下方に設けるようにすることもできる力このような位置に設けると、低温入力側熱交換器 5からの冷気の逃げ場所がなくなってしまい、第一のスタック 3a内に冷気が入り込んでしまう。このため、第一のスタック 3a 内に大きな温度勾配を発生させることができず、自励による音波は発生しなくなる可能性がある。このため、本実施の形態では、冷気の逃げ場所を確保して自励による音波を発生しやすくするために、第一の管部 2aの上方、好ましくは、第一の管部 2a の中央よりも上側に第一のスタック 3aを設けるようにして、る。

[0039] ここで第一のスタック 3aで自励による音波が発生するための条件としては、この第一のスタック 3a内に作動流体が流れる際の平行通路の流路半径、作動流体の角周波数を ω、温度拡散係数を ex、温度緩和時間を τ ( =r²/2 a )とした場合、 ω τ が 0. 2— 20の範囲内である場合に最も効率良く自励による音波を発生させることができる。このため、これらの関係を満たすように!:、 ω、 τを設定する。また、図 2における第一の管部 2aの一端と連結管部 2dの一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の交点を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とした場合、第一のスタック 3aの中心を始点から反時計回りに回路全長の 0. 28 ±0. 05となる位置に設定すれば、より迅速かつ効率良く自励による音波を発生することができる。

[0040] 一方、第二のスタック 3bの取り付け位置は、ループ管 2に沿った作動流体の圧力変動力第一のスタック 3aの近傍に第一のピークが存在して、更に回路全長の約 1/2 進んだ位置に第二のピークが存在する場合に、そのスタック 3bの中心が第二のピークを過ぎた場所に位置するように設けられる。この第二のスタック 3bの下側に設けられる低温側熱交換器 6は、薄肉の金属板の内側に作動流体を垂直に導通させるための導通路を形成してなるもので、第一のスタック 3aに設けられる高温出力側熱交 7と同様に、周囲に不凍性の液体を循環させて + 20°C— + 30°C、若しくは、これよりも高い温度に設定される。一方、高温出力側熱交換器 7は、同様に薄肉の金属板の内側に作動流体を垂直に導通させるための導通路を形成してなるもので、暖房の目的となる対象物へ熱を出力する。この暖房の目的となる対象物としては、例えば、室内空間における空気や、起動時における自動車のエンジンなどが考えられる力これらに限定されるものではない。

[0041] 次に、このように構成された音響暖房装置 1の動作の状態について説明する。

[0042] まず、ループ管 2に不活性ガスを封入した状態で第一のスタック 3aにおける高温側熱交^^ 4及び第二のスタック 3bの低温側熱交 6に不凍性の液体を循環させるとともに第一のスタック 3aの低温入力側熱交^^ 5を 20°C—— 60°Cなどに冷却する。すると、この低温入力側熱交翻5と高温側熱交翻4との間の温度差によって第一のスタック 3a内に温度勾配が発生し、最初に作動流体が微少時揺らぎ始める。そして、次に、この作動流体が大きく振動し始めてループ管 2内を周回する。そして、一定時間経過後、ループ管 2内に定在波及び進行波が発生し、エネルギー保存の法則により、高温側熱交換器 4カゝら低温側熱交換器 6側への熱エネルギーの移送方向と逆方向に音エネルギーが伝搬する。この音エネルギーは、ループ管 2の角部 2c 、 20cなどにおいて効率良く反射され、第二のスタック 3b側へ伝搬される。第二のスタック 3b側では、この音エネルギーが高温出力側熱交翻7側力も低温側熱交翻 6側へ伝搬される。そして、定在波及び進行波に基づく作動流体の圧力変化及び体積変化によって作動流体が収縮し、その際、放出される熱を高温出力側熱交換器 7 力出力する。これにより、熱音響の効果を利用した暖房が可能となる。

[0043] なお、この音響暖房装置 1にお、ては、第一のスタック 3a側に設けられた高温側熱交 4と低温入力側熱交 5との温度勾配によって音波を自励で発生させるようにしている力このような自励による音波発生だけであると定在波及び進行波の発生までに長い時間を要することとなる。一方、定在波及び進行波の発生時間を短縮するためにためには、ループ管 2の径を変えて定在波及び進行波の周波数を低くすることも可能である力このようにすると今度は、十分な出力を得ることができない。このため、図 5に示すように、自励までの時間を短縮するために、音波発生装置 8を設けることちでさる。

[0044] この音波発生装置 8は、スピーカーゃ圧電素子、その他、外部から作動流体を強制振動させるような装置で構成されるもので、ループ管 2の外周面に沿って設けられ、若しくは、ループ管 2の内部に設けられる。この音波発生装置 8は、発生する定在波及び進行波の 1Z2波長、 1Z4波長の間隔を設けて取り付けるのが好ましぐまた、定在波及び進行波の進行方向に対応してループ管 2の軸方向に作動流体を強制振動させるように設けるのが好ましい。このように音波発生装置 8を設けると、定在波及び進行波の発生時間を短縮することができ、迅速に高温出力側熱交翻7から熱を出力することができるようになる。

[0045] また、このような音響暖房装置 1だけでは充分な放熱効果を得ることができな!/、場合、図 6に示すように、音響暖房装置 1を複数連結させた音響暖房システム 100を用いるようにすることもできる。図 6において、 la、 lb- " Inは上述のように構成された音響暖房装置 1を示し、これらの第一の音響暖房装置 la、第二の音響暖房装置 lb- 第 nの音響暖房装置 Inは隣接して直列に設けられる。これらの音響暖房装置 1^· における低温入力側熱交換器 5は、全て屋外などの冷たい環境下に置かれ、 20°C 一一 60°Cなどのような温度に設定される。一方、それぞれにおける音響暖房装置 la …の高温出力側熱交翻7は、これに隣接する音響暖房装置 lb…の高温側熱交換器 4と連結される。これにより、第一の音響暖房装置 laにおける第一のスタック 3aの温度勾配よりも大きな温度勾配を隣接する音響暖房装置 lbの第一のスタック 3a内に発生させることができ、これにより、順次下流側に向けて音響暖房装置 Inの温度勾配が大きくなつて、末端の音響暖房装置 Inからはより高い熱を出力させることができるようになる。なお、このように音響暖房装置 la…を連結する場合、各音響暖房装置 la…で音波を自励させようとすると、末端の音響暖房装置 Inで定在波及び進行波が発生するまでに非常に長い時間を要することになる。このため、特にループ管 2の外周面若しくは内部に音波発生装置 8を設けて各音響暖房装置 la…での定在波及び進行波の発生までの時間を短縮ィ匕するように構成すると良、。

[0046] このように上記実施の形態によれば、第一の管部 2aの内部に高温側熱交換器 4と低温入力側熱交 5とに挟まれた第一のスタック 3aを設けるとともに、第二の管部 2bの内部に低温側熱交翻6と高温出力側熱交翻7とに挟まれた第二のスタック 3bを設けてなり、低温入力側熱交 5を冷却させることによって第一の管部 2a内に定在波及び進行波を発生させ、第一の管部 2aから第二の管部 2bに定在波及び進行波を伝搬させることによって第二のスタック 3bで温度勾配を発生させ、高温出力側熱交^^ 7から高い熱を出力させるようにしたので、例えば、寒冷地などにおける冷熱を利用して室内空間や目的の対象物を暖めることができるようになる。また、熱音響効果を用いるようにしているため、フロンなどの環境に悪い媒体や、コンプレッサなどを用いることなく暖房を行うことができるようになる。また、このような装置 1を過剰冷却に対するサーモスタットとして使用することもできる。

[0047] また、地面力も起立する第一の管部 2a及び第二の管部 2bを有するループ管 2を用いるようにしたので、低温入力側熱交換器 5に入力される冷熱に基づく冷気を第一の管部 2aの下方に逃がすことができ、第一のスタック 2a内に大きな温度勾配を発生させて迅速な自励の音波を発生させることができるようになる。

[0048] そして、第一のスタック 3aを第二のスタック 3bよりも高所に設けるようにしたので、低温入力側熱交換器 5の下方に冷気を逃がすための大きな空間を確保することができ、これにより大きな温度勾配を第一のスタック 3aに発生させて迅速に自励の音波を発生させることがでさるよう〖こなる。

[0049] さらに、第一のスタック 3aの下側に低温入力側熱交 5を設けるとともに、第一のスタック 3aの上側に高温側熱交換器 4を設けるようにしたので、低温入力側熱交換器 5からの冷気が第一のスタック 3a内に流れ込むことがなくなり、第一のスタック 3a内に大きな温度勾配を生成して自励による音波の発生を促進することができるようになる

[0050] また、第一の管部 2aの一端と連結管部 2dの一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の好転を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタック 3aの中心が回路全長の 0. 28 ±0. 05の位置となるように設定したので、第一のスタック 3a における高温側熱交換器 4と低温入力側熱交換器 5のそれぞれの温度が適切であると、より迅速に自励による音波の発生を生じることができる。

[0051] また、回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った封作動流体の圧力変動が、第一のスタック 3aの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二のピークが存在する場合に、前記第二のスタックの中心が前記第二のピークを過ぎた位置となるように第二のスタック 3bを設けようにしたので、第二のスタック 3bでの冷却効率や加熱効率を高めることができるようになる。

[0052] 力！]えて、第一の管部 2a及び第二の管部 2bを連結管部 2dよりも長くなるように構成したので、冷気や暖気を逃がすための空間を大きく確保することができ、これにより大きな温度勾配の発生に基づく自励の音波の発生を促進することができるようになる。また、第一の管部を長くすると音波の波面の乱れを少なくすることができ、効率良く定在波及び進行波を発生させることができるようになる。

[0053] また、第一の管部 2aと連結管部 2dとの境界の角部 2c、 20c、又は Z及び、第二の管部 2bと連結管部 2dとの境界の角部 2c、 20cの形状を、円弧形状もしくは 45度の直線形状としたので、ループ管 2内を伝搬する定在波及び進行波をもと来た方向へ逆戻りさせるようなことがなくなり、効率良く連結管部 2dなどへ音エネルギーを伝搬させることがでさるよう〖こなる。

[0054] また、ループ管 2の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるための音波発生装置 8を設けるようにしたので、自励による音波だけでなく音波発生装置 8 力もの強制振動によって、より迅速にループ管 2内に定在波及び進行波を発生させることがでさるよう〖こなる。

[0055] また、第一のスタック 3a、又は/及び、第二のスタック 3bとして、図 4に示すような蛇行する導通路 30を有するスタック 3cを用いるようにしたので、作動流体とスタック 3cとの表面積を大きく確保して、より大きな熱交換に基づく高い熱の出力が可能となる。また、作動流体とスタック 3a、 3bとの表面積が大きいことから、スタックの長さを短くすることができ、これにより装置全体をコンパクトなものにすることができるようになる。 [0056] また、第一のスタック、又は/及び、第二のスタックの材質として、セラミタス、燒結金属、金網、金属製不織布の少なくとも 1種力なるものであり、その ω τ ( ω：作動流体の角周波数、 _τ：温度緩和時間）が 0. 2— 20の範囲となるようにしたので、より迅速かつ効率良く自励〖こよる音波を発生させることができるようになる。

[0057] そして、このような音響暖房装置 1を複数設け、一の音響暖房装置 la…における高温出力側熱交 7と、これに隣接する音響暖房装置 lb…の高温側熱交 4とを連結するようにしたので、順次隣接する音響暖房装置 la…ごとに第一のスタック 2a の温度勾配を大きくすることができ、末端側の音響暖房装置 In側ではより大きな熱を出力することができるようになる。

[0058] なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなぐ種々の形態で実施することができる。

[0059] 例えば、上記実施の形態では、全体として略長方形状のループ管 2を例に挙げて説明したが、設置環境などにより、部分的に蛇行させるようにしたループ管 2を用いるようにしても良い。この場合、ループ管の蛇行部分におけるエネルギー損失を防止するために、角部の形状を本実施の形態のように円弧形状などようにすることが望ましい。また、管内の内径については、エネルギー損失や設置環境などを考慮して適宜径の寸法を変えるようにしても良い。

[0060] また、上記実施の形態では、寒冷地などにおける冷熱を利用する場合について述ベたが、これに限らず、人工的に生成されたドライアイスや液体窒素などからの冷熱を利用するようにしても良ぐまた、宇宙空間における日陰部分での冷熱などを利用するようにしても良い。

図面の簡単な説明

[0061] [図 1]第一の実施の形態における音響暖房装置の断面概略図

[図 2]同形態におけるループ管の角部を示す拡大図

[図 3]他の実施の形態におけるループ管の角部を示す拡大図

[図 4]第一の実施の形態におけるスタックの断面概略図

[図 5]他の実施の形態における音響暖房装置の断面概略図

[図 6]音響暖房装置を連結させた音響暖房システムの概略図符号の説明

1···音響暖房装置

2a—第一の管部

2b—第二の管部

2^··角部

20c- · '他の実施形態の角部

2d···連結管部

3a ···第一のスタック

3b'''第二のスタック

30···導通路

4···高温側熱交換器

5···低温入力側熱交換器

6···低温側熱交換器

7···高温出力側熱交換器

100···音響暖房システム

Claims

請求の範囲

[1] 第一の管部に高温側熱交^^と低温入力側熱交とに挟まれた第一のスタックと、第二の管部に低温側熱交換器と高温出力側熱交換器とに挟まれた第二のスタツクとを具備してなり、

ループ管に生じた定在波及び進行波を第一のスタックから第二のスタックに伝搬させることによって第二のスタックで温度勾配を発生させ、第二のスタック側に設けられた高温出力側熱交力熱を出力することを特徴とする音響暖房装置。

[2] 前記ループ管は、地面に対して起立して設けられた第一の管部及び第二の管部と、この第一の管部及び第二の管部を連結する連結管部を具備してなるものである請求項 1に記載の音響暖房装置。

[3] 前記第一の管部に設けられる第一のスタックは、前記第二の管部に設けられる第二のスタックよりも高所に設けられるものである請求項 2に記載の音響暖房装置。

[4] 前記第一のスタック側に設けられる熱交を上力順に、高温側熱交^^、低温入力側熱交換器とした請求項 2に記載の音響暖房装置。

[5] 直線管部の一端と連結管部の一端とを連結したときのそれぞれの中心軸の交点を回路の始点とし、回路全長を 1. 00とするとき、第一のスタックの中心が回路全長の 0 . 28±0. 05の位置となるようにした請求項 1に記載の音響暖房装置。

[6] 回路全長を 1. 00とするとき、回路に沿った作動流体の圧力変動が、第一のスタツクの近傍に第一のピークがあり、更に回路全長の約 1Z2進んだ位置に第二のピークが存在する場合に、前記第二のスタックの中心が前記第二のピークを過ぎた位置となるように第二のスタックを設けた請求項 1に記載の音響暖房装置。

[7] 前記第一の管部及び第二の管部を前記連結管部よりも長く設定した請求項 2に記載の音響暖房装置。

[8] 前記第一の管部及び第二の管部と連結管部との境界の角部の形状が、定在波及び進行波を連結管部との間で全反射させる形状である請求項 2に記載の音響暖房装置。

[9] 前記ループ管の外周部もしくは内部に、定在波及び進行波を発生させるための音波発生装置を設けた請求項 2に記載の音響暖房装置。

[10] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックが、蛇行した導通路を有するものである請求項 1又は 2に記載の音響暖房装置。

[11] 前記第一のスタック、又は Z及び、第二のスタックの材質力セラミタス、燒結金属、金網、金属製不織布の少なくとも 1種力なるものであり、その ω τ ( _ω：作動流体の角周波数、 τ：温度緩和時間）が 0. 2— 20の範囲となるように構成された請求項 1に記載の音響暖房装置。

[12] 請求項 1から 11のいずれかに記載の音響暖房装置を複数設け、一の音響暖房装置における高温出力側熱交換器と、隣接する音響暖房装置の高温側熱交換器とを連結してなる音響暖房システム。