特許 7533042 熱音響装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】熱音響装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20240806BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 Z

F25B9/00 311

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020149708

(22)【出願日】2020-09-07

(65)【公開番号】P2022044193

(43)【公開日】2022-03-17

【審査請求日】2023-08-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河内 達磨

(72)【発明者】

【氏名】武井 智行

【審査官】庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－００３１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２２６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１１３７８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１５－１０５７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０６６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４９２２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０９６３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０５９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱音響装置であって、
一端に第１フランジを備える第１管と、
前記第１管に設置されており、少なくとも一部が前記第１管内に位置する第１熱交換器と、
一端に第２フランジを備える第２管と、
前記第２管に設置されており、少なくとも一部が前記第２管内に位置する第２熱交換器と、
前記第１管内の前記第１熱交換器と、前記第２管内の前記第２熱交換器と、の間に設置される蓄熱器と、
前記第１フランジと前記第２フランジの間において前記第１フランジおよび前記第２フランジに接続して配されシール性能を発揮するシール部と、
前記第１管内の前記第１熱交換器と、前記蓄熱器と、の間に配されるウェーブスプリングと、を備える、熱音響装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱音響装置であって、
前記第２管内の前記第２熱交換器と、前記蓄熱器とは、前記ウェーブスプリングよりも中心軸方向の弾性係数が大きい環状のスペーサを挟んで配されている、熱音響装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の熱音響装置であって、
前記第１熱交換器は、外部から熱を供給されて、前記第１管内において前記第１熱交換器に接する流体に熱を付与する熱交換器であり、
前記第２熱交換器は、前記第２管内において前記第２熱交換器に接する流体をあらかじめ定められた温度に制御する熱交換器である、熱音響装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の熱音響装置であって、
前記第１熱交換器は、前記第１管内において前記第１熱交換器に接する流体に熱を奪われて、外部の冷却対象を冷却する熱交換器であり、
前記第２熱交換器は、前記第２管内において前記第２熱交換器に接する流体をあらかじめ定められた温度に制御する熱交換器である、熱音響装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱音響装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄熱器と、加熱用熱交換器と、放熱用熱交換器と、を備える熱音響装置が存在する（特許文献１）。加熱用熱交換器は、蓄熱器の高温側に熱を供給する。放熱用熱交換器は、蓄熱器の低温側を室温程度に冷却する。その結果、蓄熱器は、温度勾配を形成される。

【0003】

このような熱音響装置において、加熱用熱交換器が取り付けられた管と、放熱用熱交換器が取り付けられた管とが、間に蓄熱器を挟んで接続されるものがある。より具体的には、加熱用熱交換器が取り付けられた管の端に設けられたフランジと、放熱用熱交換器が取り付けられた管の端に設けられたフランジとが、ボルトおよびナットで接続される。ボルトおよびナットが、向かい合うフランジを相互に押圧し、ある大きさの力で両フランジが間のガスケットを押圧することにより、ガスケットは、想定されたシール性能を発揮する。

【0004】

一方、蓄熱器の一部は、加熱用熱交換器が取り付けられた管に収容される。蓄熱器の他の一部は、放熱用熱交換器が取り付けられた管に収容される。その結果、蓄熱器の一端は、加熱用熱交換器と接触する。蓄熱器の他端は、放熱用熱交換器と接触する。加熱用熱交換器と放熱用熱交換器とが蓄熱器に接触し、かつ、蓄熱器の端を過剰に押圧しないように、加熱用熱交換器と放熱用熱交換器と蓄熱器との位置が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００４／０８８２１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の態様においては、ボルトとナットの締め込みの程度に応じて、ガスケットが押圧される力が変化する。同時に、それらのボルトとナットの締め込みの程度に応じて、蓄熱器の両端が加熱用熱交換器および放熱用熱交換器と接触するか否かが変わり、さらに、蓄熱器の両端が加熱用熱交換器および放熱用熱交換器によって押圧される力が変化する。このため、上記の態様においては、ガスケットが押圧される力と、蓄熱器の端と熱交換器との接触の程度と、をそれぞれ好ましい状態に設定することが容易ではない。

【0007】

この問題は、熱音響装置において、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に限らず、音波を供給されて温度勾配を生じさせるヒートポンプにおいても、同様に生じる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0009】

（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、一端に第１フランジを備える第１管と、前記第１管に設置されており、少なくとも一部が前記第１管内に位置する第１熱交換器と、一端に第２フランジを備える第２管と、前記第２管に設置されており、少なくとも一部が前記第２管内に位置する第２熱交換器と、前記第１管内の前記第１熱交換器と、前記第２管内の前記第２熱交換器と、の間に設置される蓄熱器と、前記第１フランジの前記第２フランジの間に配されるシール部と、前記第１管内の前記第１熱交換器と、前記蓄熱器と、の間に配されるウェーブスプリングと、を備える。
このような態様においては、第１フランジと第２フランジとの接続状態を適切に設定することにより、シール部によるシール性能が、適切に発揮される。一方、第１管内の第１熱交換器の一部と、蓄熱器と、が相互に接触する状態は、ウェーブスプリングの形状および特性を適切に設定することにより、制御することができる。さらに、第１管内の第１熱交換器の一部と、蓄熱器と、の間に、ウェーブスプリングの中央の孔による空隙が設けられる。このため、第１熱交換器の構造が、蓄熱器の流路の開口を塞ぐことがない。
（２）上記形態の熱音響装置において、前記第２管内の前記第２熱交換器と、前記蓄熱器とが、前記ウェーブスプリングよりも中心軸方向の弾性係数が大きい環状のスペーサを挟んで配されている、態様とすることができる。
このような態様とすれば、第１管内の第１熱交換器と蓄熱器との間隔、および、第１管内の第１熱交換器と蓄熱器とが押圧される力の大きさによらず、第２管内の第２熱交換器と蓄熱器との間隔をほぼ一定に保つことができる。また、第２管内の第２熱交換器の一部と、蓄熱器と、の間に、環状のスペーサの中央の孔による空隙が設けられる。このため、第２熱交換器の構造が、蓄熱器の流路の開口を塞ぐことがない。
（３）上記形態の熱音響装置において、前記第１熱交換器が、外部から熱を供給されて、前記第１管内において前記第１熱交換器に接する流体に熱を付与する熱交換器であり、前記第２熱交換器が、前記第２管内において前記第２熱交換器に接する流体をあらかじめ定められた温度に制御する熱交換器である、態様とすることができる。
このような態様においては、熱音響装置を運転している状態と熱音響装置を運転していない状態との間における温度差が大きい第１熱交換器と蓄熱器と、の間に、ウェーブスプリングが配される。このため、熱膨張による構成部品間の寸法の変化の相違を、ウェーブスプリングで吸収することができる。
（４）上記形態の熱音響装置において、前記第１熱交換器が、前記第１管内において前記第１熱交換器に接する流体に熱を奪われて、外部の冷却対象を冷却する熱交換器であり、前記第２熱交換器が、前記第２管内において前記第２熱交換器に接する流体をあらかじめ定められた温度に制御する熱交換器である、態様とすることができる。
このような態様においては、熱音響装置を運転している状態と熱音響装置を運転していない状態との間における温度差が大きい第１熱交換器と蓄熱器と、の間に、ウェーブスプリングが配される。このため、熱膨張による構成部品間の寸法の変化の相違を、ウェーブスプリングで吸収することができる。
本開示は、熱音響装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、原動機、ヒートポンプ、それらに使用される熱交換器、その熱交換器を含む配管構造等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の熱音響装置ＴＡの概略構成を示す説明図である。

【図2】原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡの構成を示す斜視図である。

【図3】原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡの構成を示す断面図である。

【図4】第１熱交換器４０の一部である伝熱リング４３とフィンモジュール４４の平面図である。

【図5】蓄熱器３０の平面図である。

【図6】ウェーブスプリングＷＳの平面図および側面図である。

【図7】スペーサＲＳの平面図および側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．熱音響装置ＴＡの構成：
図１は、第１実施形態の熱音響装置ＴＡの概略構成を示す説明図である。なお、図１は、熱音響装置ＴＡ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ＴＡは、ループ管型の熱音響装置である。熱音響装置ＴＡは、熱源ＨＳと冷却対象ＣＯとに接続されている。熱音響装置ＴＡは、熱源ＨＳから熱エネルギーを供給されて、冷却対象ＣＯを冷却することができる。

【0012】

熱音響装置ＴＡは、原動機ＰＭと、ヒートポンプＨＰと、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２と、を備える。原動機ＰＭの一端とヒートポンプＨＰの一端とは、ループ管ＬＴ１によって接続されている。原動機ＰＭの他端とヒートポンプＨＰの他端とは、ループ管ＬＴ２によって接続されている。その結果、原動機ＰＭと、ヒートポンプＨＰと、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２とは、輪状の配管構造ＰＡを構成している。この輪状の配管構造ＰＡ内には、流体ＦＬ１が満たされている。本実施形態において、流体ＦＬ１は、空気である。輪状の配管構造ＰＡは、内部の流体ＦＬ１が、輪状の配管構造ＰＡ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、配管構造ＰＡの管の内径は、３０ｍｍである。

【0013】

原動機ＰＭは、熱源ＨＳから熱エネルギーを供給されて、音波を発生させる（図１の下段左部参照）。原動機ＰＭは、第１熱交換器４０と、第２熱交換器２０と、蓄熱器３０と、を備える。

【0014】

図１において、第１熱交換器４０と、蓄熱器３０と、第２熱交換器２０と、が並ぶ方向を、Ｚ軸方向として示す。Ｚ軸方向は、第１熱交換器４０、蓄熱器３０、および第２熱交換器２０の中心軸ＣＡの方向と一致する。また、Ｚ軸方向に垂直な２方向であって互いに垂直な２方向を、図１において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向として示す。図２以降において示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、図１において示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と対応する。

【0015】

第１熱交換器４０は、原動機ＰＭの一端において、流体ＦＬ１を流通可能であるようにループ管ＬＴ１に接続されている（図１の下段左部参照）。第１熱交換器４０は、さらに、熱源ＨＳに接続されている。本実施形態において、熱源ＨＳは、具体的には、抵抗加熱方式の棒状のヒータである。第１熱交換器４０は、熱源ＨＳとしての４本の棒状のヒータＨＳ１～ＨＳ４に接続されている。第１熱交換器４０は、第１熱交換器４０の外部の構成である熱源ＨＳから熱を供給されて、配管構造ＰＡ内の流体ＦＬ１であって、第１熱交換器４０に接する流体ＦＬ１に、熱を付与する。

【0016】

第２熱交換器２０は、原動機ＰＭの他端において、流体ＦＬ１を流通可能であるようにループ管ＬＴ２に接続されている（図１の下段左部参照）。第２熱交換器２０は、図示しないチラーを備える。第２熱交換器２０は、チラーによって温度を一定に保たれている。第２熱交換器２０は、配管構造ＰＡ内の流体ＦＬ１であって、第２熱交換器２０に接する流体ＦＬ１を、あらかじめ定められた範囲の温度に制御する。

【0017】

蓄熱器３０は、配管構造ＰＡのうち、第１熱交換器４０と第２熱交換器２０との間の部位に設置されている（図１の下段左部参照）。蓄熱器３０は、多数の貫通孔を備えている。それらの貫通孔は、流体ＦＬ１を流通させる流路３２を構成する。蓄熱器３０は、流体ＦＬ１を流通可能であるように第１熱交換器４０および第２熱交換器２０と接続されている。蓄熱器３０は、温度勾配を形成されて、配管構造ＰＡ内に音波を発生させる。

【0018】

原動機ＰＭは、以下のように動作する。第１熱交換器４０によって加熱された流体ＦＬ１が、蓄熱器３０の一端３８およびその近傍の部分に熱を与えることにより、蓄熱器３０の一端３８の近傍が高温となる。第２熱交換器２０によって一定の温度に保たれている流体ＦＬ１が、蓄熱器３０の他端３９およびその近傍の部分から熱を奪うことにより、蓄熱器３０の他端３９の近傍が、蓄熱器３０の一端３８に対して低温となる。その結果、蓄熱器３０に、温度勾配が形成される。すると、蓄熱器３０は、熱音響自励振動を起こし、配管構造ＰＡ内で定常波を発生させる。蓄熱器３０が発生させた音響エネルギーは、ループ管ＬＴ１内の流体ＦＬ１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）。

【0019】

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ＣＯを冷却する（図１の上段右部参照）。ヒートポンプＨＰは、原動機ＰＭと略同様の構成を有する。ヒートポンプＨＰは、第３熱交換器９０と、第４熱交換器７０と、蓄熱器８０と、を備える。

【0020】

第３熱交換器９０は、ヒートポンプＨＰの一端において、流体ＦＬ１を流通可能であるようにループ管ＬＴ１に接続されている（図１の上段右部参照）。第３熱交換器９０は、図示しないチラーを備える。第３熱交換器９０は、チラーによって流体を流通されて、温度を一定に保たれている。第３熱交換器９０は、配管構造ＰＡ内の流体ＦＬ１であって、第３熱交換器９０に接する流体ＦＬ１を、あらかじめ定められた範囲の温度に制御する。

【0021】

第４熱交換器７０は、ヒートポンプＨＰの他端において、流体ＦＬ１を流通可能であるようにループ管ＬＴ２に接続されている（図１の上段右部参照）。第４熱交換器７０は、さらに、冷却対象ＣＯに接続されている。第４熱交換器７０は、配管構造ＰＡ内の流体ＦＬ１であって、第４熱交換器７０に接する流体ＦＬ１に熱を奪われて、冷却対象ＣＯから熱を奪う。その結果、冷却対象ＣＯが冷却される。

【0022】

蓄熱器８０は、第４熱交換器７０と第３熱交換器９０との間の部位に設置されている（図１の上段右部参照）。蓄熱器８０は、多数の貫通孔を備えている。それらの貫通孔は、流体ＦＬ１を流通させる流路８２を構成する。蓄熱器８０は、流体ＦＬ１を流通可能であるように第４熱交換器７０および第３熱交換器９０と接続されている。蓄熱器８０は、ループ管ＬＴ１内の流体ＦＬ１によって伝達される定常波の音波によって、温度勾配を形成される。

【0023】

ヒートポンプＨＰは、以下のように動作する。蓄熱器８０の流路８２内において、流体ＦＬ１は定常波で振動する。流体ＦＬ１の微小部分が蓄熱器８０の一端８８から他端８９に向かう向きに移動する際に、流体ＦＬ１は断熱膨張する。そして、流体ＦＬ１の微小部分の温度は低下する。流体ＦＬ１の微小部分は、蓄熱器８０の構造から熱を奪う。一方、流体ＦＬ１の微小部分が蓄熱器８０の他端８９から一端８８に向かう向きに移動する際に、流体ＦＬ１は断熱圧縮される。そして、流体ＦＬ１の微小部分の温度は上昇する。流体ＦＬ１の微小部分は、蓄熱器８０の構造に熱を与える。その結果、流体ＦＬ１の振動によって、蓄熱器８０の流路８２内において、蓄熱器８０の他端８９から一端８８に向かう向きに、熱の移動が生じる。よって、蓄熱器８０において、温度勾配が形成される。

【0024】

一方、第３熱交換器９０によって、蓄熱器８０の一端８８の近傍の温度は、一定に保たれている。すなわち、第３熱交換器９０に加えられた熱は、チラーを介して、外部に排出される。その結果、流体ＦＬ１の振動による熱の移動によって、蓄熱器８０の他端８９の近傍は、冷却される。すると、第４熱交換器７０を介して、冷却対象ＣＯが冷却される。

【0025】

Ａ２．原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡの構成：
図２は、原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡの構成を示す斜視図である。図３は、原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡの構成を示す断面図である。原動機ＰＭ近傍の配管構造ＰＡは、第１管Ｔ１０と、第１熱交換器４０と、第２管Ｔ２０と、第２熱交換器２０と、蓄熱器３０と、第１ユニットフランジＬ１と、第２ユニットフランジＬ２と、４個の固定ユニットＸ１０～Ｘ４０と、シール部Ｓ１と、ウェーブスプリングＷＳと、スペーサＲＳと、を含む。第１管Ｔ１０と、第１熱交換器４０と、第２管Ｔ２０と、第２熱交換器２０と、蓄熱器３０と、第１ユニットフランジＬ１と、第２ユニットフランジＬ２と、シール部Ｓ１と、ウェーブスプリングＷＳと、スペーサＲＳとは、中心軸ＣＡを共有する（図３参照）。なお、図２は、固定ユニットＸ１０～Ｘ４０と、４個の熱源ＨＳの位置関係を正確に表すものではない。

【0026】

第１管Ｔ１０は、流体ＦＬ１を流通させる配管である（図２の下段および図３の下段参照）。第１管Ｔ１０は、蓄熱器３０に対して、ヒートポンプＨＰの第３熱交換器９０側に配されている。第１管Ｔ１０は、第１ユニットフランジＬ１と接続される端とは逆の側の端に、第１フランジＴ１１を有する（図２の下段および図３の下段参照）。第１フランジＴ１１は、６組のボルトＸ５１およびナットＸ５２によって、第２管Ｔ２０の第２フランジＴ３１と接続される。

【0027】

第１熱交換器４０は、第１管Ｔ１０に設置されている（図２の下段および図３の下段参照）。第１熱交換器４０の一部は、第１管Ｔ１０内に位置している。第１熱交換器４０は、熱源ＨＳから熱を供給されて、第１管Ｔ１０内に位置している部分を介して、第１熱交換器４０に接する流体ＦＬ１に熱を付与する。

【0028】

第２管Ｔ２０は、流体ＦＬ１を流通させる配管である（図２および図３の上段参照）。第２管Ｔ２０は、蓄熱器３０に対して、ヒートポンプＨＰの第４熱交換器７０側に配されている。第２管Ｔ２０は、第２ユニットフランジＬ２と接続される端とは逆の側の端に、第２フランジＴ３１を有する（図２の下段および図３の下段参照）。第２フランジＴ３１は、６組のボルトＸ５１およびナットＸ５２によって、第１管Ｔ１０の第１フランジＴ１１と接続される。

【0029】

第２管Ｔ２０は、具体的には、３個の管Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４によって構成されている（図２および図３の上段参照）。それら３個の管は、フランジＴ３２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３、ならびにそれらの間に配される第２熱交換器２０およびシール部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を介して、接続されている。しかし、本実施形態では、技術の理解を容易にするため、それら３個の配管を含む一つの構成として、第２管Ｔ２０を説明する。

【0030】

第２熱交換器２０は、第２管Ｔ２０に設置されている（図２および図３の中段参照）。第２熱交換器２０の一部は、第２管Ｔ２０内に位置している。第２熱交換器２０は、第２管Ｔ２０内に位置している部分を介して、第２熱交換器２０に接する流体ＦＬ１をあらかじめ定められた範囲の温度に制御する。第２熱交換器２０は、第２ユニットフランジＬ２側の平面２８と、第１ユニットフランジＬ１側の平面２９と、を有する。

【0031】

蓄熱器３０は、第１管Ｔ１０と第２管Ｔ２０の内部に配されている。すなわち、蓄熱器３０の一部は、第１管Ｔ１０の内部に配されている。蓄熱器３０の他の一部は、第２管Ｔ２０の内部に配されている（図３の中段参照）。蓄熱器３０は、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０の一部と、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の一部と、の間に設置されている。蓄熱器３０は、前述のように、温度勾配によって配管内に音波を発生させる。

【0032】

ウェーブスプリングＷＳは、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０の部分と、蓄熱器３０と、の間に配されている（図３の下段参照）。ウェーブスプリングＷＳの構成および機能については、のちに説明する。

【0033】

スペーサＲＳは、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の部分と、蓄熱器３０と、の間に配されている（図３の中段参照）。スペーサＲＳの構成および機能については、のちに説明する。

【0034】

第１ユニットフランジＬ１は、略円板状の形状を有する（図２の下段および図３の下段参照）。第１ユニットフランジＬ１は、第１管Ｔ１０、および第２管Ｔ２０の内径と略同じ径の穴を、円板の中心に有する。第１ユニットフランジＬ１は、第１管Ｔ１０に対して第２管Ｔ２０とは逆の側に配されている。第１ユニットフランジＬ１は、固定ユニットＸ１０～Ｘ４０によって第２ユニットフランジＬ２と締結されて、第１管Ｔ１０を支持する。第１管Ｔ１０は、第１ユニットフランジＬ１によって、Ｚ軸負方向への移動を制限される。

【0035】

第２ユニットフランジＬ２は、略円板状の形状を有する（図２および図３の上段参照）。第２ユニットフランジＬ２は、第１管Ｔ１０、および第２管Ｔ２０の内径と略同じ径の穴を、円板の中心に有する。第２ユニットフランジＬ２は、第２管Ｔ２０に対して第１管Ｔ１０とは逆の側に配されている。第２ユニットフランジＬ２は、固定ユニットＸ１０～Ｘ４０によって第１ユニットフランジＬ１と締結されて、第２管Ｔ２０を支持する。第２管Ｔ２０は、第２ユニットフランジＬ２によって、Ｚ軸正方向への移動を制限される。

【0036】

固定ユニットＸ１０～Ｘ４０は、第１管Ｔ１０および第２管Ｔ２０が並ぶ方向、すなわちＺ軸方向に伸びる棒状の構造を有する。固定ユニットＸ１０～Ｘ４０のそれぞれは、ボルトとナットの組み合わせである。固定ユニットＸ１０～Ｘ４０は、第１ユニットフランジＬ１と第２ユニットフランジＬ２とを相互に固定する。その結果、第１ユニットフランジＬ１と第２ユニットフランジＬ２の間に位置する第１管Ｔ１０と第１熱交換器４０と第２熱交換器２０と第２管Ｔ２０とが、第１ユニットフランジＬ１と第２ユニットフランジＬ２とによって、固定される。ただし、第１管Ｔ１０の第１フランジＴ１１と、第２管Ｔ２０の第２フランジＴ３１と、の締結力は、固定ユニットＸ１０～Ｘ４０ではなく、６組のボルトＸ５１およびナットＸ５２によって、制御される（図３の中段参照）。

【0037】

シール部Ｓ１は、第１管Ｔ１０の第１フランジＴ１１と、第２管Ｔ２０の第２フランジＴ３１と、の間に配される（図２および図３の中段参照）。シール部Ｓ１は、Ｚ軸方向に沿って見た場合に環状の外形形状を有する、板状のガスケットである。シール部Ｓ１は、具体的には、膨張黒鉛を含んで構成される渦巻き形ガスケットである。シール部Ｓ１は、第１管Ｔ１０と第２管Ｔ２０との接続部位を通じて、配管構造ＰＡの外部へ、流体ＦＬ１が流出することを防止する。

【0038】

シール部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、Ｏリングである（図３の中段参照）。シール部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、シリコーン樹脂で構成される。シール部Ｓ２は、第２熱交換器２０の平面２９と、管Ｔ３のフランジＴ３２と、の間に配される。シール部Ｓ３は、第２熱交換器２０の平面２８と、第２管Ｔ２０のフランジＴ２１と、の間に配される。シール部Ｓ４は、第２管Ｔ２０のフランジＴ２２とフランジＴ２３との間に配される。

【0039】

Ａ３．第１熱交換器４０と蓄熱器３０とウェーブスプリングＷＳとスペーサＲＳの形状：
図４は、第１熱交換器４０の一部である伝熱リング４３とフィンモジュール４４の平面図である。第１熱交換器４０は、伝熱リング４３と、フィンモジュール４４と、を備える。伝熱リング４３とフィンモジュール４４は、主として銅で構成されている。伝熱リング４３は、熱源ＨＳに接続されており、熱源ＨＳから熱を受け取る。フィンモジュール４４は、伝熱リング４３の中央の穴部に配されている。フィンモジュール４４は、Ｙ軸方向に並ぶ多数のフィン４８を備えている。フィンモジュール４４において、複数のフィン４８が設けられている円形の領域ＡＳは、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２とほぼ同じ内径を有する。

【0040】

複数のフィン４８は、いわゆるストレートフィンである。複数のフィン４８は、互いに平行で板状の複数のフィンである。各フィン４８は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に平行に配されている。複数のフィン４８は、Ｙ軸方向に並んで配されている。複数のフィン４８の厚さは、同じである。本実施形態において、フィン４８の厚さは、０．５ｍｍである。隣り合うフィン４８の間隔は、０．５ｍｍである。フィンモジュール４４における隣り合うフィン４８の間隙は、流体ＦＬ１を流通させる流路４２を構成する。フィンモジュール４４は、伝熱リング４３から熱を受け取って、流路４２を流れる流体ＦＬ１に熱を与える。

【0041】

第２熱交換器２０も、伝熱リングと、フィンモジュールと、を備える（図１の下段左部参照）。第２熱交換器２０の伝熱リングとフィンモジュールとは、それぞれ第１熱交換器４０の伝熱リング４３とフィンモジュール４４と同様の構成を有する（図４参照）。伝熱リングは、チラーに接続されており、チラーに熱を奪われ、温度を一定に保たれる。フィンモジュールは、伝熱リングに熱を奪われて、フィンモジュールに接する流体ＦＬ１を、あらかじめ定められた温度に制御する。

【0042】

図５は、蓄熱器３０の平面図である。蓄熱器３０は、略円柱状の形状を有する。蓄熱器３０は、セラミックで構成される。蓄熱器３０は、外壁３５と、複数の内壁３７とを有する。外壁３５は、略円筒状の形状を有する。外壁３５の厚みは約１ｍｍである。

【0043】

複数の内壁３７は、略円筒状の外壁３５の内部に配されている。それぞれの内壁３７は、略長方形の板状の形状を有する。それぞれの内壁３７の長方形の向かい合う２辺は、略円筒状の外壁３５の内面に接続されている。複数の内壁３７の一部は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に平行に等間隔で配されている。これらの内壁３７の向きは、第１熱交換器４０のフィン４８の向きと平行である。複数の内壁３７の他の一部は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に平行に等間隔で配されている。これらの内壁３７の向きは、第１熱交換器４０のフィン４８の向きと垂直である。その結果、多数の内壁３７によって、外壁３５の内部を格子状に仕切る壁が形成されている。格子状の壁に仕切られた四角形断面を有する空隙が、流体ＦＬ１を流通させる流路３２を構成する。流路３２の断面形状は、具体的には、縦約１ｍｍ、横約１ｍｍの正方形である。

【0044】

図６は、ウェーブスプリングＷＳの平面図および側面図である。ウェーブスプリングＷＳは、略環状の構造を有する弾性部材である。ウェーブスプリングＷＳの環の中心軸ＣＡｗ方向の厚さは略一定である。ウェーブスプリングＷＳの環の半径方向の幅も、全周にわたって略一定である。本実施形態において、ウェーブスプリングＷＳの環の半径方向の幅は、約１．５ｍｍである。その結果、ウェーブスプリングＷＳの中央の孔ＷＳｈの直径は、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２の内径の約９０％である。

【0045】

ウェーブスプリングＷＳは、それぞれ略環状の構造の一部を構成する複数の部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を有する。環の中心軸ＣＡｗ方向について、第１種の部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置は、互いに等しい（図６の下段参照）。環の中心軸ＣＡｗ方向について、第２種の部位Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の位置は、互いに等しい。環の中心軸ＣＡｗ方向について、第１種の部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置と、第２種の部位Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の位置とは、異なる。ウェーブスプリングＷＳは、１周期が１２０°の波状の構造を備える。

【0046】

ウェーブスプリングＷＳは、略環状の構造の全体に対して環の中心軸ＣＡｗ方向に押圧力を受けると、弾性変形して環の中心軸ＣＡｗ方向に寸法が小さくなり、環の中心軸ＣＡｗ方向に反力を生じさせる。反力の大きさは、弾性変形による変形量に比例する。ウェーブスプリングＷＳにおける弾性変形による変形量の最大値および弾性係数は、ウェーブスプリングＷＳが設置される熱音響装置ＴＡの原動機ＰＭから要求される仕様に応じて、適切に設定することができる。

【0047】

本実施形態においては、第１フランジＴ１１と第２フランジＴ３１の間にシール部Ｓ１が配されており、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０と蓄熱器３０との間に、ウェーブスプリングＷＳが配されていることにより、以下のような効果が奏される。すなわち、ボルトＸ５１およびナットＸ５２によって、第１フランジＴ１１と第２フランジＴ３１との接続状態を適切に設定することにより、シール部Ｓ１によるシール性能が、適切に発揮される（図３の中段参照）。一方、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０の一部と、蓄熱器３０と、が相互に接触する状態は、ウェーブスプリングＷＳの形状および特性を適切に設定することにより、制御することができる（図３の中段および図６の下段参照）。

【0048】

また、第１熱交換器４０は、微細な構造のフィン４８を備えている（図４参照）。蓄熱器３０も、微細な構造の内壁３７を備えている（図５参照）。第１熱交換器のフィン４８と、蓄熱器３０の内壁３７とは、それぞれ異なる形状を備えている。このため、第１熱交換器４０と蓄熱器３０との間に、ウェーブスプリングＷＳが配されておらず、第１熱交換器４０のフィン４８の端面が蓄熱器３０の内壁３７の端面に直接、接する態様においては、以下のような問題が生じる。すなわち、第１熱交換器４０のフィン４８の端面が、蓄熱器３０の流路３２の開口を、塞いでしまう（図４および図５参照）。すなわち、流体ＦＬ１は、蓄熱器３０の一部の流路３２を流通することができない。その結果、蓄熱器３０の一部の流路３２において、熱音響自励振動が生じない。

【0049】

これに対して、本実施形態の原動機ＰＭにおいては、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０の一部と、蓄熱器３０と、の間に、ウェーブスプリングＷＳの中央の孔ＷＳｈによる空隙が設けられる（図３の下段参照）。すなわち、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２とほぼ同じ内径を有する円形の領域ＡＳに配された複数のフィン４８の端面が、蓄熱器３０の流路３２の開口を塞がない（図４および図５参照）。このため、流体ＦＬ１は、蓄熱器３０のより多くの流路３２を流通することができる。その結果、蓄熱器３０において、より効率的に熱エネルギーを音響エネルギーに変換できる。

【0050】

さらに、ウェーブスプリングＷＳの中央の孔ＷＳｈの直径は、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２の内径の約９０％である。このため、ウェーブスプリングＷＳの中央の孔ＷＳｈの直径のループ管ＬＴ１，ＬＴ２の内径に対する比率がより小さい態様に比べて、より効率的に熱エネルギーを音響エネルギーに変換できる。

【0051】

図７は、スペーサＲＳの平面図および側面図である。スペーサＲＳは、環状の構造を有する部材である。スペーサＲＳの環の中心軸ＣＡｒ方向の厚さは一定である。スペーサＲＳの環の半径方向の幅も、全周にわたって略一定である。本実施形態において、スペーサＲＳの環の半径方向の幅は、約１．５ｍｍである。その結果、スペーサＲＳの中央の孔ＲＳｈの直径は、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２の内径の約９０％である。

【0052】

スペーサＲＳにおいて、環状の構造の構成する各部位の、環の中心軸ＣＡｒ方向の位置は、同一である。スペーサＲＳは、ウェーブスプリングＷＳよりも中心軸方向の弾性係数が大きい。スペーサＲＳは、スペーサＲＳを挟んで環の中心軸ＣＡｒ方向の両側に位置する二つの構造から押圧力を受けても、ほとんど弾性変形しない。このため、スペーサＲＳは、スペーサＲＳの両側に位置する二つの構造の間隔を一定に保つことができる。本実施形態の原動機ＰＭにおいては、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の部分と、蓄熱器３０とが、スペーサＲＳを挟んで配されている。

【0053】

このような構成とすることにより、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０と蓄熱器３０との間隔、および、第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０と蓄熱器３０とが押圧される力の大きさによらず、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０と蓄熱器３０との間隔をほぼ一定に保つことができる（図３の中段参照）。

【0054】

第１管Ｔ１０内の第１熱交換器４０の部分と、蓄熱器３０と、の間には、ウェーブスプリングＷＳが配されている。仮に、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の部分と、蓄熱器３０と、の間に、スペーサＲＳに代えて、ウェーブスプリングが配されているとすると、蓄熱器３０は、両端を弾性的に支持されることになる。そのような態様においては、蓄熱器３０は、振動する流体ＦＬ１から受ける力によって、中心軸ＣＡ方向に振動する。しかし、本実施形態においては、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の部分と、蓄熱器３０と、の間には、スペーサＲＳが配されている。このため、蓄熱器３０が外力を受けて中心軸方向に振動する事態を防止することができる。よって、安定して熱音響自励振動を起こすことができる。

【0055】

また、本実施形態の原動機ＰＭにおいては、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の一部と、蓄熱器３０と、の間に、環状のスペーサＲＳの中央の孔ＲＳｈによる空隙が設けられる（図３の中段参照）。このため、第２熱交換器２０のフィンの端面が、蓄熱器３０の流路の開口を塞ぐことがない。その結果、蓄熱器３０において、より効率的に熱エネルギーを音響エネルギーに変換できる。

【0056】

さらに、本実施形態の原動機ＰＭにおいては、蓄熱器３０と第１熱交換器４０の間と、蓄熱器３０と第２熱交換器２０の間と、のうち、蓄熱器３０と第１熱交換器４０との間に、ウェーブスプリングＷＳが配される。第１熱交換器４０においては、熱音響装置ＴＡを運転している状態と熱音響装置ＴＡを運転していない状態との間における温度差が大きい。このため、第１熱交換器４０の各構成および第１熱交換器４０近傍の各構成の熱膨張に起因する寸法の変化の差が大きい。しかし、上記の構成とすることにより、熱膨張による中心軸ＣＡ方向についての構成間の寸法の変化の相違を、ウェーブスプリングＷＳで吸収することができる。

【0057】

以上では、原動機ＰＭの構成を例に、ウェーブスプリングＷＳとスペーサＲＳの構成、配置および効果について説明した（図１の下段左部参照）。しかし、ヒートポンプＨＰにおいても、ウェーブスプリングとスペーサが配されている（図１の上段右部参照）。具体的には、ヒートポンプＨＰにおいては、ウェーブスプリングは、第４熱交換器７０と、蓄熱器８０と、の間に配されている。スペーサは、第３熱交換器９０と、蓄熱器８０と、の間に配されている。ヒートポンプＨＰが備えるウェーブスプリングの構成は、原動機ＰＭが備えるウェーブスプリングＷＳと同じである。ヒートポンプＨＰが備えるスペーサの構成は、原動機ＰＭが備えるスペーサＲＳと同じである。

【0058】

このような構成とすることにより、ヒートポンプＨＰにおいても、原動機ＰＭの場合と同様の技術的効果が得られる。すなわち、管同士の接続部におけるシール部によるシール性能を、適切に発揮させることができる一方で、ウェーブスプリングの形状および特性を適切に設定することにより、第４熱交換器７０と、蓄熱器８０と、が相互に接触する状態を、制御することができる。

【0059】

また、第４熱交換器７０のフィンの端面と第３熱交換器９０のフィンの端面とが、蓄熱器８０の流路８２の開口を、塞がない。このため、蓄熱器８０が有する流路８２を有効に活用して、蓄熱器８０において、温度勾配を形成することができる。

【0060】

さらに、本実施形態のヒートポンプＨＰにおいては、蓄熱器８０と第３熱交換器９０の間と、蓄熱器８０と第４熱交換器７０の間と、のうち、蓄熱器８０と第４熱交換器７０との間に、ウェーブスプリングが配される。第４熱交換器７０は、熱音響装置ＴＡを運転している状態と熱音響装置ＴＡを運転していない状態との間における温度差が大きい。このため、各構成の熱膨張に起因する寸法の変化の差が大きい。しかし、上記の構成とすることにより、熱膨張による中心軸ＣＡ方向についての構成部品間の寸法の変化の相違を、ウェーブスプリングで吸収することができる。

【0061】

本実施形態における第４熱交換器７０を、「第１熱交換器」とも呼ぶ。第３熱交換器９０を、「第２熱交換器」とも呼ぶ。

【0062】

Ｂ．他の実施形態：
Ｂ１．他の実施形態１：
（１）上記実施形態においては、ウェーブスプリングＷＳは、連続した略環状の構造を有する（図６参照）。しかし、ウェーブスプリングは、他の形状を有していてもよい。たとえば、ウェーブスプリングは、一部が不連続である略環状の構造を有していてもよい。また、ウェーブスプリングは、中心軸方向に複数の層を有する多重巻型のウェーブスプリングであってもよい。

【0063】

（２）上記実施形態においては、配管構造ＰＡの管の内径は、３０ｍｍである（図１参照）。蓄熱器３０の外壁３５の厚みは約１ｍｍである（図５参照）。ウェーブスプリングＷＳの環の半径方向の幅は、約１．５ｍｍである（図６参照）。スペーサＲＳの環の半径方向の幅は、約１．５ｍｍである（図７参照）。しかし、これらの寸法は、一例であり、各構造の寸法は他の値であってもよい。ただし、ウェーブスプリングの中央の孔の直径は、蓄熱器の外壁の内径の８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがより好ましい。スペーサＲＳの中央の孔の直径は、蓄熱器の外壁の内径の８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがより好ましい。

【0064】

（３）上記実施形態においては、シール部Ｓ１は、膨張黒鉛を含んで構成される渦巻き形ガスケットである。そして、シール部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、シリコーン樹脂で構成されたＯリングである。しかし、各シール部は、フッ素ゴム、クロロプレンゴムなど、他の素材を含んで構成されることもできる。各シール部は、四角形断面を有する環状の形状など、他の構成を有していてもよい。

【0065】

（４）上記実施形態においては、第１フランジＴ１１は、６組のボルトＸ５１およびナットＸ５２によって、第２管Ｔ２０の第２フランジＴ３１と接続される（図２の下段および図３の下段参照）。しかし、第１フランジと第２フランジとを接続するボルトとナットの数は、３個、４個、８個など、他の数であってもよい。また、第１フランジと第２フランジとを接続する器具は、ボルトとナットに限られない。たとえば、第１フランジと第２フランジとを接続する器具は、第１フランジと第２フランジとをまたいで配され、第１フランジまたは第２フランジを押圧するボルトを備える金具であってもよい。

【0066】

（５）上記実施形態においては、第２管Ｔ２０は、具体的には、３個の管によって構成される。しかし、第２管Ｔ２０は、一つの管として構成されてもよい。また、上記実施形態においては、第１管Ｔ１０は、一つの管によって構成される。しかし、第１管Ｔ１０、および第２管Ｔ２０は、２以上の管によって構成されていてもよい。各配管の間には、シール部が設けられていることが好ましい。

【0067】

Ｂ２．他の実施形態２：
上記実施形態においては、環状のスペーサＲＳが、第２管Ｔ２０内の第２熱交換器２０の部分と、蓄熱器３０と、の間に配されている。スペーサＲＳの環の中心軸ＣＡｒ方向の厚さは一定である。しかし、スペーサの形状は、他の形状であってもよい。スペーサは、たとえば、中心軸方向の厚みが異なる複数の部位を備えていてもよい。また、第２熱交換器と蓄熱器との間にスペーサを備えず、第２熱交換器と蓄熱器とが接している態様とすることもできる。

【0068】

Ｂ３．他の実施形態３：
上記実施形態の原動機ＰＭにおいては、蓄熱器３０と第１熱交換器４０との間に、ウェーブスプリングＷＳが配される。しかし、ウェーブスプリングは、蓄熱器と第２熱交換器との間に配されてもよい。

【0069】

Ｂ４．他の実施形態４：
上記実施形態のヒートポンプＨＰにおいては、蓄熱器８０と第４熱交換器７０との間に、ウェーブスプリングが配される。しかし、ウェーブスプリングは、蓄熱器と第３熱交換器の間との間に配されてもよい。

【0070】

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。

【符号の説明】

【0071】

２０…第２熱交換器、２８…平面、２９…平面、３０…蓄熱器、３２…流路、３５…外壁、３７…内壁、３８…一端、３９…他端、４０…第１熱交換器、４２…流路、４３…伝熱リング、４４…フィンモジュール、４８…フィン、７０…第４熱交換器、８０…蓄熱器、８２…流路、８８…一端、８９…他端、９０…第３熱交換器、ＡＳ…フィンが設けられている領域、ＣＡ…中心軸、ＣＡｒ…スペーサの中心軸、ＣＡｗ…ウェーブスプリングの中心軸、ＣＯ…冷却対象、ＦＬ１…流体、ＨＰ…ヒートポンプ、ＨＳ…熱源、ＨＳ１～ＨＳ４…ヒータ、Ｋ１…音波の伝播方向を示す矢印、Ｌ１…第１ユニットフランジ、Ｌ２…第２ユニットフランジ、ＬＴ１…ループ管、ＬＴ２…ループ管、Ｐ１～Ｐ３…ウェーブスプリングＷＳの部位、ＰＡ…配管構造、ＰＭ…原動機、Ｒ１～Ｒ３…ウェーブスプリングＷＳの部位、ＲＳ…スペーサ、ＲＳｈ…スペーサの孔、Ｓ１…シール部、Ｓ２…シール部、Ｓ３…シール部、Ｓ４…シール部、Ｔ１０…第１管、Ｔ１１…第１フランジ、Ｔ２…管、Ｔ２０…第２管、Ｔ２１…フランジ、Ｔ２２…フランジ、Ｔ２３…フランジ、Ｔ３…管、Ｔ３１…第２フランジ、Ｔ３２…フランジ、Ｔ４…管、ＴＡ…熱音響装置、ＷＳ…ウェーブスプリング、ＷＳｈ…ウェーブスプリングの孔、Ｘ１０～Ｘ４０…固定ユニット、Ｘ５１…ボルト、Ｘ５２…ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】