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(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】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28D 7/10 20060101AFI20241008BHJP
F25B 9/00 20060101ALI20241008BHJP
F28F 1/40 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
F28D7/10 A
F25B9/00 Z
F25B9/00 311
F28F1/40 J
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020133028
(22)【出願日】2020-08-05
(65)【公開番号】P2022029640
(43)【公開日】2022-02-18
【審査請求日】2023-07-14
(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】武井 智行
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 利幸
(72)【発明者】
【氏名】河内 達磨
(72)【発明者】
【氏名】小原 邦男
(72)【発明者】
【氏名】田中 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】中井 基生
【審査官】豊島 ひろみ
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５９－０５７７３６（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ １／００ － １３／００
Ｆ２５Ｂ ９／００ － １１／０４
Ｆ２８Ｆ １／００ － １／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
配管に取り付けられ、前記配管内の流体と熱交換を行う熱交換器であって、円筒部と、
前記円筒部の内部に配された互いに平行で板状の複数のフィンであって、前記円筒部の中心軸と平行に配されている複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンのそれぞれの一端は、前記円筒部の内面に固定されており、
前記複数のフィンは、
前記円筒部の前記中心軸を挟んだ両側の前記内面から、互いに他方の前記内面に向かって伸びており、
前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある他のフィンとが、前記熱交換器の使用において想定されている最大の温度まで前記複数のフィンの温度が上昇した際に、接触しない間隔を有するように、設けられており、
向かい合う一対のフィンの端同士の前記間隔の、前記向かい合う一対のフィンの長さの合計に対する割合は、前記最大の温度と、前記熱交換器が配置される環境における前記熱交換器を使用していないときの温度と、の差に応じて定められた値である、熱交換器。
【請求項2】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記複数のフィンは、前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの前記他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔が、前記一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、配管内を流通する流体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、配管内を流通する流体との間で熱交換を行う熱交換器が存在する。特許文献１においては、加熱器内において、互いに平行な複数の内部フィンが、管内で両端を支持されて管の軸に沿って並べられている加熱器が記載されている（特許文献１の図５参照）。また、特許文献１においては、外管内壁と外管外壁との間に複数の内部フィンが管の中心軸に向かって放射状に配置された加熱器が記載されている（特許文献１の図２参照）。この態様においては、内部フィンは、管の中心軸近傍に位置する部分を有さない。このため、内部フィンには、管の壁からの距離が長いために外部からの熱が伝導しにくい部分が、ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１４５００６号公報
【文献】国際公開第２０２０／０４５６７５号
【文献】特開２０１０－０７１５５９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、特許文献１の図５に示されるような、加熱器内に、互いに平行な複数の内部フィンが、管内で両端を支持されて管の軸に沿って並べられている態様においては、内部フィンの温度が上昇すると、フィンが熱膨張し、管内で湾曲する。その結果、隣り合う内部フィン同士が接触して、管の一部を塞ぐ。このため、配管内の流体の流通を阻害してしまう。よって、熱交換の効率が低下する。
【0005】
また、特許文献１の図２に示されるような、外管内壁と外管外壁との間に複数の内部フィンが放射状に配置された態様においては、外周近傍の部分においては、内側の部分に比べてフィン同士の間隔が広くなる。このため、フィンが平行に配されている態様に比べて、管内におけるフィンの配置の密度が低くなる。よって、効率的に熱交換を行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
配管に取り付けられ、前記配管内の流体と熱交換を行う熱交換器であって、
円筒部と、
前記円筒部の内部に配された互いに平行で板状の複数のフィンであって、前記円筒部の中心軸と平行に配されている複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンのそれぞれの一端は、前記円筒部の内面に固定されており、
前記複数のフィンは、
前記円筒部の前記中心軸を挟んだ両側の前記内面から、互いに他方の前記内面に向かって伸びており、
前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある他のフィンとが、前記熱交換器の使用において想定されている最大の温度まで前記複数のフィンの温度が上昇した際に、接触しない間隔を有するように、設けられており、
向かい合う一対のフィンの端同士の前記間隔の、前記向かい合う一対のフィンの長さの合計に対する割合は、前記最大の温度と、前記熱交換器が配置される環境における前記熱交換器を使用していないときの温度と、の差に応じて定められた値である、熱交換器。
配管に取り付けられ、前記配管内の流体と熱交換を行う熱交換器であって、
円筒部と、
前記円筒部の内部に配された互いに平行で板状の複数のフィンであって、前記円筒部の中心軸と平行に配されている複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンのそれぞれの一端は、前記円筒部の内面に固定されており、
前記複数のフィンは、
前記円筒部の前記中心軸を挟んだ両側の前記内面から、互いに他方の前記内面に向かって伸びており、
前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある他のフィンとが、前記熱交換器の使用において想定されている最大の温度まで前記複数のフィンの温度が上昇した際に、接触しない間隔を有するように、設けられており、
向かい合う一対のフィンの端同士の前記間隔の、前記向かい合う一対のフィンの長さの合計に対する割合は、前記最大の温度と、前記熱交換器が配置される環境における前記熱交換器を使用していないときの温度と、の差に応じて定められた値である、熱交換器。
【0007】
（１）本開示の一形態によれば、配管に取り付けられ、前記配管内の流体と熱交換を行う熱交換器が提供される。この熱交換器は、円筒部と、前記円筒部の内部に配された互いに平行で板状の複数のフィンであって、前記円筒部の中心軸と平行に配されている複数のフィンと、を備える。前記複数のフィンのそれぞれの一端は、前記円筒部の内面に固定されており、前記複数のフィンのそれぞれの他端は、他の構成に接続されていない。
このような態様において、板状の各フィンは、他端が固定されていない。このため、フィンの温度が上昇してフィンが熱膨張しても、フィンが湾曲しにくい。よって、各フィンの両端が固定されている態様に比べて、フィンが加熱された際に、隣り合うフィン同士が接触して、フィン間の流体の流通が阻害される可能性が低い。
また、このような態様において、板状の各フィンは、平行に配されている。このため、複数のフィンが放射状に配されている態様に比べて、高密度に複数のフィンを構成することができる。その結果、熱交換の効率が高い。
（２）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記円筒部の前記中心軸を挟んだ両側の前記内面から、互いに他方の前記内面に向かって伸びている、態様とすることもできる。
このような態様とすれば、すべてのフィンが、円筒部の中心軸に対する一方の側から、他方の側に向かって伸びる態様に比べて、円筒部内において、少ない偏りで流体と熱交換を行うことができる。
（３）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの前記他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成とが、前記熱交換器の使用において想定されている最大の温度まで前記複数のフィンの温度が上昇した際に、接触しない間隔を有するように、設けられている、態様とすることもできる。
このような態様とすれば、熱交換器が使用される状態において、向かい合うフィンの先端同士が接触して、フィンが湾曲することがない。このため、熱膨張によるフィン同士の接触のために、隣り合うフィン間を流れる流体の流通が阻害されることがない。
（４）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの前記他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔が、前記一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている、態様とすることもできる。
フィンが長いほど、同程度の温度上昇があった場合のフィンの伸び量も大きくなる。このため、上記のような態様とすれば、複数のフィンのそれぞれについて、熱膨張によって他の構成と接触しにくいように、構成することができる。
このような態様において、板状の各フィンは、他端が固定されていない。このため、フィンの温度が上昇してフィンが熱膨張しても、フィンが湾曲しにくい。よって、各フィンの両端が固定されている態様に比べて、フィンが加熱された際に、隣り合うフィン同士が接触して、フィン間の流体の流通が阻害される可能性が低い。
また、このような態様において、板状の各フィンは、平行に配されている。このため、複数のフィンが放射状に配されている態様に比べて、高密度に複数のフィンを構成することができる。その結果、熱交換の効率が高い。
（２）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記円筒部の前記中心軸を挟んだ両側の前記内面から、互いに他方の前記内面に向かって伸びている、態様とすることもできる。
このような態様とすれば、すべてのフィンが、円筒部の中心軸に対する一方の側から、他方の側に向かって伸びる態様に比べて、円筒部内において、少ない偏りで流体と熱交換を行うことができる。
（３）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの前記他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成とが、前記熱交換器の使用において想定されている最大の温度まで前記複数のフィンの温度が上昇した際に、接触しない間隔を有するように、設けられている、態様とすることもできる。
このような態様とすれば、熱交換器が使用される状態において、向かい合うフィンの先端同士が接触して、フィンが湾曲することがない。このため、熱膨張によるフィン同士の接触のために、隣り合うフィン間を流れる流体の流通が阻害されることがない。
（４）上記形態の熱交換器において、前記複数のフィンは、前記複数のフィンに含まれる一つのフィンの前記他端と、前記他端に対して、前記一端から前記他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔が、前記一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている、態様とすることもできる。
フィンが長いほど、同程度の温度上昇があった場合のフィンの伸び量も大きくなる。このため、上記のような態様とすれば、複数のフィンのそれぞれについて、熱膨張によって他の構成と接触しにくいように、構成することができる。
【0008】
本開示は、熱交換器以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、熱交換器を備えた原動機、または熱交換器を備えたヒートポンプ、またはそれらを備えた熱音響装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【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の概略構成を示す説明図である。
【図3】原動機ＰＭの第１熱交換器４０の概略構成を示す斜視図である。
【図4】第１熱交換器４０のフィンモジュール４４の平面図である。
【図5】最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した場合のフィンモジュール４４の平面図である。
【図6】第２実施形態におけるフィンモジュール４５の平面図である。
【図7】最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した場合のフィンモジュール４５の平面図である。
【図8】他の実施形態２におけるフィンモジュール４１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
【0014】
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２の下段参照）。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、抵抗加熱方式の棒状のヒータである（図３の下段参照）。第１熱交換器４０は、熱源ＨＳとしての８本の棒状のヒータに接続されている。第１熱交換器４０は、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。
【0015】
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（図２の下段および図３参照）。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の中央の穴に配されている。フィンモジュール４４は、多数のフィンを備えている。フィンモジュール４４における隣り合うフィンの間隙は、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。
【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２の上段参照）。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】
第２熱交換器２０は、ジャケット２３と、フィンモジュール２４と、を備える（図２の上段参照）。ジャケット２３は、流体ＦＬ２を流通させる流路２６を構成する環状の構造物である。ジャケット２３は、チラーに接続され、チラーによって流体ＦＬ２を流通される。フィンモジュール２４は、ジャケット２３の中央の穴に配されている。フィンモジュール２４は、多数のフィンを備えている。フィンモジュール２４における隣り合うフィンの間隙は、流体ＦＬ１を流通させる流路２２を構成する。フィンモジュール２４は、ジャケット２３との間で熱交換を行う。チラーによる流体ＦＬ２の流通によって、ジャケット２３およびフィンモジュール２４は、あらかじめ定められた範囲の温度に制御される。その結果、流路２２を流れる流体ＦＬ１は、あらかじめ定められた範囲の温度に制御される。
【0018】
蓄熱器３０は、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の下段左部および図２参照）。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、ループ管ＬＴ１内に音波を発生させる。
【0019】
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、一端３８の近傍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、流路３２内で定常波を発生させる。蓄熱器３０が発生させた定常波の音波は、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）。
【0020】
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。第４熱交換器７０が、第１熱交換器４０に対応する。第３熱交換器９０が、第２熱交換器２０に対応する。蓄熱器８０が、蓄熱器３０に対応する。
【0021】
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。
【0022】
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から熱を奪われて、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。
【0023】
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。
【0024】
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が蓄熱器８０の一端８８の近傍から他端８９の近傍に向かう向きに移動する際に、流体ＦＬ１は断熱膨張する。その結果、流体ＦＬ１の温度が低下する。流体ＦＬ１は、蓄熱器８０の他端８９の近傍において、第４熱交換器７０から熱を奪う。第４熱交換器７０を介して、冷却対象ＣＯが冷却される。
【0025】
流体ＦＬ１が蓄熱器８０の他端８９の近傍から一端８８の近傍に向かう向きに移動する際に、流体ＦＬ１は断熱圧縮される。その結果、流体ＦＬ１の温度が上昇する。流体ＦＬ１は、蓄熱器８０の一端８８の近傍において、第３熱交換器９０に熱を与える。第３熱交換器９０に与えられた熱は、第３熱交換器９０のチラーを介して、外部に放出される。
【0026】
Ａ２．第１熱交換器４０のフィンモジュール４４の構成：
図４は、第１熱交換器４０のフィンモジュール４４の平面図である。図４は、２０℃におけるフィンモジュール４４の形状を示す。フィンモジュール４４は、銅合金で構成される。フィンモジュール４４は、円筒部４６と、複数のフィン４８と、を有する。円筒部４６は、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２とほぼ同じの内径を有する環状の部材である（図２の下段および図３参照）。図４において、円筒部４６の内面のうち、中心軸ＣＡを挟んだ一方の側の内面をＩＳＬとして示し、他方の側の内面をＩＳＲとして示す。
図４は、第１熱交換器４０のフィンモジュール４４の平面図である。図４は、２０℃におけるフィンモジュール４４の形状を示す。フィンモジュール４４は、銅合金で構成される。フィンモジュール４４は、円筒部４６と、複数のフィン４８と、を有する。円筒部４６は、ループ管ＬＴ１，ＬＴ２とほぼ同じの内径を有する環状の部材である（図２の下段および図３参照）。図４において、円筒部４６の内面のうち、中心軸ＣＡを挟んだ一方の側の内面をＩＳＬとして示し、他方の側の内面をＩＳＲとして示す。
【0027】
複数のフィン４８は、円筒部４６の内部に配されている。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。複数のフィン４８の厚さおよび幅は、同じである。複数のフィン４８は、円筒部４６の中心軸ＣＡと平行に配されている。複数のフィン４８は、いわゆるストレートフィンである。本実施形態において、フィン４８の厚さは、０．５ｍｍである。また、並んで配されるフィン４８のうち隣り合うフィン４８の間隔は、０．５ｍｍである。複数のフィン４８は、円筒部４６の中心軸ＣＡを通る直線ＳＡに対して対称の形状を有する。図４において、向かい合うフィン同士の間隔をｄ１として示す。間隔ｄ１は、向かい合うフィンの対によって異なっている。
【0028】
複数のフィン４８を構成するそれぞれのフィンとして、図４において、例示的に、フィンＦ１～Ｆ６に符号を付して示す。フィンＦ１の両端のうち、円筒部４６に接続され基部として機能する端をＦ１Ｂで示し、先端をＦ１Ｔで示す。Ｆ２～Ｆ６についても、基部である端は、各フィンの符号の末尾にＢを付した符号で示し、先端は、各フィンの符号の末尾にＴを付した符号で示す。
【0029】
フィンＦ１，Ｆ２は、円筒部４６の中心軸ＣＡを挟んで向かい合う位置に配されている。すなわち、フィンＦ１，Ｆ２は、円筒部４６の直径Ｄｍに沿って配されている。フィンＦ１，Ｆ２は、複数のフィン４８のうち最も長いフィンである。フィンＦ３，Ｆ４は、直線ＳＡを挟んで向かい合う位置に配されている。フィンＦ５，Ｆ６は、直線ＳＡを挟んで向かい合う位置に配されている。フィンＦ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、複数のフィン４８のうち最も短いフィンである。
【0030】
複数のフィン４８のそれぞれの一端は、円筒部４６の内面ＩＳＬまたは内面ＩＳＲに固定されている。複数のフィン４８のそれぞれの他端は、他の構成に接続されていない。たとえば、フィンＦ１，Ｆ３，Ｆ５のそれぞれの一端Ｆ１Ｂ，Ｆ３Ｂ，Ｆ５Ｂは、円筒部４６の内面ＩＳＲに固定されている。フィンＦ１，Ｆ３，Ｆ５の他端は、他の構成に接続されていない自由端である。フィンＦ２，Ｆ４，Ｆ６のそれぞれの一端Ｆ２Ｂ，Ｆ４Ｂ，Ｆ６Ｂは、円筒部４６の内面ＩＳＬに固定されている。フィンＦ２，Ｆ４，Ｆ６の他端は、他の構成に接続されていない自由端である。
【0031】
本実施形態の第１熱交換器４０においては、板状の各フィン４８は、先端が固定されていない。このため、各フィン４８の両端が固定されている態様とは異なり、フィン４８の温度が上昇してフィン４８が熱膨張しても、円筒部４６内においてフィン４８が湾曲しにくい。よって、各フィン４８の両端が固定されている態様に比べて、フィン４８が加熱された際に、隣り合うフィン４８同士が接触して流路４２の一部を塞ぎ、フィン４８間の流体ＦＬ１の流通が阻害される可能性が低い。このため、フィン４８の温度が上昇しても、蓄熱器３０で生成される音響を阻害することなく、かつ、高い効率で熱交換を行うことができる。
【0032】
また、本実施形態の第１熱交換器４０においては、板状の各フィン４８は、平行に配されている。このため、円筒部４６内において高密度に複数のフィン４８を配することができる。その結果、熱交換の効率が高い。
【0033】
複数のフィン４８は、円筒部４６の中心軸ＣＡを挟んだ両側の内面ＩＳＬ，ＩＳＲから、互いに他方の内面ＩＳＬ，ＩＳＲに向かって伸びている。
【0034】
このような構成とすることにより、円筒部４６内において、少ない偏りで流体ＦＬ１と熱交換を行うことができる。これに対して、すべてのフィン４８が、円筒部４６の内面ＩＳＬから、内面ＩＳＲに向かって伸びる態様においては、内面ＩＳＲの近傍において、フィンが配されないことから、内面ＩＳＲの近傍における熱交換の効率が、内面ＩＳＬの近傍および中心軸ＣＡ近傍における熱交換の効率よりも、低くなる。
【0035】
また、このような構成とすることにより、フィン４８が熱膨張して、それぞれ長手方向に伸びても、フィンの先端で囲まれた空間の中心位置がずれることがない。よって、フィン４８の温度が上昇しても、円筒部４６内において、少ない偏りで流体ＦＬ１と熱交換を行うことができる。
【0036】
複数のフィン４８は、第１熱交換器４０の使用において想定されている最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した際にも、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンＦ１の他端Ｆ１Ｔと、他端Ｆ１Ｔに対して、一端Ｆ１Ｂから他端Ｆ１Ｔに向かう方向ＡＲにある他の構成であってもっとも近くにある構成Ｆ２とが、接触しない間隔を有するように、設けられている。向かい合うフィンＦ３，Ｆ４、ならびに向かい合うフィンＦ５，Ｆ６についても、同様である。
【0037】
フィンの先端同士の間隔をこのような間隔とすることにより、第１熱交換器４０が使用される状態において、向かい合うフィンの先端同士が接触して、円筒部４６内においてフィン４８が湾曲するということがない。
【0038】
複数のフィン４８は、２０℃の環境下で、熱音響装置ＴＡが使用されていない状態において、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ１が、一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている。本実施形態においては、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１は、その向かい合う一対のフィンの長さの合計の３％である。その結果、並んで配される複数のフィン４８の対は、並びの方向について、中央に近いフィンの対ほど、先端同士の間隔ｄ１が大きい。
【0039】
厚さおよび幅が同じ複数のフィンにおいては、フィンが長いほど、同じ温度上昇があった場合のフィンの伸び量も大きくなる。このため、上記のような構成とすることにより、複数のフィン４８のそれぞれについて、熱膨張によって他の構成、すなわち本実施形態においては向かい合うフィンの先端と、接触しにくいように、構成されることができる。
【0040】
図５は、第１熱交換器４０の使用において想定されている最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した場合のフィンモジュール４４の平面図である。図５の状態においては、向かい合う各フィンの先端の間隔ｄ１ｈは、すべてのフィンの対について、ほぼ等しい。そして、この状態においても、向かい合う各フィンの先端同士は接触していない。このような態様とすることにより、各フィン４８が熱応力を受けないため、長期間使用しても、フィン４８が破損しにくい。
【0041】
Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態においては、第１熱交換器４０のフィンモジュール４５の形状が、第１実施形態のフィンモジュール４４とは異なる。複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ２は、フィンの対によらず一定である。第２実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
第２実施形態においては、第１熱交換器４０のフィンモジュール４５の形状が、第１実施形態のフィンモジュール４４とは異なる。複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ２は、フィンの対によらず一定である。第２実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
【0042】
図６は、第２実施形態におけるフィンモジュール４５の平面図である。図６は、２０℃におけるフィンモジュール４５の形状を示す。図６および図７において、フィンモジュール４５が有する構成であって、図４のフィンモジュール４４が有する構成と対応するフィンの構成については、フィンモジュール４４が有するフィンの構成の符号中の「Ｆ」に代えて「Ｇ」を付して示す。フィンモジュール４５は、円筒部４７と、複数のフィン４９と、を有する。円筒部４７の構成は、第２実施形態の円筒部４６の構成と同じである。
【0043】
図７は、最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した場合のフィンモジュール４５の平面図である。フィンが長いほど熱膨張によるフィンの伸び量が大きい。このため、図７の状態においては、間隔ｄ１ｈは、対の各フィンが長いほど小さい。この状態においても、向かい合う各フィンの先端同士は接触していない。
【0044】
Ｃ．他の実施形態：
Ｃ１．他の実施形態１：
（１）上記第１実施形態においては、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１は、その向かい合う一対のフィンの長さの合計の３％である（図４参照）。しかし、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１の、向かい合う一対のフィンの長さの合計Ｌｓに対する割合（ｄ１／Ｌｓ）は、第１熱交換器４０の使用時の最高温度Ｔｍａｘと、第１熱交換器４０が配置される環境の第１熱交換器４０を使用していないときの温度Ｔｅと、の差（Ｔｍａｘ－Ｔｅ）に応じて定めることができる。間隔ｄ１は、熱交換器の使用時のフィンの熱膨張量よりも大きく設定されることが好ましい。
Ｃ１．他の実施形態１：
（１）上記第１実施形態においては、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１は、その向かい合う一対のフィンの長さの合計の３％である（図４参照）。しかし、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１の、向かい合う一対のフィンの長さの合計Ｌｓに対する割合（ｄ１／Ｌｓ）は、第１熱交換器４０の使用時の最高温度Ｔｍａｘと、第１熱交換器４０が配置される環境の第１熱交換器４０を使用していないときの温度Ｔｅと、の差（Ｔｍａｘ－Ｔｅ）に応じて定めることができる。間隔ｄ１は、熱交換器の使用時のフィンの熱膨張量よりも大きく設定されることが好ましい。
【0045】
向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔は、第２実施形態に示したように一定とすることもできる（図６のｄ１ｈ参照）。さらに、複数のフィン４８の向かい合う一対のフィンの先端同士の隙間の概形が、円筒部４６の中心軸ＣＡを重心とする菱形を構成するように、複数のフィン４８を構成してもよい。複数のフィンは、向かい合う一対のフィンの先端同士が接触しないように構成されていることが好ましい。
【0046】
（２）上記実施形態においては、第１熱交換器４０は、熱音響装置ＴＡの原動機ＰＭの高温側において使用される熱交換器である（図１の下段左部参照）。しかし、上記開示の技術は、燃焼後の廃棄から熱を回収するために使用される熱交換器など、使用時に温度が上昇する他の熱交換器に適用することもできる。
【0047】
Ｃ２．他の実施形態２：
図８は、他の実施形態２におけるフィンモジュール４１の平面図である。図８は、２０℃におけるフィンモジュール４１の形状を示す。上記実施形態においては、複数のフィン４８，４９は、円筒部４６，４７の中心軸ＣＡを挟んだ両側の内面ＩＳＬ，ＩＳＲから、互いに他方の内面ＩＳＬ，ＩＳＲに向かって伸びている（図４および図６参照）。しかし、複数のフィンは、すべてのフィンが、円筒部の一方の内面ＩＳＬから、他方の内面ＩＳＲに向かって伸びる態様とすることもできる。
図８は、他の実施形態２におけるフィンモジュール４１の平面図である。図８は、２０℃におけるフィンモジュール４１の形状を示す。上記実施形態においては、複数のフィン４８，４９は、円筒部４６，４７の中心軸ＣＡを挟んだ両側の内面ＩＳＬ，ＩＳＲから、互いに他方の内面ＩＳＬ，ＩＳＲに向かって伸びている（図４および図６参照）。しかし、複数のフィンは、すべてのフィンが、円筒部の一方の内面ＩＳＬから、他方の内面ＩＳＲに向かって伸びる態様とすることもできる。
【0048】
そのような構成においては、フィンの先端に対して、円筒部の一方の内面ＩＳＬに固定された一端から先端に向かう方向ＡＬにある他の構成であってもっとも近くにある構成は、円筒部の他方の内面ＩＳＲである。すなわち、フィンの先端に対して、円筒部の一方の内面に固定された一端から先端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成は、フィンモジュールの形状に応じて様々な部位であり得る。
【0049】
Ｃ３．他の実施形態３：
上記第１実施形態においては、複数のフィン４８は、以下のように構成されている。すなわち、第１熱交換器４０の使用において想定されている最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した際にも、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成とが、接触しない間隔を有する（図５および図４参照）。しかし、最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した際に、フィンの他端が他の構成に接触する態様とすることもできる。ただし、複数のフィンは、フィンの他端が他の構成に接触しフィンが湾曲しても、隣のフィンに接触しないように構成されることが好ましい。
上記第１実施形態においては、複数のフィン４８は、以下のように構成されている。すなわち、第１熱交換器４０の使用において想定されている最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した際にも、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成とが、接触しない間隔を有する（図５および図４参照）。しかし、最高温度Ｔｍａｘまで複数のフィン４８の温度が上昇した際に、フィンの他端が他の構成に接触する態様とすることもできる。ただし、複数のフィンは、フィンの他端が他の構成に接触しフィンが湾曲しても、隣のフィンに接触しないように構成されることが好ましい。
【0050】
Ｃ４．他の実施形態４：
複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ１が、一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている（図４参照）。しかし、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１は、第２実施形態に示したように一定とすることもできる。さらに、複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ１が、一つのフィンが長いほど小さくなるように、構成することもできる。
複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ１が、一つのフィンが長いほど大きくなるように、構成されている（図４参照）。しかし、向かい合う一対のフィンの先端同士の間隔ｄ１は、第２実施形態に示したように一定とすることもできる。さらに、複数のフィン４８は、複数のフィン４８に含まれる一つのフィンの他端と、他端に対して、一端から他端に向かう方向にある他の構成であってもっとも近くにある構成と、の間隔ｄ１が、一つのフィンが長いほど小さくなるように、構成することもできる。
【0051】
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】
【0052】
２０…第２熱交換器、２２…流路、２３…ジャケット、２６…流路、２４…フィンモジュール、３０…蓄熱器、３２…流路、３９…蓄熱器の他端、３８…蓄熱器の一端、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、４５…フィンモジュール、７０…第４熱交換器、８０…蓄熱器、８２…流路、８９…蓄熱器の他端、８８…蓄熱器の一端、９０…第３熱交換器、４６…円筒部、４７…円筒部、４８…フィン、４９…フィン、ＡＬ…フィンの基部である一端から先端に向かう向きを示す矢印、ＡＲ…フィンの基部である一端から先端に向かう向きを示す矢印、ＣＡ…中心軸、ＣＯ…冷却対象、ＦＬ１…流体、ＦＬ２…流体、Ｆ１…フィン、Ｆ１Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ１Ｔ…フィンの先端、Ｆ２…フィン、Ｆ２Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ２Ｔ…フィンの先端、Ｆ３…フィン、Ｆ３Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ３Ｔ…フィンの先端、Ｆ４…フィン、Ｆ４Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ４Ｔ…フィンの先端、Ｆ５…フィン、Ｆ５Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ５Ｔ…フィンの先端、Ｆ６…フィン、Ｆ６Ｂ…フィンの基部である一端、Ｆ６Ｔ…フィンの先端、Ｇ１…フィン、Ｇ１Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ１Ｔ…フィンの先端、Ｇ２…フィン、Ｇ２Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ２Ｔ…フィンの先端、Ｇ３…フィン、Ｇ３Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ３Ｔ…フィンの先端、Ｇ４…フィン、Ｇ４Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ４Ｔ…フィンの先端、Ｇ５…フィン、Ｇ５Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ５Ｔ…フィンの先端、Ｇ６…フィン、Ｇ６Ｂ…フィンの基部である一端、Ｇ６Ｔ…フィンの先端、ＨＰ…ヒートポンプ、ＨＳ…熱源、ＩＳＬ…円筒部４６の内面、ＩＳＲ…円筒部４６の内面、Ｋ１…音波の進行方向を示す矢印、ＬＴ１…ループ管、ＬＴ２…ループ管、ＰＡ…配管構造、ＰＭ…原動機、ＳＡ…対称の軸である直線、ＴＡ…熱音響装置、ｄ１…フィンの先端間の間隔、ｄ１ｈ…フィンの先端間の間隔
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】