DE102015119356A1 - Wärme-/akustikwellenumwandlungskomponente und wärme-/akustikwellenumwandlungseinheit - Google Patents

Wärme-/akustikwellenumwandlungskomponente und wärme-/akustikwellenumwandlungseinheit Download PDF

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Abstract

Es werden eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente mit einer Konfiguration, die geeignet ist, um den Temperaturgradienten beizubehalten, und eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit mit solch einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente und einem Wärmetauscher vorgesehen. Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche weist eine Unterteilungswand 11 auf, die eine Vielzahl von Zellen 14 definiert, die sich von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche erstrecken, und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente hat einen hydraulischen Durchmesser HD der Zellen 14 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung, der 0,4 mm oder weniger ist, hat eine offene Vorderfläche bzw. einen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger, und hat eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung, die dazu neigt, sich mit einem Abstand von der ersten Endfläche in der Erstreckungsrichtung zu verringern, und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 hat einen ersten Endabschnitt auf der ersten Endflächenseite, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in der Erstreckungsrichtung aufsummiert und einen zweiten Endabschnitt auf der zweiten Endflächenseite, der sich auf einen Bereich von 10% der Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, wobei der erste Endabschnitt eine Wärmekapazität hat, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung basierend auf JP 2014-229094 , die am 11. November 2014 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde, deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme enthalten sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten und Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheiten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente, um Wärme- und Akustikwellenenergie wechselseitig umzuwandeln, und eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente und einen Wärmetauscher aufweist.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Jüngst interessierte sich die Gesellschaft als ein Ganzes mehr und mehr für eine effektive Verwendung von Energiequellen bzw. -ressourcen, und dementsprechend wurden verschiedene Techniken zur Wiederverwendung von Energie auf einer Versuchsbasis entwickelt. Unter diesen zieht ein Energierecyclingsystem Aufmerksamkeit auf sich, da die Erlangungsrate (Energieeffizienz) der erlangten Energie hoch ist. Das Energierecyclingsystem wandelt Wärme eines Hochtemperaturfluids, wie zum Beispiel ein Abgas von Automobilen, durch einen thermoakustischen Effekt in Akustikwellenenergie um und gibt schließlich solch eine Energie in der Form von elektrischer Leistung aus. Verschiedene Anstrengungen zum praktischen Nutzen solch eines Systems wurden unternommen.
  • Einfach gesprochen ist ein thermoakustischer Effekt ein Phänomen, um Akustikwellen unter Verwendung von Wärme bzw. Hitze zu erzeugen. Genauer gesagt ist der thermoakustische Effekt ein Phänomen, um ein akustikwellenübertragendes Medium in dem dünnen Rohr zu oszillieren bzw. schwingen zu lassen, um Akustikwellen bzw. Schallwellen zu erzeugen, wenn Wärme auf einen Endteil eines dünnen Rohrs aufgebracht wird, um einen Temperaturgradienten an dem dünnen Rohr auszubilden. Da es effektiv ist, Akustikwellen unter Verwendung einer großen Anzahl von solch dünnen Rohren auf einmal zu erzeugen, wird eine Honigwabenstruktur einschließlich einer großen Anzahl von Durchgangslöchern, von denen jedes einen kleinen Durchmesser hat, oft als eine kollektive Form der dünnen Rohre verwendet, die einen thermoakustischen Effekt verursachen (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1 bis 3).
  • Währenddessen wurde die Honigwabenstruktur selbst ohne Bezug auf den thermoakustischen Effekt für verschiedene Zwecke verwendet, da dessen dreidimensionale Geometrie einen großen Oberflächenbereich hat. Zum Beispiel ist ein typisches Beispiel einer Honigwabenstruktur, einen Katalysator zur Abgasreinigung zu tragen, um feine Partikel aus einem Abgas von Automobilen zu entfernen, und verschiedene Arten von Strukturen wurden konventionell entwickelt. Ein anderes Beispiel ist eine Honigwabenstruktur mit kleinen Durchgangslöchern von wenigen zig bis wenigen hundert μm im Durchmesser, welche als ein Ionenkatalysator entwickelt ist (siehe beispielsweise Nicht-Patentdokumente 1, 2). Sie werden lediglich durch ein chemisches Verfahren hergestellt, welches gänzlich verschieden von einer Extrusion ist, die typischerweise für Honigwabenstrukturen als Filter verwendet wird.
  • Auf diese Weise, obwohl Honigwabenstrukturen konventionell weitgehend bekannt waren, sind sie gefordert, spezifische Eigenschaften zu haben, um für einen thermoakustischen Effekt geeignet zu sein, wenn diese Strukturen als Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten verwendet werden, um den thermoakustischen Effekt auszuüben. Zum Beispiel, um einen hohen thermoakustischen Effekt auszuüben, haben die Durchgangslöcher vorzugsweise einen kleinen Durchmesser und Patentdokument 3 schlägt eine Honigwabenstruktur für einen thermoakustischen Effekt vor, die Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm oder mehr und weniger als 1,0 mm aufweist, der kleiner als jener von Honigwabenstrukturen ist, um einen Katalysator zur Abgasreinigung zu tragen. Obwohl die Honigwabenstrukturen in Nicht-Patentdokumenten 1 und 2 einen sehr kleinen Porendurchmesser haben, werden sie lediglich durch ein chemisches Verfahren hergestellt und dementsprechend haben sie begrenzte Längen und Lebensdauer und sind entsprechend nicht besonders für die Honigwabenstruktur für einen thermoakustischen Effekt geeignet. Andererseits erfüllt die Honigwabenstruktur für einen thermoakustischen Effekt von Patentdokument 3 einen notwendigen Zustand bzw. eine notwendige Bedingung, die in der Verwendung als eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente dauerhaft ist, um einen thermoakustischen Effekt auszuüben, und hat dann den Vorteil, eine exzellente Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion zu haben.
    [Patentdokument 1] JP-A-2005-180294
    [Patentdokument 2] JP-A-2012-112621
    [Patentdokument 3] JP-A-2012-237295
    [Nicht-Patentdokument 1]
    URL:http://www.mesl.t.u-tokyo.ac.jp/ja/research/tpv.html aus dem Internet
    [Nicht-Patentdokument 2]
    URL: http://www.ricoh.com/ja/technology/tech/009_honeycomb.html aus dem Internet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Jedoch können verschiedene andere Strukturfaktoren, die dazu beitragen, eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion zu verbessern, zusätzlich zu einem kleinen Durchmesser der Durchgangslöcher in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel muss ein ausreichender Temperaturgradient beibehalten werden, der an beiden Enden der Honigwabenstruktur ausgebildet ist, um eine exzellente Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion kontinuierlich auszuüben. Dann wird von der Honigwabenstruktur gefordert, einen ausgearbeiteten Aufbau zu haben, um solch einen ausreichenden Temperaturgradienten beizubehalten, abseits von der Verbesserung in einer Leistung eines externen Erwärmungsmechanismus, um die Enden der Honigwabenstruktur zu erwärmen. Auf diese Weise wird eine weitere Verbesserung gewünscht, um solch eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion zu verbessern.
  • In Anbetracht der vorangehend genannten Umstände zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente mit einer Struktur zu bieten, die in der Lage ist, einen Temperaturgradienten beizubehalten, und eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die solch eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente und einen Wärmetauscher aufweist.
  • Um die vorangehend genannte Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung die folgende Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente bzw. Wärme-/Schallwellenumwandlungskomponente und Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit bzw. Wärme-/Schallwellenumwandlungseinheit vor.
    • [1] Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche weist eine Unterteilungswand auf, die eine Vielzahl von Zellen definiert, die sich von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche hin erstrecken, wobei ein Inneres der Zellen mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, das schwingt bzw. oszilliert, um Akustikwellen bzw. Schallwellen zu übertragen, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente wechselseitig Wärme, die zwischen der Unterteilungswand und dem Arbeitsfluid ausgetauscht wird, und eine Energie von Akustikwellen, die aus Schwingungen des Arbeitsfluids resultiert, umwandelt, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen hydraulischen Durchmesser HD hat, der 0,4 mm oder weniger ist, wobei der hydraulische Durchmesser HD als HD = 4 × S/C definiert ist, wobei S eine Fläche eines Querschnitts von jeder Zelle senkrecht zu der Zellenerstreckungsrichtung bezeichnet und C einen Perimeter des Querschnitts bzw. Umfang des Querschnitts bezeichnet, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente eine offene Frontalfläche an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger hat, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung hat, die dazu tendiert, mit einem Abstand von der ersten Endfläche in der Erstreckungsrichtung zu sinken, und wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen ersten Endabschnitt auf der ersten Endflächenseite hat, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, und einen zweiten Endabschnitt auf der zweiten Endflächenseite hat, der sich auf einen Bereich von 10% der Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, wobei der erste Endabschnitt eine Wärmekapazität hat, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts hat.
    • [2] Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente gemäß [1] weist Folgendes auf: eine Vielzahl von monolithischen Honigwabensegmenten, die jeweils eine Unterteilungswand aufweisen, die eine Vielzahl von Zellen definiert, die sich zwischen zwei Endflächen von jedem Honigwabensegment erstrecken, wobei ein Inneres der Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei die Honigwabensegmente wechselseitig Wärme, die zwischen der Unterteilungswand und dem Arbeitsfluid ausgetauscht wird, und eine Energie von Akustikwellen, die aus einer Schwingung des Arbeitsfluids resultieren, umwandeln, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente die Vielzahl von Honigwabensegmenten aufweist, die seriell von der ersten Endfläche zu der zweiten hin angeordnet sind, so dass eine Endfläche von jedem Honigwabensegment an einer Endfläche eines anderen Honigwabensegments von der Vielzahl von Honigwabensegmenten angrenzt, wobei die Zellen von jedem von der Vielzahl von Honigwabensegmenten einen hydraulischen Durchmesser haben, der 0,4 mm oder weniger ist, wobei jedes von der Vielzahl von Honigwabensegmenten einen offenen Frontalbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger hat, wobei die Vielzahl von Honigwabensegmenten wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung haben und der Reihe nach in einer absteigenden Reihenfolge von Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche hin angeordnet sind, wobei ein erstes Honigwabensegment von der seriell angeordneten Vielzahl von Honigwabensegmenten, das die erste Endfläche als eine Endfläche von diesem hat, den ersten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente aufweist, und ein zweites Honigwabensegment von der seriell angeordneten Vielzahl von Honigwabensegmenten, das die zweite Endfläche als eine Endfläche von diesem hat, den zweiten Endabschnitt von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente aufweist. Im vorliegenden Fall umfasst der Zustand, in dem „eine Endfläche von jedem Honigwabensegment an einer Endfläche eines anderen Honigwabensegments angrenzt bzw. anliegt”, einen Zustand, in dem Endflächen von zwei benachbarten Honigwabensegmenten einander gegenüberliegen mit einem Bondingmaterial bzw. Verbindungsmaterial zwischen den Endflächen, und einen Zustand, in dem Endflächen von zwei benachbarten Honigwabensegmenten einander mit einem winzigen Spalt zwischen den Endflächen gegenüberliegen, um so die Übertragung von Akustikwellen nicht zu bewirken, zusätzlich zu einem Zustand, in dem Endflächen von zwei benachbarten Honigwabensegmenten direkt miteinander in Kontakt sind.
    • [3] In der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach [2] ist die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments die gleiche wie eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments, und ein flächengleicher Kreisdurchmesser des ersten Honigwabensegments ist 1,05-mal oder mehr ein flächengleicher Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments.
    • [4] In der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach [2] ist eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments 1,1-mal oder mehr eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments, und ein flächengleicher Kreisdurchmesser des ersten Honigwabensegments ist der gleiche wie ein flächengleicher Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments.
    • [5] Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente gemäß einem von [1] bis [4] aufweist, in einem Zustand, in dem ein Inneres von der Vielzahl von Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist und wenn es eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten gibt, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente das Arbeitsfluid in der Erstreckungsrichtung in Übereinstimmung mit der Temperaturdifferenz oszilliert und Akustikwellen erzeugt; und ein Paar von Wärmetauschern aufweist, die in einem Nahbereich von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente jeweils angeordnet sind, wobei die Wärmetauscher Wärme mit den beiden Endabschnitten austauschen, um eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Endabschnitten zu ergeben.
    • [6] Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die Folgendes aufweist: die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach einem von [1] bis [4], in einem Zustand, in dem ein Inneres von der Vielzahl von Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist und wenn das Arbeitsfluid in der Erstreckungsrichtung schwingt bzw. oszilliert, während Akustikwellen, die übertragen werden, aufgenommen werden, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt in Übereinstimmung mit Schwingungen bzw. Oszillationen des Arbeitsfluids erzeugt; einen Wärmetauscher, der in einem Nahbereich von einem von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher Wärme zu dem einen Endabschnitt zuführt oder Wärme von dem einen Endabschnitt absorbiert, um eine Temperatur an dem einen Endabschnitt konstant zu halten; und eine heiße Wärme-/kalte Wärmeausgabeeinheit, die in einem Nahbereich von dem anderen von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente angeordnet ist, wobei die heiße Wärme-/kalte Wärmeausgabeeinheit eine heiße Wärme oder kalte Wärme, die durch ein Austauschen der Wärme mit dem anderen Endabschnitt erlangt ist, derart ausgibt, dass in einem Zustand, in dem die Temperatur des einen Endabschnitts durch den Wärmetauscher konstant gehalten wird und wenn die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente Akustikwellen, die übertragen werden, aufnimmt, der andere Endabschnitt eine Temperaturdifferenz in Übereinstimmung mit Schwingungen des Arbeitsfluids aufgrund einer Übertragung der Akustikwellen mit Bezug auf den einen Endabschnitt hat, der bei der konstanten Temperatur gehalten wird. Im vorliegenden Fall bedeutet „Ausgeben einer warmen Wärme oder kalten Wärme” zum Beispiel „ein Ausgeben eines Fluids, dessen Temperatur erhöht ist, oder eines Fluids, dessen Temperatur verringert ist”.
  • Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente der vorliegenden Erfindung hat einen hydraulischen Durchmesser HD, der 0,4 mm oder weniger ist, und einen offenen Frontalbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger, und außerdem hat ein erster Endabschnitt, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Zellendurchdringungsrichtung aufsummiert, eine Wärmekapazität, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität eines zweiten Endabschnitts ist, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Zellendurchdringungsrichtung aufsummiert. Mit dieser Konfiguration kann der Temperaturgradient zwischen beiden Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente leicht beibehalten werden. Als ein Ergebnis kann eine ausreichende Energieumwandlungseffizienz erreicht werden, wenn Wärme in Akustikwellenenergie durch einen thermoakustischen Effekt umgewandelt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt schematisch die Konfiguration eines Leistungserzeugungssystems, an dem eine Ausführungsform einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit und einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
  • 2 zeigt schematisch ein Kaltwärmeerzeugungssystem, an dem die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in 1 angewendet sind.
  • 3 zeigt schematisch die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit von 1.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild eines hochtemperaturseitigen Wärmetauschers in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit von 3 zeigt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers, wenn ein Einströmanschluss und ein Ausströmanschluss des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs in einer Ebene betrachtet werden.
  • 6 zeigt schematisch eine Form einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit einschließlich einer anderen Honigwabenstruktur, die in das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr eingepasst ist.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers, die entlang der Linie A-A von 6 genommen ist.
  • 8 zeigt schematisch eine andere Form der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit der vorliegenden Erfindung, die von den Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheiten in 6 und 7 verschieden ist.
  • 9 zeigt schematisch eine noch andere Form der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit in 8 verschieden ist.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines hochtemperaturseitigen Wärmetauschers mit einer Netz- bzw. Siebstruktur.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von 3 in einer Ebene senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente.
  • 12 ist ein konzeptionelles Diagramm, um einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten zu beschreiben.
  • 13 zeigt schematisch die Konfiguration einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einschließlich drei Honigwabensegmenten mit dem gleichen flächengleichen Kreisdurchmesser und wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen.
  • 14 zeigt schematisch die Konfiguration einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einschließlich drei Honigwabensegmenten mit der gleichen Wärmekapazität pro Einheitsvolumen und mit wechselseitig verschiedenen flächengleichen Kreisdurchmessern.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen begrenzt und soll verstanden werden, die folgenden Ausführungsformen zu umfassen, auf die Modifikation und Verbesserungen je nach Bedarf basierend auf dem gewöhnlichen Wissen eines Fachmanns hinzugefügt werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • 1 zeigt schematisch die Konfiguration eines Leistungserzeugungssystems, auf das eine Ausführungsform einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit und einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
  • Ein Leistungserzeugungssystem 1000 in 1 umfasst eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100, ein ringartiges Rohr bzw. Ringrohr 4, ein Resonanzrohr 5 und einen Energiewandler 6.
  • Das Ringrohr 4 ist ein ringförmiges Rohr, das mit einem Ende auf der oberen Seite (oberes Ende) und einem Ende auf der unteren Seite (unteres Ende) in der Zeichnung der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 verbunden ist. Das Resonanzrohr 5 ist ein gerades Rohr mit einem Ende, das mit dem Ringrohr 4 verbunden ist, und dem anderen Ende, das mit dem Energiewandler 6 verbunden ist. Hierin machen das Resonanzrohr 5 und der Energiewandler 6 als ein Ganzes ein Rohr aus, das im Wesentlichen in dem Ende auf der rechten Seite (obwohl nicht gezeigt, existiert es innerhalb des Energiewandlers 6 in der Zeichnung) der Zeichnung im Wesentlichen geschlossen ist.
  • Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 weist eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, einen hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 und einen niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 auf.
  • Der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2 nimmt die Einströmung von erwärmtem Fluid bei hohen Temperaturen (z. B. Hochtemperaturabgas) auf und überträgt die Wärme davon an das untere Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 1, um das erwärmte Fluid mit einer Temperatur geringer als jene zu der Zeit einer Einströmung ausströmen zu lassen. Andererseits nimmt der niedertemperaturseitige Wärmetauscher 3 die Einströmung von gekühltem Fluid (z. B. Wasser) bei relativ niedrigen Temperaturen verglichen mit dem erwärmten Fluid, das in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 strömt, auf und überträgt die kalte Wärme bzw. Kaltwärme an das obere Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 1, um das gekühlte Fluid mit einer Temperatur höher als jene bei der Einströmung ausströmen zu lassen. Solche Funktionen des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 und des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 bringen den Zustand hervor, in dem das untere Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 eine relativ höhere Temperatur als an dem oberen Ende hat. Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 hat einen Honigwabenaufbau, der eine Vielzahl von Durchgangslöchern (hiernach Zellen genannt) wie dünne Rohre aufweist, die vertikal in der Zeichnung verlängert sind. Jede Zelle ist von den benachbarten Zellen durch eine Unterteilungswand unterteilt und ist in Verbindung mit der Ringleitung bzw. dem Ringrohr 4 über den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 und den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3.
  • Hiernach werden das Ringrohr 4, das Resonanzrohr 5 und jede Zelle von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 innerlich mit Arbeitsfluid gefüllt, das Schwingungen von Längswellen erzeugt und Akustikwellen überträgt. Ein Beispiel des Arbeitsfluids umfasst ein Gas, das eine geringe Viskosität hat und wenig reaktiv ist, wie zum Beispiel ein Edelgas.
  • In solch einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 beginnt dann, wenn es eine Temperaturdifferenz gibt, wie vorangehend genannt ist, an den beiden Enden, das Arbeitsfluid in jeder Zelle damit, in der Durchdringungsrichtung der Zellen zu schwingen. Dann werden die Schwingungen als Akustikwellen bzw. Schallwellen extern von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 übertragen. Solch ein Phänomen des Arbeitsfluids, das in Erwiderung auf die gegebene Temperaturdifferenz schwingt, wird selbstinduzierte Schwingungen genannt und ist ein konventionell bestens bekanntes Phänomen, das auftritt, wenn ein Temperaturgradient auf ein dünnes Rohr gegeben wird. Ein thermoakustischer Effekt bezieht sich auf eine Erzeugung von Akustikwellen bzw. Schallwellen aufgrund der selbstinduzierten Schwingung des Arbeitsfluids, die aus der Wärme resultiert. Das Folgende beschreibt kurz diese selbstinduzierte Schwingung (eine Menge von Dokumenten beschreibt die Details und beispielsweise Patentdokument 3 bietet außerdem die detaillierte Beschreibung davon).
  • Wenn ein Temperaturgradient auf ein dünnes Rohr gegeben wird, dann absorbiert ein Arbeitsfluid innerhalb des dünnen Rohrs auf der Hochtemperaturseite Wärme von der Wandfläche des Rohrs und expandiert von der Hochtemperaturseite zu der Niedertemperaturseite hin. Dann gibt das Arbeitsfluid Wärme an die Wandfläche auf der Niedertemperaturseite ab und wird komprimiert, und kehrt dann zu der Hochtemperaturseite zurück. Solch ein Austausch von Wärme mit der Wandfläche und Expansion/Kompression werden wiederholt, was in einem Oszillieren bzw. Schwingen des Arbeitsfluids in der Längsrichtung des Rohrs resultiert. Einfach gesagt kann solch eine Bewegung des Arbeitsfluids bezeichnet werden, die Bewegung zu sein, um Wärme zu befördern, um so den Temperaturgradienten an der Wandfläche abzumildern (zu schwächen). Wie aus der Beschreibung heraus ebenfalls klar sein kann, tritt solch ein Phänomen lediglich dann auf, wenn das Rohr so dünn ist, dass die thermischen Effekte von der Wandfläche auf das Arbeitsfluid innerhalb groß sind. Das heißt, wenn das Rohr dicker gemacht wird, verringert sich der thermische Effekt von der Wandfläche (d. h. er gelangt näher an einen adiabatischen Zustand), und so tritt solch eine selbstinduzierte Schwingung kaum auf. Dann wird die Dicke des Rohrs ein wichtiger Faktor, um Akustikwellen bzw. Schallwellen durch die selbstinduzierte Oszillation zu erzeugen, und die Dicke des Rohrs kann quantitativer eingeschätzt werden basierend auf einem hydraulischen Durchmesser HD, der definiert ist als HD = 4 × S/C, wobei S den Querschnittsbereich bzw. die Querschnittsfläche des Rohrs bezeichnet und C den Perimeter bzw. Umfang dieses Abschnitts bezeichnet.
  • Bezugnehmend auf 1 wird das Leistungserzeugungssystem 1000 nachfolgend erneut beschrieben.
  • Da die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 eine Vielzahl von Zellen wie dünne Röhrchen aufweist und die selbstinduzierte Schwingung in jeder Zelle auftritt, werden dann Akustikwellen bzw. Schallwellen als die Ansammlung von Schwingungen des Arbeitsfluids in dieser Vielzahl von Zellen von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 an das Ringrohr 4 ausgestellt bzw. ausgegeben. Dann werden solche Akustikwellen durch das Ringrohr 4 in der Richtung der gepunkteten Pfeile in der Zeichnung übertragen. Die meisten von den Akustikwellen, die durch das Ringrohr 4 übertragen werden, wandern in das Resonanzrohr 5 auf der rechten Seite in der Zeichnung. Wie vorangehend beschrieben ist, ergibt das Resonanzrohr 5 und der Energiewandler 6 als ein Ganzes ein Rohr, das im Wesentlichen in dem Ende auf der rechten Seite der Zeichnung geschlossen ist, und deshalb werden einige von den Akustikwellen reflektiert und wandern zu der Linken in der entgegengesetzten Richtung in der Zeichnung. Dann werden beide von diesen Wanderwellen in dem Resonanzrohr 5 überlappt. Zu dieser Zeit, falls die Frequenz der Wanderwellen mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, die bestimmt wird, z. B. durch die Länge des Resonanzrohrs 5, dann tritt eine sogenannte Resonanz in dem Resonanzrohr 5 auf und stehende Wellen werden erzeugt, welche mit Wellen von beiden von diesen Wanderwellen überlappt werden und die Resonanzfrequenz haben. In der Zeichnung stellt der Doppelpfeil in der Strichpunktlinie die Anwesenheit der stehenden Wellen dar.
  • Hierin ist der Energiewandler 6 mit einem Mechanismus ausgestattet, der nicht gezeigt ist, der in der Lage ist, die effektive Länge des Resonanzrohrs 5 zu ändern, welche die Resonanzfrequenz einstellen kann, um die Resonanz zu erzeugen. Ein exemplarischer Mechanismus, um die effektive Länge des Resonanzrohrs 5 zu ändern, umfasst z. B. eines, das im Patentdokument 1 beschrieben ist. Obwohl das Folgende den Fall beschreibt, in dem die effektive Länge des Resonanzrohrs 5 geändert werden kann, kann in dem Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 eine dominante Frequenzkomponente von den Frequenzkomponenten von Akustikwellen, die an der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 erzeugt werden und durch das Ringrohr 4 wandern, vorab bestimmt werden und die Länge des Resonanzrohrs 5 kann vorab gestaltet sein, um eine spezielle Länge bzw. eine besondere Länge zu sein, welche die Frequenz der dominanten Frequenzkomponente zur Resonanzfrequenz macht.
  • Der Energiewandler 6 ist mit einem Mechanismus ausgerüstet, um Akustikwellen bzw. Schallwellen in elektrische Signale gleichermaßen umzuwandeln. Ein exemplarischer Umwandlungsmechanismus solch einer Art weist einen Mechanismus auf, der mit einem Mikrophon ausgerüstet ist, wie im Patentdokument 1 beschrieben ist. Obwohl der Umwandlungsmechanismus einschließlich eines Mikrophons der einfachste ist, ist der Umwandlungsmechanismus nicht auf solch einen Mechanismus begrenzt, der ein Mikrophon aufweist. Zum Beispiel können konventionell bekannte verschiedene Mechanismen (z. B. der Mechanismus von Patentdokument 2) verwendet werden, welcher dazu da ist, Akustikwellenergie in mechanische Energie umzuwandeln und dann solch eine mechanische Energie in elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion umzuwandeln.
  • Mit der Konfiguration, die wie vorangehend genannt ist, kann das Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 Wärme eines auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluids (z. B. Hochtemperaturabgas), das in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 hineinströmt, in elektrische Leistung umwandeln und ermöglicht deshalb eine effektive Verwendung (Recycling) von Energie.
  • Als Nächstes beschreibt das Folgende ein Kaltwärmeerzeugungssystem, auf das die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, die wie vorangehend genannt sind, angewendet werden.
  • 2 zeigt schematisch ein Kaltwärmeerzeugungssystem, auf das die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 1 angewendet sind.
  • Ein Kaltwärmeerzeugungssystem 2000 in 2 weist ein Ringrohr 4', ein Übertragungsrohr 5', einen Akustikwellenerzeugungsteil 7 und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 auf, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist.
  • Das Ringrohr 4' ist ein ringförmiges bzw. schleifenförmiges Rohr, das an einem Ende auf der oberen Seite (oberes Ende) und einem Ende auf der unteren Seite (unteres Ende) der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 in 2 verbunden ist und mit der Vielzahl von Zellen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 über den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 und den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 in Verbindung steht. Das Übertragungsrohr 5' ist ein gerades Rohr, das ein Ende mit dem Ringrohr 4' verbunden hat und das andere Ende mit dem Akustikwellenerzeugungsteil 7 verbunden hat. Der Akustikwellenerzeugungsteil 7 hat eine Funktion eines Erzeugens von Akustikwellen und ein Beispiel des Akustikwellenerzeugungsteils 7 umfasst einen Lautsprecher, der elektrische Leistung aufnimmt und Schallwellen bzw. Akustikwellen ausgibt. Ein anderes Beispiel ist ein System, das durch ein Entfernen des Energiewandlers 6 von dem Leistungserzeugungssystem 1000 in 1 erlangt wird und das Wärme aufnimmt und Akustikwellen bzw. Schallwellen erzeugt (in diesem Fall ist das Resonanzrohr 5 auf der rechten Seite ein offenes Ende, an dem keine Reflektionen auftreten, und deshalb werden ungleich dem Zustand von 1 Wanderwellen zur Rechten hin in das Resonanzrohr 5 übertragen).
  • Obwohl die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 die gleiche Konfiguration wie jene hat, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, ist sie derart gestaltet, dass ungleich 1 ein gekühltes Fluid (z. B. Wasser), welches ähnlich zu dem gekühlten Fluid ist, das in den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 in 1 strömt, in sowohl den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 als auch den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 von 2 strömt.
  • Hierin werden das Ringrohr 4', das Übertragungsrohr 5' und jede Zelle der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 innerlich mit einem Arbeitsfluid gefüllt, das Oszillationen bzw. Schwingungen von Längswellen erzeugt und Akustikwellen bzw. Schallwellen überträgt. Arbeitsfluid ähnlich jenem, das in dem Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 verwendet wird, kann verwendet werden.
  • Akustikwellen, die an dem Akustikwellenerzeugungsteil 7 erzeugt werden, werden durch das Übertragungsrohr 5' in der Richtung des Strichpunktpfeils in 2 übertragen und werden dann durch das Ringrohr 4' in der Richtung des Strichlinienpfeils in 2 übertragen. Dann erreichen die Akustikwellen die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 und wandern in jeder Zelle von der oberen Seite in 2 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aus. Zu diesem Zeitpunkt kann das System aufgrund eines Wärmetransports durch Akustikwellen einen Zustand haben, in dem das Ende auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 eine relativ höhere Temperatur hat als das Ende auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3. Bei dem hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 strömt gekühltes Fluid nahe der Umgebungstemperatur ein und das Fluid mit einer Temperatur höher als die Umgebungstemperatur strömt aus. Andererseits, da Wärme zu dem Ende auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 aufgrund eines Wärmetransports durch Akustikwellen transportiert wird, hat das Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 eine Temperatur, die niedriger ist als eine Umgebungstemperatur. Dann strömt an dem niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 gekühltes Fluid nahe der Umgebungstemperatur ein und das Fluid bei einer Temperatur, die geringer ist als die Umgebungstemperatur, strömt aus, da Wärme durch das Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 aufgenommen wird. Mit anderen Worten wird Kaltwärme in der Form von kaltem Wasser ausgegeben.
  • Mit der Konfiguration, die wie vorangehend genannt ist, kann das Kaltwärmeerzeugungssystem 2000 in 2 Kaltwärme unter Verwendung von Akustikwellenenergie ausgeben, die an dem Akustikwellenerzeugungsteil 7 erzeugt wird. Insbesondere dann, wenn es das System, das dem Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 entspricht, das verschieden zu dem Energiewandler 6 ist, als den Akustikwellenerzeugungsteil 7 aufweist, kann das auf eine hohe Temperatur erwärmte Fluid (z. B. Hochtemperaturabgas), das in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 von 1 strömt, in Kaltwärme umgewandelt werden, welche dann eine effektive Verwendung (Recycling) von Energie ermöglicht.
  • Wie vorangehend genannt ist, spielt in dem Leistungserzeugungssystem 1000 in 1 und dem Kaltwärmeerzeugungssystem 2000 in 2 die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 eine sehr wichtige Rolle, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Dann beschreibt das Folgende die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 detaillierter mittels einer beispielhaften Situation, in der dies in dem Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 verwendet wird. Das Folgende beschreibt das Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 mittels eines Beispiels, in dem ein auf eine hohe Temperatur erwärmtes Fluid (z. B. Abgas selbst) bei ungefähr 400 bis 600°C, was typische Temperaturen von Abgas von Automobilen sind, in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 von 1 einströmt und ein auf eine geringe Temperatur gekühltes Fluid (z. B. Wasser) bei ungefähr 20 bis 70°C in den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 einströmt. In diesem Fall ist eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ungefähr 330 bis 580°C.
  • Natürlicherweise sind die Eigenschaften der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100, die nachfolgend beschrieben wird, die gleichen wie in dem Fall, in dem sie in dem Kaltwärmeerzeugungssystem 2000 von 2 gleichermaßen verwendet wird.
  • 3 zeigt schematisch die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 von 1.
  • Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 weist eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, einen hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 und einen niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 als auch ein Metallbauteil 32 und ein Eingriffsbauteil 1a auf. Diese Komponenten werden als ein Ganzes in einem Gehäuse 100a untergebracht und mit einem Ringrohr 4 (siehe außerdem 1) verbunden.
  • Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 hat einen Honigwabenaufbau, in dem eine Vielzahl von Zellen 14, von denen jede ein röhrchenartiges Durchgangsloch ist, unterteilt ist und durch eine Unterteilungswand 11 definiert ist. Hierin bezieht sich das Wort „Zelle” in der vorliegenden Spezifikation auf lediglich eine Durchgangslochkammer, die die Unterteilungswand nicht aufweist. Jede Zelle 14 hat eine Durchdringungsrichtung (eine Erstreckungsrichtung, in der sich die Zelle 14 erstreckt), die die vertikale Richtung von 3 ist, und ist an beiden Endflächen einer Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 und einer Endfläche der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 offen. Die Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 ist mit dem Metallbauteil 32 in Kontakt und ist dem niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 mit dem Metallbauteil 32, das dazwischen angeordnet ist, gegenüberliegend. Obwohl das Metallbauteil 32 in diesem Fall angeordnet ist, kann die vorliegende Erfindung eine Form haben ohne das Metallbauteil 32. Wenn das Metallbauteil 32 weggelassen wird, wird Arbeitsfluid in Kontakt mit einem Netz- bzw. Gitterschichtkörper 30, der später beschrieben wird, gekühlt, und dann gelangt das gekühlte Arbeitsfluid mit dem Nahbereich der Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aufgrund der Verschiebung des Arbeitsfluids in Kontakt, was Schwingungen von Akustikwellen entspricht, und kühlt den Nahbereich der Endfläche. Wenn das Metallbauteil 32 weggelassen wird, ist ein Spalt zwischen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 und dem niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 vorzugsweise so klein wie möglich.
  • Das Metallbauteil 32 ist ein Metallbauteil mit einer Plattenform, an dessen Mitte eine Vielzahl von parallelen Schlitzen (nicht gezeigt) ausgebildet ist, und 3 zeigt lediglich einen Seitenflächenteil (dicken Teil) der Plattenform.
  • Der niedertemperaturseitige Wärmetauscher 3 weist einen Netz- bzw. Gitterschichtkörper 30 mit einer Vielzahl von Metallgitterplatten (z. B. aus Kupfer hergestellt) auf. Der niedertemperaturseitige Wärmetauscher 3 weist außerdem ein niedertemperaturseitiges Ringrohr 31 auf, das ein ringförmiges Rohr ist, das die Seitenfläche des Gitterschichtkörpers 30 umgibt. 3 zeigt schematisch den Zustand, in dem solch ein niedertemperaturseitiges Ringrohr 31, das die Seitenfläche des Gitterschichtkörpers 30 umgibt, den Gitterschichtkörper 30 von beiden Seiten an einem Querschnitt zwischen sich nimmt, der einen Einströmanschluss 31a und einen Ausströmanschluss 31b aufweist. Dieses niedertemperaturseitige ringförmige Rohr 31 hat eine Funktion eines Aufnehmens der Einströmung eines gekühlten Fluids (z. B. Wasser), das bei einer relativ geringen Temperatur mit Bezug auf das erwärmte Fluid ist, das in den später beschriebenen hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 einströmt, von dem Einströmanschluss 31a aus, und eines Übertragens einer Kaltwärme des gekühlten Fluids an den Gitterschichtkörper 30 (mit anderen Worten, überträgt Wärme an dem Gitterschichtkörper 30 an das gekühlte Fluid) und lässt gekühltes Fluid mit einer erhöhten Temperatur aus dem Ausströmanschluss 31b ausströmen.
  • Kaltwärme, die an den Gitterschichtkörper 30 übertragen ist, wird an das Arbeitsfluid übertragen, das damit in Kontakt steht, und wird dann an die Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 aufgrund einer Verschiebung bzw. eines Versatzes von Akustikwellen übertragen, um das Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 zu kühlen. An diesem Ende ist vorzugsweise das Metallbauteil 32 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, welches z. B. aus Kupfer hergestellt sein kann.
  • Dies ist die detaillierte Beschreibung der Konfiguration des niedertemperaturseitlichen Wärmetauschers 3 und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell auf die Details des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers begrenzt und ein konventionell bekannter Wärmetauscher kann verwendet werden. Die gleiche Konfiguration wie jene des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2, der später beschrieben wird, kann verwendet werden.
  • Die Seitenfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ist durch das Eingriffsbauteil 1a umgeben und 3 zeigt schematisch den Querschnitt des umgebenden Eingriffsbauteils 1a als zwei Teile, die die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von beiden rechten und linken Seiten in der Zeichnung umgeben. Dieses Interferenz- bzw. Eingriffsbauteil 1a hat eine Funktion als ein thermischer Isolator, um eine Wärmeübertragung zwischen den Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 und auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 über das umgebende Umfeld außerhalb der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu verhindern.
  • Der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2 weist eine wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 und ein hochtemperaturseitiges ringförmiges Rohr 21 auf. Die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 hat eine Honigwabenstruktur ähnlich der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, einschließlich zwei oder mehreren Zellen 20d, die jeweils ein Durchgangsloch wie ein dünnes Rohr sind, das vertikal in 3 durchdringt, die unterteilt und durch eine Unterteilungswand 20a definiert sind. Das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 ist ein ringförmiges Rohr, das die Seitenfläche der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 umgibt, und hat eine Funktion eines Aufnehmens, von einem Einströmanschluss 21a, der Einströmung von auf eine hohe Temperatur erwärmtem Fluid (zum Beispiel Hochtemperaturabgas), eines Übertragens einer Wärme des erwärmten Fluids an die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 und eines Ausströmenlassens von erwärmten Fluid mit einer verringerten Temperatur von dem Ausströmanschluss 21b aus. Dann, wie in 3 gezeigt ist, weist das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 in sich eine Metall- oder Keramiklamelle 21e, die SiC (Siliziumcarbid) enthält, als eine Hauptkomponente auf, um die Kontaktfläche mit dem erwärmten Fluid zu erhöhen.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 von 3 zeigt, und 5 ist eine Querschnittsansicht des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2, welche eine Draufsicht ist, die den Einströmanschluss 21a und den Ausströmanschluss 21b des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs 21 aufweist.
  • Wie in 4 gezeigt ist, weist der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2 die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 auf, die in einen mittleren hohlen Teil der ringförmigen Form des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs 21 eingepasst ist. Wie mit dicken Pfeilen in 4 dargestellt ist, strömt auf eine hohe Temperatur erwärmtes Fluid (zum Beispiel Hochtemperaturabgas) in das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 von dem Einströmanschluss 21a auf der unteren Seite der Zeichnung ein und strömt von dem Ausströmanschluss 21b auf der oberen Seite der Zeichnung aus. Zu diesem Zeitpunkt, wie mit den Pfeilen in 5 dargestellt ist, trifft das auf eine hohe Temperatur erwärmte Fluid, das durch den Einströmanschluss 21a einströmt, direkt auf eine Umfangswand 20b, die den kreisförmigen Umfang der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 definiert, und wird dann in eine linke und rechte Seite der Umfangswand 20b aufgeteilt und wandert entlang der Umfangswand 20b. Dann vereinen sie sich an dem Ausströmanschluss 21b, um auszuströmen. Auf diese Weise kommt das auf eine Hochtemperatur erwärmte Fluid direkt mit der Umfangswand 20b der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 in Kontakt, wodurch eine Menge der Wärme direkt von dem auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluid an die Umfangswand 20b übertragen wird und solch eine Wärme wird an die Unterteilungswand 20a in der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 und das Arbeitsfluid innerhalb der Zellen 20d ebenfalls übertragen. Auf diese Weise kann die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 direkt mit dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid in Kontakt kommen, da die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 aus einem Material mit einem hohen Wärmewiderstand und einer guten Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, wie später beschrieben wird, und solch ein direkter Kontakt mit dem erwärmten Fluid kann einen Wärmeverlust niederhalten und eine Wärmeaustauscheffizienz verbessern, als verglichen mit dem Fall, der ein anderes Bauteil aufweist, das dazwischentritt.
  • Obwohl es wünschenswert ist, dass die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 direkt mit erwärmtem Fluid auf diese Weise in Kontakt tritt, kann die vorliegende Erfindung eine Form haben, in der anstelle solch eines direkten Kontakts der Umfangswand 20b der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 mit dem auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluid die Umfangswand 20b mit Metall umgeben ist. Insbesondere dann, wenn Hochdruckgas (zum Beispiel inertes Edelgas, wie zum Beispiel Argon) als das Arbeitsfluid verwendet wird, um Akustikwellen bzw. Schallwellen zu übertragen, ist es wünschenswert, die Umfangswand 20b mit einem Metall von dem Betrachtungspunkt eines hermetischen Abdichtens solch eines Hochdruckgases zu umgeben und die Leckage zu vermeiden. In diesem Fall hat das Metall, das die Umfangswand 20b umgibt, eine Umfangsfläche, an der eine Metalllamelle (siehe Lamelle 21e in 3 beispielsweise) vorzugsweise vorgesehen ist, um in der auswärtsgerichteten Richtung (radiale Richtung) von der Mitte der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 von 5 aus vorzuragen. Dies ist dazu, um die Kontaktfläche mit dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid zu erhöhen und die Wärmetauscheffizienz zu verbessern. Falls der Kontaktbereich bzw. die Kontaktfläche mit dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid klein ist, ist ein Austausch der Wärme zwischen dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid und dem hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 nicht ausreichend, und deswegen verschlechtert sich die Wärmetauscheffizienz des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2. Auf diese Weise ist es für den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 wichtig, die Kontaktfläche mit dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid zu maximieren.
  • In einer am meisten bevorzugten Form ist eine andere Honigwabenstruktur, die aus einem Keramikmaterial, das SiC (Siliziumcarbid) als eine Hauptkomponente enthält, hergestellt ist, in das Rohr des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs eingepasst. Dem ist so, da solch ein Keramikmaterial, das SiC (Siliziumcarbid) als eine Hauptkomponente enthält, eine höhere Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen hat als jene von Metalllamellen, und die Kontaktfläche mit dem Hochtemperaturgas kann außerdem dramatisch erhöht werden. Ferner kann dies ein Problem einer Erosion und Verschlechterung aufgrund des auf die hohe Temperatur erhöhten Fluids vermeiden, was ein Problem für Metalllamellen sein kann. Das Folgende beschreibt solch eine bevorzugte Form.
  • 6 zeigt schematisch eine Form einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit einschließlich einer anderen Honigwabenstruktur, die in das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr eingepasst ist. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht des hochtemperaturseitigen Wärme-tauschers, die entlang der Linie A-A von 6 genommen ist.
  • In 6 und 7 sind die gleichen Bezugszeichen an die gleichen Elemente wie jene in 3 und 5 vergeben und deren doppelte Beschreibungen werden weggelassen.
  • Ein hochtemperaturseitiger Wärmetauscher 2' in einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 200 in 6 weist eine wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' und zwei wechselseitig verschiedene hochtemperaturseitige ringförmige Rohre 211 und 212 auf. Die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' hat eine Honigwabenstruktur einschließlich zwei oder mehrerer Zellen, die in der Zeichnung horizontal durchdringen, die durch eine Unterteilungswand unterteilt und definiert sind, und überträgt Wärme, die von einem erwärmten Fluid übertragen wird, über die zwei verschiedenen hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohre 211 und 212 an die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1. Hierin ist die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' mit einem Abstand t von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 angeordnet.
  • Wie in 7 gezeigt ist, weisen die zwei hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohre 211 und 212 in sich In-Rohr-Honigwabenstrukturen 2110 bzw. 2120 auf, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält. Diese In-Rohr-Honigwabenstrukturen 2110 und 2120 haben beide eine Honigwabenstruktur, die zwei oder mehrere Zellen aufweist, die horizontal in der Zeichnung durchdringen, die durch eine Unterteilungswand partitioniert und definiert sind. Wie in den Pfeilen der Zeichnung gezeigt ist, führt erwärmtes Fluid, das in die zwei hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohre 211 und 212 einströmt, durch jede Zelle der In-Rohr-Honigwabenstrukturen 2110 und 2120 hindurch und strömt dann aus. Zu diesem Zeitpunkt wird Wärme des erwärmten Fluids, das durch jede Zelle hindurchfährt, an die In-Rohr-Honigwabenstrukturen 2110 und 2120 übertragen und solch eine Wärme wird dann an die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' über die Wandflächen der hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohre 211, 212 und ein Metallrohr (nicht gezeigt) übertragen, das die Seitenfläche (Fläche der Umfangswand) der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20' umgibt. Obwohl 7 den Querschnitt der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20' als eine rechtwinklige Form der Einfachheit halber zeigt, kann sie einen kreisförmigen Querschnitt wie in 4 und 5 haben und eine im Wesentlichen ähnliche Konfiguration kann realisiert werden, wenn die hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohre 211 und 212 eine Form entlang des Kreises haben.
  • Auf diese Weise ist die Umfangswand der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20' mit einem Metallrohr umgeben, an dessen Außenseite die zwei In-Rohr-Honigwabenstrukturen 2110 und 2120 angeordnet sind, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält. In dieser Konfiguration ist die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' nicht in einem direkten Kontakt mit dem erwärmten Fluid und deshalb kann eine Erosion und Verschlechterung aufgrund des auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluids niedergehalten bzw. unterdrückt werden. Wenn inertes Edelgas (zum Beispiel Argon) als das Arbeitsfluid verwendet wird, tritt ein Problem einer Erosion der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20' aufgrund des Arbeitsfluids nicht auf. In diesem Fall kann die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' aus einem Metallmaterial mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Kupfer, als auch einem Keramikmaterial hergestellt sein, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält.
  • Hierin hat die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' in 6 vorzugsweise eine Länge von L' der Ordnung einer Wellenlänge von Akustikwellen bzw. Schallwellen, die aus Schwingungen des Arbeitsfluids erzeugt werden. Falls die Länge L' mit Bezug auf die Wellenlänge von Akustikwellen zu lang ist, wird die Wärme, die an das Arbeitsfluid (zum Beispiel inertes Edelgas) gegeben wird, unzureichend werden. Falls die Länge L' mit Bezug auf die Wellenlänge von Akustikwellen zu kurz ist, dann kann das Arbeitsfluid durch die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20' von der Außenseite aus hindurchführen und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 erreichen, und das Arbeitsfluid kann bei einer relativ geringen Temperatur das Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers unglücklicherweise kühlen.
  • 8 zeigt schematisch eine andere Form der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit der vorliegenden Erfindung, die von den Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheiten in 6 und 7 verschieden ist, und 9 zeigt schematisch eine noch andere Form der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit in 8 verschieden ist.
  • In der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit von 8 strömt erwärmtes Fluid in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2A von der oberen Seite der Zeichnung aus und strömt durch den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2A hindurch und strömt dann zu der unteren Seite der Zeichnung hin aus. Andererseits strömt in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit von 9 erwärmtes Fluid in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2A' von der oberen Seite der Zeichnung aus und strömt durch den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2A' hindurch und strömt dann zu der unteren Seite der Zeichnung hin aus. Hierin strömt in beiden Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheiten von 8 und 9 gekühltes Fluid in den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3A von der oberen Seite der Zeichnung und strömt durch den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3A und strömt dann zu der unteren Seite in der Zeichnung hin aus. 8 und 9 zeigen die Konfiguration teilweise als eine perspektivische Ansicht, um die internen Konfigurationen bzw. Gestaltungen (Konfigurationen einschließlich der folgenden zwei Honigwabenstrukturen 22, 23) zu klären.
  • Der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2A in 8 und der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2A' in 9 umfassen eine säulenförmige Honigwabenstruktur 23, die aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine hohle und runde säulenförmige (in anderen Worten eine zylindrische Form mit einer Dicke) Honigwabenstruktur 22, die aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält, welche die Honigwabenstruktur umgibt. An dem Umfang der Honigwabenstruktur 23 ist ein Metallgitteraußenrohr 23a, das später beschrieben wird, welches aus dem gleichen Metallmaterial hergestellt ist, einstückig mit der Metallhonigwabenstruktur 23 ausgebildet. Um genau zu sein ist eine metallisierte Schicht, die später beschrieben wird, zwischen den zwei Honigwabenstrukturen 22 und 23 vorhanden. Diese zwei Honigwabenstrukturen 22 und 23 haben beide eine Honigwabenstruktur, die zwei oder mehrere runde säulenförmige Zellen aufweist, die in der Längsrichtung durchdringen, die durch eine Unterteilungswand unterteilt und definiert sind. Solch eine Konfiguration in 8 und 9 kann außerdem einen Wärmeverlust niederhalten und eine Wärmeumwandlungseffizienz verbessern.
  • Diese Ausführungsformen haben eine Honigwabenstruktur einschließlich der Honigwabenstruktur 23, die aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und anstelle dessen kann eine Gitterstruktur, die aus einem Metallgitter hergestellt ist, verwendet werden.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines hochtemperaturseitigen Wärmetauschers mit einer Gitterstruktur.
  • Der hochtemperaturseitige Wärmetauscher in 10 weist innerhalb der Honigwabenstruktur 22, die aus einem keramischen Metall hergestellt ist, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält, die mit einem metallischen Außenrohr 22a umgeben ist, ein metallisches Gitterbauteil 23' über eine zylindrische metallisierte Schicht 23b und ein metallisches Gitteraußenrohr 23a auf. Hierin ist die metallisierte Schicht 23b eine Schicht, die durch ein Backen eines Metalls, wie zum Beispiel Molybdän und Mangan ausgebildet ist, welche eine Schicht ist, um das Metallgitteraußenrohr 23a, das aus Metall hergestellt ist, und die Honigwabenstruktur 22, die aus Keramik hergestellt ist, zu verbinden. Die Konfiguration in 10 kann außerdem einen Wärmeverlust niederhalten und eine Wärmetauscheffizienz verbessern.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3 bis 5 werden die Beschreibungen im Folgenden fortgesetzt.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist die Endfläche der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 auf der Seite der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 (obere Endfläche der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20) in einem direkten Kontakt mit der Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 (die untere Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1). Hiernach wird diese obere Endfläche der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 eine Kontaktfläche 20s genannt. Anstelle solch eines direkten Kontakts zwischen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 und der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 kann ein Spalt t wie in 6 zwischen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 und der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 in der vorliegenden Erfindung vorhanden sein. In diesem Fall wird Wärme, die an die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 übertragen ist, an das Arbeitsfluid übertragen, das mit der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 in Kontakt kommt, und das erwärmte Arbeitsfluid kommt mit dem Nahbereich der Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aufgrund eines Versatzes bzw. einer Verschiebung des Arbeitsfluids in Kontakt, die Schwingungen von Akustikwellen entspricht, um den Nahbereich der Endfläche zu erwärmen. Dies ermöglicht es dem Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2, einen relativen hohen Temperaturzustand verglichen mit dem Ende auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 beizubehalten.
  • Diese wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 ist aus einem Keramikmaterial hergestellt, das als eine Hauptkomponente SiC (Siliziumcarbid) enthält. Da ein Keramikmaterial einen hohen Wärmewiderstand hat, ist solch ein Material geeignet für das Material der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20, die direkt mit dem auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluid in Kontakt gelangt, wie vorangehend genannt ist. Ferner, da ein Keramikmaterial, das als eine Hauptkomponente SiC enthält, eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit unter anderen Keramikmaterialien hat, ist solch ein Material für eine Funktion geeignet, um die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 Wärme an die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 übertragen zu lassen, wie vorangehend genannt ist. Es sei hier vermerkt, dass „enthält SiC (Siliziumcarbid) als eine Hauptkomponente” bedeutet, dass SiC sich auf 50 Massen-% oder mehr des Materials der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 aufrechnet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Porosität vorzugsweise 0 bis 10%. Es ist dann wünschenswert, dass die Dicke der Unterteilungswand 20a 0,25 bis 0,51 mm ist und die Zellendichte 15 bis 62 Zellen/cm2 ist.
  • Spezifische Beispiele des Keramikmaterials, das als eine Hauptkomponente SiC enthält, umfasst einfaches SiC als auch Si-imprägniertes SiC, (Si + Al)-imprägniertes SiC, Metallkomposit-SiC, rekristallisiertes SiC, Si3N4, und SiC. Unter diesen sind Si-imprägniertes SiC und (Si + Al)-imprägniertes SiC bevorzugt. Dem ist so, da Si-imprägniertes SiC gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmewiderstand hat und eine geringe Porosität hat, obwohl es ein poröser Körper ist, und deswegen dicht ausgebildet wird, und dann kann es eine relativ hohe Festigkeit verglichen mit SiC ohne imprägniertes Si realisieren.
  • Wie in 5 gezeigt ist, hat die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 eine Konfiguration von dreieckigen Zellen 20d, die periodisch mit einer Periode einer konstanten Länge in der Ebene senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen 20d angeordnet sind. Wie später beschrieben wird, hat die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, auf die Wärme zu übertragen ist, ebenfalls eine ähnliche Konfiguration (siehe 11, die später beschrieben wird), und die Periode der Zellen 20d in der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 ist ein ganzzahliges Vielfaches von 10 oder mehr von der Periode (siehe 11, die später beschrieben wird) der Zellen 14 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1. Auf diese Weise haben die Zellen 20d der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 die gleiche Form wie jene der Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, auf die Wärme zu übertragen ist, und die Periode der Zellen 20d der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 ist ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, wodurch Arbeitsfluid, das innerhalb der Zellen 20d der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 und den Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 enthalten ist, sich gleichmäßig bewegen kann. Die Periode der Zellen der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 ist größer als die Periode der Zellen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, da die Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 es erfordern, sehr dünne Durchgangslöcher zu sein, um selbstinduzierte Schwingungen zu verursachen, wie vorangehend genannt ist. Andererseits gibt es keine solche Anforderung für die Zellen 20d der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 und die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 kann eine Rolle eines Wärmetauschs einfach spielen, und deshalb ist die Periode von diesen größer als die Periode der Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 um eine Stelle (zehn Mal) oder mehr.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird die Kontaktfläche 20s der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 mit der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 (obere Seite in der Zeichnung) von einem Wärmeaufnahmebereich 21c aus hin verschoben, in dem die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 direkt mit dem auf die hohe Temperatur erwärmten Fluid in Kontakt kommt, um Wärme von diesem aufzunehmen, und dementsprechend überlappt sich dieser nicht mit dem Wärmeaufnahmebereich 21c. Falls sich die Kontaktfläche 20s mit dem Wärmeaufnahmebereich 21c überlappt, kann eine Temperatur in großem Maße zwischen dem Umfang eines Rands der Kontaktfläche 20s, der näher an dem Wärmeaufnahmebereich 21c ist, und einem mittleren Bereich entfernt von dem Wärmeaufnahmebereich 21c differieren. In diesem Fall wird das Ende (unteres Ende in 3) der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf der Seite der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 nicht einheitlich erwärmt, und deshalb verursachen die Zellen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 unglücklicherweise nicht einheitliche selbstinduzierte Schwingungen. Die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 in 3 ist gestaltet, um die Kontaktfläche 20s nicht mit dem Wärmeaufnahmebereich 21c zu überlappen, um solch ein Problem zu vermeiden.
  • Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 einen Schlitz 20c als einen Spaltteil der Umfangswand 20b, wobei sich der Schlitz in der Durchdringungsrichtung der Zellen 20d erstreckt. 5 zeigt das Beispiel von Schlitzen 20c, die an vier Positionen der Umfangsfläche der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 ausgebildet sind. Solche Schlitze 20c können thermische Spannung abmildern, die auf die Umfangswand 20b aufgebracht wird, wenn das auf die hohe Temperatur erwärmte Fluid direkt mit der Umfangswand 20b in Kontakt kommt, was dann einen Druck oder ein Abschälen der Umfangswand 20b und der Unterteilungswand 20a unterdrücken kann.
  • Wie in 5 gezeigt ist, ist das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 mit vier wärmeresistenten Metallplatten 21d entlang der Erstreckungsrichtung der Schlitze 20c versehen, um die Spalten 20c zu füllen und auszudehnen. Diese vier wärmeresistenten Metallplatten 21d können Arbeitsfluid daran hindern, in das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 durch die vier Schlitze 20c auszuströmen bzw. zu lecken. Es sei hier vermerkt, dass die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 durch ein Einpassen dieser vier wärmeresistenten Metallplatten 21d an einem ringförmigen Mittelteil des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs 21 gestützt ist. Diese vier wärmeresistenten Metallplatten 21d sind mit Lamellen 21e (siehe auch 3) versehen, die aus Metall oder Keramik hergestellt sind, das SiC (Siliziumcarbid) als eine Hauptkomponente enthält, wobei die Lamellen von der Mitte der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 in 5 nach außen hin (radiale Richtung) vorragen.
  • Als Nächstes beschreibt das Folgende die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3 in Details.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3 in einer Ebene senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1.
  • Wie in 11 gezeigt ist, weist die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 eine Vielzahl von Zellen 14 auf, die jeweils ein dünnes rohrartiges Durchgangsloch sind, die durch eine Unterteilungswand 11 unterteilt und definiert sind, und die Unterteilungswand 11 als ein Ganzes wird dann mit einer Umfangswand 13 umgeben. Die Umfangswand 13 kann aus dem gleichen Material wie jenem der Unterteilungswand 11 hergestellt sein.
  • Wie vorangehend beschrieben ist, ist ein hydraulischer Durchmesser HD der Zellen 14 einer von den wichtigen Faktoren, um Schallwellen durch selbstinduzierte Schwingungen zu erzeugen, und deshalb hat der hydraulische Durchmesser HD der Zellen 14 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 einen sehr kleinen Wert von 0,4 mm oder weniger. Solche Zellen mit einem sehr kleinen hydraulischen Durchmesser HD können einen ausreichenden thermoakustischen Effekt aus der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 heraus realisieren. Umgekehrt, falls der hydraulische Durchmesser HD größer als 0,4 mm ist, kann ein sehr kleiner thermoakustischer Effekt lediglich realisiert werden und dann wird es schwierig, einen ausreichenden Betrag an elektrischer Leistung und kalter Wärme bzw. Kaltwärme von dem Leistungserzeugungssystem 1000 in 1 und dem Kaltwärmeerzeugungssystem 2000 in 2 zu erlangen.
  • Hierin ist es für einen größeren thermoakustischen Effekt vorteilhaft, so viele wie möglich von den Zellen mit einem kleinen hydraulischen Durchmesser HD auszubilden, wie vorangehend genannt ist. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, einen größeren offenen Frontalbereich der Endflächen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu haben. Der offene Frontalbereich bzw. die offene Vorderfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 an den Endflächen ist eine Frontalfläche mit einer großen Öffnung von 60% oder mehr, wodurch die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen größeren thermoakustischen Effekt ausüben kann. Im Gegensatz dazu, falls die offene Vorderfläche bzw. der offene Frontalbereich geringer als 60% ist, ist die Anzahl von Zellen, die zu dem thermoakustischen Effekt beitragen, zu klein, und deshalb kann ein sehr großer thermoakustischer Effekt nicht daraus erreicht werden.
  • Es sei hier vermerkt, dass dann, wenn der offene Frontalbereich zu groß ist, dies zu viele Hohlräume in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 bedeutet und deshalb die Lebensdauer und die Festigkeit der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 als ein Ganzes verschlechtert. Dann wird der offene Frontalbereich der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 niedergehalten, um 93% oder weniger zu sein. Tatsächlich, falls die offene Vorderfläche 93% übersteigt, kann ein Schaden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aufgrund einer thermischen Deformation und Verdrehung (thermische Spannung), die aus Einflüssen von akustischen Wellen resultieren, die erzeugt werden, und einer Temperaturdifferenz an beiden Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 nicht ignoriert werden.
  • Auf diese Weise kann die offene Vorderfläche bzw. der offene Frontalbereich an den Endflächen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, die 60% oder größer und 93% oder kleiner ist, ein adäquates Gleichgewicht zwischen einem ausreichenden thermoakustischen Effekt und einer ausreichenden Lebensdauer und Festigkeit erreichen. Die offene Vorderfläche von 80% oder mehr und 93% oder weniger ist bevorzugt in dem offenen Frontalbereich von 60% oder mehr und 93% oder weniger.
  • Die offene Vorderfläche kann durch ein Aufnehmen eines Bilds eines Querschnitts senkrecht zu der Durchdringungsrichtung durch ein Mikroskop und ein Bestimmen der Materialanteilsfläche S1 und der Spaltenanteilsfläche S2 aus dem genommenen Bild des Querschnitts erlangt werden. Dann kann der offene Vorderbereich als S2/(S1 + S2) basierend auf S1 und S2 erlangt werden.
  • Ferner neigt die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 dazu, sich mit einem Abstand von der Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 2 in 3 (die obere Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3) in dieser Durchdringungsrichtung zu verringern.
  • Hierin bezieht sich die „Einheitslänge” auf eine Referenzeinheitslänge, um die Länge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 abzuschätzen, welche eine beliebige Länge sein kann, solange sie kürzer als die Länge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ist. Zum Beispiel kann für die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von ein paar wenigen cm bis ein paar wenigen hundert cm in einer Länge, 10 mm (1 cm) als die „Einheitslänge” verwendet werden.
  • Ferner umfasst das „neigt dazu, sich zu verringern” einen monotonen Abfall als auch eine Gesamtverringerung, welche teilweise konstant sein kann, ohne sich zu verringern oder zu erhöhen. Numerisch ausgedrückt bedeutet das „neigt dazu, sich zu verringern”, dass der Abstand von der Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 (die obere Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3) eine Variable ist und die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung eine Funktion ist, deren Wert durch diese Variable bestimmt wird, dann der Wert des Gradienten dieser Funktion (der Ableitungswert durch die Variable) immer Null oder ein negativer Wert wird, welcher niemals ein positiver Wert wird.
  • Ferner hat in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 3 ein Ende einschließlich der Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 (die obere Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3), das sich auf den Bereich von 10% der gesamten Länge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 aufsummiert, eine Wärmekapazität, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität eines Endes ist, das die Endfläche auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 umfasst (die untere Endfläche der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 3), die für den Bereich von 10% der gesamten Länge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 aufsummiert. Im Folgenden wird das erstgenannte Ende (das Ende mit der Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3) als ein erster Endabschnitt genannt, und das letztgenannte Ende (das Ende mit der Endfläche auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2) wird ein zweiter Endabschnitt genannt.
  • Die Wärmekapazität pro Einheitslänge kann wie folgt erlangt werden. Zuerst wird ein zu messender Teil der Einheitslänge ausgeschnitten und wird dann in eine Pulverform pulverisiert. Dann wird solch eine Pulverformzielsetzung als ein Beispiel verwendet und dann wird eine Beziehung zwischen einer Eingabewärme und einem Temperaturanstieg des Musters bzw. der Probe unter Verwendung eines adiabatischen Kalorimeters bestimmt. Auf solch eine Weise kann die Wärmekapazität pro Einheitsmasse der Probe erlangt werden. Dann wird die dementsprechend erlangte Wärmekapazität pro Einheitsmasse der Probe durch die Masse des zu messenden Teils multipliziert, das als die Probe vor einer Pulverisierung verwendet wird, wodurch die Wärmekapazität pro Einheitslänge erlangt werden kann. Hierin wird die Wärmekapazität pro Einheitslänge durch den Querschnittsbereich an dem Teil in der Ebene senkrecht zu der Richtung der Einheitslänge geteilt, wodurch eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen von diesem Teil ebenfalls erlangt werden kann.
  • 12 ist ein konzeptionelles Diagramm, um den ersten Endabschnitt und den zweiten Endabschnitt in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu beschreiben.
  • Wie in 12 gezeigt ist, ist der erste Endabschnitt 16, der das obere Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ist, ein Ende, das sich auf den Bereich von 10% der gesamten Länge L der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aufsummiert, d. h. die Region bzw. der Bereich der Länge von (1/10)L von der oberen Endfläche (eine erste Endfläche 16a) der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aus. Dann ist der zweite Endabschnitt 16, der das untere Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ist, ein Ende, das sich auf den Bereich von 10% der gesamten Länge L der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aus aufsummiert, d. h. den Bereich der Länge von (1/10)L von der unteren Endfläche (eine zweite Endfläche 17a) der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 aus. Die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts 16 ist größer als die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts 17 und ist 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts 17, wie vorangehend beschrieben ist. Ferner neigt eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 zwischen dem ersten Endabschnitt 16 und dem zweiten Endabschnitt 17 dazu, sich mit einem Abstand von der oberen Endfläche von 12 aus (die Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 in 3) in dieser Durchdringungsrichtung zu verringern, wie vorangehend beschrieben ist. Das Folgende beschreibt den Grund, weshalb die Wärmekapazität pro Einheitslänge einen Gradienten auf diese Weise in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 hat.
  • Wie vorangehend mit Bezug auf 1 beschrieben ist, sind selbstinduzierte Schwingungen, die einen thermoakustischen Effekt verursachen, eine Bewegung des Arbeitsfluids, um Wärme zu befördern, um so den Temperaturgradienten abzumildern (zu schwächen). Für die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 12 erzeugt das Arbeitsfluid in den Zellen 14 selbstinduzierte Schwingungen, um den Temperaturgradienten zwischen der Seite des ersten Endabschnitts 16 und der Seite des zweiten Endabschnitts 17 abzumildern. Zum Beispiel, wenn ein bestimmter Betrag einer heißen Wärme auf den ersten Endabschnitt 16 gegeben wird und ein bestimmter Betrag einer Kaltwärme auf den zweiten Endabschnitt 17 gegeben wird (d. h. ein bestimmter Betrag einer Wärme wird von dem zweiten Endabschnitt 17 absorbiert), werden die selbstinduzierten Schwingungen des Arbeitsfluids den Temperaturgradienten zwischen der Seite des ersten Endabschnitts 16 und der Seite des zweiten Endabschnitts 17 abschwächen, welcher aus der dementsprechend zugeführten Heißwärme und Kaltwärme erzeugt wird, allmählich über die Zeit.
  • Hierin wird angenommen, dass die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in dieser Durchdringungsrichtung einheitlich bzw. uniform ist. Dann wird der Temperaturgradient abgemildert werden, so dass er eine bestimmte Temperatur entsprechend der Wärmekapazität pro Einheitslänge erreicht. Im Gegensatz dazu hat die Struktur wie in der vorliegenden bzw. tatsächlichen Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, in der sich die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen mit einem Abstand von der oberen Fläche von 12 aus (die Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 in 3) in dieser Durchdringungsrichtung verringert, obwohl sie natürlicherweise eine bestimmte Temperatur schließlich als ein Ganzes erreicht, eine Variation bzw. eine Änderung der Wärmekapazität pro Einheitslänge in einem Abschnitt während des Verlaufs, welche verschiedene Arten einer Temperaturgradientenabschwächung lokal verursacht, und im Allgemeinen neigt der Temperaturgradient dazu, zu verbleiben. Mit anderen Worten erfordert es mehr Zeit, um den Temperaturgradienten in dem Fall abzumildern, in dem die Wärmekapazität pro Einheitslänge eine Variation bzw. Änderung hat, als in dem Fall, in dem die Wärmekapazität pro Einheitslänge uniform bzw. einheitlich ist. Das heißt, eine Variation in der Wärmekapazität pro Einheitslänge bedeutet die Tendenz, den Temperaturgradienten leicht beizubehalten. Insbesondere dann, wenn die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts 16 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts 17 ist, ist solch ein Effekt, den Temperaturgradienten beizubehalten, ausreichend groß, und deshalb kann eine exzellente Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion ausgeübt werden. Dieser Punkt wird durch Beispiele, die später beschrieben werden, verifiziert.
  • Hierin kann eine Variation in einer Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 einfach unter Verwendung einer Vielzahl von Honigwabensegmenten mit wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 implementiert werden, was später beschrieben wird.
  • Jedes von dieser Vielzahl von Honigwabensegmenten hat einen Honigwabenaufbau bzw. eine Honigwabenstruktur (die Struktur, in der eine Vielzahl von Zellen, die zwischen zwei Endflächen durchdringen, durch eine Unterteilungswand unterteilt und definiert sind) und ist einstückig ausgebildet. Hierin hat in dieser Honigwabenstruktur jede Zelle einen hydraulischen Durchmesser HD von 0,4 mm oder weniger und hat einen offenen Frontalbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger, so dass sie eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungsfunktion ausüben kann. Ferner hat ein Honigwabensegment mit der größten Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 (hiernach ein erstes Honigwabensegment genannt) unter der Vielzahl von Honigwabensegmenten eine Wärmekapazität pro Einheitslänge, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität pro Einheitslänge von dem Honigwabensegment mit der kleinsten Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 hat (hiernach ein zweite Honigwabensegment genannt). Hierin haben beide von dem ersten Honigwabensegment und dem zweiten Honigwabensegment die Gesamtlänge (die Länge von jedem Honigwabensegment in der Durchdringungsrichtung der Zellen), die 1/10-mal oder mehr die Gesamtsumme der Gesamtlängen von der Vielzahl von Honigwabensegmenten ist, wie vorangehend genannt ist. Anders als solch ein Zustand, der den Längen des ersten Honigwabensegments und des zweiten Honigwabensegments auferlegt ist, ist die Länge von jedem von der Vielzahl von Honigwabensegmenten nicht speziell begrenzt und sie können die gleiche Länge haben oder wechselseitig verschiedene Längen haben. Alternativ kann eine Gruppe von Honigwabensegmenten unter der Vielzahl von Honigwabensegmenten eine gleiche Länge haben und die verbleibenden Honigwabensegmente können wechselseitig verschiedene Längen haben.
  • Diese Vielzahl von Honigwabensegmenten ist der Reihe nach bzw. sequenziell in der absteigenden Reihenfolge der Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 derart angeordnet, dass eine Endfläche von jedem Honigwabensegment einer Endfläche eines anderen Honigwabensegments von der Vielzahl von Honigwabensegmenten gegenüberliegt, wodurch ein Beispiel der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ausgeführt sein kann, wie vorangehend genannt ist. In diesem Beispiel weist das erste Honigwabensegment den ersten Endabschnitt 16 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf, wie vorangehend genannt ist (siehe 12), und das zweite Honigwabensegment weist den zweiten Endabschnitt 17 der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 auf, wie vorangehend genannt ist (siehe 12).
  • Hierin sind dann, wenn die Vielzahl von Honigwabensegmenten seriell angeordnet ist, diese Vielzahl von Honigwabensegmenten vorzugsweise derart angeordnet, dass Öffnungen der Zellen an den gegenüberliegenden Endflächen zwischen zwei benachbarten Honigwabensegmenten überlappt werden, um ein Durchgangsloch auszubilden (mit anderen Worten, eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist). Zu diesem Zeitpunkt können die wechselseitig gegenüberliegenden Endseiten von den zwei benachbarten Honigwabensegmenten mit einem Bondingmaterial bzw. Verbindungsmaterial verbunden sein, während der überlappte Zustand der Öffnungen der Zellen beibehalten wird, wie vorangehend genannt ist. Es sei hier vermerkt, dass in diesem Fall die Bondingschicht bzw. Verbindungsschicht zwischen zwei benachbarten Honigwabensegmenten, die mit dem Bondingmaterial ausgebildet ist, zu der „Wärmekapazität pro Einheitslänge”, wie vorangehend genannt ist, von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in einem engeren Sinne beiträgt. Jedoch, da die Bondingschicht dünn ist, ist der Beitrag von dieser klein genug. Deshalb kann solch eine serielle Anordnung von der Vielzahl von Honigwabensegmenten, die in der absteigenden Reihenfolge der Wärmekapazität pro Einheitslänge angeordnet sind, adäquat das Merkmal der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 implementieren, das die Tendenz zeigt, dass die Wärmekapazität pro Einheitslänge mit einem Abstand von einer Endfläche (die Endfläche auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 von 3) abnimmt, wie vorangehend genannt ist. Hierin ist in diesem Fall die „Einheitslänge” eine Länge, die ausreichend größer als die Dicke der Bondingschicht ist. Zum Beispiel kann die Einheitslänge 10 mm (1 cm) sein, was solch einen Zustand adäquat erfüllen kann.
  • Anstelle eines Bondens bzw. Verbindens bzw. Klebens der Endflächen mit dem Verbindungsmaterial bzw. Bondingmaterial wird eine Vielzahl von Honigwabensegmenten in einem engen Kontaktzustand angeordnet, während die Öffnungen der Zellen einander überlappen, und dann kann solch eine Vielzahl von Honigwabensegmenten als ein Ganzes in das Innere eines zylindrischen Behälters eingepasst werden, während der enge Kontaktzustand beibehalten wird, wodurch jedes Honigwabensegment positioniert und in dem Inneren des Behälters fixiert werden kann.
  • Ferner kann anstelle eines Positionierens und Fixierens in solch einem engen Kontaktzustand eine Vielzahl von Honigwabensegmenten mit winzigen Spalten, die dazwischen aufrechterhalten werden, um nicht die Übertragung von Akustikwellen bzw. Schallwellen zu beeinträchtigen, in dem Inneren eines zylindrischen Behälters in der absteigenden Reihenfolge der Wärmekapazität pro Einheitslänge eingepasst werden und können dann dort positioniert und fixiert werden.
  • Das Folgende beschreibt speziell Beispiele der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, die aus drei Honigwabensegmenten hergestellt ist.
  • 13 zeigt schematische die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 einschließlich drei Honigwabensegmenten mit demselben flächengleichen Kreisdurchmesser und wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen.
  • 13 zeigt schematisch die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, während ein bestimmter Abstand zwischen Honigwabensegmenten beibehalten wird, um klarzustellen, dass die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 die drei Honigwabensegmente aufweist. Tatsächlich sind jedoch die benachbarten Honigwabensegmente mit einem Bondingmaterial verbunden oder sind in dem Inneren eines zylindrischen Behälters eingepasst, während ein enger Kontaktzustand beibehalten wird oder ein winziger Raum dazwischen beibehalten wird, und sind positioniert wie vorangehend beschrieben ist. In solch einer Konfiguration sind die Öffnungen der Zellen an den wechselseitig gegenüberliegenden Endflächen wechselseitig überlappt oder zumindest wechselseitig gegenüberliegend, wodurch im Wesentlichen ein Durchgangsloch (mit anderen Worten eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist) ausgebildet wird. Deshalb können erzeugte Akustikwellen durch dieses eine Durchgangsloch (eine Zelle) gleichmäßig übertragen werden.
  • Der „flächengleiche Kreisdurchmesser” eines Honigwabensegments ist als D in der Repräsentation der Querschnittsfläche des Honigwabensegments in einer Ebene senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen des Honigwabensegments als πD2/4 definiert. Mit einfachen Worten repräsentiert der „flächengleiche Kreisdurchmesser” eines Honigwabensegments die Dicke des Honigwabensegments. Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 13 weist drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 auf, und diese drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 haben den gleichen flächengleichen Kreisdurchmesser und haben wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen.
  • Ein Verfahren, um Honigwabensegmente wechselseitige Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen auf diese Weise haben zu lassen, kann darin bestehen, deren Unterteilungswände und Umfangswände (oder beliebige von diesen) mit Materialien herzustellen, die zum Beispiel in Arten der Zusammensetzungen verschieden sind. Zum Beispiel sind unter den drei Honigwabensegmenten 1_1, 1_2 und 1_3 die Unterteilungswand und die Umfangswand von einem Honigwabensegment aus einem Kordieritmaterial hergestellt, die Unterteilungswand und die Umfangswand eines anderen Honigwabensegments aus einem Nicht-Kordieritmaterial hergestellt, das Tonerde enthält, und die Unterteilungswand und die Umfangswand des verbleibenden Honigwabensegments aus einem Nicht-Kordieritmaterial hergestellt, das keine Tonerde enthält. Auf diese Weise können dann, wenn Materialien, die in Arten von Komponenten verschieden sind, verwendet werden, die Honigwabensegmente in einer Wärmekapazität pro Einheitsvolumen verschieden sein, obwohl deren Form und Größe einschließlich des flächengleichen Kreisdurchmessers als auch des offenen Frontalbereichs bzw. der offenen Vorderfläche an jeder Endfläche und der hydraulische Durchmesser von jeder Zelle die gleichen sind.
  • Ein anderes Verfahren, um Honigwabensegmente wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen haben zu lassen, kann sein, die Unterteilungswände und die Umfangswände (oder beliebige von diesen) von den drei Honigwabensegmenten 1_1, 1_2 und 1_3 mit Materialien herzustellen, die in Arten der Komponenten die gleichen sind, jedoch in Formen der Komponenten oder der Materialien verschieden sind. Zum Beispiel können Materialien verwendet werden, die in einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser der Komponentenpartikel verschieden sind, oder Materialien können verwendet werden, die in einer Porosität verschieden sind. Auf diese Weise können dann, wenn Materialien, die in Formen der Komponenten oder der Materialien verschieden sind, ebenfalls verwendet werden, die Honigwabensegmente in einer Wärmekapazität pro Einheitsvolumen verschieden sein, obwohl deren Form und Größe einschließlich des flächengleichen Kreisdurchmessers als auch des offenen Vorderbereichs bzw. der offenen Vorderfläche an jeder Endfläche und der hydraulische Durchmesser von jeder Zelle die gleichen sind.
  • Ein noch anderes Verfahren, um Honigwabensegmente wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen haben zu lassen, kann sein, die drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 derart herzustellen, dass sie verschiedene Unterteilungswände und Umfangswände haben, ohne den flächengleichen Kreisdurchmesser zu ändern. Hierin, in diesem Fall, müssen sie gestaltet sein, um die Erforderungen zu erfüllen, dass Zellen von jedem Honigwabensegment einen hydraulischen Durchmesser HD von 0,4 mm oder weniger haben und einen offenen Frontalbereich bzw. eine offene Vorderfläche an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger haben, als auch das Erfordernis, dass zumindest ein Teil der Zellen an wechselseitig gegenüberliegenden Endflächen wechselseitig überlappt sind oder wechselseitig gegenüberliegen zumindest derart, um im Wesentlichen ein Durchgangsloch auszubilden (mit anderen Worten, eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist).
  • Einige Verfahren, um Honigwabensegmente wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen haben zu lassen, sind vorangehend beschrieben und sie können natürlicherweise kombiniert werden, um den Zustand von wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitsvolumen trotz des gleichen flächengleichen Kreisdurchmessers zu realisieren.
  • Es sei hier vermerkt, dass unter den drei Honigwabensegmenten 1_1, 1_2 und 1_3 von 13 das oberste Honigwabensegment 1_1 die größte Wärmekapazität pro Einheitsvolumen hat und das unterste Honigwabensegment 1_3 die kleinste Wärmekapazität pro Einheitsvolumen hat. Da die drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 von 13 den gleichen flächengleichen Kreisdurchmesser haben, hat das oberste Honigwabensegment 1_1 die größte Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen gleichermaßen, und das unterste Honigwabensegment 1_3 hat die kleinste Wärmekapazität pro Einheitslänge. Hierin ist das oberste Honigwabensegment 1_1 in 13 das erste Honigwabensegment, das den ersten Endabschnitt 16 aufweist, und das unterste Honigwabensegment 1_3 in 13 ist das zweite Honigwabensegment, das den zweiten Endabschnitt 17 aufweist. Dann hat das oberste Honigwabensegment 1_1 in 13 eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen, die 1,1-mal oder mehr von der Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen von dem untersten Honigwabensegment 1_3 in 13 ist. In dieser Konfiguration ist natürlicherweise die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts 16 1,1-mal die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts 17.
  • 14 zeigt schematisch die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 einschließlich drei Honigwabensegmenten mit der gleichen Wärmekapazität pro Einheitsvolumen und mit wechselseitig verschiedenen flächengleichen Kreisdurchmessern.
  • 14 zeigt außerdem schematisch die Konfiguration der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, während ein bestimmter Abstand zwischen den Honigwabensegmenten beibehalten wird, um klarzustellen, dass die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 die drei Honigwabensegmente aufweist. Tatsächlich sind jedoch die benachbarten Honigwabensegmente mit einem Bondingmaterial verbunden oder sind in dem Inneren eines zylindrischen Behälters eingepasst, während ein enger Kontaktzustand beibehalten wird oder ein winziger Raum dazwischen beibehalten wird, und sind positioniert. In solch einer Konfiguration überlappen die Öffnungen von zumindest einem Teil der Zellen an den wechselseitig gegenüberliegenden Endflächen sich wechselseitig oder sind zumindest wechselseitig gegenüberliegend, wodurch im Wesentlichen ein Durchgangsloch (mit anderen Worten, eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist) ausgebildet wird. Deshalb können erzeugte Akustikwellen bzw. Schallwellen durch dieses eine Durchgangsloch (eine Zelle) gleichmäßig übertragen werden.
  • Wie in 14 gezeigt ist, weist die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 von 14 drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 mit wechselseitig verschiedenen flächengleichen Kreisdurchmessern auf. Diese drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 sind aus dem gleichen Material hergestellt und haben die gleiche Wärmekapazität pro Einheitsvolumen. Diese drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 sind die gleichen in der Gesamtlänge von jedem Honigwabensegment, der offenen Vorderfläche an jeder Endfläche und dem hydraulischen Durchmesser der Zellen gleichermaßen. Hierin hat unter den drei Honigwabensegmenten 1_1, 1_2 und 1_3 von 14 das oberste Honigwabensegment 1_1 das größte Volumen, und das unterste Honigwabensegment 1_3 hat das kleinste Volumen. Da die drei Honigwabensegmente 1_1, 1_2 und 1_3 von 14 die gleiche Wärmekapazität pro Einheitsvolumen haben, hat das oberste Honigwabensegment 1_1 die größte Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen gleichermaßen, und das unterste Honigwabensegment 1_3 hat die kleinste Wärmekapazität pro Einheitslänge. Hierin ist das oberste Honigwabensegment 1_1 in 14 das erste Honigwabensegment, das den ersten Endabschnitt 16 aufweist, und das unterste Honigwabensegment 1_3 in 14 ist das zweite Honigwabensegment, das den zweiten Endabschnitt 17 aufweist. Dann hat das oberste Honigwabensegment 1_1 in 14 eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen des untersten Honigwabensegments 1_3 in 14 ist. Wie vorangehend genannt ist, da die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen die gleiche ist, hat das oberste Honigwabensegment 1_1 in 14 den Querschnittsbereich senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen, der 1,1-mal oder mehr der Querschnittsbereich senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen des untersten Honigwabensegments 1_3 in 14 ist. In dieser Konfiguration ist außerdem natürlich die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts 16 1,1-mal die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts 17. Hierin hat bei einem Umwandeln des Querschnittsbereichs bzw. der Querschnittsfläche von jedem Honigwabensegment zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser hin dann das oberste Honigwabensegment 1_1 in 14 den flächengleichen Kreisdurchmesser, der (1,1)1/2 ≈ 1,05-mal oder mehr des flächengleichen Kreisdurchmessers des untersten Honigwabensegments 1_3 in 14.
  • Eine Vielzahl von Honigwabensegmenten mit wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen wie in 13 und 14 werden verwendet, wodurch die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 leicht verkörpert werden kann, um die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen zu haben, die sich in dieser Richtung ändert.
  • Das Folgende beschreibt andere Merkmale der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1.
  • In der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 haben die Zellen vorzugsweise eine Querschnittsform, die senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 ist, so dass sie eine polygonale Form ist, deren Ecken gekrümmt sind, und die Ecken der Form haben vorzugsweise einen Krümmungsradius von 0,02 mm oder mehr und 0,1 mm oder weniger. 11 zeigt eine beispielhafte Form der Zellen 14 in der vergrößerten Ansicht auf der oberen rechten Seite, wobei das Dreieck gekrümmte Ecken mit dem Krümmungsradius von 0,02 mm oder mehr und 0,1 mm oder weniger hat. Solch ein Krümmungsradius von 0,02 mm oder mehr bedeutet eine mäßig gekrümmte Form, und so kann sie ausreichend einem Einschlag widerstehen, welcher wirkt, um die Zellen 14 zu zerstören. Dies basiert auf dem gleichen Grund für die Form eines Loches, wie zum Beispiel einem Tunnel, d. h. eine runde Form ist widerstandsfähiger bezüglich einer externen Kraft von der Umgebung als eine winkelartige Form. Andererseits, falls der gekrümmte Teil zu groß ist, dann ist die Unterteilungswand 11 nahe den Ecken der Zellen dick und entsprechend wird ein Teil des Durchgangslochs als die Zellen 14, die zu dem thermoakustischen Effekt beitragen, verringert werden. Dann wird der Krümmungsradius auf 0,1 mm oder weniger eingestellt, wodurch ein hoher thermoakustischer Effekt ebenfalls zur gleichen Zeit beibehalten werden kann.
  • Der Krümmungsradius an den Ecken der Zellen 14 kann durch ein Nehmen eines vergrößerten Fotos der Zellen 14 in einem Querschnitt senkrecht zu der Durchdringungsrichtung und basierend auf der Querschnittsform der Zellen 14 gemessen werden.
  • Zellen 14 können eine Form in einer Ebene senkrecht zu der Durchdringungsrichtung der Zellen 14 haben, die verschiedene Polygone, wie zum Beispiel Dreiecke, Vierecke, Fünfecke und Sechsecke als auch Ellipsen (einschließlich einer perfekten Kreisform) sind, wobei Dreiecke, Vierecke und Fünfecke und deren Kombinationen bevorzugt sind. Wie in der vergrößerten Ansicht der Zellen 14 auf der oberen rechten Seite der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 11 gezeigt ist, ist es besonders wünschenswert, dreieckige Zellen 14 aufzuweisen. Solche dreieckigen Zellen 14 sind besonders wünschenswert, da unter verschiedenen polygonalen Formen und elliptischen Zellenformen dreieckige Zellformen die am meisten geeigneten für die Anordnung einer Menge von Zellen sind, während die Dicke der Unterteilungswand minimiert wird. Es sei hier vermerkt, dass in dem Fall einer Honigwabenstruktur zum Tragen eines Katalysators zur Abgasreinigung, um feine Partikel aus einem Abgas von Automobilen zu entfernen, falls deren Zellen Ecken mit spitzen Winkeln haben, sich feine Partikel leicht an den Ecken unglücklicherweise ansammeln. Dann hat solch eine Honigwabenstruktur keine dreieckigen Zellformen in vielen Fällen, obwohl sie solch eine Form im Prinzip haben kann. Andererseits tritt in dem Fall einer Honigwabenstruktur zum Ausüben eines thermoakustischen Effekts solch ein Problem bei einem Arbeitsfluid (Gas, wie zum Beispiel Edelgas) nicht auf, das selbstinduzierte Schwingungen verursacht, und deshalb können dreieckige Zellformen (aber Dreiecke mit gekrümmten Ecken), welche am meisten geeignet sind, um eine Menge Zellen anzuordnen, ohne jeden Zweifel verwendet werden.
  • Es gilt, dass L die Länge zwischen beiden Endflächen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 bezeichnet, die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ein Verhältnis HD/L des hydraulischen Durchmessers HD, wie vorangehend genannt, zu der Länge L hat, das 0,005 oder mehr und weniger als 0,02 ist. Falls HD/L geringer als 0,05 ist, ist die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu lang, verglichen mit dem hydraulischen Durchmesser HD. Dann wird Arbeitsfluid in jeder Zelle von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 weniger von einer Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente beeinträchtigt bzw. beeinflusst. In diesem Fall ist ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid in jeder Zelle und der Unterteilungswand 11 nicht ausreichend, und deshalb kann ein ausreichender thermoakustischer Effekt nicht erlangt werden. Andererseits, falls HD/L 0,02 oder mehr ist, dann ist die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zu kurz, verglichen mit dem hydraulischen Durchmesser HD. In diesem Fall wird Wärme durch die Unterteilungswand 11 von der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 zu der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 in der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 übertragen, bevor ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid in jeder Zelle und der Unterteilungswand 11 ausreichend wird. Als ein Ergebnis kann ein ausreichender thermoakustischer Effekt noch nicht erlangt werden. Dann wird die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 gestaltet, um das Verhältnis HD/L von 0,005 oder mehr und weniger als 0,02 zu haben, und deshalb ist ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid in jeder Zelle und der Unterteilungswand 11 ausreichend. Als ein Ergebnis kann die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 einen ausreichenden thermoakustischen Effekt haben.
  • In der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 hat vorzugsweise das Material, das die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 ausmacht, insbesondere das Material, das die Unterteilungswand 11 ausmacht, ein Verhältnis einer Wärmeausdehnung bei 20 bis 800°C, das 6 ppm/K oder geringer ist. Hierin kann ein Verhältnis einer thermischen Ausdehnung bzw. ein Wärmeausdehnungsverhältnis zum Beispiel durch ein Ausschneiden eines Teststücks von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 gemessen werden, das eine Länge von 10 mm oder mehr in der Durchdringungsrichtung von jeder Zelle hat und einen Bereich eines Querschnitts, der die Richtung orthogonal zu der Durchdringungsrichtung umfasst, der 4 mm2 oder mehr und 100 mm2 oder weniger ist, und ein Messen des Wärmeausdehnungsverhältnisses in der Durchdringungsrichtung unter Verwendung eines Differenzialwärmedilatometers unter Verwendung von Quarz als eine Referenzvergleichsprobe.
  • Solch ein Verhältnis einer thermischen Ausdehnung bei 20 bis 800°C von 6 ppm/K oder weniger des Materials, das die Unterteilungswand 11 ausmacht, kann Schaden an der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 niederhalten bzw. unterdrücken, wenn eine Temperaturdifferenz an den beiden Enden auftritt. Ein Verhältnis einer thermischen Ausdehnung von 4 ppm/K oder weniger ist noch wünschenswerter in dem Verhältnis einer thermischen Ausdehnung von 6 ppm/K oder weniger.
  • Vorzugsweise hat die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 eine Länge L von 5 mm oder mehr und 60 mm oder weniger.
  • Die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 mit einer Länge L in dem vorangehend genannten numerischen Bereich kann einen ausreichenden thermoakustischen Effekt erlangen.
  • Das Folgende beschreibt ein Verfahren zum Herstellen der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1, die bezugnehmend auf 13 und 14 beschrieben ist, einschließlich einer Vielzahl von Honigwabensegmenten mit wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen. Das Folgende veranschaulicht den Fall, in dem jedes Honigwabensegment aus einem keramischen Material hergestellt ist. Zuerst beschreibt das Folgende die Herstellung von einem Honigwabensegment.
  • Bindemittel, Benetzungsmittel, Porenbildner, Wasser und dergleichen werden zu einem keramischen Rohmaterial hinzugefügt, um ein ausbildendes Rohmaterial bereitzustellen. Das keramische Rohmaterial umfasst vorzugsweise eines oder zwei oder mehrere in Kombination von einem Kordieritausbildungsrohmaterial, einem Siliziumcarbid-Kordierit-basierten Kompositmaterial, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, einem Silizium-Siliziumcarbid-basierten Kompositmaterial, Tonerde, Mullit, Spinell, Lithiumaluminiumsilikat und einer Fe-Cr-Al-basierten Legierung. Unter diesen ist ein Kordieritausbildungsrohmaterial bevorzugt. Hierin ist das Kordieritausbildungsrohmaterial ein keramisches Rohmaterial, das eingestellt ist, um eine chemische Zusammensetzung in dem Bereich von 42 bis 56 Massen-% von Kieselerde bzw. Siliziumdioxid, 30 bis 45 Massen-% von Tonerde und 12 bis 16 Massen-% von Magnesia zu haben, und bildet Kordierit nach einem Brennen. Das keramische Rohmaterial ist bevorzugt enthalten, um 40 bis 90 Massen-% mit Bezug auf das Ausbildungsrohmaterial als ein Ganzes zu sein.
  • Beispielhafte Bindemittel umfassen Methylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose oder Polyvinylalkohol. Unter diesen werden Methylcellulose und Hydroxypropoxylcellulose bevorzugt zusammen verwendet. Der Inhalt des Bindemittels ist bevorzugt 2 bis 20 Massen-% mit Bezug auf das Ausbildungsrohmaterial als ein Ganzes.
  • Der Inhalt bzw. Anteil von Wasser ist bevorzugt 7 bis 45 Massen-% mit Bezug auf das Ausbildungsrohmaterial als ein Ganzes.
  • Ein exemplarisches Benetzungsmittel bzw. Tensid, das verwendet wird, umfasst Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife oder Polyalkohol. Sie können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren Arten verwendet werden. Der Inhalt bzw. Anteil des Benetzungsmittels ist bevorzugt 5 Massen-% oder weniger mit Bezug auf das Ausbildungsrohmaterial als ein Ganzes.
  • Ein exemplarischer Porenbildner umfasst Stärke, schäumbares Harz, wasserabsorbierendes Harz oder Silica-Gel.
  • Als nächstes wird ein Knetmaterial durch ein Kneten des Ausbildungsrohmaterials bereitgestellt. Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Knetmaterials bzw. eines gekneteten Materials durch ein Kneten des Ausbildungsrohmaterials ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kneter oder ein Vakuumzwangsmischer für diesen Zweck verwendet werden.
  • Als nächstes wird das geknetete Material extrudiert, wodurch ein Honigwabenkörper bereitgestellt wird, einschließlich einer Unterteilungswand, die eine Vielzahl von Zellen festlegt. Für diese Extrusion wird vorzugsweise eine Form verwendet, die eine Form in Übereinstimmung mit dem hydraulischen Durchmesser von jeder Zelle, dem offenen Vorderbereich, der Form des Honigwabensegments, der Zellenform und der Periode der Zellen, wie vorangehend genannt ist, hat. Ein bevorzugtes Material der Form ist Sintercarbid mit einem Verschleißwiderstand. Werte des hydraulischen Durchmessers von jeder Zelle, des offenen Vorderbereichs oder dergleichen des Honigwabenkörpers werden bevorzugt bestimmt, während eine Kontraktion in Betracht gezogen wird, die während eines Trocknens und Brennens erzeugt wird, was später ebenfalls beschrieben wird.
  • Hierin kann das Honigwabensegment mit einem sehr kleinen hydraulischen Durchmesser von jeder Zelle und mit einem großen offenen Vorderbereich (mit großer Zelldichte), wie vorangehend genannt ist, um einen größeren thermoakustischen Effekt auszuüben, nicht durch ein ledigliches Verwenden eines Extrusionsverfahrens wie es ist hergestellt werden (d. h. durch ein ledigliches Ausführen einer ähnlichen Herstellungsmethode unter Verwendung einer unterschiedlichen Form, um hochdichte Poren auszubilden), das für eine gewöhnliche Honigwabenstruktur verwendet wird, um einen Katalysator zur Abgasreinigung zu tragen, welches frei von solchen Beschränkungen ist, aufgrund der folgenden zwei Probleme.
  • Das erste Problem ist jenes, dass während einer Extrusion geknetetes Material, das bei einer hohen Temperatur extrudiert wird, an den Löchern in der formgebenden Form anhaftet, was leicht ein Verstopfen erzeugt. Dieses Problem ist durch Patentdokument 3 außerdem in Paragraph [0021] genannt.
  • Das zweite Problem ist jenes, dass eine Form, die für eine Honigwabenstruktur wie in dem Honigwabensegment, das vorangehend genannt ist, mit einem sehr kleinen hydraulischen Durchmesser von jeder Zelle und mit einem großen offenen Vorderbereich (mit einer großen Zelldichte) verwendet wird, unausweichlich einen sehr dünnen und winzigen Teil (typischerweise einen Teil von ungefähr 0,3 mm in der Dicke) aufweist. Dann wird solch ein winziger Teil oft beschädigt (wird zum Beispiel zerbrochen) durch schädliche Reibung während einer Knetmaterialextrusion.
  • Dann hat das Herstellungsverfahren des Honigwabensegments, wie vorangehend genannt ist, die folgende Konfiguration, um diese zwei Probleme zu lösen.
  • Für das erste Problem wird vor der Extrusion unter Verwendung einer Form (hiernach eine Realform genannt) entsprechend dem Honigwabensegment, das wie vorangehend genannt ist, mit dem hydraulischen Durchmesser von jeder Zelle, der 0,4 mm oder weniger ist, und dem offenen Vorderbereich, der 60% oder mehr und 93% oder weniger ist, d. h. mit einem sehr kleinen hydraulischen Durchmesser von jeder Zelle und mit einem großen offenen Vorderbereich (mit großer Zelldichte), ein geknetetes Material unter Verwendung einer anderen Form (hiernach eine Dummy-Form genannt) extrudiert, die eine sehr kleine Dicke der Rippen hat, die 0,04 mm oder mehr und 0,09 mm oder weniger ist. Die „Dicke der Rippen” bezieht sich hier auf die Dicke der Unterteilungswand des Honigwabenformkörpers und bedeutet eine Schlitzbreite der Form. Jeder Schlitz ist ein Loch zum Abgeben des gekneteten Materials und ist dazu da, die Form von jedem Unterteilungswandteil an der herzustellenden Honigwabenstruktur zu bestimmen. Im Folgenden bedeutet die „Dicke der Rippen” die Schlitzbreite. Die Extrusion unter Verwendung solch einer Dummy-Form kann vorab die Komponente des gekneteten Materials entfernen, die dazu neigt, das Verstopfen zu verursachen. Dann wird eine Extrusion durch eine Realform für das geknetete Material, das der Extrusion unterzogen wird, durchgeführt, wodurch ein Verstopfen, das wie vorangehend genannt ist, unterdrückt werden kann.
  • Das zweite Problem wird durch ein Reduzieren einer Viskosität des gekneteten Materials gelöst, das für eine Extrusion verwendet wird, in großem Maße verglichen mit der Viskosität eines gekneteten Materials, das für eine konventionelle Honigwabenstruktur verwendet wird, um einen Katalysator für eine Abgasreinigung zu tragen, um so die viskose Reibung zu reduzieren, während der Bereich einer Formhalteeigenschaft (d. h. die Form des ausgebildeten Körpers wird nicht gestört bzw. deformiert) des ausgebildeten Körpers des Honigwabensegments während einer Extrusion beibehalten wird. Um die Viskosität des gekneteten Materials zu reduzieren, während der Zustand erfüllt wird, eine Formhalteeigenschaft auf diese Weise beizubehalten, muss das Verhältnis von Wasser in dem gekneteten Material noch strikter kontrolliert bzw. gesteuert werden als in der Herstellung einer konventionellen Honigwabenstruktur, um einen Katalysator zur Abgasreinigung zu tragen (d. h. ein Beibehalten eines Fehlers zwischen dem Steuerungsziel des Wasserverhältnisses und dem Ist-Wasserverhältnis in einem sehr engen Bereich). Insbesondere ist das Verhältnis von Wasser in dem gekneteten Material 40 bis 42 Teile pro Masse mit Bezug auf 100 Teile pro Masse der gekneteten Materialfestkomponente, die verwendet wird, um das wie vorangehend genannte Honigwabensegment herzustellen, während das Verhältnis von Wasser in dem gekneteten Material 25 bis 35 Teile pro Masse mit Bezug auf 100 Teile pro Masse der gekneteten Materialfestkomponente ist, die verwendet wird, um eine konventionelle Honigwabenstruktur herzustellen, um einen Katalysator zur Abgasreinigung zu tragen. Wenn das Verhältnis von Wasser in dem gekneteten Material steigt, verringert sich dann eine Viskosität des gekneteten Materials und adäquate Fluktuationen bzw. Schwankungen treten in der Form des ausgebildeten Körpers des Honigwabensegments auf, wie vorangehend genannt ist. Dies führt zu einem anderen vorteilhaften Effekt, dass selbstinduzierte Schwingungen von Schallwellen wahrscheinlich auftreten.
  • Das Folgende führt die Beschreibung bezüglich der folgenden Verarbeitung für den Honigwabenformkörper weiter, der durch die Extrusion erlangt ist.
  • Der dementsprechend erlangte Honigwabenformkörper wird getrocknet vor einem Brennen. Ein Verfahren zum Trocknen ist nicht speziell beschränkt und beispielhafte Verfahren umfassen ein Elektromagnetwellenerwärmungsverfahren, wie zum Beispiel ein Mikrowellenwärmetrocknen und ein Hochfrequenzinduktionserwärmungstrocknen, und ein externes Erwärmungsverfahren, wie zum Beispiel ein Heißlufttrocknen und ein Heißdampftrocknen. Nachdem ein bestimmter Betrag des Wassers durch ein Elektromagnetwellenerwärmungsverfahren getrocknet werden kann, wird dies von einem externen Erwärmungsverfahren gefolgt, um das verbleibende Wasser zu trocknen. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass, nachdem 30 bis 90 Massen-% von Wasser mit Bezug auf die Wassermenge vor einem Trocknen durch ein elektromagnetisches Erwärmungsverfahren entfernt ist, ein externes Erwärmungsverfahren folgt, um die Wassermenge auf 3 Massen-% oder weniger zu reduzieren. Ein bevorzugtes Elektromagnetwellenerwärmungsverfahren umfasst Induktionswärmetrocknen und ein bevorzugtes externes Erwärmungsverfahren umfasst ein Heißwärmetrocknen.
  • Falls die Länge des Honigwabenformkörpers in der Zellendurchdringungsrichtung nicht eine gewünschte Länge ist, ist es wünschenswert, beide Endflächen (Endteile) zu schneiden, um die gewünschte Länge zu haben. Obwohl ein Verfahren zum Schneiden nicht speziell begrenzt ist, umfasst ein exemplarisches Verfahren ein Verfahren, das eine Kreissägenschneideinrichtung verwendet.
  • Als nächstes wird der Honigwabenformkörper gebrannt. Es ist wünschenswert, eine Kalzination vor einem Brennen durchzuführen, um das Bindemittel und dergleichen zu entfernen. Die Kalzination wird vorzugsweise bei 400 bis 500°C für 0,5 bis 20 Stunden in der Umgebungsatmosphäre durchgeführt. Ein Verfahren zur Kalzination oder einem Brennen ist nicht speziell begrenzt und sie können unter Verwendung eines elektrischen Ofens, eines Gasofens oder dergleichen durchgeführt werden. Als die Brennbedingungen wird er vorzugsweise bei 1300 bis 1500°C für 1 bis 20 Stunden in einer inerten Atmosphäre von Stickstoff, Argon oder dergleichen erwärmt, wenn zum Beispiel ein Silizium-Siliziumcarbidbasiertes Kompositmaterial verwendet wird. Wenn ein oxidbasiertes Material verwendet wird, wird er vorzugsweise bei 1300 bis 1500°C für 1 bis 20 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre erwärmt.
  • Schließlich, falls es erforderlich ist, eine gewünschte Querschnittsform (zum Beispiel einen Kreis wie in 11) des Honigwabensegments zu haben, wird der Umfangsteil des Honigwabenformkörpers nach dem Brennschritt je nach Bedarf geschnitten, um die Form zu korrigieren. Dann wird ein äußeres Beschichtungsmaterial auf die Umfangsfläche des Honigwabenformkörpers nach einem Schneiden aufgetragen, gefolgt durch ein Trocknen, wodurch eine Umfangswand 13 ausgebildet wird. Hierin kann das äußere Beschichtungsmaterial, das verwendet wird, beispielsweise eine Schlemme sein, welche durch ein Hinzufügen eines Additivs bzw. eines Zusatzmittels, wie zum Beispiel einem organischen Bindemittel, einem schäumbaren Harz oder einem Dispersionsmittel, zu einem Rohmaterial einschließlich anorganischen Partikeln und kolloidalem Oxid bereitgestellt wird, zu dem Wasser hinzugefügt wird, gefolgt durch ein Kneten. Hierin umfassen beispielhafte anorganische Partikel Partikel, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, das eines oder zwei oder mehrere in Verbindung von Kordierit, Tonerde, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Mullit, Zirkon, Zirkonphosphat und Titanium enthält, oder Partikel eines Fe-Cr-Al-basiertem Metall, Nickel-basiertem Metall und Silizium(Metallsilizium)-Siliziumcarbid-basierten Kompositmaterialien. Beispielhafte kolloidale Oxide umfassen Silicasole und Tonerdesole. Ein Verfahren zum Auftragen des äußeren Beschichtungsmittels ist nicht speziell begrenzt und das Beschichtungsmaterial kann zum Beispiel mit einem Gummispatel beispielsweise beschichtet werden, während der Honigwabenformkörper gedreht wird, nach einem Schneiden auf einem Rad.
  • Auf diese Weise wird ein Honigwabensegment hergestellt.
  • Ein anderes Honigwabensegment wird durch das Herstellungsverfahren ähnlich zu dem vorangehenden Herstellungsverfahren unter Verwendung eines formgebenden Rohmaterials hergestellt, das das gleiche wie das formgebende Rohmaterial ist, das in dem Herstellungsverfahren von dem einen Honigwabensegment, das wie vorangehend genannt ist, verschieden zu der Art der Komponenten des keramischen Rohmaterials verwendet wird. Alternativ wird ein anderes Honigwabensegment durch das Herstellungsverfahren ähnlich zu dem vorangehenden Herstellungsverfahren hergestellt, das ein formgebendes Rohmaterial verwendet, das das gleiche wie das formgebende Rohmaterial ist, das in dem Herstellungsverfahren von dem einen Honigwabensegment, das wie vorangehend genannt ist, verwendet wird, anders als der Partikeldurchmesser der Komponenten in dem keramischen Rohmaterial oder die Menge des Porenbildners. Noch alternativ wird ein anderes Honigwabensegment durch das Herstellungsverfahren ähnlich dem vorangehenden Herstellungsverfahren hergestellt, das eine Form für ein Honigwabensegment eines flächengleichen Kreisdurchmessers verwendet, der von jenem der Form für ein Honigwabensegment verschieden ist, das in dem Herstellungsverfahren des einen Honigwabensegments verwendet wird, das wie vorangehend genannt ist.
  • Auf diese Weise werden Honigwabensegmente durch die ähnlichen Herstellungsverfahren hergestellt, während das keramische Rohmaterial oder die Form geändert wird, und schließlich kann eine Vielzahl von Honigwabensegmenten mit wechselseitig verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen hergestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Details des keramischen Rohmaterials oder die flächengleichen Kreisdurchmesser der Honigwabensegmente geeignet eingestellt, so dass das Honigwabensegment (erstes Honigwabensegment) mit der größten Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen und das Honigwabensegment (zweites Honigwabensegment) mit der kleinsten Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen die Gesamtlänge haben, die 1/10-mal oder mehr von der Gesamtsumme der Gesamtlänge der Vielzahl von Honigwabensegmenten ist, und die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen des ersten Honigwabensegments ist 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen des zweiten Honigwabensegments.
  • Diese Vielzahl von Honigwabensegmenten ist der Reihe nach in der absteigenden Reihenfolge der Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen angeordnet, so dass eine Endfläche von jedem Honigwabensegment einer anderen Endfläche eines anderen Honigwabensegments von der Vielzahl von Honigwabensegmenten gegenüberliegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Vielzahl von Honigwabensegmenten der Reihe nach bzw. seriell angeordnet, so dass die Öffnungen der Zellen an den wechselseitig gegenüberliegenden Endflächen wechselseitig überlappen zwischen zwei benachbarten Honigwabensegmenten, um ein Durchgangsloch (mit anderen Worten eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist) auszubilden. Hierin sind, um solch einen seriell angeordneten Zustand beizubehalten, die Endflächen der wechselseitig gegenüberliegenden Honigwabensegmente mit einem Bondingmaterial bzw. Verbindungsmaterial je nach Bedarf verbunden. Als das Bondingmaterial kann das Material verwendet werden, das für das Material des äußeren Beschichtungsmaterials genannt ist, wie vorangehend erwähnt ist. Alternativ werden anstelle eines Bondens bzw. Verbindens mit dem Bondingmaterial die Vielzahl von Honigwabensegmenten in einem engen Kontaktzustand angeordnet werden, während die Öffnungen der Zellen einander überlappen, und dann kann solch eine Vielzahl von Honigwabensegmenten in das Innere eines zylindrischen Behälters eingepasst werden, während der enge Kontaktzustand beibehalten wird, wodurch jedes Honigwabensegment positioniert und in dem Inneren des Behälters fixiert werden kann. Ferner kann anstelle eines Positionierens und Fixierens in solch einem engen Kontaktzustand die Vielzahl von Honigwabensegmenten mit winzigen Spalten, die dazwischen beibehalten werden, um so nicht die Übertragung von Akustikwellen bzw. Schallwellen zu beeinträchtigen, in das Innere eines zylindrischen Behälters in der absteigenden Reihenfolge einer Wärmekapazität pro Einheitslänge eingepasst werden und positioniert und dort fixiert werden.
  • Durch die vorangehend genannten Schritte wird die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 schließlich vervollständigt.
  • Als nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren zum Herstellen des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 in 3.
  • Die wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 in dem hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 von 3 kann durch ein Herstellungsverfahren ähnlich zu dem Verfahren zum Herstellen der monolithischen Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 11, die wie vorangehend genannt ist, hergestellt werden, wobei eine andere als diese Mischung von Kohlenstoffpulver (z. B. Graphitpulver) mit SiC-Pulver als das keramische Rohmaterial verwendet wird und eine Form, die für einen Honigwabenformkörper mit einem relativ großen hydraulischen Durchmesser HD der Zellen geeignet ist, wird als die Form für eine Extrusion verwendet.
  • Um diese wärmetauschende Honigwabenstruktur 20 herzustellen, die zum Beispiel ein Si-imprägniertes SiC-Kompositmaterial als eine Hauptkomponente aufweist, ist es wünschenswert, dass ein geknetetes Material, das durch ein Mixen von SiC-Pulver mit Kohlenstoffpulver und ein Kneten zur Einstellung bereitgestellt ist, ausgebildet wird, um ein Honigwabenformkörper zu sein, dann eine Trocknungs- und Sinterverarbeitung daran durchgeführt werden und dann das geschmolzene Silizium (Si) in diesem Honigwabenformkörper imprägniert wird. Solch eine Verarbeitung kann eine Konfiguration ausbilden, bei der eine Koagulation von metallischem Si (metallischem Silizium) die Fläche bzw. Oberfläche von SiC-Partikeln nach der Sinterverarbeitung umgibt und die SiC-Partikel wechselseitig über metallisches Si verbunden sind. Solch eine Konfiguration kann trotz der dichten Konfiguration mit kleiner Porosität eine hohe Wärmestrapazierfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit erreichen.
  • Zusätzlich zu dem geschmolzenen Silizium (Si) können andere Metalle, wie zum Beispiel Al, Ni, Cu, Ag, Be, Mg und Ti zur Imprägnierung verwendet werden. In diesem Fall umgibt nach einem Sintern eine Koagulation von metallischem Si (metallisches Silizium) und anderen Metallen, die zur Imprägnierung verwendet werden, die Oberfläche von SiC-Partikeln, und SiC-Partikel werden über metallisches Si und andere Metalle wechselseitig verbunden, welche zur Imprägnierung der ausgebildeten Konfiguration verwendet werden. Solch eine Konfiguration kann außerdem eine hohe Wärmestrapazierfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit trotz der dichten Konfiguration mit kleiner Porosität erreichen.
  • Als das äußere Beschichtungsmaterial der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 werden ebenfalls Partikel von Silizium(metallischem Silizium)-Siliziumcarbid-basiertem Kompositmaterial vorzugsweise aus dem gleichen Grund verwendet, wie vorangehend genannt ist, unter den Partikeln, die aus den Materialien hergestellt sind, wie vorangehend genannt ist, als die Kandidaten von anorganischen Partikeln des Materials des äußeren Beschichtungsmaterials (das Material als das Bondingmaterial der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1).
  • Es ist wünschenswert, eine Schlitzausbildungsverarbeitung durchzuführen, um einen Schlitz in der Zellendurchdringungsrichtung an der Umfangswand auszubilden, die durch die Aufbringung des äußeren Beschichtungsmaterials ausgebildet ist. Wenn die Schlitzausbildungsverarbeitung durchgeführt wird, können eine wärmeresistente Metallplatte 21d und eine Lamelle 21e ausgebildet werden, wenn das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 hergestellt wird, wie nachfolgend beschrieben ist.
  • Das hochtemperaturseitige ringförmige Rohr 21 an dem hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 in 3 ist bereitgestellt durch ein Ausbilden eines Materials von hohem Wärmewiderstand, um eine ringförmige Form zu sein (hierin die ringförmige Form, so dass ein Teil der Wandfläche auf der Mittenseite teilweise derart weggelassen wird, dass dann, wenn mit der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 gekoppelt, ein Teil der Umfangswand der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 in dem hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohr freiliegend ist). Solch ein Material von hohem Wärmewiderstand ist nicht speziell beschränkt bzw. begrenzt, und spezifische Beispiele umfassen ein Metall, wie zum Beispiel rostfreien Stahl und Kupfer von hohem Wärmewiderstand, und keramische Materialien (zum Beispiel jene, die als die Materialien der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in 11 und der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 gelistet sind).
  • Der hochtemperaturseitige Wärmetauscher 2 in 3 ist im Wesentlichen vervollständigt durch ein Zusammensetzen der wärmetauschenden Honigwabenstruktur 20 an einem Mittenteil, der ein Loch an der ringförmigen Form des hochtemperaturseitigen ringförmigen Rohrs 21 ist.
  • Als nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren zur Herstellung des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 in 3. Wenn ein gewöhnlicherweise bekannter Wärmetauscher als der niedertemperaturseitige Wärmetauscher 3 verwendet wird, kann ein Verfahren zum Herstellen solch eines konventionell bekannten Wärmetauschers verwendet werden. Wenn die Vorrichtung mit der gleichen Konfiguration wie jene des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2, der wie vorangehend genannt ist, als der niedertemperaturseitige Wärmetauscher 3 verwendet wird, kann das gleiche Herstellungsverfahren wie jenes des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2, der wie vorangehend genannt ist, verwendet werden.
  • Als andere Bauteile der Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit 100 in 3, z. B. das Metallbauteil 32, das Gehäuse 100a und das Eingriffsbauteil (interference member) 1a, können jene gewöhnlich Bekannten verwendet werden und sie können durch ein gewöhnlicherweise bekanntes Verfahren hergestellt sein.
  • (Beispiele)
  • Das Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung noch spezifischer mittels Beispielen und die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 umfasst zwei Honigwabensegmente mit verschiedenen Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen. Das Folgende beschreibt zuerst die Herstellung von einem Honigwabensegment. Kordieritausbildungsrohmaterial war als das keramische Rohmaterial verwendet. Dann wurden 1 Teil pro Masse von Porenbildnern, 35 Teile pro Masse von einem Dispersionsmedium, 6 Teile pro Masse von organischem Bindemittel und 0,5 Teile pro Masse eines Dispersionsmittels zu 100 Teilen pro Masse des Kordieritausbildungsrohmaterials hinzugefügt, was durch ein Mischen und Kneten gefolgt wurde, um ein geknetetes Material bereitzustellen. Das Kordieritausbildungsrohmaterial, das verwendet ist, wies 38,9 Teile pro Masse von Talk von 3 μm im durchschnittlichen Partikeldurchmesser, 40,7 Teile pro Masse von Kaolin von 1 μm im durchschnittlichen Partikeldurchmesser, 5,9 Teile pro Masse von Tonerde von 0,3 μm im durchschnittlichen Partikeldurchmesser und 11,5 Teile pro Masse von Böhmit von 0,5 μm im durchschnittlichen Partikeldurchmesser auf. Hierin bezieht sich der durchschnittliche Partikeldurchmesser auf einen Mediandurchmesser (d50) in der Partikelverteilung von jedem Rohmaterial.
  • Wasser war als das Dispersionsmedium verwendet. Hydroxypropylmethylcellulose war als das organische Bindemittel verwendet. Ethylenglycol war als das Dispersionsmittel verwendet.
  • Als nächstes war das dementsprechend erlangte geknetete Material unter Verwendung einer Form extrudiert, so dass ein Honigwabenformkörper einer kreisförmigen Form als die Gesamtform einschließlich dreieckiger Zellen bereitgestellt wurde. Während dieser Extrusion wurde vor der Extrusion unter Verwendung der regulären Form, die der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 entspricht, das geknetete Material unter Verwendung einer Dummy-Form von ungefähr 0,07 mm in Rippendicke extrudiert, wie vorangehend genannt ist. Dann wurde unter Verwendung des gekneteten Materials nach der Extrusion unter Verwendung dieser Dummy-Form eine Extrusion unter Verwendung der Realform ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Verhältnis von Wasser in dem gekneteten Material, das für die Extrusion unter Verwendung der Realform verwendet ist, strikt kontrolliert bzw. gesteuert in der gekneteten Materialkomponente, so dass sie 41 Teile pro Masse (Fehler war innerhalb ±1 Teil pro Masse) mit Bezug auf 100 Teile pro Masse von der gekneteten Materialfestkomponente war.
  • Dann wurde dieser Honigwabenformkörper durch einen Mikrowellentrockner getrocknet und wurde dann vollständig durch einen Heißlufttrockner getrocknet, und dann wurden beide Endflächen des Honigwabenformkörpers geschnitten, um die Länge des Honigwabenformkörpers in der Zellendurchdringungsrichtung einzustellen. Solch ein Honigwabenformkörper wurde durch einen Heißlufttrockner getrocknet und dann bei 1445°C für 5 Stunden gebrannt.
  • Schließlich wurde der Umfangsteil des Honigwabenformkörpers nach einem Brennen je nach Bedarf geschnitten, um die Form zu korrigieren, um eine kreisförmige Form zu sein. Dann wurde ein äußeres Beschichtungsmaterial auf die Umfangsfläche des Honigwabenformkörpers nach einem Schneiden aufgetragen, was durch ein Trocknen gefolgt war, wodurch eine Umfangswand 13 ausgebildet wurde. Hierbei war das äußere Beschichtungsmaterial eine Schlämme, die durch ein Hinzufügen von organischem Bindemittel, schäumbaren Harz und einem Dispersionsmittel zu einem Rohmaterial einschließlich Kordieritpartikeln und einer Silicasole bereitgestellt, zu der Wasser hinzugefügt und geknetet wurde. Als ein Verfahren zum Auftragen des äußeren Beschichtungsmaterials wurde das Beschichtungsmaterial mit einem Gummispatel beispielsweise beschichtet, während der Honigwabenformkörper nach einem Schneiden auf einem Rad gedreht wird.
  • Durch diese Schritte wurde ein Honigwabensegment vervollständigt.
  • Das andere Honigwabensegment wurde mit einer relativ kleinen Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Durchdringungsrichtung der Zellen durch ein ähnliches Verfahren hergestellt, das darin anders war, dass ein Kordieritausbildungsrohmaterial einen teilweise verschiedenen Partikeldurchmesser von dem Kordieritausbildungsrohmaterial von dem einen Honigwabensegment, das wie vorangehend genannt ist, hatte. Das Honigwabensegment mit einer relativ großen Wärmekapazität, die wie vorangehend genannt ist, war das erste Honigwabensegment, und dieses Honigwabensegment mit einer relativ kleinen Wärmekapazität war das zweite Honigwabensegment. Das zweite Honigwabensegment hatte die gleiche Form und Größe einschließlich deren flächengleichen Kreisdurchmesser, wobei sie darin verschieden waren, dass sie in einer Wärmekapazität pro Einheitsvolumen aufgrund deren verschiedenen Materialien verschieden waren, und hatten den gleichen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche und den hydraulischen Durchmesser der Zellen gleichermaßen. Deshalb, da das erste Honigwabensegment und das zweite Honigwabensegment die gleiche Gesamtlänge hatten, hatten sie natürlicherweise 1/10-mal oder mehr die Gesamtsumme der Gesamtlängen von den zwei Honigwabensegmenten.
  • Diese zwei Honigwabensegmente wurden seriell angeordnet, so dass eine Endfläche von einem von den Honigwabensegmenten einer Endfläche von dem anderen Honigwabensegment gegenüberliegt. Zu diesem Zeitpunkt wurden die zwei Honigwabensegmente seriell bzw. der Reihe nach angeordnet, so dass die Öffnungen der Zellen an den wechselseitig gegenüberliegenden Endflächen wechselseitig überlappten, so dass ein Durchgangsloch (mit anderen Worten eine Zelle, die durch zwei verbundene Zellen ausgebildet ist) ausgebildet wurde. Um solch einen seriell angeordneten Zustand beizubehalten, wurden die Endflächen der wechselseitig gegenüberliegenden Honigwabensegmente mit einem Bondingmaterial verbunden. Als das Bondingmaterial wurde das gleiche Material wie das äußere Beschichtungsmaterial verwendet, das wie vorangehend genannt ist.
  • Auf diese Weise wurde die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 final vervollständigt.
  • Für die dementsprechend vervollständigte Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 wurden die folgenden Eigenschaften einschließlich den Folgenden gemessen: der hydraulische Durchmesser HD der Zellen in einer Ebene senkrecht (senkrechte Ebene) zu der Zellendurchdringungsrichtung; der offene Vorderbereich an jeder Endfläche von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente; die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts und des zweiten Endabschnitts; die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments und des zweiten Honigwabensegments, und der flächengleiche Kreisdurchmesser des ersten Honigwabensegments und des zweiten Honigwabensegments. Hierin ist der erste Endabschnitt ein Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente, das in dem ersten Honigwabensegment umfasst ist, und hat eine Länge, die (1/10)-mal die Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente ist. Währenddessen ist der zweite Endabschnitt ein Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente, das in dem zweiten Honigwabensegment umfasst ist, und hat eine Länge, die (1/10)-mal die Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente ist.
  • Der hydraulische Durchmesser HD der Zellen wurde wie folgt erlangt. Das heißt, ein vergrößertes Foto des Querschnitts der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der senkrechten Ebene wurde genommen und 10 Zellen wurden zufällig in diesem vergrößerten Foto des Querschnitts ausgewählt. Dann wurde der hydraulische Durchmesser von jeder durch den Ausdruck berechnet, um den hydraulischen Durchmesser zu definieren: HD = 4 × S/C, wobei S den Querschnittsbereich der Zelle bezeichnet und C den Perimeter bzw. Umfang dieses Abschnitts bezeichnet, und dann wurde ein Durchschnitt von diesen als der hydraulische Durchmesser berechnet.
  • Der offene Vorderbereich wurde durch ein Aufnehmen eines Bildes des Querschnitts in der senkrechten Ebene durch ein Mikroskop und ein Bestimmen der Materialanteilsfläche S1 und der Spaltenanteilsfläche S2 aus dem Bild erlangt, das von dem Querschnitt genommen ist. Dann wurde die offene Vorderfläche als S2/(S1 + S2) basierend auf S1 und S2 erlangt. Es sei vermerkt, dass die offene Vorderfläche an dem Querschnitt als ein Ganzes als gleich der offenen Vorderfläche an der Endfläche betrachtet wird, und dann wird die offene Vorderfläche an dem Querschnitt als ein Ganzes als die offene Vorderfläche an der Endfläche betrachtet.
  • Die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts und des zweiten Endabschnitts wurde wie folgt erlangt. Zuerst wurden deren Teile ausgeschnitten und dann wurde jeder pulverisiert, um eine Pulverform zu sein. Solch ein Pulverformergebnis wurde als eine Probe verwendet und dann wurde eine Beziehung zwischen Eingabewärme und Temperaturanstieg der Probe unter Verwendung eines adiabatischen Kalorimeters geprüft. Auf diese Weise wurde die Wärmekapazität pro Einheitsmasse der Probe erlangt. Als nächstes wurde die dementsprechend erlangte Wärmekapazität pro Einheitsmasse mit der Masse des Teils multipliziert, wodurch die Wärmekapazität des Teils erlangt wurde.
  • Die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen von dem ersten Honigwabensegment und dem zweiten Honigwabensegment war die gleiche wie die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt. Deshalb wurde die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments und des zweiten Honigwabensegments durch ein Teilen der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts und des zweiten Endabschnitts, die wie vorangehend genannt sind, durch das Volumen des ersten Endabschnitts bzw. des zweiten Endabschnitts erlangt.
  • Basierend auf den Messwerten, die durch die Messung erlangt sind, die wie vorangehend genannt ist, wurden die folgenden vier Arten von Parametern erlangt. Die folgenden fünf Arten von Parametern umfassen welche, die nicht wechselseitig unabhängig sind und sich zusammen mit anderen Parametern ändern, jedoch werden solche Parameter ebenfalls der Beschreibung wegen beschrieben.
  • (1) Ein hydraulischer Durchmesser HD der Zellen in einer Ebene senkrecht (senkrechte Ebene) zu der Zellendurchdringungsrichtung, (2) eine offene Vorderfläche an dem Querschnitt als ein Ganzes von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente (die gleiche wie die offene Vorderfläche an jeder Endfläche), (3) das Verhältnis der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts, (4) das Verhältnis der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen von dem ersten Honigwabensegment zu der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen von dem zweiten Honigwabensegment, und (5) das Verhältnis des flächengleichen Kreisdurchmessers des ersten Honigwabensegments zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments.
  • Die folgenden Experimente wurden unter Verwendung der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 ausgeführt.
  • Zuerst wurde die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente von Beispiel 1 in dem Leistungserzeugungssystem 1000 von 1 anstelle der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 zusammengesetzt. Dann wurde es Abgas von einem Automobil bei ungefähr 500°C ermöglicht, in den hochtemperaturseitigen Wärmetauscher 2 für 10 Minuten einzuströmen, und die Temperatur des Abgases, das herausströmte, dessen Temperatur um ein bestimmtes Maß gefallen ist, wurde gemessen. Basierend auf einer Temperaturänderung zu diesem Zeitpunkt wurde der Betrag einer Wärme, die in dieses Leistungserzeugungssystem strömte, berechnet. Aufgrund des Einströmens dieses Abgases hatte das Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente auf der Seite des hochtemperaturseitigen Wärmetauschers 2 eine Temperatur, die bei ungefähr 500°C gehalten wird. Währenddessen wurde es Wasser bei 60°C ermöglicht, in den niedertemperaturseitigen Wärmetauscher 3 für 10 Minuten einzuströmen, um so an dem Ende der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente auf der Seite des niedertemperaturseitigen Wärmetauschers 3 die Temperatur bei 60°C beibehalten zu lassen. Dann wurde eine Messung unter Verwendung eines Mikrofons oder dergleichen als den Energiewandler des Leistungserzeugungssystems 1000 von 1 durchgeführt bezüglich welcher Grad von elektrischer Leistung aus Akustikwellen durch einen thermoakustischen Effekt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente, die wie vorangehend genannt ist, erzeugt wurde. Dann wurde ein Messwert des Strombetrags bzw. des Betrags der elektrischen Leistung durch die Energieumwandlungseffizienz (Effizienz, um Akustikwellenenergie in elektrische Leistung umzuwandeln) des Mikrofons, die vorausgehend bekannt ist, geteilt, wodurch ein geschätzter Wert einer Akustikwellenenergie erlangt wurde. Dann wurde basierend auf diesem geschätzten Wert einer Akustikwellenergie und des Betrags einer Wärme, die in das Leistungserzeugungssystem einströmte, das wie vorangehend genannt ist, eine Energieumwandlungseffizienz von Wärme zu Akustikwellenenergie erlangt. In diesem Experiment war ein Arbeitsfluid in dem Ringrohr 4, dem Resonanzrohr 5 und den Zellen, die selbstinduzierte Schwingungen verursachen, Heliumgas bei 10 ATM.
  • (Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1)
  • Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten als Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurden durch das gleiche Herstellungsverfahren wie jenes von dem Herstellungsverfahren von Beispiel 1, das wie vorangehend genannt ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Form, die für eine Extrusion verwendet wird, verschieden war, wobei diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten lediglich in den Werten des hydraulischen Durchmessers HD der Zellen unter den fünf Arten von Parametern, die wie vorangehend genannt sind, verschieden waren.
  • Dann wurde das Experiment ähnlich jenem für Beispiel 1 für dieses Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt.
  • (Beispiele 3, 4 und Vergleichsbeispiele 2, 3)
  • Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten als Beispiele 3, 4 und Vergleichsbeispiele 2, 3 wurden durch das gleiche Herstellungsverfahren wie jenes des Herstellungsverfahrens von Beispiel 1, das wie vorangehend genannt ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Form, die für eine Extrusion verwendet wird, verschieden war, wobei diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten hauptsächlich von Beispiel 1 in den Werten des offenen Vorderbereichs bzw. der offenen Vorderfläche von jeder Endfläche (die gleiche wie die offene Vorderfläche der senkrechten Ebene) von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente unter den fünf Arten von Parametern, die wie vorangehend genannt sind, verschieden waren.
  • Dann wurde das Experiment ähnlich jenem für Beispiel 1 für diese Beispiele 3, 4 und Vergleichsbeispiele 2, 3 durchgeführt.
  • (Vergleichsbeispiele 4, 5 und Beispiele 5 bis 8)
  • Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten als Vergleichsbeispiele 4, 5 und Beispiele 5 bis 8 wurden durch das gleiche Herstellungsverfahren wie jenes des Herstellungsverfahrens von Beispiel 1, das wie vorangehend genannt ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Kordieritausbildungsrohmaterial, das verwendet wurde, Zusammensetzungen hatte, die verschieden von jenen des Kordieritausbildungsrohmaterials waren, das verwendet wurde, um ein Honigwabensegment (erstes Honigwabensegment) mit einer relativ großen Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Zellendurchdringungsrichtung bereitzustellen, wobei diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten von Beispiel 1 lediglich in den Werten des Verhältnisses der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts und dem Verhältnis der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments zu der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments unter den fünf Arten von Parametern, welche wie vorangehend genannt sind, verschieden waren.
  • Dann wurde das Experiment ähnlich jenem für Beispiel 1 für diese Vergleichsbeispiele 4, 5 und Beispiele 5 bis 8 durchgeführt.
  • (Vergleichsbeispiel 6, Beispiel 9 und Beispiel 10)
  • Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten als Vergleichsbeispiel 6, Beispiel 9 und Beispiel 10 wurden durch das gleiche Herstellungsverfahren wie jenes des Herstellungsverfahrens von Beispiel 1, das wie vorangehend genannt ist, hergestellt, in denen das Kordieritausbildungsrohmaterial mit der gleichen Zusammensetzung wie jene, die verwendet wurde, um das erste Honigwabensegment bereitzustellen, verwendet wurde, um ein zweites Honigwabensegment bereitzustellen, jedoch wurden verschiedene Formen für die Extrusion dazwischen verwendet, und diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten waren von Beispiel 1 lediglich in den Werten des Verhältnisses der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts und dem Verhältnis des flächengleichen Kreisdurchmessers des ersten Honigwabensegments zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments unter den fünf Arten von Parametern, die wie vorangehend genannt sind, verschieden. Hierin hatten das erste Honigwabensegment und das zweite Honigwabensegment von Vergleichsbeispiel 6, Beispiel 9 und Beispiel 10 die gleiche Wärmekapazität pro Einheitsvolumen, offene Vorderfläche an jeder Endfläche und den hydraulischen Durchmesser der Zellen, jedoch hatten sie wechselseitig verschiedene flächengleiche Kreisdurchmesser (Dicken).
  • Dann wurde das Experiment ähnlich jenem für Beispiel 1 für diese Vergleichsbeispiel 6, Beispiel 9 und Beispiel 10 durchgeführt.
  • (Vergleichsbeispiel 7, Beispiel 11 und Beispiel 12)
  • Ein erstes Honigwabensegment wurde durch das Herstellungsverfahren des ersten Honigwabensegments von Beispiel 1, das wie vorangehend genannt ist, bereitgestellt, und ein anderes Honigwabensegment mit einem relativ kleinen flächengleichen Kreisdurchmesser verglichen mit dem ersten Honigwabensegment wurde durch das gleiche Herstellungsverfahren wie das Herstellungsverfahren des ersten Honigwabensegments von Beispiel 1 bereitgestellt, das darin verschieden war, dass eine unterschiedliche Form für die Extrusion verwendet wurde. Ferner wurde ein drittes Honigwabensegment mit einem relativ kleinen flächengleichen Kreisdurchmesser verglichen mit solch einem Honigwabensegment mit einem relativ kleinen flächengleichen Kreisdurchmesser durch das gleiche Herstellungsverfahren wie das Herstellungsverfahren des Honigwabensegments mit einem relativ kleinen flächengleichen Kreisdurchmesser bereitgestellt, das darin verschieden war, dass eine unterschiedliche Form für die Extrusion verwendet wurde. Diese drei Honigwabensegmente wurden in der absteigenden Reihenfolge des flächengleichen Kreisdurchmessers (d. h. in der absteigenden Reihenfolge der Wärmekapazität pro Einheitslänge) angeordnet und deren Endflächen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 verbunden, um die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente herzustellen. Diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente ist von der gleichen Art wie die von der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in 14. Drei von solch einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente, die jeweils die drei Honigwabensegmente aufweisen, wurden bereitgestellt, welche wechselseitig verschiedene Verhältnisse des flächengleichen Kreisdurchmessers des Honigwabensegments (erstes Honigwabensegment) mit dem größten flächengleichen Kreisdurchmesser zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser des Honigwabensegments (zweites Honigwabensegment) mit dem kleinsten flächengleichen Kreisdurchmesser haben und deshalb wechselseitig verschiedene Verhältnisse der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts haben. Diese Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponenten, die hergestellt sind, waren Vergleichsbeispiel 7, Beispiel 11 und Beispiel 12.
  • Dann wurde das Experiment ähnlich jenem für Beispiel 1 für diese Vergleichsbeispiel 7, Beispiel 11 und Beispiel 12 durchgeführt.
  • Die folgende Tabelle 1 zeigt die Experimentalergebnisse von Beispielen 1 bis 12 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7, wie vorangehend erläutert ist, zusammen mit den Werten der Parametern. [Tabelle 1]
    Figure DE102015119356A1_0002
  • In Tabelle 1, wie aus einem Vergleich zwischen Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispiel 1, die wechselseitig verschiedene hydraulische Durchmesser HD der Zellen haben, herausgefunden wird, hatten Beispiele 1 und 2 eine höhere Energieumwandlungseffizienz als Vergleichsbeispiel 1. Dies zeigt, dass der hydraulische Durchmesser HD der Zellen von 0,4 mm oder weniger erforderlich ist, um einen großen thermoakustischen Effekt auszuüben.
  • In Tabelle 1, wie aus einem Vergleich zwischen Beispielen 3, 4 und Vergleichsbeispiel 2 herausgefunden wird, die einen wechselseitig verschiedenen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche (offene Vorderfläche an der senkrechten Fläche) haben, hatten Beispiele 3, 4 eine höhere Energieumwandlungseffizienz als Vergleichsbeispiel 2. Hierin wurde die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente als Vergleichsbeispiel 3 während des Experiments zerbrochen und deshalb wurde das Experiment gestoppt, so dass das finale Ergebnis für die Energieumwandlungseffizienz nicht erlangt wurde. Vermutlich ist dem so, da es der Komponente an Festigkeit und Lebensdauer aufgrund eines zu großen offenen Vorderbereichs mangelte. In Erwägung der Ergebnisse von Beispielen 3, 4 und Vergleichsbeispielen 1, 2, die wie vorangehend genannt sind, ist der offene Vorderbereich an der Endfläche einer Wärme-Akustikwellenumwandlungskomponente, die 60% oder mehr und 93% oder weniger ist, erforderlich, um einen großen thermoakustischen Effekt zu haben, der erreicht wird, und um einen Schaden zu vermeiden.
  • In Tabelle 1, wie aus einem Vergleich zwischen Vergleichsbeispielen 4, 5 und Beispielen 5 bis 8 herausgefunden wird, die wechselseitig verschiedene Werte des Verhältnisses von der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts (und dem Verhältnis der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments zu der Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments) haben, hatten Beispiele 5 bis 8 eine viel höhere Energieumwandlungseffizienz als Vergleichsbeispiele 4 und 5. Dies zeigt, dass die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist, erforderlich ist, um einen großen thermoakustischen Effekt auszuüben.
  • In Tabelle 1, wie aus einem Vergleich zwischen Vergleichsbeispiel 6, Beispiel 9 und Beispiel 10 herausgefunden wird, die wechselseitig verschiedene Werte des Verhältnisses der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts (und dem Verhältnis des flächengleichen Kreisdurchmessers des ersten Honigwabensegments zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments) haben, hatten Beispiele 9 und 10 eine viel höhere Energieumwandlungseffizienz als Vergleichsbeispiel 6. Dies zeigt außerdem, dass die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist, erforderlich ist, um einen großen thermoakustischen Effekt auszuüben.
  • In Tabelle 1, wie aus einem Vergleich zwischen Vergleichsbeispiel 7, Beispiel 11 und Beispiel 12 herausgefunden wird, die jeweils drei Honigwabensegmente aufweisen und wechselseitig verschiedene Werte des Verhältnisses der Wärmekapazität des ersten Endabschnitts zu der Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts (und des Verhältnisses des flächengleichen Kreisdurchmessers des ersten Honigwabensegments zu dem flächengleichen Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments) haben, hatten Beispiele 11 und 12 eine viel höhere Energieumwandlungseffizienz als Vergleichsbeispiel 7. Dies zeigt außerdem, dass die Wärmekapazität des ersten Endabschnitts, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist, erforderlich ist, um einen großen thermoakustischen Effekt auszuüben.
  • Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in einem System verwendet, das effektiv Wärme aus Abgas von Automobilen oder dergleichen, um elektrische Leistung zu erzeugen, und Kaltwärme verwendet.
  • Es werden eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente mit einer Konfiguration, die geeignet ist, um den Temperaturgradienten beizubehalten, und eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit mit solch einer Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente und einem Wärmetauscher vorgesehen. Eine Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche weist eine Unterteilungswand 11 auf, die eine Vielzahl von Zellen 14 definiert, die sich von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche erstrecken, und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente hat einen hydraulischen Durchmesser HD der Zellen 14 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung, der 0,4 mm oder weniger ist, hat eine offene Vorderfläche bzw. einen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger, und hat eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung, die dazu neigt, sich mit einem Abstand von der ersten Endfläche in der Erstreckungsrichtung zu verringern, und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 hat einen ersten Endabschnitt auf der ersten Endflächenseite, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente 1 in der Erstreckungsrichtung aufsummiert und einen zweiten Endabschnitt auf der zweiten Endflächenseite, der sich auf einen Bereich von 10% der Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, wobei der erste Endabschnitt eine Wärmekapazität hat, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente
    1a
    Eingriffsbauteil
    1_1, 1_2, 1_3
    Honigwabensegment
    2, 2', 2A, 2A'
    hochtemperaturseitiger Wärmetauscher
    3, 3A
    niedertemperaturseitiger Wärmetauscher
    4
    Ringrohr
    4'
    Ringrohr
    5
    Resonanzrohr
    5'
    Übertragungsrohr
    6
    Energiewandler bzw. Energieumwandler
    7
    Akustikwellenerzeugungsteil
    11
    Unterteilungswand
    13
    Umfangswand
    14
    Zelle
    16
    erster Endabschnitt
    16a
    erste Endfläche
    17
    zweiter Endabschnitt
    17a
    zweite Endfläche
    20
    wärmetauschende Honigwabenstruktur
    20'
    wärmetauschende Honigwabenstruktur
    20a
    Unterteilungswand
    20b
    Umfangswand
    20c
    Schlitz
    20d
    Zelle
    20s
    Kontaktfläche
    21
    hochtemperaturseitiges ringförmiges Rohr
    211
    hochtemperaturseitiges ringförmiges Rohr
    212
    hochtemperaturseitiges ringförmiges Rohr
    2110
    In-Rohr-Honigwabenstruktur
    2120
    In-Rohr-Honigwabenstruktur
    21a
    Einströmanschluss
    21b
    Ausströmanschluss
    21c
    Wärmeaufnahmebereich
    21d
    Wärmewiderstandsmetallplatte
    21e
    Lamelle
    22, 23
    Honigwabenstruktur
    23'
    Metallgitterbauteil
    22a
    Metallaußenrohr
    23a
    Metallgitteraußenrohr
    23b
    metallisierte Schicht
    30
    Gitterschichtkörper
    31
    niedertemperaturseitiges ringförmiges Rohr
    31a
    Einströmanschluss
    31b
    Ausströmanschluss
    32
    Metallbauteil
    100
    Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit
    200
    Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit
    100a
    Gehäuse
    1000
    Leistungserzeugungssystem
    2000
    Kaltwärmeerzeugungssystem
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Claims (6)

  1. Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die eine Unterteilungswand aufweist, die eine Vielzahl von Zellen definiert, die sich von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche hin erstrecken, wobei ein Inneres der Zellen mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, das schwingt, um Akustikwellen zu übertragen, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente wechselseitig Wärme, die zwischen der Unterteilungswand und dem Arbeitsfluid ausgetauscht wird, und eine Energie von Akustikwellen, die aus Schwingungen des Arbeitsfluids resultiert, umwandelt, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen hydraulischen Durchmesser HD hat, der 0,4 mm oder weniger ist, wobei der hydraulische Durchmesser HD als HD = 4 × S/C definiert ist, wobei S eine Querschnittsfläche von jeder Zelle senkrecht zur Zellenerstreckungsrichtung bezeichnet und C einen Umfang des Querschnitts bezeichnet, die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger hat, die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente eine Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung hat, die dazu neigt, sich mit einem Abstand von der ersten Endfläche in der Erstreckungsrichtung zu verringern, und die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente einen ersten Endabschnitt auf der ersten Endflächenseite, der sich auf einen Bereich von 10% einer Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, und einen zweiten Endabschnitt auf der zweiten Endflächenseite hat, der sich auf einen Bereich von 10% der Gesamtlänge der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente in der Erstreckungsrichtung aufsummiert, wobei der erste Endabschnitt eine Wärmekapazität hat, die 1,1-mal oder mehr die Wärmekapazität des zweiten Endabschnitts ist.
  2. Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach Anspruch 1, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von monolithischen Honigwabensegmenten, die jeweils eine Unterteilungswand aufweisen, die eine Vielzahl von Zellen definiert, die sich zwischen zwei Endflächen von jedem Honigwabensegment erstrecken, wobei ein Inneres der Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist, die Honigwabensegmente wechselseitig Wärme, die zwischen der Unterteilungswand und dem Arbeitsfluid ausgetauscht wird, und eine Energie von Akustikwellen, die aus Schwingungen des Arbeitsfluids resultieren, umwandeln, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente die Vielzahl von Honigwabensegmenten aufweist, die seriell von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche hin angeordnet sind, so dass eine Endfläche von jedem Honigwabensegment an einer Endfläche eines anderen Honigwabensegments von der Vielzahl von Honigwabensegmenten anliegt bzw. angrenzt, die Zellen von jedem von der Vielzahl von Honigwabensegmenten einen hydraulischen Durchmesser haben, der 0,4 mm oder weniger ist, jedes von der Vielzahl von Honigwabensegmenten einen offenen Vorderbereich an jeder Endfläche von 60% oder mehr und 93% oder weniger hat, die Vielzahl von Honigwabensegmenten wechselseitig verschiedene Wärmekapazitäten pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung haben und seriell in einer absteigenden Reihenfolge einer Wärmekapazität pro Einheitslänge in der Erstreckungsrichtung von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche hin angeordnet sind, ein erstes Honigwabensegment von der seriell angeordneten Vielzahl von Honigwabensegmenten, das die erste Endfläche als eine Endfläche von diesem hat, den ersten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente aufweist, und ein zweites Honigwabensegment von der seriell angeordneten Vielzahl von Honigwabensegmenten, das die zweite Endfläche als eine Endfläche von diesem hat, den zweiten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente aufweist.
  3. Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach Anspruch 2, wobei eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments die gleiche wie eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments ist, und ein flächengleicher Kreisdurchmesser des ersten Honigwabensegments 1,05-mal oder mehr ein flächengleicher Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments ist.
  4. Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach Anspruch 2, wobei eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des ersten Honigwabensegments 1,1-mal oder mehr eine Wärmekapazität pro Einheitsvolumen des zweiten Honigwabensegments ist, und ein flächengleicher Kreisdurchmesser des ersten Honigwabensegments der gleiche wie ein flächengleicher Kreisdurchmesser des zweiten Honigwabensegments ist.
  5. Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 4 in einem Zustand, in dem ein Inneres der Vielzahl von Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist und dann, wenn es eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten gibt, die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente das Arbeitsfluid in der Erstreckungsrichtung in Übereinstimmung mit der Temperaturdifferenz oszilliert und Akustikwellen erzeugt; und ein Paar von Wärmetauschern aufweist, die in einem Nahbereich des ersten Endabschnitts und des zweiten Endabschnitts der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente jeweils angeordnet sind, wobei die Wärmetauscher Wärme mit den beiden Endabschnitten austauschen, um eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Endabschnitten zu ergeben.
  6. Wärme-/Akustikwellenumwandlungseinheit, die Folgendes aufweist: die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Zustand, in dem ein Inneres von der Vielzahl von Zellen mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist und wenn das Arbeitsfluid in der Erstreckungsrichtung schwingt bzw. oszilliert, während Akustikwellen, die übertragen werden, aufgenommen werden, wobei die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt in Übereinstimmung mit Schwingungen des Arbeitsfluids erzeugt; einen Wärmetauscher, der in einem Nahbereich von einem von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher Wärme zu dem einen Endabschnitt zuführt oder Wärme von dem einen Endabschnitt absorbiert, um eine Temperatur an dem einen Endabschnitt konstant zu halten; und eine Heißwärme-/Kaltwärmeausgabeeinheit, die in einem Nahbereich des anderen von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente angeordnet ist, wobei die Heißwärme-/Kaltwärmeausgabeeinheit Heißwärme oder Kaltwärme, die durch ein Austauschen von Wärme mit dem anderen Endabschnitt erlangt wird, ausgibt, so dass in einem Zustand, in dem die Temperatur des einen Endabschnitts durch den Wärmetauscher konstant gehalten wird und wenn die Wärme-/Akustikwellenumwandlungskomponente übertragene Akustikwellen aufnimmt, der andere Endabschnitt eine Temperaturdifferenz in Übereinstimmung mit Schwingungen des Arbeitsfluids aufgrund einer Übertragung der Akustikwellen mit Bezug auf den anderen Endabschnitt hat, der bei der konstanten Temperatur beibehalten wird.
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