JP2007237020A - 熱音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱音響効果を用いた熱音響装置において、時間平均の質量流束Ｆｂを抑制することで、熱−仕事変換効率の向上を図る。
【解決手段】 熱音響装置１は、ループ管３と、ループ管３に設けられた加熱部５及び放熱部７と、加熱部５と放熱部７とに挟まれたループ管３内における箇所に配置された蓄熱部９と、発電機２０と、を備えている。発電機２０における応動部材２２がループ管３に対して直列に配置され、応動部材２２の第１端部２６ａと第２端部２８ａとがループ管３の軸方向における作動ガスの流路に面するように配置されている。この熱音響装置１においては、時間平均の質量流束が応動部材２２（詳しくは、第１端部２６）によって少なくとも部分的にせき止められ、低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体を充填した管内で熱音響効果による圧力変動を発生させる熱音響装置に関する。

気体を充填した管内に温度勾配のある蓄熱部を設け、温度上及び構造上の条件が成立すると、管内の気体に圧力振動が発生し、その振動により管内の気体に定在波や進行波が発生すること（熱音響効果）が知られている。

この現象を利用した構成として、従来においては、例えば、図１７に示す熱音響装置５００が知られていた。この装置は、気体を充填したループ管５０２と、加熱部５０４と、放熱部５０６と、加熱部５０４と放熱部５０６とに挟まれた箇所に設けられた蓄熱部５０８と、オリフィス５１０ａを介してループ管５０２に接続されたタンク５１０ｂと、スタータ兼発電機５１２と、を備える。

この装置５００では、加熱部５０４と放熱部５０６の作用により蓄熱部５０８に温度勾配が生じた状態で、スタータ兼発電機５１２がスタータとして駆動される。
具体的には、蓄熱部５０８に温度勾配が生じた状態で、スタータ兼発電機５１２が備える、ループ管５０２内に面して設けられたピストン５１４をスタータとして往復移動させると、ループ管５０２内の気体に所定周波数の振動が付与される。これにより、ループ管５０２内の気体にループ管５０２の軸方向の自励的な圧力変動が発生する。

この状態でスタータ兼発電機５１２のスタータ機能を停止させると、ループ管５０２内で発生した自励的な圧力変動により、ピストン５１４が往復駆動され、これにより、以後は、スタータ兼発電機５１２が発電機として運転される（特許文献１の図６参照）。
特開２００３−３２４９３２

ところで、図１７に示す装置５００では、ループ管５０２内で自励的な圧力変動が発生した際には、ループ管５０２内の気体は、（１）ループ管５０２の軸方向に気体が往復する自励振動（図１７中のＦａ）と、（２）放熱部５０６から蓄熱部５０８を介して加熱部５０４を通り抜ける方向への気体の進行（時間平均の質量流束；図１７中のＦｂ）と、を合成した状態でループ管５０２内を流動する。

自励振動Ｆａは、ループ管５０２内の気体に発生する熱音響効果による共振振動に対応する流動成分である。一方、時間平均の質量流束Ｆｂは、加熱部５０４により加熱されたループ管５０２内部の気体の熱膨張による慣性力などに起因して発生する気体の流動成分である。

ここで、熱音響装置５００においては、自励振動Ｆａによって発生する圧力Ｐと気体容積Ｖの流動とによるＰＶ仕事によって発電機（スタータ兼発電機５１２）を駆動して発電を行う。

よって、熱音響装置５００の加熱部５０４に付与された熱エネルギを効率良く自励振動Ｆａのエネルギに変換できれば、熱−仕事変換効率の高い熱音響装置５００を実現できる。加熱部５０４に付与された熱エネルギを効率良く自励振動Ｆａのエネルギに変換するためには、加熱部５０４によってループ管５０２内の気体に付与された熱エネルギが、蓄熱部５０８を介して放熱部５０６に到達し、当該放熱部５０６にてできるだけ多く排熱される必要がある。

しかし、上述した時間平均の質量流束Ｆｂは、加熱部５０４により加熱されたループ管５０２内部の気体を、加熱部５０４から蓄熱部５０８と反対側に移動させる気体流動成分である（図１７に示された、時間平均の質量流束Ｆｂの進行方向参照）。

従って、時間平均の質量流束Ｆｂが大きくなれば、加熱部５０４によってループ管５０２内の気体に付与された熱エネルギのうち、放熱部５０６ではなくループ管５０２の管壁を介して外気に排熱される熱エネルギの量が多くなり、その分だけ、放熱部５０６にて排熱される熱エネルギの量が減少する。そして、放熱部５０６にて排熱される熱エネルギの量がこのように減少する分だけ、熱音響装置５００における熱−仕事変換効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、熱音響効果を用いた熱音響装置において、時間平均の質量流束Ｆｂを抑制することで、熱−仕事変換効率の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の熱音響装置は、内部に気体が充填されたループ管と、ループ管内の気体を加熱する加熱部と、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、加熱部と放熱部とに挟まれたループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、ループ管の一部分にループ管の軸方向に直列となるよう配置され、蓄熱部内で生じる温度勾配によってループ管内の気体に発生する圧力変動に応動して自励的な往復振動を行う応動部材を有する共振器と、を備える。

そして、上記の応動部材が、加熱部における蓄熱部と反対側の端部とループ管内の気体を介して対向する端部である第１端部と、放熱部における蓄熱部と反対側の端部とループ管内の気体を介して対向する端部である第２端部と、を有している。

つまり、この熱音響装置では、応動部材がループ管に対して直列に配置され、応動部材の第１端部と第２端部とがループ管の軸方向の気体流路に面するように配置されている。
従って、本発明の熱音響装置によれば、ループ管内の気体に生ずる時間平均の質量流束（図１７に示された質量流束Ｆｂ参照）が、応動部材（詳しくは、第１端部）によって少なくとも部分的にせき止められ、低減される。すなわち、本発明の熱音響装置によれば、このように時間平均の質量流束が低減される分だけ、熱−仕事変換効率を向上できる。

また、本発明の熱音響装置は、上記の圧力変動の際に、ループ管内の加熱部における蓄熱部と反対側の端部と第１端部との間の領域である第１領域のうち第１端部に隣接する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、ループ管内の放熱部における蓄熱部と反対側の端部と第２端部との間の領域である第２領域のうち第２端部に隣接する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されている。

第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とが不一致であると、応動部材が往復振動を行えない。
しかし、本発明の熱音響装置では、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致すよう構成されているので、応動部材が往復振動を持続しうる。

しかも、本発明の熱音響装置では、第２領域に存する気体の質量が、第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるループ管上の位置に、共振器が配置される。
このようにすれば、加熱部から第１領域を介して応動部材の第１端部に伝達される仕事（応動部材が第１端部にて気体から受けるＰＶ仕事に相当する仕事流）が、応動部材の第２端部から第２領域を介して放熱部に伝達される仕事（応動部材が第２端部を介して気体に対して行うＰＶ仕事に相当する仕事流）よりも大きくなる。

このように、応動部材が第１領域を介して第１端部で受ける仕事流の大きさが、第２端部から第２領域を介して放熱部に流出させる仕事流の大きさよりも大きくなる場合には、第１端部で受ける仕事流と第２端部から流出させる仕事流との差に相当する仕事流を、応動部材が自己の往復振動のために消費できる。

従って、本発明によれば、このように応動部材が往復振動のために仕事流を消費できる分だけ、応動部材の往復振動を持続させることが可能となる。
本発明の熱音響装置においては、共振器が、応動部材を内部に収納する圧力容器を更に備えていても良い。

そして、この場合には、第１領域と圧力容器内とを連通させる第１連通路を設けて、圧力容器と第１連通路とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、上記の圧力変動の際に、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう当該熱音響装置が構成されていても良い。

また、圧力容器と第１連通路とに加え、第２領域と圧力容器内とを連通させる第２連通路を更に設けて、圧力容器と第１連通路と第２連通路とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、上記の圧力変動の際に、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう当該熱音響装置が構成されていても良い。

これらの場合においては、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とをそれぞれ一致させる構成（以下、単に「変位振幅・位相調整構成」とも記載する。）である共鳴器を実現するために、応動部材を収納するための圧力容器を用いている分だけ（換言すれば、応動部材を収納しない圧力容器を用いない分だけ）、変位振幅・位相調整構成（延いては熱音響装置）のコンパクト化を図ることができる。

なお、変位振幅・位相調整構成を備えない場合における第１隣接領域、第２隣接領域間の気体の変位振幅差および変位位相差は、ループ管の形状や長さ、加熱部と放熱部の作用により発生する蓄熱部での温度勾配、応動部材の質量等によって異なる。

変位振幅・位相調整構成を具体的に構成するにあたっては、上述の変位振幅差および変位位相差それぞれの大きさに応じて、第１連通路や第２連通路の径や長さを変更することで当該変位振幅差および変位位相差それぞれを解消して、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とをそれぞれ一致させる。

上述の変位振幅差および変位位相差それぞれの大きさが比較的小さい場合においては、第１連通路と第２連通路とのうち第２連通路を省いても良いし、第１連通路と第２連通路との両方を用いても良い。第２連通路を省けるか否か（つまり、変位振幅差および変位位相差それぞれの大きさが上記のように比較的小さいか否か）については、上述の変位振幅差および変位位相差それぞれの具体的な大きさや、第１連通路の径や長さを他の部材との位置関係や設計上の事情でどのような範囲で調整できるか等に基づいて決定できる。

ここで、第１連通路としては、種々の態様が考えられるが、一端が第１領域に接続され、他端が圧力容器内に接続された第１キャピラリ管を有するものであっても良い。
そして、このように第１連通路が第１キャピラリ管を有するものである場合には、第１キャピラリ管は、当該第１キャピラリ管がループ管と圧力容器の外部に配置されるよう、ループ管と圧力容器に対して取り付けられたものであっても良い。

このようにすれば、第１キャピラリ管がループ管と圧力容器の外部に配置されている分だけ、第１キャピラリ管の形状や長さを、ループ管や圧力容器の形状や大きさ等による制約を受けないで自由に設定できるという効果が得られる。

変位振幅・位相調整構成が第２連通路を有する場合、第２連通路としては、種々の態様が考えられるが、一端が第２領域に接続され、他端が圧力容器内に接続された第２キャピラリ管を有するものであっても良い。

そして、このように第２連通路が第２キャピラリ管を有するものである場合には、第２キャピラリ管は、当該第２キャピラリ管がループ管と圧力容器の外部に配置されるよう、ループ管と圧力容器に対して取り付けられたものであっても良い。

このようにすれば、第２キャピラリ管がループ管と圧力容器の外部に配置されている分だけ、第２キャピラリ管の形状や長さを、ループ管や圧力容器の形状や大きさ等による制約を受けないで自由に設定できるという効果が得られる。

また、第１連通路としては、第１領域と圧力容器内とを連通させるよう、応動部材の第１端部をなす部材に当該部材を貫通する第１貫通孔を設けることにより形成されたものであっても良い。あるいは、第１連通路としては、第１領域と圧力容器内とを連通させるよう、応動部材の第１端部をなす部材の外周面に第１連通溝を設けることにより形成されたものであっても良い。

このようにすれば、第１連通路を応動部材とは別構成のものとして構成する場合に比べ、変位振幅・位相調整構成（延いては熱音響装置）のコンパクト化を図ることができる。
また、変位振幅・位相調整構成が第２連通路を有する場合、第２連通路としては、第２領域と圧力容器内とを連通させるよう、応動部材の第２端部をなす部材に当該部材を貫通する第２貫通孔を設けることにより形成されたものであっても良い。あるいは、第２連通路としては、第２領域と圧力容器内とを連通させるよう、応動部材の第２端部をなす部材の外周面に第２連通溝を設けることにより形成されたものであっても良い。

このようにすれば、第２連通路を応動部材とは別構成のものとして構成する場合に比べ、変位振幅・位相調整構成（延いては熱音響装置）のコンパクト化を図ることができる。
一方、本発明の熱音響装置においては、変位振幅・位相調整構成として、次の態様を採用することも可能である。

すなわち、第１領域に連通するよう一端がループ管に接続された第１キャピラリ管と、該第１キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有する第１容器と、を熱音響装置に設けても良い。そして、第１容器と第１キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、上述の圧力変動の際に、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致すよう構成しても良い。

また、第１キャピラリ管と第１容器とに加え、一端が第２領域に連通するようループ管に接続され、他端が第１容器に接続された第２キャピラリ管を更に設けても良い。そして、第１容器と第１キャピラリ管と第２キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、上述の圧力変動の際に、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致すよう構成しても良い。

また、第１キャピラリ管と第１容器とに加え、第２領域に連通するよう一端がループ管に接続された第２キャピラリ管と、該第２キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有する第２容器と、を更に設けても良い。そして、第１容器と第１キャピラリ管と第２容器と第２キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、上述の圧力変動の際に、第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成しても良い。

これらの場合には、例えば、第１容器あるいは第２容器を、内部に応動部材が収納されていないもの（換言すれば、共振器とは別構成）として設けることも可能である。そして、このようにすれば、第１容器あるいは第２容器を共振器と別構成のものとして設けた分だけ、第１容器あるいは第２容器の形状、大きさ、位置を自由に設定できるという効果が得られる。

一方、本発明の熱音響装置のように、第２領域に存する気体の質量が第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるループ管上の位置に共振器が配置される場合の具体的態様としては種々のものが考えられる。

例えば、第２領域の容積を第１領域の容積よりも小さくするループ管上の位置に共振器が配置されることで、第２領域に存する気体の質量が第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるよう構成されていても良い。

また、このように、第２領域の容積を第１領域の容積よりも小さくするループ管上の位置に共振器が配置される場合には、ループ管が軸方向の全長に亘って略同一の断面積を有し、第２領域の軸方向の長さを第１領域の軸方向の長さよりも短くするループ管上の位置に共振器が配置されることで、第２領域に存する気体の質量が第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるよう構成されていても良い。

一方、本発明の熱音響装置において、応動部材は、当該応動部材が行う往復振動の方向上の両端部それぞれに１つずつピストンを備え、共振器は、当該ピストンの往復振動が可能になるよう当該ピストンを内部に配置させるシリンダを有していても良い。

この場合には、ループ管内で主として発生するのが圧力振動であることから、応動部材の自励的な往復振動が好適に誘起される。
そして、この場合には、応動部材が備える２つのピストンのうち、一方のピストンは第１端部を有し、他方のピストンは第２端部を有していても良い。そして、第１端部の面積が第２端部の面積よりも大きくなるよう上記２つのピストンが構成されていても良い。

このようにすれば、第１端部の面積が第２端部の面積よりも大きい分だけ、応動部材が自己の往復振動のために消費できるＰＶ仕事に相当する仕事流（応動部材が第１端部で受ける仕事流と応動部材が第２端部から流出させる仕事流との差に相当する仕事流）の大きさを大きくできる。

従って、このように応動部材が往復振動のために消費できる仕事流の大きさを大きくできる分だけ、応動部材の往復振動をより好適に持続させることが可能となる。
また、本発明の熱音響装置において、応動部材は、１つのピストンを備え、共振器は、当該ピストンの往復振動が可能になるよう当該ピストンを内部に配置させるシリンダを有していても良い。

この場合にも、ループ管内で主として発生するのが圧力振動であることから、応動部材の自励的な往復振動が好適に誘起される。また、応動部材がピストンを１つだけ備えた場合には、２つのピストンを備えたものとして応動部材を構成する場合に比べ、応動部材の構成を簡略化できる。

一方、本発明の熱音響装置におけるループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギは、種々の態様で利用できる。
例えば、本発明の熱音響装置において、共振器は、応動部材の往復振動に応動して発電を行う発電機として構成されていても良い。

このようにすれば、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギを発電機による起電力として好適に利用できる。
この場合、共振器は、応動部材の側面を包囲するよう設けられた固定子を有し、応動部材と固定子とのうちの一方にはコイルが設けられ、他方には当該コイルと対向するよう磁石が設けられていても良い。そして、この場合には、応動部材が往復振動を行った際に、コイルと磁石との相互作用によりコイルに起電力が発生することで発電が行われるよう熱音響装置が構成されていると良い。

ここで、共振器では、応動部材の往復振動の際の中立位置への復帰が好適になされるようにして、応動部材の往復振動を安定的に継続させるため、種々の構成を採用しうる。
例えば、応動部材を当該応動部材の中立位置に位置するよう付勢するばね部材を応動部材に設けることで、往復振動時の応動部材の中立位置を安定させ、以て、応動部材の往復振動を安定的に継続させるよう構成しても良い。

また、共振器を上記のようにコイルと磁石との相互作用により駆動される発電機として構成する場合には、上記のようにばね部材を用いることも可能であるが、次の構成を採用することも可能である。

すなわち、応動部材の往復振動の際の中立位置への復帰がコイルと磁石との相互作用により発生する拘束力（換言すれば、コイルに流れる電流と磁石による磁界との間に作用する電磁力）のみで実現されるよう共振器が構成されていても良い。

このようにすれば、上述のようなばね部材等を省ける分だけ、共振器（延いては、熱音響装置）の構成を簡略化できる。
一方、本発明の熱音響装置において、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギの利用態様としては、次のものも考えられる。

すなわち、第２領域での上述の圧力変動に応動して発電を行う発電機を、第２領域をなすループ管の部分に分岐するように設けても良い。
この場合においても、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギを発電機による起電力として好適に利用できる。

この場合、発電機を設ける部位としては、第２領域をなすループ管の部分であれば、特段限定されないが、例えば、当該発電機に関しては、放熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に設けても良い。

ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギを効率良く発電機等の出力装置で利用するためには、ループ管内で発生する当該圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となるループ管内の位置に出力装置を取り付けて、出力装置が当該圧力変動により駆動されるよう構成することが望ましい。

本発明の熱音響装置では、ループ管内で発生する気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置を放熱部内部とすることができる。
従って、上記のように、放熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に発電機を設ければ、気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度に近い部位で発電機を効率良く駆動できる。

なお、このように、第２領域をなすループ管の部分に分岐するように発電機を設ける場合には、第２領域での気体の圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数で自励的な往復振動を行う可動子を当該発電機が備え、該可動子の往復振動に応動して発電を行うよう当該発電機を構成することが、当該発電機による発電効率を高めるためには好ましい。

また、一方、本発明の熱音響装置において、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギの利用態様としては、次のものも考えられる。
すなわち、第２領域での上記の圧力変動に応じて動作する冷凍機を、ループ管の軸方向に直列となるよう、第２領域をなすループ管の部分に設けても良い。

この場合、当該冷凍機は、ループ管外の熱を吸熱してループ管内の気体に付与する冷凍用吸熱部と、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用放熱部と、冷凍用吸熱部と冷凍用放熱部とに挟まれたループ管内における箇所に配置され、冷凍用吸熱部で吸熱された熱を冷凍用放熱部に供給させる冷凍用蓄冷部と、を備えていても良い。

そして、ループ管の第２領域における放熱部から第２端部に至る経路において、冷凍用吸熱部、冷凍用蓄冷部、冷凍用放熱部の順で、冷凍用吸熱部、冷凍用蓄冷部、冷凍用放熱部が配置されていても良い。

このようにすれば、ループ管内の第２領域での上記の圧力変動に応じて発生する冷凍用吸熱部での吸熱により、冷凍用吸熱部に接する外気を冷却できる。従って、当該冷凍機を有する熱音響装置を外気冷却を要する種々の目的（排ガス冷却、空調等）のために利用できる。

この場合、冷凍機を設ける部位としては、第２領域をなすループ管の部分であれば、特段限定されない。
但し、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギを効率良く上記冷凍機で利用するためには、ループ管内で発生する当該圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となるループ管内の位置に対応するループ管部分に冷凍用吸熱部が位置するよう、冷凍機の部位を設定することが望ましい。

ここで、上述したように、本発明の熱音響装置では、ループ管内で発生する気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置を放熱部内部とすることができる。
従って、気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度に近い部位に冷凍用吸熱部を配置して冷凍機の冷凍効率を向上させるためには、放熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に冷凍用吸熱部が位置するよう、上記の冷凍機を設けても良い。

また、本発明の熱音響装置において、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギの利用態様としては、次のものも考えられる。
すなわち、第１領域での上記の圧力変動に応じて動作するパルス管冷凍機を、ループ管から分岐するよう、第１領域をなすループ管の部分に設けても良い。

このようにすれば、ループ管内の第１領域での上記の圧力変動に応じて動作するパルス管冷凍機の作用により、外気の冷却が可能となる。従って、当該パルス管冷凍機を有する熱音響装置を外気冷却を要する種々の目的（排ガス冷却、空調等）のために利用できる。

ここで、パルス管冷凍機は、第１領域をなすループ管の部分から分岐する管状部材として構成されていても良い。
この場合、パルス管冷凍機は、管状部材外の熱を吸熱して管状部材内の気体に付与する冷凍用吸熱部と、管状部材内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用放熱部と、冷凍用吸熱部と冷凍用放熱部とに挟まれた管状部材における箇所に配置され、冷凍用吸熱部で吸熱された熱を冷凍用放熱部に供給させる冷凍用蓄冷部と、管状部材の部分であって、当該部分内が空洞領域として構成されたパルス管部と、管状部材におけるループ管と反対側の端部に設けられ、管状部材内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用第２放熱部と、を備えていても良い。

そして、管状部材におけるループ管側の端部からループ管と反対側の端部に至る経路において、冷凍用放熱部、冷凍用蓄冷部、冷凍用吸熱部、パルス管部、冷凍用第２放熱部の順で、冷凍用放熱部、冷凍用蓄冷部、冷凍用吸熱部、パルス管部、冷凍用第２放熱部が配置されていても良い。

このようにすれば、ループ管内の第１領域での上記の圧力変動に応じて発生するパルス管冷凍機の冷凍用吸熱部での吸熱により、外気の冷却が可能となる。
更に、パルス管冷凍機は、管状部材におけるループ管と反対側の端部に一端が接続された冷凍用キャピラリ管と、該冷凍用キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有するバッファタンクと、を更に備えていても良い。

このようにすれば、パルス管冷凍機の冷凍効率を比較的高くできる。
つまり、例えば、パルス管冷凍機の管状部材におけるループ管と反対側の端部が閉塞された壁面として構成されている場合には、ループ管内で発生する気体の圧力変動に応じて発生する管状部材内の気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置が、当該壁面となりうる。

パルス管冷凍機の冷凍効率を向上させるためには、管状部材内の気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置を、パルス管冷凍機の冷凍用吸熱部にできるだけ近い位置にすることが望ましい。

よって、例えば、上記のようにパルス管冷凍機を冷凍用キャピラリ管とバッファタンクとを更に備えたものとして構成し、冷凍用キャピラリ管とバッファタンクとを備えた構成を位相調整用の共鳴器として機能させることで、管状部材内の気体の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置をパルス管冷凍機の冷凍用吸熱部にできるだけ近づければ、その分だけ、パルス管冷凍機の冷凍効率を向上できる。

一方、本発明の熱音響装置においては、第１領域での上記の圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数の圧力変動が内部で発生する共鳴器を、ループ管から分岐するよう、第１領域をなすループ管の部分に設けても良い。

このようにすれば、ループ管内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅を、上記共鳴器内で発生する圧力変動（圧力波）により、増大させることができる。そして、このようにループ管内の圧力変動の振幅を増大できる分だけ、ループ管内で発生する気体の自励的な圧力変動のエネルギを効率良く利用できる。

また、本発明の熱音響装置においては、第１領域での上記圧力変動に応動して発電を行う発電機を、第１領域をなすループ管の部分に分岐するように設けても良い。
この場合、当該発電機は、第１領域での上記圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数で自励的な往復振動を行う可動子を備え、該可動子の往復振動に応動して発電を行うよう構成されていても良い。

このようにすれば、ループ管内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅を、発電機における可動子の往復振動によって発生する圧力変動（圧力波）により、増大させることができる。そして、このようにループ管内の圧力変動の振幅を増大できる分だけ、発電機の発電効率を高くできる。

また、一方、本発明の熱音響装置においては、加熱部における蓄熱部と反対側の端部と第１端部との間のループ管の部分に、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設けても良い。

このようにすれば、ループ管において加熱部として機能する部位を加熱部近傍の部位に好適に制限することが可能になる。
つまり、まず、本発明の熱音響装置では、加熱部によってループ管内の気体に付与された熱エネルギを加熱部から蓄熱部と反対側に移動させる気体流動成分である時間平均の質量流束が低減される。

従って、本発明によれば、時間平均の質量流束によって加熱部から蓄熱部と反対側に移動された熱エネルギの放熱によって第１領域をなすループ管の部分が加熱されるといったことは起き難くなる。

しかし、ループ管内の気体に熱音響効果によって発生する自励的な圧力変動は、ループ管の軸方向に気体を往復運動させる振動であるため、このような圧力変動によっても、加熱部によってループ管内の気体に付与された熱エネルギの一部が加熱部から蓄熱部と反対側に流出し、加熱部の蓄熱部と反対側の端部側におけるループ管の部分を放熱作用により加熱してしまう。

この場合には、加熱部として機能する部分以外のループ管部分が放熱により比較的高温になる。
従って、場合によっては、熱音響装置の使用者がループ管部分に触れて作業を行うことが困難になったり、放熱により比較的高温となったループ管部分が実質的に加熱部として機能することで第１領域が小さくなり、本発明の特徴の１つである、第２領域に存する気体の質量が、第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるループ管上の位置に、共振器が配置される、という状態が維持し難くなりうる、という問題が発生する可能性がある。

そこで、このような問題の発生が懸念される場合等においては、上記のように、加熱部における蓄熱部と反対側の端部と第１端部との間のループ管の部分に、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設けることで、加熱部として機能する部位を加熱部近傍の部位に制限することが好ましい。

なお、このように第２の放熱部を設ける場合において、上記のように、パルス管冷凍機をも設ける場合には、パルス管冷凍機を、第１領域をなすループ管の部分のうち、第２の放熱部と第１端部との間の部分に設けても良い。

このようにすれば、パルス管冷凍機が設けられたループ管内の部分を第１領域として好適に機能させることができる。
また、第２の放熱部を熱音響装置に設ける場合において、上記のように、第１領域での上記圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数の圧力変動が内部で発生する共鳴器を、ループ管から分岐するよう、第１領域をなす前記ループ管の部分に設ける場合には、当該共鳴器を、第１領域をなすループ管の部分のうち、第２の放熱部と第１端部との間の部分に設けてもよい。

このようにすれば、当該共鳴器が設けられたループ管内の部分を第１領域として好適に機能させることができる。
更に、第２の放熱部を熱音響装置に設ける場合において、上記のように、第１領域での圧力変動に応動して発電を行う発電機を、第１領域をなすループ管の部分に分岐するように設ける場合には、当該発電機を、第１領域をなすループ管の部分のうち、第２の放熱部と第１端部との間の部分に設けてもよい。

このようにすれば、当該発電機が設けられたループ管内の部分を第１領域として好適に機能させることができる。
一方、本発明の熱音響装置は、温度勾配発生部と共振器とを有する熱音響共振部を複数個と、内部に気体が充填されたループ管と、を備えたものであっても良い。

この場合、夫々の熱音響共振部が有する温度勾配発生部は、ループ管内の気体を加熱する加熱部と、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、加熱部と放熱部とに挟まれたループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、を有している。

また、夫々の熱音響共振部が有する共振器は、ループ管の一部分にループ管の軸方向に直列となるよう配置され、蓄熱部内で生じる温度勾配によってループ管内の気体に発生する圧力変動に応動して自励的な往復振動を行う応動部材を有している。

そして、夫々の熱音響共振部が有する共振器の応動部材は、当該応動部材におけるループ管の軸方向上の一端である第１端部と、他端である第２端部と、を有している。
ここで、夫々の熱音響共振部が有する共振器の応動部材における第１端部が、当該共振器を有する熱音響共振部の隣のループ管上の部分に設けられた熱音響共振部が有する温度勾配発生部における加熱部と、ループ管内の気体を介して、対向すると共に、当該熱音響共振部が有する共振器の応動部材における第２端部が、当該共振器を有する熱音響共振部が備える温度勾配発生部における放熱部と、ループ管内の気体を介して、対向するよう、複数個の熱音響共振部は、ループ管上の複数の部分に夫々設けられている。

従って、この熱音響装置においても、ループ管内の気体に生ずる時間平均の質量流束が、夫々の熱音響共振部が有する共振器の応動部材（詳しくは、第１端部）によって少なくとも部分的にせき止められ、低減される。すなわち、この熱音響装置によれば、このように時間平均の質量流束が低減される分だけ、熱−仕事変換効率を向上できる。

また、この熱音響装置においては、上記の圧力変動の際に、夫々の熱音響共振部が有する共振器の応動部材における第１端部と、当該共振器を有する熱音響共振部の隣のループ管上の部分に設けられた熱音響共振部が有する温度勾配発生部における加熱部と、の間におけるループ管内の領域である第１領域のうち当該第１領域の一端をなす第１端部に隣接する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、当該熱音響共振部が有する共振器の応動部材における第２端部と、当該共振器を有する熱音響共振部が備える温度勾配発生部における放熱部と、の間におけるループ管内の領域である第２領域のうち当該第２領域の一端をなす第２端部に隣接する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、がそれぞれ一致するよう構成されている。

この熱音響装置においては、個々の応動部材の一端である第１端部に面する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、他端である第２端部に面する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されているので、応動部材が往復振動を持続しうる。

また、この熱音響装置においては、夫々の応動部材が有する第２端部に隣接する第２領域に存する気体の質量が、当該応動部材が有する第１端部に隣接する第１領域に存する気体の質量よりも小さくなるループ管上の位置に、当該応動部材を有する共振器が配置されるよう、複数個の熱音響共振部がループ管上の複数の部分に夫々設けられている。

従って、この熱音響装置においては、夫々の応動部材が第１領域を介して第１端部で受ける仕事流の大きさが、第２端部から第２領域を介して流出させる仕事流の大きさよりも大きくなる。

それ故、夫々の応動部材が、第１端部で受ける仕事流と第２端部から流出させる仕事流との差に相当する仕事流を、当該応動部材が自己の往復振動のために消費できる。つまり、この熱音響装置によれば、このように夫々の応動部材が往復振動のために仕事流を消費できる分だけ、当該応動部材の往復振動を持続させることが可能となる。

なお、この場合の熱音響装置において、個々の応動部材の一端である第１端部に面する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、他端である第２端部に面する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とをそれぞれ一致させる構成としては、「変位振幅・位相調整構成」として上述した種々の構成を夫々採用しうる。

以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態をとり得る。
［実施例１］
［熱音響装置１の構成説明］
図１は、実施例１の熱音響装置１の概略構成を示す図である。

図１に示す如く、熱音響装置１は、ループ管３と、ループ管３に設けられた加熱部５及び放熱部７と、加熱部５と放熱部７とに挟まれたループ管３内における箇所に配置された蓄熱部９と、発電機２０（共振器の一例）と、を備えている。

ループ管３内には、作動ガス（気体）が充填されている。作動ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、水素などの低分子数の気体が単独で或いは予め定められた容積比率で混合されたものが用いられる。ループ管３内には、このような作動ガスが例えば約０．１〜３．０ＭＰａ程度の圧力で充填される。

ループ管３は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有する環状の管である。
加熱部５は、ループ管３内の作動ガスを部分的に高温に加熱する部分であり、例えば、加熱用の熱交換器から構成される。加熱部５は、例えば、銅合金などで形成した複数本の金属管であって内部がループ管３内と連通されたものを有するよう構成される。この場合、例えば、当該複数本の金属管の外側に作動ガス加熱用の流体が通される構成を設けることで、複数本の金属管内の作動ガスが加熱されるようにされる。作動ガス加熱用の流体としては、例えば、各種プラントの加熱設備などから排出される排熱ガスなど各種の熱媒体を使用できる。

放熱部７は、ループ管３内の作動ガスを部分的に冷却する部分であり、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。放熱部７としては、例えば、放熱フィンをループ管３外面等に設けるなどした上、冷却空気が放熱部７に当たるように流されることで作動ガスの冷却が行なわれる方式や、冷媒（水等）を通す冷媒チューブをループ管３に装着することで作動ガスの冷却が行われる方式のものが用いられ得る。

蓄熱部９は、例えば、ステンレス網などから形成された金属メッシュを複数枚積層した構造体、或いはセラミックや焼結金属から形成されたハニカム構造体により構成される。これらの構造体の内部には微小間隔で微細な作動ガスの通路が形成されている。

加熱部５によって蓄熱部９における加熱部５側の端部９ａに高温の熱が供給される一方、放熱部７によって蓄熱部９における放熱部７側の端部９ｂが冷却されると、蓄熱部９の両端部９ａ，９ｂ間で温度差が発生し、蓄熱部９内の各通路壁に所定の温度勾配が生じる。この温度勾配の生じた蓄熱部９内の微細通路において作動ガスが当該温度勾配に沿って移動すると、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動（気体変位）が発生する。

発電機２０は、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動に応動して発電を行えるよう構成されたものである。発電機２０は、直線的に往復移動される応動部材２２と、応動部材２２を内部に収納する圧力容器３０とを有するリニア型のものであり、ループ管３の一部分に直列に接続されている。

応動部材２２は、ループ管３の一部分にループ管３の軸方向に直列となるよう配置され、蓄熱部９内で生じる温度勾配によってループ管３内の作動ガスに発生する圧力変動に応動して自励的な往復振動を行うよう構成されている。応動部材２２は、ループ管３の軸方向に延在する可動子２４と、可動子２４の軸方向両端部（応動部材２２が行う往復振動の方向上の両端部）それぞれに設けられたピストン２６，２８とを有する。

本実施例では、ピストン２６の可動子２４と反対側の端部である第１端部２６ａが、ループ管３内の作動ガスを介して、加熱部５における蓄熱部９と反対側の端部５ａと対向している。また、ピストン２８の可動子２４と反対側の端部である第２端部２８ａが、ループ管３内の作動ガスを介して、放熱部７における蓄熱部９と反対側の端部７ａと対向している。

圧力容器３０内には、応動部材２２の他に、シリンダ３２も配設されている。シリンダ３２は、ループ管３と圧力容器３０との間の２つの接続箇所近傍に設けられており、ピストン２６，２８は、シリンダ３２内に往復移動可能に配置されている。

また、圧力容器３０内では、応動部材２２の可動子２４をなす軸部の周囲に、磁路を形成するヨーク３４（固定子の一例）が配置されている。可動子２４に取り付けられた支持体３６には、可動子２４の側面を包囲するコイル３８が設けられている。そして、可動子２４の軸方向両端部近傍の部位には、積層された板ばねなどからなるばね部材４０ａ，４０ｂが装着され、可動子２４とピストン２６，２８の往復移動を可能にすべく、可動子２４を支持している。また、ヨーク３４におけるコイル３８と対向する箇所には複数の永久磁石４２が取り付けられている。これにより、例えば、ループ管３内で生じる自励的な圧力変動に応じて応動部材２２が往復振動した際には、コイル３８と永久磁石４２との相互作用により、コイル３８に起電力（誘導起電力）が発生し、その結果、発電が行われることになる。

なお、コイル３８と永久磁石４２との位置関係を入れ替えても良いのは勿論である。すなわち、支持体３６に永久磁石４２を取り付けると共に、ヨーク３４における永久磁石４２と対向する箇所にコイル３８を取り付け、応動部材２２が往復振動することに応じて、コイル３８と永久磁石４２との相互作用により、コイル３８に起電力（誘導起電力）を発生させても良い。更に、発電機２０の周囲にばね要素を含む防振器を取り付けることで、発電機２０（圧力容器３０）に生じる振動を抑制できるよう構成しても良い。

本実施例の熱音響装置１は、ループ管３と圧力容器３０とに両端が接続された第１，第２キャピラリ管４５，４７を更に備えている。
第１キャピラリ管４５（第１連通路の一例）の一端４５ａは、ループ管３内における第１端部２６ａと加熱部５の端部５ａとの間の領域である第１領域１０に接続され、他端４５ｂは、圧力容器３０内に接続されている。本実施例では、第１キャピラリ管４５は、ループ管３と圧力容器３０の外部に配置されるよう、ループ管３と圧力容器３０に対して取り付けられている。また、第１キャピラリ管４５の一端４５ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の一端部３０ａ近傍（換言すれば、第１端部２６ａ近傍）に位置している。

第２キャピラリ管４７（第２連通路の一例）の一端４７ａは、ループ管３内における第２端部２８ａと放熱部７の端部７ａとの間の領域である第２領域１２に接続され、他端４７ｂは、圧力容器３０内に接続されている。本実施例では、第２キャピラリ管４７は、ループ管３と圧力容器３０の外部に配置されるよう、ループ管３と圧力容器３０に対して取り付けられている。また、第２キャピラリ管４７の一端４７ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の他端部３０ｂ近傍（換言すれば、第２端部２８ａ近傍）に位置している。

本実施例では、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、圧力容器３０と第１キャピラリ管４５と第２キャピラリ管４７とを備える構成（変位振幅・位相調整構成）が共鳴器（ヘルムホルツ共振器）として機能するよう、圧力容器３０と第１キャピラリ管４５と第２キャピラリ管４７とが構成されている。

そして、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、第１領域１０のうち第１端部２６ａに隣接する領域である第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、第２領域１２のうち第２端部２８ａに隣接する領域である第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう、上記共鳴器は機能する。

具体的には、第１キャピラリ管４５に関しては、第１キャピラリ管４５の長さや径を調整することで、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも高い周波数の作動ガス変位が第１キャピラリ管４５と圧力容器３０とからなる領域内で起きるようにする。この場合、第１キャピラリ管４５と圧力容器３０とからなる領域内で起きる作動ガス変位の位相と、ループ管３内で起きる圧力変動の位相とは、略一致する。

ここで、ループ管３内の作動ガスに起きる圧力変動の周波数よりもどの程度高い周波数の作動ガス変位が第１キャピラリ管４５と圧力容器３０とからなる領域内で起きるようにするかについては、ループ管３の形状・大きさ、応動部材２２の寸法・質量、作動ガスの状態等に応じて、適宜調整・設定される。

また、第２キャピラリ管４７に関しては、第２キャピラリ管４７の長さや径を調整することで、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも低い周波数の作動ガス変位が第２キャピラリ管４７と圧力容器３０とからなる領域内で起きるようにする。この場合、第２キャピラリ管４７と圧力容器３０とからなる領域内で起きる作動ガス変位の位相と、ループ管３内で起きる圧力変動の位相との関係は、略逆位相（略１８０度の位相ずれ）となる。

ここで、ループ管３内の作動ガスに起きる圧力変動の周波数よりもどの程度低い周波数の作動ガス変位が第２キャピラリ管４５と圧力容器３０とからなる領域内で起きるようにするかについては、ループ管３の形状・大きさ、応動部材２２の寸法・質量、作動ガスの状態等に応じて、適宜調整・設定される。

以上のように第１，第２キャピラリ管４５，４７の長さや径を調整することで、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅とが一致すると共に、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位位相と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位位相とが一致する。

なお、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、当該圧力変動の周波数と位相は、第１領域１０内であるか第２領域１２内であるかを問わず、略同じとなる。

これは、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動の周波数は、ループ管３内に応動部材２２を直列に設けない場合に比べ、大幅に低いものになるからである。
具体的には、まず、ループ管３内に応動部材２２を直列に設けない場合には、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動は、応動部材２２がループ管３内に介在しないことに起因して、ループ管３の長さを１波長とする圧力変動となり、当該圧力変動の周波数が比較的高くなる。

一方、応動部材２２がループ管３に対して直列に配置され、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動に応動して応動部材２２が駆動される本実施例の場合には、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動の周波数（共振周波数）は、第１領域１０に位置する作動ガスをばねと見立てたときの気体ばね定数、第２領域１２に位置する作動ガスをばねと見立てたときの気体ばね定数、応動部材２２が往復振動する際の機械的ばね定数（ばね部材４０ａ，４０ｂのばね定数）、応動部材２２の質量、などに基づいて決まる。

また、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動に応じて駆動される応動部材２２の往復振動周波数は、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動の周波数と同じになる。

よって、ループ管３内の作動ガスに発生する自励的な圧力変動の周波数は、ループ管３内に応動部材２２を直列に設けない場合に比べ、大幅に低いものになり、それにより、当該圧力変動の周波数と位相は、第１領域１０内と第２領域１２内とで略同じとなる。

なお、当該圧力変動の振幅の大きさについては、後述するように、第１領域１０における作動ガスの圧力変動振幅と第２領域１２における作動ガスの圧力変動振幅とを比較すると、第１領域１０における作動ガスの圧力変動振幅の方が小さくなる。

また、一方、熱音響装置１では、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有するループ管３上の位置のうち、第２領域１２の軸方向の長さを第１領域１０の軸方向の長さよりも短くするループ管３上の位置に発電機２０を配置することで（換言すれば、第２領域１２の容積を第１領域１０の容積よりも小さくするループ管３上の位置に発電機２０を配置することで）、第２領域１２に存する気体の質量が第１領域１０に存する気体の質量よりも小さくなるよう構成されている。

これにより、ループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、第１領域１０における作動ガスの圧力変動振幅の大きさの方が、第２領域１２における作動ガスの圧力変動振幅の大きさよりも小さくなる。

これは次の理由による。すなわち、まず、ループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、応動部材２２の往復振動により、第１領域１０と第２領域との両方に同じ大きさの容積変化が起きる。但し、第１領域１０の容積が第２領域１２の容積よりも大きい。従って、この容積変化に起因する圧力変化（圧力振幅）の大きさは第１領域１０よりも第２領域において大きくなる。但し、圧力振幅の振幅中心は、第１領域１０と第２領域とにおいて同じとなる。

更に、熱音響装置１は、第２の放熱部１４も備える。第２の放熱部１４は、第１端部２６ａと加熱部５の端部５ａとの間のループ管３の部分に設けられている。第２の放熱部１４は、放熱部７と同様に、ループ管３内の気体を部分的に冷却する部分であり、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。

［熱音響装置１の作動説明］
このように構成された熱音響発電機１において、上記のように蓄熱部９内で温度勾配が生じると、蓄熱部９内の熱エネルギが作動ガスの自励的な圧力振動のエネルギに変換される。

すなわち、蓄熱部９内の温度勾配により、蓄熱部９内の作動ガスが蓄熱部９内の低温側から高温側に移動したとき、作動ガスは蓄熱部９内の微細通路の壁から熱を吸収しながら膨張する。また、作動ガスが蓄熱部９内の高温側から低温側に移動したときは、作動ガスは蓄熱部９内の微細通路の壁に熱を排熱しながら収縮する。

このようなループ管３内の蓄熱部９での作動ガスの吸熱と排熱に伴う膨張と収縮が、ループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動を発生させる。そして、この圧力変動に応動して応動部材２２が自励的な往復振動を行う。これにより、発電機２０における発電が実現される。発電機２０において得られた電力は、図示しない発電電力出力回路等を介して発電機２０外に出力される。

［熱音響装置１による作用・効果の説明］
本実施例では、応動部材２２がループ管３に対して直列に配置され、応動部材２２の第１端部２６ａと第２端部２８ａとがループ管３の軸方向における作動ガスの流路に面するように配置されている。

従って、本実施例の熱音響装置１によれば、ループ管３内の気体に生ずる時間平均の質量流束（図１７に示された質量流束Ｆｂ参照）が、応動部材２２（詳しくは、第１端部２６ａ）によって少なくとも部分的にせき止められ、低減される。すなわち、本実施例の熱音響装置１によれば、このように時間平均の質量流束が低減される分だけ、熱−仕事変換効率を向上できる。

また、本実施例の熱音響装置１は、ループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅とが一致すると共に、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位位相と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位位相とが一致するよう構成されている。

第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とが不一致であると、応動部材２２が往復振動を行えない。

しかし、本実施例の熱音響装置１では、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致すよう構成されているので、応動部材２２が往復振動を持続しうる。

以下、このことを図２を用いて説明する。
図２は、ループ管３内の作動ガスに熱音響効果による自励的な圧力変動が発生した際における、作動ガスの圧力振幅Ｐ（第１領域１０と第２領域１２とで圧力振幅Ｐの大きさは異なるが位相は同じ；図２ではこの圧力振幅Ｐの位相を基準とする）と、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅Ｄ１と、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅Ｄ２と、の関係をベクトル表示図として模式的に示した図である。

ここで、ベクトル表示された圧力振幅Ｐと変位振幅Ｄ１との間の角度θ１は、圧力振幅Ｐと変位振幅Ｄ１との間の位相差を示している。また、圧力振幅Ｐと変位振幅Ｄ２との間の角度θ２は、圧力振幅Ｐと変位振幅Ｄ２との間の位相差を示している。

第１隣接領域１０ａに存する作動ガスは、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスに比べると、放熱部７、蓄熱部９、加熱部５を介して第１隣接領域１０ａに至る仕事流の流路において、熱エネルギの付与を受けた作動ガスであることや、第２隣接領域１２ａから第１隣接領域１０ａに至るループ管３内の経路を隔てた位置にある作動ガスであることに起因して、変位振幅の大きさが大きい一方（｜Ｄ１｜＞｜Ｄ２｜）、圧力振幅Ｐとの位相差も大きい（θ１＞θ２）。

このように第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅（｜Ｄ１｜）と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅（｜Ｄ２｜）とが不一致であると共に、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位位相と第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位位相とが不一致である（θ１≠θ２）場合には、応動部材２２が往復振動を行えない。

そこで、本実施例では、圧力容器３０と第１キャピラリ管４５と第２キャピラリ管４７とを備える変位振幅・位相調整構成を共鳴器として機能させることで、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相（Ｄ１）に対して、図２中のＡ１に相当する調整を施す。更に、本実施例では、応動部材２２の往復振動のため仕事流が応動部材２２において消費されることに対応した調整（図２中のＡ２に相当する調整）を第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相に対して施す。

以上の変位振幅および変位位相の調整により、第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相が、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と一致する。これにより、応動部材２２が往復振動を持続することが可能になる。

また、本実施例では、第２領域１２に存する気体の質量が第１領域１０に存する気体の質量よりも小さくなるよう構成されている。
よって、加熱部５から第１領域１０を介して応動部材２２の第１端部２６ａに伝達される仕事（応動部材２２が第１端部２６ａにて作動ガスから受けるＰＶ仕事に相当する仕事流）が、応動部材２２の第２端部２８ａから第２領域１２を介して放熱部７に伝達される仕事（応動部材２２が第２端部２８ａを介して作動ガスに対して行うＰＶ仕事に相当する仕事流）よりも大きくなる。

このように、応動部材２２が第１領域１０を介して第１端部２６ａで受ける仕事流の大きさが、第２端部２８ａから第２領域１２を介して放熱部７に流出させる仕事流の大きさよりも大きくなる場合には、第１端部２６ａで受ける仕事流と第２端部２８ａから流出させる仕事流との差に相当する仕事流を、応動部材２２が自己の往復振動のために消費できる。

従って、本実施例によれば、このように応動部材２２が往復振動のために仕事流を消費できる分だけ、応動部材２２の往復振動を持続でき、その結果、発電機２２による発電を継続的に行うことが可能となる。

また、本実施例の熱音響装置１は、第１端部２６ａと加熱部５の端部５ａとの間のループ管３の部分に第２の放熱部１４を備えている。よって、ループ管３において加熱部５として機能する部位を加熱部５近傍の部位に好適に制限することが可能になる。

なお、変位振幅・位相調整構成により調整する作動ガスの変位振幅および変位位相の大きさ（図２中のＡ１に相当する調整量）が比較的小さい場合には、第２キャピラリ管４７を省いても良い。
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図３は、実施例２の熱音響装置１Ａの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例２）が上記実施例１と異なるのは、第１キャピラリ管４５および第２キャピラリ管４７が、第１貫通孔５１および第２貫通孔５３に置き換えられた点（実施例１の発電機２０が、当該発電機２０に対して第１貫通孔５１および第２貫通孔５３を追加された発電機２０Ａに置き換えられた点）だけである。

第１貫通孔５１（第１連通路の一例）は、第１領域１０と圧力容器３０内とを連通させるよう、第１端部２６ａをなす部材であるピストン２６を貫通する貫通孔である。また、第２貫通孔５３（第２連通路の一例）は、第２領域１２と圧力容器３０内とを連通させるよう、第２端部２８ａをなす部材であるピストン２８を貫通する貫通孔である。

本実施例の発電機２０Ａは、ピストン２６に第１貫通孔５１が設けられていると共にピストン２８に第２貫通孔５３が設けられている点でのみ、実施例１の発電機２０と異なる。

本実施例では、圧力容器３０と第１貫通孔５１と第２貫通孔５３とを備える変位振幅・位相調整構成を、実施例１の変位振幅・位相調整構成と同様に、共鳴器として機能させる。

つまり、第１貫通孔５１の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも高い周波数の作動ガス変位が第１貫通孔５１と圧力容器３０とからなる領域内で起きるよう調整されている。

また、第２貫通孔５３の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも低い周波数の作動ガス変位が第２貫通孔５３と圧力容器３０とからなる領域内で起きるよう調整されている。

従って、実施例２によれば、実施例１の効果に加え、実施例１のように応動部材２２とは別構成の部材として第１キャピラリ管４５および第２キャピラリ管４７を設ける代わりに、応動部材２２に組み込まれた第１貫通孔５１および第２貫通孔５３を設けた分だけ、変位振幅・位相調整構成（延いては熱音響装置１Ａ）のコンパクト化を図れるという効果が得られる。

なお、本実施例の変位振幅・位相調整構成により調整する作動ガスの変位振幅および変位位相の大きさ（図２中のＡ１に相当する調整量）が比較的小さい場合には、第２貫通孔５３を省いても良い。
［実施例３］
次に、実施例３について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図４（ａ）は、実施例３の熱音響装置１Ｂの概略構成を示す図であり、図４（ｂ）は、熱音響装置１Ｂのピストン２６，２８の横断面図である。

本実施例（実施例３）が上記実施例１と異なるのは、第１キャピラリ管４５および第２キャピラリ管４７が、第１連通溝５５および第２連通溝５７とに置き換えられた点（実施例１の発電機２０が、当該発電機２０に対して第１連通溝５５および第２連通溝５７を追加された発電機２０Ｂに置き換えられた点）だけである。

第１連通溝５５（第１連通路の一例）は、第１領域１０と圧力容器３０内とを連通させるよう、第１端部２６ａをなす部材であるピストン２６の外周面に設けられた溝である。また、第２連通溝５７（第２連通路の一例）は、第２領域１２と圧力容器３０内とを連通させるよう、第２端部２８ａをなす部材であるピストン２８の外周面に設けられた溝である。

本実施例では、圧力容器３０と第１連通溝５５と第２連通溝５７とを備える変位振幅・位相調整構成を、実施例１の変位振幅・位相調整構成と同様に、共鳴器として機能させる。

つまり、第１連通溝５５の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも高い周波数の作動ガス変位が第１連通溝５５と圧力容器３０とからなる領域内で起きるよう調整されている。

また、第２連通溝５７の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも低い周波数の作動ガス変位が第２連通溝５７と圧力容器３０とからなる領域内で起きるよう調整されている。

従って、実施例３によれば、実施例１の効果に加え、実施例１のように応動部材２２とは別構成の部材として第１キャピラリ管４５および第２キャピラリ管４７を設ける代わりに、応動部材２２に組み込まれた第１連通溝５５および第２連通溝５７を設けた分だけ、変位振幅・位相調整構成（延いては熱音響装置１Ｂ）のコンパクト化を図れるという効果が得られる。

なお、本実施例の変位振幅・位相調整構成により調整する作動ガスの変位振幅および変位位相の大きさ（図２中のＡ１に相当する調整量）が比較的小さい場合には、第２連通溝５７を省いても良い。
［実施例４］
次に、実施例４について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図５は、実施例４の熱音響装置１Ｃの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例４）が上記実施例１と異なるのは、実施例１の発電機２０が発電機２０Ｃに置き換えられた点だけである。発電機２０Ｃは、実施例１の発電機２０に対して、第１端部２６ａの面積が第２端部２８ａの面積よりも大きくなるよう２つのピストン２６，２８（およびシリンダ３２）が構成される変更が加えられたものである。

実施例４によれば、実施例１の効果に加え、次の効果が得られる。
すなわち、本実施例によれば、第１端部２６ａの面積が第２端部２８ａの面積よりも大きい分だけ、応動部材２２が自己の往復振動のために消費できるＰＶ仕事に相当する仕事流（応動部材２２が第１領域１０の作動ガスから第１端部２６ａで受ける仕事流と応動部材２２が第２端部２８ａから第２領域１２の作動ガスに流出させる仕事流との差に相当する仕事流）の大きさを大きくできる。

従って、このように応動部材２２が往復振動のために消費できる仕事流の大きさを大きくできる分だけ、ループ管３内の作動ガスに生じる自励的な圧力変動に応じた応動部材２２の往復振動をより好適に持続させることが可能となる。
［実施例５］
次に、実施例５について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図６は、実施例５の熱音響装置１Ｄの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例５）が上記実施例１と異なるのは、実施例１の発電機２０と異なり、実施例５の発電機２０Ｄでは、ばね部材４０ａ，４０ｂが省かれ、シリンダ３２が可動子２４とピストン２６,２８の往復移動を可能にすべく、ピストン２６,２８を支持している点だけである。

本実施例では、ループ管３内の作動ガスに生じる自励的な圧力変動に応じた応動部材２２の往復振動の際の、応動部材２２の中立位置への復帰が、コイル３８と永久磁石４２との相互作用により発生する拘束力（換言すれば、コイル３８に流れる電流と永久磁石４２による磁界との間に作用する電磁力）のみで実現される。

従って、実施例５によれば、実施例１の効果に加え、ばね部材４０ａ，４０ｂを省ける分だけ、発電機２０Ｄ（延いては、熱音響装置１Ｄ）の構成を簡略化できるという効果が得られる。
［実施例６］
次に、実施例６について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図７は、実施例６の熱音響装置１Ｅの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例６）が上記実施例１と異なるのは、実施例１の変位振幅・位相調整構成が、第１キャピラリ管６１と第２キャピラリ管６３とバッファ容器６５とを備える変位振幅・位相調整構成に置き換えられた点と、実施例１の発電機２０が発電機２０Ｅに置き換えられた点である。

実施例１の発電機２０における応動部材２２が、可動子２４とピストン２８とを備えた（ピストン２６が省かれた）応動部材２２Ｅに置き換えられると共に、実施例１のピストン３２が、ピストン２８を往復移動可能に内部に配置するピストン３２Ｅに置き換えられるという変更が実施例１の発電機２０に加えられたのが発電機２０Ｅである。

第１キャピラリ管６１の一端６１ａは、第１領域１０に接続され、他端６１ｂは、バッファ容器６５（第１容器の一例）内に接続されている。実施例６では、第１キャピラリ管６１の一端６１ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の一端部３０ａ近傍に位置している。第１キャピラリ管６１の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも高い周波数の作動ガス変位が第１キャピラリ管６１とバッファ容器６５とからなる領域内で起きるよう調整されている。

第２キャピラリ管６３の一端６３ａは、第２領域１２に接続され、他端６３ｂは、バッファ容器６５内に接続されている。実施例６では、第２キャピラリ管６３の一端６３ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の他端部３０ｂ（換言すれば、第２端部２８ａ）近傍に位置している。第２キャピラリ管６３の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも低い周波数の作動ガス変位が第２キャピラリ管６３とバッファ容器６５とからなる領域内で起きるよう調整されている。

バッファ容器６５は、内部にバッファ空間を有する容器である。
実施例６では、ピストン２８の可動子２４側の端部２８ｂが実施例１の第１端部２６ａと同様に機能する。

つまり、実施例６では、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、第１キャピラリ管６１と第２キャピラリ管６３とバッファ容器６５とを備える変位振幅・位相調整構成を共鳴器として機能させることにより、第１領域１０のうち端部２８ｂに隣接する領域である第１隣接領域１０ａＥに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とをそれぞれ一致させる。

実施例６によれば、実施例１の効果に加え、次の効果が得られる。
すなわち、実施例６では、バッファ容器６５が、実施例１の圧力容器３０と異なり、発電機２０Ｅとは別構成のものとして構成されている分だけ、バッファ容器６５の形状、大きさ、位置を自由に設定できるという効果が得られる。

また、実施例６では、応動部材２２Ｅがピストン２６を有さないものとして構成された分だけ、応動部材２２Ｅの構成（延いては、熱音響装置１Ｅの構成）を簡略化できるという効果が得られる。

なお、本実施例の変位振幅・位相調整構成により調整する作動ガスの変位振幅および変位位相の大きさ（図２中のＡ１に相当する調整量）が比較的小さい場合には、第２キャピラリ管６３を省いても良い。
［実施例７］
次に、実施例７について説明する。

本実施例（実施例７）は、上記実施例６の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例６と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図８は、本実施例の熱音響発電機１Ｆの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例６と異なるのは、実施例６の第１キャピラリ管６１と第２キャピラリ管６３とバッファ容器６５とを備える変位振幅・位相調整構成が、第１バッファ容器６７と第１キャピラリ管６９と第２バッファ容器７１と第２キャピラリ管７３とを備える変位振幅・位相調整構成に置き換えられた点だけである。

第１キャピラリ管６９の一端６９ａは、第１領域１０に接続され、他端６９ｂは、第１バッファ容器６７（第１容器の一例）内に接続されている。実施例７では、第１キャピラリ管６９の一端６９ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の一端部３０ａ近傍に位置している。第１キャピラリ管６９の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも高い周波数の作動ガス変位が第１バッファ容器６７と第１キャピラリ管６９とからなる領域内で起きるよう調整されている。

第２キャピラリ管７３の一端７３ａは、第２領域１２に接続され、他端７３ｂは、第２バッファ容器７１内に接続されている。実施例７では、第２キャピラリ管７３の一端７３ａは、ループ管３の軸方向上に位置する圧力容器３０の他端部３０ｂ近傍（換言すれば、第２端部２８ａ近傍）に位置している。第２キャピラリ管７３の長さや径については、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数よりも低い周波数の作動ガス変位が第２キャピラリ管７３と第２バッファ容器７１とからなる領域内で起きるよう調整されている。

第１バッファ容器６７および第２バッファ容器７１は、共に、内部にバッファ空間を有する容器である。
実施例７では、実施例６の場合と同様、ピストン２８の可動子２４側の端部２８ｂが実施例１の第１端部２６ａと同様に機能する。

つまり、実施例７では、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、第１バッファ容器６７と第１キャピラリ管６９と第２バッファ容器７１と第２キャピラリ管７３とを備える変位振幅・位相調整構成を共鳴器として機能させることにより、第１領域１０のうち端部２８ｂに隣接する領域である第１隣接領域１０ａＥに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とをそれぞれ一致させる。

実施例７によれば、実施例１の効果に加え、次の効果が得られる。
すなわち、実施例７では、第１バッファ容器６７および第２バッファ容器７１が、実施例１の圧力容器３０と異なり、発電機２０Ｅとは別構成のものとして構成されている分だけ、第１バッファ容器６７および第２バッファ容器７１の形状、大きさ、位置を自由に設定できるという効果が得られる。

また、実施例７では、応動部材２２Ｅがピストン２６を有さないものとして構成された分だけ、応動部材２２Ｅの構成（延いては、熱音響装置１Ｆの構成）を簡略化できるという効果が得られる。

なお、本実施例の変位振幅・位相調整構成により調整する作動ガスの変位振幅および変位位相の大きさ（図２中のＡ１に相当する調整量）が比較的小さい場合には、第２バッファ容器７１と第２キャピラリ管７３を省いても良い。
［実施例８］
次に、実施例８について説明する。

尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図９は、実施例８の熱音響装置１Ｇの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例８）が上記実施例１と異なるのは、実施例１の発電機２０が、当該発電機２０からヨーク３４、支持体３６、コイル３８、永久磁石４２が省かれた共振器２０Ｇに置き換えられた点と、第２領域１２での作動ガスの圧力変動に応動して発電を行う発電機８０が、第２領域１２をなすループ管３の部分に分岐するように設けられた点だけである。

実施例８の熱音響装置１Ｇにおいても、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、実施例１の場合と同様の作用・効果に基づき、応動部材２２が継続的に往復振動を行う。

発電機８０は、このようにループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生して応動部材２２が継続的に往復振動を行っているときに、当該圧力変動のエネルギを起電力として取り出す。

本実施例では、発電機８０は、放熱部７の端部７ａ近傍のループ管３の部分に設けられている。ループ管３内で自励的な圧力変動が発生した際の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置に発電機８０を取り付ければ、当該圧力変動のエネルギを効率良く発電機８０で利用できるところ、本実施例では、このように圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置は、放熱部７内部となる。

従って、本実施例のように、放熱部７の端部７ａ近傍のループ管３の部分に発電機８０を設ければ、作動ガスの圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度に近い部位で発電機８０を効率良く駆動できる。

なお、本実施例において、発電機８０は、次の構成を有するものである。
すなわち、まず、発電機８０は、直線的に往復移動される可動子８２を備えたリニア型のものである。発電機８０は、ループ管３の側部に分岐するように接続され、隣接するループ管３内の部分で生じる圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器８４を備えている。圧力容器８４内には、シリンダ８６と、ピストン８８が配設されている。シリンダ８６は、ループ管３と圧力容器８４との接続箇所近傍に設けられており、ピストン８８は、シリンダ８６内に往復移動可能に配置されている。

ピストン８８には可動子８２の一端が連結されており、可動子８２をなす軸部の周囲に、磁路を形成するヨーク９０が配置されている。可動子８２に取り付けられた支持体９２には、可動子８２の側面を包囲するコイル９４が設けられている。そして、可動子８２の両端部には、積層された板ばねなどからなるばね部材９６ａ，９６ｂが装着され、可動子８２とピストン８８の往復移動を可能にすべく、可動子８２を支持している。また、スラスト軸受９０におけるコイル９４と対向する箇所には複数の永久磁石９８が取り付けられている。これにより、例えば、ループ管３内で生じる自励的な圧力変動に応じて可動子８２とピストン８８が往復振動した際には、コイル９４と永久磁石９８との相互作用により、コイル９４に起電力（誘導起電力）が発生し、その結果、発電が行われることになる。

なお、コイル９４と永久磁石９８との位置関係を入れ替えても良いのは勿論である。すなわち、支持体９２に永久磁石９８を取り付けると共に、ヨーク９０における永久磁石９８と対向する箇所にコイル９４を取り付け、可動子８２とピストン８８が往復振動することに応じて、コイル９４と永久磁石９８との相互作用により、コイル９４に起電力（誘導起電力）を発生させても良い。更に、発電機８０の周囲にばね要素を含む防振器を取り付けることで、発電機８０（圧力容器８４）に生じる振動を抑制できるよう構成しても良い。
［実施例９］
次に、実施例９について説明する。

本実施例（実施例９）は、上記実施例８の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例８と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１０は、本実施例の熱音響発電機１Ｈの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例８と異なるのは、実施例８の発電機８０が、第２領域１２での作動ガスの圧力変動に応じて動作する冷凍機１００に置き換えられた点だけである。
冷凍機１００は、ループ管３の軸方向に直列となるよう、第２領域１２をなすループ管３の部分に設けられている。冷凍機１００は、冷凍用吸熱部１０２と、冷凍用放熱部１０４と、冷凍用蓄冷部１０６とを備える。

冷凍用吸熱部１０２は、ループ管３外の熱を吸熱してループ管３内の部分の作動ガスに付与する部分であり、例えば、吸熱用の熱交換器（吸熱フィン）を用いて構成される。
冷凍用放熱部１０４は、ループ管３内の作動ガスが有する熱を放熱させる部分であり、放熱部７と同様の熱交換器から構成される。

冷凍用蓄冷部１０６は、冷凍用吸熱部１０２と冷凍用放熱部１０４とに挟まれたループ管３内における箇所に配置され、冷凍用吸熱部１０２で吸熱された熱を冷凍用放熱部１０４に供給する。冷凍用蓄冷部１０６は、蓄熱部９と同様の構造を持つものとして構成できる。

そして、冷凍用吸熱部１０２、冷凍用蓄冷部１０６、冷凍用放熱部１０４は、ループ管３の第２領域１２における放熱部７から第２端部２８ａに至る経路において、冷凍用吸熱部１０２、冷凍用蓄冷部１０６、冷凍用放熱部１０４の順で、配置されている。

更に、本実施例では、放熱部７の端部７ａ近傍のループ管３の部分に冷凍用吸熱部１０２が位置するよう、冷凍機１００は設けられている。
従って、本実施例によれば、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、当該圧力変動に応じて発生する冷凍用吸熱部１０２での吸熱により、冷凍用吸熱部１０２に接する外気を冷却できる。冷凍機１００を有する熱音響装置１Ｈを外気冷却を要する種々の目的（排ガス冷却、空調等）のために利用できる。

また、ループ管３内で自励的な圧力変動が発生した際の圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置に冷凍用吸熱部１０２が位置するよう冷凍機１００を取り付ければ、当該圧力変動のエネルギを効率良く冷凍機１００で利用できるところ、本実施例では、このように圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置は、放熱部７内部となる。

従って、本実施例のように、放熱部７の端部７ａ近傍のループ管３の部分に冷凍用吸熱部１０２が位置するよう冷凍機１００を設ければ、作動ガスの圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度に近い部位で冷凍機１００を効率良く動作させることができる。
［実施例１０］
次に、実施例１０について説明する。

本実施例（実施例１０）は、上記実施例８の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例８と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１１は、本実施例の熱音響発電機１Ｉの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例８と異なるのは、実施例８の発電機８０が、第１領域１０での作動ガスの圧力変動に応じて動作するパルス管冷凍機１２０に置き換えられた点だけである。

本実施例では、パルス管冷凍機１２０は、第１領域１０をなすループ管３の部分のうち、第２の放熱部１４と第１端部２６ａとの間の部分に、ループ管３から分岐するように設けられた管状部材１２２として構成されている。

パルス管冷凍機１２０は、冷凍用吸熱部１２４と、冷凍用放熱部１２６と、冷凍用蓄冷部１２８と、パルス管部１３０と、冷凍用第２放熱部１３２と、を備える。
冷凍用吸熱部１２４は、管状部材１２２外の熱を吸熱して管状部材１２２内の作動ガスに付与する部分であり、例えば、吸熱用の熱交換器（吸熱フィン）を用いて構成される。

冷凍用放熱部１２６は、管状部材１２２内の作動ガスが有する熱を放熱させる部分であり、放熱部７と同様の熱交換器から構成される。
冷凍用蓄冷部１２８は、冷凍用吸熱部１２４と冷凍用放熱部１２６とに挟まれた管状部材１２２における箇所に配置され、冷凍用吸熱部１２４で吸熱された熱を冷凍用放熱部１２６に供給する。冷凍用蓄冷部１２８は、蓄熱部９と同様の構造を持つものとして構成できる。

パルス管部１３０は、内部が空洞領域として構成された管状部材１２２の部分である。
冷凍用第２放熱部１３２は、管状部材１２２におけるループ管３と反対側の端部１２２ａに設けられ、管状部材１２２内の作動ガスが有する熱を放熱させる部分であり、放熱部７と同様の熱交換器から構成される。

そして、冷凍用放熱部１２６、冷凍用蓄冷部１２８、冷凍用吸熱部１２４、パルス管部１３０、冷凍用第２放熱部１３２は、管状部材１２２におけるループ管３側の端部１２２ｂからループ管３と反対側の端部１２２ａに至る経路において、冷凍用放熱部１２６、冷凍用蓄冷部１２８、冷凍用吸熱部１２４、パルス管部１３０、冷凍用第２放熱部１３２の順で、配置されている。

また、本実施例では、パルス管冷凍機１２０が、更に、冷凍用キャピラリ管１３４と、バッファタンク１３６とを有する位相調整器１３８を備える。
キャピラリ管１３４の一端１３４ａは、管状部材１２２の端部１２２ａに接続され、他端１３４ｂは、内部にバッファ空間を有するバッファタンク１３６に接続されている。

従って、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、当該圧力変動に応じて発生する冷凍用吸熱部１２４での吸熱により、冷凍用吸熱部１２４に接する外気を冷却できる。パルス管冷凍機１２０を有する熱音響装置１Ｉを外気冷却を要する種々の目的（排ガス冷却、空調等）のために利用できる。

ここで、パルス管冷凍機１２０の冷凍効率を向上させるためには、管状部材１２２内の作動ガスの圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置を、パルス管冷凍機１２０の冷凍用吸熱部１２４にできるだけ近い位置にすることが望ましいところ、本実施例では、位相調整器１３８を位相調整用の共鳴器として機能させることで、管状部材１２２内の作動ガスの圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置を冷凍用吸熱部１２４にできるだけ近づけている。

従って、本実施例のようにパルス管冷凍機１２０を構成すれば、位相調整器１３８を設けない場合に比べ、パルス管冷凍機１２０を効率良く動作させることができる。
なお、位相調整器１３８を設けない場合には、管状部材１２２内の作動ガスの圧力変動と気体変位との間の位相差が９０度となる位置が端部１２２ａをなす管状部材１２２の内壁面となる。

このように位相調整器１３８を設けない場合も、位相調整器１３８を設ける場合に比べれば冷凍効率は低くなるものの、パルス管冷凍機１２０を動作させることは可能である。
［実施例１１］
次に、実施例１１について説明する。

本実施例（実施例１１）は、上記実施例８の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例８と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１２は、本実施例の熱音響発電機１Ｊの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例８と異なるのは、第１領域１０での作動ガスの圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数の圧力変動が内部で発生する共鳴器１５０が追加された点だけである。

本実施例では、共鳴器１５０は、第１領域１０をなすループ管３の部分のうち、第２の放熱部１４と第１端部２６ａとの間の部分に、ループ管３から分岐するように設けられている。本実施例では、共鳴器１５０は、ループ管３に一端１５２ａが接続された共鳴管１５２と、共鳴管１５２の他端１５２ｂに対してテーパ形状の接続管部１５４を介して接続されたタンク１５６と、を備える。

熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、当該圧力変動の周波数と同一の周波数の圧力変動（圧力波）が共鳴器１５０で発生する。
従って、ループ管３内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅は、共鳴器１５０内で発生する圧力変動（圧力波）により、増大される。そして、このようにループ管３内の圧力変動の振幅が増大される分だけ、発電機８０による発電効率は向上される。
［実施例１２］
次に、実施例１２について説明する。

本実施例（実施例１２）は、上記実施例１１の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１３は、本実施例の熱音響発電機１Ｋの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例１１と異なるのは、実施例１１の発電機８０が、実施例９で説明した冷凍機１００に置き換えられた点だけである。
この熱音響装置１Ｋでは、ループ管３内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅は、共鳴器１５０内で発生する圧力変動（圧力波）により、増大される（実施例１１参照）。従って、このようにループ管３内の圧力変動の振幅が増大される分だけ、冷凍機１００による冷凍効率は向上される。
［実施例１３］
次に、実施例１３について説明する。

本実施例（実施例１３）は、上記実施例１１の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１４は、本実施例の熱音響発電機１Ｌの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例１１と異なるのは、実施例１１の発電機８０が、実施例１０で説明したパルス管冷凍機１２０に置き換えられた点だけである。
この熱音響装置１Ｌでは、ループ管３内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅は、共鳴器１５０内で発生する圧力変動（圧力波）により、増大される（実施例１１参照）。従って、このようにループ管３内の圧力変動の振幅が増大される分だけ、パルス管冷凍機１２０による冷凍効率は向上される。
［実施例１４］
次に、実施例１４について説明する。

本実施例（実施例１４）は、上記実施例８の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例８と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図１５は、本実施例の熱音響発電機１Ｍの概略構成を示す図である。

本実施例が上記実施例８と異なるのは、実施例８の発電機８０が、第１領域１０での作動ガスの圧力変動に応動して発電を行う発電機１６０に置き換えられた点だけである。
本実施例では、発電機１６０は、第１領域１０をなすループ管３の部分のうち、第２の放熱部１４と第１端部２６ａとの間の部分に、ループ管３から分岐するように設けられている。

発電機１６０の構成は実施例８の発電機８０と同じである。但し、発電機１６０では、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際に、当該圧力変動の周波数と同一の周波数で、可動子８２（可動子８２とピストン８８）が自励的に往復振動を行うよう構成されている。

従って、ループ管３内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の振幅は、発電機１６０における可動子８２の往復振動によって発生する圧力変動（圧力波）により、増大される。そして、このようにループ管３内の圧力変動の振幅が増大される分だけ、発電機１６０のピストン８８に作用する作動ガスの圧力の振幅も増大し、発電機１６０による発電効率は向上される。

なお、可動子８２（可動子８２とピストン８８）の自励的な往復振動の周波数（共振周波数）は、可動子８２が往復振動する際の機械的ばね定数（ばね部材９６ａ，９６ｂのばね定数）、圧力容器８４内の気体（作動ガス）をばねと見立てたときの気体ばね定数、可動子８２とピストン８８の質量、などの要素に基づいて決まる。

従って、発電機１６０の設計時には、これらの要素を適宜調整することで、ループ管３内に発生する自励的な圧力変動（圧力波）の周波数と、可動子８２（可動子８２とピストン８８）の自励的な往復振動の周波数とが一致するよう設定する。
［実施例１５］
次に、実施例１５について説明する。

尚、上記実施例１〜１４と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
［熱音響装置１Ｎの構成説明］
図１６は、本実施例の熱音響発電機１Ｎの概略構成を示す図である。

図１６に示す如く、熱音響装置１Ｎは、温度勾配発生部２００Ａと発電機（共振器の一例）２１０Ａとを有する熱音響共振部２２０Ａと、温度勾配発生部２００Ｂと発電機（共振器の一例）２１０Ｂとを有する熱音響共振部２２０Ｂと、ループ管３と、を備える。

温度勾配発生部２００Ａ，２００Ｂは、夫々、上述した実施例で説明した加熱部５と放熱部７と蓄熱部９とを備えている。温度勾配発生部２００Ａ，２００Ｂ夫々における加熱部５と放熱部７と蓄熱部９との間の相対的位置関係は、上述した実施例における相対的位置関係と同じである。

発電機２１０Ａ，２１０Ｂは、夫々、実施例１の発電機２０と同様の構成を有している。また、発電機２１０Ａ，２１０Ｂの夫々には、実施例１と同様の態様で接続された第１キャピラリ管４５と第２キャピラリ管４７とが設けられている。

つまり、個々の発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の圧力容器３０と、当該発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）に設けられた第１キャピラリ管４５と第２キャピラリ管４７とを備える構成（変位振幅・位相調整構成）が、実施例１と同様の共鳴器（ヘルムホルツ共振器）として機能する。

すなわち、熱音響効果によってループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生した際には、この変位振幅・位相調整構成が機能することにより、夫々の熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の応動部材２２における第１端部２６ａと当該発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）を有する熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）の隣のループ管３上の部分に設けられた熱音響共振部２２０Ｂ（２２０Ａ）が有する温度勾配発生部２００Ｂ（２００Ａ）における加熱部５との間におけるループ管３内の領域である第１領域１０のうち当該第１領域１０の一端をなす第１端部２６ａに隣接する第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、当該熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の応動部材２２における第２端部２８ａと当該発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）を有する熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が備える温度勾配発生部２００Ａ（２００Ｂ）における放熱部７との間におけるループ管３内の領域である第２領域１２のうち当該第２領域１２の一端をなす第２端部２８ａに隣接する第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、がそれぞれ一致する。

また、熱音響装置１では、２つの熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂが、次の３つの条件（条件１〜３）を満たす位置関係となるよう、ループ管３上に配置されている。
（条件１）
「夫々の熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の応動部材２２における第１端部２６ａが、当該発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）を有する熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）の隣のループ管３上の部分に設けられた熱音響共振部２２０Ｂ（２２０Ａ）が有する温度勾配発生部２００Ｂ（２００Ａ）における加熱部５と、ループ管３内の作動ガスを介して対向する。」
（条件２）
「夫々の熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の応動部材２２における第２端部２８ａが、当該発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）を有する熱音響共振部２２０Ａ（２２０Ｂ）が備える温度勾配発生部２００Ａ（２００Ｂ）における放熱部７と、ループ管３内の作動ガスを介して、対向する。」
（条件３）
「夫々の応動部材２２が有する第２端部２８ａに隣接する第２領域１２に存する作動ガスの質量が、当該応動部材２２が有する第１端部２６ａに隣接する第１領域１０に存する作動ガスの質量よりも小さくなるループ管３上の位置に、当該応動部材２２を有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）が配置されるよう、２つの熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂがループ管３上の２つの部分に夫々設けられる。」
また、本実施例では、温度勾配発生部２００Ａ，２００Ｂの夫々において、加熱部５として機能する部位を加熱部５近傍の部位に好適に制限するため、第１領域１０をなすループ管３の部分の夫々に第２の放熱部１４も設けられている。

［熱音響装置１Ｎの作動説明］
このように構成された熱音響装置１Ｎにおいて、熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂが備える温度勾配発生部２００Ａ，２００Ｂの蓄熱部９内で温度勾配が生じると、ループ管３内の作動ガスに自励的な圧力変動が発生する。そして、この圧力変動に応動して夫々の熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂが有する発電機２１０Ａ，２１０Ｂの応動部材２２が自励的な往復振動を行う。これにより、熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂが有する発電機２１０Ａ，２１０Ｂにおける発電が実現される。発電機２１０Ａ，２１０Ｂにおいて得られた電力は、図示しない発電電力出力回路等を介して発電機２１０Ａ，２１０Ｂ外に出力される。

［熱音響装置１Ｎによる作用・効果の説明］
本実施例では、夫々の応動部材２２がループ管３に対して直列に配置され、夫々の応動部材２２の第１端部２６ａと第２端部２８ａとがループ管３の軸方向における作動ガスの流路に面するように配置されている（上記の「条件１」と「条件２」参照）。

従って、本実施例の熱音響装置１Ｎにおいても、ループ管３内の気体に生ずる時間平均の質量流束（図１７に示された質量流束Ｆｂ参照）が、夫々の応動部材２２（詳しくは、第１端部２６）によって少なくとも部分的にせき止められ、低減される。すなわち、本実施例の熱音響装置１Ｎによれば、このように時間平均の質量流束が低減される分だけ、熱−仕事変換効率を向上できる。

また、熱音響装置１Ｎにおいては、夫々の応動部材２２の一端である第１端部２６ａに面する第１隣接領域１０ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相と、他端である第２端部２８ａに面する第２隣接領域１２ａに存する作動ガスの変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されているので、夫々の応動部材２２が往復振動を持続しうる。

更に、熱音響装置１Ｎにおいては、夫々の応動部材２２が有する第２端部２８ａに隣接する第２領域１２に存する作動ガスの質量が、当該応動部材２２が有する第１端部２６ａに隣接する第１領域１０に存する作動ガスの質量よりも小さくなるループ管３上の位置に、当該応動部材２２を有する発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）が配置されるよう、２つの熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂがループ管上の２つの部分に夫々設けられている（上記の「条件３」参照）。

従って、熱音響装置１Ｎにおいては、夫々の応動部材２２が第１領域１０を介して第１端部２６ａで受ける仕事流の大きさが、当該応動部材２２の第２端部２８ａから第２領域１２を介して流出させる仕事流の大きさよりも大きくなる。

それ故、夫々の応動部材２２が、第１端部２６ａで受ける仕事流と第２端部２８ａから流出させる仕事流との差に相当する仕事流を、当該応動部材２２が自己の往復振動のために消費できる。つまり、熱音響装置１Ｎによれば、このように夫々の応動部材２２が往復振動のために仕事流を消費できる分だけ、当該応動部材２２の往復振動を持続させること（各発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）での発電）が可能となる。

また、例えば、本実施例の熱音響装置１Ｎのループ管３内の作動ガスの質量・容積が、実施例１の熱音響装置１のループ管３内の作動ガスの質量・容積と同じであり、実施例１の発電機２０の各部寸法と本実施例の発電機２１０Ａ（２１０Ｂ）の各部寸法とが同じである場合には、次の効果も得られる。

すなわち、実施例１のように１つの発電機２０の応動部材２２を往復振動させる場合よりも、本実施例のように２個の発電機２１０Ａ，２１０Ｂの応動部材２２を往復振動させる場合の方が、応動部材２２の往復振動に伴うループ管３内の作動ガスの容積変化量を大きくすることができる。

よって、このように容積変化量の大きい状態で駆動される本実施例の熱音響装置１Ｎでは、ループ管３内で発生する作動ガスの圧力変動の振幅が実施例１の場合よりも大きくなる。そして、このように圧力変動の振幅が大きくなる分だけ、本実施例の熱音響装置１では、発電効率が高くなるという効果が得られる。

［実施例１５の変形例］
実施例１５では、熱音響発電機１Ｎが２つの熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂを有するものとして説明したが、実施例１５で述べた諸条件を満たす限り、熱音響装置１Ｎが有する熱音響共振部（２２０Ａ，２２０Ｂ）の数は３つ以上であっても良い。

また、熱音響共振部２２０Ａ，２２０Ｂが有する発電機２１０Ａ，２１０Ｂや変位振幅・位相調整構成に関しては、実施例１と同様の構成の他、実施例２〜７のいずれかに記載の発電機や変位振幅・位相調整構成を採用しても良い。

また、本実施例の発電機２１０Ａ，２１０Ｂや変位振幅・位相調整構成を実施例８〜１４に記載の共振器や変位振幅・位相調整構成に置き換えても良い。
そして、このように置き換えた場合には、第２領域１２をなすループ管３の複数の部分のうち少なくとも１つに実施例８の発電機８０あるいは実施例９の冷凍機１００を設けても良いし、第１領域１０をなすループ管３の複数の部分のうち少なくとも１つに実施例１０のパルス管冷凍機１２０あるいは実施例１４の発電機１６０を設けても良い。

また、第１領域１０をなすループ管３の複数の部分のうち少なくとも１つに実施例１１の共鳴器１５０を設けても良い。

実施例１の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１の熱音響装置において、ループ管内の作動ガスに熱音響効果による自励的な圧力変動が発生した際における、作動ガスの圧力振幅Ｐと、第１隣接領域に存する作動ガスの変位振幅Ｄ１と、第２隣接領域に存する作動ガスの変位振幅Ｄ２と、の関係をベクトル表示図として模式的に示した図である。 実施例２の熱音響装置の概略構成を示す図である。 （ａ）は、実施例３の熱音響装置の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、実施例３の熱音響装置が備えるピストンの横断面図である。 実施例４の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例５の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例６の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例７の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例８の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例９の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１０の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１１の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１２の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１３の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１４の熱音響装置の概略構成を示す図である。 実施例１５の熱音響装置の概略構成を示す図である。 従来構成を示す説明図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ，１Ｎ…熱音響装置、３…ループ管、５…加熱部、５ａ…端部、７…放熱部、７ａ…端部、９…蓄熱部、１０…第１領域、１２…第２領域、１０ａ，１０ａＥ…第１隣接領域、１２ａ…第２隣接領域、１４…第２の放熱部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…発電機、２０Ｇ…共振器、２２，２２Ｅ…応動部材、２４…可動子、２６…ピストン、２６ａ，２８ｂ…第１端部、２８…ピストン、２８ａ…第２端部、３０…圧力容器、３２…シリンダ、３４…ヨーク、３６…支持体、３８…コイル、４０ａ，４０ｂ…ばね部材、４２…永久磁石、４５…第１キャピラリ管、４７…第２キャピラリ管、５１…第１貫通孔、５３…第２貫通孔、５５…第１連通溝、５７…第２連通溝、６１…第１キャピラリ管、６３…第２キャピラリ管、６５…バッファ容器、６７…第１バッファ容器、６９…第１キャピラリ管、７１…第２バッファ容器、７３…第２キャピラリ管、８０…発電機、８２…可動子、８４…圧力容器、８６…シリンダ、８８…ピストン、９０…ヨーク、９２…支持体、９４…コイル、９６ａ，９６ｂ…ばね部材、９８…永久磁石、１００…冷凍機、１０２…冷凍用吸熱部、１０４…冷凍用放熱部、１０６…冷凍用蓄冷部、１２０…パルス管冷凍機、１２２…管状部材、１２４…冷凍用吸熱部、１２６…冷凍用放熱部、１２８…冷凍用蓄冷部、１３０…パルス管部、１３２…冷凍用第２放熱部、１３４…冷凍用キャピラリ管、１３６…バッファタンク、１３８…位相調整器、１５０…共鳴器、１５２…共鳴管、１５４…接続管部、１５６…タンク、１６０…発電機、２００Ａ，２００Ｂ…温度勾配発生部、２１０Ａ，２１０Ｂ…発電機、２２０Ａ，２２０Ｂ…熱音響共振部

Claims (36)

1. 内部に気体が充填されたループ管と、
   前記ループ管内の気体を加熱する加熱部と、
   前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、
   前記加熱部と前記放熱部とに挟まれた前記ループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、
   前記ループ管の一部分に前記ループ管の軸方向に直列となるよう配置され、前記蓄熱部内で生じる温度勾配によって前記ループ管内の気体に発生する自励的な圧力変動に応動して往復振動を行う応動部材を有する共振器と、
   を備え、
   前記応動部材は、
   前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記ループ管内の気体を介して対向する端部である第１端部と、
   前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記ループ管内の気体を介して対向する端部である第２端部と、
   を有し、
   前記圧力変動の際に、前記ループ管内の前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第１端部との間の領域である第１領域のうち前記第１端部に隣接する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記ループ管内の前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第２端部との間の領域である第２領域のうち前記第２端部に隣接する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成され、
   前記第２領域に存する気体の質量が、前記第１領域に存する気体の質量よりも小さくなる前記ループ管上の位置に、前記共振器が配置されたことを特徴とする熱音響装置。
2. 請求項１に記載の熱音響装置において、
   前記共振器は、
   前記応動部材を内部に収納する圧力容器を更に備え、
   前記第１領域と前記圧力容器内とを連通させる第１連通路を設けて、
   前記圧力容器と前記第１連通路とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、前記圧力変動の際に、前記第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
3. 請求項２に記載の熱音響装置において、
   前記第１連通路は、
   一端が前記第１領域に接続され、他端が前記圧力容器内に接続された第１キャピラリ管を有することを特徴とする熱音響装置。
4. 請求項３に記載の熱音響装置において、
   前記第１キャピラリ管は、当該第１キャピラリ管が前記ループ管と前記圧力容器の外部に配置されるよう、前記ループ管と前記圧力容器に対して取り付けられたことを特徴とする熱音響装置。
5. 請求項２に記載の熱音響装置において、
   前記第１連通路は、
   前記第１領域と前記圧力容器内とを連通させるよう、前記応動部材の前記第１端部をなす部材に当該部材を貫通する第１貫通孔を設けることにより形成されたことを特徴とする熱音響装置。
6. 請求項２に記載の熱音響装置において、
   前記第１連通路は、
   前記第１領域と前記圧力容器内とを連通させるよう、前記応動部材の前記第１端部をなす部材の外周面に第１連通溝を設けることにより形成されたことを特徴とする熱音響装置。
7. 請求項２〜６のいずれかに記載の熱音響装置において、
   前記第２領域と前記圧力容器内とを連通させる第２連通路を更に設けて、
   前記圧力容器と前記第１連通路と前記第２連通路とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、前記圧力変動の際に、前記第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
8. 請求項７に記載の熱音響装置において、
   前記第２連通路は、
   一端が前記第２領域に接続され、他端が前記圧力容器内に接続された第２キャピラリ管を有することを特徴とする熱音響装置。
9. 請求項８に記載の熱音響装置において、
   前記第２キャピラリ管は、当該第２キャピラリ管が前記ループ管と前記圧力容器の外部に配置されるよう、前記ループ管と前記圧力容器に対して取り付けられたことを特徴とする熱音響装置。
10. 請求項７に記載の熱音響装置において、
    前記第２連通路は、
    前記第２領域と前記圧力容器内とを連通させるよう、前記応動部材の前記第２端部をなす部材に当該部材を貫通する第２貫通孔を設けることにより形成されたことを特徴とする熱音響装置。
11. 請求項７に記載の熱音響装置において、
    前記第２連通路は、
    前記第２領域と前記圧力容器内とを連通させるよう、前記応動部材の前記第２端部をなす部材の外周面に第２連通溝を設けることにより形成されたことを特徴とする熱音響装置。
12. 請求項１に記載の熱音響装置において、
    前記第１領域に連通するよう一端が前記ループ管に接続された第１キャピラリ管と、
    該第１キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有する第１容器と、
    を設けて、
    前記第１容器と前記第１キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、前記圧力変動の際に、前記第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
13. 請求項１２に記載の熱音響装置において、
    一端が前記第２領域に連通するよう前記ループ管に接続され、他端が前記第１容器に接続された第２キャピラリ管を更に設けて、
    前記第１容器と前記第１キャピラリ管と前記第２キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、前記圧力変動の際に、前記第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
14. 請求項１２に記載の熱音響装置において、
    前記第２領域に連通するよう一端が前記ループ管に接続された第２キャピラリ管と、
    該第２キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有する第２容器と、
    を更に設けて、
    前記第１容器と前記第１キャピラリ管と前記第２容器と前記第２キャピラリ管とを備える構成を共鳴器として機能させることにより、前記圧力変動の際に、前記第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、前記第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相とがそれぞれ一致するよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第２領域の容積を前記第１領域の容積よりも小さくする前記ループ管上の位置に前記共振器が配置されたことを特徴とする熱音響装置。
16. 請求項１５に記載の熱音響装置において、
    前記ループ管は、軸方向の全長に亘って略同一の断面積を有し、
    前記第２領域の軸方向の長さを前記第１領域の軸方向の長さよりも短くする前記ループ管上の位置に前記共振器が配置されたことを特徴とする熱音響装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記応動部材は、
    当該応動部材が行う往復振動の方向上の両端部それぞれに１つずつピストンを備え、
    前記共振器は、
    前記ピストンの前記往復振動が可能になるよう前記ピストンを内部に配置させるシリンダを有することを特徴とする熱音響装置。
18. 請求項１７に記載の熱音響装置において、
    ２つの前記ピストンのうち、一方のピストンは前記第１端部を有し、他方のピストンは前記第２端部を有し、
    前記第１端部の面積が前記第２端部の面積よりも大きくなるよう２つの前記ピストンが構成されたことを特徴とする熱音響装置。
19. 請求項１〜１６のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記応動部材は、１つのピストンを備え、
    前記共振器は、
    前記ピストンの前記往復振動が可能になるよう前記ピストンを内部に配置させるシリンダを有することを特徴とする熱音響装置。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記共振器は、
    前記応動部材の前記往復振動に応動して発電を行う発電機として構成されたことを特徴とする熱音響装置。
21. 請求項２０に記載の熱音響装置において、
    前記共振器は、
    前記応動部材の側面を包囲するよう設けられた固定子を有し、
    前記応動部材と前記固定子とのうちの一方にはコイルが設けられ、他方には前記コイルと対向するよう磁石が設けられ、
    前記応動部材が前記往復振動を行った際には、前記コイルと前記磁石との相互作用により前記コイルに起電力が発生することで発電が行われるよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
22. 請求項２１に記載の熱音響装置において、
    前記応動部材の前記往復振動の際の中立位置への復帰が前記コイルと前記磁石との相互作用により発生する拘束力のみで実現されるよう前記共振器が構成されたことを特徴とする熱音響装置。
23. 請求項１〜１９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第２領域での前記圧力変動に応動して発電を行う発電機を、前記第２領域をなす前記ループ管の部分に分岐するように設けたことを特徴とする熱音響装置。
24. 請求項２３に記載の熱音響装置において、
    前記発電機を、前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部近傍の前記ループ管の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
25. 請求項１〜１９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第２領域での前記圧力変動に応じて動作する冷凍機を、前記ループ管の軸方向に直列となるよう、前記第２領域をなす前記ループ管の部分に設け、
    前記冷凍機が、
    前記ループ管外の熱を吸熱して前記ループ管内の気体に付与する冷凍用吸熱部と、
    前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用放熱部と、
    前記冷凍用吸熱部と前記冷凍用放熱部とに挟まれた前記ループ管内における箇所に配置され、前記冷凍用吸熱部で吸熱された熱を前記冷凍用放熱部に供給させる冷凍用蓄冷部と、
    を備え、
    前記ループ管の前記第２領域における前記放熱部から前記第２端部に至る経路において、前記冷凍用吸熱部、前記冷凍用蓄冷部、前記冷凍用放熱部の順で、前記冷凍用吸熱部、前記冷凍用蓄冷部、前記冷凍用放熱部が配置されたことを特徴とする熱音響装置。
26. 請求項２５に記載の熱音響装置において、
    前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部近傍の前記ループ管の部分に前記冷凍用吸熱部が位置するよう、前記冷凍機を設けたことを特徴とする熱音響装置。
27. 請求項１〜１９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第１領域での前記圧力変動に応じて動作するパルス管冷凍機を、前記ループ管から分岐するよう、前記第１領域をなす前記ループ管の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
28. 請求項２７に記載の熱音響装置において、
    前記パルス管冷凍機は、
    前記第１領域をなす前記ループ管の部分から分岐する管状部材として構成されると共に、
    前記管状部材外の熱を吸熱して前記管状部材内の気体に付与する冷凍用吸熱部と、
    前記管状部材内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用放熱部と、
    前記冷凍用吸熱部と前記冷凍用放熱部とに挟まれた前記管状部材における箇所に配置され、前記冷凍用吸熱部で吸熱された熱を前記冷凍用放熱部に供給させる冷凍用蓄冷部と、
    前記管状部材の部分であって、当該部分内が空洞領域として構成されたパルス管部と、
    前記管状部材における前記ループ管と反対側の端部に設けられ、前記管状部材内の気体が有する熱を放熱させる冷凍用第２放熱部と、
    を備え、
    前記管状部材における前記ループ管側の端部から前記ループ管と反対側の端部に至る経路において、前記冷凍用放熱部、前記冷凍用蓄冷部、前記冷凍用吸熱部、前記パルス管部、前記冷凍用第２放熱部の順で、前記冷凍用放熱部、前記冷凍用蓄冷部、前記冷凍用吸熱部、前記パルス管部、前記冷凍用第２放熱部が配置されたことを特徴とする熱音響装置。
29. 請求項２８に記載の熱音響装置において、
    前記パルス管冷凍機は、
    前記管状部材における前記ループ管と反対側の端部に一端が接続された冷凍用キャピラリ管と、
    該冷凍用キャピラリ管の他端に接続された、内部にバッファ空間を有するバッファタンクと、
    を更に備えたことを特徴とする熱音響装置。
30. 請求項１〜２９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第１領域での前記圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数の圧力変動が内部で発生する共鳴器を、前記ループ管から分岐するよう、前記第１領域をなす前記ループ管の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
31. 請求項１〜１９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記第１領域での前記圧力変動に応動して発電を行う発電機を、前記第１領域をなす前記ループ管の部分に分岐するように設け、
    前記発電機は、
    前記第１領域での前記圧力変動に応じて当該圧力変動の周波数と同一の周波数で自励的な往復振動を行う可動子を備え、該可動子の前記往復振動に応動して発電を行うよう構成されたことを特徴とする熱音響装置。
32. 請求項１〜２６のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第１端部との間の前記ループ管の部分に、前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設けたことを特徴とする熱音響装置。
33. 請求項２７〜２９のいずれかに記載の熱音響装置において、
    前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第１端部との間の前記ループ管の部分に、前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設け、
    前記パルス管冷凍機は、
    前記第１領域をなす前記ループ管の部分のうち、前記第２の放熱部と前記第１端部との間の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
34. 請求項３０に記載の熱音響装置において、
    前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第１端部との間の前記ループ管の部分に、前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設け、
    前記共鳴器は、
    前記第１領域をなす前記ループ管の部分のうち、前記第２の放熱部と前記第１端部との間の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
35. 請求項３１に記載の熱音響装置において、
    前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部と前記第１端部との間の前記ループ管の部分に、前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部を設け、
    前記発電機は、
    前記第１領域をなす前記ループ管の部分のうち、前記第２の放熱部と前記第１端部との間の部分に設けたことを特徴とする熱音響装置。
36. 温度勾配発生部と共振器とを有する熱音響共振部を複数個と、
    内部に気体が充填されたループ管と、
    を備え、
    夫々の前記熱音響共振部が有する前記温度勾配発生部は、
    前記ループ管内の気体を加熱する加熱部と、
    前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、
    前記加熱部と前記放熱部とに挟まれた前記ループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、
    を有し、
    夫々の前記熱音響共振部が有する前記共振器は、
    前記ループ管の一部分に前記ループ管の軸方向に直列となるよう配置され、前記蓄熱部内で生じる温度勾配によって前記ループ管内の気体に発生する圧力変動に応動して自励的な往復振動を行う応動部材を有し、
    夫々の前記熱音響共振部が有する前記共振器の前記応動部材は、
    当該応動部材における前記ループ管の軸方向上の一端である第１端部と、
    他端である第２端部と、
    を有し、
    夫々の熱音響共振部が有する前記共振器の前記応動部材における第１端部が、当該共振器を有する前記熱音響共振部の隣の前記ループ管上の部分に設けられた前記熱音響共振部が有する前記温度勾配発生部における前記加熱部と、前記ループ管内の気体を介して、対向すると共に、
    当該熱音響共振部が有する前記共振器の前記応動部材における第２端部が、当該共振器を有する前記熱音響共振部が備える前記温度勾配発生部における前記放熱部と、前記ループ管内の気体を介して、対向するよう、
    複数個の前記熱音響共振部は、前記ループ管上の複数の部分に夫々設けられ、
    前記圧力変動の際に、
    夫々の前記熱音響共振部が有する前記共振器の前記応動部材における第１端部と、当該共振器を有する前記熱音響共振部の隣の前記ループ管上の部分に設けられた前記熱音響共振部が有する前記温度勾配発生部における前記加熱部と、の間における前記ループ管内の領域である第１領域のうち当該第１領域の一端をなす前記第１端部に隣接する第１隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、
    当該熱音響共振部が有する前記共振器の前記応動部材における第２端部と、当該共振器を有する熱音響共振部が備える前記温度勾配発生部における前記放熱部と、の間における前記ループ管内の領域である第２領域のうち当該第２領域の一端をなす前記第２端部に隣接する第２隣接領域に存する気体の変位振幅および変位位相と、
    がそれぞれ一致するよう構成され、
    夫々の前記応動部材が有する前記第２端部に隣接する前記第２領域に存する気体の質量が、当該応動部材が有する前記第１端部に隣接する前記第１領域に存する気体の質量よりも小さくなる前記ループ管上の位置に、当該応動部材を有する前記共振器が配置されるよう、複数個の前記熱音響共振部が前記ループ管上の複数の部分に夫々設けられたことを特徴とする熱音響装置。