JP2013234823A - 熱音響機関 - Google Patents

Abstract

【課題】熱エネルギを好適に回収でき、かつ耐久性に優れた熱音響機関を提供する。
【解決手段】熱音響機関１０は、第一ループ管１１の内部に原動機１２が設けられ、第二ループ管１６の内部に受動機１７が設けられ、各ループ管の内部に作動流体５９が封入されている。さらに、熱音響機関１０は、作動流体の対流を抑制する対流抑制手段１４が原動機の低温側に設けられることにより、第一ループ管の内部が対流抑制手段で仕切られている。この対流抑制手段は、第一ループ管に支持される支持部４１と、第一ループ管に沿って筒形の蛇腹状に形成されることにより伸縮可能な壁部４２と、壁部の端部４２ａを閉塞する頂部４３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ループ管の内部に原動機および受動機が設けられ、原動機で熱エネルギを音響エネルギに変換し、音響エネルギを受動機で熱エネルギに変換する熱音響機関に関する。

熱源（廃熱）の熱エネルギを回収する装置として、ループ管の内部に原動機および受動機を備え、ループ管の内部に作動流体（気体）が封入された熱音響機関が知られている。
原動機は、熱源（高温熱源）との熱交換をおこなう高温熱交換器と、低温熱源との熱交換をおこなう低温熱交換器とを備えている。
受動機は、高温熱源との熱交換をおこなう高温熱交換器と、低温熱源との熱交換をおこなう低温熱交換器とを備えている。

この熱音響機関によれば、原動機において熱エネルギが音響エネルギに変換され、音響エネルギでループ管の作動流体が自励振動を起こし、ループ管の内部に音響振動（音波）が発生する。さらに、発生した音波が受動機に伝播され、受動機において音響エネルギが熱エネルギに変換される。

よって、受動機の高温熱交換器に常温を与えることにより、受動機の低温熱交換器では常温より低い温度が得られ（回収され）、低い温度を利用して冷蔵や冷房をおこなうことができる。
一方、受動機の低温側熱交換器を、例えば環境温度に保つことにより、受動機の高温側熱交換器を加熱して熱が得られ（回収され）、得られた熱を利用して暖房などをおこなうことができる。

ところで、熱音響機関の運転中に、ループ管の作動流体に対流などが生じ、作動流体の流れに対応して原動機の熱が移動することが考えられる。
原動機の熱が移動することにより、原動機による熱変換の効率が低下し、熱エネルギを好適に回収することが難しくなる。

この不具合を解消するために、ループ管にジェットポンプを備えた熱音響機関が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ループ管の受動機側にジェットポンプを備えることにより、受動機の近傍においてループ管の流路を変化させることができる。
これにより、作動流体に対する抵抗を調整して作動流体に発生する対流を抑えることが可能になり、音波を良好に伝播させて熱エネルギを好適に回収できる。

また、熱エネルギを好適に回収するためにループ管に圧電フィルムを設けた熱音響機関が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
ループ管の原動機および受動機間に圧電フィルムを設け、圧電フィルムで作動流体に発生する対流を抑えることにより、音波を良好に伝播させて熱エネルギを好適に回収できる。

特開２００５−３４５０２３号公報 特開２００６−１８９２１９号公報

しかし、特許文献１のジェットポンプはループ管の流路を精度よく変化させることが難しい。このため、例えば、ループ管の流路を小さくする際に、流路が小さくなりすぎて音波の伝播が抑えられ、熱エネルギの回収が低下する虞がある。
さらに、特許文献１のジェットポンプは構成が複雑であり、コストを抑える妨げになっていた。

一方、特許文献２の圧電フィルムは、圧電フィルムの外周部がループ管の管壁に挟持されているため、外周部近傍の部位の伸び量を確保することが難しい。よって、圧電フィルムが大きな振幅で振動する際に、外周部近傍の部位に損傷が生じることが考えられる。
さらに、圧電フィルムの外周部がループ管の管壁に挟持されている。このため、管壁の端部に形成された角部に外周部近傍の部位が接触して損傷することが考えられ、圧電フィルムの耐久性を確保することが難しいとされていた。

本発明は、熱エネルギを好適に回収でき、かつ耐久性に優れた熱音響機関を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ループ管の内部に原動機および受動機が設けられるとともに前記ループ管の内部に作動流体が封入され、前記原動機で熱エネルギを音響エネルギに変換し、前記音響エネルギを前記受動機で熱エネルギに変換する熱音響機関において、前記作動流体の対流を抑制する対流抑制手段が、前記原動機の低温側、前記受動機の低温側、前記受動機の高温側のうちの少なくとも一箇所に設けられ、前記対流抑制手段は、弾性体で形成され、前記ループ管の内部を仕切る膜部材であって、前記ループ管に支持される支持部と、前記支持部に基部が設けられ、前記ループ管に沿って筒形の蛇腹状に形成されることにより伸縮可能な壁部と、前記壁部の端部を閉塞する頂部と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記対流抑制手段は、前記原動機、前記受動機の近傍で、かつ、少なくとも前記対流抑制手段の自然長さに前記壁部の伸び量を加えた距離だけ離れた位置に設けられたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記壁部の径を、前記基部から前記端部に向けて徐々に小さくなるように設定したことを特徴とする。

ここで、蛇腹状の壁部を収縮させることにより壁部の外径が増して、壁部および管壁間に摩擦が生じることが考えられる。
そこで、請求項３において、壁部の径を基部から端部に向けて徐々に小さくなるように設定した。

請求項１に係る発明では、原動機の低温側、受動機の低温側、受動機の高温側のうちの少なくとも一箇所に対流抑制手段を設けた。さらに、この対流抑制手段を弾性体の膜部材でループ管の内部を仕切るように形成した。
よって、対流抑制手段で作動流体に発生する対流を抑えることができる。作動流体の対流を抑制することにより、作動流体の流れに対応して原動機の熱が移動することを抑えることができる。
これにより、原動機による熱変換の効率が低下することを防ぐことにより、音響エネルギを受動機に良好に伝播させて熱エネルギを好適に回収できる。

さらに、対流抑制手段の壁部を筒形の蛇腹状に形成した。よって、蛇腹状に形成された壁部を伸縮させることにより、必要以上の荷重（応力）をかけることなく対流抑制手段を円滑に振動させることができる。
これにより、支持部に連結された壁部の基部に過大な荷重（応力）がかかることを防止でき、壁部の基部が損傷することを抑えて対流抑制手段の耐久性を確保できる。

加えて、対流抑制手段の壁部を筒形の蛇腹状に形成することにより、対流抑制手段の振動（変形）に必要な音響エネルギを小さく抑えることができる。
これにより、対流抑制手段の一方側から他方側に音響エネルギを伝播する際に、音響エネルギの減衰を小さく抑えることができるので熱エネルギを一層好適に回収できる。

ここで、原動機に伝えられた熱は、原動機の高温側から音響エネルギの伝播方向に伝えられる。そこで、原動機において、高温側の反対側に位置する低温側に対流抑制手段を設けた。
よって、対流抑制手段が原動機に伝えられた熱の影響を受けないようにできる。これにより、原動機に伝えられた熱の影響で対流抑制手段が劣化することを防ぐことができ、対流抑制手段の耐久性を一層確保することができる。

請求項２に係る発明では、原動機や受動機から対流抑制手段の自然長さに壁部の伸び量を加えた距離を離した位置に対流抑制手段を設けた。
よって、対流抑制手段が振動した際に、対流抑制手段が原動機や受動機に干渉することを防止できる。これにより、対流抑制手段が原動機や受動機に干渉して損傷することを抑えて対流抑制手段の耐久性を確保することができる。

請求項３に係る発明では、壁部の径を基部から端部に向けて徐々に小さくなるように設定した。よって、蛇腹状の壁部および壁部間の間隔を基部から端部に向けて徐々に大きく確保できる。
これにより、蛇腹状の壁部を収縮させた状態において、蛇腹状の壁部が管壁に接触して壁部および管壁間に摩擦が生じることを防止できる。

本発明に係る実施例１の熱音響機関を示す概略構成図である。 図１の２部拡大図である。 図２の３部拡大図である。 （ａ）は図３の対流抑制手段が伸長した状態を示す断面図、（ｂ）は図３の対流抑制手段が収縮した状態を示す断面図である。 作動流体を伝播する音波の変位振幅と圧力振幅との関係を説明するグラフである。 本発明に係る実施例２の熱音響機関を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の熱音響機関を示す断面図である。 （ａ）は図７の対流抑制手段が伸長した状態を示す断面図、（ｂ）は図７の対流抑制手段が収縮した状態を示す断面図である。 本発明に係る実施例４の熱音響機関を示す概略構成図である。 図９の１０部拡大図である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る熱音響機関１０について説明する。
図１に示すように、熱音響機関１０は、ループ状に形成された第一ループ管（ループ管）１１と、第一ループ管１１の内部に設けられた原動機１２と、原動機１２の近傍に設けられた対流抑制手段１４と、ループ状に形成された第二ループ管（ループ管）１６と、第二ループ管１６の内部に設けられた受動機１７と、第一ループ管１１および第二ループ管１６を連通する連結直管１９とを備えている。

すなわち、熱音響機関１０は、第一ループ管１１および第二ループ管１６の二つのループ管を備えた、いわゆるダブルループ型の熱音響機関である。
第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の内部に、気体として窒素、ヘリウム、アルゴンやヘリウムおよびアルゴンの混合ガスなどの不活性ガス（すなわち、作動流体、気体）５９が封入されている。

第一ループ管１１は、ステンレス鋼からなる円形断面の管であり、上下の横管２１，２２および左右の縦管２３，２４でループ状に形成されている。
第一ループ管１１の右縦管２４に原動機１２が設けられ、右縦管２４の連結部２５に対流抑制手段１４が設けられている。

図２に示すように、第一ループ管１１の右縦管２４には連結部２５が設けられている。 連結部２５は、右縦管２４の一端２４ａに上フランジ２６が設けられ、右縦管２４の他端２４ｂに下フランジ２７が設けられ、上下のフランジ２６，２７がボルト２８、ナット２９で連結されている。
上下のフランジ２６，２７を連結することにより、右縦管２４の一端２４ａおよび他端２４ｂが連通された状態に保たれている。

原動機１２は、熱エネルギを音響エネルギ、すなわち、音響振動（音波）に変換する音波発生機能を備えている。
この原動機１２は、右縦管２４の内部に収納された第一スタック３１と、第一スタック３１の下端に設けられた第一高温熱交換器３２と、第一スタック３１の上端に設けられた第一低温熱交換器３３とを備えている。
第一高温熱交換器３２は、例えば、内燃機関の廃熱を供給可能な熱源３５（図１も参照）に連通されている。
また、第一低温熱交換器３３は、冷却水を供給可能な冷却水供給源３６（図１も参照）に連通されている。

原動機１２の第一高温熱交換器３２が熱源３５で加熱され、原動機１２の第一低温熱交換器３３が冷却水供給源３６で冷却される。
これにより、第一スタック３１が発振して右縦管２４の内部の作動流体５９が自励振動を起こす。作動流体５９が自励振動を起こすことにより、第一ループ管１１内に音響振動（音波）が発生する。発生した音波は矢印の如く伝播する（図１も参照）。

ここで、音波の伝播方向において、原動機１２の第一低温熱交換器３３側（低温側）が下流側となり、原動機１２の第一高温熱交換器３２側（高温側）が上流側となる。
よって、右縦管２４の連結部２５は、原動機１２の第一低温熱交換器３３側（低温側）、すなわち下流側の近傍に設けられている。
連結部２５の上下のフランジ２６，２７に対流抑制手段１４が挟持されることにより、対流抑制手段１４が原動機１２の下流側の近傍に設けられている。

ここで、原動機１２の発振で発生した音波は矢印方向（下流方向）に伝わる。よって、原動機１２の上流側は音波の速度振幅が大きい。このため、原動機１２の上流側に対流抑制手段１４を設けると対流抑制手段１４の抵抗が大きくなり音響エネルギの効率低下を招く虞がある。
そこで、音波の速度振幅が小さい原動機１２の下流側に対流抑制手段１４を設けることにより、対流抑制手段１４の抵抗を小さく抑えて音響エネルギの効率低下を最小限に抑えるようにした。

ところで、原動機１２に熱源３５から伝えられた熱は、原動機１２の高温側（第一高温熱交換器３２側）から音響エネルギの伝播方向（矢印方向、すなわち下流側）に伝えられる。そこで、原動機１２において、高温側の反対側に位置する低温側に対流抑制手段１４を設けた。
よって、対流抑制手段１４が原動機１２に伝えられた熱の影響を受けないようにできる。これにより、原動機１２に伝えられた熱の影響で対流抑制手段１４が劣化することを防ぐことができ、対流抑制手段１４の耐久性を一層確保することができる。

図３に示すように、対流抑制手段１４は、弾性体（一例として、シリコンゴム）で形成され、右縦管２４の内部を仕切る膜部材である。
この対流抑制手段１４は、右縦管２４に備えた上下のフランジ２６，２７に挟持される支持部４１と、支持部４１に設けられた蛇腹状の壁部４２と、壁部４２の端部４２ａを閉塞する頂部４３とを有する。

支持部４１は、環状に形成され、外周部４１ａの全周が上下のフランジ２６，２７に挟持されることにより右縦管２４の連結部２５に設けられている。
支持部４１の内周部４１ｂが右縦管２４の内部に配置され、内周部４１ｂに壁部４２が設けられている。

壁部４２は、支持部４１の内周部４１ｂに基部４２ｂが設けられ、右縦管２４の内壁に沿って筒形の蛇腹状で、かつ薄肉に形成されている。
この壁部４２は、右縦管２４の管径Ｄ２より外径Ｄ１が小さな筒状に形成され、かつ、蛇腹状に折り曲げられることにより伸縮可能に形成されている。
壁部４２の外径Ｄ１が右縦管２４の管径Ｄ２より小さく形成されることにより、壁部４２が収縮された際に、壁部４２が右縦管２４に接触することを防ぐことができる。
壁部４２の端部４２ａに頂部４３が一体に設けられている。

頂部４３は、壁部の肉厚と同じ肉厚（薄肉）で壁部４２の端部４２ａに一体に形成された円板状の部位である。壁部４２の端部４２ａに頂部４３を設けることにより、壁部４２の端部４２ａが頂部４３で閉塞されている。
頂部４３をシリコンゴムで壁部４２の肉厚と同じ肉厚に形成することにより、頂部４３を壁部４２と同様に軽量にできる。

このように、壁部４２および頂部４３を軽量にすることにより、壁部４２の伸縮を壁部４２や頂部４３の自重で妨げる虞がなく、壁部４２の伸縮させる音響エネルギを小さく抑えることができる。
これにより、対流抑制手段１４の一方側（上流側）４６と他方側（下流側）４７との間で音波を効率よく伝達させることができ、熱エネルギを好適に回収することができる。

この対流抑制手段１４は、支持部４１の肉厚がＴ、壁部４２の自然長さがＬ１に設定されている。
壁部４２の自然長さＬ１とは、蛇腹状の壁部４２が伸縮していない自然の状態の長さをいう。壁部４２が自然長さＬ１の状態において、壁部４２の端部４２ａが自然位置Ｐ１に位置する。

図４に示すように、対流抑制手段１４は、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の内部に封入された作動流体５９の圧力振幅Ｐｒにより振動する。
対流抑制手段１４が振動することにより、壁部４２が自然位置Ｐ１から伸長したり、収縮したりする。
具体的には、対流抑制手段１４は、壁部４２の伸び量がδ１、壁部４２の縮み量がδ２となるように、壁部４２および頂部４３の膜厚寸法や形状が設定されている。

よって、対流抑制手段１４の最大長さＬ_ＭＡＸは、支持部４１の肉厚Ｔ、自然長さＬ１および伸び量δ１を加算した値となる。
すなわち、最大長さＬ_ＭＡＸ＝Ｔ＋Ｌ１＋δ１となる。
また、対流抑制手段１４の最小長さＬ_ＭＩＮは、支持部４１の肉厚Ｔおよび自然長さＬ１を加算した値から縮み量δ２を減算した値となる。
すなわち、最小長さＬ_ＭＩＮ＝Ｔ＋Ｌ１−δ２となる。

ここで、壁部４２の伸縮量（δ１＋δ２）について図４および図５のグラフに基づいて説明する。
図５は、作動流体５９を伝播する音波の変位振幅Ｌｅと圧力振幅Ｐｒとの関係を説明するグラフであり、縦軸に変位振幅Ｌｅ（ｍｍ）を示し、横軸に圧力振幅Ｐｒ（ｋＰａ）を示す。
ここで、変位振幅Ｌｅと圧力振幅Ｐｒとの関係を次のように求めた。
変位振幅Ｌｅとは、音波が一周期で移動する区間の長さをいう。

音波の速度変動をｓｉｎ関数と仮定して積分することにより、振幅が速度振幅と周波数との関数として得られる。得られた振幅の２倍の値をピーク間変位（以下、「変位振幅Ｌｅ」という）とする。
変位振幅Ｌｅと圧力振幅Ｐｒとは以下の関係が成立する。
Ｌｅ＝Ｐｅ／（π×ｆ×Ｚ_０） ………（１）
但し、Ｌｅ：変位振幅
Ｐｅ：圧力振幅
ｆ ：周波数
Ｚ_０ ：固有音響インピーダンス

ところで、熱音響機関１０は、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９（図１参照）の内圧が通常１ＭＰａ以下に設定されている。
そこで、音波の変位振幅Ｌｅを見積もるためのテスト条件として、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９に１ＭＰａのヘリウム（すなわち、作動流体５９）を封入した。
１ＭＰａのヘリウムのＺ_０は次式で表される。
Ｚ_０＝ρ×ｃ
但し、ρ：密度（１．６ｋｇ／ｍ^３）
ｃ：音速（１０００ｍ／ｓｅｃ）

よって、テストデータより得られる圧力振幅Ｐｒと周波数ｆを（１）式に代入することにより音波の変位振幅Ｌｅを見積もることができる。
見積もった変位振幅Ｌｅと圧力振幅Ｐｒとの関係を図５のグラフＧに示す。

ここで、熱音響機関１０の内圧を１ＭＰａ以下に設定した状態において、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の圧力振幅Ｐｒが５０ｋＰａを超えて上昇しないと仮定する。
一方、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の圧力振幅Ｐｒが１０ｋＰａ未満のことも考えられる。

しかし、１０ｋＰａ未満の圧力振幅Ｐｒに対応する振幅量の対流抑制手段１４を用いた場合、対流抑制手段１４で音響エネルギ（音波）の減衰が激しくなる可能性が高く、熱エネルギを好適に回収することが難しい。
そこで、熱音響機関１０の第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９（図１参照）に発生する圧力振幅Ｐｒを１０〜５０ｋＰａと設定した。

図５のグラフＧに示すように、圧力振幅Ｐｒが５０ｋＰａの場合に、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の内部に封入された作動流体５９の変位振幅Ｌｅが１２０ｍｍとなる。
ここで、対流抑制手段１４の変位振幅Ｌｅが１２０ｍｍを超えた場合、対流抑制手段１４が自重で変形することが考えられる。対流抑制手段１４が自重で変形した場合、対流抑制手段１４を好適に振動させることが難しい。

また、圧力振幅Ｐｒが１０ｋＰａの場合に、第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の内部に封入された作動流体５９の変位振幅Ｌｅが２５ｍｍとなる。
そこで、作動流体５９の変位振幅Ｌｅが２５〜１２０ｍｍの範囲に設定するようにした。
ここで、作動流体５９の変位振幅Ｌｅは、壁部４２の伸縮量（δ１＋δ２）に相当する。これにより、壁部４２の伸縮量（δ１＋δ２）は２５〜１２０ｍｍの範囲に設定されている。

図１に示すように、第二ループ管１６は、第一ループ管１１と同様に、ステンレス鋼からなる円形断面の管であり、上下の横管５１，５２および左右の縦管５３，５４でループ状に形成されている。
第二ループ管１６の左縦管５３に受動機１７が設けられている。

受動機１７は、第二ループ管１６に伝播された音響エネルギ（音波）を熱エネルギに変換する蓄熱機能を備えている。
この受動機１７は、左縦管５３の内部に収納された第二スタック５６と、第二スタック５６の上端に設けられた第二高温熱交換器５７と、第二スタック５６の下端に設けられた第二低温熱交換器５８とを備えている。
第二高温熱交換器５７は第一低温熱交換器３３を経て冷却水供給源３６に連通されている。また、第二低温熱交換器５８は冷凍部６１に連通されている。

第一ループ管１１および第二ループ管１６が連結直管１９で連通されている。
具体的には、連結直管１９は、第一ループ管１１や第二ループ管１６と同様に、ステンレス鋼からなる円形断面の管であり、第一ループ管１１の右下部１１ａおよび第二ループ管１６の左下部１６ａを連通するように直線状に延出されている。
第一ループ管１１、第二ループ管１６および連結直管１９の内部に作動流体５９が封入されている。

熱音響機関１０によれば、原動機１２の第一高温熱交換器３２が熱源３５で加熱され、原動機１２の第一低温熱交換器３３が冷却水供給源３６で冷却される。
これにより、第一スタック３１が発振して右縦管２４内の作動流体５９が自励振動を起こす。作動流体５９が自励振動を起こすことにより、第一ループ管１１内に音響振動（音波）が発生し、発生した音波が連結直管１９および第二ループ管１６を経て受動機１７に伝播する。

一方、受動機１７の第二高温熱交換器５７が、第一低温熱交換器３３から導かれた冷却水で冷却されている。
よって、受動機１７に音波が伝播されることにより、第二スタック５６が振動し、第二低温熱交換器５８が冷却される。
第二低温熱交換器５８で冷却された冷却水が冷凍部６１に導かれることにより冷凍部６１が冷却状に保たれる。

ここで、図２に示すように、原動機１２の下流側で、かつ原動機１２の近傍において、右縦管２４の内部が膜状の対流抑制手段１４で仕切られている。
右縦管２４の内部を膜状の対流抑制手段１４で仕切ることにより、対流抑制手段１４で作動流体５９に発生する対流を抑制できる。
作動流体５９の対流を抑制することにより、作動流体５９の流れに対応して原動機１２の熱が移動することを抑えることができる。熱の移動を抑えることにより、原動機１２による熱変換の効率が低下することを防ぐことができる。
これにより、音響エネルギ（音波）を受動機１７（図１参照）に良好に伝播させて熱エネルギを好適に回収できる。

さらに、対流抑制手段１４の壁部４２を筒形の蛇腹状に形成した。よって、蛇腹状に形成された壁部４２を伸縮させることにより、必要以上の荷重（応力）をかけることなく対流抑制手段１４を円滑に振動させることができる。
よって、支持部４１に連結された壁部４２の基部４２ｂに過大な荷重（応力）がかかることを防止できる。これにより、壁部４２の基部４２ｂが損傷することを抑えて対流抑制手段１４の耐久性を確保できる。

加えて、対流抑制手段１４の壁部４２を筒形の蛇腹状に形成することにより、対流抑制手段１４の振動（変形）に必要なエネルギを小さく抑えることができる。
これにより、対流抑制手段１４の一方側（上流側）４６から他方側（下流側）４７に音響エネルギを伝播する際に、音響エネルギの減衰を小さく抑えることができるので熱エネルギを一層好適に回収できる。

つぎに、実施例２〜実施例４を図６〜図１０に基づいて説明する。
なお、実施例２〜実施例４において実施例１の熱音響機関１０と同一・類似部材については同じ符号を付して説明を省略する。

実施例２に係る熱音響機関７０について説明する。
図６に示すように、熱音響機関７０は、実施例１に対して対流抑制手段１４を逆向きに設けることにより対流抑制手段１４の頂部４３を原動機１２側に配置したもので、その他の構成は実施例１の熱音響機関１０と同様である。

実施例２の対流抑制手段１４は、原動機１２の近傍に設けられ、原動機１２の第一低温熱交換器３３側に頂部４３が配置され、支持部４１が第一低温熱交換器３３から距離Ｌ２だけ離れた位置に設けられている。
すなわち、対流抑制手段１４は、第一低温熱交換器３３から距離Ｌ２だけ離れた位置に設けられている。
距離Ｌ２は、対流抑制手段１４の最大長さＬ_ＭＡＸよりαだけ大きく設定されている。
対流抑制手段１４の最大長さＬ_ＭＡＸは、支持部４１の肉厚Ｔ、自然長さＬ１および伸び量δ１を加算した値、すなわち（Ｔ＋Ｌ１＋δ１）である。

ここで、支持部４１の肉厚Ｔおよび自然長さＬ１を加算した（Ｔ＋Ｌ１）は、対流抑制手段１４の自然長さである。
よって、換言すれば、距離Ｌ２は、対流抑制手段１４の自然長さ（Ｔ＋Ｌ１）に壁部４２の伸び量δ１を加えた最大長さＬ_ＭＡＸよりαだけ大きい。
これにより、対流抑制手段１４が振動して最大長さＬ_ＭＡＸまで伸長した際に、対流抑制手段１４が原動機１２に干渉することを防止できる。これにより、対流抑制手段１４が原動機１２に干渉して損傷することを抑えて対流抑制手段１４の耐久性を確保することができる。

実施例３に係る熱音響機関８０について説明する。
図７に示すように、熱音響機関８０は、実施例１の対流抑制手段１４を対流抑制手段８２に代えたもので、その他の構成は実施例１の熱音響機関１０と同様である。

対流抑制手段８２は、壁部８３の径が、基部８３ａから端部８３ｂに向けて徐々に小さくなるように設定されたもので、その他の構成は実施例１の対流抑制手段１４と同じである。
壁部８３は、伸縮可能に形成され、支持部４１の内周部４１ｂに基部８３ａが設けられ、端部８３ｂが頂部８４で閉塞されている。

図８に示すように、対流抑制手段８２は、実施例１の対流抑制手段１４と同様に、壁部８３の伸び量がδ１、壁部８３の縮み量がδ２となるように、壁部８３および頂部８４の膜厚寸法や形状が設定されている。

壁部８３の径を基部８３ａから端部８３ｂに向けて徐々に小さくなるように設定した理由はつぎの通りである。
すなわち、蛇腹状の壁部８３を収縮させることにより壁部８３の外径が増して、壁部８３および右縦管（管壁）２４間に摩擦が生じることが考えられる。

そこで、壁部８３の径を基部８３ａから端部８３ｂに向けて徐々に小さくなるように設定した。よって、蛇腹状の壁部８３および壁部８３間の間隔を基部８３ａから端部８３ｂに向けて徐々に大きく確保できる。
これにより、蛇腹状の壁部８３を収縮させた状態において、蛇腹状の壁部８３が右縦管（管壁）２４に接触して壁部８３および右縦管（管壁）２４間に摩擦が生じることを防止できる。

実施例４に係る熱音響機関９０について説明する。
図９に示すように、熱音響機関９０は、実施例１の対流抑制手段１４に加えて受動機１７の近傍に上下の対流抑制手段（対流抑制手段）９２，９３を設けたもので、その他の構成は実施例１の熱音響機関１０と同様である。

具体的には、受動機１７の第二高温熱交換器５７側（すなわち、高温側）の近傍に上対流抑制手段９２が設けられている。さらに、受動機１７の第二低温熱交換器５８側（すなわち、低温側）の近傍に下対流抑制手段９３が設けられている。
ここで、第二ループ管１６内の音波が矢印の如く伝播する。よって、音波の伝播方向において、受動機１７の第二高温熱交換器５７側（高温側）が上流側となり、受動機１７の第二低温熱交換器５８側（低温側）が下流側となる。
上下の対流抑制手段９２，９３は、実施例１の対流抑制手段１４と同じ構成であり、各構成部に同じ符号を付して説明を省略する。

ここで、受動機１７は、第二ループ管１６に伝播された音響エネルギ（音波）を熱エネルギに変換することにより冷凍部６１を冷却する機能を備えている。
よって、受動機１７の上流側や下流側に多量の熱が発生しない。
これにより、受動機１７の両側（上流側および下流側）の近傍に上下の対流抑制手段９２，９３を設けても、上下の対流抑制手段９２，９３が受動機１７の熱の影響で劣化する虞がない。

また、図１０に示すように、下対流抑制手段９３は、実施例２の対流抑制手段１４と同様に、頂部４３が受動機１７の第二低温熱交換器５８側に配置されている。
よって、下対流抑制手段９３は、支持部４１が第二低温熱交換器５８から距離Ｌ２だけ離れた位置に設けられている。
距離Ｌ２は、下対流抑制手段９３の最大長さＬ_ＭＡＸより大きく設定されている。
下対流抑制手段９３の最大長さＬ_ＭＡＸは、下対流抑制手段９３の自然長さに壁部４２の伸び量δ１を加算した値である。

下対流抑制手段９３を第二低温熱交換器５８から距離Ｌ２だけ離れた位置に設けることにより、下対流抑制手段９３が振動して最大長さＬ_ＭＡＸまで伸長した際に、下対流抑制手段９３が受動機１７に干渉することを防止できる。
これにより、下対流抑制手段９３が受動機１７に干渉して損傷することを抑えて下対流抑制手段９３の耐久性を確保することができる。

さらに、熱音響機関９０によれば、受動機１７の上流側で、かつ受動機１７の近傍において、左縦管５３の内部が膜状の上対流抑制手段９２で仕切られている。
また、受動機１７の下流側で、かつ受動機１７の近傍において、左縦管５３の内部が膜状の下対流抑制手段９３で仕切られている。
左縦管５３の内部を膜状の上下の対流抑制手段９２，９３で仕切ることにより、受動機１７の上流側近傍や下流側近傍において、上下の対流抑制手段９２，９３で作動流体５９に発生する対流を抑制できる。

作動流体５９の対流を抑制することにより、作動流体５９の流れに対応して受動機１７の熱が移動することを抑えることができる。熱の移動を抑えることにより、受動機１７による熱変換の効率が低下することを防ぐことができる。
これにより、音響エネルギ（音波）を受動機１７で熱エネルギに良好に変換させて熱エネルギを好適に回収できる。

なお、本発明に係る熱音響機関は、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例１〜前記実施例４では、原動機１２に熱源３５から熱を伝えることにより受動機１７から冷熱を取り出して冷凍部６１を冷却する例について説明したが、これに限らないで、受動機１７から加熱を取り出して暖房などに利用することも可能である。
具体的には、図１に示す受動機１７の第二低温熱交換器５８を、例えば環境温度に保つことにより、受動機１７の第二高温熱交換器５７を加熱して熱を得る（回収する）ことができる。得られた熱を利用して暖房などをおこなうことができる。

また、前記実施例４では、受動機１７の両側（上流側および下流側）の近傍に上下の対流抑制手段９２，９３を設けた例について説明したが、これに限らないで、受動機１７の両側（上流側および下流側）の近傍のうちの少なくとも一箇所に対流抑制手段を設けることも可能である。

さらに、前記実施例４では、上対流抑制手段９２の頂部４３を受動機１７の第二高温熱交換器５７側から離れた位置に配置した例について説明したが、これに限らないで、上対流抑制手段９２を逆向きに設けて頂部４３を第二高温熱交換器５７側に配置することも可能である。

また、前記実施例１〜前記実施例４で示した熱音響機関、第一ループ管、原動機、対流抑制手段、第二ループ管、受動機、支持部、壁部、頂部、上対流抑制手段および下対流抑制手段などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、ループ管内の原動機で熱エネルギを音響エネルギに変換し、変換した音響エネルギをループ管内の受動機で熱エネルギに変換する熱音響機関への適用に好適である。

１０，７０，８０，９０…熱音響機関、１１…第一ループ管（ループ管）、１２…原動機、１４…対流抑制手段、１６…第二ループ管（ループ管）、１７…受動機、５９…作動流体、４１…支持部、４２，８３…壁部、４２ａ，８３ｂ…壁部の端部、４２ｂ，８３ａ…壁部の基部、４３，８４…頂部、４６…一方側（上流側）、４７…他方側（下流側）、９２…上対流抑制手段（対流抑制手段）、９３…下対流抑制手段（対流抑制手段）、（Ｔ＋Ｌ１）…対流抑制手段の自然長さ、δ１…壁部の伸び量、（Ｔ＋Ｌ１＋δ１）…対流抑制手段の自然長さに壁部の伸び量を加えた距離。

Claims (3)

1. ループ管の内部に原動機および受動機が設けられるとともに前記ループ管の内部に作動流体が封入され、前記原動機で熱エネルギを音響エネルギに変換し、前記音響エネルギを前記受動機で熱エネルギに変換する熱音響機関において、
   前記作動流体の対流を抑制する対流抑制手段が、前記原動機の低温側、前記受動機の低温側、前記受動機の高温側のうちの少なくとも一箇所に設けられ、
   前記対流抑制手段は、
   弾性体で形成され、前記ループ管の内部を仕切る膜部材であって、
   前記ループ管に支持される支持部と、
   前記支持部に基部が設けられ、前記ループ管に沿って筒形の蛇腹状に形成されることにより伸縮可能な壁部と、
   前記壁部の端部を閉塞する頂部と、
   を有することを特徴とする熱音響機関。
2. 前記対流抑制手段は、
   前記原動機、前記受動機の近傍で、かつ、少なくとも前記対流抑制手段の自然長さに前記壁部の伸び量を加えた距離だけ離れた位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載の熱音響機関。
3. 前記壁部の径を、前記基部から前記端部に向けて徐々に小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１記載の熱音響機関。

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