JP2016044549A

JP2016044549A - 熱音響装置

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Publication number: JP2016044549A
Application number: JP2014166711A
Authority: JP
Inventors: 伊奈　孝; Takashi Ina; 孝伊奈; 洸平中村; Kohei Nakamura; 田村　守淑; Moriyoshi Tamura; 守淑田村; 長谷川　真也; Shinya Hasegawa; 真也長谷川
Original assignee: Tokai University; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Tokai University; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: JP6376895B2

Abstract

【課題】冷熱を高効率で利用することが可能な熱音響装置を提供すること。【解決手段】熱音響装置１は、作動ガスが封入されたループ管１０と、ループ管１０から分枝された枝管２０と、枝管２０に接続された動力変換器３０と、ループ管１０内に配設されるとともに内部に多数の細孔４６を有する蓄熱器４０と、蓄熱器４０の一端４１に配置された冷熱用熱交換器５１と、蓄熱器４０の他端４２に配置された温熱用熱交換器５２と、を備える。冷熱用熱交換器５１は、冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液化酸素又は液化水素のいずれかを利用可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、熱音響装置に関する。

従来、冷熱をエネルギー源として利用する方法が提案されている。例えば、液化天然ガスを気化させて発電燃料や都市ガス燃料として用いる際に排出される冷熱の一部は、ランキンサイクルを利用した発電（冷熱発電）の冷熱源として利用されたり、ドライアイス製造用や冷凍食品用の冷熱として利用されたりしている。

しかしながら、上述の冷熱の大部分は未利用となっており、冷熱の利用率は低い。さらに、上述の冷熱発電は、構造上、作動ガスの漏洩やピストンの摩擦損失等の機械的損失が大きく、熱効率が理論効率よりも大幅に低くなっている。このことも冷熱発電の普及を阻害する要因の一つとなっている。

一方、特許文献１には、熱エネルギーを音響エネルギーに変換して、音響エネルギーから電力を得る熱音響エンジンが開示されている。かかる構成では、駆動時における機械的損失がほとんどないことから、高い熱効率を得ることが可能である。特許文献１に開示の構成では、温熱源として内燃機関の高温排ガスなどを利用し、冷熱源として内燃機関の冷却水などを利用している。

特開２００５−２３３０３７号公報

上記冷熱の利用率を向上するために高効率な熱音響エンジンを利用することが考えられる。しかし、特許文献１に開示のように、従来の熱音響エンジンを用いた発電では数百℃の温熱源と、１００℃程度の冷熱源とを用いたものである。そして、液化天然ガス（ＬＮＧ）冷熱のようにマイナス数百℃の冷熱源を用いた熱音響エンジンについては、これまでに報告例はない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、冷熱を高効率で利用することができる熱音響装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記冷熱用熱交換器は、冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液化酸素又は液化水素のいずれかを利用可能に構成されていることを特徴とする熱音響装置にある。

上記熱音響装置は、内部に多数の細孔を有する上記蓄熱器における作動ガスの膨張・収縮によって生じる熱音響現象を利用して、上記蓄熱器の両端における熱エネルギー差を音響エネルギーに変換するいわゆる熱音響装置である。そのため、機械的な駆動部分が少ないことから、熱エネルギーの機械的な損失が少なく、冷熱を高効率で利用することができる。また、部品点数が少ないため、製造コストやランニングコストの低減が図られる。さらに、冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液化酸素又は液化水素のいずれかが使用されるため、冷熱としての熱エネルギーに加えて、これらの液体が冷熱用熱交換器において気化する際の蒸発潜熱を熱エネルギーとして活用することができる。また、かかる冷熱源を利用するため、温熱用熱交換器における温熱源の温度を過度に高くする必要がなく、比較的穏やかな温度条件下で使用することができる。その結果、装置の耐久性を向上でき、信頼性の高い熱音響装置を提供することができる。

実施例１における、熱音響装置の概略図。実施例１における、蓄熱器の斜視図。実施例１における、運転結果を示すグラフ。変形例における、蓄熱器の斜視図。図４における、V-V線位置断面の一部拡大図。変形例における、蓄熱器の展開図。図６における、VII-VII線位置断面の一部拡大図。

上記蓄熱器における細孔径は５０〜２００μｍであることが好ましい。この場合には、蓄熱器内部におけるエネルギー変換効率の向上が図られる。細孔径の最適値は、作動ガスのガス圧や作動温度等の条件によって変動するものであるが、一般的に蓄熱器内部の作動ガスが高圧及び低温であるほど当該適正値は小さくなる傾向がある。そして、蓄熱器に温度勾配を発生させるための冷熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化窒素、液化酸素又は液化水素を採用した場合には、細孔径の適正値は５０〜２００μｍとすることができる。

上記熱交換器は、温熱源として、大気、海水又は未利用排熱のいずれかを利用可能に構成されていることとすることができる。この場合には、温熱源の入手が容易でランニングコストを低減することができる。また、熱交換器における温度条件が穏やかとなるため、装置の耐久性を一層向上することができ、信頼性に優れる。なお、「未利用排熱」とは、内燃機関、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、ヒートポンプ、工業用バーナなどにおいて排出される排熱の内、何らかの用途に使用されずに排出される熱エネルギーを有するものとする。

上記動力変換器は、上記枝管から得られる音響エネルギーを電力に変換する発電機であることが好ましい。この場合には、当該熱音響装置によって電力を得ることができるため、様々な用途に使用することができる熱音響装置を提供することができる。

（実施例１）
本例の実施例に係る熱音響装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の熱音響装置１は、ループ管１０と、枝管２０と、動力変換器３０と、蓄熱器４０と、冷熱用熱交換器５１と、温熱用熱交換器５２と、を備える熱音響装置である。
ループ管１０には作動ガスが封入されている。枝管２０はループ管１０から分枝されている。動力変換器３０は枝管２０に接続されている。蓄熱器４０はループ管１０内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する。冷熱用熱交換器５１は蓄熱器４０の一端４１に配置されている。温熱用熱交換器５２は蓄熱器４０の他端４２に配置されている。
そして、冷熱用熱交換器５１は、冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液化酸素又は液化水素のいずれかを利用可能に構成されている。

以下、本例の熱音響装置１について、詳述する。
図１に示すように、ループ管１０は中空の管状部材からなり、矩形のループ状に形成されている。ループ管１０には作動ガスが封入されている。作動ガスとして、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、空気など、又はこれらのうち２つ以上を混合した混合ガスを採用することができ、本例ではヘリウムガスを採用している。作動ガスのガス圧や動作温度は、冷熱源や温熱源の種類などを考慮して適宜設定することができ、例えば、冷熱源としてＬＮＧを採用する場合には、ガス圧を１ＭＰａ〜３ＭＰａとすることができ、作動温度を−１００℃〜−１６０℃とすることができる。この場合には、蓄熱器内部のエネルギー変換効率の向上が図られる。枝管２０は、ループ管１０と同様に中空の管状部材からなる。そして、ループ管１０と連通しており、ループ管１０の角部から延出して直線状を成している。なお、ループ管１０及び枝管２０の長さは、動力変換器３０等の固有振動数などを考慮して、出力される圧力波の周波数を適宜調整するために所定の長さとすることができる。

枝管２０の先端部には、動力変換器３０が配設されている。本例では、動力変換器３０として、レシプロ式のリニア発電機が備えられている。動力変換器３０はピストン３１を備えている。ピストン３１は枝管２０の端部に挿入されているとともに、枝管２０の延出方向に往復摺動可能となっている。動力変換器３０は、ピストン３１が往復運動されることにより発電する。そして、動力変換器３０には、当該発電された電力を消費する外部負荷３３が接続されている。なお、本例では、動力変換器３０には補助電源３４が接続されている。動力変換器３０は、補助電源３４から供給された電力を使用してモータとして作動してピストン３１を往復摺動させることにより、始動のため枝管２０内の作動ガスに振動を付与することができる。そして、動力変換器３０は、ピストン３１の往復摺動による発電と、補助電源３４による作動ガスへの振動の付与とを切り替えて行うことができるように構成されている。

ループ管１０及び枝管２０は作動ガスの熱膨張収縮により発生する音波を繰り返し伝播することにより、音響エネルギーを増幅する共鳴管として機能する。

蓄熱器４０は、ループ管１０内に保持されている。蓄熱器４０は、図２に示すように、蓄熱器４０は円柱状に形成されている。蓄熱器４０の外径Ｐは、ループ管１０の内径（図示せず）と同一となるように設定することが好ましい。これにより、円柱状に形成された蓄熱器４０をループ管１０の内壁に対して隙間なく設けることが容易となる。例えば、蓄熱器４０の外径Ｐは４０〜１５０ｍｍとすることができ、本例ではループ管１０の内径（図示せず）に合わせて４０ｍｍとなっている。

蓄熱器４０は、図２に示すように、多数の細孔４６を有する薄板４０ａを積層してなる。当該細孔径は、５０〜２００μｍとすることができる。作動ガスの種類・圧力および冷熱源の温度によって適正値をとり、エネルギー変換効率を向上できる。

蓄熱器４０自体の熱伝導率は小さいことが好ましい。この場合には、蓄熱器４０の両端４１、４２間で温度勾配を発生させた場合に、熱が作動ガスに伝播されずに蓄熱器４０自体に伝播されることが抑制されて、熱が作動ガスに積極的に伝播されるため、エネルギー変換効率を向上できる。例えば、樹脂製の蓄熱器４０を採用することにより、熱伝導率を小さくすることができる。

蓄熱器４０内部の細孔４６の開口率は高いことが好ましく、例えば、７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％とすることができる。この場合には、細孔４６を介した作動ガスと蓄熱器４０との間の熱交換効率が向上し、蓄熱器４０内部のエネルギー変換効率の向上が図られる。

細孔４６は蓄熱器４０の両端４１、４２に連通しており、直線状となっていることが好ましい。この場合には、細孔４６内で作動ガスの熱膨張収縮によって生じる音波の伝播方向が均一となって、音響エネルギーの伝播効率が向上し、エネルギー変換効率の向上が図られる。本例では、図２に示すように、各薄板４０ａにおける細孔４６が両端４１、４２に連通するように位置決めされた状態で積層されおり、細孔４６は全体として、両端４１、４２に連通して直線状となっている。

上述の如く形成された蓄熱器４０は、細孔径（細孔４６の径）を適正な範囲とし（第１条件）、蓄熱器４０自体の熱伝導率を低く維持する（第２条件）とともに、細孔４６の開口率を高くし（第３条件）、細孔４６を直線状でかつ閉塞されない形状とする（第４条件）ことができる。これら４つの条件をすべて満たした蓄熱器４０とすることにより、高いエネルギー変換効率を呈する。各細孔４６には、ループ管１０に封入された作動ガスが充填されている。蓄熱器４０の一端４１には冷熱用熱交換器５１、他端４２には温熱用熱交換器５２が設けられている。これにより、蓄熱器４０の両端４１、４２間に温度勾配が形成される。

冷熱用熱交換器５１は、本例では、冷熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用可能に構成されている。ＬＮＧは、冷熱側供給ライン５１１を介して冷熱用熱交換器５１に供給されている。本例では、冷熱側供給ライン５１１には、冷熱用熱交換器５１に供給されるＬＮＧの温度を検出する冷熱入口温度検出器５１６ａが接続されている。また、冷熱側排出ライン５１４には、冷熱用熱交換器５１から排出されるＬＮＧの温度を検出する冷熱出口温度検出器５１６ｂが接続されている。冷熱側排出ライン５１４には、気化しなかったＬＮＧを気化させるための気化器５１５が備えられており、気化器５１５により、冷熱用熱交換器５１に供給されたＬＮＧはすべて気化されて天然ガスとして排出される。また、冷熱側排出ライン５１４には、天然ガス流量を検出する流量計５１２と、天然ガス流量を調整する冷熱源流量調整弁５１３とが設けられている。なお、冷熱源としては、ＬＮＧの他に、液化窒素、液化酸素、液化水素などを採用することができる。

温熱用熱交換器５２には温熱源として海水が供給されている。当該海水は、温熱用熱交換器５２に接続された温熱側供給ライン５２１を介して供給される。温熱側供給ライン５２１には、温熱用熱交換器５２に供給される海水の温度を検出する温熱入口温度検出器５２９ａが接続されている。また、温熱側排出ライン５２６には、温熱用熱交換器５２から排出される海水の温度を検出する温熱出口温度検出器５２９ｂが接続されている。また、温熱側供給ライン５２１には、海水流量を検出する流量計５２２、温熱用熱交換器５２に海水を送り込む温熱源ポンプ５２３と、温熱用熱交換器５２に送り込まれる海水を加熱するヒータ５２４と、送り込まれる海水を冷却するラジエタ５２５とが接続されている。温熱用熱交換器５２に供給された海水は、温熱用熱交換器５２に接続された温熱側排水ライン５２６を介して温熱用熱交換器５２から排出される。

本例の熱音響装置１では、冷熱用熱交換器５１によって蓄熱器４０の一端４１が冷却されるとともに、温熱用熱交換器５２によって蓄熱器４０の他端４２が加熱されることとにより、蓄熱器４０の両端４１、４２間に温度勾配が形成される。これにより、蓄熱器４０に備えられた多数の細孔４６内の他端４２側に位置する作動ガスが加熱されて膨張する。これに伴って、膨張した作動ガスの一部は温度勾配における低温側（一端４１側）に移動し、当該作動ガスの熱が細孔４６を形成する蓄熱器４０の内壁に即座に伝達されることにより、当該作動ガスは冷却されて収縮する。作動ガスの移動が急速に進むと低温側の作動ガス圧が一時的に高温側より高くなり、作動ガスは高温側に戻ろうとする。高温側に戻った作動ガスは再度加熱膨張し、前記工程を繰り返す。その結果、作動ガスが蓄熱器４０内部を往復運動（振動）こととなって音波（ループ管１０内の作動ガスの圧力変動による疎密波）が発生する。これにより、蓄熱器４０に温度勾配を生じさせた熱エネルギーが音響エネルギーに変換されることとなる。

その後、発生した音波はループ管１０内を伝播して循環する。当該音波の発生と循環が繰り返されることにより、音波は次第に増幅される。これにより、作動ガスがループ管１０内を移動するとともに、ループ管１０と連通している枝管２０内の作動ガスが枝管に往復運動することとなる。これに伴って、枝管２０の先端部に配設されたピストン３１が往復運動して、動力変換器３０としてのリニア発電機が発電する。これにより、音響エネルギーが電力に変換されることとなる。このようにして、本例の熱音響装置１は熱エネルギーを電力に変換することができる。

次に、本例の熱音響装置１の運転試験を行った。なお、当該運転試験では、冷熱源として液体窒素（ＬＮ）を採用し、温熱源として水を採用した。運転条件及び測定結果を表１に示す。また、液体窒素入口温度、液体窒素出口温度、水入口温度、水出口温度、及び音響強度についてのグラフを図３に示した。なお、表１及び図３における、液体窒素入口温度は冷熱側供給ライン５１１における液体窒素の温度を示し、液体窒素出口温度はそれぞれ、冷熱側排出ライン５１４における窒素ガスの温度を示す。また、水入口温度は温熱側供給ライン５２１における水の温度を示し、水出口温度は温熱側排出ライン５２６における水の温度を示す。また、音響強度とは、枝管２０の分岐部近傍内部を伝達している音波のエネルギーを示す。また、表１における液体窒素流量は、１分間当たりの冷熱側供給ライン５１１を流通する液体窒素量を示し、液体窒素抜熱量は、冷熱源としてのＬＮから冷熱用熱交換器５１に供給された冷熱量を示し、水流量は、１分間当たりの温熱側供給ライン５２１を流通する水量を示し、水入熱量は、温熱源としての水から温熱用熱交換器５２に供給された温熱量を示す。また、効率は熱音響装置１における熱効率を示し、表１中の（音響強度）/（水入熱量）により算出される。なお、本例の運転試験では、表１に示すように、液体窒素抜熱量及び水入熱量はともに約６０Ｗであった。

図３に示すように、音響強度は、運転開始から０〜５０００secまでは低い値であったが、運転開始から５０００secにおいてジャンプアップし、その後、高い値が維持されていた。運転開始から０〜５０００secまでの運転初期においては、蓄熱器４０内の温度勾配が十分に形成されていなかったと考えられる。ループ管１０及び枝管２０において作動ガスを伝播する音波（音響エネルギー）が増幅されて、熱音響装置１が自励発振するには、蓄熱器４０内の温度勾配が十分形成されるとともに両端４１、４２間の１００〜１５０℃の温度差があることを要する。そして、運転開始から５０００secの時点において、蓄熱器４０内の温度勾配が十分形成されて両端４１、４２間の温度差が上記値に達することにより、熱音響装置１が自励発振したと考えられる。

そして、本例では、水入口温度と液体窒素入口温度との差が１１０℃であって、自励発振する温度勾配を形成するのに適した温度条件とした。これにより、当該熱音響装置１が自励発振することにより、安定して高い音響強度が得られ、冷熱を高効率で利用できることが確認された。なお、運転開始直後は、動力変換器３０を補助電源３４によりモータとして作動させて、熱音響装置１の作動ガスに振動を与えることにより、自励発振を促している。そのため、運転開始直後から所定時間は、動力変換器３０は電力を消費しているため、音響強度（熱音響装置１内部の音波エネルギー）は負の値となっている。

本例の熱音響装置１は、熱音響現象を利用して、蓄熱器４０の両端４１、４２における熱エネルギー差を音響エネルギーに変換するものであるため、機械的な駆動部分が少ない。これにより、熱エネルギーの機械的な損失が少なく、冷熱を高効率で利用することができる。また、部品点数が少ないため、製造コストやランニングコストの低減が図られる。さらに、冷熱用熱交換器５１における冷熱源として、液化天然ガスが使用されるため、冷熱としての熱エネルギーに加えて、液化天然ガスが冷熱用熱交換器５１において気化する際の蒸発潜熱を熱エネルギーとして活用することができる。また、かかる冷熱源としての液化天然ガスは非常に低温であるため、温熱用熱交換器５２における温熱源の温度を過度に高くする必要がなく、比較的穏やかな温度条件下で使用することができる。その結果、装置全体の耐久性を向上でき、信頼性の高い熱音響装置１を提供することができる。

また本例では、蓄熱器４０における細孔径（細孔４６の径）は２００μmであって、冷熱源としての液化天然ガスを使用する場合に適した範囲内の値（５０〜２００μｍ）であるため、蓄熱器４０内部のエネルギー変換効率の向上が図られる。

そして、本例では、温熱用熱交換器５２は、温熱源として海水を利用可能に構成されている。そのため、温熱源の入手が容易で取扱いの手間がかからないことから、熱音響装置１のランニングコストを低減できる。なお、温熱源としては、海水の他に、大気、河川水又は未利用排熱などを利用可能としてもよい。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。なお、「未利用排熱」とは、内燃機関、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、ヒートポンプ、工業用バーナなどにおいて排出される排熱の内、何らかの用途に使用されずに排出される熱エネルギーを有するものとする。

本例では、動力変換器３０は、枝管２０から得られる音響エネルギーを電力に変換する発電機である。これにより、冷熱源の熱エネルギーを、音響エネルギーを介して効率的に電力に変換することができ、冷熱の利用効率の向上に寄与する。なお、本例では、動力変換器３０としてリニア発電機を採用したが、これに限定されず、音響エネルギーを電力に変換可能なものであればよい。

なお、本例における蓄熱器４０に替えて、図４〜図７に示す変形例としての蓄熱器４００を使用してよい。蓄熱器４００において、蓄熱器４０（図２参照）の構成部材と同等の部材には同等の符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、蓄熱器４００は、基材４３及びスペーサ４５を備える。基材４３は、ポリプロピレン製の薄膜であって、シート状を成している。基材４３の膜厚は、細孔４６の開口率、強度、柔軟度などを考慮して決定することができ、例えば、１０〜３０μｍ、好ましくは１２〜２０μｍ、より好ましくは１４〜１８μｍとすることができ、本例では、図７に示すように、基材４３の膜厚ｓは１５μｍである。基材４３のＸ方向の長さは５０ｍｍ、Ｙ方向の長さは２０ｍである。なお、必要とされる蓄熱器４００の形状に応じて、基材４３を適当な形状に裁断してもよい。

図５、図６に示すように、スペーサ４５は基材４３の積層方向Ｚに対して垂直であるＸ方向に延びるように、基材４３の表側面４３ａに複数配設されている。スペーサ４５はＸ方向を長手方向とする柱状を成している。図６に示すように、スペーサ４５は、基材４３の表側面４３ａのＸ方向の両端４１、４２（Ｘ１方向端部とＸ２方向端部）に亘って形成されている。よって、スペーサ４５のＸ方向の長さは基材４３のＸ方向の長さと同一となっている。

図７に示すように、スペーサ４５のＹ方向における断面形状は矩形となっている。スペーサ４５のＹ方向の長さ（幅）ｗ及びスペーサ４５の高さｈは、後述の細孔４６の開口率が所定の範囲内となるように設定される。例えば、スペーサ４５の幅ｗは想定する細孔４６の径の１倍〜２０倍、好ましくは５倍〜２０倍とすることができ、スペーサ４５の高さｈは想定する細孔４６の径と同等とすることができる。幅ｗ及び高さｈをかかる範囲とすることにより、スペーサ４５が基材４３に確実に固定されて、スペーサ４５が横倒れすることが防止される。本例では、スペーサ４５の幅ｗは１００μｍとし、スペーサ４５の高さｈは１００μｍとしている。

図６、図７に示すように、複数のスペーサ４５はＸ方向に平行かつＹ方向に等間隔に配列している。互いに隣接しているスペーサ４５の間隔ｄも後述の細孔４６の開口率αが所定の範囲内となるように設定される。例えば、間隔ｄは５００〜２０００μｍ、好ましくは７５０〜２０００μｍ、より好ましくは９００〜２０００μｍとすることができる。間隔ｄをかかる範囲とすることにより、後述する細孔４６の開口率を高く維持することができる。本例では、間隔ｄは９００μｍとしている。

スペーサ４５は光硬化性樹脂からなる。そして、硬化前の当該光硬化性樹脂が、基材４３の表側面４３ａに印刷された後、露光されて硬化されることにより、複数のスペーサ４５が基材４３の表側面４３ａに配設されている。

スペーサ４５が配設された基材４３は、図４に示すように、心棒４７を巻回軸としてロール状に巻回されて積層されている。心棒４７は樹脂製の円柱状部材である。心棒４７の直径は１０ｍｍであって、心棒４７の軸方向は複数のスペーサ４５の延びる方向Ｘに平行となっている。そして、スペーサ４５が配設された基材４３は、表側面４３ａが軸心（心棒４７）側に向けられた状態で、スペーサ４５の配列方向Ｙに巻回されている。これにより、スペーサ４５の上面（基材４３の表側面４３ａに対向して接合されている下面４５ａと反対側の面）４５ｂが、積層された基材４３の裏側面４３ｂと対向して当接している。これにより、図５に示すように、積層された基材４３の間にスペーサ層４４が形成される。

基材４３は、蓄熱器４００の外径Ｐが所定の大きさとなるように巻回されている。蓄熱器４００の外径Ｐは、ループ管１０の内径（図示せず）と同一となるように設定することが好ましい。これにより、円筒状に形成された蓄熱器４００をループ管１０の内壁に対して隙間なく設けることが容易となる。例えば、蓄熱器４００の外径Ｐは４０〜１５０ｍｍとすることができ、ループ管１０の内径（図示せず）に合わせて４０ｍｍとすることができる。

スペーサ４５の形成材料である光硬化性樹脂が完全に硬化しきる前に基材４３の巻回を行って、スペーサ４５の上面４５ｂと基材４３の裏側面４３ｂとを当接させた後、当該光硬化性樹脂を完全に硬化させることにより、スペーサ４５の上面４５ｂと基材４３の裏側面４３ｂと接合させている。

上述のごとく、スペーサ４５が配設された基材４３を巻回することにより、図５に示すように、スペーサ層４４において、積層された基材４３と互いに隣接するスペーサ４５とによって囲まれて細孔４６が形成されている。細孔４６はＸ方向に直線状に延在しており、一端４１及び他端４２に開口しているとともに一端４１と他端４２との間は閉塞されていない。このようにして、多数の細孔４６が集積された蓄熱器４００が形成されている。

図５に示す細孔４６の開口幅４６ａは、図７に示す隣接するスペーサ４５の間隔ｄに相当するとともに、図５に示す細孔４６の開口高さ４６ｂは、図７に示すスペーサ４５の高さｈに相当する。そして、スペーサ４５の形状は均一であって、等間隔に配設されているため、すべての細孔４６はほぼ均一の開口幅４６ａ及び開口高さ４６ｂを有する。そのため、蓄熱器４００における細孔４６の開口率αは下記の式１によって導き出される。本例では、細孔４６の開口率αは、７８．２％である。
α＝（ｄ×ｈ）／（（ｓ＋ｈ）×（ｄ＋ｗ））×１００・・・（式１）

上述の如く形成された蓄熱器４００は、樹脂製の薄膜からなる基材４３がスペーサ層４４を介して複数積層されており、スペーサ層４４には基材４３の積層方向に対して垂直に延びる複数のスペーサ４５が互いに平行かつ等間隔に配列しているとともに、積層された基材４３と互いに隣接するスペーサ４５とによって囲まれてなる細孔４６が複数形成されている。蓄熱器４００は、細孔径（本例では細孔４６の開口高さ４６ｂ）を十分小さくし（第１条件）、蓄熱器４００自体の熱伝導度を低く維持する（第２条件）とともに、細孔の開口率を高くし（第３条件）、細孔４６を直線状でかつ閉塞されない形状とする（第４条件）ことができる。これら４つの条件をすべて満たした蓄熱器４００とすることにより、高いエネルギー変換効率を呈する。各細孔４６には、ループ管１０に封入された作動ガスが充填されている。

図３に示す蓄熱器４００を用いた場合にも、蓄熱器４０（図２参照）を用いた場合と同等の作用効果を奏する。さらに、蓄熱器４００は、径（細孔径）の小さい細孔４６を、容易に均一にかつ高精度に形成することができ、エネルギー変換効率の向上に寄与する。

１熱音響装置
１０ループ管
２０枝管
３０動力変換器
４０、４００蓄熱器
５１冷熱用熱交換器
５２温熱用熱交換器

Claims

作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記冷熱用熱交換器は、冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液化酸素又は液化水素のいずれかを利用可能に構成されていることを特徴とする熱音響装置。
上記蓄熱器における細孔径が５０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の熱音響装置。
上記温熱用熱交換器は、温熱源として、大気、海水、河川水又は未利用排熱のいずれかを利用可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱音響装置。
上記動力変換器は、上記枝管から伝達された音響エネルギーを電力に変換する発電機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱音響装置。