JP2016096614A - Thermal acoustic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、熱音響現象を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する熱音響発電装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a thermoacoustic power generation apparatus that converts thermal energy into electrical energy using a thermoacoustic phenomenon.
熱音響現象を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する装置(以下、熱音響発電装置と記す)が、従来から提案されている。熱音響発電装置は、通常、熱エネルギを音響エネルギに変換するスタックと、音響エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを有している。 An apparatus (hereinafter referred to as a thermoacoustic power generation apparatus) that converts thermal energy into electric energy using a thermoacoustic phenomenon has been conventionally proposed. A thermoacoustic power generator typically includes a stack that converts thermal energy into acoustic energy and a generator that converts acoustic energy into electrical energy.
スタックは、一般的に、外部から熱の供給を受ける高温側の熱交換器(以下、高温側熱交換器と記す)と、低温側の熱交換器(以下、低温側熱交換器と記す)との間に設けられて、高温側熱交換器から低温側熱交換器に向かう方向(以下、軸方向と記す)に作動流体が貫流可能に構成されている。高温側熱交換器に熱を供給して当該スタックに温度勾配を形成することにより、スタックと作動流体との間において熱交換が行われて、作動流体は膨張・収縮を繰り返し、当該作動流体には、自励振動が発生する。 Generally, the stack is composed of a high-temperature side heat exchanger (hereinafter referred to as a high-temperature side heat exchanger) that receives heat supplied from the outside and a low-temperature side heat exchanger (hereinafter referred to as a low-temperature side heat exchanger). Between the high temperature side heat exchanger and the low temperature side heat exchanger (hereinafter referred to as the axial direction). By supplying heat to the high temperature side heat exchanger to form a temperature gradient in the stack, heat exchange is performed between the stack and the working fluid, and the working fluid repeatedly expands and contracts, Causes self-excited vibration.
熱音響発電装置において、スタックとの熱交換により作動流体に発生した自励振動すなわち音響エネルギを、トランスデユーサ等を用いて電気エネルギに変換している。 In a thermoacoustic power generation device, self-excited vibration, that is, acoustic energy generated in a working fluid by heat exchange with a stack is converted into electrical energy using a transducer or the like.
上述した熱音響発電装置において、作動流体の自励振動は、当該作動流体が充填されている管路、高温側熱交換器、低温側熱交換器、スタック及び発電機の形状や位置関係等に依存する固有振動数(以下、「系の固有振動数」と記す)で起こる。また、スタックにおける熱エネルギから音響エネルギへの変換効率は、作動流体が流れる流路の形状と、自励振動するときの周波数に依存する。熱音響発電装置を作動させるためには、スタックにおける高いエネルギ変換効率を実現しつつ、系の固有振動数に近い振動数で自励振動を生じさせる必要がある。 In the above-described thermoacoustic power generator, the self-excited vibration of the working fluid depends on the shape and positional relationship of the pipeline, the high temperature side heat exchanger, the low temperature side heat exchanger, the stack, and the generator filled with the working fluid. Occurs at a dependent natural frequency (hereinafter referred to as "system natural frequency"). The conversion efficiency from thermal energy to acoustic energy in the stack depends on the shape of the flow path through which the working fluid flows and the frequency at which self-excited vibration occurs. In order to operate the thermoacoustic power generator, it is necessary to generate self-excited vibration at a frequency close to the natural frequency of the system while realizing high energy conversion efficiency in the stack.
このような熱音響発電装置において、例えば発電機の構造や位置の変更、装置の据付条件(例えば、熱音響発電装置が固定される構造物との位置関係、固定方法等)等に応じて系の固有振動数が変化してしまい、スタックにおけるエネルギ変換効率が低下することや、作動流体に自励振動が生じないことがある。熱音響発電装置を良好に作動させるためには、スタックにおけるエネルギ変換効率を低下させることなく、作動流体に自励振動を生じさせる必要がある。据付条件等を踏まえて熱音響発電装置ごとに最適な設計をするとなると、製造コストの増大を伴う。また、加工性等の製造上の問題から、必ずしも最適設計を実現できるとは限らない。さらに、経年による据付条件の変化(固定される構造物や固定手段の経年劣化等)も想定され得る。このため、熱音響発電装置においては、スタックの設計変更によることなく、系の固有振動数の調整を可能にする技術が求められている。 In such a thermoacoustic power generation device, for example, depending on a change in the structure and position of the generator, installation conditions of the device (for example, positional relationship with a structure to which the thermoacoustic power generation device is fixed, a fixing method, etc.) The natural frequency of the fluid may change, and the energy conversion efficiency in the stack may decrease, and the self-excited vibration may not occur in the working fluid. In order to operate the thermoacoustic power generator satisfactorily, it is necessary to cause self-excited vibration in the working fluid without reducing the energy conversion efficiency in the stack. If an optimum design is made for each thermoacoustic power generator in consideration of the installation conditions and the like, the manufacturing cost increases. In addition, optimal design cannot always be realized due to manufacturing problems such as workability. In addition, changes in installation conditions due to aging (aging of fixed structures and fixing means, etc.) may be assumed. For this reason, in the thermoacoustic power generation device, there is a demand for a technique that allows the natural frequency of the system to be adjusted without changing the stack design.
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、系の固有振動数を調整可能な熱音響発電装置を提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a thermoacoustic power generator capable of adjusting the natural frequency of a system.
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の熱音響発電装置は、熱音響現象を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する熱音響発電装置であって、熱エネルギの供給を受ける高温側熱交換器と、高温側熱交換器に比べて低温である低温側熱交換器と、当該高温側熱交換器と当該低温側熱交換器との間に設けられており且つ作動流体が貫流可能な複数の通路が形成されているスタックと、を有し、当該高温側熱交換器から当該低温側熱交換器に向かうに従って低温となる温度勾配をスタックに形成することにより、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部と、作動流体の音圧を受けて往復動する往復動部材を有し、当該往復動部材の往復動を電気エネルギに変換する発電部と、前記音圧発生部と前記発電部とを接続し、内部に作動流体が充填される配管と、を備え、当該配管は、軸方向に伸縮可能な部分である伸縮部を有していることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a thermoacoustic power generation device according to an embodiment of the present invention is a thermoacoustic power generation device that converts thermal energy into electrical energy using a thermoacoustic phenomenon, and is supplied with high temperature. A side heat exchanger, a low temperature side heat exchanger that is lower in temperature than the high temperature side heat exchanger, and the high temperature side heat exchanger and the low temperature side heat exchanger. A stack in which a plurality of possible passages are formed, and by forming a temperature gradient in the stack that decreases in temperature from the high temperature side heat exchanger toward the low temperature side heat exchanger, A sound pressure generating unit that generates pressure, a reciprocating member that reciprocates in response to the sound pressure of the working fluid, and a power generation unit that converts the reciprocating motion of the reciprocating member into electrical energy; and the sound pressure generating unit Is connected to the power generation unit and the working fluid inside And a pipe to be filled, the pipe is characterized by having a telescopic unit which is extensible part in the axial direction.
また、本発明の他の実施形態の熱音響発電装置は、熱音響現象を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する熱音響発電装置であって、熱エネルギの供給を受ける高温側熱交換器と、高温側熱交換器に比べて低温である低温側熱交換器と、当該高温側熱交換器と当該低温側熱交換器との間に設けられており且つ作動流体が貫流可能な複数の通路が形成されているスタックと、を有し、当該高温側熱交換器から当該低温側熱交換器に向かうに従って低温となる温度勾配をスタックに形成することにより、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部と、作動流体の音圧を受けて振動する振動膜を有し、当該振動膜の振動を電気エネルギに変換する発電部と、前記音圧発生部と前記発電部とを接続し、内部に作動流体が充填される配管と、当該振動膜の張力を変化させることが可能な張力可変機構と、を備えることを特徴とする。 A thermoacoustic power generation apparatus according to another embodiment of the present invention is a thermoacoustic power generation apparatus that converts thermal energy into electrical energy using a thermoacoustic phenomenon, and receives a supply of thermal energy. And a low temperature side heat exchanger that is at a lower temperature than the high temperature side heat exchanger, and a plurality of working fluids that are provided between the high temperature side heat exchanger and the low temperature side heat exchanger and through which the working fluid can flow. A stack having a passage formed therein, and generating a sound pressure in the working fluid by forming a temperature gradient in the stack, the temperature gradient of which decreases toward the low temperature side heat exchanger from the high temperature side heat exchanger. A sound pressure generating unit, a vibration film that vibrates in response to the sound pressure of the working fluid, and a power generation unit that converts vibration of the vibration film into electric energy, and the sound pressure generation unit and the power generation unit are connected. , Piping filled with working fluid inside, and the vibration Characterized in that it comprises between the tension varying mechanism capable of varying the tension, the.
本発明の実施形態によれば、熱音響発電装置において、系の固有振動数を調整することができる。 According to the embodiment of the present invention, the natural frequency of the system can be adjusted in the thermoacoustic power generator.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
〔第1の実施形態〕
第1の実施形態の熱音響発電装置について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態の熱音響発電装置の概略構成を示す縦断面図である。
[First Embodiment]
A thermoacoustic power generation device according to a first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the thermoacoustic power generation device of the present embodiment.
図1に示すように、熱音響発電装置1は、熱エネルギを電気エネルギに変換する装置であって、熱エネルギの供給を受けて、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部20と、作動流体の音圧を受けて、当該作動流体の音響エネルギを電気エネルギに変換する発電部30を有している。加えて、熱音響発電装置1は、音圧発生部20と発電部30とを接続し、内部に作動流体が充填される配管11を有している。本実施形態において、配管11は、円筒状をなしている。また、作動流体には、例えば、空気を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the thermoacoustic
なお、以下の説明において、軸方向のうち音圧発生部20から発電部30に向かう方向を「軸方向発電側」と記して図に矢印A1で示す。一方、軸方向発電側とは反対側を「軸方向反対側」と記して図に矢印A2で示す。また、当該軸方向に直交する径方向を図に矢印Rで示す。音圧発生部20の軸方向反対側には、略円筒状をなしている配管10が接続されている。
In the following description, the direction from the sound
音圧発生部20は、外部から熱エネルギの供給を受ける高温側熱交換器24と、高温側熱交換器24に比べて低温である低温側熱交換器26と、高温側熱交換器24と当該低温側熱交換器26との間に設けられて、温度勾配が形成されるスタック22とを有している。本実施形態において、スタック22は、軸方向に軸心が延びる円柱状をなしている。
The sound
スタック22は、高温側熱交換器24と低温側熱交換器26との間において作動流体が貫流可能な通路が複数形成されている。本実施形態において、スタック22に形成された複数の通路は、軸方向に並列して延びている。また、当該スタック22の径方向外側には、高温側熱交換器24と低温側熱交換器26との間において当該スタック22の径方向外側を囲う部材(以下、外周部材と記す)23が、設けられている。
The
本実施形態において、スタック22の軸方向反対側には、当該スタック22に隣接して高温側熱交換器24が設けられている。一方、スタック22の軸方向発電側には、当該スタック22に隣接して低温側熱交換器26が設けられている。スタック22は、軸方向において高温側熱交換器24と低温側熱交換器26との間に挟まれて設けられている。
In the present embodiment, on the opposite side in the axial direction of the
高温側熱交換器24は、軸方向に作動流体が貫流可能に構成されており、且つ高温の水(以下、熱水と記す)が貫流するよう構成されている。高温側熱交換器24は、外部から熱水が供給されて、当該熱水の熱を受けて高温となる。これにより、高温側熱交換器24は、熱エネルギの供給を受ける。高温側熱交換器24は、熱水から受けた熱(熱エネルギ)をスタック22に伝達する。
The high temperature
高温側熱交換器24の軸方向反対側A2には、軸方向に延びる配管10が結合されている。当該配管10の軸方向反対側の端10aは閉じられており、径方向内側には作動流体が充填されている。
A
低温側熱交換器26は、軸方向に作動流体が貫流可能に構成されており、且つ冷却用の水(以下、冷却水と記す)が径方向に貫流するよう構成されている。低温側熱交換器26は、外部から冷却水が供給されて、スタック22からの熱を吸収することにより、スタック22を冷却する。低温側熱交換器26は、スタック22から伝達された熱(熱エネルギ)を、冷却水に伝達して外部に排出する。排出される冷却水の温度は、外気と同等か僅かに高い温度である。
The low temperature
以上のように構成された音圧発生部20は、外部から高温側熱交換器24に熱水を供給すると共に、外部から低温側熱交換器26に冷却水を供給することで、スタック22には、軸方向を高温側熱交換器24から低温側熱交換器26に向かうに従って低温となる温度勾配が形成される。
The sound
このような温度勾配が形成されると、スタック22と、その通路内にある作動流体との間において、熱交換が行われて、当該作動流体は、膨張・収縮を繰り返す。当該作動流体には、自励振動が生じて作動流体の疎密波である音圧が発生する。なお、音圧に作動流体の粒子速度を乗じた値が、音響エネルギとなる。このようにして、スタック22は、高温側熱交換器24からの受けた熱エネルギのうち一部を、作動流体の音響エネルギに変換する。
When such a temperature gradient is formed, heat exchange is performed between the
低温側熱交換器26の軸方向発電側A1には、軸方向に延びている配管11が結合されている。本実施形態において、配管11は、径方向(図に矢印Rで示す)の寸法に比べて、軸方向の寸法が大きくなるよう構成されている。配管11のうち軸方向発電側の端部14には、発電部30が配設されている。配管11の径方向内側の空間5には、作動流体が充填されており、音圧発生部20において発生した音圧(音響エネルギ)は、空間5の当該作動流体を介して発電部30に伝達される。
A
本実施形態の発電部30は、いわゆるリニア・インダクション・モータとして構成されており、作動流体の音圧を受けて軸方向に往復動する部材(以下、往復動部材と記す)33を有している。本実施形態の発電部30において、往復動部材33は、軸方向に延びる略円柱状をなしており、永久磁石(磁石)を含んで構成されている。発電部30は、往復動部材33の径方向外側において、線材が巻回されて構成されたコイル36を有している。
The
さらに、本実施形態の発電部30は、径方向においてコイル36と往復動部材33との間は、軸方向に延びる筒状をなしておりコイル36の線材が巻き付けられる部材(以下、コイル芯と記す)35が設けられている。コイル芯35は、配管11の軸方向発電側の端部14に結合されている。
Furthermore, the
往復動部材33は、コイル36及びコイル芯35の径方向内側を軸方向に往復動可能に構成されている。発電部30は、往復動部材33を軸方向に往復動可能に支持する台(以下、磁石台と記す)32を有している。コイル芯35とその径方向内側にある往復動部材33は、スタック22及び熱交換器24,26と軸方向に対向して配置されており、且つ配管11の軸方向発電側の開口を閉じるように配置されている。
The reciprocating
往復動部材33のうち軸方向反対側の端面33aは、配管11内の空間5に面しており、作動流体の圧力を受ける。往復動部材33が作動流体の音圧を受けて往復動すると、コイル36には誘導電流が生じる。これにより、発電部30は、往復動部材33の往復動すなわち音響エネルギを、電気エネルギに変換する。
An
本実施形態の配管11は、上述した軸方向発電側の端部14に加えて、軸方向に伸縮可能に構成されている部分(以下、伸縮部と記す)15と、伸縮部15より軸方向反対側の端部13を有している。伸縮部15は、配管11の周方向に延びる環状をなしている。伸縮部15は、図1に示すように、縦断面が蛇腹状をなしており、いわゆるフレキシブルチューブとして構成されている。伸縮部15を軸方向に伸縮させることにより、作動流体の自励振動に関する配管10の軸方向発電側の境界条件を変えることができる。また、伸縮部15を別のものに交換して伸縮部15の軸方向の抵抗力(ばね定数)を変更することによっても、当該境界条件を変えることができる。作動流体の自励振動に関する軸方向発電側の境界条件を変えることにより、系の固有振動数を調整することができる。
In addition to the
なお、本実施形態において、発電部30において、永久磁石を含む往復動部材33は、作動流体の音圧を受けて、コイル36の径方向内側を往復動するものとしたが、本発明に係る発電部は、この態様に限定されるものではない。往復動部材にコイルが設けられており、当該往復動部材の径方向外側に永久磁石(磁石)が設けられているものとしても良い。なお、本発明に係る発電部が、音響エネルギを電気エネルギに変換する態様には、様々な態様のものを用いることができる。
In the present embodiment, in the
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態の熱音響発電装置の概略構成について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態の熱音響発電装置の概略構成を示す縦断面図である。
[Second Embodiment]
A schematic configuration of the thermoacoustic power generation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the thermoacoustic power generation device of the present embodiment.
本実施形態の発電部は、作動流体の音圧を受けて振動する振動膜が設けられており、当該振動膜の振動を電気エネルギに変換する点と、振動膜の張力を変化させることにより、作動流体の自励振動に関する軸方向発電側の境界条件を変える点で、第1の実施形態と異なっている。なお、第1の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 The power generation unit of the present embodiment is provided with a vibrating membrane that vibrates in response to the sound pressure of the working fluid, and by changing the tension of the vibrating membrane by converting the vibration of the vibrating membrane into electrical energy, This is different from the first embodiment in that the boundary condition on the axial power generation side regarding the self-excited vibration of the working fluid is changed. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図2に示すように、本実施形態の熱音響発電装置1Cは、第1の実施形態と同一の音圧発生部20と、配管10とを有している。音圧発生部20のうち低温側熱交換器26の軸方向発電側A1には、軸方向に延びている配管12が結合されている。当該配管12は、剛体として構成されている。配管12の径方向内側の空間6には、作動流体が充填されている。
As shown in FIG. 2, the thermoacoustic
本実施形態の熱音響発電装置1Cにおいて、配管12のうち軸方向発電側の端部には、発電部30Cが配設されている。発電部30Cは、作動流体の音圧(自励振動)を受けて振動する膜状の部材(以下、単に「振動膜」と記す)34を有している。音圧発生部20のスタック22において発生した音圧(音響エネルギ)は、空間6の当該作動流体を介して発電部30Cの振動膜34に伝達される。
In the thermoacoustic
図2に示すように、振動膜34は、撓みによる弾性変形が可能な円形の部材で構成されている。振動膜34は、例えばプラスチック・フィルム等の合成樹脂を用いて構成することができる。振動膜34は、配管12のうち軸方向発電側にある開口12e(図3参照)を覆うように構成されている。振動膜34は、空間6にある作動流体の音圧を受けて撓み、軸方向に振動する。発電部30Cは、当該振動膜34の撓みによる振動を、電気エネルギに変換する。
As shown in FIG. 2, the
振動膜34のうち軸方向発電側には、振動膜34の軸方向の振動を電気エネルギに変換する変換器(トランスデューサ)38が設けられている。変換器38には、例えば、加えられた力を電圧に変換する圧電変換素子が用いられている。本実施形態の発電部30Cにおいて、変換器38は、軸方向の振動により振動膜34の撓み変形(歪み)による力を電気エネルギに変換する。
A transducer (transducer) 38 that converts the vibration in the axial direction of the
さらに、熱音響発電装置1Cは、振動膜34の張力を変化させることが可能な機構(以下、張力可変機構と記す)40を有している。本実施形態の張力可変機構40の詳細な構成について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、本実施形態の熱音響発電装置のうち張力可変機構の周辺構造を示す部分縦断面図である。図4は、本実施形態の熱音響発電装置のうち張力可変機構の部品構造を示す分解斜視図である。
Further, the thermoacoustic
図3及び図4に示すように、張力可変機構40は、振動膜34の径方向外側の縁部に沿って結合されている環状の部材(以下、単に「リム」と記す)41を有している。リム41は、図3に示すように、その内径が、配管12の外径に比べてわずかに大きくなるよう構成されている。リム41は、径方向内側に振動膜34が結合された状態で、配管12の径方向外側に取り付けられる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
加えて、張力可変機構40は、リム41と当接して図に矢印A2で示す軸方向反対側に当該リム41を押え付ける部材(以下、押さえリングと記す)43を有している。押さえリング43は、リム41と共に、配管12の径方向外側に取り付けられる。本実施形態において、押さえリング43は、リム41に沿って周方向に延びており、円環状をなしている。
In addition, the
押さえリング43は、リム41と共に配管12の径方向外側に取り付けられた状態において、リム41に対して径方向外側に突出して広がる部分43eを有しており、当該部分43eには、軸方向に延びる貫通孔43aが形成されている。
The
押さえリング43には、複数の貫通孔43aが形成されており、各貫通孔43aには、それぞれ、ボルト44が挿通される。各ボルト44には、雄ねじ44aが形成されている。一方、配管12には、径方向外側に突出する部分(以下、突出部と記す)45が設けられており、当該突出部45には、ボルト44の雄ねじ44aと螺合する雌ねじ45aが形成されている。
A plurality of through
以上のように構成された張力可変機構40は、図3に示すように、雄ねじ44aと雌ねじ45aとを螺合させてボルト44を締めると、配管12の突出部45とリム41は、ボルト44及び押さえリング43を介して係合する。ボルト44を締めるに従って、リム41は、突出部45に近接する。リム41が軸方向を突出部45に向けて移動するに従って、当該リム41に結合されている振動膜34は、径方向外側に引っ張られて、張力が増大する。
As shown in FIG. 3, in the
このように、本実施形態の張力可変機構40においては、ボルト44の締め付け量を変化させることにより、振動膜34に作用する張力を変化させることができる。本実施形態においては、振動膜34の張力を変化させることにより、作動流体の自励振動に関する配管12の軸方向発電側の境界条件を変えて、系の固有振動数を調整することができる。
Thus, in the
なお、本実施形態の熱音響発電装置1Cの配管12に、第1実施形態の伸縮部15を設けることも好適である。このように構成することで、系の固有振動数を、より広い範囲内で調整することができる。
In addition, it is also suitable to provide the expansion /
〔他の実施形態〕
上述した各実施形態において、音圧発生部20は、スタック22の径方向外側を囲う外周部材23を有するものとしたが、本発明に係る音圧発生部の態様は、これに限定されるものではない。本発明に係る音圧発生部は、外周部材23を有さず、スタック22と高温側熱交換器24及び低温側熱交換器26により構成されているものとして良い。
[Other Embodiments]
In each of the embodiments described above, the sound
また、各実施形態において、スタック22は、作動流体が貫流可能な複数の通路が、軸方向に並列して延びているものとしたが、当該通路の形状は、この態様に限定されるものではない。スタックは、作動流体が貫流可能な複数の通路が形成されており、且つ軸方向に温度勾配を形成することができれば、様々な態様のものを用いることができる。
Further, in each embodiment, the
また、上述した各実施形態において、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部20を構成する高温側熱交換器24及び低温側熱交換器26は、それぞれ水が径方向に貫流可能なものであり、高温側熱交換器24が、低温側熱交換器26に比べて高温の水(熱水)の供給を受けることにより、スタック22に温度勾配を形成するものとしたが、高温側熱交換器及び低温側熱交換器は、この態様に限定されるものではない。高温側熱交換器は、外部から熱エネルギの供給を受けることができれば良い。また、低温側熱交換器は、高温側熱交換器に比べて低温であれば良い。
In each of the above-described embodiments, the high-temperature
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,1C 熱音響発電装置
5,6 空間
10 配管
10a 端
11,12 配管
13,14 端部
15 伸縮部
20 音圧発生部
22 スタック
23 外周部材
24 高温側熱交換器(熱交換器)
26 低温側熱交換器(熱交換器)
30,30C 発電部
32 磁石台
33 往復動部材
33a 端面
34 振動膜
35 コイル芯
36 コイル
38 変換器
40 張力可変機構
41 リム
43 押さえリング
43a 貫通孔
43e 部分
44 ボルト
44a 雄ねじ
45 突出部
45a 雌ねじ
1,
26 Low temperature side heat exchanger (heat exchanger)
30, 30C
Claims (6)
熱エネルギの供給を受ける高温側熱交換器と、高温側熱交換器に比べて低温である低温側熱交換器と、当該高温側熱交換器と当該低温側熱交換器との間に設けられており且つ作動流体が貫流可能な複数の通路が形成されているスタックと、を有し、当該高温側熱交換器から当該低温側熱交換器に向かうに従って低温となる温度勾配をスタックに形成することにより、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部と、
作動流体の音圧を受けて往復動する往復動部材を有し、当該往復動部材の往復動を電気エネルギに変換する発電部と、
前記音圧発生部と前記発電部とを接続し、内部に作動流体が充填される配管と、
を備え、
当該配管は、軸方向に伸縮可能な部分である伸縮部を有している
ことを特徴とする熱音響発電装置。 A thermoacoustic power generation device that converts thermal energy into electrical energy using a thermoacoustic phenomenon,
It is provided between the high temperature side heat exchanger that receives supply of thermal energy, the low temperature side heat exchanger that is lower in temperature than the high temperature side heat exchanger, and the high temperature side heat exchanger and the low temperature side heat exchanger. And a stack in which a plurality of passages through which the working fluid can flow are formed, and a temperature gradient is formed in the stack as the temperature decreases from the high temperature side heat exchanger toward the low temperature side heat exchanger. A sound pressure generating section for generating a sound pressure in the working fluid,
A reciprocating member that reciprocates in response to the sound pressure of the working fluid, and a power generation unit that converts the reciprocating motion of the reciprocating member into electrical energy;
A pipe that connects the sound pressure generating section and the power generation section and is filled with a working fluid;
With
The said piping has the expansion-contraction part which is a part which can be expanded-contracted to an axial direction, The thermoacoustic generator characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載の熱音響発電装置。 2. The thermoacoustic power generation device according to claim 1, wherein the stretchable portion has a bellows-like longitudinal section.
前記発電部は、当該往復動部材より径方向外側において線材が巻回されて構成されたコイルを有し、
当該往復動部材が作動流体の音圧を受けて往復動すると、前記コイルには電流が生じる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱音響発電装置。 The reciprocating member has a substantially cylindrical shape extending in the axial direction, and includes a magnet.
The power generation unit has a coil formed by winding a wire on the radially outer side from the reciprocating member,
3. The thermoacoustic generator according to claim 1, wherein when the reciprocating member receives a sound pressure of the working fluid and reciprocates, a current is generated in the coil.
径方向において前記コイルと前記往復動部材との間に設けられており、且つ軸方向に延びる筒状をなしており、当該コイルの線材が巻き付けられるコイル芯をさらに備え、
当該コイル芯は、前記配管のうち軸方向発電側の端部に結合されており、
前記往復動部材は、軸方向反対側の端面が、前記配管の径方向内側にある空間に面している
ことを特徴とする請求項3に記載の熱音響発電装置。 The power generation unit
It is provided between the coil and the reciprocating member in the radial direction, has a cylindrical shape extending in the axial direction, and further includes a coil core around which the wire of the coil is wound,
The coil core is coupled to the end on the axial power generation side of the pipe,
The thermoacoustic generator according to claim 3, wherein the reciprocating member has an axially opposite end face facing a space radially inward of the pipe.
熱エネルギの供給を受ける高温側熱交換器と、高温側熱交換器に比べて低温である低温側熱交換器と、当該高温側熱交換器と当該低温側熱交換器との間に設けられており且つ作動流体が貫流可能な複数の通路が形成されているスタックと、を有し、当該高温側熱交換器から当該低温側熱交換器に向かうに従って低温となる温度勾配をスタックに形成することにより、作動流体に音圧を発生させる音圧発生部と、
作動流体の音圧を受けて振動する振動膜を有し、当該振動膜の振動を電気エネルギに変換する発電部と、
前記音圧発生部と前記発電部とを接続し、内部に作動流体が充填される配管と、
当該振動膜の張力を変化させることが可能な張力可変機構と、
を備えることを特徴とする熱音響発電装置。 A thermoacoustic power generation device that converts thermal energy into electrical energy using a thermoacoustic phenomenon,
It is provided between the high temperature side heat exchanger that receives supply of thermal energy, the low temperature side heat exchanger that is lower in temperature than the high temperature side heat exchanger, and the high temperature side heat exchanger and the low temperature side heat exchanger. And a stack in which a plurality of passages through which the working fluid can flow are formed, and a temperature gradient is formed in the stack as the temperature decreases from the high temperature side heat exchanger toward the low temperature side heat exchanger. A sound pressure generating section for generating a sound pressure in the working fluid,
A power generation unit that has a vibration film that vibrates in response to the sound pressure of the working fluid, and converts the vibration of the vibration film into electrical energy;
A pipe that connects the sound pressure generating section and the power generation section and is filled with a working fluid;
A variable tension mechanism capable of changing the tension of the vibrating membrane;
A thermoacoustic power generation device comprising:
前記振動膜の径方向外側の縁部に沿って結合されているリムと、
当該リムと共に前記配管の径方向外側に取り付けられて、当該リムに対して径方向外側に突出しており且つ軸方向に延びる貫通孔が形成されており、当該リムと当接して軸方向反対側に当該リムを押え付ける押さえリングと、
前記配管から径方向外側に突出して設けられており、雌ねじが形成されている突出部と、
雄ねじが形成されており、前記押さえリングの貫通孔に挿通されて、前記突出部の雌ねじと当該雄ねじが螺合するボルトと、
を有し、
前記ボルトを締め付けることにより、前記押さえリング及び前記リムが、軸方向反対側に移動して、前記振動膜の張力が増大する
ことを特徴とする請求項5に記載の熱音響発電装置。 The tension variable mechanism is
A rim coupled along a radially outer edge of the diaphragm;
Along with the rim, it is attached to the outside of the pipe in the radial direction, and has a through hole that protrudes radially outward from the rim and extends in the axial direction. A holding ring to hold down the rim,
Protrusions provided to project radially outward from the pipe, and female threads are formed,
A male screw is formed, inserted into the through hole of the holding ring, and a bolt into which the female screw of the protrusion and the male screw are screwed together,
Have
The thermoacoustic power generation device according to claim 5, wherein when the bolt is tightened, the pressing ring and the rim move in the axially opposite side, and the tension of the vibrating membrane increases.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014229993A JP2016096614A (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Thermal acoustic power generation device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014229993A JP2016096614A (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Thermal acoustic power generation device |
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JP2016096614A true JP2016096614A (en) | 2016-05-26 |
Family
ID=56071485
Family Applications (1)
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JP2014229993A Pending JP2016096614A (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Thermal acoustic power generation device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016096614A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109312964A (en) * | 2016-06-09 | 2019-02-05 | 中央精机株式会社 | The design method of thermoacoustic engine and thermoacoustic engine |
-
2014
- 2014-11-12 JP JP2014229993A patent/JP2016096614A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109312964A (en) * | 2016-06-09 | 2019-02-05 | 中央精机株式会社 | The design method of thermoacoustic engine and thermoacoustic engine |
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