JP2019190718A - 熱音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮性流体を用いる熱音響装置において、凝縮性流体の気液相変化を継続的に生じさせる。【解決手段】作動流体が封入された音響伝達管１０１、２０１、３００と、音響伝達管１０１内に設けられ、一方の端部と他方の端部との間に所定の温度差を形成することで熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部１０２ａと、音響伝達管２０１内に設けられ、音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部２０２ａと、音響伝達管１０１内におけるエネルギ変換部１０２ａとエネルギ消費部２０２ａとの間に設けられた隔壁部１０３とを備える。作動流体は、気液相変化可能な凝縮性流体を含んでおり、隔壁部１０３は、凝縮性流体の通過を阻害するとともに、音響エネルギに基づいて変位する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギと音響エネルギとの間でエネルギ変換を行う熱音響装置に関する。

従来より、熱音響現象を利用して熱エネルギと音響エネルギの間でエネルギ変換を行う熱音響装置が知られている。熱音響装置は、作動流体が充填された配管の内部に熱エネルギと音響エネルギに変換するエネルギ変換部が設けられており、エネルギ変換部の両端に温度勾配を形成することで、熱音響自励振動である音波が発生する。

このような熱音響装置において、特許文献１では、エネルギ変換効率を向上させるために、作動流体として非凝縮性流体と凝縮性流体の混合物を用いることが提案されている。

特開２００９−７４７２２号公報

しかしながら、特許文献１の熱音響装置では、気化した凝縮性流体が拡散や対流によってエネルギ変換部から流出する。このため、エネルギ変換部で凝縮性流体を継続的に気液相変化させることが困難であり、エネルギ変換効率の低下を招く結果となる。

本発明は上記点に鑑み、凝縮性流体を用いる熱音響装置において、凝縮性流体の気液相変化を継続的に生じさせることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動流体が封入された音響伝達管（１０１、２０１、３００）と、前記音響伝達管内に設けられ、一方の端部と他方の端部との間に所定の温度差を形成することで熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部（１０２ａ、４０２ａ）と、前記音響伝達管内に設けられ、前記音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部（２０２ａ、４０４ａ）と、前記音響伝達管内における前記エネルギ変換部と前記エネルギ消費部との間に設けられた隔壁部（１０３、１０６、１０７、４０４ｂ）とを備え、前記作動流体は、気液相変化可能な凝縮性流体を含んでおり、前記隔壁部は、前記音響伝達管の内部空間を仕切るとともに、前記音響エネルギに基づいて変位することを特徴とする。

これにより、エネルギ変換部で生成した音響エネルギを隔壁部を介してエネルギ消費部に伝達可能であり、さらにエネルギ変換部で気化した凝縮性流体が隔壁部で移動を制限されることから、凝縮性流体が拡散して蓄熱部から流出することを抑制できる。この結果、エネルギ変換部で凝縮性流体の気液相変化を継続的に生じさせることができる。

なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第２実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第３実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第４実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第５実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第６実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第７実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第８実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第９実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第１０実施形態の熱音響装置を示す概念図である。 第１１実施形態の熱音響装置を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、本第１実施形態の熱音響装置１は、熱エネルギを音響エネルギに変換する熱音響エンジン部１００と、音響エネルギを消費する熱音響消費部２００を備えている。

熱音響エンジン部１００は、入力ループ配管１０１および入力部１０２を備えている。熱音響消費部２００は、出力ループ配管２０１および出力部２０２を備えている。

ループ配管１０１、２０１は、連結配管３００によって接続されている。これらの配管１０１、２０１、３００は、中空状の筒状部材であり、密閉空間を構成している。配管１０１、２０１、３００としては、例えば円筒形状のステンレス製配管を用いることができる。本実施形態の熱音響装置１は、２つのループ配管１０１、２０１を連結配管３００で接続するダブルループ型となっている。

配管１０１、２０１、３００は、内部空間に作動流体２が封入されている。配管１０１、２０１、３００は、作動流体２を介して音響エネルギを伝達可能な音響伝達管である。作動流体２は、非凝縮性流体が用いられる。非凝縮性流体は、熱音響装置１の作動温度範囲で気液相変化しない流体である。作動流体２としては、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガス、空気、水素あるいはこれらの混合物を好適に用いることができるが、異なる種類の非凝縮性流体を用いてもよい。

入力ループ配管１０１は、熱音響原動機用のループ配管である。出力ループ配管２０１は、熱音響受動機用のループ配管である。

入力ループ配管１０１には、外部から熱エネルギの入力が行われる入力部１０２が設けられている。入力部１０２は原動機であり、外部から入力された熱エネルギを音響エネルギに変換可能となっている。つまり、入力部１０２では、熱流から仕事流への変換が行われる。

入力部１０２は、蓄熱器１０２ａ、高温熱交換部１０２ｂ、低温熱交換部１０２ｃを備えている。これらは、入力ループ配管１０１の長手方向に沿って配置されている。蓄熱器１０２ａ、高温熱交換部１０２ｂ、低温熱交換部１０２ｃは上下方向に並んで配置されており、上方から高温熱交換部１０２ｂ、蓄熱器１０２ａ、低温熱交換部１０２ｃの順に配置されている。

蓄熱器１０２ａの一端側に高温熱交換部１０２ｂが配置されており、蓄熱器１０２ａの他端側に低温熱交換部１０２ｃが配置されている。これらの熱交換部１０２ｂ、１０２ｃは、蓄熱部１０２ａと熱的に接触している。このため、蓄熱器１０２ａの一端側が高温側端部となり、蓄熱器１０２ａの他端側が低温側端部となり、蓄熱器１０２ａの両端に温度差を生成することができる。

蓄熱器１０２ａは、熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部であり、多数の細孔が形成されたスタックとして構成されている。蓄熱器１０２ａには、温度境界層厚さと同程度以下の径を有する流路が多数形成されている。蓄熱器１０２ａとしては、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。

高温熱交換部１０２ｂは入熱装置であり、熱エネルギの入力によって蓄熱器１０２ａの高温側端部を加熱する。高温熱交換部１０２ｂとして、例えば電気ヒータを用いることができる。あるいは高温熱交換部１０２ｂとして、図示しない内燃機関や二次電池の排熱を用いることもできる。

低温熱交換部１０２ｃは、例えば冷却水あるいは外気と熱交換することで、蓄熱器１０２ａの他端側を冷却する。なお、熱音響装置１の稼働が短時間であれば、冷却用熱交換器１０２ｃを省略することも可能であるが、熱音響装置１の稼働が長時間となる場合には、蓄熱器１０２ａの高温側端部から低温側端部に次第に熱が輸送されるため、冷却用熱交換器１０２ｃを設けることが望ましい。

入力ループ配管１０１における蓄熱部１０２ａの近傍には、混合作動流体３が封入されている。混合作動流体３は、非凝縮性流体と凝縮性流体の混合物である。凝縮性流体は、熱音響装置１の作動温度範囲で気液相変化する流体である。凝縮性流体としては、例えば水、炭酸、フロンを好適に用いることができるが、異なる種類の凝縮性流体を用いてもよい。混合作動流体３に含まれる凝縮性流体は、主に液体の状態で蓄熱部１０２ａに保持されている。

配管１０１、２０１、３００における入力部１０２と出力部２０２との間に隔壁部１０３が設けられている。隔壁部１０３は、第１ループ配管１０１、第２ループ配管２０１、連結配管３００のいずれかに設けられていればよく、本実施形態では入力ループ配管１０１に隔壁部１０３が設けられている。

隔壁部１０３は、配管１０１、２０１、３００の内部空間を仕切っている。このため、隔壁部１０３を境にした一方側の空間と他方側の空間は連通しておらず、隔壁部１０３は凝縮性流体の通過を阻害することができる。

隔壁部１０３は、蓄熱部１０２ａで生成した音響エネルギによって変位可能となっている。蓄熱部１０２ａで生成した音響エネルギは、隔壁部１０３を介して、隔壁部１０３で仕切られた空間の一方側から他方側に伝達可能となっている。

隔壁部１０３は、音響エネルギによって振動可能な膜を用いることができ、特に弾性体の薄膜が好ましい。例えば、樹脂材料や金属材料からなる薄膜を用いることができる。本実施形態では、隔壁部１０３としてゴム製薄膜を用いている。

本実施形態では、隔壁部１０３は、入力ループ配管１０１において、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部と、入力部１０２との間に設けられている。隔壁部１０３は、蓄熱部１０２ａから所定距離離れて配置されている。隔壁部１０３は、蓄熱部１０２ａの高温側端部の近傍に配置されている。隔壁部１０３は、入力ループ配管１０１において、低温熱交換部１０２ｃよりも高温熱交換部１０２ｂに近い位置に設けられている。また、隔壁部１０３は、高温熱交換部１０２ｂの上方に設けられている。

出力ループ配管２０１には、外部にエネルギを出力する出力部２０２が設けられている。出力部２０２は受動機であり、音響エネルギから熱エネルギへの変換が行われる。つまり、出力部２０２では、仕事流から熱流への変換が行われる。

出力部２０２は、上述した入力部１０２と同様の構成であり、蓄熱部２０２ａ、高温熱交換部２０２ｂ、低温熱交換部２０２ｃを備えている。蓄熱部２０２ａは、入力部１０２の蓄熱部１０２ａと同じく、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。出力部２０２の蓄熱部２０２ａは、音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部である。本実施形態では、蓄熱部２０２ａに音響エネルギが伝達されることで、蓄熱部２０２ａの両端に温度勾配が生じる。

高温熱交換部２０２ｂまたは低温熱交換部２０２ｃの一方の熱交換部を常温の冷却水と熱交換することで、他方の熱交換部で冷熱または温熱を生成することができる。例えば、高温熱交換部２０２ｂで常温の冷却水と熱交換することで、低温熱交換部２０２ｃで冷熱を生成することができる。また、低温熱交換部２０２ｃで常温の冷却水と熱交換することで、高温熱交換部２０２ｂで温熱を生成することができる。

次に、熱音響装置１の作動について説明する。入力ループ配管１０１の入力部１０２では、高温熱交換部１０２ｂに外部から熱エネルギが入力されることで、蓄熱部１０２ａに温度勾配が形成される。

蓄熱部１０２ａでは、作動流体の流通方向に温度勾配が形成されることで、内部に存在する作動流体の圧縮、加熱、膨張、冷却が行われ、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部１０２の蓄熱部１０２ａでは、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。

蓄熱部１０２ａに存在する液相の凝縮性流体は、蓄熱部１０２ａの高温側端部や高温熱交換部１０２ｂで気化し、蓄熱部１０２ａの高温側端部から外部に拡散する。蓄熱部１０２ａから拡散した凝縮性流体は、隔壁部１０３で捕捉され、移動が制限される。隔壁部１０３で捕捉された凝縮性流体は凝縮して液体となり、重力によって下方に落下し、高温熱交換部１０２ｂを介して蓄熱部１０２ａに供給される。このため、蓄熱部１０２ａの高温側端部からの凝縮性流体の流出を抑制することができる。

蓄熱部１０２ａの低温側端部方向（図１の下側に向かう方向）に拡散した凝縮性流体は、蓄熱器１０２ａを構成する細管の伝熱面積が大きく冷却効果が高いこと、蓄熱器１０２ａを構成する細管の表面積が大きく表面張力が大きいことから、蓄熱器１０２ａの内部に保持される。このため、蓄熱部１０２ａの低温側端部からの凝縮性流体の流出を抑制することができる。

隔壁部１０３を通過した音響エネルギの一部は入力ループ配管１０１を巡回して入力部１０２に再入力し、残りは連結配管３００を通過して出力ループ配管２０１を巡回する。出力部２０２の蓄熱部２０２ａでは、音響エネルギが伝達されることで、高温熱交換部２０２ｂが設けられた一端側が高温となり、低温熱交換部２０２ｃが設けられた他端側が低温になる。つまり、出力部２０２の蓄熱部２０２ａでは、音響エネルギから熱エネルギの変換が行われ、蓄熱部２０２ａの両端に温度差が生じる。この結果、出力部２０２では、高温熱交換部２０２ｂで温熱が生成し、低温熱交換部２０２ｃで冷熱が生成する。

出力部２０２では、高温熱交換部２０２ｂで生成した温熱、または低温熱交換部２０２ｃで生成した冷熱を利用することができる。例えば、高温熱交換部２０２ｂで常温の冷却水と熱交換することで、低温熱交換部２０２ｃの冷熱生成能力を向上させ、熱音響装置１を冷凍機として用いることができる。あるいは、低温熱交換部２０２ｃに常温の冷却水と熱交換することで、高温熱交換部２０２ｂの温熱生成能力を向上させ、熱音響装置１を暖房機として用いることができる。

以上説明した本実施形態によれば、入力ループ配管１０１に内部空間を仕切るとともに音響エネルギによって変位可能な隔壁部１０３を設けている。これにより、入力部１０２で生成した音響エネルギを隔壁部１０３を介して出力部２０２に伝達可能であり、さらに入力部１０２の蓄熱部１０２ａで気化した凝縮性流体が隔壁部１０３で移動を制限されることから、凝縮性流体が拡散して蓄熱部１０２ａから流出することを抑制できる。この結果、入力部１０２で凝縮性流体の気液相変化を継続的に生じさせることができる。

また、凝縮性流体は、蓄熱部１０２ａの高温側で気化しやすい。このため、本実施形態のように、隔壁部１０３を蓄熱部１０２ａの高温側端部の近傍に設けることで、蓄熱部１０２ａで気化した凝縮性流体の流出を効果的に抑制することができる。

また、隔壁部１０３を蓄熱部１０２ａの上方に設けていることから、隔壁部１０３で凝縮した凝縮性流体は重力によって落下し、蓄熱部１０２ａに回収することができる。これにより、入力部１０２に凝縮性流体を補給することなく、入力部１０２で凝縮性流体の気液相変化を継続的に生じさせることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２に示すように、本第２実施形態の熱音響装置１は、フレーム４００によって支持された直線配管４０１、入力部４０２、スピーカ４０３およびリニア発電機４０４を備えている。フレーム４００は例えばアルミニウム製とすることができる。フレーム４００は、台座４０５の上に固定されている。

直線配管４０１は、長手方向が上下方向となるように設けられている。入力部４０２は、上記第１実施形態の入力部１０２と同一構成であり、蓄熱部４０２ａ、高温熱交換部４０２ｂ、低温熱交換部４０２ｃを備えている。スピーカ４０２は、直線配管４０１の内部空間で入力部４０２に向けて音響エネルギを出力する。

リニア発電機４０４は、発電部４０４ａとダイヤフラム４０４ｂを備えている。ダイヤフラム４０４ｂは、直線配管４０１の内部空間を仕切るとともに、音響エネルギによって変位する。具体的には、ダイヤフラム４０４ｂは、音響エネルギによって往復直線運動する。ダイヤフラム４０４ｂが変位することで発電部４０４ａで発電が行われる。このように、ダイヤフラム４０４ｂは、音響エネルギを運動エネルギに変換する。なお、発電部４０４ａが本発明のエネルギ消費部に相当し、ダイヤフラム４０４ｂが本発明の隔壁部に相当している。

次に、熱音響装置１の作動について説明する。直線配管４０１の入力部４０２では、高温熱交換部４０２ｂに外部から熱エネルギが入力されることで、蓄熱部４０２ａに温度勾配が形成される。スピーカ４０３から出力された音響エネルギは、蓄熱部４０２ａで増幅される。蓄熱部４０２ａで増幅された音響エネルギによって、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂが変位し、発電部４０４ａで発電が行われる。

以上説明した本第２実施形態では、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂが音響エネルギを運動エネルギとして発電部４０４ａに伝達するとともに、凝縮性流体の拡散を抑制する役割を果たしている。

また、リニア発電機４０４は蓄熱部４０２ａよりも上方に配置されており、ダイヤフラム４０４ｂで凝縮して液体となった凝縮性流体は重力により落下し、蓄熱器４０２ａに供給される。

なお、本第２実施形態の熱音響装置１をリニア発電機４０４の腐食が課題となる用途に用いる場合には、高音熱交換部４０２ｂとリニア発電機４０４の間に音響エネルギで変位する隔壁部を設け、ダイヤフラム４０４ｂに気化した凝縮性流体が接触しないようにしてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、本第３実施形態の熱音響装置１は、熱音響エンジン部１００にＵ字配管１０４が設けられている。Ｕ字配管１０４は、２本の直線部が湾曲部で接続された構成となっている。Ｕ字配管１０４の湾曲部は、下方に位置している。

Ｕ字配管１０４の一端側にはスピーカ１０５が設けられ、Ｕ字配管１０４の他端側は連結配管３００に接続されている。Ｕ字配管１０４における連結配管３００に近い側に、入力部１０２および隔壁部１０３が設けられている。

Ｕ字配管１０４の下部には、液体状態の凝縮性流体４が満たされている。スピーカ１０５で生成された音響エネルギは、液体状態の凝縮性流体４を伝播して、入力部１０２に伝わり、温度勾配が形成された蓄熱器１０２ａで増幅される。

本第３実施形態によれば、Ｕ字配管１０４の下方に液体状態の凝縮性流体４が満たされていることで、蓄熱部１０２ａに凝縮性流体が保持されている場合に比べ、凝縮性流体の供給を安定させることができる。

なお、第３実施形態の構成において、Ｕ字配管１０４およびスピーカ１０５に代えて、上記第１実施形態と同様の入力ループ配管１０１を用いてもよい。この場合には、入力ループ配管１０１の下部に液体状態の凝縮性流体４を満たし、入力部１０２で熱音響自励振動により発振させればよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本第４実施形態の熱音響装置１は、２つの隔壁部１０６、１０７が設けられている。これらの隔壁部１０６、１０７は、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部よりも入力部１０２から遠い側に設けられている。第１隔壁部１０６は、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部よりも連結配管３００側に設けられている。第２隔壁部１０７は、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部よりも第１ループ配管１０１側に設けられている。

本第４実施形態によれば、第１隔壁部１０６によって気化した凝縮性流体の拡散を抑制でき、第２隔壁部１０７によって気化した凝縮性流体の対流を抑制できる。

また、本第４実施形態では、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部と、入力部１０２との間に隔壁部１０６、１０７が設けられていない。このため、入力部１０２を隔壁部１０６、１０７と干渉することなく入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部に近接配置することができ、熱音響装置１の性能を向上させることができる。また、隔壁部１０６、１０７と入力部１０２とが近接しないので、隔壁部１０６、１０７として耐熱性が低いゴム製薄膜を用いた場合であっても、高温熱交換部１０２ｂからの熱の影響を抑制できる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本第５実施形態の熱音響装置１は、上記第１実施形態と比較して、上下方向が反対になっている。このため、入力部１０２および出力部２０２は、上方から低温熱交換部１０２ｃ、２０２ｃ、蓄熱器１０２ａ、２０２ａ、高温熱交換部１０２ｂ、２０２ｂの順に配置されている。

入力ループ配管１０１と連結配管３００との接合部の下方には、液体状態の凝縮性流体４を貯留するための貯留部１０８が設けられている。隔壁部１０６、１０７で凝縮した凝縮性流体は、貯留部１０８に落下する。

貯留部１０８と蓄熱部１０２ａの低温側端部との間は、液体状態の凝縮性流体４が流通可能な供給流路１０９で接続されている。供給流路１０９にはポンプ１１０が設けられている。供給流路１０９の蓄熱部１０２側の端部は、液体状態の凝縮性流体４を散布できるようにノズル状にすればよい。ポンプ１１０を作動させることで、液体状態の凝縮性流体４を蓄熱部１０２ａの低温側端部に供給することができる。

本第５実施形態によれば、ポンプ１１０を用いて凝縮性流体を蓄熱部１０２ａに供給することで、隔壁部１０６、１０７を蓄熱部１０２ａの上方に配置する必要がなくなり、熱音響装置１を設置する際の自由度が向上する。また、ポンプ１１０を用いることで、蓄熱部１０２ａに対して凝縮性流体を確実に供給することができる。また、供給流路１０９およびポンプ１１０を用いて凝縮性流体を蓄熱部１０２ａに供給することで、蓄熱部１０２ａに対して凝縮性流体を均一に供給しやすくなる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本第６実施形態の熱音響装置１は、２つの隔壁部１０３、１１１が設けられている。第１隔壁部１０３は蓄熱部１０２ａの上方に設けられ、第２隔壁部１１１は蓄熱部１０２ａの下方に設けられている。第１隔壁部１０３は蓄熱部１０２ａの高温側端部の近傍に設けられ、第２隔壁部１１１は蓄熱部１０２ａの低温側端部の近傍に設けられている。

本第６実施形態によれば、蓄熱部１０２ａの低温側端部の近傍にも第２隔壁部１１１を設けることで、蓄熱部１０２ａの低温側から拡散した凝縮性流体を第２隔壁部１１１で捕捉することができる。これにより、凝縮性流体の流出を効果的に抑制できる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第７実施形態の熱音響装置１は、上記第２実施形態と同様、直線配管４０１に入力部４０２とリニア発電機４０４が設けられている。図７は、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂと、入力部４０２を拡大して示している。

図７に示すように、本第７実施形態では、ダイヤフラム４０４ｂの表面に突起部４０４ｃが設けられている。突起部４０４ｃは、ダイヤフラム４０４ｂの下面に設けられている。このため、突起部４０４ｃは、高温熱交換部４０２ｂおよび蓄熱部４０２ａの高温側端部に対向しており、突起部４０４ｃの先端は高温熱交換部４０２ｂおよび蓄熱部４０２ａの高温側端部に向かって延びている。本第７実施形態では、複数の突起部４０４ｃがダイヤフラム４０４ｂの下面に等間隔で設けられている。

上記第２実施形態で説明したように、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂで凝縮して液体となった凝縮性流体は重力により落下し、蓄熱器４０２ａに供給される。このとき、ダイヤフラム４０４ｂの下面が平面形状である場合には、凝縮性流体は主に直線配管４０１の内壁面を伝って下方に落下する。この場合、蓄熱部４０２ａの外側部分に集中して凝縮性流体が供給され、蓄熱部４０２ａでは凝縮性流体が不均一に分布する。この結果、凝縮性流体の相変化による熱音響効果が低下するおそれがある。

これに対し、本第７実施形態によれば、ダイヤフラム４０４ｂに突起部４０４ｃが設けられているため、突起部４０４ｃに凝縮した凝縮性流体が集まって、下方に落下する。これにより、蓄熱部４０２ａにおける凝縮性流体の供給位置を制御することが可能となり、蓄熱部４０２ａに凝縮性流体を均一に供給できる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第８実施形態の熱音響装置１は、上記第１実施形態と同様、入力ループ配管１０１を備えている。図８は、入力ループ配管１０１の入力部１０２と隔壁部１０３を拡大して示している。本第８実施形態では、凝縮性流体として水を用いている。

図８に示すように、本第８実施形態の熱音響装置１は、隔壁部１０３の表面に撥水被膜１１２が設けられている。撥水被膜１１２は、隔壁部１０３の表面への凝縮性流体の付着を抑制する被膜であり、隔壁部１０３の表面で凝縮した液体状の凝縮性流体の接触角を大きくする被膜である。なお、撥水被膜１１２が本発明の耐付着被膜に相当している。

撥水被膜１１２は、隔壁部１０３の下面に設けられている。このため、撥水被膜１１２は、高温熱交換部４０２ｂおよび蓄熱部４０２ａの高温側端部に対向している。撥水被膜１１２は、例えば隔壁部１０３の表面にフッ素樹脂やシリコンをコーティングする方法で形成できる。あるいは、その他の方法で隔壁部１０３の表面に撥水処理を行ってもよい。また、凝縮性流体として、炭酸やフロンなど水以外の凝縮性流体を用いる場合には、隔壁部１０３の表面にこれらの凝縮性流体の付着を抑制できるコーティングを施せばよい。

隔壁部１０３の表面に凝縮性流体が付着すると、隔壁部１０３が質量変化し、隔壁部１０３が音場に及ぼす影響が大きくなる。これに対し、本第８実施形態によれば、撥水被膜１１２によって隔壁部１０３への凝縮性流体の付着が抑制され、凝縮性流体が隔壁部１０３から落下しやすくなる。このため、凝縮性流体の付着に起因する隔壁部１０３の質量変化を抑制でき、隔壁部１０３の質量変化が音場に及ぼす影響を小さくすることができる。

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第９実施形態の熱音響装置１は、上記第１実施形態と同様、入力ループ配管１０１を備えている。図９は、入力ループ配管１０１の入力部１０２と隔壁部１０３を拡大して示している。本第９実施形態では、凝縮性流体として水を用いている。

図９に示すように、本第９実施形態の熱音響装置１は、隔壁部１０３の表面に防水被膜１１３が設けられている。防水被膜１１３は、隔壁部１０３への凝縮性流体の浸透を抑制し、凝縮性流体が隔壁部１０３を透過することを抑制する被膜である。なお、防水被膜１１３が本発明の耐透過被膜に相当している。

防水被膜１１３は、隔壁部１０３の下面に設けられている。このため、防水被膜１１３は、高温熱交換部４０２ｂおよび蓄熱部４０２ａの高温側端部に対向している。防水被膜１１３は、例えば隔壁部１０３の表面にパラフィンやウレタンをコーティングする方法で形成できる。あるいは、その他の方法で隔壁部１０３の表面に防水処理を行ってもよい。また、凝縮性流体として、炭酸やフロンなど水以外の凝縮性流体を用いる場合には、隔壁部１０３の表面にこれらの凝縮性流体の透過を抑制できるコーティングを施せばよい。

隔壁部１０３を凝縮性流体が透過すると、凝縮性流体が蓄熱部１０２ａから流出し、凝縮性流体の相変化による熱音響効果が低下するおそれがある。これに対し、本第９実施形態によれば、防水被膜１１３によって凝縮性流体が隔壁部１０３を透過することが抑制される。このため、凝縮性流体が蓄熱部１０２ａから流出することを抑制でき、凝縮性流体の相変化による熱音響効果が低下することを抑制できる。

（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第１０実施形態の熱音響装置１は、上記第２実施形態と同様、直線配管４０１に入力部４０２とリニア発電機４０４が設けられている。図１０は、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂと、入力部４０２を拡大して示している。本第１０実施形態のダイヤフラム４０４ｂは、鉄によって構成されている。

図１０に示すように、本第１０実施形態では、ダイヤフラム４０４ｂの表面に防食層４０４ｄが形成されている。防食層４０４ｄは、ダイヤフラム４０４ｂの下面に設けられている。このため、防食層４０４ｄは、高温熱交換部４０２ｂおよび蓄熱部４０２ａの高温側端部に対向している。防食層４０４ｄは、例えばダイヤフラム４０４ｂの表面に亜鉛メッキなどの電気防食法を行うことによって形成できる。あるいは、その他の方法でダイヤフラム４０４ｂの表面に防食処理を行ってもよい。

本第１０実施形態によれば、熱音響装置１をリニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂの腐食が発生し得る用途で用いる場合あっても、ダイヤフラム４０４ｂの腐食を効果的に抑制することができる。

（第１１実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第１１実施形態の熱音響装置１は、上記第４実施形態と同様、入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部よりも入力部１０２から遠い側に２つの隔壁部１０６、１０７が設けられている。これらの隔壁部１０６、１０７には、断熱材１１４、１１５が設けられている。第１隔壁部１０６における入力部１０２に近い側に第１断熱材１１４が設けられ、第２隔壁部１０７における入力部１０２に近い側に第２断熱材１１５が設けられている。

上記第４実施形態で説明したように、入力部１０２を入力ループ配管１０１と連結配管３００との接続部に近接配置することで、熱音響装置１の性能を向上させることができる。一方、入力部１０２と隔壁部１０６、１０７が近接していると、気化した凝縮性流体等を介して高温熱交換部１０２ｂや蓄熱部１０２ａの高温側端部の熱が伝わって隔壁部１０６、１０７が損傷するおそれがある。

これに対し、本第１１実施形態によれば、隔壁部１０６、１０７に断熱材１１４、１１５を設けることで、蓄熱部１０２ａと隔壁部１０６、１０７を近接配置しても隔壁部１０６、１０７の損傷を抑制することができる。これにより、蓄熱部１０２ａの配置の自由度が向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上記第１実施形態等では、音響エネルギを熱エネルギに変換し、上記第２実施形態等では、音響エネルギを電気エネルギに変換したが、音響エネルギを運動エネルギに変換してもよい。

（２）上記第２実施形態等では、リニア発電機４０４によって音響エネルギを電気エネルギに変換するようにしたが、これに限らず、双方向タービンを用いて音響エネルギを電気エネルギに変換してもよい。

（３）上記第７実施形態では、リニア発電機４０４のダイヤフラム４０４ｂに突起部４０４ｃを設けたが、上記第１実施形態等の隔壁部１０３に突起部を設けてもよい。

（４）上記第１実施形態等では、熱音響装置を２つのループ配管１０１、２０１を備えるダブルループ構造としたが、これに限らず、熱音響装置を１つのループ配管に入力部および出力部が設けられたシングルループ構造としてもよい。

１０１ 入力ループ配管（音響伝達管）
１０２、４０２ 入力部
１０２ａ、４０２ａ 蓄熱部（エネルギ変換部）
１０２ｂ、４０２ｂ 高温熱交換部
１０２ｃ、４０２ｃ 低温熱交換部
１０３、１０６、１０７ 隔壁部
１０４ Ｕ字配管
１１２ 撥水被膜（耐付着被膜）
１１３ 防水被膜（耐透過被膜）
１１４、１１５ 断熱材
２０１ 出力ループ配管（音響伝達管）
２０２ 出力部
２０２ａ 蓄熱部（エネルギ消費部）
２０２ｂ 高温熱交換部
２０２ｃ 低温熱交換部
３００ 連結配管（音響伝達管）
４０４ リニア発電機
４０４ａ 発電部（エネルギ消費部）
４０４ｂ ダイヤフラム（隔壁部）
４０４ｃ 突起部
４０４ｄ 防食層

Claims (7)

1. 作動流体が封入された音響伝達管（１０１、１０４、２０１、３００）と、
   前記音響伝達管内に設けられ、一方の端部と他方の端部との間に所定の温度差を形成することで熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部（１０２ａ、４０２ａ）と、
   前記音響伝達管内に設けられ、前記音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部（２０２ａ、４０４ａ）と、
   前記音響伝達管内における前記エネルギ変換部と前記エネルギ消費部との間に設けられた隔壁部（１０３、１０６、１０７、４０４ｂ）とを備え、
   前記作動流体は、気液相変化可能な凝縮性流体を含んでおり、
   前記隔壁部は、前記音響伝達管の内部空間を仕切るとともに、前記音響エネルギに基づいて変位する熱音響装置。
2. 前記隔壁部は、前記一方の端部および前記他方の端部のうち高温側端部に近い位置に設けられている請求項１に記載の熱音響装置。
3. 前記隔壁部は、前記高温側端部の上方に設けられている請求項２に記載の熱音響装置。
4. 前記隔壁部（４０４ｂ）における前記エネルギ変換部側に突起部（４０４ｃ）が設けられている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱音響装置。
5. 前記隔壁部の表面に、液化した前記凝縮性流体の付着を抑制する耐付着被膜（１１２）が設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱音響装置。
6. 前記隔壁部に、液化した前記凝縮性流体の透過を抑制する耐透過被膜（１１３）が設けられている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱音響装置。
7. 前記隔壁部に、前記隔壁部の腐食を抑制する防食層（４０４ｄ）が設けられている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱音響装置。

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