JP2023154240A - 熱音変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱器の中間音波通路の開口面積の確保と、加熱器及び冷却器の少なくとも一方と蓄熱器との伝熱の促進とを両立させることができる熱音変換器を提供する。【解決手段】熱音変換器１は、熱音響現象を利用して熱を音波に変換するものである。熱音変換器１は、加熱器２、冷却器３及び蓄熱器４を備える。加熱器２及び冷却器３の各外周部２３，３３の内周側には、各音波通路２１，３１を複数に仕切る各伝熱部２４，３４が設けられている。蓄熱器４における、中間音波通路４１の形成方向に沿った軸線方向Ｌに直交する断面内の、各伝熱部２４，３４と対向する位置には、各伝熱部２４，３４との伝熱を行うための伝熱壁部４３が形成されている。伝熱壁部４３は、セル壁４４の厚みよりも大きな厚みを有しており、中間音波通路４１の一部を塞ぐ状態で形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、熱音変換器に関する。

熱音変換器は、熱音響現象を利用して熱を音波に変換するものである。熱音変換器による音波は、電気等の他のエネルギーにさらに変換されて用いられる。熱音変換器は、作動流体が音波として通過する蓄熱器の一端に、加熱側の熱交換器である加熱器を配置するとともに、蓄熱器の他端に、冷却側の熱交換器である冷却器を配置して構成される。そして熱音変換器は、加熱器に流通する流体と冷却器に流通する流体とによって蓄熱器の両端に発生する温度差を利用して、蓄熱器を通過する作動流体の音波を増幅させる。

熱音変換器における熱音変換効率を向上させるためには、蓄熱器における作動流体が通過する通路の開口面積（開口率）を確保しつつ、加熱器における流体と作動流体との熱交換、及び冷却器における流体と作動流体との熱交換をいかに効果的に行うかが重要になる。例えば、特許文献１の熱交換部材においては、スタック（蓄熱器）と熱交換部材（熱交換器）とによって熱音変換器を構成する際に、スタックにおける、複数の微小流路を形成する流路壁と、熱交換部材の板部とが適切に接触するようにしている。そして、スタックにおける作動気体が通過する微小流路と、熱交換部材の板部とが重ならないようにし、微小流路の開口面積が減少しないようにしている。

特開２０２０－１２５８７７号公報

特許文献１においては、熱交換部材の板部をスタックの流路壁に接触させるために、板部の厚みを小さく形成する必要がある。また、特許文献１においては、熱交換部材の板部の先端部をスタックの流路壁に接触させるために、この先端部を残りの基端部分よりも細くなるようテーパ状に加工している。そして、スタックの微小流路の開口面積を大きくするためには、スタックの流路壁の厚みを小さくする必要があり、熱交換部材の板部の厚みを更に小さくする必要が生じる。このことより、熱交換部材の板部の強度が確保できないために、スタックの流路壁の厚みを小さくすることができず、スタックの微小流路の開口面積を大きくすることが難しい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、蓄熱器の中間音波通路の開口面積の確保と、加熱器及び冷却器の少なくとも一方と蓄熱器との伝熱の促進とを両立させることができる熱音変換器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
熱音響現象を利用して熱を音波に変換する熱音変換器（１）であって、
第１外周部（２３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第１音波通路（２１）、及び前記第１外周部に形成されて第１流体（Ｆ１）が流通する高温側流路（２２）を有する加熱器（２）と、
第２外周部（３３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第２音波通路（３１）、及び前記第２外周部に形成されて前記第１流体よりも温度が低い第２流体（Ｆ２）が流通する低温側流路（３２）を有する冷却器（３）と、
前記加熱器と前記冷却器との間に配置され、複数のセル壁（４４）の間に形成されて前記第１音波通路及び前記第２音波通路を介して前記音波が通過する中間音波通路（４１）を有する蓄熱器（４）と、を備え、
前記加熱器及び前記冷却器のうちの少なくとも一方には、前記第１外周部又は前記第２外周部の内周側に設けられて前記第１音波通路又は前記第２音波通路を複数に仕切る伝熱部（２４，３４）が設けられており、
前記蓄熱器における、前記中間音波通路の形成方向に沿った軸線方向（Ｌ）に直交する断面内の、前記伝熱部と対向する位置には、前記セル壁よりも厚く、かつ前記中間音波通路の一部を塞いで前記伝熱部との伝熱を行うための伝熱壁部（４３）が形成されている、熱音変換器にある。

前記一態様の熱音変換器においては、加熱器の第１外周部及び冷却器の第２外周部の少なくとも一方の内周側には、第１音波通路又は第２音波通路を複数に仕切る伝熱部が設けられている。また、蓄熱器における、伝熱部と対向する位置には、伝熱壁部が形成されている。伝熱壁部は、中間音波通路の一部を塞ぎ、セル壁の厚みよりも厚く形成されている。そして、伝熱部と伝熱壁部とが対面して接触することにより、加熱器及び冷却器の少なくとも一方と蓄熱器との伝熱を促進することができる。

また、伝熱部をセル壁に対面させる必要がなく、セル壁の厚みを大きく確保する必要がない。そのため、加熱器及び冷却器の少なくとも一方の伝熱部の強度、及び蓄熱器の伝熱壁部の強度を確保しつつ、蓄熱器における複数のセル壁の厚みを小さくして、蓄熱器の中間音波通路の開口面積を確保することができる。

それ故、前記一態様の熱音変換器によれば、蓄熱器の中間音波通路の開口面積の確保と、加熱器及び冷却器の少なくとも一方と蓄熱器との伝熱の促進とを両立させることができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

図１は、実施形態１にかかる、ループ型の熱音響発電装置を示す説明図である。 図２は、実施形態１にかかる、熱音変換器を示す、図６のII－II断面図である。 図３は、実施形態１にかかる、熱音変換器を示す、図６のIII－III断面図である。 図４は、実施形態１にかかる、熱音変換器の蓄熱器を示す、図２のIV－IV断面図である。 図５は、実施形態１にかかる、図４の一部を拡大して示す断面図である。 図６は、実施形態１にかかる、熱音変換器の加熱器を示す、図２のVI－VI断面図である。 図７は、実施形態１にかかる、直管型の熱音響発電装置を示す説明図である。 図８は、実施形態２にかかる、熱音変換器を示す、図１０のVIII－VIII断面図である。 図９は、実施形態２にかかる、熱音変換器を示す、図１０のVIIII－VIIII断面図である。 図１０は、実施形態２にかかる、熱音変換器の加熱器を示す、図８のX－X断面図である。 図１１は、実施形態３にかかる、熱音変換器を示す、図６のII－II断面相当図である。 図１２は、実施形態３にかかる、熱音変換器を示す、図６のIII－III断面相当図である。 図１３は、実施形態３にかかる、図１１の一部を拡大して示す断面図である。 図１４は、実施形態４にかかる、熱音変換器を示す、図６のII－II断面相当図である。 図１５は、実施形態４にかかる、図１４の一部を拡大して示す断面図である。

前述した熱音変換器にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の熱音変換器１は、図２～図６に示すように、熱音響現象を利用して熱を音波に変換するものである。熱音変換器１は、加熱器２、冷却器３及び蓄熱器４を備える。加熱器２は、第１外周部２３の内周側に形成されて音波が通過する第１音波通路２１と、第１外周部２３に形成されて第１流体Ｆ１が流通する高温側流路２２とを有する。冷却器３は、第２外周部３３の内周側に形成されて音波が通過する第２音波通路３１と、第２外周部３３に形成されて第１流体Ｆ１よりも温度が低い第２流体Ｆ２が流通する低温側流路３２とを有する。蓄熱器４は、加熱器２と冷却器３との間に配置されており、複数のセル壁４４の間に形成されて第１音波通路２１及び第２音波通路３１を介して音波が通過する中間音波通路４１を有する。

加熱器２の第１外周部２３の内周側には、第１音波通路２１を複数に仕切る第１伝熱部２４が設けられている。また、冷却器３の第２外周部３３の内周側には、第２音波通路３１を複数に仕切る第２伝熱部３４が設けられている。図５に示すように、蓄熱器４における、中間音波通路４１の形成方向に沿った軸線方向Ｌに直交する断面内の、各伝熱部２４，３４と対向する位置には、加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４との伝熱を行うための伝熱壁部４３が形成されている。伝熱壁部４３は、セル壁４４の厚みよりも大きな厚みを有しており、中間音波通路４１の一部を塞ぐ状態で形成されている。

以下に、本形態の熱音変換器１について詳説する。
（熱音変換器１及び熱音響発電装置５）
図１に示すように、本形態の熱音変換器１は、音波を利用して発電を行う熱音響発電装置５を構成している。熱音変換器１は、熱音響発電装置５を構成する配管の途中に１つ又は複数配置される。本形態の熱音響発電装置５は、環状に形成された環状配管５１と、環状配管５１の途中に配置された熱音変換器１と、環状配管５１から分岐した分岐配管５２に接続された発電機５３とを備えるループ型のものである。

熱音変換器１は、環状配管５１を循環する作動流体Ｆ０による音波を増幅させるために用いられる。熱音変換器１は、蓄熱器４の軸線方向Ｌの両端における温度差を利用して、気体である作動流体Ｆ０を膨張収縮させることによって、作動流体Ｆ０による音波を増幅する。蓄熱器４の軸線方向Ｌの両端の温度差は、加熱器２における第１流体Ｆ１による蓄熱器４及び作動流体Ｆ０の加熱と、冷却器３における第２流体Ｆ２による蓄熱器４及び作動流体Ｆ０の冷却とによって形成される。

発電機５３は、音波による振動を、電磁誘導を利用して電気に変換するリニア発電機によって構成されている。そして、熱音変換器１によって増幅された音波は、発電機５３に利用されて電気に変換される。

なお、熱音響発電装置５は、図７に示すように、直線状に形成された配管である直管５４と、直管５４の途中に配置された熱音変換器１と、直管５４の一端に接続された音波発生器５５と、直管５４の他端に接続された発電機５３とを備える直管型のものとしてもよい。

（第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２）
図１に示すように、本形態の第１流体Ｆ１には、排熱源６から供給される排ガスＧの排熱を利用したものである。具体的には、第１流体Ｆ１には、排熱源６から排気管６１へ排出される排ガスＧと熱交換を行って排ガスＧの排熱によって加熱される熱媒油を用いる。排気管６１には、排ガスＧと熱媒油との熱交換を行うための熱交換器６２が配置されている。

排熱源６には、例えば、燃料の燃焼によって加熱を行う工業炉としての焼成炉、アルミ溶解炉等がある。排熱源６は、燃焼による排ガスＧが排出される種々の設備としてもよい。本形態の第２流体Ｆ２には、工場内で使用される循環水が用いられる。第２流体Ｆ２には、排ガスＧよりも温度が低い種々の流体を用いればよい。また、第２流体Ｆ２の温度は、作動流体Ｆ０の温度よりも低い。本形態の熱音変換器１及び熱音響発電装置５の作動流体Ｆ０には、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。

本形態においては、蓄熱器４の中心軸線Ｏに沿った方向を軸線方向Ｌといい、蓄熱器４の中心軸線Ｏの周りの方向を周方向Ｃといい、蓄熱器４の中心軸線Ｏを中心とする放射状の方向を径方向Ｒという。加熱器２の中心軸線Ｏ及び冷却器３の中心軸線Ｏは、蓄熱器４の中心軸線Ｏと同一軸線上にあり、蓄熱器４の中心軸線Ｏは、加熱器２の中心軸線Ｏ及び冷却器３の中心軸線Ｏのことも示す。

（蓄熱器４）
図２、図４及び図５に示すように、蓄熱器４は、外周側の壁部を構成する外周壁部４２と、外周壁部４２の内周側において、外周壁部４２に架け渡された複数の伝熱壁部４３と、外周壁部４２の内周側において、軸線方向Ｌに沿った複数の貫通孔４５を形成するセル壁４４とを有する。外周壁部４２は、円筒形状に形成されている。

伝熱壁部４３は、複数個が並列に並ぶ状態で、外周壁部４２の径方向Ｒの一方側から他方側に向けて形成されている。本形態の伝熱壁部４３は、セル壁４４と同質の材料によって、蓄熱器４の軸線方向Ｌの全長にわたって連続して形成されている。この構成により、蓄熱器４の伝熱壁部４３が加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４に連続して接触し、蓄熱器４と加熱器２及び冷却器３との間の伝熱を促進することができる。伝熱壁部４３は、加熱器２の第１伝熱部２４と冷却器３の第２伝熱部３４とに接触する状態で形成されている。伝熱壁部４３の厚みは、例えば、セル壁４４の厚みの１０～５００倍の厚みにすればよい。

セル壁４４は、格子状、ハニカム状等の多角形状の壁部として形成されている。セル壁４４は、蓄熱器４の軸線方向Ｌの全長にわたって連続して形成されている。セル壁４４の厚みは、例えば、貫通孔４５の幅の１／１０～１／２倍の大きさにすればよい。蓄熱器４は、セラミックス材料によって構成されている。蓄熱器４は、金属材料によって構成してもよい。蓄熱器４の中間音波通路４１は、セル壁４４、外周壁部４２及び伝熱壁部４３によって囲まれた複数の貫通孔４５によって形成されている。貫通孔４５のほとんどは、交差するセル壁４４に囲まれて形成されている。

蓄熱器４の開口率は、蓄熱器４の軸線方向Ｌに直交する断面の断面積における、中間音波通路４１の開口面積、換言すれば、複数の貫通孔４５の合計の開口面積として示される。本形態のセル壁４４及び伝熱壁部４３は、蓄熱器４の開口率が５０～９０％の範囲内になるように形成されている。

（加熱器２）
図２、図３及び図６に示すように、加熱器２は、環状に形成された第１外周部２３と、第１外周部２３の内周側において、複数個が並列に並ぶ状態で、第１外周部２３の径方向Ｒの一方側から他方側に向けて形成された第１伝熱部２４とを有する。第１外周部２３の内部には、第１流体Ｆ１が流通する高温側流路２２が環状に形成されている。第１外周部２３の径方向Ｒの一方側には、高温側流路２２に第１流体Ｆ１を流入させるための第１流路入口２２１が形成されており、第１外周部２３の径方向Ｒの他方側には、高温側流路２２から第１流体Ｆ１を流出させるための第１流路出口２２２が形成されている。換言すれば、第１流路入口２２１と第１流路出口２２２とは、周方向Ｃに位相が１８０°異なる位置に形成されている。

加熱器２の複数の第１伝熱部２４は、蓄熱器４の複数の伝熱壁部４３と対面して接触する状態で形成されている。本形態の第１伝熱部２４は、中実状に形成されている。本形態の第１伝熱部２４の軸線方向Ｌに直交する断面の形状は、伝熱壁部４３の軸線方向Ｌに直交する断面の形状とほぼ同じである。第１伝熱部２４の幅は、蓄熱器４の伝熱壁部４３の幅とほぼ同じである。第１伝熱部２４の幅は、伝熱壁部４３の幅と同じであってもよく、伝熱壁部４３の幅を超えない範囲で適宜決定すればよい。

加熱器２の第１音波通路２１は、第１外周部２３及び第１伝熱部２４によって囲まれた開口部分として形成されている。第１音波通路２１は、蓄熱器４のセル壁４４及び貫通孔４５に軸線方向Ｌに向き合う位置に形成されている。

加熱器２においては、第１流路入口２２１から高温側流路２２に流入する第１流体Ｆ１が高温側流路２２を流れる際に、第１外周部２３及び第１伝熱部２４が加熱される。そして、第１外周部２３及び第１伝熱部２４からの伝熱によって第１音波通路２１を通過する作動流体Ｆ０が加熱され、かつ、第１外周部２３によって蓄熱器４が加熱されるとともに第１伝熱部２４によって蓄熱器４の伝熱壁部４３が加熱される。また、加熱に用いられた第１流体Ｆ１は、高温側流路２２から第１流路出口２２２へ流出する。

（冷却器３）
図２、図３及び図６に示すように、冷却器３は、環状に形成された第２外周部３３と、第２外周部３３の内周側において、複数個が並列に並ぶ状態で、第２外周部３３の径方向Ｒの一方側から他方側に向けて形成された第２伝熱部３４とを有する。図６は、加熱器２について示すが、冷却器３も加熱器２と同様の構造を有する。第２外周部３３の内部には、第２流体Ｆ２が流通する低温側流路３２が環状に形成されている。第２外周部３３の径方向Ｒの一方側には、低温側流路３２に第２流体Ｆ２を流入させるための第２流路入口３２１が形成されており、第２外周部３３の径方向Ｒの他方側には、低温側流路３２から第２流体Ｆ２を流出させるための第２流路出口３２２が形成されている。換言すれば、第２流路入口３２１と第２流路出口３２２とは、周方向Ｃに位相が１８０°異なる位置に形成されている。

冷却器３の複数の第２伝熱部３４は、蓄熱器４の複数の伝熱壁部４３と対面して接触する状態で形成されている。本形態の第２伝熱部３４は、中実状に形成されている。本形態の第２伝熱部３４の軸線方向Ｌに直交する断面の形状は、伝熱壁部４３の軸線方向Ｌに直交する断面の形状とほぼ同じである。第２伝熱部３４の幅は、蓄熱器４の伝熱壁部４３の幅とほぼ同じである。第２伝熱部３４の幅は、伝熱壁部４３の幅と同じであってもよく、伝熱壁部４３の幅を超えない範囲で適宜決定すればよい。

冷却器３の第２音波通路３１は、第２外周部３３及び第２伝熱部３４によって囲まれた開口部分として形成されている。第２音波通路３１は、蓄熱器４のセル壁４４及び貫通孔４５に軸線方向Ｌに向き合う位置に形成されている。

冷却器３においては、第２流路入口３２１から低温側流路３２に流入する第２流体Ｆ２が低温側流路３２を流れる際に、第２外周部３３及び第２伝熱部３４が冷却される。そして、第２外周部３３及び第２伝熱部３４への伝熱によって第２音波通路３１を通過する作動流体Ｆ０が冷却され、かつ、第２外周部３３によって蓄熱器４が冷却されるとともに第２伝熱部３４によって蓄熱器４の伝熱壁部４３が冷却される。また、冷却に用いられた第２流体Ｆ２は、低温側流路３２から第２流路出口３２２へ流出する。

本形態の加熱器２及び冷却器３には、同じ形状のものが使用される。加熱器２の第１伝熱部２４と冷却器３の第２伝熱部３４とは、同じ形状に形成されている。

（作用効果）
本形態の熱音変換器１においては、加熱器２の第１外周部２３の内周側には、第１音波通路２１を複数に仕切る第１伝熱部２４が設けられており、冷却器３の第２外周部３３の内周側には、第２音波通路３１を複数に仕切る第２伝熱部３４が設けられている。また、蓄熱器４における、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と対向する位置には、伝熱壁部４３が形成されている。伝熱壁部４３は、中間音波通路４１の一部を塞ぎ、セル壁４４の厚みよりも厚く形成されている。そして、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と伝熱壁部４３とが対面して接触することにより、加熱器２及び冷却器３と蓄熱器４との伝熱を促進することができる。

また、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４をセル壁４４に対面させる必要がなく、セル壁４４の厚みを大きく確保する必要がない。そのため、加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４の強度、及び蓄熱器４の伝熱壁部４３の強度を確保しつつ、蓄熱器４における複数のセル壁４４の厚みを小さくして、蓄熱器４の中間音波通路４１の開口面積を確保することができる。

それ故、本形態の熱音変換器１によれば、蓄熱器４の中間音波通路４１の開口面積の確保と、加熱器２及び冷却器３と蓄熱器４との伝熱の促進とを両立させることができる。中間音波通路４１の開口面積を確保することにより、熱を音に変換する熱音変換効率を適切に確保することができる。

また、セル壁４４の厚みを小さくしても、伝熱壁部４３の厚みが大きいことにより、加熱器２及び冷却器３と蓄熱器４との伝熱を効果的に行うことができる。また、加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４が伝熱壁部４３と同じ断面形状に形成されていることにより、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４によって蓄熱器４の中間音波通路４１が遮られない。そして、本形態の熱音変換器１の構成により、熱音変換効率を最大化することができる。

なお、加熱器２の第１伝熱部２４と冷却器３の第２伝熱部３４との一方は、形成されていなくてもよい。つまり、蓄熱器４の伝熱壁部４３に接触する伝熱部は、加熱器２又は冷却器３の一方のみに形成されていてもよい。

＜実施形態２＞
本形態は、加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４の構造が、実施形態１と異なる場合について示す。具体的には、図８～図１０に示すように、加熱器２の複数の第１伝熱部２４の内部には、第１外周部２３の高温側流路２２から分岐して第１流体Ｆ１が流通する第１分岐流路２５がそれぞれ形成されている。加熱器２において、第１流路入口２２１から高温側流路２２に流入する第１流体Ｆ１は、高温側流路２２を流れるとともに高温側流路２２から分岐して複数の第１分岐流路２５へ流れる。また、高温側流路２２を流れる第１流体Ｆ１と、複数の第１分岐流路２５を流れる第１流体Ｆ１とは、第１流路出口２２２の付近において合流して、第１流路出口２２２から流出する。

図８～図１０に示すように、冷却器３の複数の第２伝熱部３４の内部には、第２外周部３３の低温側流路３２から分岐して第２流体Ｆ２が流通する第２分岐流路３５がそれぞれ形成されている。図１０は、加熱器２について示すが、冷却器３も加熱器２と同様の構造を有する。冷却器３において、第２流路入口３２１から低温側流路３２に流入する第２流体Ｆ２は、低温側流路３２を流れるとともに低温側流路３２から分岐して複数の第２分岐流路３５へ流れる。また、低温側流路３２を流れる第２流体Ｆ２と、複数の第２分岐流路３５を流れる第２流体Ｆ２とは、第２流路出口３２２の付近において合流して、第２流路出口３２２から流出する。

本形態の熱音変換器１においては、第１伝熱部２４によって、加熱器２における軸線方向Ｌに直交する断面内の温度の分布を小さくし、第２伝熱部３４によって、冷却器３における軸線方向Ｌに直交する断面内の温度の分布を小さくすることができる。また、第１分岐流路２５を流れる第１流体Ｆ１によって、加熱器２の第１伝熱部２４をより高温にすることができる。これにより、加熱器２の第１伝熱部２４から蓄熱器４の伝熱壁部４３への伝熱をさらに促進することができる。また、第２分岐流路３５を流れる第２流体Ｆ２によって、冷却器３の第２伝熱部３４をより低温にすることができる。これにより、蓄熱器４の伝熱壁部４３から冷却器３の第２伝熱部３４への伝熱をさらに促進することができる。

本形態の熱音変換器１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。

なお、分岐流路は、加熱器２の第１伝熱部２４と冷却器３の第２伝熱部３４とのいずれか一方にのみ形成されていてもよい。

また、本形態の各分岐流路２５，３５の構成は、後述する実施形態３の蓄熱器４を用いた熱音変換器１の構成、又は後述する実施形態４の各熱伝導材４６１，４６２を用いた熱音変換器１の構成に適用してもよい。

＜実施形態３＞
本形態は、蓄熱器４の伝熱壁部４３の構造が、実施形態１と異なる場合について示す。具体的には、図１１～図１３に示すように、蓄熱器４の伝熱壁部４３は、セル壁４４と同質の材料によって、蓄熱器４における、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と対向する軸線方向Ｌの端部に形成されている。本形態の伝熱壁部４３は、蓄熱器４の軸線方向Ｌの両端部において、軸線方向Ｌの一部分としてそれぞれ形成されている。換言すれば、伝熱壁部４３は、加熱器２の第１伝熱部２４と対面して接触する部位、及び冷却器３の第２伝熱部３４と対面して接触する部位とに分かれて形成されている。

本形態の伝熱壁部４３は、セル壁４４によって囲まれて形成された貫通孔４５の軸線方向Ｌの両端部を、蓄熱器４を構成するセラミックス材料と同質のセラミックス材料によって埋めることによって形成されている。換言すれば、伝熱壁部４３は、蓄熱器４における、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と対面する位置にあるセル壁４４の貫通孔４５の軸線方向Ｌの両端部に、ペースト状のセラミックス材料を充填することによって形成される。本形態においては、蓄熱器４の外周壁部４２、セル壁４４及び伝熱壁部４３は、同じセラミックス材料によって構成されている。

本形態の蓄熱器４においては、伝熱壁部４３を簡易的に形成することができる。そのため、伝熱壁部４３の形成が容易であり、蓄熱器４の中間音波通路４１の開口面積の確保と、加熱器２及び冷却器３と蓄熱器４との伝熱の確保との両立を、簡単な工夫によって実現することができる。

本形態の熱音変換器１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の構成要素と同様である。

なお、本形態の伝熱壁部４３は、蓄熱器４の軸線方向Ｌのいずれかの端部のみに形成されていてもよい。つまり、伝熱壁部４３は、加熱器２の第１伝熱部２４とのみ対面して接触するよう形成されていてもよく、冷却器３の第２伝熱部３４とのみ対面して接触するよう形成されていてもよい。

本形態の蓄熱器４の伝熱壁部４３の構成は、実施形態２の、加熱器２及び冷却器３に分岐流路２５，３５が形成された熱音変換器１に対して適用している。一方、本形態の蓄熱器４の伝熱壁部４３の構成は、実施形態１の、加熱器２及び冷却器３に分岐流路２５，３５が形成されていない熱音変換器１に適用してもよい。

＜実施形態４＞
本形態は、加熱器２及び冷却器３と蓄熱器４との間に別部材を配置する場合について示す。具体的には、図１４及び図１５に示すように、加熱器２の第１伝熱部２４と蓄熱器４の伝熱壁部４３との間には、第１伝熱部２４を構成する材料及び伝熱壁部４３を構成する材料よりも軟質な材料によって構成された第１熱伝導材４６１が挟まれている。また、冷却器３の第２伝熱部３４と蓄熱器４の伝熱壁部４３との間には、第２伝熱部３４を構成する材料及び伝熱壁部４３を構成する材料よりも軟質な材料によって構成された第２熱伝導材４６２が挟まれている。

本形態の加熱器２の第１伝熱部２４及び冷却器３の第２伝熱部３４は金属材料によって構成されており、蓄熱器４の伝熱壁部４３はセラミックス材料によって構成されている。加熱器２と蓄熱器４との間、及び冷却器３と蓄熱器４との間に配置された各熱伝導材４６１，４６２は、金属材料及びセラミックス材料よりも軟質な金属材料、高分子材料等によって構成されている。各熱伝導材４６１，４６２は、伝熱シート又は伝熱ゲルとして、シート状又はゲル状の形態で形成される。

本形態の第１熱伝導材４６１の軸線方向Ｌに直交する断面の形状は、第１伝熱部２４の軸線方向Ｌに直交する断面の形状、及び伝熱壁部４３の軸線方向Ｌに直交する断面の形状とほぼ同じである。第２熱伝導材４６２の軸線方向Ｌに直交する断面の形状は、第２伝熱部３４の軸線方向Ｌに直交する断面の形状、及び伝熱壁部４３の軸線方向Ｌに直交する断面の形状とほぼ同じである。

各熱伝導材４６１，４６２は、加熱器２と蓄熱器４との間、及び冷却器３と蓄熱器４との間を密着させるために用いられる。具体的には、加熱器２の第１伝熱部２４の軸線方向Ｌの端面、冷却器３の第２伝熱部３４の軸線方向Ｌの端面、及び蓄熱器４の伝熱壁部４３の軸線方向Ｌの端面には、表面粗度として表される微小な凹凸が形成されている。そのため、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と伝熱壁部４３との間の接触面は、ミクロ的に観察した場合には点接触の状態になる可能性がある。この場合には、接触熱抵抗の増加により、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と伝熱壁部４３との間の伝熱性が低下するおそれがある。

そこで、本形態においては、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と伝熱壁部４３との間に各熱伝導材４６１，４６２を配置することにより、第１伝熱部２４及び第２伝熱部３４と伝熱壁部４３との間の接触面における凹凸を埋めて、接触面における伝熱性を向上させることができる。

本形態の熱音変換器１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１～３の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１～３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１～３の構成要素と同様である。

なお、本形態の熱伝導材４６１，４６２は、加熱器２と蓄熱器４との間、又は冷却器３と蓄熱器４との間のいずれか一方にのみ配置されていてもよい。

本形態の熱伝導材４６１，４６２の構成は、実施形態２の、加熱器２及び冷却器３に分岐流路２５，３５が形成された熱音変換器１に対して適用している。一方、本形態の熱伝導材４６１，４６２の構成は、実施形態１の、加熱器２及び冷却器３に分岐流路２５，３５が形成されていない熱音変換器１に適用してもよい。

＜その他＞
本発明の特徴を以下の通り示す。
［項１］
熱音響現象を利用して熱を音波に変換する熱音変換器（１）であって、
第１外周部（２３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第１音波通路（２１）、及び前記第１外周部に形成されて第１流体（Ｆ１）が流通する高温側流路（２２）を有する加熱器（２）と、
第２外周部（３３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第２音波通路（３２）、及び前記第２外周部に形成されて前記第１流体よりも温度が低い第２流体（Ｆ２）が流通する低温側流路（３２）を有する冷却器（３）と、
前記加熱器と前記冷却器との間に配置され、複数のセル壁（４４）の間に形成されて前記第１音波通路及び前記第２音波通路を介して前記音波が通過する中間音波通路（４１）を有する蓄熱器（４）と、を備え、
前記加熱器及び前記冷却器のうちの少なくとも一方には、前記第１外周部又は前記第２外周部の内周側に設けられて前記第１音波通路又は前記第２音波通路を複数に仕切る伝熱部（２４，３４）が設けられており、
前記蓄熱器における、前記中間音波通路の形成方向に沿った軸線方向（Ｌ）に直交する断面内の、前記伝熱部と対向する位置には、前記セル壁よりも厚く、かつ前記中間音波通路の一部を塞いで前記伝熱部との伝熱を行うための伝熱壁部（４３）が形成されている、熱音変換器。
［項２］
前記伝熱壁部は、前記セル壁と同質の材料によって、前記蓄熱器の前記軸線方向の全長にわたって形成されている、項１に記載の熱音変換器。
［項３］
前記伝熱壁部は、前記セル壁と同質の材料によって、前記蓄熱器における、前記伝熱部と対向する前記軸線方向の端部に形成されている、項１に記載の熱音変換器。
［項４］
前記伝熱部と前記伝熱壁部との間には、前記伝熱部を構成する材料及び前記伝熱壁部を構成する材料よりも軟質な材料によって構成された熱伝導材（４６１，４６２）が挟まれている、項１～３のいずれか１項に記載の熱音変換器。
［項５］
前記伝熱部の内部には、前記高温側流路又は前記低温側流路から分岐して前記第１流体又は前記第２流体が流通する分岐流路（２５，３５）が形成されている、項１～４のいずれか１項に記載の熱音変換器。
［項６］
前記第１流体は、排熱源（６）から供給される排ガス（Ｇ）の排熱を利用したものであり、
前記音波を利用して発電を行う熱音響発電装置（５）を構成する、項１～５のいずれか１項に記載の熱音変換器。

本発明は、各実施形態のみに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さらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。

１ 熱音変換器
２ 加熱器
２４ 第１伝熱部
３ 冷却器
３４ 第２伝熱部
４ 蓄熱器
４１ 中間音波通路
４３ 伝熱壁部
４４ セル壁

Claims (6)

1. 熱音響現象を利用して熱を音波に変換する熱音変換器（１）であって、
   第１外周部（２３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第１音波通路（２１）、及び前記第１外周部に形成されて第１流体（Ｆ１）が流通する高温側流路（２２）を有する加熱器（２）と、
   第２外周部（３３）の内周側に形成されて前記音波が通過する第２音波通路（３１）、及び前記第２外周部に形成されて前記第１流体よりも温度が低い第２流体（Ｆ２）が流通する低温側流路（３２）を有する冷却器（３）と、
   前記加熱器と前記冷却器との間に配置され、複数のセル壁（４４）の間に形成されて前記第１音波通路及び前記第２音波通路を介して前記音波が通過する中間音波通路（４１）を有する蓄熱器（４）と、を備え、
   前記加熱器及び前記冷却器のうちの少なくとも一方には、前記第１外周部又は前記第２外周部の内周側に設けられて前記第１音波通路又は前記第２音波通路を複数に仕切る伝熱部（２４，３４）が設けられており、
   前記蓄熱器における、前記中間音波通路の形成方向に沿った軸線方向（Ｌ）に直交する断面内の、前記伝熱部と対向する位置には、前記セル壁よりも厚く、かつ前記中間音波通路の一部を塞いで前記伝熱部との伝熱を行うための伝熱壁部（４３）が形成されている、熱音変換器。
2. 前記伝熱壁部は、前記セル壁と同質の材料によって、前記蓄熱器の前記軸線方向の全長にわたって形成されている、請求項１に記載の熱音変換器。
3. 前記伝熱壁部は、前記セル壁と同質の材料によって、前記蓄熱器における、前記伝熱部と対向する前記軸線方向の端部に形成されている、請求項１に記載の熱音変換器。
4. 前記伝熱部と前記伝熱壁部との間には、前記伝熱部を構成する材料及び前記伝熱壁部を構成する材料よりも軟質な材料によって構成された熱伝導材（４６１，４６２）が挟まれている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱音変換器。
5. 前記伝熱部の内部には、前記高温側流路又は前記低温側流路から分岐して前記第１流体又は前記第２流体が流通する分岐流路（２５，３５）が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱音変換器。
6. 前記第１流体は、排熱源（６）から供給される排ガス（Ｇ）の排熱を利用したものであり、
   前記音波を利用して発電を行う熱音響発電装置（５）を構成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱音変換器。

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