JP6348404B2 - 熱・音波変換部品および熱・音波変換ユニット - Google Patents

Description

本発明は、熱・音波変換部品および熱・音波変換ユニットに関する。さらに詳しくは、熱と音波のエネルギーとを相互に変換する熱・音波変換部品、および、熱・音波変換部品と熱交換器で構成された熱・音波変換ユニットに関する。

近年、社会全体でエネルギー資源の有効活用の要請が高まってきており、エネルギーを再利用する様々な技術の開発が試みられている。その中でも、熱音響効果を利用して自動車の排気ガス等の高温流体の熱を音波のエネルギーに変換し、そのエネルギーを最終的に電力等の形で出力するエネルギーリサイクルシステムは、得られるエネルギーの取得率（エネルギー効率）が高いことから注目を集めており、実用化に向けて様々な工夫が行われている。

熱音響効果は、簡単に言えば、熱により音波が発生する現象であり、より詳しく言えば、細管の一端部に熱を与えて細管に温度勾配を形成することで細管中の音波伝播媒体が振動を起こして音波が発生する現象である。このとき一度に数多くの細管を用いて音波が発生させると効率がよいことから、熱音響効果を起こす細管の集合体として、孔径の小さい貫通孔が数多く形成されたハニカム構造体が採用されることが多い（たとえば、特許文献１〜３参照）。

ところで、ハニカム構造体自体は、その表面積の大きい立体形状を利用する目的で、熱音響効果とは無関係に、様々な用途について用いられてきた。たとえば、自動車の排気ガスから微粒子を取り除く排気浄化触媒担持用のハニカム構造体は、その典型的な例であり、従来から様々なタイプのものが開発されている。また、他の例としては、イオン触媒体として利用するために、孔径が数十〜数百μｍの小さい貫通孔を持つハニカム構造体も開発されており（たとえば、非特許文献１，２参照）、これらは、フィルタ目的のハニカム構造体で通常用いられる押出成形法とは全く異なり、専ら化学的な手法を用いて作製される。

このように、従来からよく知られたハニカム構造体ではあるが、熱音響効果を起こす熱・音波変換部品として用いるには、熱音響効果発生に適した特有の特性を持つことが要求される。たとえば、高い熱音響効果を発揮するためには、貫通孔の孔径を小さくすることが好ましく、特許文献３では、排気浄化触媒担持用のハニカム構造体よりも貫通孔の孔径の小さい０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満程度の孔径の熱音響効果用のハニカム構造体が提案されている。非特許文献１，２のハニカム構造体では孔径がきわめて小さいものの、専ら化学的な手法を用いて作製されるため、その長さや耐久性に限界があり熱音響効果用のハニカム構造体にはあまり適さないのに対し、この特許文献３の熱音響効果用のハニカム構造体は、熱音響効果を発揮する熱・音波変換部品としての利用に耐えられるという必要条件を満たしつつ、高い熱・音波変換機能を有するという長所を有している。

特開２００５−１８０２９４号公報 特開２０１２−１１２６２１号公報 特開２０１２−２３７２９５号公報

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しかしながら、熱・音波変換機能の向上に寄与する要素としては、貫通孔の孔径を小さくする以外にも構造上の様々な要素が考えられる。たとえば、高い熱・音波変換機能が継続的に発揮されるためには、ハニカム構造体の両端部間に形成された温度勾配を十分に維持することが要求されるが、温度勾配を十分に維持するに当たっては、ハニカム構造体端部を加熱する外部の加熱機構の能力向上とは別に、ハニカム構造体それ自体の構造を工夫することが要求される。このように、熱・音波変換機能の向上については、さらなる改良が望まれる。

上記の事情を鑑み、本発明は、温度勾配の維持に適した構造を有する熱・音波変換部品、および、このような熱・音波変換部品と熱交換器で構成された熱・音波変換ユニットを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、以下の熱・音波変換部品、および、熱・音波変換ユニットを提供する。

［１］ 第１の端面から第２の端面まで延在する複数のセルであって、振動することで音波を伝搬する作動流体によって内部が満たされる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、該隔壁と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する熱・音波変換部品であって、前記セルの延在方向に垂直な前記セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、前記熱・音波変換部品の各端面における開口率が６０％以上９３％以下であり、前記熱・音波変換部品の、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、前記延在方向に沿って前記第１の端面から離れるほど減少する傾向を示すものであり、前記延在方向に沿った前記熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める、前記第１の端面側の第１端部の熱容量は、前記延在方向に沿った前記熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める、前記第２の端面側の第２端部の熱容量の１．１倍以上である熱・音波変換部品。

［２］ ２つの端面の間を延在する複数のセルであって、前記作動流体によって内部が満たされる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、該隔壁と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する、それぞれが一体的に形成された複数のハニカムセグメントを備え、前記熱・音波変換部品は、前記複数のハニカムセグメントが、各ハニカムセグメントの一端面が前記複数のハニカムセグメントのうちの別のハニカムセグメントの一端面に当接した状態で前記第１の端面から前記第２の端面まで直列的に配置されることで構成されたものであり、前記複数のハニカムセグメントそれぞれの前記セルの水力直径は０．４ｍｍ以下であり、前記複数のハニカムセグメントそれぞれの各端面における開口率は６０％以上９３％以下であり、前記複数のハニカムセグメントは、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なるものであって、前記第１端部の側から前記第２端部の側に向かって、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の大きい順に直列的に配置されているものであり、直列的に配置された前記複数のハニカムセグメントのうちの、前記第１の端面を端面として持つ第１のハニカムセグメントは、前記熱・音波変換部品の前記第１端部を含むものであり、直列的に配置された前記複数のハニカムセグメントのうちの、前記第２の端面を端面として持つ第２のハニカムセグメントは、前記熱・音波変換部品の前記第２端部を含むものである［１］記載の熱・音波変換部品。ここで、「各ハニカムセグメントの一端面が前記複数のハニカムセグメントのうちの別のハニカムセグメントの一端面に当接した状態」には、隣接する２つのハニカムセグメントの端面が互いに直接に接触している状態に加え、接合材をおいて互いに対向している状態や、音波の伝達に支障が生じない程度の微小な間隔を置いて互いに対向している状態が含まれている。

［３］ 前記第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量は、前記第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量と同じであり、前記第１のハニカムセグメントの円相当直径は、前記第２のハニカムセグメントの円相当直径の１．０５倍以上である［２］記載の熱・音波変換部品。

［４］ 前記第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量は、前記第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量の１．１倍以上であり、前記第１のハニカムセグメントの円相当直径は、前記第２のハニカムセグメントの円相当直径と同じである［２］記載の熱・音波変換部品。

［５］ ［１］〜［４］のいずれかに記載の熱・音波変換部品であって、前記作動流体が前記複数のセルの内部を満たしている状態において前記第１端部と前記第２端部との間に温度差が生じたときに、該温度差に応じて前記作動流体を前記延在方向に沿って振動させて音波を発生する熱・音波変換部品と、前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部にそれぞれ近接して設けられ、該両端部との間で熱の授受を行うことで該両端部の間に温度差を与える一対の熱交換部と、を備えた熱・音波変換ユニット。

［６］ ［１］〜［４］のいずれかに記載の熱・音波変換部品であって、前記作動流体が前記複数のセルの内部を満たしている状態において音波の伝播を受けて前記延在方向に沿って該作動流体が振動したときに、前記第１端部と前記第２端部との間に前記作動流体の振動に応じた温度差を生じさせる熱・音波変換部品と、前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部のうちの一方の端部に近接して設けられ、該一方の端部への熱の供給、あるいは、該一方の端部からの熱の吸収を行って該一方の端部の温度を一定温度に維持する熱交換部と、前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部のうちの他方の端部に近接して設けられ、前記熱交換部により前記一方の端部の温度が一定温度に維持されている状態において前記熱・音波変換部品が音波の伝播を受けたときに、前記一定温度に維持された前記一方の端部に対し前記他方の端部が、前記音波の伝播による前記作動流体の振動に応じた温度差を有するように、前記他方の端部との間で熱の授受を行って得られた温熱あるいは冷熱を出力する温熱・冷熱出力部と、を備えた熱・音波変換ユニット。ここで、「温熱あるいは冷熱を出力する」とは、たとえば、「温度が上がった流体、あるいは、温度が下がった流体を出力する」ことを意味する。

本発明の熱・音波変換部品では、水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、熱・音波変換部品の各端面における開口率が６０％以上９３％以下となっていることに加え、さらに、セルの貫通方向に沿った熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める第１端部の熱容量が、セルの貫通方向に沿った前記熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める第２端部の熱容量の１．１倍以上となっていることで、熱・音波変換部品の両端の間の温度勾配が維持されやすくなっている。この結果、熱音響効果を用いて熱を音波エネルギーに変換する際の十分なエネルギー変換効率が実現する。

本発明の熱・音波変換ユニットおよび熱・音波変換部品の一実施形態が適用された電力発生システムの模式的な構成図である。 図１の熱・音波変換ユニットおよび熱・音波変換部品が適用された冷熱発生システムの模式図である。 図１の熱・音波変換ユニットの構成を表した模式図である。 図３の熱・音波変換ユニットにおける高温側熱交換器の外観斜視図である。 高温側環状管の流入口および流出口を含む平面で見たときの高温側熱交換器の断面図である。 高温側環状管の管内にさらに別のハニカム構造体が嵌合している熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図である。 図６のＡ−Ａ線の断面における高温側熱交換器の模式的な断面構成図である。 図６および図７に示す熱・音波変換ユニットとは別の本発明の熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図である。 図８に示す熱・音波変換ユニットとはさらに別の熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図である。 メッシュ構造を採用した高温側熱交換器の断面図である。 図３に示す熱・音波変換部品のセルの貫通方向に垂直な面内における熱・音波変換部品の断面図である。 熱・音波変換部品における第１端部および第２端部を説明するための概念図である。 円相当直径が同一で単位体積当たりの熱容量が互いに異なる３つのハニカムセグメントからなる熱・音波変換部品の構成を表す模式図である。 単位体積当たりの熱容量が同一で円相当直径が互いに異なる３つのハニカムセグメントからなる熱・音波変換部品の構成を表す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１は、本発明の熱・音波変換ユニットおよび熱・音波変換部品の一実施形態が適用された電力発生システムの模式的な構成図である。

図１に示す電力発生システム１０００は、熱・音波変換ユニット１００、ループ管４、共鳴管５、およびエネルギー変換器６により構成されている。

ループ管４は、熱・音波変換ユニット１００の図の上側の端部（上端部）と下側の端部（下端部）とに接続されたループ状の管である。共鳴管５は直線状の管であり、共鳴管５の一端はループ管４に接続されており、共鳴管５の他端はエネルギー変換器６に接続されている。ここで、共鳴管５とエネルギー変換器６とを合わせた全体は、実質的に図の右方向の端（不図示であるが、図のエネルギー変換器６の内部に存在する）が閉じた管となっている。

熱・音波変換ユニット１００は、熱・音波変換部品１、高温側熱交換器２、および、低温側熱交換器３を有している。

高温側熱交換器２は、高温の加熱流体（たとえば高温の排気ガス等）の流入を受けて、その熱を図１の熱・音波変換部品１の下端部に伝達し、流入時よりも温度の下がった加熱流体を流出させるものである。一方、低温側熱交換器３は、高温側熱交換器２に流入する加熱流体に比して相対的に温度の低い冷却流体（たとえば水等）の流入を受けて、その冷熱を図１の熱・音波変換部品１の上端部に伝達し、流入時よりも温度の上がった冷却流体を流出させるものである。このような高温側熱交換器２および低温側熱交換器３の働きにより、熱・音波変換部品１の下端部が上端部よりも相対的に温度が高い状態が実現する。熱・音波変換部品１は、図の上下方向に延びる複数の細い管状の貫通孔（以下、セルと呼ぶ）を有するハニカム構造を有している。各セルは、隣接するセルから隔壁により隔てられており、高温側熱交換器２および低温側熱交換器３を介してループ管４と連通している。

ここで、ループ管４、共鳴管５、および熱・音波変換部品１の各セル、のそれぞれの内部は、縦波の振動を生じて音波を伝播する作動流体で満たされている。作動流体としては、たとえば、低粘性で反応性の低い希ガス等の気体を用いることができる。

熱・音波変換部品１では、その両端部に上述の温度差が存在することにより、各セル内の作動流体は、各セルの貫通方向に振動を開始し、その振動は音波として熱・音波変換部品１から外部に伝播していく。このように温度差を与えると作動流体が振動する現象は、自励振動と呼ばれており、細い管に温度勾配を与えたときに起きる従来からよく知られた現象である。熱音響効果とは、熱に起因するこうした作動流体の自励振動により音波が発生することを指している。ここで、この自励振動について簡単に説明する（なお、詳細については、数多くの文献で説明されているが、たとえば、特許文献３でも詳しく説明されている）。

細い管に温度勾配が与えられると、高温側では、細い管の内部の作動流体は、管の壁面から熱を吸収して高温側から低温側へ向けて膨張する。そして、その低温側で壁面に対し熱を放出して圧縮して元の高温側の方に戻る。このような壁面との熱の授受と膨張圧縮が繰り返されることで、結果的に、作動流体が管の延在方向に振動することとなる。簡単にいえば、この作動流体の動きは、壁の壁面の温度勾配を緩和する（弱める）ように、熱を運ぶ作動流体の動きだということができる。この説明からも明らかであるが、この現象は、管が細いために内部の作動流体に対する壁面の熱的影響が大きい場合にのみ生じるものである。このため、管を太くしていくと壁面の熱的影響が小さくなっていき（すなわち断熱状態に近づき）、こうした自励振動は生じにくくなる。そこで、自励振動により音波を発生させる上では、管の太さが重要な要素となり、この管の太さは、より定量的には、管の断面の面積をＳ、この断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤによって評価できる。

以下、図１に戻って電力発生システム１０００の説明を続ける。

熱・音波変換部品１では細い管状のセルが複数存在し各セル内で自励振動が起きることで、それら複数のセルの作動流体の振動の集合からなる音波が、熱・音波変換部品１からループ管４に向けて発せられる。そして、その音波は、この図の点線矢印の向きにループ管４内を伝播していく。ループ管４内を伝播する音波の多くは共鳴管５内に進行し共鳴管５内を図の右方向に進行する。上述したように、共鳴管５とエネルギー変換器６とを合わせた全体は、実質的に図の右方向の端が閉じた管となっているため、反射して逆の図の左方向に進行するものも発生し、共鳴管５内では、両進行波が重ね合わされることとなる。このとき、進行波の周波数が、共鳴管５の長さ等で決まる共鳴周波数と整合すると、共鳴管５内ではいわゆる共鳴が起こり、両進行波の重ね合わせからなりその共鳴周波数を有する定在波が発生する。図では、定在波の存在が一点鎖線の両矢印で示されている。

ここで、エネルギー変換器６では、共鳴管５の実効的な長さを変化させることができる不図示の機構が設けられており、これにより共鳴が起きるよう共鳴周波数を調整することができる。共鳴管５の実効的な長さを変化させる機構としては、たとえば、特許文献１記載のものを採用することができる。なお、ここでは、共鳴管５の実効的な長さを変化させることができるものとして説明を行うが、図１の電力発生システム１０００では、熱・音波変換部品１で発生しループ管４内を進行する音波の周波数成分のうち最も支配的な周波数成分をあらかじめ把握しておき、共鳴管５の長さが、その支配的な周波数成分の周波数が共鳴周波数となるような特定の長さにあらかじめ設計されている形態が採用されてもよい。

また、エネルギー変換器６には、音波を電気信号に変換する機構も設けられている。こうした変換機構としては、たとえば、特許文献１に記載されているようなマイクロフォンを備えた機構を挙げることができる。このようにマイクロフォンを利用する変換機構が最も簡便ではあるが、マイクロフォンを利用する変換機構に限らず、音波のエネルギーを力学的なエネルギーに変換しその力学的なエネルギーを電磁誘導により電力に変換する、従来からよく知られた様々な機構（たとえば特許文献２の機構）が採用できる。

図１の電力発生システム１０００では、以上説明した構成により、高温側熱交換器２に流入する高温の加熱流体（たとえば高温の排気ガス等）の熱を電力に変換することができ、エネルギーの有効利用（リサイクル）が可能となっている。

次に、上記の熱・音波変換ユニット１００および熱・音波変換部品１が適用された冷熱発生システムについて説明する。

図２は、図１の熱・音波変換ユニット１００および熱・音波変換部品１が適用された冷熱発生システムの模式図である。

図２に示す冷熱発生システム２０００は、ループ管４’、伝播管５’、音波発生部７、および、図１で説明した熱・音波変換ユニット１００により構成されている。

ループ管４’は、熱・音波変換ユニット１００の図２の上側の端部（上端部）と下側の端部（下端部）とに接続されたループ状の管であり、高温側熱交換器２および低温側熱交換器３を介して熱・音波変換部品１の複数のセルと連通している。伝播管５’は直線状の管であり、伝播管５’の一端はループ管４’に接続されており、伝播管５’の他端は音波発生部７に接続されている。音波発生部７は、音波を発生する機能を有しており、音波発生部７としては、たとえば、電力の供給を受けて音波を出力するスピーカを採用することができる。また、図１の電力発生システム１０００からエネルギー変換器６を取り除いた、熱の供給を受けて音波を発生させるシステム（この場合、共鳴管５の右側は開放端となって反射が起きないため、図１の状況とは異なり共鳴管５内では右向きの進行波が伝播する）を採用することもできる。

熱・音波変換ユニット１００は、その構成自体は図１で説明したものと同じであるが、図１のときとは異なり、図２の高温側熱交換器２および低温側熱交換器３の双方には、図１の低温側熱交換器３に流入したのと同様の冷却流体（たとえば水）が流入するようになっている。

ここで、ループ管４’、伝播管５’、および熱・音波変換部品１の各セルの内部は、縦波の振動を生じて音波を伝播する作動流体で満たされている。作動流体としては、たとえば、図１の電力発生システム１０００と同様のものを採用できる。

音波発生部７で発生した音波は、伝播管５’を図２の一点鎖線矢印の方向に伝播し、さらにループ管４’内を図２の点線矢印の方向に伝播していく。そして、熱・音波変換ユニット１００に到達し、熱・音波変換部品１の図２の上側から各セル内に進行していく。このとき、音波による熱輸送により、高温側熱交換器２側の端部が低温側熱交換器３側の端部よりも相対的に温度が高い状態が実現する。高温側熱交換器２では常温近傍の冷却流体が流入し、常温より高い温度で流出する。一方、音波による熱輸送により熱が高温側熱交換器２側の端部へ輸送されてしまうので、熱・音波変換部品１の低温側熱交換器３側の端部は、常温より低い温度となる。低温側熱交換器３では常温近傍の冷却流体が流入し、熱・音波変換部品１の低温側熱交換器３側の端部に熱を奪われるため、常温より低い温度で流出する。言い換えれば、冷水の形で、冷熱が出力されることになる。

図２の冷熱発生システム２０００では、以上説明した構成により、音波発生部７で発生した音波のエネルギーを用いて冷熱を出力することができる。特に、音波発生部７として、図１の電力発生システム１０００からエネルギー変換器６を取り除いたシステムを採用した場合には、図１の高温側熱交換器２に流入する高温の加熱流体（たとえば高温の排気ガス等）の熱を冷熱に変換することができ、エネルギーの有効利用（リサイクル）が可能となっている。

以上説明したように、図１の電力発生システム１０００および図２の冷熱発生システム２０００においては、本発明の一実施形態である熱・音波変換ユニット１００がきわめて重要な役割を果たしている。以下では、図１の電力発生システム１０００で使用されている状況を例にとって、熱・音波変換ユニット１００について、さらに詳しく説明する。以下の説明では、一例として、図１の電力発生システム１０００として、図１の高温側熱交換器２には、自動車の排気ガスの典型的な温度である４００〜６００℃程度の高温の加熱流体（たとえば排気ガスそのもの）が流入し、低温側熱交換器３には、２０〜７０℃程度の低温の冷却流体（たとえば水）が流入するものとして話を進める。この場合、熱・音波変換部品１の両端部における温度差は、３３０〜５８０℃程度となる。

なお、当然のことではあるが、以下に説明する熱・音波変換ユニット１００の特性そのものは、図２の冷熱発生システム２０００において使用する場合も変わるものではない。

図３は、図１の熱・音波変換ユニット１００の構成を表した模式図である。

熱・音波変換ユニット１００は、熱・音波変換部品１、高温側熱交換器２、および、低温側熱交換器３、金属部材３２、および、干渉材１ａを備えており、これら全体は、ハウジング１００ａ内に収容されてループ管４（図１も合わせて参照）に接続されている。

熱・音波変換部品１では、それぞれが細い管状の貫通孔である複数のセル１４が、隔壁１１によって区画形成されてなるハニカム構造を有している。ここで、本明細書では、「セル」という語を、隔壁を含まない貫通孔のみを指すものとして用いる。各セル１４は、図３の上下方向を貫通方向（各セル１４が延在する延在方向）とし、低温側熱交換器３側の端面および高温側熱交換器２側の端面の両端面において開口する。熱・音波変換部品１の、低温側熱交換器３側の端面は、金属部材３２と接しているとともに、金属部材３２を間において低温側熱交換器３に対向している。なお、ここでは、金属部材３２が配置されているが、本発明では、金属部材３２が省略された形態も採用可能である。金属部材３２が省略された場合には、後述のメッシュ積層体３０と接触する作動流体が冷却された後に、その冷却された作動流体が、音波の振動に対応した作動流体の変位により熱・音波変換部品１の端面近傍に接触しこの端面近傍を冷却する。ここで、金属部材３２が省略された形態では、熱・音波変換部品１と低温側熱交換器３との間の隙間は極力小さいことが好ましい。

金属部材３２は、中央部に互いに平行な複数本のスリット（不図示）が形成された板状の金属製部材であり、図３では、その板状の側面部（厚みの部分）のみが図示されている。

低温側熱交換器３は、複数枚の金属製（たとえば銅製）メッシュ板を重ね合わせてなるメッシュ積層体３０を有している。また、低温側熱交換器３は、メッシュ積層体３０の側面を取り巻く環状の管である低温側環状管３１を有している。このようにメッシュ積層体３０の側面を取り巻く低温側環状管３１は、図３では、流入口３１ａおよび流出口３１ｂを含む断面においてメッシュ積層体３０の両側を挟み込むものとして模式的に示されている。この低温側環状管３１は、流入口３１ａから、後述する高温側熱交換器２に流入する加熱流体よりは相対的に低温の冷却流体（たとえば水）の流入を受け、その冷却流体の冷熱をメッシュ積層体３０に伝達し（逆の言い方をすればメッシュ積層体３０の熱を冷却流体に伝達し）、流出口３１ｂから、温度が上昇した冷却流体を流出させる役割を果たしている。

メッシュ積層体３０に伝達された冷熱は、接触している作動流体に伝わり、さらに音波の変位で熱・音波変換部品１の、低温側熱交換器３側の端面に伝達され、熱・音波変換部品１の低温側熱交換器３側の端部を冷却する。このため、金属部材３２の材質としては熱伝導率の高いものが好ましく、たとえば、銅製のものを用いることができる。

なお、以上では、低温側熱交換器３の構成について詳しく説明したが、本発明の熱・音波変換ユニットは、低温側の熱交換器の詳細に特に限定されず、従来から知られている熱交換器を採用してもよい。また、後述する高温側熱交換器２と同じ構成のものを採用してもよい。

熱・音波変換部品１の側面は、干渉材１ａによって取り巻かれており、図３の模式的な断面図では、その取り巻く干渉材１ａが、熱・音波変換部品１を図の左右両側から挟み込む２つに分かれた干渉材１ａとして示されている。この干渉材１ａは、熱・音波変換部品１の、低温側熱交換器３側の端部と高温側熱交換器２側の端部との間で熱・音波変換部品１外部の周囲環境を介して熱の伝達が行われるのを防ぐ断熱材としての役割を果たしている。

高温側熱交換器２は、熱交換ハニカム構造体２０および高温側環状管２１を備えている。熱交換ハニカム構造体２０は、熱・音波変換部品１と同様にハニカム構造を有しており、それぞれが図３の上下方向を貫通する細い管状の貫通孔である２以上のセル２０ｄが、隔壁２０ａによって区画形成されている。高温側環状管２１は、熱交換ハニカム構造体２０の側面を取り巻く環状の管であり、流入口２１ａから高温の加熱流体（たとえば、高温の排気ガス）の流入を受けてその加熱流体の熱を熱交換ハニカム構造体２０に伝達し流出口２１ｂから温度が低下した加熱流体を流出させる役割を果たす。ここで、図３に示すように、高温側環状管２１の管内には、加熱流体との接触面積を増加させるために、金属製あるいはＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス製のフィン２１ｅが設けられている。

図４は、図３の熱・音波変換ユニット１００における高温側熱交換器２の外観斜視図であり、図５は、高温側環状管２１の流入口２１ａおよび流出口２１ｂを含む平面で見たときの高温側熱交換器２の断面図である。

図４に示すように、高温側熱交換器２では、高温側環状管２１の環状形状における中央の空洞部分に熱交換ハニカム構造体２０が嵌め込まれた構成となっている。この高温側環状管２１には、図４の太い矢印で示すように、図の下側の流入口２１ａから高温の加熱流体（たとえば、高温の排気ガス）が流入し、図の上側の流出口２１ｂから流出する。このとき、流入口２１ａから流入した高温の加熱流体は、図５の矢印で示すように、熱交換ハニカム構造体２０の円形の外周を構成する外周壁２０ｂに直接に突き当たり、外周壁２０ｂの左右二手に分かれて外周壁２０ｂに沿って進み、流出口２１ｂで合流して流出する。このように熱交換ハニカム構造体２０の外周壁２０ｂに対して直接に高温の加熱流体が接触することで、高温の加熱流体から外周壁２０ｂに対して多量の熱が直接に伝達され、その熱は、熱交換ハニカム構造体２０内部の隔壁２０ａやセル２０ｄ内部の作動流体にも伝達される。このように、熱交換ハニカム構造体２０が高温の加熱流体に直接に接触できるのは、後述するように、熱交換ハニカム構造体２０が、耐熱性および熱伝導性が高い材料で構成されているためであり、直接に加熱流体と接触できることで、間に他の部材を介した場合と比べ、熱の損失を抑え熱交換効率の向上が図られる。

なお、このように熱交換ハニカム構造体２０が直接に加熱流体と接触する形態が好ましいが、本発明では、熱交換ハニカム構造体２０の外周壁２０ｂが高温の加熱流体に直接に接触する代わりに、外周壁２０ｂの周囲を金属で覆う形態も採用することができる。特に、音波を伝播する作動流体として高圧の気体（たとえばアルゴン等の不活性の希ガス）を用いる場合には、こうした高圧の気体を密閉して漏れを防ぐ観点からこのように外周壁２０ｂの周囲を金属で覆う形態が好ましい。この場合、外周壁２０ｂの周囲を覆った金属の外周面に、図５の熱交換ハニカム構造体２０の中心からみて外向き方向（動径方向）に突出した金属製のフィン（たとえば図３のフィン２１ｅ参照）を備えていることが好ましい。これは、高温の加熱流体との接触面積を増加させて熱交換効率を高めるためである。高温の加熱流体との接触面積が小さいと、高温の加熱流体と高温側熱交換器２との熱の授受が不十分で高温側熱交換器２の熱交換効率が低下してしまうので、高温加熱流体との接触面積をできるだけ大きくすることが高温側熱交換器２にとって重要となる。

特に、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成された、さらに別のハニカム構造体が高温側環状管の管内に嵌合している形態が最も好ましい。これは、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料は、金属製のフィンより高温での熱伝導率が高く、高温ガスとの接触面積も飛躍的に増加させることができ、さらに、金属製のフィンでは問題となり得る高温の加熱流体による腐食劣化の問題も回避できるからである。以下、この好ましい形態について説明する。

図６は、高温側環状管の管内にさらに別のハニカム構造体が嵌合している熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線の断面における高温側熱交換器の模式的な断面構成図である。

図６および図７では、図３〜図５と同一の構成要素については同一の符号を付し、その重複説明は省略する。

図６の熱・音波変換ユニット２００における高温側熱交換器２’は、熱交換ハニカム構造体２０’および２つの互いに異なる高温側環状管２１１，２１２を有している。熱交換ハニカム構造体２０’は、図中の水平方向を貫通方向とする２以上のセルが隔壁により区画形成されたハニカム構造を有しており、２つの異なる高温側環状管２１１，２１２により加熱流体から伝達された熱を熱・音波変換部品１に伝達する。ここで、熱交換ハニカム構造体２０’は、熱・音波変換部品１から間隔ｔを置いて配置されている。

図７に示すように、２つの高温側環状管２１１，２１２の内部には、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成された管内ハニカム構造体２１１０，２１２０がそれぞれ備えられている。管内ハニカム構造体２１１０，２１２０は、いずれも図中の水平方向を貫通方向とする２以上のセルが隔壁により区画形成されたハニカム構造を有している。２つの高温側環状管２１１，２１２では、図の矢印で示すように、流入した加熱流体が管内ハニカム構造体２１１０，２１２０の各セルを通過して流出していく。このとき、各セルを通過する加熱流体の熱が管内ハニカム構造体２１１０，２１２０に伝わり、その熱は、高温側環状管２１１，２１２の壁面、および、熱交換ハニカム構造体２０’の側面（外周壁の面）を取り巻く金属管（不図示）を介して、熱交換ハニカム構造体２０’に伝達される。なお、図７では、説明の簡単化のため、熱交換ハニカム構造体２０’の断面が矩形形状で図示されているが、図４および図５のように断面が円形状の場合であっても、高温側環状管２１１，２１２の形状を円形に沿うようにする等により実質的に同様の構成を取り得る。

このように熱交換ハニカム構造体２０’の外周壁を金属管で覆い、その外側に、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成された２つの管内ハニカム構造体２１１０，２１２０を配置する構造では、熱交換ハニカム構造体２０’は直接加熱流体と接触せず、このため、高温の加熱流体による腐食劣化を抑えることができる。また、作動流体として不活性な希ガス（たとえばアルゴン等）を用いる場合には、作動流体により熱交換ハニカム構造体２０’が腐食する問題も生じない。この場合、熱交換ハニカム構造体２０’の材料としては、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料の他、熱伝導性の高い金属材料、たとえば銅も採用できる。

ここで、図６における熱交換ハニカム構造体２０’の長さＬ’は、作動流体の振動によって発生する音波の波長程度であることが好ましい。音波の波長よりも長すぎると作動流体（たとえば不活性な希ガス）への熱の供与が不十分となる。一方、長さＬ’が音波の波長よりも短すぎると、外側から熱交換ハニカム構造体２０’を通り抜けて熱・音波変換部品１へ達してしまい、比較的低温の作動流体が熱・音波変換部品１の高温熱交換器側の端部を冷やしてしまうといった悪影響が生じ得る。

図８は、図６および図７に示す熱・音波変換ユニットとは別の本発明の熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図、図９は、図８に示す熱・音波変換ユニットとはさらに別の熱・音波変換ユニットの一形態を表す模式図である。

図８に示す熱・音波変換ユニットでは、高温側熱交換器２Ａにおいて、図中の上側から加熱流体が流入し高温側熱交換器２Ａの内部を通って図中の下方向に向けて流出する。一方、図９に示す熱・音波変換ユニットでは、高温側熱交換器２Ａ’において、図中の上側から加熱流体が流入し高温側熱交換器２Ａ’の内部を通って図中の上方向に向けて流出する。ここで、図８および図９に示す熱・音波変換ユニットのいずれも、低温側熱交換器３Ａにおいては、図中の上側から冷却流体が流入し低温側熱交換器３Ａの内部を通って図中の上方向に向けて流出する。ここで、図８および図９では、内部構造（以下の２つのハニカム構造体２２，２３を含む構造）を明らかにするために、一部については透視図となっている。

図８の高温側熱交換器２Ａおよび図９の高温側熱交換器２Ａ’は、金属材料で構成された柱状のハニカム構造体２３と、その周りを取り囲む、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成された中空の円柱状（言い換えれば厚みのある円筒状）のハニカム構造体２２とを有している。ハニカム構造体２３の外周では同一の金属材料の後述の金属メッシュ外筒２３ａが金属製のハニカム構造体２３と一体に形成されている。なお、正確には、２つのハニカム構造体２２，２３の間にはメタライズ層が存在するが、これについては後述する。これら２つのハニカム構造体２２，２３は、いずれも、円柱状の形状の延在方向を貫通方向とする２以上のセルが隔壁により区画形成されたハニカム構造を有している。このような図８および図９の構造によっても、熱の損失を抑え熱交換効率の向上が図られる。

なお、ここでは、金属材料で構成されたハニカム構造体２３によるハニカム構造が採用されているが、これに代えて金属製のメッシュで構成されたメッシュ構造が採用されてもよい。

図１０は、メッシュ構造を採用した高温側熱交換器の断面図である。

図１０に示す高温側熱交換器では、金属外筒２２ａで外周が囲まれた、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成されたハニカム構造体２２のさらなる内側に、円筒状のメタライズ層２３ｂおよび金属メッシュ外筒２３ａを介して金属メッシュ体２３’が備えられている。ここで、メタライズ層２３ｂは、モリブデンやマンガン等の金属の焼き付けによって形成された層であり、金属製の金属メッシュ外筒２３ａとセラミックス製のハニカム構造体２２を接合させるための層である。図１０に示す構造によっても、熱の損失を抑え熱交換効率の向上が図られる。

以下、再び、図３〜図５に戻って説明を続ける。

図３に示すように、熱交換ハニカム構造体２０の、熱・音波変換部品１側の端面（熱交換ハニカム構造体２０の上側の端面）は、熱・音波変換部品１の、高温側熱交換器２側の端面（熱・音波変換部品１の下側の端面）と直接に接触している。以下、この熱交換ハニカム構造体２０の上側の端面を接触面２０ｓと呼ぶ。なお、本発明では、このように熱・音波変換部品１と熱交換ハニカム構造体２０とが直接に接触する代わりに、熱・音波変換部品１と熱交換ハニカム構造体２０との間に図６の間隔ｔのような隙間が存在していてもよい。この場合、熱交換ハニカム構造体２０に対して伝達された熱は、熱交換ハニカム構造体２０と接した作動流体に伝達され、その加熱された作動流体が、音波の振動に対応した作動流体の変位により熱・音波変換部品１の端面近傍に接触し、この端面近傍が加熱される。これにより、熱・音波変換部品１の、高温側熱交換器２側の端部は、低温側熱交換器３側の端部に比して相対的に温度の高い状態に維持されることとなる。

ここで、この熱交換ハニカム構造体２０は、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成されている。セラミックス材料は、耐熱性が高いため、上述のように直接に高温の加熱流体に接触する熱交換ハニカム構造体２０の材料に適している。さらに、セラミックス材料の中でもＳｉＣを主成分とするセラミックス材料は、熱伝導率が相対的に高いため、上述したように熱交換ハニカム構造体２０が熱・音波変換部品１に熱を伝達する役割を果たすのに適した材料となっている。ここで、「ＳｉＣを主成分とする」とは、ＳｉＣが、熱交換ハニカム構造体２０の材料の５０質量％以上を占めることを意味する。このときの気孔率としては、０〜１０％であることが好ましい。また、隔壁２０ａの厚さが０．２５〜０．５１ｍｍであってセル密度が１５〜６２セル／ｃｍ^２であることが好ましい。

ＳｉＣを主成分とするセラミックス材料としては、具体的には、単純なＳｉＣに加え、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＳｉＣ等を採用することができる。これらの中でも、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣが好ましい。その理由は、Ｓｉを含浸するＳｉＣは、高い熱伝導率および耐熱性を有することに加え、多孔質体であっても気孔率が低く緻密に形成されているため、Ｓｉを含浸しないＳｉＣに比して相対的に高い強度を実現できるからである。

ここで、熱交換ハニカム構造体２０では、図５に示すように三角形のセル２０ｄが、セル２０ｄの貫通方向に垂直な面内で、決まった長さの周期で周期的に配列した構成が採用されている。後述するように、熱の伝達先である熱・音波変換部品１においても同様の構成が採用されており（後述の図１１参照）、熱交換ハニカム構造体２０におけるセル２０ｄのこの周期は、熱・音波変換部品１におけるセル１４の周期（後述の図１１参照）の１０以上の整数倍となっている。このように、熱交換ハニカム構造体２０のセル２０ｄの形状として、熱の伝達先である熱・音波変換部品１のセル１４の形状と同一の形状を採用し、熱交換ハニカム構造体２０のセル２０ｄの周期として、熱・音波変換部品１のセル１４の周期の整数倍のものを採用することで、熱交換ハニカム構造体２０のセル２０ｄの内部、および、熱・音波変換部品１のセル１４の内部を満たしている作動流体の動きがスムーズになるよう工夫されている。なお、熱交換ハニカム構造体２０のセルの周期が、熱・音波変換部品１のセルの周期よりも大きい理由は、熱・音波変換部品１のセル１４は、上述した自励振動を起こすためにきわめて細い貫通孔であることが要求されるためである。熱交換ハニカム構造体２０のセル２０ｄには、そうした要請はなく、熱交換ハニカム構造体２０は熱交換の役割を果たせば十分であるため、熱・音波変換部品１のセル１４の周期に比べ、１桁（１０倍）以上の大きさのものとなっている。

また、図３に示すように、熱交換ハニカム構造体２０では、熱・音波変換部品１との接触面２０ｓは、熱交換ハニカム構造体２０が高温の加熱流体と直接に接触して熱を受ける受熱領域２１ｃよりも、熱・音波変換部品１側（図の上方向）にずれた位置にあり、受熱領域２１ｃと重ならないようになっている。仮に、接触面２０ｓが受熱領域２１ｃと重なってしまうと、接触面２０ｓのうち、受熱領域２１ｃに近い縁の周辺と、受熱領域２１ｃから遠い中央付近とでは、温度差が大きく異なる状態が生じることがある。この場合、熱・音波変換部品１の、熱交換ハニカム構造体２０側の端部（図３の下端部）が均一に加熱されないために、熱・音波変換部品１の各セルの自励振動が各セルに応じてムラが出るという問題が生じ得る。図３の熱交換ハニカム構造体２０では、接触面２０ｓが受熱領域２１ｃと重ならないようになっていることで、こうした問題を回避している。

また、図５に示すように、熱交換ハニカム構造体２０では、外周壁２０ｂの一部が欠けてセル２０ｄの貫通方向に沿って延びるスリット２０ｃが形成されている。図５では、例として、熱交換ハニカム構造体２０の外周面の４か所にスリット２０ｃが形成された例が示されている。こうしたスリット２０ｃが存在することで、高温の加熱流体が直接に外周壁２０ｂに接触したときに、外周壁２０ｂに生じる熱応力を緩和することができ、この結果、外周壁２０ｂや隔壁２０ａの割れや剥離を抑えることができる。

また、図５に示すように、高温側環状管２１には、スリット２０ｃが延在する方向に沿って、各スリット２０ｃによる空隙を塞ぎつつ延在する４つの耐熱性金属板２１ｄが設けられている。これら４つの耐熱性金属板２１ｄにより、４つのスリット２０ｃから作動流体が高温側環状管２１内に漏れ出すことが防がれる。ここで、熱交換ハニカム構造体２０は、高温側環状管２１の環状の中央部で、これら４つの耐熱性金属板２１ｄに嵌め込まれることで支持される。また、４つの耐熱性金属板２１ｄにおいて、図５の熱交換ハニカム構造体２０の中心からみて外向き方向（動径方向）に突出した金属製あるいはＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス製のフィン２１ｅ（図３も合わせて参照）が備えられている。

次に、図３に示す熱・音波変換部品１について詳しく説明する。

図１１は、図３に示す熱・音波変換部品１のセル１４の貫通方向に垂直な面内における熱・音波変換部品１の断面図である。

図１１に示すように、熱・音波変換部品１は、それぞれが細い管状の貫通孔である複数のセル１４が、隔壁１１によって区画形成され、さらにそれら隔壁１１の全体の外周を外周壁１３で取り囲むことで形成されている。ここで、外周壁１３の構成材料としては、隔壁１１の構成材料と同じものを採用できる。

上述したように、自励振動により音波を発生させる上でセル１４の水力直径ＨＤが１つの重要な要素であり、熱・音波変換部品１のセル１４の水力直径ＨＤは０．４ｍｍ以下のきわめて小さい値となっている。このような水力直径ＨＤがきわめて小さいセルが形成されていることで、熱・音波変換部品１では、十分な熱音響効果を得ることができる。逆に、水力直径ＨＤが０．４ｍｍより大きい場合、きわめて小さい熱音響効果しか得られず、たとえば、図１の電力発生システム１０００や図２の冷熱発生システム２０００で十分な量の電力や冷熱を得ることは難しくなる。

ここで、より大きな熱音響効果を発揮するには、上述の水力直径ＨＤが小さいセルを、できるだけ数多く形成するのが有利である。言い換えれば、熱・音波変換部品１の端面における開口率が大きい方が有利である。熱・音波変換部品１は、各端面において６０％以上の高い開口率を有しており、これにより大きな熱音響効果を発揮することができる。逆に６０％未満の開口率では、熱音響効果に寄与するセルが少なすぎてあまり大きな熱音響効果は得られない。

ただし、開口率が高すぎると、熱・音波変換部品１の空洞部分が多すぎることとなり、熱・音波変換部品１全体の耐久性や強度が低下する。そこで、熱・音波変換部品１では開口率は９３％以下に抑えられている。実際、開口率が９３％を超えると、発生した音波による衝撃や熱・音波変換部品１の両端の温度差に起因する熱的な歪みやねじれ（熱応力）により生じる熱・音波変換部品１の損傷が無視できなくなる。

まとめると、熱・音波変換部品１では、熱・音波変換部品１の端面における開口率が６０％以上９３％以下となることで、十分な熱音響効果の発揮と十分な耐久性・強度との適度なバランスが実現している。なお、６０％以上９３％以下の開口率の中でも、８０％以上９３％以下の開口率が好ましい。

なお、上記開口率は、貫通方向に垂直な断面を顕微鏡で撮影し、このときの断面の撮影画像から、材料部分面積Ｓ１と空隙部分面積Ｓ２を求め、Ｓ１とＳ２を用いてＳ２／（Ｓ１＋Ｓ２）として求められる。

また、熱・音波変換部品１では、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、この貫通方向に沿って図３の低温側熱交換器３側の端面（図３の熱・音波変換部品１の上側の端面）から離れるほど減少する傾向を示す。

ここで、上記の「単位長さ」は、熱・音波変換部品１の長さを評価する上で長さの基準単位となる長さを指しており、熱・音波変換部品１よりも短い長さである限り適宜選択することが可能である。たとえば、数ｃｍ〜数百ｃｍ程度の長さの熱・音波変換部品１に対しては、上記の「単位長さ」として１０ｍｍ（１ｃｍ）を採用することができる。

また、上記の「減少する傾向」には、単調に減少する場合の他に、部分的には増減せずに一定となることもあるが全体的には減少する場合も含まれている。数学的に表現すれば、上記の「減少する傾向を示す」は、低温側熱交換器３側の端面（図３の熱・音波変換部品１の上側の端面）からの距離を変数とし、上記貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量をこの変数によって値が決定される関数とすると、この関数の傾きの値（変数による微分値）が、常に、ゼロまたは負の値となり、正の値には常にならないことを意味する。

さらに、図３の熱・音波変換部品１では、低温側熱交換器３側の端面（図３の熱・音波変換部品１の上側の端面）を含む端部であってセル１４の貫通方向に沿った熱・音波変換部品１の全長の１０％の領域を占める端部の熱容量は、高温側熱交換器２側の端面（図３の熱・音波変換部品１の下側の端面）を含む端部であってセル１４の貫通方向に沿った熱・音波変換部品１の全長の１０％の領域を占める端部の熱容量の１．１倍以上となっている。以下では、前者の端部（低温側熱交換器３側の端面を含む端部）を第１端部と呼び、後者の端部（高温側熱交換器２側の端面を含む端部）を第２端部と呼ぶ。

ここで、単位長さ当たりの熱容量は、以下のようにして求められる。まず、測定したい単位長さの部位を切り出し、それを粉砕して粉末状にする。その粉末状のものをサンプルとして、そのサンプルについて断熱型熱量計を用いて投入熱と温度上昇の関係を調べる。これにより、そのサンプルの単位質量当たりの熱容量を求めることができる。そして、サンプルとして用いた粉砕前の測定対象の部位の質量を、その求めた単位質量当たりの熱容量に乗じることで、単位長さ当たりの熱容量を得ることができる。なお、その単位長さの方向に垂直な面におけるその部位の断面の面積で上記の単位長さ当たりの熱容量を除算すれば、この部位の単位体積当たりの熱容量を得ることもできる。

図１２は、熱・音波変換部品１における第１端部および第２端部を説明するための概念図である。

図１２に示すように、熱・音波変換部品１の上側の端部である第１端部１６は、熱・音波変換部品１の全長Ｌの１０％の領域、すなわち、熱・音波変換部品１の上側の端面（第１の端面１６ａ）から（１／１０）Ｌの長さの領域を占める端部である。一方、熱・音波変換部品１の下側の端部である第２端部１７は、熱・音波変換部品１の全長Ｌの１０％の領域、すなわち、熱・音波変換部品１の下側の端面（第２の端面１６ｂ）から（１／１０）Ｌの長さの領域を占める端部である。第１端部１６の熱容量は、第２端部１７の熱容量より大きく、上述したように第２端部１７の熱容量の１．１倍以上となっている。また、第１端部１６と第２端部１７の間においては、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、上述したように、この貫通方向に沿って図１２の上側の端面（図３の低温側熱交換器３側の端面）から離れるほど減少する傾向を示す。以下、このようにセル１４の貫通方向に沿って単位長さ当たりの熱容量に勾配を持たせる理由について説明する。

図１の説明において上述したように、熱音響効果の原因となる自励振動は、温度勾配を緩和する（弱める）ように熱を運ぶ作動流体の動きである。図１２の熱・音波変換部品１でいえば、セル１４内の作動流体は、第１端部１６側と第２端部１７側との間の温度勾配を緩和するように自励振動を起こす。たとえば、瞬間的に、第１端部１６に対しある量の温熱が与えられ第２端部１７に対しある量の冷熱が与えられた（つまり、ある量の熱が第２端部１７から吸収された）場合、作動流体が自励振動を起こすことにより、上述の温熱と冷熱の供給によって生じた第１端部１６側と第２端部１７側との間の温度勾配は、時間の経過とともに徐々に緩和されていくことになる。

ここで、仮に、熱・音波変換部品１において、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量がこの貫通方向に沿って一様であるとすると、温度勾配が緩和されて、その単位長さ当たりの熱容量に応じた一定の温度に達する。一方、実際の熱・音波変換部品１のように、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が、この貫通方向に沿って図１２の上側の端面（図３の低温側熱交換器３側の端面）から離れるほど減少する構成では、もちろん最終的には全体で一定の温度に到達するものの、途中の段階では、単位長さ当たりの熱容量にばらつきがあることに起因して局所的に温度勾配の緩和の仕方が異なることとなり、全体的に温度勾配が残りやすい。言い換えれば、単位長さ当たりの熱容量にばらつきがある場合の方が、単位長さ当たりの熱容量が一様な場合に比べて、温度勾配の緩和に時間がかかることになる。すなわち、単位長さ当たりの熱容量にばらつきを持たせることで、温度勾配が維持されやすいことになる。特に、第１端部１６の熱容量が第２端部１７の熱容量の１．１倍以上となっていると、この温度勾配が維持される効果が十分に大きく、高い熱・音波変換機能の発揮が可能となる。この点については、後述の実施例によって検証する。

ここで、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量に変化を持たせるには、以下に説明する、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なる複数のハニカムセグメントを用いるのが簡便である。

これら複数のハニカムセグメントはいずれも、ハニカム構造（２つの端面の間を貫通する複数のセルが隔壁によって区画形成されている構造）を備えており一体的に形成されたものである。ここで、このハニカム構造では、各セルの水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であって、かつ、各端面の開口率が６０％以上９３％以下となっており、熱・音波変換機能を発揮することができる。また、複数のハニカムセグメントのうち、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が最も大きいハニカムセグメント（以下、第１のハニカムセグメントと呼ぶ）のその単位長さ当たりの熱容量は、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が最も小さいハニカムセグメント（以下、第２のハニカムセグメントと呼ぶ）のその単位長さ当たりの熱容量の１．１倍以上である。ここで、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントはいずれも、全長（各ハニカムセグメントの各セルの貫通方向に沿った長さ）が、上記の複数のハニカムセグメントの全長の総和の１／１０倍以上となっている。第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントの長さについてこのような条件が課される点を除き、複数のハニカムセグメントそれぞれの長さは特に限定されず、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。あるいは、複数のハニカムセグメントのうちの一群のハニカムセグメントの長さは同一であって、残りのハニカムセグメントの長さが互いに異なるものであってもよい。

これら複数のハニカムセグメントが、各ハニカムセグメントの一端面が前記複数のハニカムセグメントのうちの別のハニカムセグメントの一端面に対向した状態で、セル１４の貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の大きい順に直列的に配置されることで、上述の熱・音波変換部品１の一例が実現する。この例では、第１のハニカムセグメントは、熱・音波変換部品１の上述の第１端部１６（図１２参照）を含むものであり、第２のハニカムセグメントは、熱・音波変換部品１の上述の第２端部１７（図１２参照）を含むものである。

ここで、複数のハニカムセグメントが直列的に配置される際には、互いに隣接する２つのハニカムセグメントの間で、互いに対向する端面における各セルの開口同士が重なり合って１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成されるように、複数のハニカムセグメントが配置されることが好ましい。このとき、上述のように各セルの開口同士が重なり合った状態を維持しつつ、互いに隣接する２つのハニカムセグメントの互いに対向する端面同士を接合材で接着する形態が採用されてもよい。なお、この場合、接合材によって形成された、隣接ハニカムセグメント間の接合層は、厳密に言えば、熱・音波変換部品１の上述の「単位長さ当たりの熱容量」に寄与するが、通常、接合層は薄いため、その寄与は十分に小さい。このため、間に接合層を介して、単位長さ当たりの熱容量の大きい順に並んだ複数のハニカムセグメントの直列的な配置により、上述した、単位長さ当たりの熱容量が一方の端面（図３の低温側熱交換器３側の端面）から離れるほど減少する傾向を示すという熱・音波変換部品１の特徴は十分に実現可能である。ただし、この場合の「単位長さ」は、接合層の厚さよりも十分に大きい長さである。たとえば、１０ｍｍ（１ｃｍ）の単位長さであれば、こうした条件を十分に満たすことができる。

また、接合材で端面同士を接着するのに代えて、各セルの開口同士が重なり合った密着状態で配置された複数のハニカムセグメント全体を、この密着状態のまま、筒状の収容部材の内部に嵌め込むことで、収容部材の内部において各ハニカムセグメントを位置決めして固定する形態が採用されてもよい。

さらには、このように密着状態で位置決めして固定する代わりに、音波の伝達に支障が生じない程度の微小な間隙を置いて複数のハニカムセグメントが、単位長さ当たりの熱容量の大きい順に筒状の収容部材の内部に嵌め込まれて位置決めおよび固定されるものであってもよい。

以下では、３つのハニカムセグメントで構成された熱・音波変換部品１を例にとってさらに具体的に説明する。

図１３は、円相当直径が同一で単位体積当たりの熱容量が互いに異なる３つのハニカムセグメントからなる熱・音波変換部品１の構成を表す模式図である。

なお、図１３では、熱・音波変換部品１が３つのハニカムセグメントで構成されていることを明確にするために、ハニカムセグメント間に、ある程度の距離を設けて熱・音波変換部品１の構成が模式的に図示されているが、実際には、隣接するハニカムセグメントは、上述したように、接合材で接合されているか、または、筒状の収容部材の内部に、密着状態あるいは微小な間隙を置いて嵌め込まれて位置決めされた構成が実現している。このような構成では、互いに対向する端面における各セルの開口同士が、互いに重なり合うか、少なくとも互いに対向することで、実質的に１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成された状態になっている。このため、発生した音波は、この１つの貫通孔（１つのセル）をスムーズに伝達されることとなる。

ハニカムセグメントの「円相当直径」とは、ハニカムセグメントの各セルの貫通方向に垂直な面におけるハニカムセグメントの断面積をπＤ^２／４と表現したときのＤとして定義されるものである。端的に言えば、ハニカムセグメントの「円相当直径」は、ハニカムセグメントの太さを表している。図１３の熱・音波変換部品１は、３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３で構成されており、これら３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３は、円相当直径は同一であり、単位体積当たりの熱容量が互いに異なっている。

このように、単位体積当たりの熱容量が互いに異なるようにする１つの手法としては、たとえば、組成分の種類が互いに異なる構成材料で隔壁や外周壁（あるいはこれらのいずれか一方のみ）を構成することが考えられる。たとえば、３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３のうち、１つのハニカムセグメントについてはコージェライト材料で隔壁や外周壁を構成し、別のハニカムセグメントについてはアルミナを含む非コージェライト材料で隔壁や外周壁を構成し、残りのハニカムセグメントについてはアルミナを含まない非コージェライト材料で隔壁や外周壁を構成するといった場合である。このように組成分の種類が互いに異なる構成材料を用いる場合には、円相当直径を含め形状や大きさは同一であり各端面における開口率や各セルの水力直径も同一であるが、単位体積当たりの熱容量が互いに異なる状態を実現することができる。

単位体積当たりの熱容量が互いに異なるようにする別の手法としては、組成分の種類自体は同一であるが、組成分あるいは構成材料自体の形態が互いに異なる構成材料で３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３の隔壁や外周壁（あるいはこれらのいずれか一方のみ）を構成することが考えられる。たとえば、組成分粒子の平均粒径が互いに異なる構成材料を用いる場合や、気孔率が互いに異なる構成材料を用いる場合である。このように組成分あるいは構成材料自体の形態が互いに異なる構成材料を用いる場合にも、円相当直径を含め形状や大きさは同一であり各端面における開口率や各セルの水力直径も同一であるが、単位体積当たりの熱容量が互いに異なる状態を実現することができる。

単位体積当たりの熱容量が互いに異なるようにするためのさらに別の手法としては、円相当直径を変えることなく、隔壁や外周壁が互いに異なるように、３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３を作製することが考えられる。ただし、この場合には、各ハニカムセグメントにおいて、セルの水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、各端面における開口率が６０％以上９３％以下であるという上述の要件を満たすともに、互いに対向する端面におけるセルの少なくとも一部については開口同士が、互いに重なり合うか、少なくとも互いに対向することで、実質的に１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成されているという要件も満たすように構成することが必要となる。

以上では、単位体積当たりの熱容量が互いに異なるようにするいくつかの手法を説明したが、当然ながら、これらを組み合わせることによっても、円相当直径は同一であるが単位体積当たりの熱容量が互いに異なる状態を実現することができる。

ここで、図１３の３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３のうち、一番上のハニカムセグメント１＿１の単位体積当たりの熱容量が最も大きく、一番下のハニカムセグメント１＿３の単位体積当たりの熱容量が最も小さい。図１３の３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３では円相当直径が同一であることから、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量についても、一番上のハニカムセグメント１＿１が最も大きく、一番下のハニカムセグメント１＿３が最も小さい。ここで、図１３の一番上のハニカムセグメント１＿１が、第１端部１６を含む第１のハニカムセグメントであり、図１３の一番下のハニカムセグメント１＿３が、第２端部１７を含む第２のハニカムセグメントである。また、図１３の一番上のハニカムセグメント１＿１の、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、図１３の一番下のハニカムセグメント１＿３の、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の１．１倍以上となっている。この構成では、当然ながら、第１端部１６の熱容量も、第２端部１７の熱容量の１．１倍以上となっている。

図１４は、単位体積当たりの熱容量が同一で円相当直径が互いに異なる３つのハニカムセグメントからなる熱・音波変換部品１の構成を表す模式図である。

図１４でも、熱・音波変換部品１が３つのハニカムセグメントで構成されていることを明確にするために、ハニカムセグメント間に、ある程度の距離を設けて熱・音波変換部品１の構成が模式的に図示されているが、実際には、隣接するハニカムセグメントは、上述したように、接合材で接合されているか、または、筒状の収容部材の内部に、密着状態あるいは微小な間隙を置いて嵌め込まれて位置決めされた構成が実現している。このような構成では、互いに対向する端面における少なくとも一部のセルについては各セルの開口同士が、互いに重なり合うか、少なくとも互いに対向することで、実質的に１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成された状態になっている。このため、発生した音波は、この１つの貫通孔（１つのセル）をスムーズに伝達されることとなる。

図１４の熱・音波変換部品１は、図１４に示すように、円相当直径が互いに異なる３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３で構成されている。これら３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３は、同一の構成材料で構成されており、単位体積当たりの熱容量も同一である。なお、各ハニカムセグメントの全長や各端面における開口率やセルの水力直径についてもこれら３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３の間では同一である。ここで、図１４の３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３のうち、一番上のハニカムセグメント１＿１の体積が最も大きく、一番下のハニカムセグメント１＿３の体積が最も小さい。図１４の３つのハニカムセグメント１＿１，１＿２，１＿３では、単位体積当たりの熱容量が同一であることから、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量についても、一番上のハニカムセグメント１＿１が最も大きく、一番下のハニカムセグメント１＿３が最も小さいことになる。ここで、図１４の一番上のハニカムセグメント１＿１が、第１端部１６を含む第１のハニカムセグメントであり、図１４の一番下のハニカムセグメント１＿３が、第２端部１７を含む第２のハニカムセグメントである。また、図１４の一番上のハニカムセグメント１＿１の、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、図１４の一番下のハニカムセグメント１＿３の、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の１．１倍以上となっている。上述したように、単位体積当たりの熱容量は同一であるため、図１４の一番上のハニカムセグメント１＿１の、各セルの貫通方向に垂直な断面の面積は、図１４の一番下のハニカムセグメント１＿３の、各セルの貫通方向に垂直な断面の面積の１．１倍以上である。この構成では、当然ながら、第１端部１６の熱容量も、第２端部１７の熱容量の１．１倍以上となっている。なお、各ハニカムセグメントの断面の面積を円相当直径に換算して考えれば、図１４の一番上のハニカムセグメント１＿１の円相当直径は、図１４の一番下のハニカムセグメント１＿３の円相当直径の（１．１）^１／２≒１．０５倍以上となっている。

以上の図１３や図１４のような、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なる複数のハニカムセグメントを用いることで、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量がこの方向に沿って変化する熱・音波変換部品１を容易に実現することができる。

以下、熱・音波変換部品１の他の特徴について説明する。

熱・音波変換部品１では、セル１４の貫通方向に垂直な前記セルの断面形状は、角部が弯曲した多角形の形状であり、その形状の角部における曲率半径が０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。図１１では、セル１４の形状の例としては、角部が弯曲した三角形の形状が図の右上の拡大図に示されており、この角部の曲率半径は０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下となっている。曲率半径が０．０２ｍｍ以上であることでその緩やかに弯曲した形状により、セル１４を押しつぶすように働く衝撃に対し十分に対抗できる。これは、トンネル等の穴の形状としては、丸みを帯びた形状の方が角ばった形状よりも、周囲からの外力に対抗しやすいのと同様の理由に基づくものである。ただし、弯曲部分が大きすぎると、今度は、各セルの角部付近で隔壁１１が分厚くなり、その分、熱音響効果に寄与するセル１４の貫通孔が減ることになる。そこで、曲率半径が０．１ｍｍ以下となっていることで、同時に高い熱音響効果も維持されている。

なお、セル１４の角部における曲率半径については、セル１４の貫通方向に垂直な断面の拡大写真をとり、そのセル１４の断面形状に基づき測定することができる。

セル１４の貫通方向に垂直な面内でのセル１４の形状としては、三角形、四角形、五角形、六角形等の様々な多角形、および、楕円形（真円の形状含む）を採用できるが、三角形、四角形、六角形、およびこれらの組み合わせが好ましく、図１１の熱・音波変換部品１の右上のセル１４の拡大図のように、三角形のセル１４が特に好ましい。三角形のセル１４が特に好ましいのは、様々な多角形および楕円形のセル形状のうち、三角形のセル形状が、隔壁の厚さをできるだけ薄くして数多くのセルを配列させるのに最も適しているからである。ここで、自動車の排気ガスから微粒子を取り除く排気浄化触媒担持用のハニカム構造体では、セルの角部が鋭角であると、微粒子が角部に堆積しやすいといった問題があるため、三角形のセル形状は、（原理的には採用可能であっても）実際上、採用されないことが多い。しかし、熱音響効果を発揮するハニカム構造体としては、自励振動を起こす作動流体（希ガス等の気体）に関して、このような問題は存在しないため、数多くのセルを配列させるのに最も適した三角形（ただし角部が弯曲した三角形）のセル形状を積極的に活用できる。

また、熱・音波変換部品１では、その両端面の間の長さをＬとしたときにこの長さＬに対する上述の水力直径ＨＤの比ＨＤ／Ｌが０．００５以上０．０２未満となっている。仮に、ＨＤ／Ｌが０．００５未満であると、水力直径ＨＤに比して熱・音波変換部品１が長すぎて、熱・音波変換部品１の各セル内の作動流体が熱・音波変換部品両端の温度差の影響を受けにくくなる。この場合、各セル内の作動流体と隔壁１１との間における熱の授受が不十分で十分な熱音響効果が得られない。一方、仮に、ＨＤ／Ｌが０．０２以上であると、今度は、水力直径ＨＤに比して熱・音波変換部品１が短すぎて、各セル内の作動流体と隔壁１１との間で熱の授受が不十分なまま熱・音波変換部品１において高温側熱交換器２側から低温側熱交換器３側に隔壁１１を熱が伝導していくことになる。この結果、やはり十分な熱音響効果が得られない。そこで、熱・音波変換部品１では、比ＨＤ／Ｌが０．００５以上０．０２未満となるよう工夫されており、このため、各セル内の作動流体と隔壁１１との間における熱の授受が十分に行われる。この結果、熱・音波変換部品１では、十分な熱音響効果を得ることができる。

また、熱・音波変換部品１では、熱・音波変換部品１の構成材料、特に、隔壁１１の構成材料の２０〜８００℃における熱膨張率が６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。ここで、熱膨張率の測定方法としては、たとえば、各セルの貫通方向に沿った１０ｍｍ以上の長さを有する試験片であって、この貫通方向、および、この貫通方向に直交する方向を含む断面の面積が４ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下である試験片を熱・音波変換部品１から切り出し、この貫通方向の熱膨張率を、石英を標準比較サンプルとする示差式の熱膨張計により測定する方法を採用することができる。

隔壁１１の構成材料の、２０〜８００℃における熱膨張率が６ｐｐｍ／Ｋ以下となることで、両端部に温度差が生じたときの熱・音波変換部品１の損傷が抑えられる。なお、６ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率の中でも、４ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率であることがさらに好ましい。

また、熱・音波変換部品１の長さＬは、５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。

熱・音波変換部品１の長さＬが上記の数値範囲に属することで、十分な熱音響効果が発揮される。

以下、図１３や図１４で説明したような、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なる複数のハニカムセグメントで構成された熱・音波変換部品１の製造方法について説明する。以下では、各ハニカムセグメントがセラミックス材料で構成されている場合を例にとって説明する。まず、１つのハニカムセグメントの製造について説明する。

セラミック原料にバインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料とする。セラミック原料としては、コージェライト化原料、炭化珪素−コージェライト系複合材料、アルミニウムチタネート、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、アルミナ、ムライト、スピネル、リチウムアルミニウムシリケート、および、鉄−クロム−アルミニウム系合金のうちの１つ、あるいは、２つ以上の組み合わせであることが好ましい。これらの中でも、コージェライト化原料が好ましい。なお、コージェライト化原料とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。なお、セラミック原料の含有量は、成形原料全体に対して４０〜９０質量％であることが好ましい。

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、成形原料全体に対して２〜２０質量％であることが好ましい。

水の含有量は、成形原料全体に対して７〜４５質量％であることが好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、単独で使用してもよいし、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して５質量％以下であることが好ましい。

造孔材としては、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂およびシリカゲル等を採用することができる。

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、坏土を押出成形することで、複数のセルを区画形成する隔壁を備えたハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、上述した、各セルの水力直径、開口率、ハニカムセグメントの形状、セル形状、各セルの周期、に対応した形状の口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。なお、ハニカム成形体における各セルの水力直径、開口率、等の値については、後述の乾燥処理および焼成の処理で生じる収縮をも考慮して決定することが好ましい。

ここで、大きな熱音響効果を発揮するための、上述したような、各セルの水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）ハニカムセグメントを作製する際には、以下の２つの問題により、こうした制約がない従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体で用いられている押出成形法をそのまま単純に流用する（口金を、高密度の細孔形成用の口金に取り換えただけで同様の製造方法をそのまま実行する）ことはできない。

第１の問題は、押出成形の際に、高温で押し出された坏土が成形用口金の孔内に密着して目詰まりが起こりやすいことである。なお、この問題については、たとえば、特許文献３の段落［００２１］でも言及されている。

第２の問題は、上述のハニカムセグメントのような各セルの水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）ハニカム構造体に対応する口金には、必然的にきわめて細い微細部分（典型的には０．３ｍｍ程度の太さの部分）が存在することとなり、この微細部分が、坏土押出しの際の粘性摩擦により損傷（たとえば引きちぎれる等）を受けやすいことである。

そこで、上述のハニカムセグメントの製造方法においては、これら２つの問題を解消するために、以下の工夫が凝らされている。

第１の問題に関しては、各セルの水力直径が０．４ｍｍ以下であって開口率が６０％以上９３％以下の、水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）上述のハニカムセグメントに対応した口金（以下、正規口金と呼ぶ）による押出成形の実行前に、リブの厚さが０．０４ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下というリブの厚さがきわめて小さい口金（以下、ダミー口金と呼ぶ）での坏土の押出処理が行われる。なお、ここでいう「リブの厚さ」とは、成形体ハニカムの隔壁厚さのことで、口金におけるスリット幅を指しており、各スリットは、坏土の排出孔であって作製対象のハニカム構造体の各隔壁部分の形状を決定するものである。以下、「リブの厚さ」を、スリット幅を意味するものとして用いる。このダミー口金を用いた押出処理により、目詰まりの原因となりやすい坏土成分をあらかじめ取り除くことができる。この押出処理後の坏土を用いて正規口金による押出成形を実行することにより、上記の目詰まりの発生を抑えることが可能となる。

第２の問題に関しては、押出成形によるハニカムセグメントの成形体の保形性を維持できる（つまり、成形体の形が崩れない）範囲内で、押出成形に用いる坏土の粘性を、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造で用いられる坏土の粘性に比べ大幅に低減して粘性摩擦を小さくすることで対処している。ここで、このように保形性維持の条件を満たしつつ坏土の粘性を低減するにあたっては、坏土中の水の比率を、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造時に比べ、より厳格に制御する（すなわち、水の比率の制御目標値と実際の水の比率の値との間の誤差をきわめて狭い範囲内に抑える）ことも必要となる。より具体的には、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造で用いられる坏土中の水の比率が、坏土固形成分１００質量部に対し２５〜３５質量部であるのに対し、上述のハニカムセグメントの製造で用いられる坏土中の水の比率は、坏土固形成分１００質量部に対し４０〜４２質量部となっている。なお、坏土中の水の比率を増加した場合には、坏土の粘性が低減して上述のハニカムセグメントの成形体の形状に適度なばらつきが生じるようになり、音波の自励振動が起こりやすくなるという効果も生じる。

以下、押出成形によって得られたハニカム成形体のその後の処理について説明を続ける。

得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行う。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥および高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥および過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。また、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることも可能である。この場合、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９０質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては熱風乾燥が好ましい。

各セルの貫通方向に沿ったハニカム成形体の長さが所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、このハニカム成形体を焼成する。ここで、焼成の前には、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。また、仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で０．５〜２０時間行うことが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉およびガス炉等を用いて焼成することができる。焼成条件は、たとえば、珪素−炭化珪素系複合材料を用いた場合には、窒素およびアルゴン等の不活性雰囲気において、１３００〜１５００℃で、１〜２０時間加熱することが好ましい。一方、酸化物系材料を用いた場合には、酸素雰囲気において、１３００〜１５００℃で１〜２０時間加熱することが好ましい。

最後に、所望のハニカムセグメントの断面形状（たとえば、図１１のような円形）を実現するのに必要であれば、焼成後のハニカム成形体の外周部分を、適宜、切削加工して形状を整える。さらに、切削加工後のハニカム成形体の外周面に外周コート材を塗布して乾燥させ外周壁１３を形成する。ここで、外周コート材としては、無機粒子とコロイド状酸化物を含む原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。ここで、無機粒子としては、たとえば、コージェライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、炭化珪素、窒化珪素、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、および、チタニア、のうちの１つ、あるいは、２つ以上の組み合わせからなるセラミックス材料の粒子や、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属、珪素（金属珪素）−炭化珪素系複合材料の粒子を挙げることができる。一方、コロイド状酸化物としては、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。また、外周コート材を塗布する方法は特に限定されず、切削加工後のハニカム成形体をろくろ上で回転させながらゴムベラ等でコーティングする方法等を挙げることができる。

以上の工程を経て、１つのハニカムセグメントが作製される。

上記の１つのハニカムセグメントの製造方法で用いられていた成形原料とはセラミック原料の組成分の種類が異なる点を除き同じ成形原料を用いて、上述の製造方法と同様の製造方法により、別のハニカムセグメントを作製する。または、上記の１つのハニカムセグメントの製造方法で用いられていた成形原料とは、セラミック原料中の組成分の粒子径、あるいは、造孔材の量が異なる点を除き同じ成形原料を用いて、上述の製造方法と同様の製造方法により、別のハニカムセグメントを作製する。または、上記の１つのハニカムセグメントの製造方法で用いられていたハニカムセグメント用の口金とは円相当直径が異なるハニカムセグメント用の口金を用いて、上述の製造方法と同様の製造方法により、別のハニカムセグメントを作製する。

このように、セラミック原料や口金を変更しながら同様の製造方法でハニカムセグメントの作製を繰り返し、最終的に、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なる複数のハニカムセグメントが作製される。このとき、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が最も大きいハニカムセグメント（第１のハニカムセグメント）、および、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が最も小さいハニカムセグメント（第２のハニカムセグメント）が、複数のハニカムセグメントの全長の総和の１／１０倍以上となるとともに、第１のハニカムセグメントの各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が、第２のハニカムセグメントの各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の１．１倍以上となるように、セラミック原料の内容やハニカムセグメントの円相当直径を適宜調整する。

これら複数のハニカムセグメントを、各ハニカムセグメントの一端面が別のハニカムセグメントの一端面に対向した状態で、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の大きい順に直列的に配置する。このとき、互いに隣接する２つのハニカムセグメントの間で、互いに対向する端面における各セルの開口同士が重なり合って１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成されるように、複数のハニカムセグメントを直列的に配置する。なお、このように直列的に配置された状態を維持するため、必要に応じて、互いに対向するハニカムセグメントの端面間を接合材で接着する。接合材としては、たとえば、上述の外周コート材の材料として挙げたものを採用することができる。あるいは、接合材で接着する代わりに、各セルの開口同士が重なり合った密着状態で配置された複数のハニカムセグメントを、この密着状態のまま、筒状の収容部材の内部に嵌め込むことで、収容部材の内部において各ハニカムセグメントを位置決めして固定する方式を採用してもよい。さらには、このように密着状態で位置決めして固定する代わりに、音波の伝達に支障が生じない程度の微小な間隙を置いて複数のハニカムセグメントが、単位長さ当たりの熱容量の大きい順に筒状の収容部材の内部に嵌め込まれて位置決めおよび固定される方式を採用してもよい。

以上の工程を経て最終的に、熱・音波変換部品１が完成する。

次に、図３の高温側熱交換器２の製造方法について説明する。

図３の高温側熱交換器２における熱交換ハニカム構造体２０については、上記の図１１の一体型の熱・音波変換部品１の製造方法において、セラミック原料としてＳｉＣ粉末に炭素粉末（黒鉛粉末等）を加えたものを用い、押出成形の際の口金として相対的にセルの水力直径ＨＤの大きいハニカム成形体の作製に適した口金を用いることを別にすれば、上記の図１１の熱・音波変換部品１の製造方法と同様の製造方法で作製することができる。

この熱交換ハニカム構造体２０の作製においては、たとえば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とする熱交換ハニカム構造体２０を製造する場合には、ＳｉＣ粉末および炭素粉末を混合・混練して調整された坏土を成形してハニカム成形体を作製した後、乾燥処理および焼結処理を行った後に、溶融した珪素（Ｓｉ）をこのハニカム成形体に含浸させる処理を行うことが好ましい。この処理を行うことで、焼結処理後に、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）の凝固物が取り囲むとともに、金属Ｓｉを介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造が形成される。この構造により、気孔率が小さく緻密な構造であって高い熱耐久性および熱伝導性が実現する。

なお、溶融した珪素（Ｓｉ）だけでなく、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ等といったその他の金属に含浸させてもよい。この場合、焼結処理後に、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）、および含浸に用いたその他の金属の凝固物が取り囲むとともに、金属Ｓｉ、および含浸に用いたその他の金属を介してＳｉＣ粒子同士が結合した構造が形成される。この構造によっても、気孔率が小さく緻密な構造であって高い熱耐久性および熱伝導性が実現する。

なお、熱交換ハニカム構造体２０の外周コート材においても、上記と同様の理由で、外周コート材の材料（熱・音波変換部品１の接合材の材料）となる無機粒子の候補として上述した材料の粒子のうち、珪素（金属珪素）−炭化珪素系複合材料の粒子を用いることが好ましい。

また、外周コート材の塗布により形成された外周壁に対して、セルの貫通方向に沿ってスリットを形成するスリット形成処理を行うことが好ましい。なお、スリット形成処理を行う場合には、以下に説明する高温側環状管２１の作製において、耐熱性金属板２１ｄやフィン２１ｅを形成する。

図３の高温側熱交換器２における高温側環状管２１については、耐熱性の高い材料を環状に成形する（ただし、熱交換ハニカム構造体２０との結合時に熱交換ハニカム構造体２０の外周壁の一部が高温側環状管内で露出するような、中央側の壁面の一部が欠落した環状に成形する）ことで作製できる。耐熱性の高い材料については特に限定されないが、具体的には、たとえば、高耐熱性ステンレスや銅等の金属、さらには、セラミックス材料（たとえば、図１１の熱・音波変換部品１や熱交換ハニカム構造体２０の材料として挙げたもの）を採用できる。

図３の高温側熱交換器２は、基本的には、高温側環状管２１の環状における、穴となっている中央部に熱交換ハニカム構造体２０を組み込むことによって完成する。

次に、図３の低温側熱交換器３の製造方法について説明する。従来から知られている熱交換器を低温側熱交換器３として用いる場合には、従来から知られている熱交換器の製造方法を流用することができる。また、上述の高温側熱交換器２と同じ構成のものを低温側熱交換器３として用いる場合には、上述の高温側熱交換器２の製造方法と同じ製造方法を用いることができる。

図３の熱・音波変換ユニット１００を構成するその他の部材、たとえば、金属部材３２やハウジング１００ａや干渉材１ａについては、従来から知られているものを採用でき、その製造方法についても従来から知られているものを流用することができる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１の熱・音波変換部品は、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が異なる２つのハニカムセグメントで構成された熱・音波変換部品である。以下では、まず、１つのハニカムセグメントの作製について説明する。セラミック原料としてコージェライト化原料を用い、コージェライト化原料１００質量部に対して、造孔材を１質量部、分散媒を３５質量部、有機バインダを６質量部、分散剤を０．５質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、平均粒子径が３μｍのタルクを３８．９質量部、平均粒子径が１μｍのカオリンを４０．７質量部、平均粒子径が０．３μｍのアルミナを５．９質量部、及び平均粒子径が０．５μｍのベーマイトを１１．５質量部、用いた。ここで、平均粒子径とは、各原料の粒子の分布におけるメジアン径（ｄ５０）のことである。

分散媒としては、水を用いた。有機バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いた。分散剤としては、エチレングリコールを用いた。

次に、得られた坏土を、口金を用いて押出成形し、セル形状が三角形で、全体形状が円形のハニカム成形体を作製した。なお、このときの押出成形においては、上述したように、実施例１の熱・音波変換部品に対応した正規口金による押出成形の実行前に、リブの厚さが０．０７ｍｍ程度のダミー口金での坏土の押出処理が行われた。そして、このダミー口金を用いた押出処理後の坏土を用いて正規口金による押出成形が実行された。さらに、このとき、正規口金による押出成形に用いる坏土における水の比率が、坏土固形成分１００質量部に対し４１質量部（誤差は±１質量部の範囲内）となるように坏土成分を厳格に制御した。

そして、このハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、セルの貫通方向に沿ったハニカム成形体の長さを調整した。そのハニカム成形体を熱風乾燥機で乾燥し、更に、１４４５℃で、５時間、焼成した。

最後に、焼成後のハニカム成形体の外周部分を、適宜切削加工して円形状に整えた。さらに、切削加工後のハニカム成形体の外周面に外周コート材を塗布して乾燥させ外周壁１３を形成した。ここで、外周コート材としては、コージェライトの粒子とシリカゾルを含む原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤を加えたものに水を加えて混練したスラリーを用いた。また、外周コート材を塗布する方法としては、切削加工後のハニカム成形体をろくろ上で回転させながらゴムベラ等でコーティングする方法を用いた。

以上の工程を経て、１つのハニカムセグメントが完成した。

上記の１つのハニカムセグメントのコージェライト化原料とは一部原料の粒子径が異なるコージェライト化原料を用いた以外は同様の方法で、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が相対的に小さい別のハニカムセグメントを作製した。先の熱容量が相対的に大きい方のハニカムセグメントが第１のハニカムセグメントであり、熱容量が相対的に小さい上述の別のハニカムセグメントが第２のハニカムセグメントである。２つのハニカムセグメントは、構成材料が異なるため単位体積当たりの熱容量が異なる以外は、円相当直径を含め形状や大きさは同一であり、各端面における開口率やセルの水力直径も同一である。このため、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントそれぞれの全長は、同一の長さであるため、当然ながら、２つのハニカムセグメントの全長の総和の１／１０倍以上となっている。

これら２つのハニカムセグメントを、一方のハニカムセグメントの一端面が他方のハニカムセグメントの一端面に対向した状態で、直列的に配置した。このとき、互いに対向する端面における各セルの開口同士が重なり合って１つの貫通孔（言い換えれば、２つのセルがつながることで形成された１つのセル）が形成されるように、２つのハニカムセグメントを直列的に配置した。このように直列的に配置された状態を維持するため、互いに対向するハニカムセグメントの端面間を接合材で接着した。接合材としては、たとえば、上述の外周コート材の材料と同じものを採用した。

このようにして、最終的に実施例１の熱・音波変換部品が完成した。

完成した実施例１の熱・音波変換部品について、セルの貫通方向に垂直な面（垂直面）内におけるセルの水力直径ＨＤ、熱・音波変換部品の各端面における開口率、第１端部および第２端部の熱容量、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントの円相当直径をそれぞれ測定した。ここで、第１端部は、第１のハニカムセグメントに含まれる熱・音波変換部品の端部であって、その長さは熱・音波変換部品の全長の（１／１０）倍である。一方、第２端部は、第２のハニカムセグメントに含まれる熱・音波変換部品の端部であって、その長さは熱・音波変換部品の全長の（１／１０）倍である。

なお、セルの水力直径ＨＤについては、上記垂直面内における熱・音波変換部品の断面の拡大写真を撮り、この断面の拡大写真中の１０個のセルを無作為に選択してそれぞれについて水力直径を定義式（セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃ）に従って計算したときの、その平均値として算出した。

また、開口率は、上記垂直面における断面を顕微鏡で撮影し、このときの断面の撮影画像から、材料部分面積Ｓ１と空隙部分面積Ｓ２を求め、Ｓ１とＳ２を用いてＳ２／（Ｓ１＋Ｓ２）として求めた。なお、断面全体における開口率は、端面における開口率と等価であるとして、断面全体における開口率を端面における開口率とみなしている。

また、第１端部や第２端部の熱容量については、以下のようにして求めた。まず、それぞれの部位を切り出し、それを粉砕して粉末状し、その粉末状のものをサンプルとして断熱型熱量計を用いて投入熱と温度上昇の関係を調べ、これにより、そのサンプルの単位質量当たりの熱容量を求めた。次に、その単位質量当たりの熱容量に、それぞれの部位の質量を乗じることで、それぞれの部位の熱容量を得た。

また、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量については、第１端部や第２端部の単位体積当たりの熱容量と同じである。そこで、上述の第１端部や第２端部の熱容量を第１端部や第２端部の体積で除算することで、第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量を得た。

以上の測定によって得られた測定値から、以下の５種類のパラメータの値を得た。なお、以下の５種類のパラメータの中には、互いに独立ではなく連動して変化するものも含まれているが、都合上、それらも含めて記載している。

（１）セルの貫通方向に垂直な面（垂直面）内でのセルの水力直径ＨＤ
（２）熱・音波変換部品の断面全体における開口率（各端面における開口率と同じ）
（３）第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合
（４）第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量に対する第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量の割合
（５）第２のハニカムセグメントの円相当直径に対する第１のハニカムセグメントの円相当直径の割合

この実施例１の熱・音波変換部品を用いて以下の実験を行った。

まず、図１の電力発生システム１０００において、熱・音波変換部品１の代わりに実施例１の熱・音波変換部品を組み込んだ。そして、高温側熱交換器２に対し５００℃程度の自動車の排気ガスを１０分間流入させ、温度がいくらか下がって流出する排気ガスの温度を測定した。このときの温度変化からこの電力発生システムに流入した熱量を算出した。この排気ガスの流入により、熱・音波変換部品の高温側熱交換器２側の端部の温度はほぼ５００℃に保たれていた。一方、低温側熱交換器３に対しては６０℃の水を１０分間流入させ、熱・音波変換部品の低温側熱交換器３側の端部の温度を６０℃に保った。そして、図１の電力発生システム１０００のエネルギー変換器としてマイクロフォン等を用い、上記の熱・音波変換部品両端部の温度差に伴う熱音響効果で発生した音波からどのくらいの電力量が生じたかを計測した。そして、あらかじめ把握されているマイクロフォンのエネルギー変換効率（音波エネルギーを電力に変換する効率）により、上記の電力量の計測値を除算することで音波のエネルギーの推定値を求めた。そして、この音波のエネルギーの推定値と、上述した、電力発生システムに流入した熱量とから、熱から音波エネルギーへのエネルギー変換効率を求めた。なお、この実験では、自励振動を起こす、ループ管４や共鳴管５やセル内の作動流体としては、１０ａｔｍのヘリウムガスを用いた。

（実施例２および比較例１）
上述の実施例１の製造方法とは、押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、上述の５種類のパラメータのうちセルの水力直径ＨＤの値のみが実施例１とは異なる実施例２および比較例１の熱・音波変換部品を作製した。

そして、これらの実施例２および比較例１について、実施例１と同様の実験を行った。

（実施例３，４および比較例２，３）
上述の実施例１の製造方法とは、押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、上述の５種類のパラメータのうち熱・音波変換部品の各端面の開口率（上記垂直面の開口率と同じ）の値が実施例１とは主に異なる実施例３，４および比較例２，３の熱・音波変換部品を作製した。

そして、これらの実施例３，４および比較例２，３について、実施例１と同様の実験を行った。

（比較例４，５および実施例５〜８）
上述の実施例１の製造方法とは、各セルの貫通方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が相対的に大きい方のハニカムセグメント（第１のハニカムセグメント）の作製に用いたコージェライト化原料とは組成が異なるコージェライト化原料を用いた点を除き同じ製造方法を用いて、上述の５種類のパラメータのうち、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合、および、第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量に対する第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量の割合のみが実施例１とは異なる比較例４，５および実施例５〜８の熱・音波変換部品を作製した。

そして、これらの比較例４，５および実施例５〜８について、実施例１と同様の実験を行った。

（比較例６、実施例９、および実施例１０）
上述の実施例１の製造方法とは、第２のハニカムセグメントの作製において、第１のハニカムセグメントの作製に用いられたのと同じ組成のコージェライト化原料を用いるが押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、上述の５種類のパラメータのうち、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合、および、第２のハニカムセグメントの円相当直径に対する第１のハニカムセグメントの円相当直径の割合のみが実施例１とは異なる比較例６、実施例９、および実施例１０の熱・音波変換部品を作製した。ここで、比較例６、実施例９、および実施例１０における第１のハニカムセグメントおよび第２のハニカムセグメントは、円相当直径（太さ）が互いに異なる以外は、単位体積当たりの熱容量や各端面における開口率やセルの水力直径については同一のハニカムセグメントである。

そして、これら比較例６、実施例９、および実施例１０について、実施例１と同様の実験を行った。

（比較例７、実施例１１、および実施例１２）
上述の実施例１の第１のハニカムセグメントの製造方法を用いて同一の第１のハニカムセグメントを作製するとともに、実施例１の第１のハニカムセグメントの製造方法とは、押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、円相当直径が第１のハニカムセグメントよりも相対的に小さいハニカムセグメントを作製した。さらに、この円相当直径が相対的に小さいハニカムセグメントの製造方法とは押出成形の際に用いる口金がさらに異なる点を除き同じ製造方法を用いて、この円相当直径が相対的に小さいハニカムセグメントよりもさらに円相当直径が小さい３番目のハニカムセグメントを作製した。これら３つのハニカムセグメントを、円相当直径が大きい順（つまり単位長さ当たりの熱容量が大きい順）に配置し、実施例１と同様のやり方で端面同士を接合して熱・音波変換部品を作製した。この熱・音波変換部品は、図１４の構成の熱・音波変換部品と同じタイプの熱・音波変換部品である。このような３個のハニカムセグメントからなる熱・音波変換部品を、円相当直径が一番小さいハニカムセグメント（第２のハニカムセグメント）の円相当直径に対する、円相当直径が一番大きいハニカムセグメント（第１のハニカムセグメント）の円相当直径の割合が互いに異なり、この結果、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合も互いに異なる３個用意し、それらを、比較例７、実施例１１、および実施例１２の熱・音波変換部品とした。

そして、これら比較例７、実施例１１、および実施例１２について、実施例１と同様の実験を行った。

以上説明した実施例１〜１２および比較例１〜７の実験結果を、各パラメータの値とともに下記の表１に示す。

表１において、セルの水力直径ＨＤが互いに異なる実施例１，２および比較例１を比較すればわかるように、実施例１，２は、比較例１に比べ高いエネルギー変換効率を発揮している。このことより、セルの水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であることが、大きな熱音響効果を発揮する上で必要であることがわかる。

また、表１において、各端面における開口率（上記垂直面における開口率）が互いに異なる実施例３，４および比較例２を比較すればわかるように、実施例３，４は、比較例２に比べ高いエネルギー変換効率を発揮している。ここで、比較例３の熱・音波変換部品は、実験の途中で破損してしまったために実験を中止したのでエネルギー変換効率の最終的な値が得られなかった。その理由は、開口率が高すぎて強度や耐久性に欠けているためだと思われる。以上の実施例３，４および比較例１，２の結果から考えると、熱・音波変換部品の端面における開口率が６０％以上９３％以下であることが、大きな熱音響効果を発揮と損傷回避の上で必要であることがわかる。

また、表１において、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合（および、第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量に対する第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量の割合）の値が互いに異なる比較例４，５および実施例５〜８を比較すればわかるように、実施例５〜８は、比較例４，５に比べ十分に高いエネルギー変換効率を発揮している。このことより、第１端部の熱容量が、第２端部の熱容量の１．１倍以上であることが、大きな熱音響効果を発揮する上で必要であることがわかる。

また、表１において、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合（および、第２のハニカムセグメントの円相当直径に対する第１のハニカムセグメントの円相当直径の割合）の値が互いに異なる比較例６、実施例９，および実施例１０を比較すればわかるように、実施例９および実施例１０は、比較例６に比べ十分に高いエネルギー変換効率を発揮している。このことからも、第１端部の熱容量が、第２端部の熱容量の１．１倍以上であることが、大きな熱音響効果を発揮する上で必要であることがわかる。

また、表１において、いずれも３個のハニカムセグメントから構成され、第２端部の熱容量に対する第１端部の熱容量の割合（および、第２のハニカムセグメントの円相当直径に対する第１のハニカムセグメントの円相当直径の割合）の値が互いに異なる比較例７および実施例１１，実施例１２を比較すればわかるように、実施例１１および実施例１２は、比較例７に比べ十分に高いエネルギー変換効率を発揮している。このことからも、第１端部の熱容量が、第２端部の熱容量の１．１倍以上であることが、大きな熱音響効果を発揮する上で必要であることがわかる。

本発明は、自動車の排気ガス等の熱を有効利用して、電力や冷熱を発生させるシステムにおいて好適に利用することができる。

１：熱・音波変換部品、１ａ：干渉材、１＿１，１＿２，１＿３：ハニカムセグメント、２，２’，２Ａ，２Ａ’：高温側熱交換器、３，３Ａ：低温側熱交換器、４：ループ管、４’：ループ管、５：共鳴管、５’：伝播管、６：エネルギー変換器、７：音波発生部、１１：隔壁、１３：外周壁、１４：セル、１６：第１端部、１６ａ：第１の端面、１７：第２端部、１７ａ：第２の端面、２０：熱交換ハニカム構造体、２０’：熱交換ハニカム構造体、２０ａ：隔壁、２０ｂ：外周壁、２０ｃ：スリット、２０ｄ：セル、２０ｓ：接触面、２１：高温側環状管、２１１：高温側環状管、２１２：高温側環状管、２１１０：管内ハニカム構造体、２１２０：管内ハニカム構造体、２１ａ：流入口、２１ｂ：流出口、２１ｃ：受熱領域、２１ｄ：耐熱性金属板、２１ｅ：フィン、２２，２３：ハニカム構造体、２３’：金属メッシュ体、２２ａ：金属外筒、２３ａ：金属メッシュ外筒、２３ｂ：メタライズ層、３０：メッシュ積層体、３１：低温側環状管、３１ａ：流入口、３１ｂ：流出口、３２：金属部材、１００：熱・音波変換ユニット、２００：熱・音波変換ユニット、１００ａ：ハウジング、１０００：電力発生システム、２０００：冷熱発生システム。

Claims (6)

1. 第１の端面から第２の端面まで延在する複数のセルであって、振動することで音波を伝搬する作動流体によって内部が満たされる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、該隔壁と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する熱・音波変換部品であって、
   前記セルの延在方向に垂直な前記セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、
   前記熱・音波変換部品の各端面における開口率が６０％以上９３％以下であり、
   前記熱・音波変換部品の、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量は、前記延在方向に沿って前記第１の端面から離れるほど減少する傾向を示すものであり、
   前記延在方向に沿った前記熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める、前記第１の端面側の第１端部の熱容量は、前記延在方向に沿った前記熱・音波変換部品の全長の１０％の領域を占める、前記第２の端面側の第２端部の熱容量の１．１倍以上である熱・音波変換部品。
2. ２つの端面の間を延在する複数のセルであって、前記作動流体によって内部が満たされる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、該隔壁と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する、それぞれが一体的に形成された複数のハニカムセグメントを備え、
   前記熱・音波変換部品は、前記複数のハニカムセグメントが、各ハニカムセグメントの一端面が前記複数のハニカムセグメントのうちの別のハニカムセグメントの一端面に当接した状態で前記第１の端面から前記第２の端面まで直列的に配置されることで構成されたものであり、
   前記複数のハニカムセグメントそれぞれの前記セルの水力直径は０．４ｍｍ以下であり、
   前記複数のハニカムセグメントそれぞれの各端面における開口率は６０％以上９３％以下であり、
   前記複数のハニカムセグメントは、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量が互いに異なるものであって、前記第１端部の側から前記第２端部の側に向かって、前記延在方向に沿った単位長さ当たりの熱容量の大きい順に直列的に配置されているものであり、
   直列的に配置された前記複数のハニカムセグメントのうちの、前記第１の端面を端面として持つ第１のハニカムセグメントは、前記熱・音波変換部品の前記第１端部を含むものであり、
   直列的に配置された前記複数のハニカムセグメントのうちの、前記第２の端面を端面として持つ第２のハニカムセグメントは、前記熱・音波変換部品の前記第２端部を含むものである請求項１記載の熱・音波変換部品。
3. 前記第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量は、前記第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量と同じであり、
   前記第１のハニカムセグメントの円相当直径は、前記第２のハニカムセグメントの円相当直径の１．０５倍以上である請求項２記載の熱・音波変換部品。
4. 前記第１のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量は、前記第２のハニカムセグメントの単位体積当たりの熱容量の１．１倍以上であり、
   前記第１のハニカムセグメントの円相当直径は、前記第２のハニカムセグメントの円相当直径と同じである請求項２記載の熱・音波変換部品。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱・音波変換部品であって、前記作動流体が前記複数のセルの内部を満たしている状態において前記第１端部と前記第２端部との間に温度差が生じたときに、該温度差に応じて前記作動流体を前記延在方向に沿って振動させて音波を発生する熱・音波変換部品と、
   前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部にそれぞれ近接して設けられ、該両端部との間で熱の授受を行うことで該両端部の間に温度差を与える一対の熱交換部と、を備えた熱・音波変換ユニット。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱・音波変換部品であって、前記作動流体が前記複数のセルの内部を満たしている状態において音波の伝播を受けて前記延在方向に沿って該作動流体が振動したときに、前記第１端部と前記第２端部との間に前記作動流体の振動に応じた温度差を生じさせる熱・音波変換部品と、
   前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部のうちの一方の端部に近接して設けられ、該一方の端部への熱の供給、あるいは、該一方の端部からの熱の吸収を行って該一方の端部の温度を一定温度に維持する熱交換部と、
   前記熱・音波変換部品の前記第１端部および前記第２端部のうちの他方の端部に近接して設けられ、前記熱交換部により前記一方の端部の温度が一定温度に維持されている状態において前記熱・音波変換部品が音波の伝播を受けたときに、前記一定温度に維持された前記一方の端部に対し前記他方の端部が、前記音波の伝播による前記作動流体の振動に応じた温度差を有するように、前記他方の端部との間で熱の授受を行って得られた温熱あるいは冷熱を出力する温熱・冷熱出力部と、を備えた熱・音波変換ユニット。

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