JP6498008B2 - 熱音響機関 - Google Patents

Description

本発明は、異なる温度の熱媒が保有する熱エネルギを音波の振動エネルギに変換する熱音響機関に関する。

従来、異なる温度の熱媒が保有する熱エネルギを音波の振動エネルギに変換する熱音響機関として、作動媒体が充填された中空円筒形状でループ状の音響筒に、作動媒体を外部から加熱する加熱器と、作動媒体を外部から冷却する冷却器と、当該加熱器と当該冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を備える熱音響機関が知られている（特許文献１、２を参照）。
このような熱音響機関では、両端に温度差が発生する再生器において、音波の振動エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の振動エネルギに変換される。ここで、ループ状の音響筒の長さは、その内部に形成される音波の波長に基づいて決定されるのであるが、熱エネルギから音波の振動エネルギへの変換効率を高めるためには、一定以上の長さにすることが好ましいことが知られている（特許文献３を参照）。
ただし、ループ状の音響筒を、一定以上の長さで設けると、ループの内部にデッドスペース（音響筒が設けられていない空間）が形成されるため、その小型化が課題となる。
そこで、上記特許文献１、２に開示の熱音響機関では、ループ状の音響筒を、コイル状に複数回巻回すると共に、音響筒の夫々を互いに近接する状態で配設するように構成し、その小型化を図っている。

特開２０１１−００２１１８号公報 特開２０１１−００２１１９号公報 特許第５６１６２８７号公報

上記特許文献１、２に開示の技術にあっては、ループ状の音響筒を、複数回巻回すると共に、音響筒の夫々を互いに近接する状態で配設しているものの、例えば、特許文献２の図１に示すように、複数回巻回されたループ状の音響筒には、巻回軸心の近傍にデッドスペース（音響筒が設けられていない空間）が形成されており、十分に小型化できているとは言い難く、省スペース化の観点から改善の余地があった。そして、このような構成にあっては、単位体積あたりでのエネルギ変換効率がデッドスペースの分だけ低下するため、改善が望まれていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクト化及び省スペース化を図ることができ、単位体積あたりでのエネルギ変換効率を高め得る熱音響機関を提供する。

上記目的を達成するための熱音響機関の特徴構成は、
作動媒体を充填した筐体本体と、
前記筐体本体の内部を音波が循環する状態で伝播可能な循環伝播路に仕切る仕切部とを備え、
前記循環伝播路に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上備えると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備えており、
前記仕切部は、薄板状の板状部材から構成されており、
当該板状部材は、境界要素法による音響解析にて、その板厚方向での一方側に形成される前記循環伝播路に形成される音波と、前記板状部材の前記板厚方向での他方側に形成される前記循環伝播路に形成される音波とが、互いの音圧を変動させないように、且つ、有限要素法による振動解析にて、前記循環伝播路を伝播する音波と、前記板状部材の固有振動とが、互いに共振しないように、材質及び形状が設定されている点にある。

上記特徴構成によれば、音波が伝播する循環伝播路は、筐体本体と当該筐体本体の内部空間を仕切る仕切部とから構成されている。即ち、従来技術の如く、コイル状に複数回巻回される音響筒にて音波の伝搬路を形成しないため、デッドスペースが発生することがない。
このため、その小型化を図りながら、単位体積あたりのエネルギ変換効率を高め得る熱音響機関を実現できる。

また、上記特徴構成にあっては、音波が伝播する循環伝播路が、仕切部としての板状部材にて、一方側の循環伝播路と他方側の循環伝播路とに区切られる。
この場合、一方側の循環伝播路と他方側の循環伝播路との間には、板状部材しか介在しないこととなるため、一方側の循環伝播路を伝播する音波が他方側の循環伝播路を伝播する音波に対し、板状部材を介して、干渉等の音響的な影響を及ぼす虞がある。
そこで、上記特徴構成にあっては、仕切部としての板状部材を、一方側の循環伝播路を伝播する音波と、他方側の循環伝播路を伝播する音波とが、互いの音圧を変動させない（互いに音響的に干渉しない）ように、材質及び形状を設定しているので、当該循環伝播路を伝播する音波が、循環伝播路にて良好に定在波を発生しながら、再生器にて振動エネルギを増幅させる形態で、熱エネルギを音波の振動エネルギへ変換することができる。
尚、本発明にあっては、後述する実施例に示すように、仕切部としての板状部材として、ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）を用い、板面を長方形形状とし、長軸方向に沿う端部を筐体本体に固定する場合に、板状部材の板厚方向での幅を、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることで、板状部材の板厚方向で仕切られる音波が、互いに音響的な干渉を生じないことを、シミュレーションにて確認している。

更に、上記特徴構成にあっては、音波が伝播する循環伝播路が、仕切部としての板状部材にて、一方側の循環伝播路と他方側の循環伝播路とに区切られる。
この場合、板状部材は、その材質・形状等によって決定される固有振動数にて振動することになるが、当該固有振動数と循環伝播路を伝播する音波の振動数とが近い値となると、板状部材の固有振動と音波とが共振をおこし、熱音響機関のエネルギ変換効率を低下させる原因となる虞があり、また、共振により板状部材が筐体本体から脱離させてしまう虞がある。
そこで、上記特徴構成にあっては、当該板状部材の固有振動数と、循環伝播路を伝播する音波の振動数とが、共振しないように、有限要素法による振動解析によって、仕切部としての板状部材の材質及び形状を設定しているから、振動部材の固有振動が循環伝播路を伝播する音波と共振することを良好に防止できる。これにより、循環伝播路に音波の定在波を良好に発生させながら、再生器にて振動エネルギを増幅させる形態で、熱エネルギを音波の振動エネルギへ変換できる。
尚、本発明にあっては、後述する実施例に示すように、一般的な熱音響機関の構成を採用している前提において、板状部材として、板面が長方形形状のものを適用し、長軸方向に沿う端部を筐体本体に固定する場合で、材料としてステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）又はＳＵＳ３０４と同程度のヤング率を有する鋼材を用いて、板状部材の板厚方向での幅を１０ｍｍにする場合においては、板状部材の短軸方向の長さを２３ｃｍ以下にすることで、板状部材の固有振動と循環伝播路を伝播する音波との共振を良好に防止できることがわかっている。

熱音響機関の更なる特徴構成は、
前記仕切部は、薄板状の板状部材から構成されており、
前記筐体本体は、筒軸心に沿う方向を長手方向とする筒状部材から成り、
前記板状部材は、前記筒状部材の筒軸心方向に沿って前記筒状部材の内部空間を一方側空間と他方側空間とに仕切ると共に、前記筒状部材の筒軸心方向で両端部位にて前記一方側空間と前記他方側空間とが連通する状態で設けられ、
前記一方側空間と前記他方側空間とが前記循環伝播路を形成する点にある。

上記特徴構成によれば、音波が伝播するループ状の循環伝播路を、一つの筐体本体と、当該筐体本体の内部空間を一方側空間と他方側空間とに仕切る一つの板状部材とから形成できるから、デッドスペースのない循環伝播路を、少ない部品点数の部材により、良好に形成できる。

熱音響機関の更なる特徴構成は、
前記筐体本体は、前記筒軸心方向の端部である底部と頂部が内側から外側へ膨出する形状を有するものであり、
前記板状部材は、前記一方側空間と前記他方側空間とを、前記底部の膨出部位に形成される底部膨出空間と前記頂部の膨出部位に形成される頂部膨出空間とにより連通する形態で設けられ、
前記一方側空間と前記他方側空間と前記底部膨出空間と前記頂部膨出空間とが前記循環伝播路を形成する点にある。

上記特徴構成によれば、筐体本体は、筒軸心方向の端部である底部と頂部とが内側から外側へ膨出する形状を有するから、その内部空間を形成する内面を、滑らかな曲面形状とすることができ、その内部空間としての循環伝播路を伝播する音波の反射を抑制し、音波の良好な伝播を実現できる。

上記目的を達成するための別の熱音響機関の特徴構成は、
作動媒体を充填した筐体本体と、
前記筐体本体の内部を音波が循環する状態で伝播可能な循環伝播路に仕切る仕切部とを備え、
前記循環伝播路に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上備えると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備えており、
前記仕切部は、前記筐体本体の内部空間を複数の前記循環伝播路に仕切る複数の板状部材であり、
複数の前記循環伝播路の夫々には、少なくとも１つの前記原動機と前記電力発生機とが備えられている点にある。

上記特徴構成によれば、音波が伝播する循環伝播路は、筐体本体と当該筐体本体の内部空間を仕切る仕切部とから構成されている。即ち、従来技術の如く、コイル状の複数回巻回される音響筒にて音波の伝播路を形成しないため、デッドスペースが発生することがない。
このため、その小型化を図りながら、単位体積あたりのエネルギ変換効率を高め得る熱音響機関を実現できる。
また、上記特徴構成によれば、複数の循環伝播路についても、複数の板状部材により、筐体本体の内部空間を複数の循環伝播路に仕切るという比較的簡易な構成により実現できる。

実施形態に係る熱音響機関の概略構成図 当該実施形態に係る熱音響機関に関し、境界要素法による音響解析を行った際の寸法関係を示す図 従来技術に係る熱音響機関に関し、境界要素法による音響解析を行った際の寸法関係を示す図 境界要素法による音響解析で、循環伝播路で音圧を導出した経路（一点鎖線）と、当該経路上での特定点を示す図 図４の経路に沿った位置（特定点を含む）での音圧レベルを示すグラフ図 有限要素による振動解析で、仕切板の固有振動状態と、各固有振動状態での最大振動数を示すグラフ図

当該実施形態に係る熱音響機関１００は、その小型化を図ることができ、単位体積あたりでのエネルギ変換効率を高め得るものに関する。
熱音響機関１００は、図１に示すように、作動媒体を充填した筐体本体Ｃ１と、当該筐体本体Ｃ１の内部を音波が循環する状態で伝播可能な循環伝播路に仕切る仕切部Ｃ２とを備えている。
当該熱音響機関１００では、このように形成される循環伝播路に、作動媒体を外部から加熱する加熱器１１ａ、１１ｂと、作動媒体を外部から冷却する冷却器１２ａ、１２ｂと、加熱器１１ａ、１１ｂと冷却器１２ａ、１２ｂとの間で音波を増幅する再生器１３ａ、１３ｂとから成る原動機１０ａ、１０ｂを少なくとも１つ以上（当該実施形態では、２つ）備えると共に、音波の振動から電力を発生する電力発生機４０を備える。

循環伝播路を形成する筐体本体Ｃ１と仕切部Ｃ２とに関し説明を加えると、図１、２に示すように、仕切部Ｃ２は、板面が長方形形状の薄板状の板状部材から構成されており、筐体本体Ｃ１は、筒軸心に沿う方向（図１で矢印Ｘに沿う方向）を長手方向とする筒状部材から成る。仕切部Ｃ２としての板状部材は、筒軸心方向（図１で矢印Ｘに沿う方向）に沿って筒状部材の内部空間を一方側空間Ｖ１と他方側空間Ｖ２とに仕切ると共に、筒状部材の筒軸心方向で両端部位にて一方側空間Ｖ１と他方側空間Ｖ２とが連通する状態で設けられている。
更に詳細には、筐体本体Ｃ１は、筒軸心方向に直交する方向での断面が、図２（ｂ）に示すように、略楕円形状の楕円筒形状部材であり、当該楕円筒形状部材は、筒軸心方向の一端部である底部が内側から外側へ膨出する形状でその内部に底部膨出空間Ｖ３を形成すると共に、筒軸心方向の他端部である頂部が内部から外部へ膨出形状でその内部に頂部膨出空間Ｖ４を形成しており、仕切部Ｃ２としての板状部材は、底部膨出空間Ｖ３と頂部膨出空間Ｖ４とを避けて設けられている。
循環伝播路は、一方側空間Ｖ１と他方側空間Ｖ２と底部膨出空間Ｖ３と頂部膨出空間Ｖ４とから成り、音波が循環して伝播可能に形成されている。
つまり、当該実施形態にあっては、循環伝播路を形成するにあたり、図２（ｂ）に示すような従来技術の音響筒の如く、デッドスペース（図３でＶ５で示すような空間）が形成されることがなく、構成のコンパクト化が図られている。

〔熱音響機関の原動機に係る構成〕
詳細な図示は省略するが、加熱器１１ａ、１１ｂは、第２熱媒通流路７０にて導かれる第２熱媒ＨＷ（例えば、エンジン冷却水）を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から循環伝播路の内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。加熱器１１ａ、１１ｂは、フィンがジャケット部を通流する第２熱媒ＨＷにて加熱され、当該フィンから循環伝播路の内部の作動流体へ温熱を伝導する形態で、作動流体を加熱する。

同様に、冷却器１２ａ、１２ｂは、第１熱媒通流路２０にて導かれる第１熱媒ＣＷ（当該実施形態では、ＬＮＧ）を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から循環伝播路の内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。冷却器１２ａ、１２ｂは、フィンがジャケット部を通流する第１熱媒ＣＷにて冷却され、当該フィンから循環伝播路の内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体が冷却される。

加熱器１１ａ、１１ｂと冷却器１２ａ、１２ｂとの間に設けられる再生器１３ａ、１３ｂは、例えば、循環伝播路の伝播路軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該伝播路軸心方向に沿って複数並べられる薄板状部材（図示せず）から構成されている。
当該薄板状部材は、例えば、厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下で、３００枚〜６００枚程度設けられる。当該薄板状部材には、伝播路軸心方向に沿う方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）が、その直径が２００μｍ〜３００μｍ程度で、設けられる。

作動流体は、循環伝播路の内部において、その伝播路軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体は、加熱器１１ａ、１１ｂと冷却器１２ａ、１２ｂとの両者間において、一方側から他方側への進行波と、他方側から一方側への進行波とを形成する形態で、揺らいでいる。
作動流体は、冷却器１２ａ、１２ｂから加熱器１１ａ、１１ｂの側への進行波を形成する場合、加熱器１１ａ、１１ｂ近傍での再生器１３ａ、１３ｂとしての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して加熱されると共に、加熱器１１ａ、１１ｂのフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体は、加熱器１１ａ、１１ｂから冷却器１２ａ、１２ｂの側への進行波を形成する場合、冷却器１２ａ、１２ｂの近傍での再生器１３ａ、１３ｂとしての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して冷却されると共に、冷却器１２ａ、１２ｂのフィンにて直接冷却されることで、収縮する。
これにより、進行波としての音波が自己励起振動を起こし、その振動エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の振動エネルギに変換される。

作動媒体としては、空気等から構成することができる。ここで、再生器１３ａ、１３ｂでの熱交換が迅速になされることが望ましいため、作動媒体としては、熱拡散係数の高いヘリウム、水素が望ましい。尚、熱的に安定していることから、当該実施形態では、作動媒体としてヘリウムを用いている。

以上の如く、原動機１０ａ、１０ｂにて増幅された音波の振動エネルギは、循環伝播路に設けられ、音波の振動から電力を発生させる電力発生機４０にて電力へ変換される。
当該電力発生機４０は、図１に示すように、循環伝播路の内部において、一の回転翼４０ｃと、当該回転翼４０ｃを挟む状態で設けられる一対の固定翼４０ａ、４０ｂを備えている。当該構成においては、回転翼４０ｃは、一方の固定翼４０ａにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波と、他方の固定翼４０ｂにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波との双方により、回転力を付与されることとなるが、一対の固定翼４０ａ、４０ｂは、両者により旋回される音波が回転翼４０ｃへ付与する回転力の回転方向が同一方向となるように設けられている。
更に、回転翼４０ｃには、誘導発電機としての回転子（図示せず）が設けられると共に、循環伝播路の伝播路軸心方向で回転翼４０ｃが設けられている部位で循環伝播路の伝播路外径部位には、誘導発電機としての固定子４０ｄが設けられおり、回転翼４０ｃと共に回転子が回転することで固定子４０ｄとしてのコイルにて誘導起電力Ｅを発生する。
当該構成を採用することにより、循環伝播路の内部で発生する音波の振動エネルギが、電気エネルギに変換される。

当該実施形態にあっては、第１熱媒ＣＷとしてＬＮＧを用いている関係で、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に着霜する場合がある。当該霜は、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に付着する分には、冷却器１２ａ、１２ｂからの冷熱の外部への拡散を抑制する意味で好ましいが、加熱器１１ａ、１１ｂの側まで広がると、加熱器１１ａ、１１ｂから温熱を奪う虞がある。
循環伝播路には、循環伝播路の伝播路軸心方向において、再生器１３ａ、１３ｂが設けられている部分の伝播路外周部位に沿い且つ循環伝播路の外径よりも大径の断熱部材５１ａ、５１ｂが設けられている。これにより、原動機１０ａ、１０ｂの夫々において、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に付着する霜が、加熱器１１ａ、１１ｂの側へ広がることを防止している。

これまで説明したように、当該実施形態に係る熱音響機関１００では、筐体本体Ｃ１と仕切部Ｃ２とにより、循環伝播路を形成することにより、デッドスペースがなくコンパクトな熱音響機関を実現するものである。
当該実施形態に係る熱音響機関１００にあっては、仕切部Ｃ２としての板状部材の形状・材質によっては、板状部材の板厚方向で一方側の循環伝播路に形成される音波と、板状部材の板厚方向で他方側の循環伝播路に形成される音波とが、板状部材を介して、互いに、干渉等の音響的な影響を及ぼし合う虞がある。
そこで、当該実施形態に係る熱音響機関１００にあっては、境界要素法による音響解析を行った。以下、図２〜４に基づいて、当該音響解析について説明する。

当該音響解析では、本発明に係る熱音響機関１００と、従来技術に係る熱音響機関１００とにおいて、音波が伝播する循環伝播路における音波の音圧を比較する形態で、行った。
当該実施形態に係る熱音響機関１００は、図２（ａ）、（ｂ）に示すような、筐体本体Ｃ１及び仕切部Ｃ２の寸法関係としており、仕切部Ｃ２としての薄板部材は、板厚が１０ｍｍで、短軸方向の長さが２００ｍｍで、長軸方向の長さが３０００ｍｍとし、循環伝播路の長さが６５００ｍｍとなるように筐体本体Ｃ１の形状が設定されている。また、仕切部Ｃ２としての薄板部材の材料は、ＳＵＳ３０４にて構成しているとし、筐体本体Ｃ１は剛体であるとした。
一方、従来技術に係る熱音響機関１００では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、断面が半径１００ｍｍの円形で、循環伝播路の長さが６５００ｍｍとなるループ形状の音響筒Ｃを設けている。
また、当該実施形態に係る発明と従来技術の双方において、循環伝播路には、作動媒体としてヘリウムが、圧力１ＭＰａで、２０℃で充填されているものとした。

当該実施形態に係る熱音響機関１００では、図４（ａ）で、Ａ１で示す位置にて、約９０ｄＢの音圧を発生させた場合に、図４（ａ）で、循環伝播路（特定点としてのＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を含む伝播路）の伝播路軸心に沿って発生する音圧を導出し、図５に実線で示している。
一方、従来技術に係る熱音響機関１００では、図４（ｂ）で、Ｂ１で示す位置にて、約９０ｄＢの音圧を発生させた場合に、図４（ｂ）で、循環伝播路（特定点としてのＡ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を含む伝播路）の伝播路軸心に沿って発生する音圧を導出し、図５に鎖線で示している。
図５の結果からわかるように、上述した条件であれば、当該実施形態に係る熱音響機関１００を伝播する音波の音圧と、従来技術に係る熱音響機関１００を伝播する音波の音圧とは、略同一のレベルとなっていることがわかる。このことから、上述した条件であれば、当該実施形態に係る熱音響機関１００の循環伝播路を伝播する音波は、仕切部Ｃ２としての板状部材を介して、干渉等の音響的な影響を及ぼしていないことがわかる。
つまり、当該実施形態に係る熱音響機関１００として、上述した条件を採用する場合、仕切部Ｃ２としての板状部材は、境界要素法による音響解析にて、その板厚方向での一方側に形成される循環伝播路に形成される音波と、板状部材の板厚方向での他方側に形成される循環伝播路に形成される音波とが、互いの音圧を変動させない形状及び材質であると言える。

尚、上記試験において、音圧の変動に最も影響する条件の１つは、仕切部Ｃ２としての板状部材の板厚であるが、当該境界要素法による音響解析を条件を変えて行った結果、上述した条件において、仕切部Ｃ２としての板状部材の板厚を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とした場合には、上述の条件と略同等の性能が得られた。
また、仕切部Ｃ２としての板状部材の材料としては、ＳＵＳ３０４と同程度のヤング率を有する鋼材等を採用した場合であっても、ＳＵＳ３０４を採用した場合と略同等の性能が得られた。

更に、当該実施形態の熱音響機関１００にあっては、仕切部Ｃ２としての板状部材の形状・材質によっては、有限要素法による振動解析にて、循環伝播路を伝播する音波と、仕切部Ｃ２としての板状部材の固有振動とが、互いに共振する虞がある。
そこで、当該実施形態の熱音響機関１００にあっては、有限要素法による振動解析にて、循環伝播路を伝播する音波と、仕切部Ｃ２の固有振動とが、互いに共振しないように、仕切部Ｃ２としての板状部材の材質及び形状を設定する。

一般的な熱音響機関１００にあっては、循環伝播路を伝播する音波の振動数は１００Ｈｚ程度以下が用いられることが多い。そこで、以下の有限要素法による振動解析では、仕切部Ｃ２としての板状部材として、ＳＵＳ３０４を用いた場合に、その固有振動数が１００Ｈｚ以下とならないような形状を特定する。
一般的な熱音響機関１００にあっては、音波の振動エネルギの増幅率との関係で、循環伝播路の伝播路長さが、６０００〜７００００ｍｍ程度に設定される。そこで、当該振動解析では、仕切部Ｃ２としての板状部材の長辺の長さを、２８００ｍｍとした。そして、仕切部Ｃ２としての板状部材の短辺の長さを２００ｍｍとし、板状部材の板厚を１ｍｍとし、板状部材の材料をＳＵＳ３０４とした場合の板状部材に発生する１０次までの固有振動を導出した。
この場合、仕切部Ｃ２としての板状部材には、図６（ｂ）に示すように、長軸方向の端部に２つの腹を形成するモード（最大振動数：１３０．７Ｈｚ）、図６（ｃ）に示すように、長軸方向に沿って３つの腹を形成するモード（最大振動数：１３１．２４Ｈｚ）、図６（ｄ）に示すように、長軸方向に沿って９つの腹を形成するモード（最大振動数：１４０．４７Ｈｚ）等が発生する。因みに、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では、仕切部Ｃ２としての板状部材に発生している振動数を三次元的に図示しているものであるが、紙面上下方向で、高く又は低く示される部位ほど、高い振動数が発生していることを示している。
当該振動解析の結果から、上述の条件においては、仕切部Ｃ２としての板状部材の固有振動数（上述した最大振動数）は、１３０Ｈｚ以上１４０Ｈｚ以下となるため、熱音響機関１００にて通常用いられる振動数１００Ｈｚとの共振の虞がないことがわかる。
発明者らが、鋭意検討した結果、上述の条件において、仕切部Ｃ２としての板状部材の短辺の長さを徐々に増加させていくと、板状部材の固有振動数は徐々に低下することがわかり、２３０ｍｍとした場合に、板状部材の固有振動数が略１００Ｈｚとなるという知見を得た。そこで、上述の条件においては、仕切部Ｃ２としての板状部材の短辺の長さのみを変動させる場合、板状部材の短辺の長さは２３０ｍｍより小さいことが好ましい。

一方、上述の条件において、仕切部Ｃ２としての板状部材の厚みを２ｍｍにした場合、板状部材の固有振動数が略２７０Ｈｚまで増加するという知見を得た。即ち、上述の条件において、仕切部Ｃ２としての板状部材の厚みを変動させる場合、板状部材の厚みを１ｍｍ以上にすると、板状部材の固有振動数が、一般的な熱音響機関１００での音波の振動数と、共振しないといえる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、仕切部Ｃ２は、筐体本体Ｃ１の内部を一の循環伝播路に仕切る例を示した。しかしながら、仕切部Ｃ２を複数の板状部材から構成するものとして、筐体本体Ｃ１の内部を複数の循環伝播路に仕切るように構成しても構わない。この場合、一の循環伝播路には、少なくとも一つの原動機１０と電力発生機４０を備えるものとする。

（２）上記実施形態では、筐体本体Ｃ１は、筒状部材から構成する例を示したが、例えば、直方体等の他の様々な形状とすることができる。

（３）上記実施形態において、仕切部Ｃ２は、平板状の板状部材であるとして説明したが、当該板状部材の板面は、平面である必要はなく、曲面であっても良い。また、一の板状部材に関し、その厚みは、同一の厚みである必要はなく、異なる厚みを有するものであっても構わない。例えば、上記実施形態において、循環伝播路の流路断面の形状が円形状となるように、仕切部Ｃ２としての板状部材の形状及び厚みを変更しても構わない。

（４）また、上記実施形態では、一の熱音響機関に設けられる原動機は、２つとしたが、別に１つでも構わないし、３つ以上を設ける構成を採用しても構わない。

（５）上記実施形態では、第２熱媒ＨＷとしては、エンジン冷却水を用いる例を示したが、別に、エンジンの排ガス等、他の熱媒も好適に用いることができる。

（６）上記実施形態では、第１熱媒ＣＷとしては、ＬＮＧを用いる例を示したが、別に、他の熱媒を用いても構わない。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明の熱音響機関は、その小型化を図ることができ、単位体積あたりでのエネルギ変換効率を高め得る熱音響機関として、有効に利用可能である。

１０ ：原動機
１１ ：加熱器
１２ ：冷却器
１３ ：再生器
４０ ：電力発生機
１００ ：熱音響機関
Ｃ１ ：筐体本体
Ｃ２ ：仕切部

Claims (4)

1. 作動媒体を充填した筐体本体と、
   前記筐体本体の内部を音波が循環する状態で伝播可能な循環伝播路に仕切る仕切部とを備え、
   前記循環伝播路に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上備えると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備えており、
   前記仕切部は、薄板状の板状部材から構成されており、
   当該板状部材は、境界要素法による音響解析にて、その板厚方向での一方側に形成される前記循環伝播路に形成される音波と、前記板状部材の前記板厚方向での他方側に形成される前記循環伝播路に形成される音波とが、互いの音圧を変動させないように、且つ、有限要素法による振動解析にて、前記循環伝播路を伝播する音波と、前記板状部材の固有振動とが、互いに共振しないように、材質及び形状が設定されている熱音響機関。
2. 前記仕切部は、薄板状の板状部材から構成されており、
   前記筐体本体は、筒軸心に沿う方向を長手方向とする筒状部材から成り、
   前記板状部材は、前記筒状部材の筒軸心方向に沿って前記筒状部材の内部空間を一方側空間と他方側空間とに仕切ると共に、前記筒状部材の筒軸心方向で両端部位にて前記一方側空間と前記他方側空間とが連通する状態で設けられ、
   前記一方側空間と前記他方側空間とが前記循環伝播路を形成する請求項１に記載の熱音響機関。
3. 前記筐体本体は、前記筒軸心方向の端部である底部と頂部が内側から外側へ膨出する形状を有するものであり、
   前記板状部材は、前記一方側空間と前記他方側空間とを、前記底部の膨出部位に形成される底部膨出空間と前記頂部の膨出部位に形成される頂部膨出空間とにより連通する形態で設けられ、
   前記一方側空間と前記他方側空間と前記底部膨出空間と前記頂部膨出空間とが前記循環伝播路を形成する請求項２に記載の熱音響機関。
4. 作動媒体を充填した筐体本体と、
   前記筐体本体の内部を音波が循環する状態で伝播可能な循環伝播路に仕切る仕切部とを備え、
   前記循環伝播路に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上備えると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備えており、
   前記仕切部は、前記筐体本体の内部空間を複数の前記循環伝播路に仕切る複数の板状部材であり、
   複数の前記循環伝播路の夫々には、少なくとも１つの前記原動機と前記電力発生機とが備えられている熱音響機関。

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