JP6760026B2 - Thermoacoustic engine - Google Patents

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Description

ここに開示される技術は、非凝縮性流体と凝縮性流体との混合物を作動流体として用いる熱音響機関に関する。 The techniques disclosed herein relate to thermoacoustic engines that use a mixture of a non-condensable fluid and a condensable fluid as the working fluid.

従来技術として、例えば、下記特許文献1に開示された相変化型熱音響機関がある。この熱音響機関は、非凝縮性流体と凝縮性流体との混合物を作動流体として用いており、凝縮性流体の相変化により低温度の熱源エネルギを利用することができるようになっている。 As a prior art, for example, there is a phase change type thermoacoustic engine disclosed in Patent Document 1 below. This thermoacoustic engine uses a mixture of a non-condensable fluid and a condensable fluid as a working fluid, and the phase change of the condensable fluid makes it possible to utilize low-temperature heat source energy.

特開2009−74722号公報JP-A-2009-74722

しかしながら、上記従来技術の熱音響機関では、熱音響現象を生じるスタック近傍に存在する凝縮性流体の量が適切でない状態が発生する場合がある。例えば、機関の環境温度等の影響により、スタック以外の箇所で多量の凝縮性流体が凝縮すると、スタック近傍に存在する凝縮性流体の量が減少してしまう。このような場合には、凝縮性流体の相変化の効果を充分に発揮できず、エネルギ交換性能が低下してしまうという問題がある。 However, in the thermoacoustic engine of the prior art, a state may occur in which the amount of condensable fluid existing in the vicinity of the stack that causes the thermoacoustic phenomenon is not appropriate. For example, if a large amount of condensable fluid is condensed in a place other than the stack due to the influence of the environmental temperature of the engine or the like, the amount of the condensable fluid existing in the vicinity of the stack is reduced. In such a case, there is a problem that the effect of the phase change of the condensing fluid cannot be sufficiently exerted and the energy exchange performance is deteriorated.

ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、エネルギ交換性能を安定して発揮することが可能な相変化型の熱音響機関を提供することを目的とする。 The technique disclosed herein has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a phase-changing thermoacoustic engine capable of stably exhibiting energy exchange performance.

上記目的を達成するため、開示される熱音響機関では、
内部に非凝縮性流体(11)と凝縮性流体(12)との混合物である作動流体(10)が充填されて、気相の作動流体の音波伝達経路を形成する管部材(20)と、
管部材に設けられ、外部から作動流体へ吸熱させる吸熱器(32)と、
管部材に設けられ、作動流体から外部へ放熱する放熱器(33)と、
管部材に設けられ、吸熱器と放熱器とに挟まれて、熱音響効果により熱エネルギと音波の音響エネルギとの間のエネルギ変換を行うスタック(31)と、
管部材に設けられ、液相の凝縮性流体を貯留するための貯液部(25)と、
管部材に設けられ、伝達経路で液相となった凝縮性流体を貯液部へ導く導液部(24)と、
貯液部に貯留された液相の凝縮性流体をスタックへ供給する供給部(50、250、350)と、を備え
供給部は、貯液部に貯留された液相の凝縮性流体を加熱して温度調節する温度調節装置(250、350)を有する。
In order to achieve the above objectives, the disclosed thermoacoustic heat engines
A pipe member (20) in which a working fluid (10), which is a mixture of a non-condensable fluid (11) and a condensable fluid (12), is filled therein to form a sound wave transmission path for the working fluid in the gas phase.
A heat absorber (32) provided on the pipe member to absorb heat from the outside to the working fluid, and
A radiator (33) provided on the pipe member to dissipate heat from the working fluid to the outside,
A stack (31) provided on a tube member, sandwiched between a heat absorber and a radiator, and performing energy conversion between thermal energy and acoustic energy of sound waves by a thermoacoustic effect.
A liquid storage unit (25) provided on the pipe member for storing the condensable fluid of the liquid phase, and
A liquid guide section (24) provided on the pipe member and guiding the condensable fluid that has become a liquid phase in the transmission path to the liquid storage section,
A supply unit (50, 250, 350) for supplying the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack is provided .
Supply unit, that have a temperature controller for temperature control by heating the condensable fluid reservoir liquid phase in the liquid storage portion (250, 350).

これによると、伝達経路で液相となった凝縮性流体を導液部で貯液部へ導くことができる。そして、貯液部に貯留された液相の凝縮性流体をスタックへ供給することができる。したがって、スタック以外で多量の凝縮性流体が凝縮したとしても、液相となった凝縮性流体を貯液部へ集めて、この凝縮性流体をスタックへ供給することができ、スタックにおいて凝縮性流体の気液相変化に伴う潜熱の効果を確実に発揮することができる。このようにして、エネルギ交換性能を安定して発揮することが可能となる。 According to this, the condensable fluid that has become a liquid phase in the transmission path can be guided to the liquid storage part by the liquid conducting part. Then, the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit can be supplied to the stack. Therefore, even if a large amount of condensable fluid is condensed outside the stack, the condensable fluid that has become a liquid phase can be collected in the liquid storage section and supplied to the stack, and the condensable fluid can be supplied to the stack. The effect of latent heat accompanying the gas-liquid phase change can be surely exhibited. In this way, the energy exchange performance can be stably exhibited.

上記目的を達成するため、開示される熱音響機関では、
内部に非凝縮性流体(11)と凝縮性流体(12)との混合物である作動流体(10)が充填されて、気相の作動流体の音波の伝達経路を形成する管部材(20)と、
管部材に設けられ、外部から作動流体へ吸熱させる吸熱器(32)と、
管部材に設けられ、作動流体から外部へ放熱する放熱器(33)と、
管部材に設けられ、吸熱器と放熱器とに挟まれて、熱音響効果により熱エネルギと音波の音響エネルギとの間のエネルギ変換を行うスタック(31)と、
管部材に設けられ、液相の凝縮性流体を貯留するための貯液部(25)と、
管部材に設けられ、伝達経路で液相となった凝縮性流体を貯液部へ導く導液部(24)と、
貯液部に貯留された液相の凝縮性流体をスタックへ供給する供給部(50、250、350)と、を備え、
導液部は、伝達経路の下方側において伝達経路に臨むように形成されて、貯液部に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面(24)を有する
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、開示技術の範囲を限定するものではない。
In order to achieve the above objectives, the disclosed thermoacoustic heat engines
A pipe member (20) in which a working fluid (10), which is a mixture of a non-condensable fluid (11) and a condensable fluid (12), is filled therein to form a sound wave transmission path for the working fluid in the gas phase. ,
A heat absorber (32) provided on the pipe member to absorb heat from the outside to the working fluid, and
A radiator (33) provided on the pipe member to dissipate heat from the working fluid to the outside,
A stack (31) provided on a tube member, sandwiched between a heat absorber and a radiator, and performing energy conversion between thermal energy and acoustic energy of sound waves by a thermoacoustic effect.
A liquid storage unit (25) provided on the pipe member for storing the condensable fluid in the liquid phase, and
A liquid guide section (24) provided on the pipe member and guiding the condensable fluid that has become a liquid phase in the transmission path to the liquid storage section,
A supply unit (50, 250, 350) for supplying the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack is provided.
The liquid-conducting portion has an inclined surface (24) that is formed so as to face the transmission path on the lower side of the transmission path and is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage section .
The scope of claims and the reference numerals in parentheses described in this section indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later as one embodiment, and limit the scope of the disclosed technology. It's not a thing.

第1実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic engine which concerns on 1st Embodiment. 図1のII部拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of part II of FIG. 変形例の拡大断面図であり、図2に相当する部位を示している。It is an enlarged cross-sectional view of the modification, and shows the part corresponding to FIG. 第2実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic engine which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic engine which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic engine which concerns on 4th Embodiment. 図6のVII−VII線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.

以下に、図面を参照しながら開示技術を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the disclosure technique will be described with reference to the drawings. In each form, the same reference numerals may be attached to the parts corresponding to the matters described in the preceding forms, and duplicate explanations may be omitted. When only a part of the configuration is described in each form, the other parts of the configuration are the same as those described above. Not only the combinations of the parts specifically described in each embodiment, but also the combinations of the embodiments can be partially combined as long as the combination does not cause any trouble.

(第1実施形態)
開示技術を適用した第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
(First Embodiment)
The first embodiment to which the disclosed technique is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図1に示す熱音響機関1は、例えば車両に搭載されて用いられる。熱音響機関1は、図に矢印で示す方向を上下方向として車両に搭載される。熱音響機関1は、管部材20、音波発生部30、冷却器40、及び供給部50を備えている。管部材20は、ループ状に形成された第1ループ管21と、ループ状に形成された第2ループ管22と、第1ループ管21及び第2ループ管22を連通する共鳴管としての連結管23を有する。 The thermoacoustic engine 1 shown in FIG. 1 is used, for example, mounted on a vehicle. The thermoacoustic engine 1 is mounted on the vehicle with the direction indicated by the arrow in the figure as the vertical direction. The thermoacoustic engine 1 includes a pipe member 20, a sound wave generating unit 30, a cooler 40, and a supply unit 50. The tube member 20 is connected as a resonance tube that communicates the first loop tube 21 formed in a loop shape, the second loop tube 22 formed in a loop shape, and the first loop tube 21 and the second loop tube 22. It has a tube 23.

管部材20は、例えば、ステンレス製の円形断面の管である。管部材20の内部には作動流体10が封入されている。管部材20の内部には、作動流体10として、非凝縮性流体11と凝縮性流体12との混合物が封入されている。非凝縮性流体11は、管部材20の内部において常に気相状態である。非凝縮性流体11は、例えばヘリウムである。非凝縮性流体11は、ヘリウムに限定されない。非凝縮性流体11として、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスや空気を用いることができる。非凝縮性流体11として、上記したガスを単独あるいは混合して採用することができる。 The pipe member 20 is, for example, a stainless steel pipe having a circular cross section. The working fluid 10 is sealed inside the pipe member 20. Inside the pipe member 20, a mixture of the non-condensable fluid 11 and the condensable fluid 12 is sealed as the working fluid 10. The non-condensable fluid 11 is always in a vapor phase state inside the pipe member 20. The non-condensable fluid 11 is, for example, helium. The non-condensable fluid 11 is not limited to helium. As the non-condensable fluid 11, for example, an inert gas such as nitrogen or argon or air can be used. As the non-condensable fluid 11, the above-mentioned gas can be used alone or in combination.

凝縮性流体12は、管部材20の内部において、温度や飽和蒸気圧に応じて気相状態と液相状態との間で相変化する。凝縮性流体12は、例えば水である。凝縮性流体12は、水に限定されない。凝縮性流体12として、例えば、炭酸やフロンを用いることができる。凝縮性流体12として、上記した流体を単独あるいは混合して採用することができる。 The condensable fluid 12 undergoes a phase change between the gas phase state and the liquid phase state inside the pipe member 20 according to the temperature and the saturated vapor pressure. The condensable fluid 12 is, for example, water. The condensable fluid 12 is not limited to water. As the condensable fluid 12, for example, carbonic acid or chlorofluorocarbon can be used. As the condensing fluid 12, the above-mentioned fluid can be used alone or in combination.

管部材20内には、作動流体10が、例えば0.1〜3.0MPa程度の圧力で充填される。管部材20は、その内部に気相の作動流体10の音波伝達経路を形成する。熱音響機関1は、所謂ダブルループ型の熱音響機関である。 The pipe member 20 is filled with the working fluid 10 at a pressure of, for example, about 0.1 to 3.0 MPa. The pipe member 20 forms a sound wave transmission path of the gas phase working fluid 10 inside the pipe member 20. The thermoacoustic engine 1 is a so-called double loop type thermoacoustic engine.

第1ループ管21には、音波発生部30が設けられている。音波発生部30は、熱音響機関1における原動機であり、熱エネルギを音響エネルギに変換する音波発生機能を有する。第1ループ管21は、上下の横管211、212と左右の縦管213、214とを有して矩形状に配管されている。音波発生部30は、本例では上下方向に延びる縦管214に配置されている。 The first loop tube 21 is provided with a sound wave generating unit 30. The sound wave generation unit 30 is a prime mover in the thermoacoustic engine 1 and has a sound wave generation function of converting thermal energy into acoustic energy. The first loop pipe 21 has upper and lower horizontal pipes 211 and 212 and left and right vertical pipes 213 and 214, and is piped in a rectangular shape. In this example, the sound wave generating unit 30 is arranged in a vertical pipe 214 extending in the vertical direction.

音波発生部30は、第1ループ管21の内部に収容された蓄熱器としてのスタック31と、スタック31の高温端となる一端部に設けられた高温側熱交換器32と、スタック31の低温端となる他端部に設けられた低温側熱交換器33とを有する。高温側熱交換器32は、例えば、車両に搭載された内燃機関や発熱機器からの廃熱を吸熱して作動流体10を加熱する吸熱器である。高温側熱交換器32では、例えば、内燃機関や発熱機器を冷却する冷却媒体と作動流体10との熱交換により、作動流体10に吸熱させることができる。また、高温側熱交換器32は、例えば、内燃機関の排気ガスと作動流体10との熱交換により、作動流体10に吸熱させるものであってもよい。 The sound generation unit 30 includes a stack 31 as a heat storage device housed inside the first loop tube 21, a high temperature side heat exchanger 32 provided at one end of the stack 31 which is a high temperature end, and a low temperature of the stack 31. It has a low temperature side heat exchanger 33 provided at the other end, which is the end. The high temperature side heat exchanger 32 is, for example, a heat absorber that heats the working fluid 10 by absorbing waste heat from an internal combustion engine or a heat generating device mounted on a vehicle. In the high temperature side heat exchanger 32, for example, the working fluid 10 can absorb heat by heat exchange between the cooling medium for cooling the internal combustion engine and the heat generating device and the working fluid 10. Further, the high temperature side heat exchanger 32 may be one that causes the working fluid 10 to absorb heat by, for example, heat exchange between the exhaust gas of the internal combustion engine and the working fluid 10.

一方、低温側熱交換器33は、熱輸送媒体との熱交換により作動流体10から熱輸送媒体へ放熱して作動流体10を冷却する放熱器である。高温側熱交換器32と低温側熱交換器33とに挟まれたスタック31は、図2に例示するように、ステンレス製の金属メッシュを複数枚積層した構造体により構成される。これにより、スタック31内には、微小間隔で微細な作動流体10の通路が形成されている。スタック31は、図3に例示するように、セラミックスからなるハニカム構造体であってもよい。 On the other hand, the low temperature side heat exchanger 33 is a radiator that radiates heat from the working fluid 10 to the heat transport medium by heat exchange with the heat transport medium to cool the working fluid 10. The stack 31 sandwiched between the high temperature side heat exchanger 32 and the low temperature side heat exchanger 33 is composed of a structure in which a plurality of stainless steel metal meshes are laminated, as illustrated in FIG. As a result, fine passages of the working fluid 10 are formed in the stack 31 at minute intervals. As illustrated in FIG. 3, the stack 31 may be a honeycomb structure made of ceramics.

スタック31内の通路壁には、両端に配設された吸熱器及び放熱器の機能により第1ループ管21の延在方向に温度勾配が生じる。温度勾配の生じたスタック31内の微細通路において作動流体10がこの温度勾配に沿って移動すると、熱音響効果によって気相の作動流体10に自励的な圧力変動が発生する。すなわち、スタック31は、作動流体10に熱音響自励振動による音波を発生させる。スタック31では、熱エネルギを音響エネルギに変換して、気相の作動流体10、すなわち非凝縮性流体11と気相の凝縮性流体12である気相凝縮性流体12Aとの混合ガスに音波を発生させる。第1ループ管21内の音波伝達経路には、音波発生部30の高温端側から図1の矢印で示す方向に進む進行波及び定在波の音波が発生する。 On the passage wall in the stack 31, a temperature gradient is generated in the extending direction of the first loop pipe 21 due to the functions of the heat absorbers and radiators arranged at both ends. When the working fluid 10 moves along this temperature gradient in the fine passage in the stack 31 where the temperature gradient is generated, a self-excited pressure fluctuation is generated in the working fluid 10 of the gas phase due to the thermoacoustic effect. That is, the stack 31 generates a sound wave due to thermoacoustic self-excited vibration in the working fluid 10. In the stack 31, heat energy is converted into acoustic energy, and sound waves are applied to the working fluid 10 of the gas phase, that is, the mixed gas of the non-condensable fluid 11 and the gas phase condensing fluid 12A which is the gas phase condensing fluid 12. generate. In the sound wave transmission path in the first loop tube 21, traveling wave and standing wave sound waves traveling in the direction indicated by the arrow in FIG. 1 are generated from the high temperature end side of the sound wave generating unit 30.

音波発生部30において、作動流体10のうち凝縮性流体12は、高温側熱交換器32内では蒸発し、低温側熱交換器33内では凝縮する。低温側熱交換器33内で液相となった凝縮性流体12は、スタック31内を通過して高温側熱交換器32側に移動する。このような凝縮性流体12の相変化に伴って、スタック31における伝熱が促進される。したがって、高温側熱交換器32へ廃熱を輸送する輸送媒体の温度が比較的低く、スタック31の高低温両端の温度差が小さい場合であっても、凝縮性流体12の相変化により比較的大きな熱流を形成することができる。これにより、スタック31内におけるエネルギ変換により比較的大きな仕事流を形成して、比較的大きな音響エネルギを音波として発生することができる。 In the sound wave generating unit 30, the condensable fluid 12 of the working fluid 10 evaporates in the high temperature side heat exchanger 32 and condenses in the low temperature side heat exchanger 33. The condensable fluid 12 that has become a liquid phase in the low temperature side heat exchanger 33 passes through the stack 31 and moves to the high temperature side heat exchanger 32 side. With such a phase change of the condensing fluid 12, heat transfer in the stack 31 is promoted. Therefore, even when the temperature of the transport medium for transporting waste heat to the high temperature side heat exchanger 32 is relatively low and the temperature difference between the high and low temperature ends of the stack 31 is small, it is relatively due to the phase change of the condensing fluid 12. A large heat flow can be formed. As a result, a relatively large work flow can be formed by energy conversion in the stack 31, and a relatively large acoustic energy can be generated as a sound wave.

第1ループ管21内の音波は、一部が連結管23を介して第2ループ管22内へ伝搬される。連結管23は、音波進行方向における上流端が第1ループ管21に接続し、音波進行方向における下流端が第2ループ管22に接続している。第1ループ管21の縦管214において、音波発生部30は、連結管23接続部位の比較的近傍に配置されている。 A part of the sound wave in the first loop pipe 21 is propagated into the second loop pipe 22 through the connecting pipe 23. The upstream end of the connecting pipe 23 in the sound wave traveling direction is connected to the first loop pipe 21, and the downstream end in the sound wave traveling direction is connected to the second loop pipe 22. In the vertical pipe 214 of the first loop pipe 21, the sound wave generating portion 30 is arranged relatively close to the connecting portion of the connecting pipe 23.

第2ループ管22には、冷却器40が設けられている。冷却器40は、熱音響機関1における受動機であり、音響エネルギを熱エネルギに変換する蓄熱機能を有する。冷却器40は、音波発生部30からの音波の音響エネルギを熱エネルギに変換し、熱エネルギを出力する出力部である。第2ループ管22は、上下の横管221、222と左右の縦管223、224とを有して矩形状に配管されている。冷却器40は、本例では上下方向に延びる縦管224に配置されている。 The second loop pipe 22 is provided with a cooler 40. The cooler 40 is a passive machine in the thermoacoustic engine 1 and has a heat storage function of converting acoustic energy into thermal energy. The cooler 40 is an output unit that converts the acoustic energy of the sound wave from the sound wave generating unit 30 into thermal energy and outputs the thermal energy. The second loop pipe 22 has upper and lower horizontal pipes 221 and 222 and left and right vertical pipes 223 and 224, and is piped in a rectangular shape. In this example, the cooler 40 is arranged in a vertical pipe 224 extending in the vertical direction.

冷却器40は、第2ループ管22の内部に収容された蓄冷器としてのスタック41と、スタック41の高温端となる一端部に設けられた高温側熱交換器42と、スタック41の低温端となる他端部に設けられた低温側熱交換器43とを有する。高温側熱交換器42は、熱交換により作動流体10が有する熱を熱輸送媒体に放熱する放熱器である。低温側熱交換器43は、熱交換により熱輸送媒体が有する熱を作動流体10に吸熱する吸熱器である。 The cooler 40 includes a stack 41 as a regenerator housed inside the second loop pipe 22, a high temperature side heat exchanger 42 provided at one end of the stack 41 which is a high temperature end, and a low temperature end of the stack 41. It has a low temperature side heat exchanger 43 provided at the other end. The high temperature side heat exchanger 42 is a heat exchanger that dissipates the heat of the working fluid 10 to the heat transport medium by heat exchange. The low temperature side heat exchanger 43 is an endothermic device that absorbs the heat of the heat transport medium into the working fluid 10 by heat exchange.

高温側熱交換器42と低温側熱交換器43とに挟まれたスタック41は、スタック31と同様に、例えば、ステンレス製の金属メッシュを複数枚積層した構造体により構成される。これにより、スタック41内には、微小間隔で微細な作業ガスの通路が形成されている。スタック41は、例えば、セラミックスからなるハニカム構造体であってもよい。 Like the stack 31, the stack 41 sandwiched between the high-temperature side heat exchanger 42 and the low-temperature side heat exchanger 43 is composed of, for example, a structure in which a plurality of stainless steel metal meshes are laminated. As a result, fine work gas passages are formed in the stack 41 at minute intervals. The stack 41 may be, for example, a honeycomb structure made of ceramics.

連結管23内を介して第2ループ管22内へ音波が伝搬され、スタック41内の微細通路へ高温端側から進入すると、作動流体10と通路壁との間で音響エネルギから熱エネルギへの変換と、熱エネルギから音響エネルギへの変換とが繰り返される。その過程で、スタック41の低温端から高温端へ熱輸送が行なわれる。冷却器40は、音響エネルギを用いてスタック41の低温端から高温端へ熱輸送するヒートポンプである。 Sound waves are propagated into the second loop pipe 22 through the connecting pipe 23, and when they enter the fine passage in the stack 41 from the high temperature end side, the acoustic energy is changed to the thermal energy between the working fluid 10 and the passage wall. The conversion and the conversion from thermal energy to acoustic energy are repeated. In the process, heat is transferred from the low temperature end to the high temperature end of the stack 41. The cooler 40 is a heat pump that uses acoustic energy to transfer heat from the low temperature end to the high temperature end of the stack 41.

第2ループ管22の縦管224において、冷却器40は、連結管23接続部位の比較的近傍に配置されている。冷却器40は、第2ループ管22内の音波進行方向において、連結管23接続部位よりも上流側の部位に配置され、高温側熱交換器42、スタック41、低温側熱交換器43の順に配置されている。 In the vertical pipe 224 of the second loop pipe 22, the cooler 40 is arranged relatively close to the connection portion of the connecting pipe 23. The cooler 40 is arranged at a portion upstream of the connecting pipe 23 connection portion in the sound wave traveling direction in the second loop pipe 22, and the high temperature side heat exchanger 42, the stack 41, and the low temperature side heat exchanger 43 are arranged in this order. Have been placed.

冷却器40は、音響エネルギを音響エネルギ以外の他のエネルギである熱エネルギに変換して出力する。冷却器40は、熱エネルギをスタック41の低温端に設けた低温側熱交換器43から冷熱として出力する。 The cooler 40 converts acoustic energy into thermal energy, which is energy other than acoustic energy, and outputs the energy. The cooler 40 outputs heat energy as cold heat from the low temperature side heat exchanger 43 provided at the low temperature end of the stack 41.

本実施形態の熱音響機関1は、例えば、車両用の空調装置に適用して好適な装置である。例えば、冷却器40の低温側熱交換器43において作動流体10との熱交換で冷却された熱輸送媒体をクーラコアに循環して、車室内を冷房することができる。低温側熱交換器43からの冷熱出力が熱輸送媒体によりクーラコアに輸送され、クーラコアにおいて車室内へ吹き出す空気が冷却される。 The thermoacoustic engine 1 of the present embodiment is, for example, a device suitable for application to an air conditioner for a vehicle. For example, in the low temperature side heat exchanger 43 of the cooler 40, the heat transport medium cooled by heat exchange with the working fluid 10 can be circulated to the cooler core to cool the vehicle interior. The cold heat output from the low temperature side heat exchanger 43 is transported to the cooler core by the heat transport medium, and the air blown into the vehicle interior in the cooler core is cooled.

本実施形態の管部材20には貯液部25が設けられている。本例では、貯液部25は、第1ループ管21の横管212と縦管213との接続部の下方に設けられている。貯液部25は、管部材20を下方に膨出させたカップ状の形態をなしており、内部に液相の凝縮性流体12である液相凝縮性流体12Bを貯留可能となっている。貯液部25は管部材20を膨出させて形成するものに限らない。貯液部25は下方に凹んだ凹部を形成し、凹部内に貯液可能なものであればよく、例えば、管部材20に容器体を取り付けたものであってもよい。 The pipe member 20 of the present embodiment is provided with a liquid storage unit 25. In this example, the liquid storage unit 25 is provided below the connection portion between the horizontal pipe 212 and the vertical pipe 213 of the first loop pipe 21. The liquid storage unit 25 has a cup-like shape in which the pipe member 20 is bulged downward, and can store the liquid phase condensing fluid 12B, which is the liquid phase condensing fluid 12, inside. The liquid storage portion 25 is not limited to the one formed by bulging the pipe member 20. The liquid storage unit 25 may have a recessed portion that is recessed downward and may be capable of storing liquid in the recess. For example, the container body may be attached to the pipe member 20.

管部材20では、連結管23の延在方向の一端部から第1ループ管21の横管212が延出しており、連結管23の延在方向の他端部から第2ループ管22の横管222が延出している。本例では、横管212、連結管23及び横管222が同軸上に並ぶ同一径の連続管として形成されている。横管212、連結管23及び横管222からなる連続管は、水平方向に対して若干傾斜した傾斜管となっている。横管212、連結管23及び横管222からなる連続管は、図示左方端部よりも図示右方の貯液部25形成側の端部の方が低くなっている。すなわち、横管212、連結管23及び横管222は、貯液部に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管を構成している。したがって、横管212、連結管23及び横管222の音波伝達通路に臨む下面部は、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面24を形成する。 In the pipe member 20, the lateral pipe 212 of the first loop pipe 21 extends from one end in the extending direction of the connecting pipe 23, and the lateral pipe 212 of the second loop pipe 22 extends from the other end in the extending direction of the connecting pipe 23. The pipe 222 extends. In this example, the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 are formed as continuous pipes having the same diameter arranged coaxially. The continuous pipe composed of the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 is an inclined pipe slightly inclined with respect to the horizontal direction. The continuous pipe including the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 is lower at the end on the liquid storage portion 25 formation side on the right side of the drawing than at the left end shown. That is, the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 form an inclined pipe that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion. Therefore, the lower surface portions of the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 facing the sound wave transmission passage form an inclined surface 24 that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion 25.

熱音響機関1では、環境温度等の影響により、音波発生部30のスタック31や低温側熱交換器33以外の箇所で凝縮性流体12が凝縮して液相凝縮性流体12Bが生成される場合がある。管部材20内の音波発生部30以外の箇所で生成された液相凝縮性流体12Bは、傾斜面24に沿って下方に向かって流れ、貯液部25内に集合される。管部材20に形成された傾斜面24は、音波伝達経路で液相となった液相凝縮性流体12Bを貯液部25へ導く導液部に相当する。そして、導液部として機能する傾斜面24は、横管212、連結管23及び横管222からなる傾斜管により提供される。 In the thermoacoustic engine 1, when the condensing fluid 12 is condensed in a place other than the stack 31 of the sound wave generating unit 30 and the low temperature side heat exchanger 33 due to the influence of the environmental temperature or the like to generate the liquid phase condensing fluid 12B. There is. The liquid-phase condensing fluid 12B generated at a location other than the sound wave generating portion 30 in the pipe member 20 flows downward along the inclined surface 24 and is collected in the liquid storage portion 25. The inclined surface 24 formed on the pipe member 20 corresponds to a liquid guide portion that guides the liquid phase condensing fluid 12B that has become a liquid phase in the sound wave transmission path to the liquid storage portion 25. The inclined surface 24 that functions as a liquid guide is provided by an inclined pipe including a horizontal pipe 212, a connecting pipe 23, and a horizontal pipe 222.

図1に示すように、熱音響機関1は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを音波発生部30のスタック31へ供給するための供給部50を備えている。供給部50は、供給配管51と、供給配管51に設けられたポンプ装置52とを有している。供給配管51は、貯液部25とスタック31とを繋いでいる。供給配管51の上流端は、本例では貯液部25の底部に開口している。一方、供給配管51の下流端は、本例では、図2及び図3に示すように、スタック31の上端部高さに開口している。具体的には、供給配管51の下流端は、スタック31と低温側熱交換器33との接続部位の側方に開口している。 As shown in FIG. 1, the thermoacoustic engine 1 includes a supply unit 50 for supplying the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to the stack 31 of the sound wave generation unit 30. The supply unit 50 has a supply pipe 51 and a pump device 52 provided in the supply pipe 51. The supply pipe 51 connects the liquid storage unit 25 and the stack 31. The upstream end of the supply pipe 51 is open to the bottom of the liquid storage portion 25 in this example. On the other hand, the downstream end of the supply pipe 51 opens at the height of the upper end of the stack 31 in this example, as shown in FIGS. 2 and 3. Specifically, the downstream end of the supply pipe 51 opens to the side of the connection portion between the stack 31 and the low temperature side heat exchanger 33.

ポンプ装置52は、供給配管51を介して、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bをスタック31へ向けて圧送する。これにより、貯液部25に集合された液相凝縮性流体12Bがスタック31へ供給される。スタック31における凝縮性流体12の量が、エネルギ変換効率に基づく好適な量に対して不足する場合に、ポンプ装置52がオンされる。ポンプ装置52がオンされて運転状態となると、貯液部25内に貯留されている液相凝縮性流体12Bが、所定量スタック31に送液される。スタック31に供給された液相凝縮性流体12Bは、毛細管現象によりスタック31内へ進入し、毛細管現象と重力とによりスタック31内の全域に拡がる。 The pump device 52 pumps the liquid-phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 toward the stack 31 via the supply pipe 51. As a result, the liquid phase condensable fluid 12B collected in the liquid storage unit 25 is supplied to the stack 31. The pumping device 52 is turned on when the amount of condensable fluid 12 in the stack 31 is insufficient for a suitable amount based on energy conversion efficiency. When the pump device 52 is turned on and put into an operating state, the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 is sent to the predetermined amount stack 31. The liquid-phase condensable fluid 12B supplied to the stack 31 enters the stack 31 due to the capillary phenomenon, and spreads over the entire area in the stack 31 due to the capillary phenomenon and gravity.

本実施形態の熱音響機関1によれば、以下に述べるような効果を得ることができる。 According to the thermoacoustic engine 1 of the present embodiment, the following effects can be obtained.

熱音響機関1は、管部材20、吸熱器としての高温側熱交換器32、放熱器としての低温側熱交換器33、スタック31、貯液部25、導液部としての傾斜面24、及び供給部50を備える。管部材20は、内部に非凝縮性流体11と凝縮性流体12との混合物である作動流体10が充填されて、気相の作動流体の音波伝達経路を形成する。高温側熱交換器32は、管部材20に設けられ、外部から作動流体10へ吸熱させる。低温側熱交換器33は、管部材20に設けられ、作動流体10から外部へ放熱する。スタック31は、管部材20に設けられ、吸熱器と放熱器とに挟まれて、熱音響効果により熱エネルギと音波の音響エネルギとの間のエネルギ変換を行う。貯液部25は、管部材20に設けられ、液相凝縮性流体12Bを貯留する。傾斜面24は、管部材20に設けられ、音波の伝達経路で液相となった液相凝縮性流体12Bを貯液部25へ導く。供給部50は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bをスタック31へ供給する。 The thermoacoustic engine 1 includes a tube member 20, a high temperature side heat exchanger 32 as a heat absorber, a low temperature side heat exchanger 33 as a radiator, a stack 31, a liquid storage unit 25, an inclined surface 24 as a liquid guide unit, and A supply unit 50 is provided. The tube member 20 is filled with the working fluid 10 which is a mixture of the non-condensable fluid 11 and the condensing fluid 12 to form a sound wave transmission path of the working fluid in the gas phase. The high temperature side heat exchanger 32 is provided on the pipe member 20 and absorbs heat from the outside to the working fluid 10. The low temperature side heat exchanger 33 is provided on the pipe member 20 and dissipates heat from the working fluid 10 to the outside. The stack 31 is provided on the tube member 20, is sandwiched between a heat absorber and a radiator, and performs energy conversion between thermal energy and acoustic energy of sound waves by a thermoacoustic effect. The liquid storage unit 25 is provided in the pipe member 20 and stores the liquid phase condensing fluid 12B. The inclined surface 24 is provided on the pipe member 20 and guides the liquid phase condensing fluid 12B, which has become a liquid phase in the sound wave transmission path, to the liquid storage unit 25. The supply unit 50 supplies the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to the stack 31.

これによると、音波の伝達経路で液相となった液相凝縮性流体12Bを導液部である傾斜面24で貯液部25へ導くことができる。そして、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bをスタック31へ供給することができる。したがって、スタック31以外で多量の凝縮性流体が凝縮したとしても、液相となった液相凝縮性流体12Bを貯液部25へ集めて、この液相凝縮性流体12Bをスタック31へ供給することができる。これにより、スタック31において凝縮性流体12の気液相変化に伴う潜熱の効果を確実に発揮することができる。このようにして、エネルギ交換性能を安定して発揮することが可能となる。 According to this, the liquid phase condensing fluid 12B which became the liquid phase in the sound wave transmission path can be guided to the liquid storage part 25 by the inclined surface 24 which is the liquid conducting part. Then, the liquid phase condensable fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 can be supplied to the stack 31. Therefore, even if a large amount of condensable fluid is condensed other than the stack 31, the liquid phase condensable fluid 12B that has become a liquid phase is collected in the liquid storage unit 25, and the liquid phase condensable fluid 12B is supplied to the stack 31. be able to. As a result, the effect of latent heat accompanying the gas-liquid phase change of the condensing fluid 12 can be surely exhibited in the stack 31. In this way, the energy exchange performance can be stably exhibited.

また、供給部50は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bをスタック31へ圧送するポンプ装置52を有している。これによると、ポンプ装置52で圧送することにより、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを確実にスタック31へ供給することができる。 Further, the supply unit 50 has a pump device 52 that pumps the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to the stack 31. According to this, the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 can be reliably supplied to the stack 31 by pumping with the pump device 52.

また、本実施形態の導液部は、音波伝達経路の下方側において音波伝達経路に臨むように形成されて、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面24を有している。これによると、音波伝達経路で液相となった液相凝縮性流体12Bを、傾斜面24を利用して容易に貯液部25に導くことができる。 Further, the liquid guide portion of the present embodiment has an inclined surface 24 which is formed so as to face the sound wave transmission path on the lower side of the sound wave transmission path and is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage section 25. According to this, the liquid phase condensing fluid 12B which has become a liquid phase in the sound wave transmission path can be easily guided to the liquid storage unit 25 by using the inclined surface 24.

また、傾斜面24は、管部材20の一部に形成されており、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管を構成する横管212、連結管23及び横管222により提供される。これによると、音波伝達経路で液相となった液相凝縮性流体12Bを貯液部25に向かって流すための傾斜面24を、傾斜管により容易に提供することができる。 Further, the inclined surface 24 is formed in a part of the pipe member 20, and is provided by a horizontal pipe 212, a connecting pipe 23, and a horizontal pipe 222 that form an inclined pipe that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion 25. To. According to this, the inclined surface 24 for flowing the liquid phase condensing fluid 12B which became the liquid phase in the sound wave transmission path toward the liquid storage unit 25 can be easily provided by the inclined pipe.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について図4に基づいて説明する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described with reference to FIG.

第2実施形態は、前述の第1実施形態と比較して、供給部の構成が異なる。なお、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第1実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第2実施形態において説明しない他の構成は、第1実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The second embodiment has a different configuration of the supply unit as compared with the first embodiment described above. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first embodiment and the other configurations not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same effects.

図4に示すように、本実施形態では、貯液部25は、第1ループ管21の横管212と縦管214との接続部の下方に設けられている。本実施形態の管部材20では、連結管23及び横管222が同軸上に並ぶ同一径の連続管として形成されている。図4から明らかなように、連結管23及び横管222からなる連続管は、水平方向に対して若干傾斜した傾斜管となっている。一方、連結管23に対して反横管222側で接続する横管212は、水平方向に対して連結管23及び横管222からなる連続管とは反対側に若干傾斜した傾斜管となっている。 As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the liquid storage unit 25 is provided below the connection portion between the horizontal pipe 212 and the vertical pipe 214 of the first loop pipe 21. In the pipe member 20 of the present embodiment, the connecting pipe 23 and the horizontal pipe 222 are formed as continuous pipes having the same diameter arranged coaxially. As is clear from FIG. 4, the continuous pipe composed of the connecting pipe 23 and the horizontal pipe 222 is an inclined pipe slightly inclined with respect to the horizontal direction. On the other hand, the horizontal pipe 212 connected to the connecting pipe 23 on the anti-horizontal pipe 222 side is an inclined pipe slightly inclined to the side opposite to the continuous pipe composed of the connecting pipe 23 and the horizontal pipe 222 in the horizontal direction. There is.

連結管23及び横管222からなる連続管は、図示左方端部よりも図示右方の貯液部25形成側の端部の方が低くなっている。一方、横管212は、図示右方端部よりも図示左方の貯液部25形成側の端部の方が低くなっている。すなわち、横管212、連結管23及び横管222は、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管を構成している。したがって、横管212の音波伝達通路に臨む下面部と、連結管23及び横管222の音波伝達通路に臨む下面部とは、いずれも貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面24を形成する。本実施形態においても、導液部として機能する傾斜面24は、横管212からなる傾斜管と、連結管23及び横管222からなる傾斜管とにより提供される。 In the continuous pipe composed of the connecting pipe 23 and the horizontal pipe 222, the end portion on the liquid storage portion 25 forming side on the right side in the drawing is lower than the left end portion in the drawing. On the other hand, the horizontal pipe 212 is lower at the end on the left side of the drawing on the liquid storage portion 25 formation side than at the right end in the drawing. That is, the horizontal pipe 212, the connecting pipe 23, and the horizontal pipe 222 form an inclined pipe that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage unit 25. Therefore, the lower surface portion of the horizontal pipe 212 facing the sound wave transmission passage and the lower surface portion of the connecting pipe 23 and the horizontal pipe 222 facing the sound wave transmission passage are both inclined surfaces 24 that are gradually positioned downward as they approach the liquid storage portion 25. To form. Also in the present embodiment, the inclined surface 24 that functions as a liquid guide portion is provided by an inclined pipe made of a horizontal pipe 212 and an inclined pipe made of a connecting pipe 23 and a horizontal pipe 222.

本実施形態の熱音響機関は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを音波発生部30のスタック31へ供給するための供給部として、加熱装置の一例である電気ヒータ250を備えている。電気ヒータ250は、貯液部25に設けられ、貯液部25内に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱可能に設けられている。電気ヒータ250に通電され、貯液部25の液相凝縮性流体12Bが加熱されると、液相凝縮性流体12Bが気化して気相凝縮性流体12Aとなり、生成された気相凝縮性流体12Aが音波伝達通路に拡散していく。 The thermoacoustic engine of the present embodiment uses an electric heater 250, which is an example of a heating device, as a supply unit for supplying the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to the stack 31 of the sound wave generation unit 30. I have. The electric heater 250 is provided in the liquid storage unit 25 and is provided so as to be able to heat the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25. When the electric heater 250 is energized and the liquid phase condensing fluid 12B of the liquid storage unit 25 is heated, the liquid phase condensing fluid 12B is vaporized to become a gas phase condensing fluid 12A, and the generated gas phase condensing fluid 12A is generated. 12A diffuses into the sound transmission path.

スタック31における凝縮性流体12の量が、エネルギ変換効率に基づく好適な量に対して不足する場合に、電気ヒータ250がオンされ、貯液部25内に貯留されている液相凝縮性流体12Bが気相凝縮性流体12Aとなってスタック31へ供給される。電気ヒータ250は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱して温度調節する温度調節装置であり、本実施形態における供給部に相当する。 When the amount of the condensable fluid 12 in the stack 31 is insufficient for a suitable amount based on the energy conversion efficiency, the electric heater 250 is turned on and the liquid phase condensable fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 is turned on. Becomes a vapor-phase condensing fluid 12A and is supplied to the stack 31. The electric heater 250 is a temperature control device that heats and adjusts the temperature of the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25, and corresponds to the supply unit in the present embodiment.

本実施形態の熱音響機関では、供給部は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱して温度調節する温度調節装置を有している。これによると、温度調節装置で貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱することにより液相凝縮性流体12Bを気化して、気相凝縮性流体12Aをスタック31へ供給することができる。また、本実施形態の供給部を、可動部を有しない比較的シンプルな構成とすることができる。なお、温度調節装置は電気ヒータ250に限定されず、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱できるものであればよい。 In the thermoacoustic engine of the present embodiment, the supply unit has a temperature control device that heats the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to control the temperature. According to this, the liquid phase condensing fluid 12B is vaporized by heating the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 by the temperature control device, and the gas phase condensing fluid 12A is supplied to the stack 31. be able to. Further, the supply unit of the present embodiment can have a relatively simple configuration having no movable unit. The temperature control device is not limited to the electric heater 250, and may be any device that can heat the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について図5に基づいて説明する。
(Third Embodiment)
Next, the third embodiment will be described with reference to FIG.

第3実施形態は、前述の第2実施形態と比較して、供給部として用いる温度調節装置の構成が異なる。なお、第1、第2実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第1、第2実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第3実施形態において説明しない他の構成は、第1、第2実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The third embodiment has a different configuration of the temperature control device used as the supply unit as compared with the second embodiment described above. The same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The components having the same reference numerals as the drawings according to the first and second embodiments, and the other configurations not described in the third embodiment are the same as those in the first and second embodiments, and have the same effects. It is a thing.

図5に示すように、本実施形態の熱音響機関は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを音波発生部30のスタック31へ供給するための供給部としてペルチェ素子350を備えている。ペルチェ素子350は、貯液部25の底部下面に設けられ、貯液部25内に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱及び冷却可能に設けられている。ペルチェ素子350に通電され貯液部側の面が発熱面となると、貯液部25の液相凝縮性流体12Bが加熱され、液相凝縮性流体12Bが気化して気相凝縮性流体12Aとなる。そして、生成された気相凝縮性流体12Aが音波伝達通路に拡散していく。ペルチェ素子350の電流の極性が逆転され貯液部側の面が吸熱面となると、貯液部25の液相凝縮性流体12Bが冷却され、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bの表面において気相凝縮性流体12Aが凝縮する。 As shown in FIG. 5, the thermoacoustic engine of the present embodiment uses the Peltier element 350 as a supply unit for supplying the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to the stack 31 of the sound wave generation unit 30. I have. The Peltier element 350 is provided on the lower surface of the bottom portion of the liquid storage unit 25, and is provided so that the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 can be heated and cooled. When the Peltier element 350 is energized and the surface on the liquid storage unit side becomes a heat generating surface, the liquid phase condensing fluid 12B of the liquid storage unit 25 is heated, and the liquid phase condensing fluid 12B is vaporized to become the gas phase condensing fluid 12A. Become. Then, the generated vapor-phase condensing fluid 12A diffuses into the sound wave transmission passage. When the polarity of the current of the Peltier element 350 is reversed and the surface on the liquid storage unit side becomes an endothermic surface, the liquid phase condensing fluid 12B of the liquid storage unit 25 is cooled, and the liquid phase condensing fluid stored in the liquid storage unit 25 is cooled. The vapor phase condensing fluid 12A condenses on the surface of 12B.

スタック31における凝縮性流体12の量が、エネルギ変換効率に基づく好適な量に対して不足する場合に、ペルチェ素子350に通電されて発熱し、貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱する加熱モードが設定される。加熱モードが設定されると、貯液部25内に貯留されている液相凝縮性流体12Bが気相凝縮性流体12Aとなりスタック31へ供給される。 When the amount of the condensable fluid 12 in the stack 31 is insufficient for a suitable amount based on the energy conversion efficiency, the Peltier element 350 is energized to generate heat, and the stored liquid-phase condensing fluid 12B is heated. The mode is set. When the heating mode is set, the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 becomes the gas phase condensing fluid 12A and is supplied to the stack 31.

スタック31における凝縮性流体12の量が、エネルギ変換効率に基づく好適な量に対して過剰である場合に、ペルチェ素子350に逆通電されて吸熱し、貯留された液相凝縮性流体12Bを冷却する冷却モードが設定される。冷却モードが設定されると、貯液部25内に貯留されている液相凝縮性流体12Bの温度低下に伴い、管部材20内の気相凝縮性流体12Aが凝縮して貯液部25内に回収される。このように、ペルチェ素子350は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱して温度調節する加熱モードと、冷却して温度調節する冷却モードとを切り替え可能である。ペルチェ素子350は、加熱モードと冷却モードとを切り替え可能に構成された温度調節装置であり、本実施形態における供給部に相当する。 When the amount of the condensing fluid 12 in the stack 31 is excessive with respect to a suitable amount based on the energy conversion efficiency, the Peltier element 350 is back-energized to absorb heat and cool the stored liquid-phase condensing fluid 12B. Cooling mode is set. When the cooling mode is set, as the temperature of the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 drops, the gas phase condensing fluid 12A in the pipe member 20 condenses and enters the liquid storage unit 25. Will be collected in. In this way, the Peltier element 350 can switch between a heating mode in which the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 is heated to control the temperature and a cooling mode in which the liquid phase condensing fluid 12B is cooled to control the temperature. The Peltier element 350 is a temperature control device configured to be able to switch between a heating mode and a cooling mode, and corresponds to a supply unit in the present embodiment.

本実施形態の熱音響機関では、第2実施形態と同様に、供給部は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱して温度調節する温度調節装置を有している。これによると、温度調節装置で貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱することにより液相凝縮性流体12Bを気化して、気相凝縮性流体12Aをスタック31へ供給することができる。また、本実施形態の供給部を、可動部を有しない比較的シンプルな構成とすることができる。 In the thermoacoustic engine of the present embodiment, as in the second embodiment, the supply unit has a temperature control device that heats the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 to control the temperature. .. According to this, the liquid phase condensing fluid 12B is vaporized by heating the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 by the temperature control device, and the gas phase condensing fluid 12A is supplied to the stack 31. be able to. Further, the supply unit of the present embodiment can have a relatively simple configuration having no movable unit.

また、温度調節装置であるペルチェ素子350は、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを加熱する加熱モードと、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bを冷却して温度調節する冷却モードとを切り替え可能に構成されている。これによると、温度調節装置は、加熱モードと冷却モードとを切り替えて、スタック31に存在する凝縮性流体の量を調節すること容易である。 Further, the Peltier element 350, which is a temperature control device, has a heating mode for heating the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 and cooling the liquid phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25. It is configured to be able to switch between the cooling mode that adjusts the temperature. According to this, the temperature controller can easily switch between the heating mode and the cooling mode to adjust the amount of condensable fluid present in the stack 31.

温度調節装置により冷却モードを設定可能としたことで、スタック31における凝縮性流体12の量が好適な量に対して過剰である場合に、これの一部を回収することができる。したがって、過剰な凝縮性流体12が熱交換を阻害したり、過剰な凝縮性流体12がスタック内の微細な通路を閉塞したりすることを抑制できる。また、管部材20の内部に気相凝縮性流体12Aが過剰となって、ヒートパイプ効果により熱エネルギロスが発生することを抑制できる。 By making it possible to set the cooling mode by the temperature control device, when the amount of the condensable fluid 12 in the stack 31 is excessive with respect to a suitable amount, a part of the condensable fluid 12 can be recovered. Therefore, it is possible to prevent the excess condensable fluid 12 from hindering heat exchange and the excess condensable fluid 12 from blocking the fine passages in the stack. Further, it is possible to prevent the gas-phase condensing fluid 12A from becoming excessive inside the pipe member 20 and causing thermal energy loss due to the heat pipe effect.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について図6及び図7に基づいて説明する。
(Fourth Embodiment)
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

第4実施形態は、前述の第1実施形態と比較して、管部材の姿勢が異なる。なお、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第1実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第4実施形態において説明しない他の構成は、第1実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 In the fourth embodiment, the posture of the pipe member is different from that in the first embodiment described above. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first embodiment and the other configurations not described in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same effects.

本実施形態の熱音響機関は、図示紙面表裏方向を上下方向として車両に搭載される。紙面表側が熱音響機関の上側に相当し、紙面裏側が熱音響機関の下側に相当する。図6に示すように、本実施形態の貯液部25は、第2ループ管22において冷却器40の低温側熱交換器43の近傍に設けられている。 The thermoacoustic engine of the present embodiment is mounted on the vehicle with the front and back directions of the illustrated paper facing up and down. The front side of the paper corresponds to the upper side of the thermoacoustic engine, and the back side of the paper corresponds to the lower side of the thermoacoustic engine. As shown in FIG. 6, the liquid storage unit 25 of the present embodiment is provided in the second loop pipe 22 in the vicinity of the low temperature side heat exchanger 43 of the cooler 40.

図7に示すように、第2ループ管22は、少なくとも一部が、水平面に対して若干傾斜した傾斜管により構成されている。第2ループ管22は、冷却器40配設部位では、高温側熱交換器42の位置よりも低温側熱交換器43の位置の方が若干低くなるように傾斜している。そして、第2ループ管22には、低温側熱交換器43に近接する部位に貯液部25が設けられている。 As shown in FIG. 7, the second loop pipe 22 is composed of at least a part of the inclined pipe slightly inclined with respect to the horizontal plane. The second loop pipe 22 is inclined so that the position of the low temperature side heat exchanger 43 is slightly lower than the position of the high temperature side heat exchanger 42 at the cooler 40 arrangement portion. The second loop pipe 22 is provided with a liquid storage unit 25 at a portion close to the low temperature side heat exchanger 43.

第2ループ管22は、冷却器40配設部位において、図示右方端部よりも図示左方の貯液部25形成側の端部の方が低くなっている。すなわち、第2ループ管22の冷却器40配設部位は、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管を構成している。したがって、この部位の音波伝達通路に臨む下面部は、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面24を形成する。 The second loop pipe 22 is lower at the cooler 40 arrangement portion at the end on the left side of the drawing on the liquid storage portion 25 formation side than at the right end in the drawing. That is, the cooler 40 arrangement portion of the second loop pipe 22 constitutes an inclined pipe that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion 25. Therefore, the lower surface portion of this portion facing the sound wave transmission passage forms an inclined surface 24 that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion 25.

なお、第2ループ管22は、貯液部25よりも図7図示左方側の部位も、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管を構成している。したがって、この部位の音波伝達通路に臨む下面部も、貯液部25に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面24を形成する。本実施形態においても、導液部として機能する傾斜面24は、第2ループ管22の傾斜管部により提供される。 The second loop pipe 22 also constitutes an inclined pipe that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage unit 25 at a portion on the left side of FIG. 7 in the figure. Therefore, the lower surface portion of this portion facing the sound wave transmission passage also forms an inclined surface 24 that is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion 25. Also in this embodiment, the inclined surface 24 that functions as the liquid guide portion is provided by the inclined pipe portion of the second loop pipe 22.

図6に示すように、本実施形態の供給配管51は、下流端がスタック31の高温端部に開口している。具体的には、供給配管51の下流端は、スタック31と高温側熱交換器32との接続部位に開口している。ポンプ装置52は、供給配管51を介して、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bをスタック31へ向けて圧送する。これにより、貯液部25に集合された液相凝縮性流体12Bがスタック31へ供給される。 As shown in FIG. 6, the downstream end of the supply pipe 51 of the present embodiment is open to the high temperature end of the stack 31. Specifically, the downstream end of the supply pipe 51 opens at the connection portion between the stack 31 and the high temperature side heat exchanger 32. The pump device 52 pumps the liquid-phase condensing fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 toward the stack 31 via the supply pipe 51. As a result, the liquid phase condensable fluid 12B collected in the liquid storage unit 25 is supplied to the stack 31.

本実施形態の熱音響装置では、低温側熱交換器43配設部位が最も低温になり易い。したがって、気相凝縮性流体12Aは、低温側熱交換器43近傍で凝縮して液相凝縮性流体12Bになり易い。低温側熱交換器43で生成された液相凝縮性流体12Bは、一部がスタック41内に進入し、残りの一部が傾斜面24に導かれて確実に貯液部25に貯留される。そして、貯液部25に貯留された液相凝縮性流体12Bは、必要に応じてスタック31へ供給される。 In the thermoacoustic apparatus of the present embodiment, the temperature of the low temperature side heat exchanger 43 arrangement portion is most likely to be low. Therefore, the gas phase condensing fluid 12A tends to condense in the vicinity of the low temperature side heat exchanger 43 to become the liquid phase condensing fluid 12B. A part of the liquid phase condensing fluid 12B generated by the low temperature side heat exchanger 43 enters the stack 41, and the remaining part is guided to the inclined surface 24 and is reliably stored in the liquid storage unit 25. .. Then, the liquid phase condensable fluid 12B stored in the liquid storage unit 25 is supplied to the stack 31 as needed.

本実施形態の熱音響装置では、第2ループ管22が若干傾斜した傾斜管部を有しており、この傾斜管部に冷却器40が配設されている。したがって、冷却器40を上下方向に延びる直立管部に設ける場合よりも、気相作動流体の自然対流による性能低下を抑制し易い。 In the thermoacoustic device of the present embodiment, the second loop pipe 22 has a slightly inclined inclined pipe portion, and a cooler 40 is arranged in this inclined pipe portion. Therefore, it is easier to suppress performance deterioration due to natural convection of the gas phase working fluid than when the cooler 40 is provided in the upright pipe portion extending in the vertical direction.

(他の実施形態)
この明細書に開示される技術は、その開示技術を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される技術は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The technique disclosed in this specification can be variously modified and implemented without any limitation on the embodiment for carrying out the disclosed technique. The disclosed techniques are not limited to the combinations shown in the embodiments and can be implemented in various combinations. The embodiments can have additional parts. The portion of the embodiment may be omitted. The portion of the embodiment can be replaced or combined with the portion of another embodiment. The structure, action, and effect of the embodiments are merely examples. The technical scope of the disclosed technology is not limited to the description of embodiments. Some technical scopes of the disclosed technology are indicated by the description of the scope of claims and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the scope of claims. ..

上記実施形態では、エネルギ出力部としての受動機は冷却器40であったが、これに限定されるものではない。受動機は音響エネルギ以外を出力するものであればよい。たとえば、受動機をヒートポンプとして温熱を出力するものであってもよい。また、例えば、受動機を発電機として電気エネルギを出力するものであってもよい。 In the above embodiment, the passive device as the energy output unit is the cooler 40, but the present invention is not limited to this. The passive device may output anything other than acoustic energy. For example, a passive device may be used as a heat pump to output heat. Further, for example, a passive device may be used as a generator to output electric energy.

また、上記の第1実施形態では、供給部50が液相凝縮性流体12Bをスタック31の上端部に供給し、第4実施形態では、供給部50が液相凝縮性流体12Bをスタック31の高温端部に供給するものであったが、これに限定されるものではない。液相凝縮性流体がスタック全体に行き渡るように供給されるものであればよい。例えば、音波進行方向におけるスタックの中央部に液相凝縮性流体を供給するものであってもよい。 Further, in the first embodiment described above, the supply unit 50 supplies the liquid phase condensable fluid 12B to the upper end portion of the stack 31, and in the fourth embodiment, the supply unit 50 supplies the liquid phase condensable fluid 12B to the stack 31. It was supplied to the hot end, but is not limited to this. The liquid-phase condensable fluid may be supplied so as to be distributed throughout the stack. For example, a liquid-phase condensing fluid may be supplied to the central portion of the stack in the sound wave traveling direction.

また、上記第1、第4実施形態では、供給部が液相の凝縮性流体を圧送してスタックに供給し、第2、第3実施形態では、供給部が液相の凝縮性流体を加熱して気相となった凝縮性流体をスタックに供給するものであったが、これに限定されるものではない。供給部は、液相凝縮性流体の圧送機能と、液相凝縮性流体の加熱機能との両者を有するものであってもよい。 Further, in the first and fourth embodiments, the supply unit pumps the liquid phase condensable fluid and supplies it to the stack, and in the second and third embodiments, the supply unit heats the liquid phase condensable fluid. The condensable fluid that became the gas phase was supplied to the stack, but the present invention is not limited to this. The supply unit may have both a pumping function of the liquid-phase condensing fluid and a heating function of the liquid-phase condensing fluid.

また、上記実施形態では、傾斜面24は、管自体が傾斜した傾斜管により提供されていたが、これに限定されるものではない。水平方向に延びる管部材の一部に傾斜面を設けるものであってもよい。また、導液部は管部材の少なくとも一部に傾斜面を設けるものに限定されない。例えば、管部材に沿うように管部材に取り付けられた、管部材とは別体の導液管を採用してもかまわない。 Further, in the above embodiment, the inclined surface 24 is provided by an inclined pipe in which the pipe itself is inclined, but the present invention is not limited to this. An inclined surface may be provided on a part of the pipe member extending in the horizontal direction. Further, the liquid guide portion is not limited to the one in which an inclined surface is provided on at least a part of the pipe member. For example, a liquid guide tube that is attached to the tube member along the tube member and is separate from the tube member may be adopted.

また、上記実施形態では、供給部が原動機のスタック31に凝縮性流体を供給するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、供給部が受動機のスタック41に凝縮性流体を供給するものであってもよい。 Further, in the above embodiment, the supply unit supplies the condensable fluid to the stack 31 of the prime mover, but the present invention is not limited to this. For example, the supply unit may supply the condensable fluid to the stack 41 of the passive machine.

また、上記実施形態では、管部材20が第1ループ管21と第2ループ管22とを有する所謂ダブルループ型の熱音響機関であったが、これに限定されるものではない。例えば、1つのループ管に音波発生部及び出力部を設けたものであってもよい。また、例えば、ループ管部に音波発生部を設け、これに接続する共鳴管としての直管部に出力部を設けるものであってもよい。また、例えば、ループ管部のない直管に音波発生部及び出力部を設けるものであってもよい。 Further, in the above embodiment, the tube member 20 is a so-called double loop type thermoacoustic engine having a first loop tube 21 and a second loop tube 22, but the present invention is not limited to this. For example, one loop tube may be provided with a sound wave generating unit and an output unit. Further, for example, a sound wave generating section may be provided in the loop tube section, and an output section may be provided in the straight tube section as a resonance tube connected to the sound wave generating section. Further, for example, a sound wave generating unit and an output unit may be provided on a straight pipe having no loop pipe portion.

また、上記実施形態では、熱音響機関を、車両用の空調装置に適用していたが、これに限定されるものではない。例えば、定置式の空調装置に適用してもかまわない。 Further, in the above embodiment, the thermoacoustic engine has been applied to an air conditioner for a vehicle, but the present invention is not limited to this. For example, it may be applied to a stationary air conditioner.

1 熱音響機関
10 作動流体
11 非凝縮性流体
12 凝縮性流体
20 管部材
24 傾斜面(導液部)
25 貯液部
31 スタック
32 高温側熱交換器(吸熱器)
33 低温側熱交換器(放熱器)
50 供給部
250 電気ヒータ(供給部)
350 ペルチェ素子(供給部)
1 Thermoacoustic engine 10 Working fluid 11 Non-condensable fluid 12 Condensable fluid 20 Tube member 24 Inclined surface (condensation part)
25 Liquid storage unit 31 Stack 32 High temperature side heat exchanger (heat absorber)
33 Low temperature side heat exchanger (radiator)
50 Supply unit 250 Electric heater (supply unit)
350 Peltier element (supply part)

Claims (7)

内部に非凝縮性流体(11)と凝縮性流体(12)との混合物である作動流体(10)が充填されて、気相の前記作動流体の音波の伝達経路を形成する管部材(20)と、
前記管部材に設けられ、外部から前記作動流体へ吸熱させる吸熱器(32)と、
前記管部材に設けられ、前記作動流体から外部へ放熱する放熱器(33)と、
前記管部材に設けられ、前記吸熱器と前記放熱器とに挟まれて、熱音響効果により熱エネルギと前記音波の音響エネルギとの間のエネルギ変換を行うスタック(31)と、
前記管部材に設けられ、液相の前記凝縮性流体を貯留するための貯液部(25)と、
前記管部材に設けられ、前記伝達経路で前記液相となった前記凝縮性流体を前記貯液部へ導く導液部(24)と、
前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を前記スタックへ供給する供給部(50、250、350)と、
を備え、
前記供給部は、前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を加熱して温度調節する温度調節装置(250、350)を有する熱音響機関。
A pipe member (20) in which a working fluid (10), which is a mixture of a non-condensable fluid (11) and a condensable fluid (12), is filled therein to form a sound wave transmission path of the working fluid in the gas phase. When,
A heat absorber (32) provided on the pipe member to absorb heat from the outside to the working fluid, and
A radiator (33) provided on the pipe member and radiating heat from the working fluid to the outside,
A stack (31) provided on the tube member, sandwiched between the heat absorber and the radiator, and performing energy conversion between thermal energy and acoustic energy of sound waves by a thermoacoustic effect.
A liquid storage unit (25) provided on the pipe member for storing the condensable fluid in the liquid phase, and
A liquid guide section (24) provided on the pipe member and guiding the condensable fluid, which has become the liquid phase in the transmission path, to the liquid storage section.
Supply units (50, 250, 350) that supply the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack, and
With
The supply unit is a thermoacoustic engine having a temperature control device (250, 350) for heating and adjusting the temperature of the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit.
前記供給部は、前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を前記スタックへ圧送するポンプ装置(52)を有する請求項1に記載の熱音響機関。 The thermoacoustic engine according to claim 1, wherein the supply unit has a pump device (52) for pumping the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack. 前記温度調節装置(350)は、前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を加熱する加熱モードと、前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を冷却して温度調節する冷却モードとを切り替え可能に構成された請求項1又は請求項2に記載の熱音響機関。 The temperature control device (350) has a heating mode for heating the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit and cooling the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit. The thermoacoustic engine according to claim 1 or 2, wherein the cooling mode for adjusting the temperature can be switched. 前記導液部は、前記伝達経路の下方側において前記伝達経路に臨むように形成されて、前記貯液部に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面(24)を有する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱音響機関。 Claims 1 to 3 include the liquid guide portion, which is formed so as to face the transmission path on the lower side of the transmission path and has an inclined surface (24) which is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion. The thermoacoustic engine according to any one of the above. 内部に非凝縮性流体(11)と凝縮性流体(12)との混合物である作動流体(10)が充填されて、気相の前記作動流体の音波の伝達経路を形成する管部材(20)と、
前記管部材に設けられ、外部から前記作動流体へ吸熱させる吸熱器(32)と、
前記管部材に設けられ、前記作動流体から外部へ放熱する放熱器(33)と、
前記管部材に設けられ、前記吸熱器と前記放熱器とに挟まれて、熱音響効果により熱エネルギと前記音波の音響エネルギとの間のエネルギ変換を行うスタック(31)と、
前記管部材に設けられ、液相の前記凝縮性流体を貯留するための貯液部(25)と、
前記管部材に設けられ、前記伝達経路で前記液相となった前記凝縮性流体を前記貯液部へ導く導液部(24)と、
前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を前記スタックへ供給する供給部(50、250、350)と、
を備え、
前記導液部は、前記伝達経路の下方側において前記伝達経路に臨むように形成されて、前記貯液部に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜面(24)を有する熱音響機関。
A pipe member (20) in which a working fluid (10), which is a mixture of a non-condensable fluid (11) and a condensable fluid (12), is filled therein to form a sound wave transmission path of the working fluid in the gas phase. When,
A heat absorber (32) provided on the pipe member to absorb heat from the outside to the working fluid, and
A radiator (33) provided on the pipe member and radiating heat from the working fluid to the outside,
A stack (31) provided on the tube member, sandwiched between the heat absorber and the radiator, and performing energy conversion between thermal energy and acoustic energy of sound waves by a thermoacoustic effect.
A liquid storage unit (25) provided on the pipe member for storing the condensable fluid in the liquid phase, and
A liquid guide section (24) provided on the pipe member and guiding the condensable fluid, which has become the liquid phase in the transmission path, to the liquid storage section.
Supply units (50, 250, 350) that supply the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack, and
With
The thermoacoustic engine having an inclined surface (24) formed so as to face the transmission path on the lower side of the transmission path and gradually positioned downward as it approaches the liquid storage section.
前記供給部は、前記貯液部に貯留された前記液相の前記凝縮性流体を前記スタックへ圧送するポンプ装置(52)を有する請求項5に記載の熱音響機関。 The thermoacoustic engine according to claim 5, wherein the supply unit has a pump device (52) for pumping the condensable fluid of the liquid phase stored in the liquid storage unit to the stack. 前記傾斜面は、前記管部材の少なくとも一部に形成されており、前記貯液部に近づくに従って漸次下方に位置付けられる傾斜管(23、212、222、22)により提供される請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の熱音響機関。 According to claim 4, the inclined surface is formed in at least a part of the pipe member, and is provided by an inclined pipe (23, 212, 222, 22) which is gradually positioned downward as it approaches the liquid storage portion. Item 6. The thermoacoustic engine according to any one of items 6.
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