(57)【要約】【課題】ループ筒及び導波筒を短くして全体の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得るもので、且つ組み付けが容易な熱音響機関を実現する。【解決手段】音響筒Ｔは、筒軸心方向に沿って内部空間を一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとに仕切られると共に、筒軸心方向の両端部位にて一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとが連結する形態で一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとが循環伝播路を形成する筒状本体Ｋ１を有し、筒状本体Ｋ１は、自身のすべての循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとが接合されて構成されている。【選択図】図１
2020118418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、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の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、前記原動機にて増幅された音響エネルギを電力又は熱に変換する音響エネルギ変換部を一つ以上設ける熱音響機関であって、
前記音響筒は、筒軸心方向に沿って内部空間を一方側空間と他方側空間とに仕切られると共に、前記筒軸心方向の両端部位にて前記一方側空間と前記他方側空間とが連結する形態で前記一方側空間と前記他方側空間とが循環伝播路を形成する筒状本体を有し、
前記循環伝播路に少なくとも前記原動機が配設され、
前記筒状本体は、自身のすべての前記循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材と他方側部材とが接合されて構成されている熱音響機関。
【請求項２】
前記音響筒は、前記筒状本体に連通接続される導波筒を有し、
前記一方側部材と前記他方側部材との何れか一方に、前記導波筒を接合する接合開口部が設けられている請求項１に記載の熱音響機関。
【請求項３】
前記筒状本体の前記内部空間には、前記一方側部材と前記他方側部材との接合状態において、前記内部空間を前記一方側空間と前記他方側空間とに仕切る仕切壁の一部を構成する一部仕切壁が前記一方側部材に設けられると共に、前記仕切壁の残部を構成する残部仕切壁が前記他方側部材に設けられ、
前記一方側部材と前記他方側部材との接合状態において、前記一部仕切壁と前記残部仕切壁との間に、シール部材が介装されている請求項１又は２に記載の熱音響機関。
【請求項４】
前記音響筒の内径の最大値が２．０ｃｍ以上１０ｃｍ以下である場合に、前記音響筒の内部圧力を１．０ＭＰａ以上に設定する請求項１〜３の何れか一項に記載の熱音響機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、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の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、前記原動機にて増幅された音響エネルギを電力又は熱に変換する音響エネルギ変換部を一つ以上設ける熱音響機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱音響機関として、音響筒として循環伝播路を形成するループ筒が設けられ、当該ループ筒に対して、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加熱器と冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を備える構成のものが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１８４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当該熱音響機関では、エネルギ密度を高めるべく、システムの小型化が望まれているが、既存の配筒、エルボ、及びチーズを連結してループ筒を形成する場合、特にエルボ及びチーズの形状の制限により、ループ筒が長くなると共に大型化することが避けられない。当該ループ筒の長さが長いほど、原動機にて生成される音波の共振周波数が低くなるため（波長が長くなるため）、上述したループ筒に導波筒を連結する構成を採用する場合や、原動機にて増幅された音響エネルギを電力又は熱に変換する音響エネルギ変換部が設けられる共鳴筒を導波筒に連結する構成を採用する場合、導波筒及び共鳴筒を長くせざるを得ず、システムが大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
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、音響筒の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得るもので、且つ組み付けが容易な熱音響機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための熱音響機関は、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、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の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、前記原動機にて増幅された音響エネルギを電力又は熱に変換する音響エネルギ変換部を一つ以上設ける熱音響機関であって、その特徴構成は、
前記音響筒は、筒軸心方向に沿って内部空間を一方側空間と他方側空間とに仕切られると共に、前記筒軸心方向の両端部位にて前記一方側空間と前記他方側空間とが連結する形態で前記一方側空間と前記他方側空間とが循環伝播路を形成する筒状本体を有し、
前記循環伝播路に少なくとも前記原動機が配設され、
前記筒状本体は、自身のすべての前記循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材と他方側部材とが接合されて構成されている点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、筒状本体を、自身のすべての循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材と他方側部材とを接合して構成するから、循環伝播路を形成する際に、従来技術の如くエルボやチーズを用いる必要がなくなり、更には循環伝播路としてのループ筒の中央に形成されていた空間も必要なくなるため、筒状本体の小型化を図ることができる。更に、筒状本体の小型化により、共鳴周波数を高くでき（波長を短くでき）、循環伝播路を形成するループ筒に連結される場合がある導波筒及び当該導波筒に連結される場合がある共鳴筒をも短くすることができる。これにより、熱音響機関の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得る熱音響機関を実現できる。
尚、本発明にあっては、一方側部材と他方側部材とを接合して循環伝播路を形成する筒状部材を構成するから、当該筒状部材の内部に原動機や往復動タービン型発電機等を設置する際に、一方側部材と他方側部材とを分割した状態で設置することができ、それらの位置決めや設置の容易性を向上できる。
以上より、音響筒の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得るもので、且つ組み付けが容易な熱音響機関を実現できる。
【０００８】
熱音響機関の更なる特徴構成は、
前記音響筒は、前記筒状本体に連通接続される導波筒を有し、
前記一方側部材と前記他方側部材との何れか一方に、前記導波筒を接合する接合開口部が設けられている点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、一方側部材と他方側部材との何れか一方に、導波筒を接合する接合開口部が設けられているから、音響筒を形成する際に、一方側部材と他方側部材との接合部位に干渉することなく、一方側部材と他方側部材とから成る筒状本体に導波筒を接合することができ、安定した接合状態を実現できる。
【００１０】
熱音響機関の更なる特徴構成は、
前記筒状本体の前記内部空間には、前記一方側部材と前記他方側部材との接合状態において、前記内部空間を前記一方側空間と前記他方側空間とに仕切る仕切壁の一部を構成する一部仕切壁が前記一方側部材に設けられると共に、前記仕切壁の残部を構成する残部仕切壁が前記他方側部材に設けられ、
前記一方側部材と前記他方側部材との接合状態において、前記一部仕切壁と前記残部仕切壁との間に、シール部材が介装されている点にある。
【００１１】
これまで説明してきた音響筒としての筒状本体の構成にあっては、仕切壁を通過して一方側空間と他方側空間との間で音波が伝播することは、音響エネルギの減衰に繋がるため避けることが好ましい。しかしながら、筒状本体の構成上、一部仕切壁と残部仕切壁との間を溶接等により封止することはできない。
上記特徴構成によれば、一方側部材と他方側部材との接合状態において、一部仕切壁と残部仕切壁との間に、シール部材が介装されているから、溶接等を用いることのない比較的簡易な構成を採用しつつも、仕切壁を通過して一方側空間と他方側空間との間で音波が伝播することを良好に防止することができる。
尚、音響筒としての筒状本体の内部には使用状態において、所望の出力を得るべく一定以上の圧力（例えば１ＭＰａＧ以上の圧力）がかけられることになるが、一方側空間と他方側空間とは同圧となるため、両者の間で一部仕切壁と残部仕切壁とが接合されて構成される仕切壁には高い耐圧は必要とされず、シール部材を介装するだけで、上述の効果を良好に発揮できる。
【００１２】
熱音響機関の更なる特徴構成は、
前記音響筒の内径の最大値が２．０ｃｍ以上１０ｃｍ以下である場合に、前記音響筒の内部圧力を１ＭＰａ以上に設定する点にある。
【００１３】
これまで説明してきた発明の如く、音響筒を小型化して内径の小径化を図る場合、粘性ロスが増大し出力が低下するという問題がある。
本発明の発明者らは、検討の結果、音響筒の内径の最大値を２．０ｃｍ以上１０ｃｍ以下に設定した場合、音響筒に内部圧力を１．０ＭＰａ以上に設定することで、音響筒を小型化し内径を小径化した場合であっても、一定以上の所望の出力を得られることを、シミュレーションにより確認した。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱音響機関の音響筒の分解斜視図
【図２】熱音響機関の組み付け図
【図３】熱音響機関の寸法関係及びエネルギバランスを示す概念図
【図４】音響筒が所定の筒径を有する場合における音響筒の内部圧力と出力との関係を示すグラフ図
【図５】音響筒の内径と伝搬効率等の関係を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る熱音響機関１００は、音響筒の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得るもので、且つ組み付けが容易なものに関する。以下、図面に基づいて、実施形態に係る熱音響機関１００について説明する。
【００１６】
熱音響機関１００は、図３に示すように、作動媒体（例えば、ヘリウム）が充填され音波が伝播する音響筒Ｔに、作動媒体を外部から加熱する加熱器７１と作動媒体を外部から冷却する冷却器７２と加熱器７１と冷却器７２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器７３とから成る原動機７０を少なくとも１つ以上（当該実施形態では１つ）設けると共に、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器８１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器８２と吸熱器８１と放熱器８２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器８３とから成る音響ヒートポンプ部８０（音響エネルギを電力又は熱に変換する音響エネルギ変換部の一例）を少なくとも１つ以上（当該実施形態では１つ）有する。
【００１７】
説明を追加すると、熱音響機関１００は、図３に示すように、作動媒体が充填され音波が伝播する第１ループ筒Ｔ１と第２ループ筒Ｔ２とが導波筒Ｔ３にて連結されて構成された音響筒Ｔを備え、当該実施形態においては、第１ループ筒Ｔ１に単一の原動機７０が設けられると共に第２ループ筒Ｔ２に単一の音響ヒートポンプ部８０が設けられている。
【００１８】
以下、作動媒体を外部から加熱する加熱器７１と作動媒体を外部から冷却する冷却器７２と加熱器７１と冷却器７２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器７３とから成る原動機７０について説明を加える。
【００１９】
加熱器７１は、詳細な図示は省略するが、熱媒ＨＷ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音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。加熱器７１は、フィンがジャケット部を通流する熱媒ＨＷにて加熱され、当該フィンから音響筒Ｔ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。
【００２０】
冷却器７２は、冷媒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音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。冷却器７２は、フィンがジャケット部を通流する冷媒ＣＷにて冷却され、当該フィンから音響筒Ｔの内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体を冷却する。
【００２１】
加熱器７１と冷却器７２との間に設けられる第１再生器７３は、例えば、音響筒Ｔの筒軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該筒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、筒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。
【００２２】
作動流体は、音響筒Ｔの内部において、その筒軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体を伝搬する音波は、加熱器７１と冷却器７２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。
作動流体を伝搬する音波は、冷却器７２から加熱器７１の側への進行波を形成する場合、加熱器７１近傍での第１再生器７３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７１のフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体を伝搬する音波は、加熱器７１から冷却器７２の側への進行波を形成する場合、冷却器７２の近傍での第１再生器７３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７２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、その音響エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の音響エネルギに変換される。
【００２３】
作動媒体としては、音波を伝播する気体から構成することができる。ここで、第１再生器７３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。また、発電を目的とする場合には、分子量の高い気体が望ましいため、アルゴン等の気体を混合しても良い。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。
【００２４】
原動機７０にて増幅された音波の音響エネルギは、音響筒Ｔの第１ループ筒Ｔ１から第２ループ筒Ｔ２の音響ヒートポンプ部８０へ伝搬する。
音響ヒートポンプ部８０は、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器８１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器８２と吸熱器８１と放熱器８２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器８３とから成る。
【００２５】
詳細な図示は省略するが、吸熱器８１は、出力冷媒Ｗｏｕｔを通流させるジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。吸熱器８１では、フィンがジャケット部を通流する出力冷媒Ｗｏｕｔから吸熱し、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンから吸熱する。
【００２６】
放熱器８２は、冷媒ＣＷ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音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。放熱器８２では、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンに放熱し、当該放熱された熱がジャケット部を通流する冷媒ＣＷへ放熱される。
【００２７】
ここで、音響ヒートポンプ部８０は、作動流体を伝搬する音波が、吸熱器８１から放熱器８２の側への進行波を形成する場合に圧縮し、放熱器８２から吸熱器８１の側へ進行波を形成する場合に膨張するように、その吸熱器８１と第２再生器８３と放熱器８２とが音響筒Ｔにおける適切な位置に配置されている。
これにより、作動流体を伝搬する音波が吸熱器８１から放熱器８２の側への進行波を形成する場合、第２再生器８３にて圧縮しながら吸熱して昇温し、放熱器８２にて高温となった状態で放熱する。これにより、放熱器８２ではジャケット部を通流する冷媒ＣＷが、吸熱器８１のジャケット部を通流する出力冷媒Ｗｏｕｔよりも高温の作動媒体と熱交換する形態で加熱される。
一方、作動流体を伝搬する音波が放熱器８２から吸熱器８１の側への進行波を形成する場合、作動媒体は、第２再生器８３にて膨張しながら放熱して降温し、吸熱器８１にて低温となった状態で吸熱する。これにより、吸熱器８１ではジャケット部を通流する出力冷媒Ｗｏｕｔは、十分に低温となった作動媒体に吸熱される形態で、降温することとなる。
因みに、上述の如く、第２再生器８３にて圧縮しながら吸熱する工程、及び膨張しながら放熱する工程において、音波の音響エネルギが消費され、音波は減衰するが、音響エネルギは、原動機７０から逐次補充されるので、音響ヒートポンプ部８０のヒートポンプ機能が維持されることとなる。
【００２８】
吸熱器８１と放熱器８２との間に設けられる第２再生器８３は、その形状や材質については、第１再生器７３と変わるところがない。
尚、音響筒Ｔの筒径、筒長さ、形状等は、特に、第１再生器７３及び第２再生器８３の貫通孔の孔径に基づいて、原動機７０の熱エネルギから音響エネルギへの変換効率、音響ヒートポンプ部８０の音響エネルギから熱エネルギへの変換効率が高くなるように、適宜設定される。
【００２９】
さて、当該実施形態に係る熱音響機関１００にあっては、構成の小型化を図るべく、図１の分解斜視図及び図２の組み付け図に示すように、音響筒Ｔとしての第１ループ筒Ｔ１を筒状本体Ｋ１から構成している。
図１に示すように、筒状本体Ｋ１は、筒軸心方向（図２でＰ０）に沿って内部空間を一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとに仕切られると共に、筒軸心方向の両端部位にて一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとが連結する形態で一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとが循環伝播路（Ｌ１ａ及びＬ１ｂとが連結された流路）を形成するものであり、筒状本体Ｋ１は、自身のすべての循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとが接合されて構成されている。
因みに、一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとは、その外周すべてを溶接される形態で接合状態となる。更に、筒状本体Ｋ１の内部空間には、一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとの接合状態において、内部空間を一方側空間Ｌ１ａと他方側空間Ｌ１ｂとに仕切る仕切壁の一部を構成する一部仕切壁Ｔ１ｂが一方側部材Ｔ１ａに設けられると共に、仕切壁の残部を構成する残部仕切壁Ｔ１ｉが他方側部材Ｔ１ｈに設けられ、一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとの接合状態において、一部仕切壁Ｔ１ｂと残部仕切壁Ｔ１ｉとの間に、シール部材Ｔ１ｊが介装されており、一部仕切壁Ｔ１ｂと残部仕切壁Ｔ１ｉとの間が気密に接続されている。
更に、筒状本体Ｋ１の内部空間の他方側空間Ｌ１ｂには、加熱器７１と冷却器７２と原動機７０とから構成される原動機７０が配設されており、一方側部材Ｔ１ａには、内部空間の両端部位の何れか一方で他方側空間Ｌ１ｂに近い部位に、導波筒Ｔ３が溶接により接合される接合開口部Ｔ１ｃが形成されている。
因みに、当該実施形態においては、接合開口部Ｔ１ｃに係る構成を除き、一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとは同一形状に構成されている。
【００３０】
尚、音響筒Ｔは、第１ループ筒Ｔ１に加えて第２ループ筒Ｔ２も含んで構成されており、当該第２ループ筒Ｔ２を筒状本体Ｋ２から構成している。当該筒状本体Ｋ２は、筒状本体Ｋ１に対し、筒軸心方向（図２でＰ０又はＰ１）に沿う長さが長い点を除き、同一の構成を有している。
図１に示すように、筒状本体Ｋ２は、筒軸心方向（図２でＰ１）に沿って内部空間を一方側空間Ｌ２ａと他方側空間Ｌ２ｂとに仕切られると共に、筒軸心方向の両端部位にて一方側空間Ｌ２ａと他方側空間Ｌ２ｂとが連結する形態で一方側空間Ｌ２ａと他方側空間Ｌ２ｂとが循環伝播路（Ｌ２ａ及びＬ２ｂとが連結された流路）を形成するものであり、筒状本体Ｋ２は、自身のすべての循環伝播路を通る断面にて分割される一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとが接合されて構成されている。
因みに、一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとは、その外周すべてを溶接される形態で接合状態となる。更に、筒状本体Ｋ２の内部空間には、一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとの接合状態において、内部空間を一方側空間Ｌ２ａと他方側空間（図示せず）とに仕切る仕切壁の一部を構成する一部仕切壁（図示せず）が一方側部材Ｔ２ａに設けられると共に、仕切壁の残部を構成する残部仕切壁Ｔ２ｉが他方側部材Ｔ２ｈに設けられ、一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとの接合状態において、一部仕切壁（図示せず）と残部仕切壁Ｔ２ｉとの間に、シール部材Ｔ２ｊが介装されており、一部仕切壁（図示せず）と残部仕切壁Ｔ２ｉとの間が気密に接続されている。
更に、筒状本体Ｋ２の内部空間の一方側空間Ｌ２ａには、吸熱器８１と放熱器８２と第２再生器８３とから構成される音響ヒートポンプ部８０が配設されており、一方側部材Ｔ２ａには、内部空間の両端部位の何れか一方で一方側空間Ｌ２ａに近い部位に、導波筒Ｔ３が溶接により接合される接合開口部Ｔ２ｃが形成されている。
因みに、当該実施形態においては、接合開口部Ｔ２ｃに係る構成を除き、一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとは同一形状に構成されている。
【００３１】
当該実施形態に係る音響筒Ｔでは、熱音響機関１００として働く場合、所定の出力を出すべく、その内部圧力を一定以上（例えば、１．０ＭＰａ以上）に設定する必要がある。このため、筒状本体Ｋ１、Ｋ２は、一定の耐圧を有する材料から構成することが好ましく、例えば、ステンレス鋼等の材料を好適に用いることができる。
【００３２】
〔寸法関係及びエネルギバランスについて〕
これまで説明してきた熱音響機関１００にあっては、その全体構成を小型化することが可能であるが、小型化に伴い音響筒Ｔの筒径を数ｃｍまで小さくした場合、粘性ロスが増大し、十分な出力が得られない場合がある。以下では、所定の寸法関係を有する熱音響機関１００において、エネルギバランスを算出すると共に、当該寸法関係を有する熱音響機関１００における音響筒Ｔの内部圧力と出力との関係をシミュレーションにより算出し、所定の寸法関係の熱音響機関１００において適切な出力を発揮可能な音響筒Ｔの適切な内部圧力の範囲を導出した。
【００３３】
図３に示す熱音響機関１００において、音響筒Ｔの筒内直径は３ｃｍであり、Ｘ０を始点として筒軸心方向に沿ったＸ０〜Ｘ１１の位置は、以下の表１に示す通りである。尚、図３の熱音響機関１００は、模式図であり、筒内直径の値の縮尺とＸ０〜Ｘ１１で示す位置の縮尺とは同一ではない。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
第１再生器７３及び第２再生器８３の微細流路半径を０．０３６ｍｍとし、空隙率を８３％とし、作動媒体をＨｅとし、金属メッシュの目開きが０．１４ｍｍ、線径が０．０４ｍｍ、発振周波数を３２０Ｈｚとし、音響筒Ｔの内部圧力を１．０ＭＰａとした場合のエネルギバランスを示す。
冷却器７２では、冷媒ＣＷの流入温度ｔ１が１５℃で吸熱量Ｑ１が１３６９Ｗの状態で通流し、加熱器７１では、熱媒ＨＷの流入温度ｔ２が４００℃で放熱量Ｑ２が１８８１Ｗの状態で通流し、放熱器８２では、冷媒ＣＷの流入温度ｔ３が１５℃で作動媒体による放熱量Ｑ３が５３８Ｗの状態で通流するものとした。この場合、吸熱器８１では、出力冷媒Ｗｏｕｔの作動媒体による吸熱量Ｑ４が１９３Ｗの状態で出力温度ｔ４が−５０℃の状態で通流することとなった。
【００３６】
尚、原動機７０での熱音変換効率は２７％とし、発生する音響エネルギΔＱｇは５１２Ｗとなる。原動機から音響ヒートポンプへの伝搬で、音響エネルギは５１２Ｗから、３４５Ｗに減衰する。音響ヒートポンプ部８０の音熱変換効率は５６％とし、変換され消費された音響エネルギΔＱｈは３４５Ｗとなる。
【００３７】
ここで、これまで説明した寸法関係を有する熱音響機関１００の音響筒Ｔの内部圧力が変化した場合において、原動機７０への入力熱エネルギ、原動機７０から出力される音響エネルギ、及び変換効率を、図４に示す。
図４から、出力としての音響エネルギは、熱交換量の制限を考慮しない場合、内部圧力に比例して大きくなることがわかる。熱音響機関１００の出力を冷凍機に用いる場合、２０％以上の変換効率が望まれるため、上記寸法関係の熱音響機関１００では、実用的には１．０ＭＰａ以上の加圧が必要である。
【００３８】
更に、音響筒Ｔの内径をパラメータとし、内部圧力を２．５ＭＰａとした場合のシミュレーション結果を図５に示す。その他の条件は、上述したものと同一であるとする。
図５に示すシミュレーション結果から、内径が１．５ｍｍ以下では伝搬ロスが大きく、システムが成立しないと言える。当該シミュレーション結果から、内部圧力が１．０ＭＰａ以上において、音響筒Ｔの内径の最大値が２．０ｃｍ以上１０ｃｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態にあっては、音響エネルギ変換部として、音響ヒートポンプ部８０を備える構成例を示した。
音響エネルギ変換部としては、音響ヒートポンプ部８０に替えて、音波の振動から電力を発生する往復動型タービン発電機を備える構成を採用しても構わない。
説明を追加すると、往復動型タービン発電機は、図示は省略するが、音響筒Ｔの第２ループ筒Ｔ２の筒内部において、一の回転翼と、当該回転翼を挟む状態で設けられる一対の固定翼を備えている。当該構成においては、回転翼は、一方の固定翼にて旋回され回転翼へ向かう音波と、他方の固定翼にて旋回され回転翼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、一対の固定翼は、両者により旋回される音波が回転翼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る。
更に、回転翼には、誘導発電機としての回転子が設けられると共に、音響筒Ｔの筒軸心方向で回転翼が設けられている部位で音響筒Ｔの筒外径部位には、誘導発電機としての固定子が設けられおり、回転翼と共に回転子が回転することで固定子としてのコイルにて誘導起電力を発生する。
当該構成を採用することにより、音響筒Ｔ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。
【００４０】
（２）上記実施形態において、音響筒Ｔは、第１ループ筒Ｔ１に加え、第２ループ筒Ｔ２と、導波筒Ｔ３とから構成される例を示した。
しかしながら、音響筒Ｔは、第１ループ筒Ｔ１のみから構成しても構わず、当該第１ループ筒Ｔ１を筒状本体Ｋ１としての一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとから構成しても構わない。当該構成を採用する場合、原動機７０及び音響エネルギ変換部は、当該第１ループ筒Ｔ１に設けられる。また、一方側部材Ｔ１ａには、導波管Ｔ３が接合される接合開口部Ｔ１ｃが設けられない構成が採用される。
更に、当該構成において、音響筒Ｔを、第１ループ筒Ｔ１と、当該第１ループ筒Ｔ１に連接される導波筒Ｔ３とから構成しても構わない。この場合、第１ループ筒Ｔ１に原動機７０を設けると共に、導波筒Ｔ３に音響エネルギ変換部として、往復動型タービン発電機を備える構成を採用しても構わない。
【００４１】
（３）上記実施形態において、第１ループ筒Ｔ１を構成する筒状本体Ｋ１としての一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとは、溶接により接合されている例を示した。他の例として、一方側部材Ｔ１ａと他方側部材Ｔ１ｈとは、互いに鍔部を有し、当該鍔部をボルト等により締結する形態で、接合される構成を採用しても構わない。
第２ループ筒Ｔ２を構成する一方側部材Ｔ２ａと他方側部材Ｔ２ｈとの接合についても同様であり、また、導波筒Ｔ３と一方側部材Ｔ１ａとの接合、導波筒Ｔ３と一方側部材Ｔ２ａとの接合についても同様である。
【００４２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の熱音響機関は、ループ筒及び導波筒を短くして全体の小型化を図ることができ、家庭用にも適用し得るもので、且つ組み付けが容易な熱音響機関として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
７０      ：原動機
７１      ：加熱器
７２      ：冷却器
７３      ：第１再生器
８０      ：音響ヒートポンプ部
８１      ：吸熱器
８２      ：放熱器
８３      ：第２再生器
１００    ：熱音響機関
Ｌ１ａ    ：一方側空間
Ｌ１ｂ    ：他方側空間
Ｌ２ａ    ：一方側空間
Ｌ２ｂ    ：他方側空間
Ｔ１ａ    ：一方側部材
Ｔ１ｂ    ：一部仕切壁
Ｔ１ｃ    ：接合開口部
Ｔ１ｈ    ：他方側部材
Ｔ１ｉ    ：残部仕切壁
Ｔ１ｊ    ：シール部材
Ｔ２ａ    ：一方側部材
Ｔ２ｃ    ：接合開口部
Ｔ２ｈ    ：他方側部材
Ｔ２ｉ    ：残部仕切壁
Ｔ２ｊ    ：シール部材
Ｔ３      ：導波筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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