(57)【要約】【課題】より大きな音響エネルギーが得られるようにする。【解決手段】音響伝達管２０内に配置され、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する蓄熱器４１と、蓄熱器４１の第一の端面に入熱する加熱装置４３と、蓄熱器４１の第二の端面を冷却する冷却装置４２と、を備え、エネルギー変換部の第一の端面と第二の端面との間に温度勾配を形成して音響エネルギーを増幅させる。蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、第一の端面の温度である入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液相変化を生じる１種類以上の凝縮性流体を含む作動流体が封入された音響伝達管（２０）と、前記音響伝達管内に配置され、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するエネルギー変換部（４１）と、前記エネルギー変換装部の第一の端面に入熱する入熱装置（４３）と、前記エネルギー変換装部の第二の端面を冷却する冷却装置（４２）と、を備え、前記エネルギー変換部の前記第一の端面と前記第二の端面との間に温度勾配を形成して前記音響エネルギーを増幅させる熱音響装置であって、
前記エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、前記第一の端面の温度である入熱温度および前記凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整される熱音響装置。
【請求項２】
前記入熱温度と前記凝縮性流体の沸点とを近づけるよう前記入熱温度および前記凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させる請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
前記入熱温度と前記凝縮性流体の沸点とを近づけるよう前記入熱温度および前記凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させる制御部（８０）を備えた請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記エネルギー変換装部により変換された前記音響エネルギーを消費する消費部（７０）を備え、
前記制御部は、前記消費部で消費されたエネルギーを測定する請求項３に記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記音響伝達管に封入された前記作動流体の圧力を測定する圧力測定部（８６、８６ａ、８６ｂ）を備えた請求項３または４に記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記入熱温度を測定する温度測定部（６０）を備えた請求項３ないし５のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項７】
前記制御部は、ユーザによって設定された設定温度に前記入熱温度が近付くよう前記入熱温度を調整する請求項３ないし６のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項８】
前記入熱装置は、排気ガスの熱を熱源として前記エネルギー変換装部の第一の端面に入熱し、
前記制御部は、前記入熱温度を前記排気ガスの温度帯よりも温度変動幅が小さな温度範囲とするよう前記入熱装置を制御する請求項３ないし７のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項９】
前記作動流体は、２種類以上の前記凝縮性流体を含んでおり、
前記制御部は、前記エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、２種類以上の前記凝縮性流体の混合比を調整する請求項３ないし８のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項１０】
前記入熱装置は、前記凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源とし、
前記入熱温度は、前記高温流体の温度よりも低くなっている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項１１】
前記高温流体を前記エネルギー変換装部の第一の端面の近傍へと導く配管（３）を備え、
前記高温流体の温度は、前記配管の周囲の温度よりも高くなっている請求項１０に記載の熱音響装置。
【請求項１２】
前記配管は、蛇行する蛇行部（３３）を有している請求項１１に記載の熱音響装置。  
【請求項１３】
前記配管の内部の流路を開閉するバルブ（４１０）を備えた請求項１１または１２に記載の熱音響装置。
【請求項１４】
前記配管は、前記バルブを迂回して前記高温流体が流れる迂回路（３４）を有している請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項１５】
前記バルブを迂回して前記迂回路を前記高温流体が流れることにより前記エネルギー変換装部の第一の端面の近傍に到達する前記高温流体の温度が低下する請求項１４に記載の熱音響装置。
【請求項１６】
前記音響伝達管の内部の前記作動流体の圧力である全圧が大気圧よりも高くなっている請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項１７】
前記音響伝達管は、環状の入熱側ループ管（２１）と、前記入熱側ループ管と接続された直線状の共鳴管（２３）を有し、
前記入熱側ループ管の内部を流れる前記作動流体の一方向流れが抑制される構成となっている請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項１８】
前記入熱側ループ管の内部を流れる前記作動流体の一方向流れを抑制する振動壁（４５、５４）を備えた請求項１７に記載の熱音響装置。
【請求項１９】
前記音響伝達管は、密閉容器によって構成されている請求項１８に記載の熱音響装置。
【請求項２０】
前記音響伝達管の内部に進行波が共鳴するよう構成されている請求項１７ないし１９のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項２１】
前記音響伝達管の一部が環状になっており、
前記エネルギー変換装部は、環状になった前記音響伝達管の一部に配置されている請求項２０に記載の熱音響装置。
【請求項２２】
前記音響伝達管は、直線状の共鳴管（２３）を有し、
前記共鳴管の一端は、環状になった前記音響伝達管の一部と連結されており、
前記エネルギー変換装部は、環状になった前記音響伝達管の一部と前記共鳴管の一端との連結部から最も離れた部位よりも環状になった前記音響伝達管の一部と前記共鳴管の一端との連結部に近い位置に配置されている請求項２１に記載の熱音響装置。
【請求項２３】
前記入熱温度と前記凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、前記入熱温度および前記凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させる請求項１ないし２０のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【請求項２４】
前記凝縮性流体の沸点の飽和蒸気圧は、前記音響伝達管の内部の圧力である全圧であり、
前記入熱温度に対応する前記凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、前記音響伝達管の内部の圧力である全圧の半分以上、かつ、前記全圧の２倍以下となるよう前記第一の端面の温度である入熱温度および前記凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整される請求項１ないし２０のいずれか１つに記載の熱音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載された相変化型熱音響装置がある。この装置は、非凝縮性流体と凝縮性流体を混合させた作動流体が充填された管を有し、この管に充填された作動流体の相変化を利用して低温度でも熱エネルギーを音響エネルギーに変換できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の熱音響装置においては、より大きな音響エネルギーが得られるようにすることが求められている。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みたもので、より大きな音響エネルギーが得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、気液相変化を生じる１種類以上の凝縮性流体を含む作動流体が封入された音響伝達管（２０）と、音響伝達管内に配置され、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するエネルギー変換部（４１）と、を備えている。また、エネルギー変換装部の第一の端面に入熱する入熱装置（４３）と、エネルギー変換装部の第二の端面を冷却する冷却装置（４２）と、を備えている。そして、エネルギー変換部の第一の端面と第二の端面との間に温度勾配を形成して音響エネルギーを増幅させる。
【０００７】
また、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、第一の端面の温度である入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整される。
【０００８】
上記した構成よれば、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、第一の端面の温度である入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整されるので、より大きな音響エネルギーを得られるようにすることができる。
【０００９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２】仕事流増幅率と入熱温度の関係を示した図である。
【図３】水の蒸気圧曲線を表した図である。
【図４】高温側から低温側に冷媒流れが生じた様子を示した図である。
【図５】高温側から低温側に冷媒流れが生じた際に蒸気が凝縮する様子を示した図である。
【図６】低温側から高温側に冷媒流れが生じた様子を示した図である。
【図７】低温側から高温側に冷媒流れが生じた際に水が蒸発する様子を示した図である。
【図８】作動流体の圧力を低圧、中圧、高圧にしたときの入熱温度に対する仕事流増幅率の実験結果を示した図である。
【図９】予め入熱温度を調整しておくことによって大きな音響エネルギーが得られることについて説明するための図である。
【図１０】主要入熱温度帯に入熱温度のピークが入るように入熱温度を制御する場合の説明図である。
【図１１】入熱温度帯を小さくすることで、熱音響装置の出力を安定化させることが可能であることについての説明図である。
【図１２】熱音響装置の出力が所望の出力となるように入熱温度を制御することで熱音響装置の出力を安定化させることが可能であることについての説明図である。
【図１３】第２実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１４】第３実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１５】第４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１６】第４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１７】第４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１８】第４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図１９】第５実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２０】第５実施形態に係る熱音響装置のＥＣＵのフローチャートである。
【図２１】第６実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２２】第７実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２３】第８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２４】第８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２５】第８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２６】第８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２７】第９実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図２８】第９実施形態に係る熱音響装置のＥＣＵのフローチャートである。
【図２９】第１０実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３０】第１１実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３１】第１２実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３２】第１２実施形態に係る熱音響装置のＥＣＵのフローチャートである。
【図３３】第１３実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３４】第１４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３５】第１５実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３６】第１６実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３７】第１７実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図３８】配管の断面形状を示した図である。
【図３９】配管の断面形状を示した図である。
【図４０】配管の断面形状を示した図である。
【図４１】配管の断面形状を示した図である。
【図４２】配管の断面形状を示した図である。
【図４３】第１８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４４】第１９実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４５】第２０実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４６】第２１実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４７】第２２実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４８】第２３実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図４９】第２４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５０】第２５実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５１】第２６実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５２】第２７実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５３】第２８実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５４】第２９実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５５】第３０実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５６】ストレート型の音響伝達管２０を備えた熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５７】第３０実施形態に係る熱音響装置の変形例を示した図である。
【図５８】第３１実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図５９】第３２実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図６０】音響伝達管の一端が開放された大気開放型熱音響機関の概略構成を示した図である。
【図６１】第３３実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【図６２】第３３実施形態に係る熱音響装置の定常状態を示した図である。
【図６３】第３４実施形態に係る熱音響装置の概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る熱音響装置について図１〜図１２を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、ストレート型の音響伝達管２０を備えるストレート型熱音響機関として構成されており、外部から音響伝達管２０の一端側に入力される音響を増幅し、この増幅した音響を音響伝達管２０の他端側から出力する。
【００１３】
本熱音響装置１は、音響伝達管２０および原動機４０を備えている。原動機４０は、蓄熱器４１の両端部間に温度勾配を形成して作動流体７の音響パワーを増幅させるものであり、蓄熱器４１、冷却装置４２、加熱装置４３を備えている。なお、蓄熱器４１は、エネルギー変換部に相当する。
【００１４】
蓄熱器４１は、複数の細管を束状にしたものである。蓄熱器４１の細管の束は、小さな流路を有するものであれば良く、例えば、ステンレス等の金属をメッシュ状にして積層したものとして構成することもできる。また、蓄熱器４１は、例えば、ハニカムセラミックスを用いて構成することもできる。蓄熱器４１には、不図示の液体供給器から液体が供給されるようになっている。
【００１５】
ここで、蓄熱器４１の両端を挟むように、加熱装置４３が蓄熱器４１の一端側に配置され、冷却装置４２がその反対側、すなわち蓄熱器４１の他端側に配置されている。
【００１６】
音響伝達管２０は、作動流体７が満たされる直線状の円筒管である。作動流体７は、気液相変化を生じる凝縮性流体と非凝縮性流体とを含んでいる。
【００１７】
凝縮性流体は、音響伝達管２０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。凝縮性流体としては、例えば、水、炭酸、フロン等を用いることができる。
【００１８】
非凝縮性流体は、音響伝達管２０内部において、常に気相状態となる。非凝縮性流体としては、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、空気、水素や、これらの混合物を用いることができる。
【００１９】
蓄熱器４１は、音響伝達管２０の管路に設けられる。蓄熱器４１は、該蓄熱器４１の両端部間に温度勾配を形成して作動流体７の音響パワーを増幅させる。蓄熱器４１は、加熱装置４３側の端部と、冷却装置４２側の端部との間に生じる温度差を保つことによって、主として作動流体７の音響パワーを増幅する機能を有している。
【００２０】
蓄熱器４１には、不図示の液体供給器が接続されている。この液体供給器は、蓄熱器４１の流路を濡らす装置である。液体供給器には、蓄熱器４１の流路に供給するための液体が備えられている。液体としては、例えば、水やアルコールを使用することができる。
【００２１】
加熱装置４３は、蓄熱器４１の一端側に隣接して音響伝達管２０の管路に設けられ、蓄熱器４１の加熱装置４３側の端部を加熱するものである。加熱装置４３は、入熱装置に相当する。本実施形態の加熱装置４３は、ＥＣＵ８０によって制御される電源８１から供給される電力に応じて作動する電気ヒータにより構成されている。加熱装置４３は、例えば、加熱用の熱交換器から構成される。具体的には、加熱装置４３は、例えば、メッシュ板等の多数枚の金属板が微小ピッチで積層された構成とされる。
【００２２】
冷却装置４２は、蓄熱器４１の他端側に隣接して音響伝達管２０の管路に設けられ、蓄熱器４１の他端部の熱を外部に放出するものである。すなわち、冷却装置４２は、冷却水や空気等を用いて蓄熱器４１の他端の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。冷却装置４２は、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。冷却装置４２としては、基本的には加熱装置４３と同一構成とされており、例えば、メッシュ板等の多数枚の金属板が微小ピッチで積層された構成とされている。この冷却装置４２は、その周囲に不図示の冷却ブラケットが配置されている。この冷却ブラケットには図示しない冷却水路が接続されている。そして、冷却装置４２は、冷却水路を流れる冷却水により、一定の冷却温度を維持する構成となっている。
【００２３】
次に、本熱音響装置１の作動について説明する。
【００２４】
まず、音響伝達管２０の他端から、作動流体７の音響パワーを入力音波として入力する。この音波は、音響伝達管２０を進行して原動機４０に伝達される。次に、ＥＣＵ８０は、電源８１を制御して加熱装置４３を加熱させる。さらに、冷却装置４２に設けられた冷却水路に冷却水を供給して冷却装置４２を冷却する。これにより、蓄熱器４１の両端に温度差が生じる。
【００２５】
次に、蓄熱器４１に接続された液体供給器から蓄熱器４１に液体を供給して蓄熱器４１の流路を濡らす。これにより、音響伝達管２０の一端側から原動機４０に伝達された音響パワーは、原動機４０において増幅され、音響伝達管２０の他端側から出力される。なお、熱音響装置１の駆動中は、気体の凝縮と蒸発を効率よく生じさせるため、蓄熱器４１の流路に液体を供給し続けることが好ましい。
【００２６】
なお、ここでは、音波入力、温度勾配形成、液体供給をこの順に行うものとしたが、これらの順序は特に規定されるものではなく、どの順序で行ってもよい。例えば、予め蓄熱器４１の流路を濡らしてから、蓄熱器４１の温度勾配を形成さてもよい。また、蓄熱器４１の温度勾配を形成させてから、音波を入力してもよい。
【００２７】
このような熱音響装置１においては、大きな音響エネルギーが得られることが望まれているが、実際には、大きな音響エネルギーを得ることは難しいといった問題がある。そこで、本発明者らは、大きな音響エネルギーを得られるようにすべく鋭意検討を行った。
【００２８】
音響は冷媒圧力の変動であるため、音響増幅のためには、加圧と減圧のサイクルを繰り返す必要がある。気液相変化による蒸発凝縮サイクルを利用することで、蒸発時に蒸気が冷媒に流入することで冷媒加圧が生じ、凝縮時に蒸気が冷媒から流出することで冷媒減圧が生じるため、音響を増幅することができる。気液相変化を有効に利用した場合は、気液相変化を利用しない場合である入熱による加圧と冷却による減圧と比べ、大きな音響増幅につなげることができ、大きな出力を得られることになる。
【００２９】
本研究者らは、図２に示すように、入熱温度が好ましい温度帯であるときに、特に大きく出力が向上することを見出した。縦軸に含まれる仕事流とは単位時間あたりに音響が運ぶ音響パワーのことである。なお、図中の「相変化あり」は、液体で蓄熱器４１の流路を濡らした場合の特性であり、図中の「相変化なし」は、液体で蓄熱器４１の流路を濡らさない場合の特性である。仕事流増幅率とは蓄熱器４１の前後における仕事流の比のことをいう。ここで、低音側仕事流をＩｃ、高温側仕事流をＩｈとすると、仕事流増幅率は、Ｉｈ／Ｉｃとして表すことができる。
【００３０】
音響を定在波と進行波に分類すると、冷媒の加圧減圧で生じる変動圧力と流速の位相の最大値のずれが９０°ずれる定在波では仕事流をもたず、圧力変動と流速の位相がすれない進行波が仕事流を持つ。
【００３１】
次に、仕事流増幅率のピークが生じる理由について説明する。
【００３２】
一般的に、図３に示すように、凝縮性流体である水の蒸気圧は、温度上昇に伴って急激に増加する。蓄熱器４１に相当するエネルギー変換装置の両端に温度勾配が設けられているため、エネルギー変換装置の両端に蒸気圧差がつく。この状態で、図４〜図５に示すように、高温側から低温側に冷媒流れが生じると、高蒸気圧の冷媒が低温側に流れるため、低温側の飽和蒸気圧を超えた冷媒が低温側の領域に流入することになり、蒸気は凝縮する。逆に、図６〜図７に示すように、低温側から高温側に冷媒流れが生じると、低蒸気圧の冷媒が高温側の領域に流入するため、蒸発が生じる。この蒸発凝縮サイクルは作動流体が高温側へ移動するときに蒸発し、作動流体が低温側へ移動するときに凝縮するサイクルである。エネルギー変換装置は細い流路で構成されており、流路断面内で速やかな蒸気拡散が生じるため、蒸発凝縮と作動流体の加圧減圧で向上する変動圧力の位相差が小さい。即ち、流速と変動圧力の位相差も小さく、進行波の増幅が生じる。
【００３３】
ここで、ピークより低温側で急激な立ち上がりが生じる理由について説明する。
【００３４】
エネルギー変換装置の両端の蒸気圧差を大きくすることで、大きな仕事流の増幅を得ることができる。入熱温度が好ましい温度帯よりも小さい場合、凝縮性流体の飽和蒸気圧は小さいために蒸発凝縮量も小さくなるため、音響増幅は小さなものとなる。入熱温度が上昇することで、入熱温度に対応する飽和蒸気圧が急激に増加することに伴い、蒸発凝縮量も急激に増加するため、低い入熱温度の時に比べ、非常に大きな仕事流の増幅を起こすことができる。
【００３５】
次に、ピークより高温側で仕事流増幅率が減衰する理由について説明する。
【００３６】
入熱温度が好ましい温度帯よりも高い場合、蒸発量が凝縮量に比べて多くなるため、蒸発凝縮サイクルのバランスが崩れ、加圧に比べ減圧が間に合わず、仕事流増幅が小さくなる。特に沸点を超えた領域では凝縮はほとんど起きず、仕事流増幅ができなくなる。低温側から高温側への一方向流れがある場合、沸点よりも低い温度帯でも蒸発量が凝縮量と比べて多くなるため、出力のピークは沸点よりも小さくなる。
【００３７】
したがって、入熱温度を好ましい温度帯に近づけることによって、大きな仕事流増幅生じさせ、出力を向上することができることが分かった。
【００３８】
そこで、本実施形態の熱音響装置１は、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度が調整される構成となっている。
【００３９】
具体的には、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度が調整される構成となっている。入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、ＥＣＵ８０は、電源８１を介して加熱装置４３を制御する。
【００４０】
より具体的には、ＥＣＵ８０は、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないよう、入熱温度を変化させる。
【００４１】
ＥＣＵ８０のメモリには、加熱装置４３への通電量と入熱温度の関係を示したマップが記憶されている。ＥＣＵ８０は、マップを参照して、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、電源８１を介して加熱装置４３を制御する。これにより、入熱温度を凝縮性流体の沸点に近付けることができるので、大きな仕事流増幅生じさせ、大きな音響エネルギーを得ることができる。
【００４２】
凝縮性流体の沸点の飽和蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧としたとき、本実施形態のＥＣＵ８０は、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧の半分以上、かつ、全圧の２倍以下となるよう入熱温度を調整する。
【００４３】
このように、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧の半分以上、かつ、全圧の２倍以下となるよう入熱温度を調整するのが好ましい。
【００４４】
図８は、作動流体７の圧力を低圧、中圧、高圧にしたときの入熱温度に対する仕事流増幅率の実験結果を示した図である。圧力毎に仕事流増幅率を０から１の間で規格化して示してある。図に示すように、作動流体７の圧力によって仕事流増幅率のピークとなる温度が異なっている。
【００４５】
つまり、本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を調整するようにしたが、作動流体７の圧力を調整することによって仕事流増幅率のピークを調整することも可能であることが分かる。
【００４６】
本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を調整するようにした。これに対し、入熱温度を調整するのではなく、予め、入熱温度や作動流体７の沸点を調整しておくことによって大きな音響エネルギーを得ることも可能である。
【００４７】
ここで、入熱温度が一定となっているものとする。この場合、図９のハッチングで示す仕事流増幅量の積分値が熱音響装置１の出力となる。図に示すように、低入熱温度でピークをもつ初期ピークに比べて第二ピークや第三ピークの方が熱音響装置１の出力は大きくなる。第二ピークと初期ピークを比べた場合、ピークが入熱温度帯に入らない場合であっても、図９中に示す入熱温度帯に近い第二ピークの方が熱音響装置１の出力を大きくすることができる。
【００４８】
図９の説明では、入熱温度が一定となっているものとしたが、実際には、入熱温度は時間の経過に伴って変化する。本実施形態では、加熱装置４３を熱源として蓄熱器４１の一端側を加熱したが、例えば、熱源として各種装置の排気熱を利用することもできる。しかし、この場合、排気熱の温度は時間の経過に伴って変化する。すなわち、動作開始時には蓄熱器４１の一端側が常温に近い温度となり、各種装置が動作を開始すると排気熱の温度が上昇する。この様な場合、図１０中に示す主要入熱温度帯に入熱温度のピークが入るように入熱温度を制御するのが好ましい。
【００４９】
なお、図１１に示すように、熱源による熱源温度帯と比較して入熱温度帯を小さくすることで、熱音響装置１の出力を安定化させることが可能となる。
【００５０】
例えば、熱源として各種装置の排気熱を利用する場合、動作開始時に蓄熱器４１の一端側を十分加熱できないことが考えられるが、図１２に示すように、熱音響装置１の出力が所望の出力となるよう入熱温度に排気温度を近づけることが好ましい。
【００５１】
また、図１２に示すように、入熱温度が所望の音響パワーの出力が得られる温度となるよう排気温度を調整するようにしてもよい。
以上、説明したように、本実施形態の熱音響装置１は、気液相変化を生じる１種類以上の凝縮性流体を含む作動流体が封入された音響伝達管２０と、音響伝達管内に配置され、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する蓄熱器４１と、を備えている。また、蓄熱器４１の第一の端面に入熱する加熱装置４３と、蓄熱器４１の第二の端面を冷却する冷却装置４２と、を備え、エネルギー変換部の第一の端面と第二の端面との間に温度勾配を形成して音響エネルギーを増幅させる。
【００５２】
そして、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度が調整されるよう構成されている。
【００５３】
上記した構成によれば、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度が調整されるので、より大きな音響エネルギーを得られるようにすることができる。
【００５４】
また、本実施形態の熱音響装置１は、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度が変化する。
【００５５】
このように、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を変化させることができる。
【００５６】
具体的には、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度を変化させる制御部８０を備えている。制御部８０は、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度を変化させることができる。
【００５７】
また、本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を変化させる。このように、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を変化させることもできる。
【００５８】
また、本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないよう、入熱温度を変化させる。
【００５９】
このように、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないよう、入熱温度を変化させることもできる。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る熱音響装置について図１３を用いて説明する。上記第１実施形態では、電気ヒータにより加熱装置４３を構成したが、本実施形態の熱音響装置１は、ペルチェ素子により加熱装置４３を構成している。なお、加熱装置４３は、ＥＣＵ８０によって制御される電源８１から供給される電力に応じて作動する。
【００６１】
音響伝達管２０の一端から、作動流体７の音響パワーを入力音波として入力すると、この音波は、音響伝達管２０を進行して原動機４０に伝達される。
【００６２】
ＥＣＵ８０は、電源８１を制御して加熱装置４３を加熱させる。さらに、冷却装置４２に設けられた冷却水路に冷却水を供給して冷却装置４２を冷却する。これにより、蓄熱器４１の両端に温度差が生じる。
【００６３】
次に、蓄熱器４１に接続された液体供給器から蓄熱器４１に液体を供給して蓄熱器４１の流路を濡らす。これにより、原動機４０に伝達された音響パワーは、原動機４０において増幅され、音響伝達管２０の他端から出力される。
【００６４】
本実施形態の加熱装置４３は、入熱だけでなく冷却も行うことが可能となっている。したがって、応答性よく所望の音響パワーを得ることが可能である。
【００６５】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る熱音響装置について図１４を用いて説明する。本実施形態の熱音響装置１は、常温冷却水が流れる配管３０１と、配管３０１に常温冷却水を供給するポンプ８２と、超低温冷却水が流れる配管３０２と、配管３０２に超低温冷却水を供給するポンプ８３と、ポンプ８２〜８３を制御するＥＣＵ８０と、を備えている。
【００６６】
ＥＣＵ８０に制御に応じてポンプ８３から超低温冷却水が配管３０２に供給されるとともにＥＣＵ８０に制御に応じてポンプ８２から常温冷却水が配管３０１に供給される。これにより、蓄熱器４１の加熱装置４３側の端部と、冷却装置４２側の端部との間に温度差が生じ、作動流体７の音響パワーが増幅される。
【００６７】
このように、超低温冷却水と常温冷却水を用いて蓄熱器４１の加熱装置４３側の端部と、冷却装置４２側の端部との間に温度差を生じさせて、作動流体７の音響パワーを増幅させることもできる。
【００６８】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る熱音響装置について図１５〜図１８を用いて説明する。なお、図１６〜図１８には、図１５中の配管３、３ａ、バルブ８４およびＥＣＵ８０を省略して示してある。本実施形態の音響伝達管２０は、ループ状の入熱側ループ管２１と、ループ状の消費側ループ管２２と、各ループ管２１〜２２を接続する共鳴管２３と、を有している。入熱側ループ管２１の内部空間と、共鳴管２３の内部空間と、消費側ループ管２２の内部空間は連通している。音響伝達管２０の内部には、作動流体７が封入されている。本実施形態の熱音響装置１は、音響パワーが入熱側ループ管２１の内部を巡回するとともに消費側ループ管２２の内部を巡回する。
【００６９】
入熱側ループ管２１には、音響パワーを増幅する原動機４０が配置されている。なお、原動機４０は、蓄熱器４１の加熱装置４３側の端部と、冷却装置４２側の端部との間に生じる温度差による熱エネルギーを音響パワーに変換しているとみなすこともできる。
【００７０】
また、消費側ループ管２２には、音響パワーを消費する消費部５０が設けられている。消費部５０は、蓄熱器５１、冷却装置５２および加熱装置５３を備えている。なお、蓄熱器５１、冷却装置５２および加熱装置５３は、それぞれ蓄熱器４１、冷却装置４２および加熱装置４３と同様の構成とすることができる。
【００７１】
また、本実施形態の熱音響装置１は、排気ガスが流れる配管３、大気中の空気が流れる配管３ａ、配管３ａの内部の流路を開閉するバルブ８４およびバルブ８４を開閉制御するＥＣＵ８０を備えている。
【００７２】
配管３には、車両のエンジン等から高温の排気ガスが供給される。なお、排気ガスの温度は、蓄熱器５１が効率的に音響増幅を行うことが可能な温度よりも高い温度となっている。加熱装置４３は、排気ガスの熱を熱源として蓄熱器４１の第一の端面に入熱する。ＥＣＵ８０は、入熱温度を排気ガスの温度帯よりも温度変動幅が小さな温度範囲とするよう加熱装置４３を制御する。
【００７３】
ＥＣＵ８０の制御によりバルブ８４の開度が大きくなると、配管３に導入される空気の量が増加し、排気ガスと空気の混合気体の温度は低下し、加熱装置４３の温度が低下する。反対に、ＥＣＵ８０の制御によりバルブ８４の開度が小さくなると、配管３に導入される空気の量が低減し、排気ガスと空気の混合気体の温度は上昇し、加熱装置４３の温度が上昇する。
【００７４】
ＥＣＵ８０は、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整する。
【００７５】
なお、本実施形態では、冷却装置４２に設けられた冷却水路に冷却水を供給して冷却装置４２を冷却したが、冷却装置４２を自然放熱させても良い。また、熱音響装置１を短時間稼働するだけであれば、冷却装置４２を省略することもできる。
【００７６】
本実施形態の熱音響装置は、ループ状の入熱側ループ管２１と、ループ状の消費側ループ管２２と、を有している。このようにループ状のループ管２１、２２を有することにより、音響の反射を低減することができ、効率よく進行波を共鳴させることができる。また、音響パワーを巡回させることができるので、増幅した音響パワーをさらに増幅するといった効果が得られ、出力される音響パワーのピークを大きくすることが可能である。
【００７７】
また、本実施形態の熱音響装置は、環状を成す入熱側ループ管２１の大きさと、環状を成すループ状の消費側ループ管２２の大きさが異なっている。このように、２つのループ管２１、２２の大きさを異ならせることで、進行波が一方向に巡回しやすくなる。また、入熱側ループ管２１と共鳴管２３の連結部Ｂの近くに原動機４０を配置すると、進行波を共鳴させやすい。
【００７８】
例えば、図１７に示すように、入熱側ループ管２１と共鳴管２３の連結部Ｂの近くに原動機４０を配置した方が、図１８に示すように、入熱側ループ管２１と共鳴管２３の連結部Ｂから離れた位置に原動機４０を配置するよりも、進行波を共鳴させやすい。
【００７９】
上記したように、本実施形態の加熱装置４３は、排気ガスの熱を熱源として蓄熱器４１の第一の端面に入熱する。そして、ＥＣＵ８０は、入熱温度を排気ガスの温度帯よりも温度変動幅が小さな温度範囲とするよう加熱装置４３を制御する。
【００８０】
このように、ＥＣＵ８０は、入熱温度を排気ガスの温度帯よりも温度変動幅が小さな温度範囲とするよう加熱装置４３を制御することができる。
【００８１】
また、上記したように、本実施形態の音響伝達管２０は、直線状の共鳴管２３を有し、共鳴管２３の一端は、環状になった音響伝達管２１の一部と連結されており。そして、蓄熱器４１は、環状になった音響伝達管２１の一部と共鳴管２３の一端との連結部Ｂから最も離れた部位よりも環状になった音響伝達管２１の一部と共鳴管２３の一端との連結部Ｂに近い位置に配置されている。
【００８２】
このように、蓄熱器４１は、環状になった音響伝達管２１の一部と共鳴管２３の一端との連結部Ｂから最も離れた部位よりも環状になった音響伝達管２１の一部と共鳴管２３の一端との連結部Ｂに近い位置に配置されるのが好ましい。
【００８３】
（第５実施形態）
第５実施形態に係る熱音響装置について図１９〜図２０を用いて説明する。図１９に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、蓄熱器４１の第一の端面の温度、すなわち、入熱温度を検出する温度センサ６０を備えている。温度センサ６０は、配管３の表面温度を検出する熱電対を含んでいる。温度センサ６０は、配管３の表面温度を蓄熱器４１の第一の端面の温度、すなわち、入熱温度として検出する。温度センサ６０は、入熱温度を測定する温度測定部に相当する。
【００８４】
ＥＣＵ８０は、温度センサ６０により検出された入熱温度に応じてバルブ８４の開度を適切な状態に制御する。
【００８５】
ＥＣＵ８０のフローチャートを図２０に示す。ＥＣＵ８０は、周期的に図２０に示す処理を実施する。
【００８６】
まず、ＥＣＵ８０は、Ｓ１００にて、入熱温度、すなわち、蓄熱器４１の高温端温度が第１閾値以上であるか否かを判定する。ここで、蓄熱器４１の高温端温度が第１閾値以上となっている場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ１０２にて、バルブ８４を開き、バルブ８４の開度を大きくする。これにより、配管３ａを通って排気ガスと合流する空気の量が増加するため、蓄熱器４１の高温端温度が低下する。
【００８７】
また、蓄熱器４１の高温端温度が第１閾値未満となっている場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ１０４にて、蓄熱器４１の高温端温度が第２閾値未満であるか否かを判定する。ここで、蓄熱器４１の高温端温度が第２閾値未満となっている場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ１０６にて、バルブ８４を閉じる。これにより、配管３ａを通って排気ガスと合流する空気がなくなるため、蓄熱器４１の高温端温度が上昇する。
【００８８】
また、蓄熱器４１の高温端温度が第２閾値以上となっている場合、ＥＣＵ８０は、バルブ８４の開度を小さくすることなく、本処理を終了する。
【００８９】
ＥＣＵ８０は、上記した処理を周期的に実施して、蓄熱器４１の高温端温度が第２閾値以上で、かつ、第１閾値未満となるようバルブ８４を制御する。
【００９０】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度を測定する温度センサ６０を備えている。したがって、ＥＣＵ８０は、温度センサ６０によって測定された入熱温度をモニタしながら蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整することができる。
【００９１】
（第６実施形態）
第６実施形態に係る熱音響装置について図２１を用いて説明する。上記第５実施形態では、温度センサ６０により、配管３と配管３ａの合流部より排気ガス流れ下流側の排気ガスの温度を検出するようにした。これに対し、本実施形態の熱音響装置１は、図２１に示すように、温度センサ６０により、配管３と配管３ａの合流部より排気ガス流れ上流側の排気ガスの温度を検出する。
【００９２】
このように、温度センサ６０により、配管３と配管３ａの合流部より排気ガス流れ上流側の排気ガスの温度を検出することもできる。
【００９３】
（第７実施形態）
第７実施形態に係る熱音響装置について図２２を用いて説明する。本実施形態の熱音響装置１は、図２２に示すように、温度センサ６０により、配管３と配管３ａの合流部より排気ガス流れ上流側の排気ガスの温度を検出するとともに、温度センサ６０ａにより、配管３ａを流れる空気の温度を検出する。
【００９４】
そして、ＥＣＵ８０は、温度センサ６０により検出された排気ガスの温度と温度センサ６０ａにより検出された空気の温度に基づいて蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整する。
【００９５】
このように、温度センサ６０により検出された排気ガスの温度と温度センサ６０ａにより検出された空気の温度に基づいて蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整することができる。
【００９６】
（第８実施形態）
第８実施形態に係る熱音響装置について図２３を用いて説明する。図２３に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、電気ヒータの熱で蓄熱器４１の第一の端面を加熱する第１加熱装置４３と、不図示の配管を流れる排気ガスの熱で蓄熱器４１の第一の端面を加熱する第２加熱装置４４を備えている。
【００９７】
本実施形態の熱音響装置１は、蓄熱器４１の第一の端面の温度を検出する温度センサ６０を備えている。温度センサ６０は、入熱温度を蓄熱器４１の第一の端面の温度として検出する。
【００９８】
そして、ＥＣＵ８０は、温度センサ６０により検出された蓄熱器４１の第一の端面の温度に基づいて蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整する。
【００９９】
このように、温度センサ６０により検出された蓄熱器４１の第一の端面の温度に基づいて蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を調整することができる。
【０１００】
なお、入熱温度を検出する位置は、蓄熱器４１の第一の端面に限定されない。例えば、図２４に示すように、入熱温度を蓄熱器４１の第一の端面の音響伝達管２０における外側の面の温度として検出することもできる。
【０１０１】
また、図２５に示すように、入熱温度を音響伝達管２０の内部における第１加熱装置４３の近傍の作動流体７の温度として検出することもできる。
【０１０２】
また、図２６に示すように、入熱温度を蓄熱器４１における音響伝達管２０の外側の面の温度として検出することもできる。
【０１０３】
（第９実施形態）
第９実施形態に係る熱音響装置について図２７〜図２８を用いて説明する。図２７に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、第４実施形態における熱音響装置の消費部５０に代えて消費部７０を備えている。
【０１０４】
消費部７０は、音響エネルギーで発電する発電機により構成されている。本実施形態の消費部７０は、エネルギー変換部としての蓄熱器４１により熱エネルギーから変換された音響エネルギーを電気エネルギーに変換して消費する。ＥＣＵ８０は、消費部７０で消費された音響エネルギーを測定する。
【０１０５】
また、本実施形態では、音響伝達管２０が、ループ状の入熱側ループ管２１と、共鳴管２３と、を有している。
【０１０６】
また、本実施形態の熱音響装置１は、入熱側ループ管２１の内部の作動流体７の圧力を測定する圧力測定部８６と、共鳴管２３の内部の作動流体７の圧力を測定する圧力測定部８６ａと、を備えている。さらに、熱音響装置１は、圧力測定部８６の出力信号を増幅するアンプ６２と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて共鳴周波数成分の振幅を測定するＦＦＴアナライザ６１を備えている。
【０１０７】
ＥＣＵ８０は、ＦＦＴアナライザ６１により測定された共鳴周波数成分の振幅に基づいて所望の音響エネルギーが得られるよう、第一の端面の温度である入熱温度を調整する。
【０１０８】
ＥＣＵ８０は、図２８に示すフローチャートに従って入熱温度を調整する処理を実施する。ＥＣＵ８０は、周期的に図２８に示す処理を実施する。
【０１０９】
まず、ＥＣＵ８０は、Ｓ２００にて、バルブ８４の開度を上げる。具体的には、バルブ８４の開度が大きくなるようバルブ８４を制御する。
【０１１０】
次に、ＥＣＵ８０は、Ｓ２０２にて、圧力測定部８６の出力信号に基づいて圧力変動の判定を行う。具体的には、所定期間内の共鳴周波数成分の振幅が閾値以上、増加しているか、あるいは閾値以上、減少しているか、あるいは閾値未満の変化であるかを判定する。
【０１１１】
ここで、所定期間内の共鳴周波数成分の振幅が閾値以上、増加している場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ２０６にて、Ｓ２００と同様にバルブ８４を同一方向に回すようにしてバルブ８４の開度を上げる。これによりバルブ８４を流れる空気の流量が増加し、入熱温度が低下する。
【０１１２】
また、所定期間内の共鳴周波数成分の振幅が閾値以上、減少している場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ２０４にて、バルブ８４を反対方向に回すようにしてバルブ８４の開度を小さくする。これによりバルブ８４を流れる空気の流量が減少し、入熱温度が上昇する。
【０１１３】
また、所定期間内の共鳴周波数成分の振幅が閾値未満の変化である場合、ＥＣＵ８０は、バルブ８４の制御を実施することなく本処理を終了する。
【０１１４】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１は、蓄熱器４１により変換された音響エネルギーを消費する消費部７０を備えている。そして、ＥＣＵ８０は、消費部７０で消費されたエネルギーを測定する。したがって、ＥＣＵ８０は、蓄熱器４１により変換された音響エネルギーが大きくなるように入熱温度を調整することが可能である。
【０１１５】
また、本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０に封入された作動流体の圧力を測定する圧力測定部８６を備えている。したがって、ＥＣＵ８０は、蓄熱器４１により変換された音響エネルギーが大きくなるように圧力測定部８６によって測定された作動流体の圧力を調整することも可能である。
【０１１６】
（第１０実施形態）
第１０実施形態に係る熱音響装置について図２９を用いて説明する。本実施形態の音響伝達管２０は、ループ状の入熱側ループ管２１と、ループ状の消費側ループ管２２と、各ループ管２１〜２２を接続する共鳴管２３と、を有している。
【０１１７】
また、本実施形態の熱音響装置１は、消費側ループ管２２の内部の作動流体７の圧力を測定する圧力測定部８６ｂを備えている。
【０１１８】
そして、ＥＣＵ８０は、圧力測定部８６ｂにより検出された圧力に応じてバルブ８４の開度を制御する。このように、消費側ループ管２２の内部の作動流体７の圧力を検出することもできる。
【０１１９】
（第１１実施形態）
第１１実施形態に係る熱音響装置について図３０を用いて説明する。図３０に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、共鳴管２３の内部の作動流体７の圧力を測定する圧力測定部８６ａを備えている。
【０１２０】
そして、ＥＣＵ８０は、圧力測定部８６ａにより測定された圧力に応じてバルブ８４の開度を制御する。このように、共鳴管２３の内部の作動流体７の圧力に応じてバルブ８４の開度を制御することもできる。
【０１２１】
なお、本実施形態のように共鳴管２３の内部の作動流体７の圧力を測定する場合の方が、上記第１０実施形態のように消費側ループ管２２の内部の作動流体７の圧力を検出する場合よりも外乱が少ないため、入熱温度の制御を安定的に行うことが可能である。
【０１２２】
（第１２実施形態）
第１２実施形態に係る熱音響装置について図３１〜図３２を用いて説明する。図３１に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、消費部５０の冷却装置５２の温度を検出する温度センサ６３を備えている。
【０１２３】
そして、ＥＣＵ８０は、温度センサ６３により検出された温度に応じてバルブ８４の開度を制御する。
【０１２４】
本実施形態のＥＣＵ８０のフローチャートを図３２に示す。ＥＣＵ８０は、周期的に図３２に示す処理を実施する。ここで、ＥＣＵ８０が図３２に示す処理を実施する前、バルブ８４は閉状態となっているものとする。
【０１２５】
まず、ＥＣＵ８０は、Ｓ３００にて、バルブ８４の開度を上げるようバルブ８４を制御する。
【０１２６】
次に、ＥＣＵ８０は、Ｓ３０２にて、消費部５０の冷却装置５２の冷却温度と、ユーザによって設定された冷却温度（設定温度）の設定値の開離を判定する。
【０１２７】
ここで、消費部５０の冷却装置５２の冷却温度と、ユーザによって設定された冷却温度（設定温度）の設定値の開離が、閾値以上で、かつ、開離が小さくなっている場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ３０６にて、バルブ８４を同一方向に回す。すなわち、バルブ８４の開度を大きくするようバルブ８４を制御する。
【０１２８】
また、消費部５０の冷却装置５２の冷却温度と、ユーザによって設定された冷却温度の設定値の開離が、閾値以上で、かつ、開離が大きくなっている場合、ＥＣＵ８０は、Ｓ３０４にて、バルブ８４を逆方向に回す。すなわち、バルブ８４の開度を小さくするようバルブ８４を制御する。
【０１２９】
また、消費部５０の冷却装置５２の冷却温度と、ユーザによって設定された冷却温度の設定値の開離が閾値未満の場合、バルブ８４の開度を変更することなく、本処理を終了する。
【０１３０】
上記したように、消費部５０の冷却装置５２の温度に応じてバルブ８４の開度を制御する。このように、消費部５０の冷却装置５２の温度に応じてバルブ８４の開度を制御することもできる。
【０１３１】
上記したように、ＥＣＵ８０は、ユーザによって設定された設定温度に入熱温度が近付くよう入熱温度を調整することができる。
【０１３２】
（第１３実施形態）
第１３実施形態に係る熱音響装置について図３３を用いて説明する。図３３に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、消費部５０の冷却装置５２を冷却するための冷却水を循環させる配管４００と、配管４００内を循環する冷却水を空気を熱交換して冷却水を冷却する熱交換器４０１を備えている、さらに、本実施形態の熱音響装置１は、冷却水の温度を検出する温度センサ６４〜６５と、バルブ３５を備えている。なお、熱交換器４０１は、送風ファン４０２を有している。
【０１３３】
温度センサ６４は、消費部５０の冷却装置５２を冷却する前の冷却水の温度を検出する。また、温度センサ６５は、消費部５０の冷却装置５２を冷却した後の冷却水の温度を検出する。
【０１３４】
ＥＣＵ８０は、温度センサ６４の出力信号に基づいて消費部５０の冷却装置５２を冷却する前の冷却水の温度を特定するとともに、温度センサ６５の出力信号に基づいて消費部５０の冷却装置５２を冷却した後の冷却水の温度を特定する。そして、冷却水の冷却前の温度と冷却水の冷却後の温度に基づいてバルブ３５の開度を制御する。
【０１３５】
（第１４実施形態）
第１４実施形態に係る熱音響装置について図３４を用いて説明する。図３４に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、配管３に高温排気ガスが導入され、配管３ａに低温排気ガスが導入されるようになっている。
【０１３６】
そして、ＥＣＵ８０の制御によりバルブ８４の開度が大きくなると、配管３に導入される低温排気ガスの量が増加し、高温排気ガスと低温排気ガスの混合気体の温度は低下し、加熱装置４３の温度が低下する。反対に、ＥＣＵ８０の制御によりバルブ８４の開度が小さくなると、配管３ａから配管３に導入される低温排気ガスの量が低減し、排気ガスと空気の混合気体の温度は上昇し、加熱装置４３の温度が上昇する。
【０１３７】
（第１５実施形態）
第１５実施形態に係る熱音響装置について図３５を用いて説明する。図３５に示すように、本実施形態の配管３は、バルブ４１０が配置された流路を迂回して排気ガスが流れる迂回路３４を有している。また、迂回路３４には、バルブ４１１と、排気ガスの空気を熱交換して排気ガスを冷却する熱交換器４１７が設けられている。バルブ４１０およびバルブ４１１は、図示しないＥＣＵによって制御される。
【０１３８】
バルブ４１１が閉じており、バルブ４１０が開いた状態では、配管３に導入された排気ガスがバルブ４１０を通って原動機４０の加熱装置４３の近傍に到達し、加熱装置４３加熱する。
【０１３９】
バルブ４１０の開度が大きくなり、バルブ４１１の開度が小さくなると、配管３に導入された排気ガスの一部が熱交換器４１７によって冷却された後、バルブ４１０を通った排気ガスと合流する。このため、加熱装置４３の温度は低下する。
【０１４０】
このようにして蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を所望の温度に調整することが可能である。
【０１４１】
（第１６実施形態）
第１６実施形態に係る熱音響装置について図３６を用いて説明する。図３６に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、冷却水を溜める冷却水容器４１５、冷却水と排気ガスの熱交換により排気ガスを冷却する排気ガス冷却用熱交換器４１４、冷却水を循環した流す冷却水配管４１６、冷却水を循環させるポンプ４１２を備えている。さらに、本実施形態の熱音響装置１は、冷却水と空気を熱交換して冷却水を冷却する熱交換器４１７を備えている。
【０１４２】
ポンプ４１２が作動を開始すると、冷却水配管４１６の内部を冷却水が循環する。そして、冷却水容器４１５の内部に配置された排気ガス冷却用熱交換器４１４によって排気ガスは冷却される。また、排気ガスとの熱交換によって加熱された冷却水は熱交換器４１７によって冷却される。ポンプ４１２による冷却水の循環量によって排気ガスの冷却能力が変化する。
【０１４３】
このようにポンプ４１２によって冷却水を循環させることによって蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を所望の温度に調整することが可能である。
【０１４４】
（第１７実施形態）
第１７実施形態に係る熱音響装置について図３７〜図４２を用いて説明する。図３７に示すように、本実施形態の加熱装置４３は、凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源としている。そして、入熱温度は、高温流体の温度よりも低くなっている。そして、本実施形態の熱音響装置１は、自然放熱によって入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう配管３の長さ、配管３の断面積等が定められている。なお、配管３の長さを長くするほど高温排気ガスが自然放熱しやすくなる。また、配管３の断面積を大きくするほど高温排気ガスが自然放熱しやすくなる。
【０１４５】
図３７に示すように、配管３の断面形状を円形とすることもできる。また、図３８に示すように、配管３の断面形状を楕円形とすることもできる。このように、配管３の断面形状を楕円形とすることにより、配管３の断面形状を円形とした場合より伝熱面積を大きくすることができ、自然放熱をより促進することができる。
【０１４６】
また、図４０に示すように、配管３の内断面を星形形状にすることもできる。また、配管３の内断面や外断面を多角形にすることもできる。このようにすることで、伝熱面積を大きくすることができ、自然放熱をより促進することもできる。
【０１４７】
また、図４１に示すように、配管３の外断面を四角形にするとともに配管３の外側に放熱部材３２を設けるようにして自然放熱を促進することもできる。放熱部材３２は、例えば、伝熱性の高い金属部材で構成することができる。また、配管３の内周に向かって突出する突起を設けるようにして伝熱面積を大きくすることもできる。
【０１４８】
また、図４２に示すように、配管３の内部に細管束３１を設けるようにして伝熱面積を大きくすることもできる。
【０１４９】
上記したように、本実施形態の加熱装置４３は、凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源としている。そして、入熱温度は、高温流体の温度よりも低くなっている。
【０１５０】
このように、加熱装置４３は、凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源としている。自然放熱により、入熱温度を、高温流体の温度よりも低くすることができる。
【０１５１】
また、本実施形態の加熱装置４３は、高温流体を蓄熱器４１の第一の端面の近傍へと導く配管３を備えている。そして、高温流体の温度は、配管の周囲の温度よりも高くなっている。
【０１５２】
このように、加熱装置４３は、高温流体を蓄熱器４１の第一の端面の近傍へと導く配管３を備え、高温流体の温度は、配管の周囲の温度よりも高くすることができる。
【０１５３】
（第１８実施形態）
第１８実施形態に係る熱音響装置について図４３を用いて説明する。図３８に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、配管３に蛇行する蛇行部３３が設けられている。蛇行部３３は、加熱装置４３と加熱装置５３との間に設けられている。
【０１５４】
蛇行部３３は、配管３と一体となっている。蛇行部３３により、伝熱面積を大きくすることができ、自然放熱をより促進することもできる。
【０１５５】
なお、蛇行部３３の配置は、加熱装置４３と加熱装置５３との間に限定されるものではない。また、蛇行部３３と配管３は別体として構成することもできる。
【０１５６】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１の配管３は、蛇行する蛇行部３３を有している。このように、蛇行する蛇行部３３を設けることによって蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるようにすることができる。
【０１５７】
（第１９実施形態）
第１９実施形態に係る熱音響装置について図４４を用いて説明する。図４４に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、エンジン等によって構成される熱源９０に空気を供給する吸気管３ｃと、吸気管３ｃの流路を開閉するバルブ８７と、配管３の内部の作動流体７の温度を検出する温度センサ６０と、伝熱性能を向上するためのフランジ４０ｃを備えている。フランジ４０ｃは、排気ガスが流れる配管３の外周面に設けられている。
【０１５８】
ＥＣＵ８０は、温度センサ６０の出力信号に基づいて配管３の内部の作動流体７の温度を特定し、作動流体７の温度に応じてバルブ８７を制御する。バルブ８７を制御して吸気管３ｃの流路を絞ると配管３内を流れる排気ガスの流量が減少するため、蓄熱器４１の入熱温度を低下させることができる。また、フランジ４０ｃによって配管３を流れる作動流体７の放熱を促進させることができる。
【０１５９】
（第２０実施形態）
第２０実施形態に係る熱音響装置について図４５を用いて説明する。図４５に示すように、本実施形態の配管３には、排熱を収集する排熱収集装置９１とバルブ４１３が設けられている。
【０１６０】
バルブ４１３は、排熱収集装置９１と消費部５０の加熱装置５３との間の配管３に配置されている。配管３には、排熱収集装置９１によって熱回収される冷却水が流れるようになっている。
【０１６１】
本実施形態のように、排熱収集装置９１と消費部５０の加熱装置５３との間の配管３にバルブ４１３を設けることもできる。
【０１６２】
（第２１実施形態）
第２１実施形態に係る熱音響装置について図４６を用いて説明する。図４６に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、原動機４０の加熱装置４３よりも配管３の冷却水流れ下流側にバルブ４１３が設けられている。
【０１６３】
本実施形態のように、原動機４０の加熱装置４３よりも配管３の冷却水流れ下流側にバルブ４１３を設けることもできる。
【０１６４】
（第２２実施形態）
第２２実施形態に係る熱音響装置について図４７を用いて説明する。図４７に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、エンジン等によって構成される熱源９０に空気を供給する吸気管３ｃと、熱源９０から排出される排気ガスが流れる配管３と、配管３の内部を流れる作動流体７の温度を検出する温度センサ６０と、配管３を流れる作動流体の一部を外部に排出する外部排出配管３ｄを有している。外部排出配管３ｄは、配管３から分岐するように配置されている。
【０１６５】
本実施形態のように、配管３から分岐する外部排出配管３ｄを備えることで、原動機４０の加熱装置４３の第一の端面の温度である入熱温度を調整することもできる。
【０１６６】
（第２３実施形態）
第２３実施形態に係る熱音響装置について図４８を用いて説明する。図４８に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、エンジン等によって構成される熱源９０に空気を供給する吸気管３ｃと、熱源９０から排出される排気ガスが流れる配管３と、配管３の内部を流れる作動流体７の温度を検出する温度センサ６０と、吸気管３ｃを流れる空気の一部を外部に排出する外部排出配管３ｅを備えている。本実施形態のように、吸気管３ｃを流れる空気の一部を外部に排出する外部排出配管３ｅを備えることで、原動機４０の加熱装置４３の第一の端面の温度である入熱温度を調整することもできる。
【０１６７】
（第２４実施形態）
第２４実施形態に係る熱音響装置について図４９を用いて説明する。図４９に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、配管３を冷却する冷却ファン３６を備えている。
【０１６８】
冷却ファン３６は、エンジン等によって構成される熱源９０と消費部５０の加熱装置５３との間の配管３に向けて空気を送風する。冷却ファン３６の回転数によって配管３の冷却の度合いを調整することが可能となっている。
【０１６９】
本実施形態のように、冷却ファン３６の回転数を調整することにより、原動機４０の加熱装置４３の第一の端面の温度である入熱温度を調整することもできる。
【０１７０】
（第２５実施形態）
第２５実施形態に係る熱音響装置について図５０を用いて説明する。図５０に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、エンジン等によって構成される熱源９０と消費部５０の加熱装置５３との間の配管３に排熱回収装置９２が設けられている。
【０１７１】
排熱回収装置９２は、蓄熱器９４１、冷却装置９４２、加熱装置９４３を備え、蓄熱器９４１の両端部間に温度勾配を形成して音響伝達管９２３の内部に封入された作動流体７の音響パワーを増幅させる。さらに、排熱回収装置９２は、蓄熱器５１、冷却装置５２および加熱装置５３を備え、音響伝達管９２３の内部に封入された作動流体７の音響パワーを消費する。
【０１７２】
排熱回収装置９２の加熱装置９４３は、熱源９０から排出された排気ガスの熱で音響伝達管９２３の内部の作動流体７を加熱する。すなわち、音響伝達管９２３の内部を流れる排気ガスは、排熱回収装置９２の加熱装置９４３で冷却される。このように、排熱回収装置９２を用いて排気ガスを冷却することもできる。
【０１７３】
なお、排熱回収装置９２としては、例えば、熱音響装置、蒸気エンジン、ランキンサイクル、熱電素子等を用いることができる。
【０１７４】
（第２６実施形態）
第２６実施形態に係る熱音響装置について図５１を用いて説明する。図５１に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０の内部に大気圧より圧力の高い高圧作動流体７が封入されている。
【０１７５】
蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度と高圧作動流体７に含まれる凝縮性流体の沸点との温度差が所定の温度範囲内となるよう高圧作動流体７の圧力が調整されている。
【０１７６】
具体的には、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないようになっている。
【０１７７】
また、本実施形態のように作動流体７の圧力を高圧にすることで、沸点を高くすることができる。
【０１７８】
上記したように、本実施形態の熱音響装置は、音響伝達管２０の内部の作動流体７の圧力である全圧が大気圧よりも高くなっている。
【０１７９】
このように、音響伝達管２０の内部の作動流体７の圧力である全圧が大気圧よりも高くすることで、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、容易に凝縮性流体の沸点を調整することができる。
【０１８０】
（第２７実施形態）
第２７実施形態に係る熱音響装置について図５２を用いて説明する。図５２に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０の内部に大気圧より圧力の低い低圧作動流体７が封入されている。
【０１８１】
蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度と低圧作動流体７に含まれる凝縮性流体の沸点との温度差が所定の温度範囲内となるよう低圧作動流体７の圧力が調整されている。
【０１８２】
具体的には、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管２０の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないようになっている。
【０１８３】
また、本実施形態のように作動流体７の圧力を低圧にすることで、沸点を低くすることができる。
【０１８４】
（第２８実施形態）
第２８実施形態に係る熱音響装置について図５３を用いて説明する。図５３に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、２種類の凝縮性流体を含む作動流体７が音響伝達管２０の内部に封入されている。２種類の凝縮性流体としては、例えば、水とエタノールを用いることができる。
【０１８５】
また、本実施形態の熱音響装置１は、入熱温度を検出する温度センサ６０と、第１の凝縮性流体１０１を収容する容器１０と、第２の凝縮性流体１０２を収容する容器１１と、を備えている。さらに、本実施形態の熱音響装置１は、容器１０に収容された第１の凝縮性流体１０１を蓄熱器４１の第一の端面に供給するポンプ８８と、容器１１に収容された第２の凝縮性流体１０２を蓄熱器４１の第一の端面に供給するポンプ８９と、を備えている。
【０１８６】
そして、温度センサ６０の出力信号に基づいて入熱温度をモニタしながら、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、第１、第２の凝縮性流体１０１、１０２の混合比を調整する。
【０１８７】
このように、第１、第２の凝縮性流体１０１、１０２の混合比を調整することで、作動流体７の沸点を調整することができる。
【０１８８】
なお、ここでは、２種類の凝縮性流体の混合比を調整するようにしたが、３種類以上の凝縮性流体の混合比を調整するようにしてもよい。
【０１８９】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１に用いられる作動流体は、２種類以上の凝縮性流体を含んでいる。そして、ＥＣＵ８０は、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、２種類以上の凝縮性流体の混合比を調整する。
【０１９０】
このように、ＥＣＵ８０は、蓄熱器４１により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、２種類以上の凝縮性流体の混合比を調整することができる。
【０１９１】
（第２９実施形態）
第２９実施形態に係る熱音響装置について図５４を用いて説明する。図５４に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、ガスボンベ９５と、バルブ９６と、作動流体７の温度を検出する温度センサ８５と、排気ガスの温度を検出する温度センサ６０と、ガスボンベ９５から噴射されるガスを音響伝達管２０に導くガス配管９７と、を備えている。
【０１９２】
ＥＣＵ８０は、温度センサ８５の出力信号および温度センサ６０の出力信号に基づいてバルブ９６の開度を制御する。
【０１９３】
バルブ９６は、ガス配管９７に配置されている。ＥＣＵ８０の制御によりバルブ９６の開度が大きくなると、ガスボンベ９５からガスが噴射される。そして、ガスボンベ９５から噴射されたガスは音響伝達管２０の内部に導入され、音響伝達管２０の内部の圧力が高くなる。
【０１９４】
このように、音響伝達管２０の内部の圧力を調整することで、作動流体７の沸点を調整することができる。
【０１９５】
（第３０実施形態）
第３０実施形態に係る熱音響装置について図５５〜図５７を用いて説明する。図５５に示すように、本実施形態の音響伝達管２０は、ループ状を成している。そして、ループ状を成す音響伝達管２０に原動機４０と消費部５０が設けられている。
【０１９６】
図５６に示すように、ストレート型の音響伝達管２０を備えた熱音響装置は、音響の反射が大きくなり、進行波を共鳴させることが難しいが、図５５に示すように、音響伝達管２０をループ状にすることで、音響パワーが巡回し、音響の反射を低減することができるので、進行波を共鳴させることができる。
【０１９７】
なお、図５７に示すように、ループ状の入熱側ループ管２１と、ループ状の消費側ループ管２２と、共鳴管２３と、を備え、入熱側ループ管２１のループの大きさと消費側ループ管２２のループの大きさを異ならせることも可能である。具体的には、入熱側ループ管２１のループの大きさと消費側ループ管２２のループの大きさよりも大きくすることも可能である。
【０１９８】
このように、入熱側ループ管２１のループの大きさと消費側ループ管２２のループの大きさを異ならせることで、進行波が一方向に巡回しやすくなるため、進行波を共鳴させやすくすることができる。
【０１９９】
入熱側ループ管２１と共鳴管２３の接続部の近くに原動機４０の蓄熱器４１を配置した方が、入熱側ループ管２１と共鳴管２３の接続部から離れた位置に原動機４０の蓄熱器４１を配置するよりも進行波を共鳴させやすくすることができる。
【０２００】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０の内部に進行波が共鳴するよう構成されている。このように、音響伝達管２０の内部に進行波が共鳴するよう構成することもできる。
【０２０１】
また、本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０の一部が環状になっており、蓄熱器４１は、環状になった音響伝達管２０の一部に配置されている。
【０２０２】
このように、音響伝達管２０の一部が環状にすることにより、原動機４０により増幅した音響エネルギーを循環させることができ、音響エネルギーの出力のピークを鋭くすることができる。
【０２０３】
（第３１実施形態）
第３１実施形態に係る熱音響装置について図５８を用いて説明する。図５８に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、入熱側ループ管２１の内部を流れる作動流体７の一方向流れを抑制する振動壁としてゴム膜４５が設けられている。ゴム膜４５は、例えば、金属、樹脂等、ゴム部材以外の部材で構成することもできる。ゴム膜４５は、振動壁に相当する。
【０２０４】
このゴム膜４５により、音響パワーの伝搬と作動流体７の対流抑制を行うことができる。すなわち、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、音響パワーを調整することが可能である。
【０２０５】
（第３２実施形態）
第３２実施形態に係る熱音響装置について図５９を用いて説明する。図５９に示すように、本実施形態の熱音響装置１は、入熱側ループ管２１の内部に振動壁としてのゴム膜４５が設けられるとともに、消費側ループ管２２の内部に振動壁としてのゴム膜５４が設けられている。ゴム膜４５およびゴム膜５４により、音響パワーの伝搬が調整されるようになっている。ゴム膜５４は、振動壁に相当する。
【０２０６】
上記したように、本実施形態の音響伝達管２０は、環状の入熱側ループ管２１と、入熱側ループ管２１と接続された直線状の共鳴管２３を有している。そして、入熱側ループ管２１の内部を流れる作動流体の一方向流れが抑制される構成となっている。これによれば、音響の伝搬を抑制するとともに作動流体の対流を抑制することができる。
【０２０７】
また、本実施形態の音響伝達管２０は、入熱側ループ管２１の内部を流れる作動流体の一方向流れを抑制する振動壁４５を備えている。
【０２０８】
このように、振動壁４５、５４を備えることにより、音響の伝搬を抑制するとともに作動流体の対流を抑制することができる。
【０２０９】
（第３３実施形態）
第３３実施形態に係る熱音響装置について図６０〜図６２を用いて説明する。本実施形態の熱音響装置１は、図６１に示すように、ストレート型の音響伝達管２０を備えるストレート型熱音響機関として構成されている。また、音響伝達管２０は、密閉されている。そして、音響伝達管２０の内部に原動機４０と消費部５０が配置されている。
【０２１０】
本実施形態の熱音響装置１のように音響伝達管２０が密閉された密閉型熱音響機関の方が、図６０に示すように、音響伝達管２０の一端が開放された大気開放型熱音響機関よりも音響伝達管２０の内部を流れる作動流体７の一方向流れ、すなわち対流が生じにくい。
【０２１１】
大気開放型熱音響機関は、音響伝達管２０の一端から大気へ向かって対流が生じる。これに対し、密閉型熱音響機関は、音響伝達管２０の内部の作動流体７が加熱により高圧化した際に作動流体７の一方向流れが生じるが、図６２に示すように定常状態になると作動流体７の流れが止まりやすく、対流を緩和することができる。
【０２１２】
ところで、図２に示したように、熱音響装置１の原動機４０から出力される音響パワーのピークは沸点である。沸点は蒸発と凝縮のバランスが崩れると変化してしまう。つまり、対流によって熱音響装置１の原動機４０から出力される音響パワーのピークが変化してしまう。
【０２１３】
一方で、図４〜図７に示したように、対流によって低温側から高温側への一方流れが生じると蒸発が凝縮よりも多くなるため、凝縮が間に合わなくなり、音響増幅が低下してしまう。つまり、熱音響装置１の原動機４０から出力される音響パワーのピークとなる温度が沸点より低い温度となり、音響増幅が低下してしまう。
【０２１４】
本実施形態の熱音響装置１は、音響伝達管２０が密閉された密閉容器によって構成されており、大気開放型熱音響機関よりも対流が抑制されるため、熱音響装置１の原動機４０から出力される音響パワーの低下を抑制することができる。
【０２１５】
（第３４実施形態）
第３４実施形態に係る熱音響装置について図６３を用いて説明する。図６３に示すように、本実施形態の配管３は、バルブ４１０が配置されて流路を迂回して排気ガスが流れる迂回路３４を有している。また、迂回路３４には、バルブ４１１が設けられている。バルブ４１０およびバルブ４１１は、ＥＣＵ８０によって制御される。
【０２１６】
また、本実施形態の熱音響装置１は、バルブ４１１より排気ガス流れ上流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ６０と、バルブ４１１より排気ガス流れ下流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ６０ａと、を備えている。
【０２１７】
ＥＣＵ８０は、温度センサ６０、６０ａの出力信号に応じてバルブ４１０、４１１の開度を調整する。
【０２１８】
バルブ４１１が閉じており、バルブ４１０が開いた状態では、配管３に導入された排気ガスがバルブ４１０を通って原動機４０の加熱装置４３の近傍に到達し、加熱装置４３加熱する。
【０２１９】
バルブ４１０の開度が大きくなり、バルブ４１１の開度が小さくなると、配管３に導入された排気ガスの一部が、バルブ４１１を通った排気ガスと合流する。
【０２２０】
このようにして蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を所望の温度に調整することが可能である。
【０２２１】
上記したように、本実施形態の熱音響装置１は、配管３の内部の流路を開閉するバルブ４１０を備えている。したがって、バルブ４１０を制御して配管３の内部を流れる流体の流量を調整することができる。
【０２２２】
また、本実施形態の配管３は、バルブ４１０を迂回して高温流体が流れる迂回路３４を有している。したがって、バルブ４１０を迂回させて配管３の内部を流れる流体の流量を調整することができる。
【０２２３】
また、本実施形態の熱音響装置１は、バルブ４１０を迂回して迂回路３４を高温流体が流れることにより蓄熱器４１の第一の端面の近傍に到達する高温流体の温度が低下する。
【０２２４】
このように、バルブ４１０を迂回して迂回路３４を高温流体が流れるようにして蓄熱器４１の第一の端面の温度である入熱温度を所望の温度に調整することができる。
【０２２５】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【０２２６】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱音響装置は、気液相変化を生じる１種類以上の凝縮性流体を含む作動流体が封入された音響伝達管を備えている。また、音響伝達管内に配置され、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するエネルギー変換部と、エネルギー変換装部の第一の端面に入熱する入熱装置と、エネルギー変換装部の第二の端面を冷却する冷却装置と、を備えている。そして、エネルギー変換部の第一の端面と第二の端面との間に温度勾配を形成して音響エネルギーを増幅させる。また、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、第一の端面の温度である入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方が調整される。
【０２２７】
また、第２の観点によれば、熱音響装置は、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させる。このように、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させることができる。
【０２２８】
また、第３の観点によれば、熱音響装置は、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させる制御部を備えている。したがって、制御部は、入熱温度と凝縮性流体の沸点とを近づけるよう入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させることができる。
【０２２９】
また、第４の観点によれば、熱音響装置は、エネルギー変換装部により変換された音響エネルギーを消費する消費部を備えている。
【０２３０】
これによれば、制御部は、消費部により消費された音響エネルギーをモニターしながら入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させることができる。
【０２３１】
また、第５の観点によれば、熱音響装置は、音響伝達管に封入された作動流体の圧力を測定する圧力測定部を備えている。
【０２３２】
これによれば、制御部は、圧力測定部により測定された作動流体の圧力をモニタしながら入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させることができる。
【０２３３】
また、第６の観点によれば、入熱温度を測定する温度測定部を備えている。  これによれば、制御部は、温度測定部により測定された入熱温度をモニタしながら入熱温度および凝縮性流体の沸点の少なくとも一方を変化させることができる。
【０２３４】
また、第７の観点によれば、制御部は、ユーザによって設定された設定温度に入熱温度が近付くよう入熱温度を調整する。このように、ユーザによって設定された設定温度に入熱温度が近付くよう入熱温度を調整することができる。
【０２３５】
また、第８の観点によれば、入熱装置は、排気ガスの熱を熱源としてエネルギー変換装部の第一の端面に入熱し、制御部は、入熱温度を排気ガスの温度帯よりも温度変動幅が小さな温度範囲とするよう入熱装置を制御する。
【０２３６】
したがって、入熱温度の時間変動を小さくすることができ、音響エネルギーの出力を安定化することが可能である。
【０２３７】
また、第９の観点によれば、作動流体は、２種類以上の凝縮性流体を含んでおり、制御部は、エネルギー変換装部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、２種類以上の凝縮性流体の混合比を調整する。
【０２３８】
このように、２種類以上の凝縮性流体の混合比を調整して凝縮性流体の沸点を調整することができる。
【０２３９】
また、第１０の観点によれば、入熱装置は、凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源とし、入熱温度は、高温流体の温度よりも低くなっている。
【０２４０】
このように、凝縮性流体の沸点よりも高い温度を有する高温流体を熱源とし、入熱温度を低下させることでエネルギー変換装部により変換される音響エネルギーのピークに近づけることもできる。
【０２４１】
また、第１１の観点によれば、熱音響装置は、高温流体をエネルギー変換装部の第一の端面の近傍へと導く配管を備え、高温流体の温度は、配管の周囲の温度よりも高くなっている。これによれば、配管の自然放熱により高温流体を低下させることができる。
【０２４２】
また、第１２の観点によれば、配管は、蛇行する蛇行部を有している。したがって、蛇行部により配管の自然放熱を促進することができる。
【０２４３】
また、第１３の観点によれば、熱音響装置は、配管の内部の流路を開閉するバルブを備えている。したがって、バルブの開度を調整することにより配管の内部を流れる高温流体の流量を調整することができる。
【０２４４】
また、第１４の観点によれば、配管は、バルブを迂回して高温流体が流れる迂回路を有している。これにより、バルブを迂回して高温流体が迂回路を流れるようにすることができ、高温流体の温度を調整することができる。
【０２４５】
また、第１５の観点によれば、熱音響装置は、バルブを迂回して迂回路を高温流体が流れることにより蓄熱器４１の第一の端面の近傍に到達する高温流体の温度が低下する。
【０２４６】
このように、バルブを迂回して迂回路を高温流体が流れるようにしてエネルギー変換部の第一の端面の温度である入熱温度を所望の温度に調整することができる。
【０２４７】
また、第１６の観点によれば、熱音響装置は、音響伝達管の内部の作動流体の圧力である全圧が大気圧よりも高くなっている。
【０２４８】
このように、音響伝達管の内部の作動流体の圧力である全圧が大気圧よりも高くすることで、エネルギー変換部により変換される音響エネルギーが所望の出力となるよう、容易に凝縮性流体の沸点を調整することができる。
【０２４９】
また、第１７の観点によれば、音響伝達管は、環状の入熱側ループ管と、入熱側ループ管と接続された直線状の共鳴管を有している。そして、入熱側ループ管の内部を流れる作動流体の一方向流れが抑制される構成となっている。これによれば、音響の伝搬を抑制するとともに作動流体の対流を抑制することができる。
【０２５０】
また、第１８の観点によれば、音響伝達管は、入熱側ループ管の内部を流れる作動流体の一方向流れを抑制する振動壁を備えている。
【０２５１】
このように、振動壁を備えることにより、音響の伝搬を抑制するとともに作動流体の対流を抑制することができる。
【０２５２】
また、第１９の観点によれば、熱音響装置は、密閉容器によって構成されている。したがって、大気開放型熱音響機関よりも対流が抑制されるため、熱音響装置の原動機から出力される音響パワーの低下を抑制することができる。
【０２５３】
また、第２０の観点によれば、熱音響装置は、音響伝達管の内部に進行波が共鳴するよう構成されている。このように、音響伝達管の内部に進行波が共鳴するよう構成することもできる。
【０２５４】
また、第２１の観点によれば、熱音響装置は、音響伝達管の一部が環状になっており、エネルギー変換部は、環状になった音響伝達管の一部に配置されている。
【０２５５】
このように、音響伝達管の一部が環状にすることにより、原動機により増幅した音響エネルギーを循環させることができ、音響エネルギーの出力のピークを鋭くすることができる。
【０２５６】
また、第２２の観点によれば、音響伝達管は、直線状の共鳴管を有し、共鳴管の一端は、環状になった音響伝達管の一部と連結されており。そして、エネルギー変換部は、環状になった音響伝達管の一部と共鳴管の一端との連結部から最も離れた部位よりも環状になった音響伝達管の一部と共鳴管の一端との連結部に近い位置に配置されている。
【０２５７】
このように、エネルギー変換部は、環状になった音響伝達管の一部と共鳴管の一端との連結部から最も離れた部位よりも環状になった音響伝達管の一部と共鳴管の一端との連結部に近い位置に配置されるのが好ましい。
【０２５８】
また、第２３の観点によれば、熱音響装置は、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を変化させる。このように、入熱温度と凝縮性流体の沸点との温度差が予め決められた所定の温度範囲内となるよう、入熱温度を変化させることもできる。
【０２５９】
また、第２４の観点によれば、熱音響装置は、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないよう、入熱温度を変化させる。
【０２６０】
このように、入熱温度に対応する凝縮性流体の飽和蒸気圧である入熱温度蒸気圧が、音響伝達管の内部の圧力である全圧と入熱温度蒸気圧との差である非凝縮性流体の分圧よりも大きく、かつ、入熱温度蒸気圧と全圧との差である過蒸気圧が全圧を超えないよう、入熱温度を変化させることもできる。
【符号の説明】
【０２６１】
１    熱音響装置
３    配管
２０  音響伝達管
４０  原動機
４１  蓄熱器
４２  冷却装置
４３  加熱装置
５０  消費部
５１  蓄熱器
５２  冷却装置
５３  加熱装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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