【手続補正書】
【提出日】令和1年12月2日(2019.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動気体を加熱及び冷却する蓄熱器と、前記蓄熱器の一端側に隣接し、前記蓄熱器の一端部を加熱する加熱器と、前記蓄熱器の他端側に隣接し、前記蓄熱器の他端部の熱を外部に放出する冷却器と、を備える原動機と、
前記原動機で増幅された作動気体の音響パワーを他のエネルギーに変換する音響負荷と、
前記原動機同士又は前記原動機と前記音響負荷とを接続し、前記作動気体が満たされる共鳴管と、を備える熱音響機関であって、
１個以上の前記原動機と、１個以上の前記音響負荷と、前記共鳴管とがループ状に配置され、
前記共鳴管の長さと予め設定した基準長さとの差が２０％以内であり、
前記原動機の加熱器に接続した共鳴管の断面積は、前記原動機の冷却器に接続した共鳴管の断面積に対して、当該加熱器の温度を当該冷却器の温度で除算した絶対温度比以下の値を乗じた値で拡大されたことを特徴とする熱音響機関。
【請求項２】
前記原動機の加熱器に接続した共鳴管の断面積は、前記原動機の冷却器に接続した共鳴管の断面積に対して、前記加熱器の温度を前記冷却器の温度で除算した絶対温度比に０．８〜１．０を乗じた値で拡大されたことを特徴とする請求項１に記載の熱音響機関。
【請求項３】
前記音響負荷は、冷凍機であり、
前記冷凍機の冷気放出器に接続した共鳴管の断面積は、前記冷凍機の冷凍用冷却器に接続した共鳴管の断面積に対して、前記冷気放出器の温度を前記冷凍用冷却器の温度で除算した絶対温度比以下の値を乗じた値で縮小されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱音響機関。
【請求項４】
前記冷凍機の冷気放出器に接続した共鳴管の断面積は、前記冷凍機の冷凍用冷却器に接続した共鳴管の断面積に対して、前記冷気放出器の温度を前記冷凍用冷却器の温度で除算した絶対温度比に０．８〜１．０を乗じた値で縮小されたことを特徴とする請求項３に記載の熱音響機関。
【請求項５】
前記音響負荷は、リニア発電機又はバイダイレクショナルタービンの何れかであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の熱音響機関。
【請求項６】
全ての前記共鳴管の長さが等しいことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の熱音響機関。
【請求項７】
前記原動機が２個であり、前記音響負荷が２個であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の熱音響機関。
【請求項８】
前記原動機が３個であり、前記音響負荷が１個であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の熱音響機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記した課題に鑑みて、本発明に係る熱音響機関は、作動気体を加熱及び冷却する蓄熱器と、前記蓄熱器の一端側に隣接し、前記蓄熱器の一端部を加熱する加熱器と、前記蓄熱器の他端側に隣接し、前記蓄熱器の他端部の熱を外部に放出する冷却器と、を備える原動機と、前記原動機で増幅された作動気体の音響パワーを他のエネルギーに変換する音響負荷と、前記原動機同士又は前記原動機と前記音響負荷とを接続し、前記作動気体が満たされる共鳴管と、を備える熱音響機関であって、１個以上の前記原動機と、１個以上の前記音響負荷と、前記共鳴管とがループ状に配置され、前記共鳴管の長さと予め設定した基準長さとの差が２０％以内であり、前記原動機の加熱器に接続した共鳴管の断面積は、前記原動機の冷却器に接続した共鳴管の断面積に対して、当該加熱器の温度を当該冷却器の温度で除算した絶対温度比以下の値を乗じた値で拡大された構成とした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
［リニア発電機］
リニア発電機４０は、原動機１０で増幅された音響パワーを振動として利用し、その音響パワーを電力（電気エネルギー）に変換することで、発電を行う音響負荷である。図３に示すように、リニア発電機４０は、支持体４１内にあり、外側ヨーク（円筒）４２と、これら外側ヨーク４２にそれぞれ収容されるコイル４３と、外側ヨーク４２の間に位置する内側ヨーク（円筒）４４と、外側ヨーク４２のそれぞれと内側ヨーク４４との間に設けられた永久磁石４５と、が備えられている。なお、永久磁石４５は、それぞれＳ極とＮ極の磁石から構成されており、内側ヨーク４４に設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
リニア発電機４０におけるこのような構造は、コイル４３を周回する磁束密度の時間変化により電流が発生するという原理に基づいた発電方式を採用している。すなわち、音響パワーに基づき内側ヨーク４４とともにこれに設けられた永久磁石４５がストロークすることにより、コイル４３を周回する磁束密度が大きく変化し、発電が行われる。また、内側ヨーク４４に突起４４ａを取り付けることによって、エアギャップを磁束が通過することによる磁束密度の低下を抑止することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ここで、ｐが圧力振幅、Ｕが断面平均体積流速振幅、ｊが虚数単位、ωが角周波数、ＡＣが断面積、ｐｍが作動気体の平均圧力、γが比熱比、νが動粘性係数、σがプラントル数、Ｔｍが平均温度、αが熱拡散係数、ρｍが平均密度である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
このとき、下記の式（８）のように、ループ接合点ａにおいて、複素圧力振幅と複素流速振幅が等しいという条件を用いることで、式（７）を下記の式（９）に書き直すことができる。なお、式（９）のＥは、単位行列である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
【数１０】
2018091531.tif 000001
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
［シミュレーション結果］
次に、表３の駆動温度ＴＨ及び駆動周波数を計算モデルに適用し、音場のシミュレーションを行った。音場の初期点圧力は、平均圧(３０気圧)の２％とする。音場のシミュレーション結果として、圧力振幅の絶対値分布（図９）、流速振幅の絶対値分布（図１０）、圧力流速間位相差分布（図１１）、規格化音響インピーダンス分布の絶対値分布（図１２）、規格化音響パワー分布の絶対値分布（図１３）、体積流速分布（図１４）、及び、熱効率・冷凍出力を示した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
このとき、蓄熱器、加熱器及び冷却器の軸方向長さが０．０３［ｍ］である。また、冷凍用蓄熱器、冷凍用冷却器及び冷気放出器の軸方向長さが０．０３［ｍ］である。さらに、４本の共鳴管の長さが合計４［ｍ］である。また、各共鳴管の一端には、シミュレーション計算で温度勾配を形成するために、サーマルバッファチューブを設けた。ここで、サーマルバッファチューブは、原動機の加熱器とこの加熱器に接続する共鳴管との間、及び、冷凍機の冷気放出器とこの冷気放出器に接続する共鳴管との間に配置した。このサーマルバッファチューブの長さが０．２［ｍ］である。実際の熱音響機関では動作に応じて導波管部に温度勾配が形成されるため、シミュレーション計算では０．２［ｍ］と仮定した。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
＜圧力流速間位相差分布＞
図１１に示すように、実施例１では、原動機及び冷凍機の位置において、圧力流速間位相差が０となる。これにより、蓄熱器では、等温可逆的なエネルギー変換を行っていることがわかる。さらに、実施例１では、熱音響機関の全区間にわたって圧力流速間位相差が±３０［deg.］に収まることから、熱音響機関の全区間で進行波的な位相が形成されていると考えられる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
＜体積流速分布＞
図１４に示すように、実施例１では、共鳴管の断面積を拡大及び縮小することにより、熱音響機関の全区間で体積流速分布が１．６〜２．５×１０−３［ｍ３／ｓ］の範囲に収まり、体積流速分布が略均一になる。一方、比較例では、共鳴管の断面積を拡大及び縮小による流速振幅の調整を行っていないため、体積流速分布が０．６〜２．４×１０−３［ｍ３／ｓ］の間で変動し、原動機の前後で特に変動が大きくなる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
熱力学的な効率の上限となるカルノー効率ηｃａｒｎｏｔを下記の式（１３）とする。そして、各蓄熱器の熱効率ηｎとカルノー効率ηｃａｒｎｏｔとの比を、式（１４）のように蓄熱器比カルノー効率η２ｎとして求める。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
【数１４】
2018091531.tif 000002
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
実施例１及び比較例についての蓄熱器比カルノー効率η２ｎ、冷凍機成績係数ηＲｅｆ、及び、ループ比カルノー効率ηＬｏｏｐ２を表４に示す。表４に示すように、実施例１では、蓄熱器比カルノー効率η２ｎが各原動機で約６５〜７０［％］の範囲に収まり、各原動機が同程度の熱効率となる。一方、比較例では、蓄熱器比カルノー効率η２ｎが各原動機で約３９〜９２［％］なので、各原動機の熱効率のばらつきが大きくなる。冷凍機成績係数ηＲｅｆ、及び、ループ比カルノー効率ηＬｏｏｐ２については、比較例よりも実施例１の方が高くなる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
【表４】
2018091531.tif 000003
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2018091531.tif 000004
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2018091531.tif 000005
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2018091531.tif 000006