(57)【要約】【課題】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。【解決手段】熱音響機関１の管部材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。管部材２０には、音波伝達経路で凝縮した液相凝縮性流体１２Ｂを傾斜面２４で集合させて貯留する貯液部２５が設けられている。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をスタック３１へ供給する供給部５０を備えている。【選択図】図１
2018091580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を備える熱音響機関。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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３に記載の熱音響機関。
【請求項５】
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４のいずれか一項に記載の熱音響機関。
【請求項６】
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５に記載の熱音響機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【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】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、を備える。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大断面図である。
【図３】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。
【図４】第２実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。
【図５】第３実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。
【図６】第４実施形態に係る熱音響機関の概略構成図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【符号の説明】
【００７２】
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）
【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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