(57)【要約】【課題】小型かつ高効率な熱音響装置を提供する。【解決手段】熱音響変換素子２，２ａ，２ｂは、間隔を設けて積層された板状の第１伝熱部材（伝熱板１３）を有し、第１伝熱部材（伝熱板１３）間の間隙１６により構成された第１気体流路を有する第１熱交換部３と、間隔を設けて積層された板状の第２伝熱部材（伝熱板２３）を有し、第２伝熱部材（伝熱板２３）間の間隙２６により構成された第２気体流路を有する第２熱交換部４と、第１熱交換部３と第２熱交換部４間に設けられており、第１気体流路及び第２気体流路と連通した第３気体流路を有しており、かつ、第１熱交換部３及び第２熱交換部４よりも伝熱性の低い材料により構成された断熱部５とを備え、断熱部５を間に挟んで第１熱交換部３と第２熱交換部４が一体に構成されている。断熱部５を薄くすることで、第１熱交換部３と第２熱交換部４間が熱的に直接接続されるのを防ぎつつ、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の間隔を狭くしている。【選択図】図２
2018071821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴管と、前記共鳴管に設けられた熱音響変換素子と、を備える熱音響装置であって、
前記熱音響変換素子は、
間隔を設けて積層された板状の第１伝熱部材を有し、前記第１伝熱部材間の間隙により構成された第１気体流路を有する第１熱交換部と、
間隔を設けて積層された板状の第２伝熱部材を有し、前記第２伝熱部材間の間隙により構成された第２気体流路を有する第２熱交換部と、
前記第１熱交換部と前記第２熱交換部間に設けられており、前記第１気体流路及び前記第２気体流路と連通した第３気体流路を有しており、かつ、前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部よりも伝熱性の低い材料により構成された断熱部と、を備え、
前記断熱部を間に挟んで前記第１熱交換部と前記第２熱交換部が一体に構成されている
ことを特徴とする熱音響装置。
【請求項２】
前記第１熱交換部と前記第２熱交換部間の間隔、前記第１気体流路と前記第２気体流路間の間隔、前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材間の間隔、又は前記第３気体流路の長さが、前記共鳴管の管内に発生する気体振動の波長に対する１０分の１以下の値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項３】
前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材は、金属、黒鉛、セラミックス、又は熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記断熱部は、
互いに対向する前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材の間に設けられており、かつ、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材と同等の肉厚を有する板状の断熱部材を備え、
積層された前記断熱部材間の間隙により前記第３気体流路が構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記断熱部材は合成樹脂により構成されており、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材は熱伝導性フィラーを含有する前記合成樹脂により一体に成形されていることを特徴とする請求項４記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記熱音響変換素子が発生させた気体振動を整流することにより風を生成する整流器を備えることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項７】
前記整流器は、前記共鳴管の管内に発生する気体振動による定在波の腹に対応する部位に設けられていることを特徴とする請求項６記載の熱音響装置。
【請求項８】
前記整流器は、前記気体振動による気流の向きを集中させるノズル部を有することを特徴とする請求項６記載の熱音響装置。
【請求項９】
車両用灯具の内部に設けられており、前記車両用灯具の内部にて発生した熱を用いて前記風を生成し、前記風により前記車両用灯具の内部に気流を発生させるものであることを特徴とする請求項６記載の熱音響装置。
【請求項１０】
前記共鳴管には、共鳴器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項１１】
複数個の前記熱音響変換素子を備え、一部の前記熱音響変換素子がヒートポンプを構成していることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項１２】
複数個の前記熱音響変換素子を備え、複数個の前記熱音響変換素子が熱源及び冷源又は吸熱部及び排熱部に対して並列又は直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の熱音響装置。
【請求項１３】
並列又は直列に接続された複数個の前記熱音響変換素子には、特性が互いに異なる前記熱音響変換素子が含まれていることを特徴とする請求項１２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。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる「熱音響現象」を用いて、温度によるエネルギー（以下「熱エネルギー」という。）と気体の振動によるエネルギー（以下「音響エネルギー」という。）とのエネルギー変換を実行する装置、すなわち熱音響装置の研究開発が進められている（例えば、特許文献１〜３参照）。熱音響装置は、原動機、発電機、送風機、ヒートポンプ（冷却器又は加熱器）などの種々の機器に応用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９９５９９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０５７７５号公報
【特許文献３】特開２０１６−４４８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に示す如く、従来の熱音響装置は、一対の熱交換器と、この熱交換器間に設けられたフィルタ状の蓄熱器、いわゆる「スタック」とを有している。熱交換器及び蓄熱器は互いに連通した中空部を有しており、この中空部内を空気などの気体が流通自在である。熱交換器及び蓄熱器の中空部は、共鳴用の管状部材、いわゆる「共鳴管」と連通している。
【０００５】
ここで、従来の熱音響装置における蓄熱器は、再生器の機能を果たすものである。すなわち、従来の熱音響装置は、蓄熱器と気体間の再生熱交換を介して、高温側の熱交換器（以下「第１熱交換器」ということがある。）と低温側の熱交換器（以下「第２熱交換器」ということがある。）との間の熱交換を実行するものである。また、従来の熱音響装置は、この再生熱交換により、蓄熱器内において共鳴管の管軸方向に対する緩やかな温度勾配を形成するものである。
【０００６】
例えば、従来の熱音響装置を用いて熱エネルギーを音響エネルギーに変換する場合、第１熱交換器は熱源と熱的に接続され、かつ、第２熱交換器は冷源と熱的に接続される。蓄熱器による再生熱交換を介して、第１熱交換器と第２熱交換器間の熱交換が実行されることにより、熱源が有する熱の一部が冷源に移動する。また、当該熱交換の際、中空部内における気体の温度変化及び圧力変化に応じて、共鳴管の管軸方向に沿う気体の振動すなわち音が発生する。これにより、熱源が有する熱エネルギーの一部が音響エネルギーに変換される。
【０００７】
このように、従来の熱音響装置は、再生器の機能を果たす蓄熱器を有しており、かつ、この蓄熱器が熱交換器と別部材にて構成されている。このため、熱音響装置が大型になるという問題があった。また、従来の熱音響装置は、蓄熱器による再生熱交換を介して熱交換器間の熱交換を実行するものである。このため、熱交換の効率が低いという問題があった。さらに、従来の熱音響装置は、共鳴管の管軸方向に対する蓄熱器内の温度勾配が緩やかである。このため、熱エネルギーと音響エネルギーとの変換効率が低いという問題もがあった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型かつ高効率な熱音響装置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】
【０００９】
本発明の熱音響装置は、共鳴管と、共鳴管に設けられた熱音響変換素子とを備える熱音響装置であって、熱音響変換素子は、間隔を設けて積層された板状の第１伝熱部材を有し、第１伝熱部材間の間隙により構成された第１気体流路を有する第１熱交換部と、間隔を設けて積層された板状の第２伝熱部材を有し、第２伝熱部材間の間隙により構成された第２気体流路を有する第２熱交換部と、第１熱交換部と第２熱交換部間に設けられており、第１気体流路及び第２気体流路と連通した第３気体流路を有しており、かつ、第１熱交換部及び第２熱交換部よりも伝熱性の低い材料により構成された断熱部とを備え、断熱部を間に挟んで第１熱交換部と第２熱交換部が一体に構成されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱音響装置は、上記のような構造の熱音響変換素子を備える。この熱音響変換素子は、再生器の機能を果たす蓄熱器を不要とし、かつ、熱交換器の機能を兼ねるものである。これにより、小型かつ高効率な熱音響装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱音響変換素子を示す分解斜視図である。
【図３】図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る第１熱交換部における伝熱板及びスペーサを示す分解斜視図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１に係る第２熱交換部における伝熱板及びスペーサを示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る断熱部を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱音響変換素子を示す背面図である。
【図６】図５に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図７】図５に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図８】図８Ａは、従来の熱音響装置における蓄熱器内の温度勾配を示す特性図である。図８Ｂは、本発明の実施の形態１に係る熱音響装置における熱音響変換素子内の温度勾配を示す特性図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る他の熱音響変換素子を示す背面図である。
【図１０】図９に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１１】図９に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る他の熱音響変換素子を示す背面図である。
【図１３】図１２に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る他の熱音響変換素子における板状部材及びスペーサを示す分解斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る他の熱音響変換素子における他の板状部材及びスペーサを示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る他の熱音響変換素子における他の板状部材及びスペーサを示す分解斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る他の熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る他の熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図２０】本発明の実施の形態３に係る熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係る他の熱音響装置の要部を示す説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る熱音響装置及び送風装置の要部を示す説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態４に係る整流器の要部を示す説明図である。
【図２４】図２４Ａは、図２３に示す整流器における共鳴管の第２端部の端面形状を示す説明図である。図２４Ｂは、図２３に示す整流器における送風管の第１端部の端面形状を示す説明図である。
【図２５】図２５Ａは、本発明の実施の形態４に係る共鳴管が第２端部から気体を押し出すときの整流器の動作を示す説明図である。図２５Ｂは、本発明の実施の形態４に係る共鳴管が第２端部から気体を吸い込むときの整流器の動作を示す説明図である。
【図２６】本発明の実施の形態４に係る他の整流器の要部を示す説明図である。
【図２７】図２７Ａは、図２６に示す整流器における共鳴管の第２端部の端面形状を示す説明図である。図２７Ｂは、図２６に示す整流器における送風管の第１端部の端面形状を示す説明図である。
【図２８】図２８Ａは、本発明の実施の形態４に係る他の整流器の要部を示す説明図である。図２８Ｂは、図２８Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面を示す説明図である。
【図２９】図２９Ａは、図２８に示す整流器における共鳴管の第２端部の端面形状を示す説明図である。図２９Ｂは、図２８に示す整流器における送風管の第１端部の端面形状を示す説明図である。
【図３０】本発明の実施の形態４に係る他の熱音響装置及び他の送風装置の要部を示す説明図である。
【図３１】本発明の実施の形態４に係る他の熱音響装置及び他の送風装置の要部を示す説明図である。
【図３２】本発明の実施の形態５に係る熱音響装置及び送風装置の要部を示す説明図である。
【図３３】本発明の実施の形態５に係る整流器の要部を示す説明図である。
【図３４】図３４Ａは、図３３に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図３４Ｂは、図３３に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。図３４Ｃは、図３３に示すＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。図３４Ｄは、図３３に示すＤ−Ｄ’線に沿う断面図である。
【図３５】図３５Ａは、本発明の実施の形態５に係る共鳴管が第２端部から気体を押し出すときの整流器の動作を示す説明図である。図３５Ｂは、本発明の実施の形態５に係る共鳴管が第２端部から気体を吸い込むときの整流器の動作を示す説明図である。
【図３６】本発明の実施の形態５に係る他の熱音響装置及び他の送風装置の要部を示す説明図である。
【図３７】本発明の実施の形態６に係る熱音響装置、送風装置及び車両用灯具の要部を示す説明図である。
【図３８】図３７に示す熱音響装置及び送風装置の動作を示す説明図である。
【図３９】本発明の実施の形態７に係る熱音響装置、送風装置及び車両用灯具の要部を示す説明図である。
【図４０】図３９に示す熱音響装置及び送風装置の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱音響装置の要部を示す説明図である。図１を参照して、実施の形態１の熱音響装置２００について説明する。
【００１３】
図中、１は共鳴用の管状部材（以下「共鳴管」という。）である。共鳴管１はループ管の一部を除去してなる形状であり、この除去部に熱音響変換素子２が設けられている。熱音響変換素子２は、一対の熱交換部３，４と、この熱交換部３，４間に設けられた断熱部５とを有している。共鳴管１及び熱音響変換素子２により、熱音響装置２００の要部が構成されている。
【００１４】
一対の熱交換部３，４のうちの一方の熱交換部（以下「第１熱交換部」ということがある。）３は、共鳴管１の管外に配置された熱源６と当接している。これにより、第１熱交換部３は熱源６と熱的に接続されている。また、一対の熱交換部３，４のうちの他方の熱交換部（以下「第２熱交換部」ということがある。）４は、共鳴管１の管外に配置された冷源７と当接している。これにより、第２熱交換部４は冷源７と熱的に接続されている。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る熱音響変換素子を示す分解斜視図である。図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る第１熱交換部における伝熱板及びスペーサを示す分解斜視図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１に係る第２熱交換部における伝熱板及びスペーサを示す分解斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る断熱部を示す正面図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る熱音響変換素子を示す背面図である。図６は、図５に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図７は、図５に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。図２〜図７を参照して、実施の形態１の熱音響変換素子２について説明する。
【００１６】
略直方体状の伝熱部材（以下「第１導熱部」ということがある。）１１と略直方体状の伝熱部材（以下「第２導熱部」ということがある。）１２との間に、複数枚の略板状の伝熱部材（以下「伝熱板」ということがある。）１３が積層されている。互いに隣接する伝熱板１３間には、伝熱板１３よりも面積が小さい略板状の伝熱部材（以下「スペーサ」ということがある。）１４，１５が設けられている。より具体的には、伝熱板１３は略長方形状であり、２枚のスペーサ１４，１５のうちの一方のスペーサ１４が伝熱板１３の一端部に配置され、かつ、他方のスペーサ１５が伝熱板１３の他端部に配置されている。スペーサ１４，１５により、複数枚の伝熱板１３は略一定の間隔を設けて積層されており、互いに隣接する伝熱板１３間に間隙１６が形成されている。
【００１７】
なお、第１導熱部１１と伝熱板１３間にも同様のスペーサ１４，１５が設けられており、同様の間隙１６が形成されている。第２導熱部１２と伝熱板１３間にも同様のスペーサ１４，１５が設けられており、同様の間隙１６が形成されている。
【００１８】
第１導熱部１１は、伝熱板１３と略平行な面部１７を有しており、この面部１７が図１に示す熱源６と当接している。これにより、第１導熱部１１は熱源６と熱的に接続されている。
【００１９】
伝熱部材１１〜１５は、ネジなどの２本の締結部材１８により一体に固定されている。このようにして、第１熱交換部３が構成されている。また、複数個の間隙１６により第１気体流路が構成されている。
【００２０】
第２熱交換部４は、第１熱交換部３と同様の構造を有している。すなわち、略直方体状の伝熱部材（以下「第１導熱部」ということがある。）２１と略直方体状の伝熱部材（以下「第２導熱部」ということがある。）２２との間に、複数枚の略板状の伝熱部材（以下「伝熱板」ということがある。）２３が積層されている。互いに隣接する伝熱板２３間には、伝熱板２３よりも面積が小さい略板状の伝熱部材（以下「スペーサ」ということがある。）２４，２５が設けられている。より具体的には、伝熱板２３は略長方形状であり、２枚のスペーサ２４，２５のうちの一方のスペーサ２４が伝熱板１３の一端部に配置され、かつ、他方のスペーサ２５が伝熱板１３の他端部に配置されている。スペーサ２４，２５により、複数枚の伝熱板２３は略一定の間隔を設けて積層されており、互いに隣接する伝熱板２３間に間隙２６が形成されている。
【００２１】
なお、第１導熱部２１と伝熱板２３間にも同様のスペーサ２４，２５が設けられており、同様の間隙２６が形成されている。第２導熱部２２と伝熱板２３間にも同様のスペーサ２４，２５が設けられており、同様の間隙２６が形成されている。
【００２２】
第１導熱部２１は、伝熱板２３と略平行な面部２７を有しており、この面部２７が図１に示す冷源７と当接している。これにより、第１導熱部２１は冷源７と熱的に接続されている。
【００２３】
伝熱部材２１〜２５は、ネジなどの２本の締結部材２８により一体に固定されている。このようにして、第２熱交換部４が構成されている。また、複数個の間隙２６により第２気体流路が構成されている。
【００２４】
第１熱交換部３と第２熱交換部４間に、断熱部５が設けられている。断熱部５は略矩形枠状の断熱部材３１により構成されており、断熱部材３１の枠内の空間３３により、第３気体流路が構成されている。第３気体流路は、第１気体流路及び第２気体流路の各々と連通している。以下、第１気体流路、第２気体流路及び第３気体流路を総称して単に「気体流路」ということがある。気体流路は、図１に示す共鳴管１と連通しており、空気などの気体が流通自在である。
【００２５】
断熱部５は、一方の端面部が第１熱交換部３の第１気体流路以外の部位に当接しており、かつ、他方の端面部が第２熱交換部４の第２気体流路以外の部位に当接している。したがって、断熱部５によって、第１熱交換部３と第２熱交換部４を熱的に断絶しながらも、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の間隔を近接配置しているため、断熱部５内の第３気体流路内の気体の共鳴管１の管軸方向（以下、単に「管軸方向」ということがある。）に対する温度勾配は、断熱部５と第３気体流路内の気体との間の再生熱交換によるものではなく、第１熱交換部３から第３気体流路内の気体への直接の熱移動及び第３気体流路内の気体から第２熱交換部４への直接の熱移動により形成されるものである。
【００２６】
断熱部５を間に挟んで第１熱交換部３と第２熱交換部４は、ネジなどの８本の締結部材４１により一体に固定されている。すなわち、第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５が一体に構成されている。このようにして、熱音響変換素子２が構成されている。
【００２７】
ここで、熱交換部３，４及び断熱部５の材料について説明する。伝熱部材１１〜１５，２１〜２５は、例えば、銅若しくはアルミニウムなどの金属、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）又はセラミックスにより構成されている。銅の熱伝導率は、一例として約４００ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。アルミニウムの熱伝導率は、一例として約２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。黒鉛の熱伝導率は、一例として約５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２８】
これに対して、断熱部材３１は、例えば合成樹脂により構成されている。合成樹脂の熱伝導率は、一例として概ね０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。すなわち、断熱部５は、熱交換部３，４よりも伝熱性が低い材料により構成されている。
【００２９】
ちなみに、空気の熱伝導率は、一例として０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であるため、図示するように断熱部５の断熱部材３１の内部に中空部３２（内部は空気）を設ければ、さらに伝熱性を低下することができて好都合である。
【００３０】
なお、黒鉛を加工してなるシートは、結晶面に沿う方向の熱伝導率が金属と同程度に高く（一例として約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ））、結晶面に対して垂直な方向の熱伝導率が低い（一例として約３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））特性を有している。このため、当該シートを伝熱板１３，２３などに用いる場合、配置方向を適切に設定することが求められる。
【００３１】
また、伝熱部材１１〜１５，２１〜２５は、いわゆる「熱伝導性フィラー」を含有する合成樹脂により構成されたものであっても良い。熱伝導性フィラーには、例えば、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム又はカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）などが用いられている。
【００３２】
次に、熱音響装置２００の動作について、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する動作を中心に説明する。まず、熱源６が有する熱の一部が第１熱交換部３の第１導熱部１１に移動する。この熱は、スペーサ１４，１５を介して伝熱板１３に伝わる。第１熱交換部３の熱により、第１気体流路内の気体が加熱されて膨張する。膨張した気体の一部がきっかけの動きにより、第３気体流路を経由して第２気体流路に流入する。第２気体流路に流入した気体の有する熱が第２熱交換部４（伝熱板２３及びスペーサ２４，２５を介して第２導熱部２２）に移動することにより、当該気体が冷却されて収縮する。このとき、気体を構成する粒子には小さいながら重量があるため、当移動による弾みでオーバーランが生じ、その揺り返しによって第１気体流路の方向に移動する。この結果、第２熱交換部４により冷却された気体が第３気体流路を経由して再び第１気体流路に流入する。当該工程において、第１気体流路に流入した気体は、第１熱交換部３により加熱されて膨張して圧力が増すために、そこから流出する気体は強い力で押し出され、第２気体流路に流入した気体は、第２熱交換部４よりに冷却されて収縮して圧力が減るために、軽い力で引き戻される。このような強く押されて、軽く引き戻される工程を共鳴管１の中で繰り返す（気体振動が定在波を形成する、あるいは、共鳴する）ことにより、当初のきっかけの動きは徐々に大きな気体粒子の往復運動になり（振動振幅が増幅され）、継続して、共鳴管１の管軸方向に沿う気体の振動すなわち音が発生する。換言すれば、熱源６が有する熱エネルギーの一部が音響エネルギーに変換される。なお、このとき、音響エネルギーに変換されなかった熱エネルギーは、気体を媒体にして第１熱交換部３と第２熱交換部４間の熱交換により、熱源６から冷源７に移動する。
【００３３】
なお、同じ気体粒子を第１熱交換部３と第２熱交換部４の間、すなわち、第１気体流路と第２気体流路間を往復させることができれば、効率よく熱エネルギーを音響エネルギーに変換することができる。しかしながら、上記気体粒子の移動は動作時の管内における気体振動、すなわち、波長λの音波（波動はいわゆる音速で伝搬する）によるものであるが、個々の気体粒子の移動量は小さいため、たとえば、第１気体流路と第２気体流路間の距離（長さ）を波長λの１／１０以下、好ましくは１／２０以下（半波長の１／１０以下）に接近させることが望ましい。可能ならば、両者が熱的に接しない範囲で、限りなく接近させる。
【００３４】
ちなみに、上記きっかけとなる気体の動き、すなわち、熱音響装置を始動させるもの（スタータ）としては、自然界の振動であっても、始動用の振動源（図示せず）が発する振動であってもよい。
【００３５】
次に、図８を参照して、熱音響装置２００の効果について説明する。図８Ａに示す如く、従来の熱音響装置は、高温側の第１熱交換器Ｅ１と低温側の第２熱交換器Ｅ２との間に、再生器の機能を果たす蓄熱器Ｒを設けたものである。図８Ａに示す特性線Ｉは、従来の熱音響装置における管軸方向に対する蓄熱器Ｒ内の温度勾配の一例を示している。これに対して、図８Ｂに示す特性線ＩＩは、実施の形態１の熱音響装置２００における管軸方向に対する熱音響変換素子２内の温度勾配の一例を示している。なお、図８に示す例において、蓄熱器Ｒの長さＬ１は熱音響変換素子２の長さＬ２に対応し、蓄熱器Ｒにおける両端部間の温度差Δｔ１は熱音響変換素子２における両端部間の温度差Δｔ２に対応している。図中、ΔＬ１は管軸方向に対する蓄熱器Ｒの長さを示しており、ΔＬ２は管軸方向に対する断熱部５が形成する第３気体流路長さ、すなわち、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の長さ、あるいは、第１気体流路と第２気体流路間の長さを示している。
【００３６】
図８Ａに示す如く、従来の熱音響装置は、蓄熱器Ｒと気体間の再生熱交換により、蓄熱器Ｒの略全体に亘る緩やかな温度勾配（Δｔ１／ΔＬ１）が形成される。したがって、従来の熱音響装置は、気体振動の振幅に対する気体の温度変化が小さく、気体の圧力変化も小さい。このため、熱エネルギーから音響エネルギーへの変換効率が低いという問題があった。これに対して、図８Ｂに示す如く、実施の形態１の熱音響装置２００は、熱音響変換素子２のうちの熱交換部３，４内の温度は略一定であり、熱交換部３，４の間に挟まれた断熱部５によって設けられる第３気体流路内には急峻な温度勾配（Δｔ２／ΔＬ２）が形成される。したがって、実施の形態１の熱音響装置２００は、従来の熱音響装置と比較して、気体振動の振幅に対する気体の温度変化が大きく、気体の圧力変化も大きい。このため、熱エネルギーを音響エネルギーに高効率に変換することができる。
【００３７】
すなわち、断熱部５は、第１熱交換部３と第２熱交換部４間が熱的に直接接続されるのを防ぎつつ、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の間隔を可能な限り小さくすることを主目的に設けられた部位であり、再生熱交換により温度勾配を形成するための部位ではない。したがって、図８に示す如く、管軸方向に対する断熱部５が形成する第３気体流路の長さΔＬ２は同方向に対する蓄熱器Ｒの長さΔＬ１よりも小さくでき、たとえば、ΔＬ２を動作時の管内における気体振動すなわち音の波長λの１／１０以下、好ましくは１／２０以下（半波長の１／１０以下）にすることができる。
【００３８】
換言すれば、移動量が小さな音波を形成する個々の気体粒子が第１熱交換部３と第２熱交換部４間を往復できるように、ΔＬ２（第３気体流路）の長さを、たとえば、音の波長λの１／１０以下、好ましくは１／２０以下（半波長の１／１０以下）にすることができる。もちろん、両者を熱的に接しない範囲で、限りなく接近させることが理想である。
【００３９】
また、従来の熱音響装置は、蓄熱器Ｒによる再生熱交換を介して第１熱交換器Ｅ１と第２熱交換器Ｅ２間の熱交換を実行するものであるため、熱交換の効率が低いという問題があった。これに対して、実施の形態１の熱音響装置２００は、再生熱交換を介さずに第１熱交換部３と第２熱交換部４の中で直接熱交換を実行するものである。これにより、熱交換の効率を向上することができる。
【００４０】
また、従来の熱音響装置は、再生器の機能を果たす蓄熱器Ｒを有し、かつ、この蓄熱器Ｒが第１熱交換器Ｅ１及び第２熱交換器Ｅ２と別部材にて構成されている。このため、熱音響装置が大型になるという問題があった。これに対して、実施の形態１の熱音響変換素子２は、第１熱交換器Ｅ１と同等の機能を果たす第１熱交換部３と、第２熱交換器Ｅ２と同等の機能を果たす第２熱交換部４との間に、蓄熱器Ｒに代えて断熱部５を挟んだものである。また、熱音響変換素子２は、当該断熱部５を間に挟んで熱交換部３と熱交換部４が一体に構成されたものである。かかる熱音響変換素子２を用いることにより、熱音響装置２００を小型にすることができる。
【００４１】
また、第１熱交換部３は、積層された複数枚の伝熱板１３間の間隙１６により第１気体流路が構成されており、この間隙１６はスペーサ１４，１５により形成されたものである。同様に、第２熱交換部４は、積層された複数枚の伝熱板２３間の間隙２６により第２気体流路が構成されており、この間隙２６はスペーサ２４，２５により形成されたものである。かかる構造により、伝熱効率の高い熱交換部３，４を実現することができる。
【００４２】
また、第１熱交換部３は複数個の伝熱部材１１〜１５による積層構造を有しており、第２熱交換部４は複数個の伝熱部材２１〜２５による積層構造を有している。積層構造による熱交換部３と断熱部５とを一体に構成してなる熱音響変換素子２は、例えば、特許文献１に示す金網を用いた蓄熱器よりも製造が容易であり、寸法及び熱的性能などを安定させることができる。
【００４３】
なお、図２〜図７において、第１熱交換部３が１０枚の伝熱板１３を有し、かつ、第２熱交換部４が１０枚の伝熱板２３を有する例を示したが、伝熱板１３，２３の枚数は１０枚に限定されるものではなく、１枚以上の如何なる枚数であっても良い。伝熱板１３，２３の枚数を増やすことにより、熱交換部３，４と気体間の接触面積を大きくすることができる。
【００４４】
なお、伝熱板１３，２３の枚数を増やすにつれて、伝熱板１３，２３の薄肉化が求められる。伝熱板１３，２３に上記のような熱伝導率の高い材料を用いることにより、伝熱板１３，２３を薄肉化しつつ熱交換に必要な伝熱性を確保することができる。同様に、薄くしたスペーサ１４，１５，２４，２５を設けることにより、伝熱板１３，２３を薄肉化しつつ伝熱板１３，２３間の間隔も狭く安定させて、熱交換部３，４の大きさを拡大することなく熱交換効率を向上することができる。
【００４５】
また、図２〜図７において、第１熱交換部３の伝熱板１３と第２熱交換部４と伝熱板２３とが互いに略平行（伝熱板１３と伝熱板２３の対向する端辺が平行の位置にある）に設けられた例を示したが、伝熱板１３と伝熱板２３とは互いに非平行（伝熱板１３と伝熱板２３の対向する端辺がねじれの位置にある）に設けられたものであっても良い。例えば、熱音響装置２００は、熱音響変換素子２に代えて、図９〜図１１に示す如く伝熱板１３と伝熱板２３とが互いに略直交する向きに設けられた熱音響変換素子２ａを有するものであっても良い。
【００４６】
また、断熱部５は第１熱交換部３と第２熱交換部４間が熱的に直接接続されるのを防ぎながら、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の間隔を可能な限り小さくするための構造物であり、図２、図４、図６、図７、図１０、図１１に示した略矩形枠状の断熱部材３１は第１熱交換部３と第２熱交換部４を固定するそれぞれの締結部材４１による熱の漏洩を抑制するように考慮されている。したがって、第１熱交換部３と第２熱交換部４との間で熱が漏洩しにくい断熱性の締結部材を使用すれば、あるいは、締結部材４１と第１熱交換部３もしくは第２熱交換部４との間に、たとえば断熱性円筒部材等の断熱材を介在させれば、両熱交換部を貫通する締結部材の使用も可能である。都合、図２、図５、図６、図７、図９、図１０、図１１、図１２、図１３に示す断熱部５を間に挟んで第１熱交換部３と第２熱交換部４を締結する８本のネジ（締結部材４１）を、第１熱交換部３と第２熱交換部４及び断熱部５を貫通する４本のネジに代替することができる。
【００４７】
このときには、略矩形枠状の断熱部５にはオネジの締結部材４１に対応するメネジを備える必要はなく、断熱部材３１を第３気体流路用の空間３３を設けたシート状あるいはガスケット状にして、第１熱交換部３と第２熱交換部４の間に挟む構成にしても良い。
【００４８】
ちなみに、当該ガスケット状の断熱部５を使用することで、熱音響変換素子内の気体流路と外部との気密性を保つことができ、動作音あるいは音響エネルギーの漏洩を抑制することができて好都合である。
【００４９】
なお、断熱部５の構造は上記略矩形枠の断熱部材３１やシート状あるいはガスケット状の構造に限定されるものではなく、以下、図１２〜図１４を参照して、図２〜図７に示す断熱部５と異なる構造の断熱部５を有する熱音響変換素子２ｂについて説明する。
【００５０】
図１２及び図１３に示す熱音響変換素子２ｂは、図１４に示す如く、断熱部５をそれぞれが対向する個々の伝熱板１３，２３の間に設け、当伝熱板１３，２３と断熱部５となる断熱部材（以下「断熱板」ということがある。）３６を１枚の板状部材４２にして積層した構成である。なお、断熱板３６の肉厚は伝熱板１３，２３の肉厚と同等である。
【００５１】
上記構成と同様に複数枚の板状部材４２はスペーサ１４，１５，２４，２５により略一定の間隔を設けて積層されており、互いに隣接する板状部材４２間に間隙３７が形成されている。また、断熱部５の最外殻には、略直方体状の断熱部材３４，３５を設けており、一方の略直方体状の断熱部材３４、及び、他方の略直方体状の断熱部材３５と板状部材４２の間にも同様の間隙３７が形成されている。
【００５２】
当該構成においては、互いに隣接する断熱板３６の間が第３気体流路である。なお、当該第３気体流路の断面形状は、第１気体流路の断面形状及び第２気体流路の断面形状と略同形状となる。
【００５３】
また、板状部材４２のうち、断熱板３６に対応する部位はポリプロピレンなどの合成樹脂により構成されており、伝熱板１３，２３に対応する部位は熱伝導性フィラーを含有する同種の合成樹脂により構成されている。図１４に示す板状部材４２は、例えば、いわゆる「二色成形」により製造することができる。一例として、板状部材４２の肉厚は約０．２ミリメートル（ｍｍ）であり、約０．２ｍｍの間隔を設けて積層されている。ちなみに、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の間隔を小さくするために、伝熱板１３，２３に当接する断熱板３６の上記ΔＬ２に相当する幅は、たとえば、動作時の管内における気体振動すなわち音の波長λの１／１０以下、好ましくは１／２０以下（半波長の１／１０以下）にすること望ましい。
【００５４】
なお、伝熱板１３，２３と断熱板３６によって形成される板状部材４２の構造は、図１４に示す構造に限定されるものではない。例えば、板状部材４２の、断熱板３６に対応する部位がポリプロピレンなどの合成樹脂により構成され、かつ、伝熱板１３，２３に対応する部位がアルミニウムなどの金属により構成されたものであっても良い。この場合の板状部材４２を図１５に示す。図１５に示す板状部材４２は、例えば、いわゆる「インサート成形」により製造することができる。図１５に示す如く、断熱板３６に対応する部位は中央部に対して両端部が厚肉であり、この厚肉部にて伝熱板１３，２３の金属がインサートされている。
【００５５】
また、板状部材４２は、図１６に示す如く、断熱板３６に対応する部位と伝熱板１３，２３に対応する部位との間の接合面を波状にしたものであっても良い。これにより、断熱板３６と伝熱板１３，２３間の接触面積を大きくすることができ、断熱板３６と伝熱板１３，２３間の接合を強固にすることができる。
【００５６】
また、板状部材４２は、図１６に示す如く、表面部に略棒状の断熱部材４３が設けられ、かつ、裏面部にも同様な断熱部材４４が設けられたものであっても良い。断熱部材４３，４４は、各々の長手方向が気体の振動方向に沿うように設けられており、板状部材４２のうちの断熱板３６に対応する部位及び伝熱板１３，２３に対応する部位の両部位と当接している。断熱部材４３，４４は、熱交換部３，４におけるスペーサ１４，１５，２４，２５と同様に、板状部材４２間の間隔を安定させて気体流路を確保する機能を果たすものである。
【００５７】
なお、熱音響装置２００は、図１に示すループ管型の共鳴管１に代えて、直管型の共鳴管を用いたものであっても良く、このときの直管型の共鳴管は、両端ともに閉塞端、両端ともに開放端、一方が閉塞端で他方が開放端のいずれ方式でも構わない。
【００５８】
また、熱音響変換素子２，２ａ，２ｂにおける伝熱板１３，２３及び熱音響変換素子２ｂにおける断熱板３６の形状は略板状であれば良く、完全な板状に限定されるものではない。本願の特許請求の範囲に記載された「板状」の用語の意義は、完全な板状はもちろんのこと、略板状の態様も包含するものである。
【００５９】
また、熱音響変換素子２ｂにおける第１気体流路、第２気体流路及び第３気体流路の断面形状は互いに略同形状であれば良く、完全な同形状に限定されるものではない。本願の特許請求の範囲に記載された「同形状」の用語の意義は、完全な同形状はもちろんのこと、略同形状の態様も包含するものである。
【００６０】
以上のように、実施の形態１の熱音響装置２００は、共鳴管１と、共鳴管１に設けられた熱音響変換素子２，２ａ，２ｂとを備える。熱音響変換素子２，２ａ，２ｂは、間隔を設けて積層された板状の第１伝熱部材（伝熱板１３）を有し、第１伝熱部材（伝熱板１３）間の間隙１６により構成された第１気体流路を有する第１熱交換部３と、間隔を設けて積層された板状の第２伝熱部材（伝熱板２３）を有し、第２伝熱部材（伝熱板２３）間の間隙２６により構成された第２気体流路を有する第２熱交換部４と、第１熱交換部３と第２熱交換部４間に設けられており、第１気体流路及び第２気体流路と連通した第３気体流路を有しており、かつ、第１熱交換部３及び第２熱交換部４よりも伝熱性の低い材料により構成された断熱部５とを備え、当該断熱部５を間に挟んで第１熱交換部３と第２熱交換部４が一体に構成されている。これにより、小型で、熱交換の効率が高く、かつ、熱エネルギーと音響エネルギーとの変換効率が高い熱音響装置２００を実現することができる。
【００６１】
また、第１伝熱部材（伝熱板１３）及び第２伝熱部材（伝熱板２３）は、金属、黒鉛、セラミックス、又は熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂により構成されている。これにより、伝熱効率の高い伝熱板１３，２３を実現することができる。
【００６２】
また、熱音響装置２００は、第１気体流路の断面形状と、第２気体流路の断面形状と、第３気体流路の断面形状とが同形状である。これにより、気体流路内における凹凸がなくなり気体の流通をスムーズにすることができる。
【００６３】
また、断熱部５をそれぞれが対向する第１伝熱部材（伝熱板１３）、第２伝熱部材（伝熱板２３）の間に設けた断熱部材（断熱板３６）とすることで、伝熱板１３、伝熱板２３とともに板状部材４２として一体に成形できる。当該一体成形してなる板状部材４２を用いることにより、伝熱板１３，２３及び断熱板３６の積層作業を容易にすることができる。また、伝熱板１３，２３及び断熱板３６の形状を安定させることができる。
【００６４】
また、断熱部材（断熱板３６）は合成樹脂により構成されており、第１伝熱部材（伝熱板１３）及び第２伝熱部材（伝熱板２３）は熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂により構成されている。これにより、板状部材４２を二色成形にて製造することができる。
【００６５】
実施の形態２．
実施の形態１では、図１を参照して、１個の熱音響変換素子を有する熱音響装置２００について説明した。実施の形態２では、図１７〜図１９を参照して、複数個の熱音響変換素子を有し、これらの熱音響変換素子が熱源及び冷源に対して並列に接続された熱音響装置２１０について説明する。
【００６６】
図１７に示す熱音響装置２１０は、ループ管型の共鳴管１１に設けられた２個の熱音響変換素子２１，２２を有している。熱音響変換素子２１，２２の各々は、例えば、図２〜図７に示す熱音響変換素子２と同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されている。
【００６７】
熱音響変換素子２１が有する断熱部５と熱音響変換素子２２が有する断熱部５との間の間隔（長さ）Ｌ１１は、Ｌ１１＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている。ここで、λは共鳴管１１の管内における気体振動すなわち音の波長であり、ｎは１以上の整数である。
【００６８】
熱音響変換素子２１，２２の各々が有する第１熱交換部３は、共鳴管１１の管外に配置された熱源６１と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２１，２２の各々が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１の管外に配置された冷源７１と当接し、熱的に接続されている。すなわち、２個の熱音響変換素子２１，２２は、熱源６１及び冷源７１に対して並列に接続されている。図中、矢印Ａ１，Ａ２は、熱音響変換素子２１，２２が発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ３，Ａ４は、熱源６１から冷源７１への熱移動の経路を示している。
【００６９】
熱源６１及び冷源７１に対して複数個の熱音響変換素子２１，２２を並列に接続することにより、熱源６１から冷源７１への熱移動の経路を増やすことができる。この結果、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するとき、変換されるエネルギーの量を増やすことができる。すなわち、大容量の熱音響装置２１０を実現することができる。
【００７０】
図１８に示す熱音響装置２１０は、ループ管型の共鳴管１２に設けられた４個の熱音響変換素子２３〜２６を有している。熱音響変換素子２３〜２６の各々は、例えば、図２〜図７に示す熱音響変換素子２と同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されている。４個の熱音響変換素子２３〜２６のうち、互いに隣接する２個の熱音響変換素子が有する断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ１２は、Ｌ１２＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている。
【００７１】
熱音響変換素子２３〜２６の各々が有する第１熱交換部３は、共鳴管１２の管外に配置された熱源６２と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２３〜２６の各々が有する第２熱交換部４は、共鳴管１２の管外に配置された冷源７２と当接し、熱的に接続されている。すなわち、４個の熱音響変換素子２３〜２６は、熱源６２及び冷源７２に対して並列に接続されている。図中、矢印Ａ５〜Ａ８は、熱音響変換素子２３〜２６が発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ９〜Ａ１２は、熱源６２から冷源７２への熱移動の経路を示している。
【００７２】
熱源６２及び冷源７２に対して複数個の熱音響変換素子２３〜２６を並列に接続することにより、熱源６２から冷源７２への熱移動の経路を増やすことができる。この結果、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するとき、変換されるエネルギーの量を増やすことができる。すなわち、大容量の熱音響装置２１０を実現することができる。
【００７３】
図１９に示す熱音響装置２１０は、ループ管型の共鳴管１３に設けられた４個の熱音響変換素子２７〜２１０を有している。熱音響変換素子２７〜２１０の各々は、例えば、図２〜図７に示す熱音響変換素子２と同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されている。
【００７４】
ここで、互いに隣接する２個の熱音響変換素子２７，２８は、１個の第１熱交換部３を共用している。互いに隣接する２個の熱音響変換素子２８，２９は、１個の第２熱交換部４を共用している。互いに隣接する２個の熱音響変換素子２９，２１０は、１個の第１熱交換部３を共用している。合計４個の断熱部５のうち、互いに隣接する２個の断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ１３は、Ｌ１３＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている。
【００７５】
ちなみに、当該隣接する熱音響変換素子が、互いの熱交換部を共用する構成において、例えば、気体振動に対応する音の周波数が２０キロヘルツ（ｋＨｚ）に設定されている場合、当該音に対する２分の１波長（λ／２）は８．５ミリメートル（ｍｍ）であり、それぞれの熱音響変換素子の断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ１３は８．５ｍｍとなる。
【００７６】
熱音響変換素子２７，２８による共用の第１熱交換部３及び熱音響変換素子２９，２１０による共用の第１熱交換部３は、共鳴管１３の管外に配置された熱源６３と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２７の第２熱交換部４、熱音響変換素子２８，２９による共用の第２熱交換部４、及び熱音響変換素子２１０の第２熱交換部４は、共鳴管１３の管外に配置された冷源７３と当接し、熱的に接続されている。すなわち、４個の熱音響変換素子２７〜２１０は、熱源６３及び冷源７３に対して並列に接続されている。図中、矢印Ａ１３〜Ａ１６は、熱音響変換素子２７〜２１０が発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ１７〜Ａ２０は、熱源６３から冷源７３への熱移動の経路を示している。
【００７７】
熱源６３及び冷源７３に対して複数個の熱音響変換素子２７〜２１０を並列に接続することにより、熱源６３から冷源７３への熱移動の経路を増やすことができる。この結果、熱エネルギーを音響エネルギーに変換するとき、変換されるエネルギーの量を増やすことができる。すなわち、大容量の熱音響装置２１０を得ることができる。また、互いに隣接する２個の熱音響変換素子が１個の熱交換部を共用する構造により、熱音響装置２１０の部品点数を削減することができ、熱音響装置２１０を更に小型にすることができる。
【００７８】
なお、実施の形態２の熱音響装置２１０において、熱音響変換素子２１〜２１０の各々は、図９〜図１１に示す熱音響変換素子２ａと同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されたものであっても良い。または、熱音響変換素子２１〜２１０の各々は、図１２〜図１６に示す熱音響変換素子２ｂと同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されたものであっても良い。
【００７９】
また、実施の形態２の熱音響装置２１０において、共鳴管の形状は図１７〜図１９の各々に示す形状に限定されるものではなく、熱音響変換素子の個数は図１７〜図１９の各々に示す個数に限定されるものではなく、共鳴管に対する熱音響変換素子の配置は図１７〜図１９の各々に示す配置に限定されるものではない。複数個の熱音響変換素子が熱源６３及び冷源７３に対して並列に接続されたものであれば、如何なる形状の共鳴管に対して如何なる個数の熱音響変換素子を如何なる配置にて設けたものであっても良い。
【００８０】
なお、上記図２〜図７に示す熱音響変換素子２及び上記図９〜図１１に示す熱音響変換素子２ａのような、略矩形枠状の断熱部材３１を備えて対向する伝熱板１３と伝熱板２３の間に小さな間隙を設けた構成においては、両伝熱板を熱的に隔絶するものが気体であるため、当部の断熱効果が高く、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する効率が高いが、始動時に両伝熱板を往復するような大きなきっかけとなる気体の動きが必要となるため下記構成に比べれば始動しにくい。
【００８１】
他方、上記図１２〜図１６に示す熱音響変換素子２ｂのような、伝熱板１３と伝熱板２３の間に断熱部５として断熱板３６を有した板状部材４２を備えた構成においては、熱源６３から冷源７３へ当該断熱板３６を経由して熱エネルギーが排出（漏出）されるため音響エネルギーに変換する効率は上記構成には劣るが、小さな気体の動きをきっかけにして始動しやすい。
【００８２】
したがって、始動しやすく効率の高い熱音響装置２１０を構成するために、上記伝熱板１３と伝熱板２３の間に断熱板３６を備えて当該断熱板３６によって両者を断熱する熱音響変換素子と、上記略矩形枠状の断熱部材３１を備えて対向する伝熱板１３と伝熱板２３を空気によって断熱する熱音響変換素子を混成する構成にしても良い。すなわち、熱音響装置２１０における複数個の熱音響変換素子には、構造が相違することにより始動性又はエネルギー変換効率などの特性が相違する熱音響変換素子が混在するものであっても良い。
【００８３】
以上のように、実施の形態２の熱音響装置２１０は、複数個の熱音響変換素子２１〜２１０を備え、複数個の熱音響変換素子２１〜２１０が熱源６３及び冷源７３に対して並列に接続されている。これにより、低温ながら大量の熱源が有する熱エネルギーを、好適な音響エネルギーに変換する熱音響装置２１０を実現することができる。
【００８４】
ちなみに、複数個の熱音響変換素子２１〜２１０を熱源６３及び冷源７３に対して直列に接続すれば、高温ながら小量の熱源が有する熱エネルギーを、好適な音響エネルギーに変換する熱音響装置２１０を実現することができる。なお、当該直列に接続した熱音響変換素子を図１９に示す熱音響装置２１０のように隣接する構成においては、それぞれの熱音響変換素子の間に配置される熱交換部を伸長して、隣接する断熱部５間の間隔（長さ）を気体振動すなわち音の波長（λ）と同じ長さに設定する。
【００８５】
実施の形態３．
実施の形態１では、図１を参照して、１個の熱音響変換素子を有する熱音響装置２００について説明した。実施の形態３では、図２０及び図２１を参照して、複数個の熱音響変換素子を有し、一部の熱音響変換素子がヒートポンプを構成する熱音響装置２２０について説明する。
【００８６】
図２０に示す熱音響装置２２０は、ループ管型の共鳴管１１１に設けられた２個の熱音響変換素子２１１，２１２を有している。熱音響変換素子２１１，２１２の各々は、例えば、図２〜図７に示す熱音響変換素子２と同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されている。
【００８７】
熱音響変換素子２１１が有する第１熱交換部３は、共鳴管１１１の管外に配置された熱源６１１と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２１１が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１１の管外に配置された冷源７１１と当接し、熱的に接続されている。すなわち、熱音響変換素子２１１は、熱エネルギーから音響エネルギーへのエネルギー変換により、共鳴管１１１の管内に気体振動つまり音を発生させるものである。図中、矢印Ａ２１は、熱音響変換素子２１１が発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ２２は、熱源６１１から冷源７１１への熱移動の経路を示している。
【００８８】
これに対して、熱音響変換素子２１２は、熱音響変換素子２１１が発生させる定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の節と腹の間のλ／４の領域内において、第１熱交換部３が当該気体振動の節側に配置され、かつ、第２熱交換部４が当該気体振動の腹側に配置されている。ここで、気体振動の「節」とは、当該気体振動により共鳴管１１１の管内に定在波が発生しているとき（音響においては共鳴しているとき）、気体粒子の移動量が最小となり、かつ、気体粒子の密度変化が最大となる位置である。また、気体振動の「腹」とは、当該気体振動により共鳴管１１１の管内に定在波が発生しているとき（音響においては共鳴しているとき）、気体粒子の移動量が最大となり、かつ、気体粒子の密度変化が最小となる位置である。
【００８９】
熱音響変換素子２１２は、当該配置によりヒートポンプを構成する。このヒートポンプを冷却器として用いる場合、熱音響変換素子２１２が有する第１熱交換部３は、共鳴管１１１の管外に配置された排熱用の部材（以下「排熱部材」という。）８と当接し、熱的に接続される。熱音響変換素子２１２が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１１の管外に配置された冷却対象の部材（以下「被冷却部材」という。）９と当接し、熱的に接続される。
【００９０】
熱音響変換素子２１１が発生させた気体振動により、熱音響変換素子２１２の気体流路内の気体が第２気体流路から第１気体流路に移動するとき、上記配置により気体は断熱圧縮され、気体の温度が上昇する。他方、熱音響変換素子２１１が発生させた気体振動により、熱音響変換素子２１２の気体流路内の気体が第１気体流路から第２気体流路に移動するとき、上記配置により気体は断熱膨張され、気体の温度が低下する。
【００９１】
すなわち、熱音響変換素子２１２において、気体振動により第２気体流路内の気体が第１気体流路に移動すると、第１気体流路内の気体は断熱圧縮によって温度が上昇し、第１熱交換部３への熱移動により、当該熱が排熱部材８に排熱される。次いで、気体振動により第１気体流路内の気体が第２気体流路に移動すると、第２気体流路内の気体は断熱膨張によって温度が低下し、第２熱交換部４からの熱移動により、被冷却部材９の熱を吸収する。以下、これらの工程を気体の振動によって繰り返すことにより、被冷却部材９の冷却及び排熱部材８による排熱が継続される。図中、矢印Ａ２３は、被冷却部材９から排熱部材８への熱移動の経路を示している。
【００９２】
なお、当該ヒートポンプの用途は冷却器に限定されるものではなく、加熱器にも用いることができる。当該ヒートポンプを加熱器に用いる場合、熱音響変換素子２１２の第１熱交換部３は加熱対象の部材（以下「被加熱部材」という。）と熱的に接続され、熱音響変換素子２１２の第２熱交換部４は熱源（吸熱部）と熱的に接続される。
【００９３】
上記冷却用ヒートポンプの被冷却部と排熱部、あるいは、加熱用ヒートポンプの吸熱部と被加熱部と表すそれぞれの低温部と高温部の表記をまとめて、ヒートポンプの吸熱部と排熱部ということがある。
【００９４】
図２１に示す熱音響装置２２０は、ループ管型の共鳴管１１２に設けられた３個の熱音響変換素子２１３〜２１５を有している。熱音響変換素子２１３〜２１５の各々は、例えば、図２〜図７に示す熱音響変換素子２と同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されている。
【００９５】
熱音響変換素子２１３が有する第１熱交換部３は、共鳴管１１２の管外に配置された熱源６１２と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２１３が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１２の管外に配置された冷源７１２と当接し、熱的に接続されている。すなわち、熱音響変換素子２１３は、熱エネルギーから音響エネルギーへのエネルギー変換により、共鳴管１１２の管内に気体振動つまり音を発生させるものである。図中、矢印Ａ２４は、熱音響変換素子２１３が発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ２５は、熱源６１２から冷源７１２への熱移動の経路を示している。
【００９６】
熱音響変換素子２１４が有する第１熱交換部３は、共鳴管１１２の管外に配置された排熱部材８１と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２１４が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１２の管外にて熱音響変換素子２１５の第１熱交換部３と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２１５が有する第２熱交換部４は、共鳴管１１２の管外に配置された被冷却部材９１と当接し、熱的に接続されている。すなわち、２個の熱音響変換素子２１４，２１５は、排熱部材８１及び被冷却部材９１に対して直列に接続されている。図中、矢印Ａ２６は、被冷却部材９１から排熱部材８１への熱移動の経路を示している。
【００９７】
熱音響変換素子２１４は、熱音響変換素子２１３が発生させる定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の節と腹の間のλ／４の領域内において、第１熱交換部３が当該気体振動の節側に配置され、かつ、第２熱交換部４が当該気体振動の腹側に配置されている。また、熱音響変換素子２１５は、熱音響変換素子２１３が発生させる定在波を形成した気体振動の上記とは異なる位置の節と腹の間のλ／４の領域内において、第１熱交換部３が当該気体振動の節側に配置され、かつ、第２熱交換部４が当該気体振動の腹側に配置されている。当該配置により、熱音響変換素子２１４，２１５はヒートポンプを構成する。
【００９８】
このように、排熱部材８１及び被冷却部材９１に対して直列に接続された複数個の熱音響変換素子２１４，２１５によって構成されるヒートポンプに用いることにより、被冷却部材９１を上記図２０に示す熱音響装置２２０の熱音響変換素子２１２のような一段で構成されるヒートポンプより低温度に冷却することができる。または、当該ヒートポンプを加熱器に用いる場合、図示しない被加熱部材を同様に高温度に加熱することができる。この結果、当該ヒートポンプによる冷却能力又は加熱能力を向上することができる。
【００９９】
また、上記直列に接続した２個の熱音響変換素子２１４，２１５を、図１９に示す熱音響装置２１０のように隣接する構成にしても構わない。当該構成においては、熱音響変換素子２１４，２１５の間に配置される熱交換部を伸長して、熱音響変換素子２１４，２１５の断熱部５間の間隔（長さ）を気体振動、すなわち、音の波長（λ）と同じ長さに設定する。
【０１００】
ちなみに、上記直列に接続したヒートポンプは、音響エネルギーを効率よく使用して、小さな熱容量の被冷却物を排熱側に対して大きな温度差になるように冷却し、あるいは、小さな熱容量の被加熱物を吸熱側に対して大きな温度差になるように加熱する場合に好適な構成であるが、大きな熱容量の被冷却物あるいは被加熱物に対応する場合は、上記実施の形態２のように、熱音響変換素子を被冷却側と排熱側あるいは吸熱側と被加熱側に対して並列に接続しても良い。
【０１０１】
なお、実施の形態３の熱音響装置２２０において、熱音響変換素子２１１〜２１５の各々は、図９〜図１１に示す熱音響変換素子２ａと同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されたものであっても良い。または、熱音響変換素子２１１〜２１５の各々は、図１２〜図１６に示す熱音響変換素子２ｂと同様の第１熱交換部３、第２熱交換部４及び断熱部５により構成されたものであっても良い。
【０１０２】
また、実施の形態３の熱音響装置２２０において、共鳴管の形状は図２０又は図２１に示す形状に限定されるものではなく、熱音響変換素子の個数は図２０又は図２１に示す個数に限定されるものではなく、共鳴管に対する熱音響変換素子の配置は図２０又は図２１に示す配置に限定されるものではない。複数個の熱音響変換素子のうちの少なくとも一部の熱音響変換素子がヒートポンプの機能を果たすものであれば、如何なる形状の共鳴管に対して如何なる個数の熱音響変換素子を如何なる配置にて設けたものであっても良い。
【０１０３】
以上のように、実施の形態３の熱音響装置２２０は、複数個の熱音響変換素子２１１〜２１５を備え、一部の熱音響変換素子２１２，２１４，２１５がヒートポンプを構成する。実施の形態１にて説明した熱音響変換素子２，２ａ，２ｂと同様の構造を有する熱音響変換素子２１１〜２１５を用いることにより、冷却効率又は加熱効率の高いヒートポンプを実現することができる。
【０１０４】
また、実施の形態３の熱音響装置２２０は、複数個の熱音響変換素子２１４，２１５を備え、複数個の熱音響変換素子２１４，２１５が排熱部材８１及び被冷却部材９１に対して直列に接続されている。例えば、直列に接続された複数個の熱音響変換素子２１４，２１５をヒートポンプに用いることにより、被冷却部材９１を上記図２０に示す熱音響装置２２０の熱音響変換素子２１２のような一段で構成されるヒートポンプより低温度に冷却することができる。同様に、加熱用にも応用でき、当該ヒートポンプの冷却能力又は加熱能力を向上することができる。
【０１０５】
実施の形態４．
図２２は、本発明の実施の形態４に係る熱音響装置及び送風装置の要部を示す説明図である。図２２を参照して、実施の形態４の熱音響装置２３０及び送風装置３００について説明する。
【０１０６】
直管型の共鳴管１ａに、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２が設けられている。すなわち、熱音響変換素子２の第１熱交換部３は熱源６と熱的に接続されており、第２熱交換部４は冷源７と熱的に接続されている。熱音響変換素子２は、熱エネルギーから音響エネルギーへのエネルギー変換により、共鳴管１ａの管内にて管軸方向に沿う気体振動すなわち音を発生させるものである。図２２における矢印Ａ３１，Ａ３２は、熱音響変換素子２が発生させる気体振動の方向を示している。
【０１０７】
共鳴管１ａの一端部（以下「第１端部」という。）５１を閉塞端にし、共鳴管１ａの他端部（以下「第２端部」という。）５２を開放端にしている。第１端部５１と断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ２１は、以下の式（１）を満たす値に設定されている。第２端部５２と断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ２２は、以下の式（２）を満たす値に設定されている。式（１）及び式（２）において、λは共鳴管１ａの管内における気体振動すなわち音の波長であり、ｎは１以上の整数である。なお、式（１）におけるｎと式（２）におけるｎとは互いに異なる値であっても良い。
【０１０８】
Ｌ２１＝（λ／２）ｎ−λ／４  （１）
Ｌ２２＝（λ／２）ｎ          （２）
【０１０９】
間隔Ｌ２１が式（１）を満たすことにより、第１端部５１は定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の節に対応する位置となる。すなわち、第１端部５１にて気体粒子の移動量が最小となり、気体粒子の密度変化が最大となる。また、間隔Ｌ２２が式（２）を満たすことにより、第２端部５２は定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の腹に対応する位置となる。すなわち、第２端部５２にて気体粒子の移動量が最大となり、気体粒子の密度変化が最小となる。なお、上記「気体粒子の移動量」が最大を、「気体の流速」が最大ということがある。
【０１１０】
共鳴管１ａの第２端部５２に対して、送風用の管状部材（以下「送風管」という。）５３の一端部（以下「第１端部」という。）５４が対向配置されている。送風管５３は直管型であり、第１端部５４及び他端部（以下「第２端部」という。）５５の各々が開放端になっている。送風管５３の第２端部５５に対して、被冷却部材９ａが対向配置されている。
【０１１１】
共鳴管１ａの第２端部５２と送風管５３の第１端部５４及びケース部５７によって、整流器５６を構成している。整流器５６は、熱音響変換素子２が共鳴管１ａの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管５３の管内に略一定方向の気流（以下「風」という。）を生成するものである。図２２における矢印Ａ３３は、送風管５３の管内における風の向きを示している。
【０１１２】
共鳴管１ａ、熱音響変換素子２及び整流器５６により、熱音響装置２３０の要部が構成されている。熱音響装置２３０及び送風管５３により、送風装置３００の要部が構成されている。送風装置３００は、送風管５３の第２端部５５から吹き出す風により、被冷却部材９ａを空冷するものである。
【０１１３】
次に、図２３及び図２４を参照して、整流器５６の構造について説明する。図２３に示す如く、共鳴管１ａの第２端部５２と送風管５３の第１端部５４とは間隔Ｇ１を設けて対向配置されている。図２４に示す如く、送風管５３の第１端部５４の内径φ２は、共鳴管１ａの第２端部５２の内径φ１よりも大きい値に設定されている。図２３に示す如く、共鳴管１ａの第２端部５２及び送風管５３の第１端部５４は中空のケース部５７内に収容されており、このケース部５７は１個以上の開口部５８を有している。共鳴管１ａの第２端部５２、送風管５３の第１端部５４、及びケース部５７により、整流器５６が構成されている。
【０１１４】
次に、図２５を参照して、熱音響装置２３０及び送風装置３００の動作について、整流器５６の動作を中心に説明する。図２５Ａは、熱音響変換素子２が共鳴管１ａの管内に発生させた気体振動により、共鳴管１ａが第２端部５２から気体を押し出すときの状態を示している（矢印Ａ３４）。このとき、送風管５３の第１端部５４の内径φ２が共鳴管１ａの第２端部５２の内径φ１よりも大きいため、共鳴管１ａの第２端部５２から押し出された気体が送風管５３の管内に流入しやすく（矢印Ａ３５）、送風管５３の管外に気体が漏れるのを抑制することができる（矢印Ａ３６，Ａ３７）。
【０１１５】
図２５Ｂは、熱音響変換素子２が共鳴管１ａの管内に発生させた気体振動により、共鳴管１ａが第２端部５２から気体を吸い戻すときの状態を示している（矢印Ａ４０）。このとき、共鳴管１ａの第２端部５２と送風管５３の第１端部５４との間に間隔Ｇ１が設けられているため、共鳴管１ａの第２端部５２近傍の気体が吸い込まれやすく（矢印Ａ４１，Ａ４２）、送風管５３の管内から気体が吸い戻されるのを抑制することができる（矢印Ａ４３）。
【０１１６】
上記共鳴管１ａの第２端部５２と送風管５３の第１端部５４との間に間隔Ｇ１を設けることによって、共鳴管１ａが第２端部５２から気体を押し出したときに送風管５３の第１端部５４に流入する気体（図２５Ａに示す矢印Ａ３５）の量を、共鳴管１ａが第２端部５２に気体を吸い戻すときに送風管５３の第１端部５４から流出する気体（図２５Ｂに示す矢印Ａ４３）の量よりも多くすることができる。したがって、気体を振動することにより図２５Ａに示す状態と図２５Ｂに示す状態とを交互に繰り返すことで、送風管５３の管内には第１端部５４から第２端部５５に向かう気流、すなわち風が生成される（図２２に示す矢印Ａ３３）。
【０１１７】
なお、当該風を強くして被冷却部材９ａの冷却効率を向上する観点から、共鳴管１ａの第２端部５２における気体の流速を高くする（当部の気体粒子の移動量を大きくする）ことが求められる。このため、第２端部５２と断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ２２は上記式（２）を満たす値に設定して、第２端部５２に定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の腹を配置するのが好適である。これに対して、仮に間隔Ｌ２２が上記式（１）を満たす値に設定した場合（すなわちＬ２２＝（λ／２）ｎ−λ／４を満たす値に設定した場合）、整流器５６により生成される風が弱くなり、被冷却部材９ａの冷却効率が低下するため、注意が必要である。
【０１１８】
また、ケース部５７は、上記整流により、共鳴管１ａの管内にて発生した気体振動が第２端部５２から共鳴管１ａの管外に漏れるのを防ぐ機能も果たすものである。すなわち、当該気体振動に対応する音が共鳴管１ａの管外に漏れるのを抑制して、動作音が小さい送風装置３００を実現することができる。
【０１１９】
また、図２６及び図２７に示す如く、整流器５６は、共鳴管１ａの第２端部５２をノズル状に縮径してなるものであっても良い。これにより、図２６及び図２７に示す第２端部５２の内径φ３は、図２３及び図２４に示す第２端部５２の内径φ１よりも小さくなる。このため、図２６及び図２７に示す第１端部５４の内径φ４は、図２３及び図２４に示す第１端部５４の内径φ２よりも小さくすることができる。この結果、送風管５３の細径化及び整流器５６の小型化が可能となり、送風装置３００を小型にすることができる。
【０１２０】
しかしながら、単に共鳴管１ａの第２端部５２を縮径した場合、第２端部５２の断面積が小さくなるため、気体の流動抵抗が増加して、生成される風の風速が低くなる。そこで、例えば、図２８及び図２９に示す如く、共鳴管１ａの第２端部５２及び送風管５３の第１端部５４の端面形状を長円形状にしたものであっても良い。すなわち、図２８及び図２９に示す第２端部５２は、一方向に沿う内径φ３が図２６及び図２７に示す第２端部５２の内径φ３と同等であり、当該方向と直交する方向に沿う内径φ５が図２６及び図２７に示す第２端部５２の内径φ３よりも大きい。また、図２８及び図２９に示す第１端部５４は、一方向に沿う内径φ４が図２６及び図２７に示す第１端部５４の内径φ４と同等であり、当該方向と直交する方向に沿う内径φ６が図２６及び図２７に示す第１端部５４の内径φ４よりも大きい。これにより、一方向に対する内径φ３，φ４を図２３及び図２４に示す構造よりも小さくしつつ、流動抵抗の増加を抑制することができる。
【０１２１】
また、送風管５３の形状は直管型に限定されるものではなく、如何なる形状であっても良い。例えば、図３０に示す如く、送風装置３００は、略Ｌ字状の送風管５３ａを用いたものであっても良い。送風管５３，５３ａの形状に応じて、被冷却部材９ａに対する風の吹き出し方向を設定することができる。
【０１２２】
また、整流器５６の構造は、図２５〜図２９に示す構造に限定されるものではない。整流器５６は、熱音響変換素子２が共鳴管１ａの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管５３の管内に風を生成するものであれば、如何なる構造を用いたものであっても良い。
【０１２３】
また、図３１に示す如く、熱音響装置２３０は、第１端部５１及び第２端部５２の各々を開放端にして、かつ、第１端部５１に共鳴器５９が設けられた共鳴管１ｂを用いたものであっても良い。図３１に示す共鳴器５９は、いわゆる「ヘルムホルツ共鳴器」により構成されている。共鳴器５９を設けることにより、共鳴管１ｂの全長を短くしつつ、共鳴周波数を低くすることができる。すなわち、共鳴管１ｂの管内における気体振動すなわち音を低音にすることができる。
【０１２４】
なお、当該共鳴器５９、あるいは、同様な共鳴器は、上記風を生成する熱音響装置以外の熱音響装置にも使用できる。
【０１２５】
また、図２２、図３０及び図３１の各々に示す熱音響装置２３０において、熱音響変換素子２に代えて、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２ａ又は熱音響変換素子２ｂを設けたものであっても良い。
【０１２６】
また、送風装置３００の用途は、被冷却部材９ａの冷却に限定されるものではない。例えば、送風装置３００を室内に設置するとともに、送風管５３を室外まで伸ばして第２端部５５を室外に配置することにより、換気装置を構成することができる。また、第１熱交換部３を発熱する部材と熱的に接続し、第２熱交換部４を放熱用の部材（以下「放熱部材」という。）と熱的に接続してなる冷却器において、送風管５３の第２端部５５を放熱部材に向けることにより、冷却効率を向上することができる。または、同等の冷却効率を有する冷却器をより小型に実現することができる。
【０１２７】
以上のように、実施の形態４の熱音響装置２３０は、熱音響変換素子２，２ａ，２ｂが発生させた気体振動を整流することにより風を生成する整流器５６を備える。これにより、送風装置３００を実現することができる。送風装置３００は、例えば、電子機器などに設けられた被冷却部材９ａの冷却に用いることができる。なお、熱音響装置２３０を用いた送風装置３００は、機械的な可動部を不要としたものであり、信頼性が高い。
【０１２８】
また、熱音響装置２３０は、共鳴管１ａの第１端部５１を閉塞端にして、かつ、共鳴管１ａの第２端部５２を開放端にしており、第２端部５２に整流器５６が設けられている。これにより、図２２又は図３０に示す如く、直管型の共鳴管１ａを用いた熱音響装置２３０により送風装置３００を構成することができる。
【０１２９】
また、熱音響装置２３０は、第１端部５１に共鳴器５９が設けられている。共鳴器５９を設けることにより、共鳴管１ｂの全長を短くしつつ、共鳴周波数を低くすることができる。すなわち、共鳴管１ｂの管内における気体振動に対応する音を低音にすることができる。
【０１３０】
実施の形態５．
図３２は、本発明の実施の形態５に係る熱音響装置及び送風装置の要部を示す説明図である。図３２を参照して、実施の形態５の熱音響装置２４０及び送風装置３１０について説明する。
【０１３１】
直管型の共鳴管１ｃに、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２が設けられている。すなわち、熱音響変換素子２の第１熱交換部３は熱源６と熱的に接続されており、第２熱交換部４は冷源７と熱的に接続されている。熱音響変換素子２は、熱エネルギーから音響エネルギーへのエネルギー変換により、共鳴管１ｃの管内にて管軸方向に沿う気体振動を発生させるものである。図３２における矢印Ａ５１，Ａ５２は、熱音響変換素子２が発生させる気体振動の方向を示している。
【０１３２】
共鳴管１ｃの第１端部６１を閉塞端にして、共鳴管１ｃの第２端部６２を開放端にしている。第１端部６１と断熱部５間の間隔（長さ）Ｌ３１は、実施の形態４にて説明した式（１）と同様の数式を満たす値、すなわちＬ３１＝（λ／２）ｎ−λ／４を満たす値に設定されている。
【０１３３】
共鳴管１ｃの第２端部６２（第１ノズル部７０の開口部）と送風管６４の開口部が図２３に示すような間隔Ｇ１を有して対向して配置され整流器６３を構成している。ここで、送風管６４，６５は、外側の送風管（以下「第２送風管」ということがある。）６５と、この送風管６５の管内に設けられた送風管（以下「第１送風管」ということがある。）６４とにより構成されている。送風管６４，６５の他端部はタービン室６６と連通している。タービン室６６の室内にはタービン６７が収容されている。タービン６７は、タービン軸６８により回転自在に支持され、機械エネルギーとして出力できるようにしている。機械エネルギーの例として、共鳴管１ｃの管外には、図示しない空冷用のファン（以下、単に「ファン」ということがある。）が設けられており、このファンがタービン軸６８と連動して回転するようになっている。
【０１３４】
整流器６３は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｃの管内に発生させた気体振動を整流することにより、第１送風管６４の管内に略一定方向の気流、すなわち風を生成するとともに、第２送風管６５の管内（第１送風管６４の外側）を通して当該風を戻すものである。図３２における矢印Ａ５３は、第１送風管６４の管内における風の向きを示している。図３２における矢印Ａ５４，Ａ５５は、第２送風管６５の管内における風の向きを示している。
【０１３５】
共鳴管１ｃ、熱音響変換素子２及び整流器６３により、熱音響装置２４０の要部が構成されている。熱音響装置２４０、送風管６４，６５、タービン室６６、タービン６７及びタービン軸６８により、機械エネルギーとして出力できる送風装置３１０の要部が構成されている。送風装置３１０は、整流器６３が生成した風を用いて、たとえば、タービン６７を回転させることにより、空冷用のファンを回転させるものである。図３２における矢印Ａ５６は、タービン室６６の室内における風の向きを示している。
【０１３６】
次に、図３３及び図３４を参照して、整流器６３の構造について説明する。図３３に示す如く、共鳴管１ｃと送風管６４，６５間に、拡散部６９、第１ノズル部７０及び第２ノズル部７１が順次配置されている。拡散部６９は、熱音響変換素子２が発生させた気体振動により気体を押し出したとき、気流を一度管軸から離れる方向に拡大させる。第１ノズル部７０は、気流を再び管軸に近づく方向に集中させる。また、第２ノズル部７１は、熱音響変換素子２が発生させた気体振動により第１ノズル部７０から押し出した気体を流入する第１送風管６４の開口部と、第１ノズル部７０が気体を吸い戻すときに供給する気体を、タービン室６６から戻す第２送風管６５（第１送風管６４の外側）を有す。なお、第１ノズル部７０の開口部（第２端部６２）には、定在波を形成した気体振動（音響においては共鳴）の腹を配置する。
【０１３７】
以下、第１ノズル部７０及び第２ノズル部７１を総称して単に「ノズル部」ということがある。拡散部６９及びノズル部７０，７１により、整流器６３が構成されている。
【０１３８】
ここで、図３４に示す如く、整流器６３は、気体が流通する中空部Ｈ１〜Ｈ５の断面積が、管軸方向に対する位置によらずに略一定である。これにより、ノズル部７０，７１にて気体の流動抵抗が増加するのを抑制することができる。また、第１ノズル部７０の開口中央部の流速を増し、開口周縁部の流速を減じることができるため、押し出された気体の多くを第２ノズル部７１の第１送風管６４に流入することができて、当該風を効率よく生成することができる。
【０１３９】
なお、図３２に示す如く、第１ノズル部７０の開口部（第２端部６２）と、熱音響変換素子２が有する断熱部５との間の間隔（長さ）Ｌ３２は、実施の形態４にて説明した式（２）と同様の数式を満たす値、すなわちＬ３２＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている（当部が音響の腹となっている）ため、共鳴管１ｃ内に生成する音の共鳴（気体振動の定在波）を維持しながら、当該第１ノズル部７０の開口中央部の流速を早くできる。
【０１４０】
次に、図３５を参照して、熱音響装置２４０及び送風装置３１０の動作について、整流器６３の動作を中心に説明する。図３５Ａは、熱音響変換素子２が共鳴管１ｃの管内に発生させた気体振動により、共鳴管１ｃから気体を押し出すときの状態を示している（矢印Ａ５７）。このとき、整流器６３において、拡散部６９が気流を一度管軸から離れる方向に拡大させ（矢印Ａ５８，Ａ５９）、第１ノズル部７０によって再度管軸の中央方向に集中させる（矢印Ａ６０，Ａ６１）。これにより、第１ノズル部７０の開口周縁側の気体の流速を減じながら、開口中央部の気体の流速を増すことができ、押し出された気体の多くが第１送風管６４に流入しやすくなり（矢印Ａ６２，Ａ６３）、第２送風管６５（第１送風管６４の外側）に漏れる気体の量を少なくすることができる（矢印Ａ６４，Ａ６５）。      
【０１４１】
図３５Ｂは、熱音響変換素子２が共鳴管１ｃの管内に発生させた気体振動により、共鳴管１ｃに気体を吸い戻すときの状態を示している（矢印Ａ６８）。第１ノズル部７０の開口部近傍には、第２送風管６５（第１送風管６４の外側）を通してタービン室６６から気体が戻っており（矢印Ａ６９，Ａ７０）、第１ノズル部７０に気体を吸い戻すときに開口周囲から気体が流入しやすくなる（矢印Ａ７１，Ａ７２）。つまり、第１ノズル部７０から気体を押し出しすときの第２ノズル部７１の第１送風管６４に流入する気体の量を、第１ノズル部７０に気体を吸い戻すときの第１送風管６４から流出する気体の量より多くすることができる。
【０１４２】
気体振動により図３５Ａに示す状態と図３５Ｂに示す状態とが交互に繰り返されることで、第１送風管６４の管内には整流器６３からタービン室６６に向かう風が生成され（図３２に示す矢印Ａ５３）、第２送風管６５（第１送風管６４の外側）の管内にはタービン室６６から整流器６３に戻る風が生成される（図３２に示す矢印Ａ５４，Ａ５５）。この結果、タービン室６６内には略一定方向の風が生成され（図３２に示す矢印Ａ５６）、タービン６７を回転させることができる。
【０１４３】
なお、熱音響装置２４０及び送風装置３１０の構造は、図３２に示すものに限定されるものではない。図３６に、図３２に示すものと異なる構造を有する熱音響装置２４０及び送風装置３１０を示す。図３６に示す如く、共鳴管１ｄは第１ノズル部の開口部（第１端部８１及び第２端部８２）に共鳴の腹を配置したループ型の共鳴管１ｄを使用している。
【０１４４】
共鳴管１ｄは整流器８３ａの一端部と連通しており、整流器８３ａの他端部は第１送風管８４ａ及び第２送風管８５ａの一端部と連通している。整流器８３ａの構造は、図３３及び図３４に示す整流器６３の構造と同様であるため、図示及び説明を省略する。整流器８３ａにおける第１ノズル部の開口部（第２端部８１）と、熱音響変換素子２が有する断熱部５との間の間隔（長さ）Ｌ３３は、実施の形態４にて説明した式（２）と同様の数式を満たす値、すなわちＬ３３＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている。
【０１４５】
共鳴管１ｄは整流器８３ｂの一端部と連通しており、整流器８３ｂの他端部は第１送風管８４ｂ及び第２送風管８５ｂの一端部と連通している。整流器８３ｂの構造は、図３３及び図３４に示す整流器６３の構造と同様であるため、図示及び説明を省略する。整流器８３ｂにおける第１ノズル部の開口部（第２端部８２）と、熱音響変換素子２が有する断熱部５との間の間隔（長さ）Ｌ３４は、実施の形態４にて説明した式（２）と同様の数式を満たす値、すなわちＬ３４＝（λ／２）ｎを満たす値に設定されている。
【０１４６】
第１送風管８４ａ，８４ｂ及び第２送風管８５ａ，８５ｂの他端部は、いずれもタービン室８６と連通している。タービン室８６において、第１送風管８４ａと第１送風管８４ｂの開口部がタービンブレードに対向配置されている。
【０１４７】
タービン室８６の室内にはタービン８７が収容されている。タービン８７は、タービン軸８８により回転自在に支持されて機械エネルギーを出力でき、共鳴管１ｄの管外には、たとえば、図示しない空冷用のファンが設けられており、このファンがタービン軸８８と連動して回転するようになっている。
【０１４８】
図中、矢印Ａ８１，Ａ８２及び矢印Ａ８３，Ａ８４は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｄの管内に発生させる気体振動の方向を示している。矢印Ａ８５，Ａ８６は、整流器８３ａが当該気体振動を整流することにより第１送風管８４ａの管内に生成する風の向きを示しており、矢印Ａ８７，Ａ８８は、整流器８３ｂが当該気体振動を整流することにより第１送風管８４ｂの管内に生成する風の向きを示している。矢印Ａ８９〜Ａ９１は、タービン８７を回転して整流器８３ａに戻る風の向きを示しており、矢印Ａ９２〜Ａ９４は、タービン８７を回転して整流器８３ｂに戻る風の向きを示している。
【０１４９】
すなわち、第１送風管８４ａ，８４ｂの管内には整流器８３ａ，８３ｂからタービン室８６に向かう風が生成され（矢印Ａ８５〜Ａ８８）、第２送風管８５ａ，８５ｂの管内にはタービン室８６から整流器８３ａ，８３ｂに戻る風が生成される（Ａ８９〜Ａ９４）。これらの風により、タービン８７が回転して、空冷用のファンも回転する。図３６に示す例において、タービン８７の回転方向は図中時計回りの方向となる。
【０１５０】
なお、図３２に示す熱音響装置２４０において、熱音響変換素子２に代えて、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２ａ又は熱音響変換素子２ｂを設けたものであっても良い。また、図３６に示す熱音響装置２４０において、熱音響変換素子２に代えて、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２ａ又は熱音響変換素子２ｂを設けたものであっても良い。
【０１５１】
また、整流器６３，８３ａ，８３ｂの構造は、図３３及び図３４に示す構造に限定されるものではない。整流器６３，８３ａ，８３ｂは、熱音響変換素子２が共鳴管１ｃ，１ｄの管内に発生させた気体振動を整流することにより、第１送風管６４，８４ａ，８４ｂの管内に風を生成するものであれば、如何なる構造を用いたものであっても良い。
【０１５２】
以上のように、実施の形態５の熱音響装置２４０において、整流器６３，８３ａ，８３ｂは、気体振動による気流の向きを集中させる第１ノズル部７０を有する。これにより第１ノズル部７０から押し出した気体の第１ノズル部７０の開口中央部の流速を増し、開口周縁側の流速を減じることができるため、第１ノズル部７０から押し出された気体の多くを第２ノズル部７１の第１送風管６４，８４ａ，８４ｂに流入することができ、第１送風管６４，８４ａ，８４ｂの外側の第２送風管６５，８５ａ，８５ｂに流出する気体の量を少なくすることができる。一方、第２ノズル部７１の第１送風管６４，８４ａ，８４ｂから第１ノズル部７０に吸い戻される気体の量を少なくすることができる。また、気体が流通する中空部Ｈ１〜Ｈ５の断面積を略一定にすることにより、気体の流動抵抗が増加するのを抑制することができる。この結果、送風装置３１０を小型にしつつ、風量の多い風を高効率に生成すること、又は風速の高い風を生成することが可能となる。
【０１５３】
実施の形態６．
図３７は、本発明の実施の形態６に係る熱音響装置、送風装置及び車両用灯具の要部を示す説明図である。図３７を参照して、実施の形態６の熱音響装置２５０、送風装置３２０及び車両用灯具４００について説明する。なお、図３７に示す例において、車両用灯具４００は自動車用の前照灯である。
【０１５４】
図中、９１は本体ケースである。本体ケース９１は前面開口部を有しており、この前面開口部が前面レンズ９２により覆われている。本体ケース９１及び前面レンズ９２により、内部空間Ｓ１が形成されている。
【０１５５】
本体ケース９１内には、第１光源９３が収容されている。第１光源９３は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又はＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光自在な半導体素子９４と、半導体素子９４が発する光を前方に照射する光学部材９５と、半導体素子９４の発熱に対する放熱用のヒートシンク９６とを有している。
【０１５６】
第１光源９３は、例えば、走行灯及びすれ違い灯に用いられる共用の光源である。第１光源９３は、図示しない回動機構により上下方向に回動自在に支持されており、本体ケース９１に対する光軸Ｘ１の角度を調整自在である。図中、矢印Ａ１０１は、光軸Ｘ１の回動方向を示している。
【０１５７】
また、本体ケース９１内には、第２光源９７が収容されている。第２光源９７は、ＬＥＤ又はＬＤなどの発光自在な半導体素子９８と、半導体素子９８が発する光を前方に照射する光学部材９９と、半導体素子９８の発熱に対する放熱用のヒートシンク１００とを有している。
【０１５８】
第２光源９７は、例えば、ＤＲＬ（Ｄａｙｔｉｍｅ  Ｒｕｎｎｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ）又は車幅灯に用いられる光源である。第２光源９７は、第１光源９３に使用される回動機構を有することなく、本体ケース９１に固定されている。
【０１５９】
さらに、本体ケース９１内には、熱音響装置２５０が収容されている。熱音響装置２５０は、直管型の共鳴管１ｅに、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２を設けたものである。熱音響変換素子２が有する第１熱交換部３は、第２光源９７のヒートシンク１００と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２が有する第２熱交換部４は、放熱部材１０１と当接し、熱的に接続されている。放熱部材１０１の一部は、本体ケース９１を貫通して本体ケース９１の外部に露出している。
【０１６０】
熱音響装置２５０は、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の熱交換により、第２光源９７が発した熱の一部を放熱部材１０１に移動させるものである。また、熱音響装置２５０は、当該熱交換の際、共鳴管１ｅの管内に管軸方向に沿う気体振動を発生させるものである。
【０１６１】
共鳴管１ｅの第１端部１０２を閉塞端にして、第２端部１０３を開放端にしている。共鳴管１ｅの第２端部１０３に対して、略Ｌ字状の送風管１０４の第１端部１０５が対向配置されている。送風管１０４の第２端部１０６は、第１光源９３のヒートシンク９６と対向配置されている。
【０１６２】
共鳴管１ｅの第２端部１０３と送風管１０４の第１端部１０５との間には、間隔Ｇ１１が設けられ、これらにより、整流部１０７が構成されている。整流部１０７は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｅの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１０４の管内に略一定方向の気流、すなわち風を生成するものである。整流部１０７の動作は、実施の形態４にて図２５を参照して説明した整流器５６の動作と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【０１６３】
熱音響装置２５０、送風管１０４及び整流部１０７により、送風装置３２０の要部が構成されている。本体ケース９１、前面レンズ９２、第１光源９３、第２光源９７、放熱部材１０１及び送風装置３２０により、車両用灯具４００の要部が構成されている。
【０１６４】
次に、図３８を参照して、車両用灯具４００の動作について、熱音響装置２５０及び送風装置３２０の動作を中心に説明する。まず、熱音響装置２５０は、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の熱交換により、共鳴管１ｅの管内に気体振動を発生させるとともに（矢印Ａ１０２）、第２光源９７が発した熱の一部を放熱部材１０１に移動させる（矢印Ａ１０３）。放熱部材１０１に移動した熱は、本体ケース９１の外部に放熱される（矢印Ａ１０４）。これにより、第２光源９７を冷却することができる。
【０１６５】
また、整流部１０７は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｅの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１０４の管内に風を生成する（矢印Ａ１０５）。このとき、送風管１０４の第２端部１０６から吹き出す風が第１光源９３のヒートシンク９６に当たることで（矢印Ａ１０６）、第１光源９３を冷却することができる。
【０１６６】
通常、第１光源９３を回動自在に設けた場合、第１光源９３のヒートシンク９６を本体ケース９１と当接させることが難しく、第１光源９３から本体ケース９１の外への放熱が困難である。特に、第１光源９３の半導体素子９４にＬＤを用いた場合、半導体素子９４の発熱量が多いため、第１光源９３の温度上昇が問題となる。これに対して、実施の形態６の車両用灯具４００は、送風装置３２０を用いた空冷により第１光源９３を冷却することができる。これにより、第１光源９３の温度上昇を抑制することができる。
【０１６７】
また、送風管１０４から噴き出した風により、内部空間Ｓ１内に気流が発生する（矢印Ａ１０７〜Ａ１０９及び矢印Ａ１１０〜Ａ１１２）。このため、内部空間Ｓ１にて効率良く熱を拡散させることができる。
【０１６８】
なお、第１光源９３は、走行灯又はすれ違い灯のうちのいずれか一方のみに用いられる光源であっても良い。かかる光源も、構成部品のバラツキや車体の傾斜に応じて光軸Ｘ１を調整自在にする観点から、回動自在に設けられることがある。
【０１６９】
また、熱音響装置２５０は、熱音響変換素子２に代えて、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２ａ又は熱音響変換素子２ｂを設けたものであっても良い。熱音響変換素子２，２ａ，２ｂのいずれかを用いることにより、高効率な熱音響装置２５０を小型に構成することができるため、車両用灯具４００を小型にすることができる。
【０１７０】
なお、熱音響装置２５０は、熱音響変換素子２，２ａ，２ｂに代えて、従来の熱音響装置と同様の第１熱交換器、第２熱交換器及び蓄熱器を設けたものであっても良い。この場合、第１熱交換器が第２光源９７のヒートシンク１００と熱的に接続され、第２熱交換器が放熱部材１０１と熱的に接続される。この場合であっても、送風装置３２０は、風により第１光源９３を冷却することができ、内部空間Ｓ１内に気流を発生させることができる。ただし、熱音響装置２５０に従来の熱音響装置と同様の構造を採用した場合、熱音響変換素子２，２ａ，２ｂを用いた場合と比較して、熱音響装置２５０が大型になるか、又は同サイズの熱音響装置２５０による冷却効率が低下する。
【０１７１】
また、整流部１０７は、実施の形態４にて説明した整流器５６と同様のケース部を有するものであっても良い。そのほか、整流部１０７は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｅの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１０４の管内に風を生成するものであれば、如何なる構造を用いたものであっても良い。
【０１７２】
以上のように、実施の形態６の熱音響装置２５０は、車両用灯具４００の内部に設けられており、車両用灯具４００の内部にて発生した熱を用いて風を生成し、当該風により車両用灯具４００の内部に気流を発生させるものである。これにより、例えば、回動自在に設けられた第１光源９３に風を当てて、第１光源９３を冷却することができる。また、内部空間Ｓ１内の気流により、内部空間Ｓ１内にて効率良く熱を拡散させることができる。
【０１７３】
また、実施の形態６の車両用灯具４００は、半導体素子９４，９８を用いた第１光源９３及び第２光源９７と、第２光源９７が発した熱を熱交換により放熱部材１０１に移動させるとともに、第２光源９７が発した熱を熱音響現象により気体振動に変換して、気体振動を整流することにより風を生成する送風装置３２０とを備え、送風装置３２０は、当該風を第１光源９３に向けて吹き出すものである。当該構成により、第１光源９３及び第２光源９７の両方を冷却することができる。
【０１７４】
また、第１光源９３、第２光源９７及び送風装置３２０は、本体ケース９１及び前面レンズ９２により形成された内部空間Ｓ１に収容されており、送風装置３２０は、風により内部空間Ｓ１に気流を発生させるものである。当該気流により、内部空間Ｓ１内にて効率良く熱を拡散させることができる。
【０１７５】
また、第１光源９３は、回動自在に支持された光源であり、本体ケース９１に接する部位が少ないため、第１光源９３が発する熱を本体ケース９１の外へ放熱することが困難であるが、送風装置３２０を用いることで、第１光源９３を好適に冷却することができる。
【０１７６】
また、第１光源９３には、レーザダイオードを用いた光源を使用することがある。この場合にも、送風装置３２０を用いて、発熱量の多い第１光源９３を冷却することができる。なお、耐熱温度が低いレーザダイオードに対しては、上記図２０，２１に熱音響装置２２０として示すヒートポンプで当該レーザダイオードの発熱を吸熱することも有効である。
【０１７７】
実施の形態７．
図３９は、本発明の実施の形態７に係る熱音響装置、送風装置及び車両用灯具の要部を示す説明図である。図３９を参照して、実施の形態７の熱音響装置２６０、送風装置３３０及び車両用灯具４１０について説明する。なお、図３９に示す例において、車両用灯具４１０は自動車用の前照灯である。
【０１７８】
図中、１１１は本体ケースである。本体ケース１１１は前面開口部を有しており、この前面開口部が前面レンズ１１２により覆われている。本体ケース１１１及び前面レンズ１１２により、内部空間Ｓ１１が形成されている。
【０１７９】
本体ケース１１１内には、光源１１３が収容されている。光源１１３は、ＬＥＤ又はＬＤなどの発光自在な半導体素子１１４と、半導体素子１１４が発する光を前方に照射する光学部材１１５と、半導体素子１１４の発熱に対する放熱用のヒートシンク１１６とを有している。
【０１８０】
光源１１３は、例えば、走行灯及びすれ違い灯に用いられる共用の光源である。光源１１３は、図示しない回動機構により上下方向に回動自在に支持されており、本体ケース１１１に対する光軸Ｘ１１の角度を調整自在である。図中、矢印Ａ１２１は、光軸Ｘ１の回動方向を示している。
【０１８１】
また、本体ケース１１１内には、熱音響装置２６０が収容されている。熱音響装置２６０は、直管型の共鳴管１ｆに、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２を設けたものである。熱音響変換素子２が有する第１熱交換部３は、光源１１３のヒートシンク１１６と当接し、熱的に接続されている。熱音響変換素子２が有する第２熱交換部４は、放熱部材１１７と当接し、熱的に接続されている。放熱部材１１７は、本体ケース１１１内に収容されている。
【０１８２】
熱音響装置２６０は、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の熱交換により、光源１１３が発した熱の一部を放熱部材１１７に移動させるものである。また、熱音響装置２６０は、当該熱交換の際、共鳴管１ｆの管内に管軸方向に沿う気体振動を発生させるものである。
【０１８３】
なお、第１熱交換部３とヒートシンク１１６間の当接を維持する観点から、熱音響装置２６０は、内部空間Ｓ１１内にて光源１１３の回動と連動して傾動自在に設けることが求められる。これに対して、実施の形態１等にて説明したとおり、熱音響変換素子２を用いることで、高効率な熱音響装置２６０を小型に構成することができる。かかる小型の熱音響装置２６０は、内部空間Ｓ１１内にて光源１１３の回動と連動して傾動自在に設けることができる。
【０１８４】
共鳴管１ｆの第１端部１１８を閉塞端にして、第２端部１１９を開放端にしている。共鳴管１ｆの第２端部１１９に対して、略Ｕ字状の送風管１２０の第１端部１２１が対向配置されている。送風管１２０の第２端部１２２は、自身の放熱部材１１７と対向配置されている。
【０１８５】
共鳴管１ｆの第２端部１１９と送風管１２０の第１端部１２１との間には、間隔Ｇ２１が設けられて、これらにより、整流部１２３が構成されている。整流部１２３は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｆの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１２０の管内に略一定方向の気流、すなわち風を生成するものである。整流部１２３の動作は、実施の形態４にて図２５を参照して説明した整流器５６の動作と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【０１８６】
熱音響装置２６０、送風管１２０及び整流部１２３により、送風装置３３０の要部が構成されている。本体ケース１１１、前面レンズ１１２、光源１１３、放熱部材１１７及び送風装置３３０により、車両用灯具４１０の要部が構成されている。
【０１８７】
次に、図４０を参照して、車両用灯具４１０の動作について、熱音響装置２６０及び送風装置３３０の動作を中心に説明する。まず、熱音響装置２６０は、第１熱交換部３と第２熱交換部４間の熱交換により、共鳴管１ｆの管内に気体振動を発生させるとともに（矢印Ａ１２２）、光源１１３が発した熱の一部を放熱部材１１７に移動させる（矢印Ａ１２３）。放熱部材１１７に移動した熱は、車両用灯具４１０の内部空間に放熱（自然空冷）される（矢印Ａ１２４）。これにより、光源１１３を冷却することができる。
【０１８８】
また、整流部１２３は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｆの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１２０の管内に風を生成する（矢印Ａ１２５）。このとき、送風管１２０の第２端部１２２から吹き出す風を自身の放熱部材１１７に当てることで（矢印Ａ１２６）、放熱部材１１７が空冷（強制空冷）される。当該構成により、自然空冷に強制空冷の効果を加えることで、光源１１３の冷却効率を向上することができる。
【０１８９】
また、送風管１０４が噴き出した風により、内部空間Ｓ１１内に気流が発生する（矢印Ａ１２７〜Ａ１３０）。このため、内部空間Ｓ１内にて効率良く熱を拡散させることができる。この内部空間Ｓ１内に熱を拡散することによって、局部的な高温部の発生が抑制される一方で、本体ケース１１１と前面レンズ１１２及び内部空間Ｓ１の温度が全体的に上昇することとなり、加温された当該本体ケース１１１及び前面レンズ１１２を介して車両用灯具４１０の外部に放熱することができ、車両用灯具４１０の外部に効率良く放熱することができる（矢印Ａ１３１，Ａ１３２，Ａ１３３）。
【０１９０】
特に、自動車の前照灯のような車両用灯具４１０においては、当該自動車の走行により前面レンズ１１２が外側から空冷されるため（矢印Ａ１３３）、前面レンズ１１２を介する放熱性が向上する。
【０１９１】
さらに、内部空間Ｓ１１内の気流には、前面レンズ１１２に沿う気流が含まれ（矢印Ａ１２８）、前面レンズ１１２に沿う当該気流により前面レンズ１１２の内側の温度が上昇するため、前面レンズ１１２の内側に付着した水滴を蒸発させることができる。この結果、当該水滴により前面レンズ１１２が曇ったり、光源１１３が照射する光を散乱することを防ぐことができ、当該水滴による配光の劣化や商品性の低下を防ぐことができる。
【０１９２】
なお、熱音響装置２６０は、熱音響変換素子２に代えて、実施の形態１にて説明したものと同様の熱音響変換素子２ａ又は熱音響変換素子２ｂを設けたものであっても良い。熱音響変換素子２，２ａ，２ｂを用いることにより、高効率な熱音響装置２６０を小型に構成することができる。この結果、熱音響装置２６０を、内部空間Ｓ１１内にて回動する光源１１３にも固定することができる。
【０１９３】
また、車両用灯具４１０は、光源１１３は回動機構を使用することなく、本体ケース１１１に固定されたものであっても良い。この場合、熱音響装置２６０は、熱音響変換素子２，２ａ，２ｂに代えて、従来の熱音響装置と同様の第１熱交換器、第２熱交換器及び蓄熱器を設けたものであっても良い。この場合、第１熱交換器が光源１１３のヒートシンク１１６と熱的に接続され、第２熱交換器が放熱部材１１７と熱的に接続される。この場合であっても、送風装置３３０は、光源１１３を冷却することができ、内部空間Ｓ１１内に気流を発生させることができる。
【０１９４】
また、整流部１２３は、実施の形態４にて説明した整流器５６と同様のケース部を有するものであっても良い。そのほか、整流部１２３は、熱音響変換素子２が共鳴管１ｆの管内に発生させた気体振動を整流することにより、送風管１２０の管内に風を生成するものであれば、如何なる構造を用いたものであっても良い。
【０１９５】
以上のように、実施の形態７の熱音響装置２６０は、車両用灯具４１０の内部に設けられており、車両用灯具４１０の内部にて発生した熱を用いて風を生成し、当該風により車両用灯具４１０の内部に気流を発生させるものである。これにより、例えば、第２熱交換部４と熱的に接続された自身の放熱部材１１７に風を当てて、光源１１３の冷却効率を向上することができる。また、内部空間Ｓ１１内の気流により、内部空間Ｓ１１内にて効率良く熱を拡散させることができる。
【０１９６】
また、実施の形態７の車両用灯具４１０は、半導体素子１１４を用いた光源１１３と、光源１１３が発した熱を熱交換により放熱部材１１７に移動させるとともに、光源１１３が発した熱を熱音響現象により気体振動に変換して、当該気体振動を整流することにより風を生成する送風装置３３０とを備え、送風装置３３０は、生成した風を自身の放熱部材１１７に向けて吹き出すものである。これにより、光源１１３の冷却効率を向上することができる。
【０１９７】
また、光源１１３及び送風装置３３０は、本体ケース１１１及び前面レンズ１１２により形成された内部空間Ｓ１１に収容されており、送風装置３３０は、風により内部空間Ｓ１１に気流を発生させるものである。これにより、内部空間Ｓ１１内の熱を拡散させることができ、内部空間Ｓ１１内の温度は上昇するものの、局部的な高温部の発生を抑制することができる。
【０１９８】
また、送風装置３３０は、本体ケース１１１の内側に沿う気流を発生させるものである。これにより、内部空間Ｓ１内に拡散された熱によって本体ケース１１１を加温し、当該加温された本体ケース１１１から車両用灯具４１０の外部に効率良く放熱することができる。この結果、本体ケース１１１内に収容された部品に対する熱的ストレスを低減して、車両用灯具４１０の信頼性を向上することができる。
【０１９９】
また、送風装置３３０は、前面レンズ１１２に沿う気流を発生させるものである。これにより、内部空間Ｓ１内に拡散された熱によって前面レンズ１１２を加温し、当該加温された全面レンズ１１２から車両用灯具４１０の外部に効率良く放熱することができる。この結果、本体ケース１１１内に収容された部品に対する熱的ストレスを低減して、車両用灯具４１０の信頼性を向上することができる。また、前面レンズ１１２の内側に付着した水滴を蒸発させることにより、車両用灯具４１０の商品性や光学的品質を向上することができる。
【０２００】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【０２０１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ  共鳴管、１１〜１３，１１１，１１２  共鳴管、２，２ａ，２ｂ  熱音響変換素子、２１〜２１０，２１１〜２１５  熱音響変換素子、３  熱交換部（第１熱交換部）、４  熱交換部（第２熱交換部）、５  断熱部、６  熱源、６１〜６３，６１１，６１２  熱源、７  冷源、７１〜７３，７１１，７１２  冷源、８  排熱部材、８１  排熱部材、９，９ａ  被冷却部材、９１  被冷却部材、１１  伝熱部材（第１導熱部）、１２  伝熱部材（第２導熱部）、１３  伝熱部材（伝熱板）、１４  伝熱部材（スペーサ）、１５  伝熱部材（スペーサ）、１６  間隙、１７  面部、１８  締結部材、２１  伝熱部材（第１導熱部）、２２  伝熱部材（第２導熱部）、２３  伝熱部材（伝熱板）、２４  伝熱部材（スペーサ）、２５  伝熱部材（スペーサ）、２６  間隙、２７  面部、２８  締結部材、３１  断熱部材、３２  中空部、３３  空間、３４  断熱部材、３５  断熱部材、３６  断熱部材（断熱板）、３７  間隙、４１  締結部材、４２  板状部材、４３  断熱部材、４４  断熱部材、５１  第１端部、５２  第２端部、５３，５３ａ  送風管、５４  第１端部、５５  第２端部、５６  整流器、５７  ケース部、５８  開口部、６１  第１端部、６２  第２端部、６３  整流器、６４  送風管（第１送風管）、６５  送風管（第２送風管）、６６  タービン室、６７  タービン、６８  タービン軸、６９  拡散部、７０  ノズル部（第１ノズル部）、７１  ノズル部（第２ノズル部）、８１  第１端部、８２  第２端部、８３ａ，８３ｂ  整流器、８４ａ，８４ｂ  第１送風管、８５ａ，８５ｂ  第２送風管、８６  タービン室、８７  タービン、８８  タービン軸、９１  本体ケース、９２  前面レンズ、９３  第１光源、９４  半導体素子、９５  光学部材、９６  ヒートシンク、９７  第２光源、９８  半導体素子、９９  光学部材、１００  ヒートシンク、１０１  放熱部材、１０２  第１端部、１０３  第２端部、１０４  送風管、１０５  第１端部、１０６  第２端部、１０７  整流部、１１１  本体ケース、１１２  前面レンズ、１１３  光源、１１４  半導体素子、１１５  光学部材、１１６  ヒートシンク、１１７  放熱部材、１１８  第１端部、１１９  第２端部、１２０  送風管、１２１  第１端部、１２２  第２端部、１２３  整流部、２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０  熱音響装置、３００，３１０，３２０，３３０  送風装置、４００，４１０  車両用灯具。
【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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