(57)【要約】【課題】熱音響装置において、エネルギ変換部への入熱から熱音響自励振動が開始するまでの応答性を向上させる。【解決手段】作動流体が封入された音響伝達管１０１、２０１、３００と、音響伝達管内に設けられ、所定条件の成立により熱音響自励振動を発生させて熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部１０２ａと、音響伝達管内に設けられ、音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部２０２ａと、所定条件が成立した場合に、作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを変化させて熱音響自励振動を開始させる振動生成部３０１、３２０、３２１、３３１、３４０、５０３とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が封入された音響伝達管（１０１、２０１、３００）と、
前記音響伝達管内に設けられ、所定条件の成立により熱音響自励振動を発生させて熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部（１０２ａ）と、
前記音響伝達管内に設けられ、前記音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部（２０２ａ）と、
前記所定条件が成立した場合に、前記作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを変化させて前記熱音響自励振動を開始させる振動生成部（３０１、３２０、３２１、３３１、３４０、５０３）とを備える熱音響装置。
【請求項２】
前記所定条件は、前記エネルギ変換部で一端側と他端側の絶対温度比が所定値を超えた場合に成立する請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
前記振動生成部は、前記音響伝達管の作動流体よりも高圧の前記作動流体が充填された高圧流体容器（３１０）を有し、前記所定条件が成立した場合に前記音響伝達管と前記高圧流体容器とを連通させる請求項１または２に記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記振動生成部は、前記熱音響伝達管の内部と連通する連通管（３２０）と、前記連通管を開閉する開閉弁（３２１）とを有し、前記所定条件が成立した場合に前記開閉弁の開閉動作を行う請求項１または２に記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記振動生成部は、前記音響伝達管の内部で気体放電する放電部（３３１）を有し、前記所定条件が成立した場合に前記放電部による気体放電を行う請求項１または２に記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記振動生成部は、前記所定条件が成立した場合に、前記作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを、変化量が順番に大きくなるように複数回変化させる請求項１ないし５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、熱エネルギと音響エネルギとの間でエネルギ変換を行う熱音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱音響現象を利用して熱エネルギと音響エネルギの間でエネルギ変換を行う熱音響装置が知られている。熱音響装置は、作動流体が充填された配管の内部に熱エネルギと音響エネルギに変換するエネルギ変換部が設けられており、エネルギ変換部の両端に温度勾配を形成することで、熱音響自励振動である音波が発生する。
【０００３】
このような熱音響装置において、特許文献１では、エネルギ変換部で熱音響自励振動が開始していない場合に、内燃機関の排気ガスをエネルギ変換部に導入し、熱音響自励振動の早期発生を促すことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者等による鋭意研究の結果、熱音響自励振動の発振温度以上の排気熱をエネルギ変換部に導入しても、発振が直ちに開始しないことを見出した。このため、エネルギ変換部への排気熱の導入時から音響エネルギの生成が開始されるまでの応答性を高めることができず、熱音響装置を効率的に稼働させることができなかった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、熱音響装置において、エネルギ変換部への入熱から熱音響自励振動が開始するまでの応答性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動流体が封入された音響伝達管（１０１、２０１、３００）と、音響伝達管内に設けられ、所定条件の成立により熱音響自励振動を発生させて熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部（１０２ａ）と、音響伝達管内に設けられ、音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部（２０２ａ）と、所定条件が成立した場合に、作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを変化させて熱音響自励振動を開始させる振動生成部（３０１、３２０、３２１、３３１、３４０、５０３）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本願発明によれば、所定条件が成立した場合に、作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを変化させることで、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。これにより、熱音響装置の入熱から発振までの応答性を向上させることができる。
【０００９】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、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実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【図２】開閉弁の作動、配管内の音圧及び蓄熱部の端部温度の関係を示す図である。
【図３】第２実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【図４】第２実施形態の蓄熱部と温度センサの配置を示す図である。
【図５】第２実施形態の熱音響装置の作動を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【図７】第４実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【図８】第４実施形態の電圧波形を示す図である。
【図９】第４実施形態の電圧波形を示す図である。
【図１０】第５実施形態の電圧波形を示す図である。
【図１１】第５実施形態の電圧波形を示す図である。
【図１２】第６実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【図１３】第７実施形態の熱音響装置を示す概念図である。
【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）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、本第１実施形態の熱音響装置１は、熱エネルギを音響エネルギに変換する熱音響エンジン部１００と、音響エネルギを消費する熱音響消費部２００を備えている。
【００１３】
熱音響エンジン部１００は、入力ループ配管１０１および入力部１０２を備えている。熱音響消費部２００は、出力ループ配管２０１および出力部２０２を備えている。
【００１４】
ループ配管１０１、２０１は、連結配管３００によって接続されている。これらの音響伝達管１０１、２０１、３００は、中空状の筒状部材であり、密閉空間を構成している。音響伝達管１０１、２０１、３００としては、例えば円筒形状のステンレス製配管を用いることができる。本実施形態の熱音響装置１は、２つのループ配管１０１、２０１を連結配管３００で接続するダブルループ型となっている。
【００１５】
音響伝達管１０１、２０１、３００は、内部空間に作動流体が封入されている。音響伝達管１０１、２０１、３００は、作動流体を介して音響エネルギを伝達可能な音響伝達管である。
【００１６】
音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体は、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガス、空気、水素あるいはこれらの混合物を好適に用いることができるが、異なる種類の流体を用いてもよい。出力向上を図るために大気圧以上の圧力にすることもできる。
【００１７】
作動流体には、非凝縮性流体と凝縮性流体の混合物も用いることができる。非凝縮性媒体は、熱音響装置１の作動温度範囲で気液相変化しない流体である。凝縮性媒体は、熱音響装置１の作動温度範囲で気液相変化する流体である。凝縮性流体は、主に液体の状態で入力部１０２に保持されている。
【００１８】
非凝縮性流体としては、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガス、空気、水素あるいはこれらの混合物を好適に用いることができるが、異なる種類の非凝縮性流体を用いてもよい。凝縮性流体としては、例えば水、炭酸、フロンを好適に用いることができるが、異なる種類の凝縮性流体を用いてもよい。
【００１９】
本実施形態では、特に記載のない場合には、作動流体として大気圧以上のヘリウムを用いている。
【００２０】
入力ループ配管１０１は、熱音響原動機用のループ配管である。出力ループ配管２０１は、熱音響受動機用のループ配管である。
【００２１】
入力ループ配管１０１には、外部から熱エネルギの入力が行われる入力部１０２が設けられている。入力部１０２は原動機であり、外部から入力された熱エネルギを音響エネルギに変換可能となっている。つまり、入力部１０２では、熱流から仕事流への変換が行われる。
【００２２】
入力部１０２は、蓄熱器１０２ａ、高温熱交換部１０２ｂ、低温熱交換部１０２ｃを備えている。これらは、入力ループ配管１０１の長手方向に沿って配置されている。
【００２３】
蓄熱器１０２ａは、熱エネルギを音響エネルギに変換するエネルギ変換部であり、多数の細孔が形成されたスタックとして構成されている。蓄熱器１０２ａとしては、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。
【００２４】
高温熱交換部１０２ｂは入熱装置であり、熱エネルギの入力によって蓄熱器１０２ａの高温側端部を加熱する。高温熱交換部１０２ｂとして、例えば電気ヒータを用いることができる。あるいは高温熱交換部１０２ｂとして、図示しない内燃機関や二次電池の排熱を用いることもできる。
【００２５】
低温熱交換部１０２ｃは、例えば冷却水あるいは外気と熱交換することで、蓄熱器１０２ａの他端側を冷却する。なお、熱音響装置１の稼働が短時間であれば、冷却用熱交換器１０２ｂを省略することも可能であるが、熱音響装置１の稼働が長時間となる場合には、蓄熱器１０２ａの高温側端部から低温側端部に次第に熱が輸送されるため、冷却用熱交換器１０２ｂを設けることが望ましい。
【００２６】
高温熱交換部１０１ｂおよび低温熱交換部１０１ｃによって、蓄熱器１０１ａの両端に温度差が生じ、作動流体の流通方向に温度勾配が形成される。蓄熱器１０１ａの両端温度が所定の温度条件を満たしたときに、熱音響自励振動が発生可能となる所定条件が成立する。以下、「熱音響自励振動が発生可能となる所定条件」を発振可能条件ともいう。作動流体が理想気体で、非線形効果などを無視できるなどの理想的装置においては、蓄熱器１０１aの両端の絶対温度比が所定の値を上回った場合に、発振可能条件を満たす。本実施形態では、蓄熱器１０１aの両端の絶対温度比が所定の値を上回ることで発振可能となる熱音響装置１を用いて説明するが、ここに開示される技術は一般的な熱音響装置に適用可能である。
【００２７】
蓄熱部１０１ａでは、蓄熱器１０１ａの両端の絶対温度比が所定値を上回った場合に、内部に存在する作動流体の加熱による加圧と冷却による減圧が行われ、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部１０１の蓄熱部１０１ａでは、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。
【００２８】
出力ループ配管２０１には、外部にエネルギを出力する出力部２０２が設けられている。出力部２０２は受動機であり、音響エネルギから熱エネルギへの変換が行われる。つまり、出力部２０２では、仕事流から熱流への変換が行われる。出力部２０２は、音響エネルギを消費する音響エネルギ消費部である。
【００２９】
出力部２０２は、蓄熱部２０２ａ、低温熱交換部２０２ｂ、高温熱交換部２０２ｃを備えている。蓄熱部２０２ａは、入力部１０２の蓄熱部１０２ａと同じく、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。出力部２０２の蓄熱部２０２ａは、音響エネルギを異なる種類のエネルギに変換するエネルギ消費部である。本実施形態では、蓄熱部２０２ａに音響エネルギが伝達されることで、蓄熱部２０２ａの両端に温度勾配が生じる。
【００３０】
高温熱交換部２０２ｂまたは低温熱交換部２０２ｃの一方の熱交換部を常温の冷却水と熱交換することで、他方の熱交換部で冷熱または温熱を生成することができる。例えば、高温熱交換部２０２ｂで常温の冷却水と熱交換することで、低温熱交換部２０２ｃで冷熱を生成することができる。また、低温熱交換部２０２ｃで常温の冷却水と熱交換することで、高温熱交換部２０２ｂで温熱を生成することができる。
【００３１】
熱音響装置１には、高圧流体容器３１０が設けられている。高圧流体容器３１０には、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体より高圧の作動流体が充填されている。高圧流体容器３１０は、連通管３１１を介して連結配管３００と接続されている。なお、高圧流体容器３１０が本発明の振動生成部に相当している。
【００３２】
連通管３１１には、連通管３１１の流路を開閉する開閉弁３１２が設けられている。開閉弁３１２を開放することで、高圧流体容器３１０内と音響伝達管１０１、２０１、３００内とが連通し、高圧流体容器３１０から音響伝達管１０１、２０１、３００に作動流体が供給される。開閉弁３１２を閉鎖することで、高圧流体容器３１０内と音響伝達管１０１、２０１、３００内との連通が遮断され、高圧流体容器３１０から音響伝達管１０１、２０１、３００への作動流体の供給が停止される。
【００３３】
上述したように、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体は大気圧より高圧となっているため、音響伝達管１０１、２０１、３００から作動流体が漏れることがある。音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の圧力が所定圧力以下に低下した場合には、開閉弁３１２が開放され、高圧流体容器３１０内の作動流体が音響伝達管１０１、２０１、３００内に供給される。
【００３４】
また、本実施形態では、蓄熱器１０１ａの両端の絶対温度比が所定値を上回り、発振可能条件が成立した場合に、開放弁３１２の開閉動作が行われる。
【００３５】
次に、熱音響装置１の作動を図２を用いて説明する。入力部１０１では、高温熱交換部１０１ｂに外部から熱エネルギが入力されることで、蓄熱部１０１ａの高温側端部が温度上昇し、蓄熱部１０１ａに温度勾配が形成される。
【００３６】
そして、蓄熱器１０１ａの両端の絶対温度比が所定値を上回り、発振可能条件が成立した場合に、開閉弁３１２を開放し、すぐに閉鎖する。これにより、高圧流体容器３１０内と音響伝達管１０１、２０１、３００内との差圧のため、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力が局所的に高くなる。
【００３７】
この作動流体の局所的な圧力変化を契機として、蓄熱部１０１ａでは、内部に存在する作動流体の圧縮、加熱、膨張、冷却が行われ、熱音響自励振動である音波が発生し、音響伝達管１０１、２０１、３００内の音圧が高くなる。つまり、入力部１０１の蓄熱部１０１ａでは、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。
【００３８】
図２の破線は、音響伝達管１０１、２０１、３００内で作動流体の局所的な圧力変動がない場合の音響伝達管１０１、２０１、３００内の音圧変化を示している。作動流体の局所的な圧力変動がない場合には、発振可能条件が成立してから発振開始までにある程度の時間を要している。これに対し、本実施形態では、発振可能条件が成立した際に作動流体の一部で局所的な圧力変化を与えることで、早期に発振開始させることができている。
【００３９】
出力部１０２で生成した音響エネルギの一部は入力ループ配管１０１を巡回して入力部１０２に再入力し、残りは連結配管３００を通過して出力ループ配管２０１を巡回する。出力部２０２の蓄熱部２０２ａでは、音響エネルギが伝達されることで、高温熱交換部２０２ｃが設けられた一端側が高温となり、低温熱交換部２０２ｂが設けられた他端側が低温になる。つまり、出力部２０２の蓄熱部２０２ａでは、音響エネルギから熱エネルギの変換が行われ、蓄熱部２０２ａの両端に温度差が生じる。この結果、出力部２０２では、高温熱交換部２０２ｃで温熱が生成し、低温熱交換部２０２ｂで冷熱が生成する。
【００４０】
出力部２０２では、高温熱交換部２０２ｃで生成した温熱、または低温熱交換部２０２ｂで生成した冷熱を利用することができる。例えば、高温熱交換部２０２ｃで常温の冷却水と熱交換することで、低温熱交換部２０２ｂの冷熱生成能力を向上させ、熱音響装置１を冷凍機として用いることができる。あるいは、低温冷熱熱交換部２０２ｃに常温の冷却水と熱交換することで、高温熱交換部２０２ｃの温熱生成能力を向上させ、熱音響装置１を暖房機として用いることができる。
【００４１】
ここで、蓄熱部１０１ａの両端の温度比が所定値を超えた場合における熱音響自励振動の発振開始について説明する。
【００４２】
音響は、作動流体の振動に対応する流速と、作動流体の膨張収縮に対応する変動圧力に分解できる。蓄熱部１０１ａの両端に温度比が与えられた際に、蓄熱部１０１ａ内の低温側の作動流体が高温側に移動すると、蓄熱部１０１ａの熱が作動流体に伝わり、作動流体が膨張する。作動流体が蓄熱部１０１ａ内の高温側の作動流体が低温側に移動すると、作動流体の熱が蓄熱部１０１ａに伝わり、作動流体が収縮する。すなわち、作動流体の流速によって変動圧力が増大する。
【００４３】
蓄熱部１０１ａの両端に温度比が与えられ、部位毎の温度に応じて作動流体の膨張または収縮が生じても、蓄熱部１０１ａ内で作動流体の流速がなければ、固定点において周期的に変動圧力が上下するわけではない。また、蓄熱部１０１ａ内における作動流体の流速が一方向流れであっても、作動流体の膨張または収縮が一方的に起こるだけであり、やはり固定点において周期的に変動圧力が上下するわけではない。
【００４４】
一方、蓄熱部１０１ａ内における作動流体の流速が双方向流れであれば、膨張収縮が双方向流れと同じ周期で生じるため、固定点の変動圧力も周期的に上下する。変動圧力と流速が同時に上下することで、平均的な作動流体の移動をさせることなく、仕事のみを伝播することができる。このため、作動流体に与えた熱の逃げを抑えることができ、蓄熱部１０１ａの効率を向上させることができる。
【００４５】
すなわち、双方向流れである流速によって作動流体への入排熱のタイミングが決定され、それが音響の増幅につながるため、双方向流れである流速がなければ、熱エネルギを音エネルギに変換することができない。
【００４６】
音響が増幅されて一旦発振が開始すると、増幅された音響の流速によって作動流体への入排熱のタイミングが決定され、音響が再度増幅される。このため、発振を開始した熱音響装置１は持続的に発振を続ける。
【００４７】
つまり、蓄熱部１０１ａの両端の温度比が所定値を超えた状態で、初期の双方向流れが導入されれば、熱音響装置１は持続的に発振する。一方、発振の契機となる初期の双方向流れが不十分であれば、蓄熱部１０１ａまで双方向流れが到達しないために音響が増幅されず、持続的に発振可能なだけの所定の温度比が蓄熱部１０１ａに与えられた場合においても発振を開始しない。
【００４８】
発振の契機となる初期の双方向の流速を与えるためには、作動流体の一部で流速、圧力、温度の少なくともいずれかを変化させればよい。本実施形態では、発振可能条件が成立した場合に、開閉弁３１２を開閉させることで高圧流体容器３１０と音響伝達管１０１、２０１、３００を連通させ、音響伝達管１０１、２０１、３００内の圧力を局所的に変化させている。
【００４９】
このように、作動流体の圧力を局所的に大きくすることで、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。この点について、作動流体を構成する流体要素を離散化して説明する。
【００５０】
圧力が高くなった流体要素を第一の流体要素とし、第一の流体要素と隣接する流体要素を第二の流体要素とする。このとき、第一の流体要素は第二の流体要素よりも圧力が高いことになる。第一の流体要素よりも低い圧力を持つ第二の流体要素に第一の流体要素から力が伝わるため、第二の流体要素は第一の流体要素から離れる方向に進む。
【００５１】
その後、第二の流体要素の流速が第一の流体要素よりも大きくなったことで、第一の流体要素は膨張するため、圧力が低くなる。また、第一の流体要素の圧力が低くなったことで、第二の流体要素との差圧により、第二の流体要素の流速が第一の流体要素に近づく方向に進む。このことから、第一の流体要素の圧力を高くしたときに、熱音響自励振動の発振を開始させる契機となる双方向の流速を発生させることができる。
【００５２】
以上説明した本実施形態によれば、発振可能条件が成立した場合に、開閉弁３１２の開閉動作を行い、高圧流体容器３１０と音響伝達管１０１、２０１、３００を短時間連通させている。これにより、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力を変化させ、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。この結果、熱音響装置１の入熱から発振までの応答性を向上させることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
図３に示すように、本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の熱音響装置１に、制御部４００および温度センサ４０１、４０２が設けられている。
【００５５】
制御部４００は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御部４００は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御部４００の出力側には各種制御対象機器が接続されている。
【００５６】
制御部４００は、各種制御対象機器の作動を制御する。制御部４００によって制御される制御対象機器は、開閉弁３１２等である。
【００５７】
温度センサ４０１、４０２は、入力部１０２の蓄熱部１０２ａの温度を測定する。第１温度センサ４０１は、蓄熱部１０２ａの高温側端部の温度を測定し、第２温度センサ４０２は、蓄熱部１０２ａの低温側端部の温度を測定する。
【００５８】
図４（ａ）〜図４（ｆ）は、温度センサ４０１、４０２による蓄熱部１０２ａの温度測定部位の各種態様を示している。
【００５９】
図４（ａ）は、温度センサ４０１、４０２で蓄熱部１０２ａの両端部の温度を直接測定する例を示している。図４（ａ）に示す例では、温度センサ４０１、４０２で蓄熱部１０２ａにおける横断面の中央付近の温度を測定している。なお、温度センサ４０１、４０２による測定部位を図４（ｂ）〜図４（ｆ）のように変更してもよい。
【００６０】
熱交換部１０２ｂ、１０２ｃが細い流路で構成されている場合には、熱交換部１０２ｂ、１０２ｃが蓄熱部１０２ａと同様の役割を果たすことがある。このため、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、第１温度センサ４０１で高温熱交換部１０２ｂの温度を測定するようにしてもよく、第２温度センサ４０２で低温熱交換部１０２ｃの温度を測定するようにしてもよい。
【００６１】
また、蓄熱部１０２ａの横断面が等温的であると見込まれる場合は、図４（ｅ）のように温度センサ４０２による測温箇所を横断面の中心部からずらしてもよい。
【００６２】
また、熱交換部１０２ｂ、１０２ｃの熱伝導率が良好である場合には、蓄熱部１０２ａの端面から熱交換部１０２ｂ、１０２ｃにかけて等温的であると判断できる。このため、図４（ｆ）のように、蓄熱部１０２ａの端面からずらした熱交換部１０２ｃの温度を測定してもよい。
【００６３】
次に、本第２実施形態の熱音響装置１の発振開始処理を、図５のフローチャートを用いて説明する。熱音響装置１の発振開始処理は、制御部４００による制御によって実行される。
【００６４】
まず、温度センサ４０１、４０２によって蓄熱部１０２ａの両端の温度を測定する（Ｓ１０）。次に、蓄熱部１０２ａの両端の温度比が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００６５】
この結果、蓄熱部１０２ａの両端の温度比が所定値以上ではないと判定された場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、発振開始処理を終了する。一方、蓄熱部１０２ａの両端の温度比が所定値以上であると判定された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、開閉弁３１２の開閉動作を実行する（Ｓ１２）。
【００６６】
これにより、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力を変動させ、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。この結果、熱音響装置１の入熱から発振までの応答性を向上させることができる。
【００６７】
以上説明した本第２実施形態では、温度センサ４０１、４０２で測定した蓄熱部１０２ａの両端の温度に基づいて開閉弁３１２を開閉し、これを契機として熱音響装置１の発振開始を行っている。これにより、熱音響装置１の発振開始タイミングを正確に決定することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６９】
図６に示すように、本第３実施形態では、入力ループ配管１０１に外部連通管３２０が接続されている。入力ループ配管１０１は、外部連通管３２０を介して外部と連通する。外部連通管３２０には、入力ループ配管１０１に近い側に第１開閉弁３２１が設けられており、入力ループ配管１０１から遠い側に第２開閉弁３２２が設けられている。なお、第１開閉弁３２１が本発明の振動生成部に相当している。
【００７０】
第１開閉弁３２１は開放された状態とし、第２開閉弁３２２は閉鎖された状態とする。そして、蓄熱部１０１ａの両端の温度比が所定値を上回り、発振可能条件が成立した場合に、開放されていた第１開閉弁３２１を閉鎖する。
【００７１】
このとき、第１開閉弁３２１の開閉動作に伴って第１開閉弁３２１が振動し、入力ループ配管１０１内の作動流体に振動が生じる。この作動流体の振動が蓄熱部１０２ａに伝播され、熱音響装置１は発振を開始する。
【００７２】
以上説明した本第３実施形態によれば、音響伝達管１０１、２０１、３００に連通する連通管３２０に設けた開閉弁３２１を開閉することで、熱音響装置１を発振開始させることができる。また、外部連通管３２０を入力ループ配管１０１に連結することで、蓄熱部１０２ａまで到達する作動流体の振動を抑制している。
【００７３】
なお、第１開閉弁３２１を開放状態から閉鎖状態に変化させる場合に限らず、第１開閉弁３２１を閉鎖状態から開放状態に変化させることによっても、熱音響装置１の発振を開始させることができる。また、第１開閉弁３２１の開閉動作で発生した作動流体の振動が弱く、熱音響装置１が発振を開始しない場合は、第１開閉弁３２１の開閉動作を繰り返してもよい。
【００７４】
また、作動流体の振動生成は、音響伝達管１０１、２０１、３００内の圧力を低下させることによっても発生させることができる。例えば、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の圧力を大気圧以上にしておき、第１開閉弁３２１を開放し、第２開閉弁３２２を閉鎖しておく。そして、第２開閉弁３２２を開放し、すぐに閉鎖することにより、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の圧力が低下し、作動流体振動を引き起こすことができ、熱音響装置１は発振を開始する。
【００７５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７６】
図７に示すように、本第４実施形態の熱音響装置１は、１つのループ配管３３０に入力部１０２および出力部２０２が設けられたシングルループ型となっている。
【００７７】
ループ配管３３０には、放電部３３１が設けられている。放電部３３１は、ループ配管３３０の内部空間で気体放電する。本実施形態では、放電部３３１としてアーク放電装置を用いている。なお、放電部３３１が本発明の振動生成部に相当している。
【００７８】
本実施形態では、ループ配管３３０における入力部１０２の高温側端部と出力部２０２との間に放電部３３１が設けられている。放電部３３１は、ループ配管３３０の任意の箇所に設けることができるが、放電によって高温を発生させることから、高温側熱交換部１０２ｂ側に設けることが望ましい。
【００７９】
放電部３３１は、蓄熱器１０２ａの両端の絶対温度比が所定値を上回り、発振可能条件が成立した場合に放電する。放電部３３１による放電で作動流体が熱膨張し、作動流体の一部で温度が変化する。この作動流体の温度変化によって、作動流体の圧力を変化させることができ、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。
【００８０】
放電部３３１で気体放電を行う際の印加電圧は、蓄熱器１０２ａで熱音響自励振動が開始しやすくなるように、複数パターンの中から適切なパターンを選択することができる。図８、図９は、放電部３３１の印加電圧の波形を例示している。
【００８１】
図８（ａ）〜図８（ｅ）に示すように、電圧の高さや出力時間が異なる複数の印加電圧のパターンを用意しておき、これらのパターンの中から適切なパターンを選択することができる。また、図９（ａ）〜図９（ｆ）に示すように、波形形状が異なる複数の印加電圧のパターンを用意しておき、これらのパターンの中から適切なパターンを選択することができる。
【００８２】
以上説明した本第４実施形態によれば、放電部３３１の印加電圧の電圧の高さ、出力時間あるいは波形形状を適切に選択することで、蓄熱器１０２ａにおける熱音響自励振動が開始しやすくすることができる。
【００８３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８４】
本第５実施形態の熱音響装置１は、図７を用いて説明した上記第４実施形態と同一の構成を備えている。本第５実施形態では、放電部３３１による気体放電が複数回連続して行われる。
【００８５】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、出力間隔や電圧波形が異なる複数の印加電圧のパターンを用意しておき、これらのパターンの中から適切なパターンを選択することができる。放電部３３１による複数回の気体放電は、熱音響自励振動が開始するまで行えばよい。
【００８６】
また、図１１に示すように、放電部３３１によって複数回の放電を行う際に、電圧の高さを徐々に大きくするようにしてもよい。この場合には、放電部３３１の複数回の放電によって、作動流体の温度変化を段階的に大きくすることができる。
【００８７】
以上説明した本第５実施形態によれば、１回の放電では熱音響自励振動が開始しない場合であっても、放電部３３１によって気体放電を複数回行うことで、熱音響自励振動を確実に開始させることができる。
【００８８】
また、放電部３３１の印加電圧の大きさを徐々に大きくする場合には、低い電圧から順に熱音響自励振動が開始可能な出力を探ることができる。これにより、放電部３３１の印加電圧を必要以上に高くすることを防止でき、省エネルギを実現できる。
【００８９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９０】
図１２に示すように、本第６実施形態の熱音響装置１は車両５００に搭載されている。車両５００は、車両走行用の駆動力を得るための内燃機関５０１を備えている。熱音響装置１は、２つのループ配管１０１、２０１を備えるダブルループ型となっている。
【００９１】
入力部１０２の高温側熱交換部１０２ｂには、第１熱媒体配管１０３を流れる熱媒体が循環する。熱媒体は、例えば冷却水を用いることができる。第１熱媒体配管１０３には、内燃機関５０１の熱を熱媒体に伝える熱交換部１０４と、熱媒体を循環させるポンプ１０５が設けられている。熱交換部１０４で熱媒体を加熱する内燃機関５０１の熱は、例えば内燃機関５０１の排気ガスの熱を用いることができる。
【００９２】
出力部２０２の熱交換部２０２ｂ、２０２ｃには、第２熱媒体配管２０３を流れる熱媒体が循環する。熱媒体は、例えば冷却水を用いることができる。第２熱媒体配管２０３には、車両前席の温度調整を行う第１熱交換部２０４、車両後席の温度調整を行う第２熱交換部２０５、熱媒体を循環させるポンプ２０６が設けられている。
【００９３】
第２熱媒体配管２０３を流れる熱媒体は、高温熱交換部２０２ｂまたは低温熱交換部２０２ｃのいずれかを通過可能となっている。高温熱交換部２０２ｂ側に第１切替弁２０７が設けられ、低温熱交換部２０２ｃ側に第２切替弁２０８が設けられている。
【００９４】
第１切替弁２０７を開放し、第２切替弁２０８を閉鎖した場合には、熱媒体が高温熱交換部２０２ｂで加熱される。この場合には、第１熱交換部２０４および第２熱交換部２０５によって座席が暖められる。また、第１切替弁２０７を閉鎖し、第２切替弁２０８を開放した場合には、熱媒体が低温熱交換部２０２ｃで冷却される。この場合には、第１熱交換部２０４および第２熱交換部２０５によって座席が冷却される。
【００９５】
第２熱媒体配管２０３を流れる熱媒体は、第２熱交換部２０５をバイパスすることが可能となっている。第２熱媒体配管２０３には、熱媒体を第２熱交換部２０５に流通させるかバイパスさせるかを切り替える２つの切替弁２０９、２１０が設けられている。
【００９６】
第３切替弁２０９を開放し、第４切替弁２１０を閉鎖した場合には、熱媒体が第２熱交換部２０５を流れる。一方、第３切替弁２０９を閉鎖し、第４切替弁２１０を開放した場合には、熱媒体が第２熱交換部２０５をバイパスする。
【００９７】
本第６実施形態では、車台５０２の上に緩衝ガス容器５０３が設けられている。緩衝ガス容器５０３は、弾性力を有する容器である。緩衝ガス容器５０３には、車両５００の振動発生時に緩衝ガス容器５０３を安定させるための被保護装置５０４が設けられている。なお、緩衝ガス容器５０３が本発明の振動生成部に相当している。
【００９８】
熱音響装置１等の車両設備は、緩衝ガス容器５０３の上に設けられている。緩衝ガス容器５０３は車両５００の振動を吸収するため、被保護装置５０４等の車両設備を車両走行時の振動から保護することができる。
【００９９】
緩衝ガス容器５０３には、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体と同じ流体が緩衝ガスとして充填されている。緩衝ガス容器５０３は、連通管５０５によって音響伝達管１０１、２０１、３００内と連通している。連通管５０５には、開閉弁５０６が設けられている。
【０１００】
ここで、本第６実施形態の熱音響装置１の作動を説明する。内燃機関５０１が運転を開始することで、内燃機関５０１の熱によって入力部１０２の高温側熱交換部１０２ｂが加熱される。これにより、蓄熱部１０２ａの両端に発振が可能な所定の温度比が与えられる。
【０１０１】
車両５００が走行を開始すると、車両５００の振動が発生する。これに伴い、緩衝ガス容器５０３内の緩衝ガスは、車両５００の振動を吸収するために圧力が変動する。このとき、開閉弁５０６を開放することで、緩衝ガス容器５０３内の圧力変動が音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体に伝わり、これを契機として熱音響自励振動を開始させることができる。
【０１０２】
熱音響装置１で熱音響自励振動が開始すると、発振の契機となった初期の流速は成長を始める。蓄熱部１０２ａの両端の温度比が充分高くなると、熱音響装置１内の作動流体の流速が緩衝ガス容器５０３から得られる振動より充分に大きくなるため、緩衝ガス容器５０３からの流体振動が熱音響装置１に影響を及ぼさなくなる。このため、緩衝ガス容器５０３からの音響伝達管１０１、２０１、３００への流体振動の導入を継続してもよい。ただし、車両５００の振動によって、緩衝ガス容器５０３で大きな流体振動が見込まれる場合などには、発振開始後に開閉弁５０６を閉鎖して、緩衝ガス容器５０３から音響伝達管１０１、２０１、３００への流体振動の導入を停止することが望ましい。
【０１０３】
以上説明した本第６実施形態によれば、車両５００に熱音響装置１を搭載することで、熱音響装置１で生成する温熱または冷熱によって、車両座席の温度調整を行うことができる。さらに、本第６実施形態では、内燃機関５０１の排熱を利用して、蓄熱器１０２ａの両端に所定の温度比を与えることができ、発振可能条件を成立させることができる。
【０１０４】
また、本第６実施形態では、車両５００の振動を吸収する緩衝ガス容器５０３を設け、車両走行による振動で発生する緩衝ガスの圧力変動が音響伝達管１０１、２０１、３００の作動流体に導入されるようになっている。これにより、緩衝ガス容器５０３は、車両設備の保護だけでなく、車両走行に伴う振動を利用して熱音響自励振動を開始させる熱音響発振装置としても機能させることができる。
【０１０５】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１０６】
図１３に示すように、本第７実施形態の熱音響装置１では、連結配管３００の一端側に入力ループ配管１０１が接続され、連結配管３００の他端側にリニア発電機６００が設けられている。リニア発電機６００は、音響エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ消費部である。
【０１０７】
リニア発電機６００は、ダイヤフラム６０１を備えている。ダイヤフラム６０１は、入力部２００で生成した音響エネルギによって変位する。リニア発電機６００は、ダイヤフラム６０１が変位することで発電を行う。
【０１０８】
本第７実施形態の熱音響装置１には、外部の音響を集める集音部３４０が設けられている。本第７実施形態の集音部３４０は、内燃機関５０１の運転音を集めるようになっている。なお、集音部３４０が本発明の振動生成部に相当している。
【０１０９】
集音部３４０には、ダイヤフラム３４１が設けられている。ダイヤフラム３４１は、音響エネルギを運動エネルギに変換するようになっており、集音部３４０で集めた音響によって振動する。
【０１１０】
集音部３４０は、連通管３４２によって音響伝達管１０１、２０１、３００と連通している。ダイヤフラム３４１の振動は、連通管３４２を通して、音響伝達管１０１、２０１、３００の内部に伝わり、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体を振動させることができる。
【０１１１】
蓄熱部１０２ａの両端に発振が可能な温度比が生成した場合に、外部の音に基づいてダイヤフラム３４１で振動を発生させ、この振動を契機として蓄熱部１０２ａで熱音響自励振動を開始させることができる。
【０１１２】
以上説明した本第７実施形態によれば、外部で発生した音響エネルギを利用して熱音響自励振動を開始させることができる。
【０１１３】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【０１１４】
（１）上記第１実施形態では、高圧流体容器３１０と音響伝達管１０１、２０１、３００を連通させて音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力を高くすることで、発振させるように構成したが、これに限らず、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力を低くしてもよい。このように、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で圧力を低くすることによっても、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。
【０１１５】
（２）上記第２実施形態では、放電部３３１による放電で音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で温度を高くすることで、発振させるように構成したが、これに限らず、音響伝達管１０１、２０１、３００内の作動流体の一部で温度を局所的に低くしてもよい。このように、作動流体の一部で温度を低くすることによっても、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。
【０１１６】
（３）音響伝達管１０１、２０１、３００における作動流体の一部で流速、圧力、温度のいずれかを変化させることで、発振の契機となる双方向の流速が生じさせることができるが、流速、圧力、温度のうち複数種類の変化を組み合わせてもよい。
【０１１７】
（４）上記第５実施形態では、放電部３３１による放電を複数回行い、作動流体の温度変化を複数回行う例について説明したが、作動流体の流速や圧力を複数回変化させるようにしてもよい。また、作動流体の流速や圧力を複数回変化させ、これらの変化量を段階的に大きくするようにしてもよい。
【０１１８】
（５）上記各実施形態では、入力部１０２で熱音響自励振動によって音響エネルギを生成するようにしたが、これに限らず、スピーカ等によって蓄熱部１０２ａの低温側から音響エネルギを入力するようにしてもよい。この場合、両端に温度差が形成された蓄熱部１０２ａでは、入力した音響エネルギを増幅することができる。
【０１１９】
（６）作動流体として、例えば大気圧空気と水などの凝縮性流体と非凝縮性流体を用いた場合、含まれる凝縮性流体の沸騰開始あるいは沸騰停止によっても、発振の契機となる初期の双方向の流速を与えることができる。例えば、電気ヒータからなる高温側熱交換部１０２ｂで、ヒータオンによって凝縮性流体の沸騰を開始させることができ、ヒータオフによって凝縮性流体の沸騰を停止させることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１    入力ループ配管（音響伝達管）
１０２    入力部
１０２ａ  蓄熱部（エネルギ変換部）
１０２ｂ  高温熱交換部
１０２ｃ  低温熱交換部
２０１    出力ループ配管（音響伝達管）
２０２    出力部
２０２ａ  蓄熱部（エネルギ消費部）
２０２ｂ  高温熱交換部
２０２ｃ  低温熱交換部
３００    連結配管（音響伝達管）
３１０    高圧流体容器（振動生成部）
３２０    外部連通管（振動生成部）
３２１    第１開閉弁（振動生成部）
３３１    放電部（振動生成部）
３４０    集音部（振動生成部）
５０３    緩衝ガス容器（振動生成部）
【図１】
2019207040.tif 000003
【図２】
2019207040.tif 000004
【図３】
2019207040.tif 000005
【図４】
2019207040.tif 000006
【図５】
2019207040.tif 000007
【図６】
2019207040.tif 000008
【図７】
2019207040.tif 000009
【図８】
2019207040.tif 000010
【図９】
2019207040.tif 000011
【図１０】
2019207040.tif 000012
【図１１】
2019207040.tif 000013
【図１２】
2019207040.tif 000014
【図１３】
2019207040.tif 000015