(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に構成された環状配管と、前記環状配管から分岐し且つ前記環状配管に連通する分岐配管とによって構成され、前記環状配管及び前記分岐配管の双方に所定の作動気体が封入された配管構成部と、
前記配管構成部の前記環状配管の管内に組み込まれいずれも配管長手方向に延びる複数の流路を有する蓄熱器と、前記作動気体を自励振動させるために前記蓄熱器の前記複数の流路の両端部間に温度勾配が生じるように前記作動気体との間で熱交換を行う熱交換器と、を含む熱音響エンジンと、
前記配管構成部の前記分岐配管の管内に設けられ前記熱音響エンジンにおける前記作動気体の自励振動によって回転するタービン翼と、前記タービン翼に連結され前記分岐配管の管壁を貫通して管内から管外へと延出するように構成されたタービン回転軸と、を含むタービンと、
前記配管構成部の前記分岐配管の管外に設けられ前記タービンの前記タービン回転軸に連結されて前記タービン翼の回転エネルギーを電力に変換するための発電機と、
を備える、熱音響発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱音響発電システムであって、
前記発電機を気密状態で収容する収容空間と、前記収容空間を前記分岐配管の管内に連通させるための連通穴と、を有する発電機ハウジングを備え、
前記タービン回転軸は、前記発電機ハウジングの前記連通穴を通じて前記収容空間にて前記発電機に連結されている、熱音響発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱音響発電システムであって、
前記分岐配管はクランク状に屈曲したクランク配管部を備え、
前記タービンの前記タービン回転軸は、前記クランク配管部の管壁を貫通しつつ前記分岐配管の軸方向と同一方向に延在するように構成されている、熱音響発電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の熱音響発電システムであって、
前記タービンは、前記タービン翼における前記作動気体のためのタービン流路断面積が前記分岐配管の横断面での配管断面積と同じか、若しくは前記配管断面積を下回るように構成されている、熱音響発電システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の熱音響発電システムであって、
前記タービンは、前記タービン翼に向けて前記作動気体の振動波を導入するための導入部を備え、前記導入部は、前記タービン回転軸の軸線に対して１４度から３０度までの間の所定角度で傾斜した傾斜面を有する、熱音響発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動気体を自励振動させる熱音響エンジンを利用して発電を行う熱音響発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の産業分野においてエネルギーの有効利用の推進が求められているが、例えば、工場等の設備や車両から排出されて棄却される排熱の比率は未だ高く、熱エネルギーを高い効率で回収する技術が望まれている。本発明者は、この技術について鋭意検討する中で、作動気体を自励振動させることができる熱音響エンジンを利用することに着目した。この熱音響エンジンを用いて発電を行うシステム（以下、「熱音響発電システム」ともいう）の一例が、下記特許文献１に開示されている。この熱音響発電システムで用いられている熱音響エンジンは、複数の流路によって構成された蓄熱器と、蓄熱器の一方の流路端部に設けられた加熱器と、蓄熱器の他方の流路端部に設けられた冷却器と、を備えている。この熱音響エンジンによれば、蓄熱器の流路の両端部間に温度勾配を生じさせることによって管内に封入した作動流体に自励振動を与えることで音響エネルギーを発生させることができる。更に、この熱音響発電システムは、環状配管から分岐した分岐配管にリニア型の発電機を備え、この発電機を熱音響エンジンで発生した音響エネルギーによって駆動して発電を行う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】ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／０８１１９３号公報
【発明の概要】
【０００４】
上記のような熱音響発電システムは、エネルギー変換効率が高く、ピストンやバルブ等の可動部を持たない簡素な構造を有する熱音響エンジンを用いる点で有利である。一方で、熱音響エンジンで生じた作動気体の自励振動を利用して発電を行う際にリニア型の発電機を用いると、このリニア型の発電機自体が高価であるためコスト面で不利である。また、この種のシステムの設計に際しては、コスト面のみならずメンテナンス性の面で優れた発電機を採用することによって実用性の高いシステムを構築することが望ましい。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、熱音響エンジンで生じた作動気体の自励振動を利用して発電を行う熱音響発電システムにおいて、発電を行うための発電機に要するコストを抑え且つメンテナンス性を向上させるのに有効な技術を提供することである。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱音響発電システム（１００）は、配管構成部（１０１）、熱音響エンジン（１１０）、タービン（１４０）及び発電機（１５０）を備える。配管構成部（１０１）は、環状に構成された環状配管（１０２）と、環状配管（１０２）から分岐し且つ環状配管（１０２）に連通する分岐配管（１０３）と、を含み、環状配管（１０２）及び分岐配管（１０３）の双方に所定の作動気体が封入される。熱音響エンジン（１１０）は、配管構成部（１０１）の環状配管（１０２）の管内に組み込まれいずれも配管長手方向に延びる複数の流路（１１１ｃ）を有する蓄熱器（１１１）と、作動気体を自励振動させるために蓄熱器（１１１）の複数の流路（１１１ｃ）の両端部間に温度勾配が生じるように作動気体との間で熱交換を行う熱交換器（１１２，１１３）と、を含む。タービン（１４０）は、配管構成部（１０１）の分岐配管（１０３）の管内に設けられ熱音響エンジン（１１０）における作動気体の自励振動によって回転するタービン翼（１４５）と、タービン翼（１４５）に連結され分岐配管（１０３）の管壁を貫通して管内から管外へと延出するように構成されたタービン回転軸（１４４）と、を含む。発電機（１５０）は、配管構成部（１０１）の分岐配管（１０３）の管外に設けられ、タービン（１４０）のタービン回転軸（１４４）に連結されてタービン翼（１４５）の回転エネルギーを電力に変換する。この場合、タービン（１４０）及び発電機（１５０）によってタービン型の発電機が構成される。
【０００７】
本構成の熱音響発電システムによれば、タービン及び発電機によるタービン型の発電機がリニア型の発電機に比べて安価であるため、発電機に要するコストを抑えることができる。それに加えて、タービンのタービン回転軸を分岐配管の管内から管外へと延出させることによって、発電機を分岐配管の管外に配置した状態でタービン回転軸に連結することが可能になる。この場合、タービンからの発電機の切り離しが容易になる結果、発電機のメンテナンス性が向上する。
【０００８】
上記構成の熱音響発電システム（１００）は、発電機（１５０）を気密状態で収容する収容空間（１５１ａ）と、収容空間（１５１ａ）を分岐配管（１０３）の管内に連通させるための連通穴（１５２ａ）と、を有する発電機ハウジング（１５１）を備えるよう構成されるのが好ましい。本構成では、タービン（１４０）のタービン回転軸（１４４）は、発電機ハウジング（１５１）の連通穴（１５２ａ）を通じて収容空間（１５１ａ）にて発電機（１５０）に連結されている。この場合、タービン回転軸の一部は、分岐配管の管内から管外へと延出しているものの、その延出部位は発電機ハウジングの収容空間に密閉状態で収容されている。従って、タービン回転軸に対して専用の軸シール構造を設ける必要がなく、タービン回転軸に関する構造を簡素化することができる。
【０００９】
上記構成の熱音響発電システム（１００）では、分岐配管（１０６）はクランク状に屈曲したクランク配管部（１０６）を備え、タービン（１４０）のタービン回転軸（１４４）は、クランク配管部（１０６）の管壁を貫通しつつ分岐配管（１０３）の軸方向と同一方向に延在するように構成されるのが好ましい。本構成によれば、タービン回転軸に連結される発電機が占める、分岐配管の軸方向と交差する方向についてのスペースの大きさを小さく抑えることが可能になる。
【００１０】
上記構成の熱音響発電システム（１００）では、タービン（１４０）は、タービン翼（１４５）におけるタービン流路断面積（Ｓｂ）が分岐配管（１０３）の横断面での配管断面積（Ｓａ）と同じか、若しくは配管断面積（Ｓａ）を下回るように構成されるのが好ましい。本構成によれば、作動気体の振動波が分岐配管からタービンへと導入される際にその振動波が流れる流路の断面積が拡張されることがない。この場合、流路の断面積が大きくなることによって生じる流速振幅及び圧力振幅の低下を抑制することができ、その結果、タービンのタービン翼を確実に回転動作させるのに適正な流速振幅及び圧力振幅を得ることができる。
【００１１】
上記構成の熱音響発電システム（１００）では、タービン（１４０）は、タービン翼（１４５）に向けて作動気体の振動波を導入するための導入部（１４８）を備え、導入部（１４８）は、タービン回転軸（１４４）の軸線に対して１４度から３０度までの間の所定角度で傾斜した傾斜面（１４８ａ）を有するのが好ましい。この導入部によれば、作動気体の振動波をその振動波から受ける音響エネルギーをできるだけ減衰させることなくタービン翼に引き込むことが可能になる。
【００１２】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、熱音響エンジンで生じた作動気体の自励振動を利用して発電を行う熱音響発電システムにおいて、発電を行うための発電機に要するコストを抑え且つメンテナンス性を向上させることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明にかかる熱音響発電システムの概要を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１中の熱音響発電システムのうち熱音響エンジンの構造を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図１中の熱音響発電システムのうちタービン発電機の部位の断面構造を示す図である。
【図４】図４は、タービン翼を断面方向から視た図である。
【図５】図５は、タービン翼の構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、当該図面において、同一の符号を付して説明している同一の要素の各構成部位については、説明のための符号を必要に応じて省略している。
【００１６】
図１に示されるように、熱音響発電システム１００は、金属製の配管からなる配管構成部１０１を備えている。この配管構成部１０１は、環状（ループ状）の配管部分である環状配管１０２と、環状配管１０２から分岐し且つその管内空間が環状配管１０２の管内空間と連通する分岐配管１０３と、によって構成されている。この配管構成部１０１が本発明の「配管構成部」に相当する。また、環状配管１０２及び分岐配管１０３がそれぞれ、本発明の「環状配管」及び「分岐配管」に相当する。尚、配管構成部１０１の環状配管１０２は環状であればよく、その側面視の形状として円形、楕円形、多角形等、種々の形状のものを採用することができる。
【００１７】
分岐配管１０３は、環状配管１０２から分岐する分岐点を一方端１０３ａとし、この一方端１０３ａから他方端１０３ｂまで長尺状に延びる配管部分である。分岐配管１０３が他方端１０３ｂにてエネルギー取り出し部１６０によって封止されることによって、環状配管１０２及び分岐配管１０３の双方に所定の作動気体（本実施の形態ではヘリウム）が所定圧力下で封入されている。尚、作動気体としては、ヘリウムに代えて或いは加えて、窒素、アルゴン、ヘリウム及びアルゴンの混合気体、空気等を用いることができる。
【００１８】
配管構成部１０１の環状配管１０２には、直列に接続された３つの熱音響エンジン（「原動機」ともいう）１１０が設けられている。これら３つの熱音響エンジン１１０によって、所謂「多段型の熱音響エンジン」が構成されている。各熱音響エンジン１１０は、環状配管１０２の管内に組み込まれた蓄熱器１１１と、蓄熱器１１１の高温部である一端部１１１ａに対向して配置された加熱器１１２と、蓄熱器１１１の常温部（或いは低温部）である他端部１１１ｂに対向して配置された冷却器１１３と、を備えている。ここでいう熱音響エンジン１１０が本発明の「熱音響エンジン」に相当する。尚、この熱音響エンジン１１０の設置数は、３つに限定されるものではなく、必要に応じてその他の設置数を選択することもできる。
【００１９】
図２に示されるように、各蓄熱器１１１は、一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間でいずれも環状配管１０２の配管長手方向（配管の延在方向）に沿って互いに平行に延びる複数の流路１１１ｃを有する構造体として構成されている。この蓄熱器１１１において、一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に所定の温度勾配が生じると、環状配管１０２内の作動気体が不安定になって自励振動することで、作動気体の進行方向と平行に振動する縦波による振動波（「音波」、「振動流」或いは「仕事流」ともいう）が形成され、この振動波が環状配管１０２の管内から分岐配管１０３の管内へと伝わる。この蓄熱器１１１として、典型的にはセラミック製のハニカム構造体や、ステンレス鋼によるメッシュ薄板の複数を微小ピッチで平行に積層した構造体、金属繊維からなる不織布状物などを用いることができる。この蓄熱器１１１が本発明の「蓄熱器」に相当する。
【００２０】
各加熱器１１２は、加熱源１２０に接続されている。加熱源１２０は、温風、温水等の加熱媒体を各加熱器１１２に供給する機能を果たす。各加熱器１１２は、相対的に高温の加熱媒体が流れる通路１１２ａと、相対的に低温の作動気体が流れる通路（図示省略）と、を備え、加熱媒体と作動気体との間の熱交換によって加熱媒体から作動気体へと熱を移動させることができる加熱用の熱交換器として構成されている。このため、加熱源１２０から各加熱器１１２に供給された加熱媒体によって、各蓄熱器１１１の一端部１１１ａ周辺の作動気体が加熱される。
【００２１】
各冷却器１１３は、冷却源１３０に接続されている。冷却源１３０は、冷風、冷水、大気等の冷却媒体を各冷却器１１３に供給する機能を果たす。各冷却器１１３は、相対的に低温の冷却媒体が流れる通路１１３ａと、相対的に高温の作動気体が流れる通路（図示省略）と、を備え、作動気体と冷却媒体との間の熱交換によって作動気体から冷却媒体へと熱を移動させることができる冷却用の熱交換器として構成されている。このため、冷却源１３０から各冷却器１１３に供給された冷却媒体によって、各蓄熱器１１１の他端部１１１ｂ周辺の作動気体が冷却される。
【００２２】
上記の加熱器１１２による加熱作用と上記の冷却器１１３による冷却作用との協働によって、各蓄熱器１１１において一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に所定の温度勾配が生じる。上記の加熱器１１２及び冷却器１１３は、配管構成部１０１に封入された作動気体を自励振動させるために各蓄熱器１１１の複数の流路１１１ｃの両端部間に温度勾配が生じるように作動気体との間で熱交換を行う熱交換器となる。これら加熱器１１２及び冷却器１１３によって本発明の「熱交換器」が構成される。
【００２３】
図１に戻り、分岐配管１０３は、環状配管１０２とタービン１４０との間に直線状に延在する第１配管部１０４と、タービン１４０を挟んで環状配管１０２とは反対側に直線状に延在する第２配管部１０５と、第１配管部１０４と第２配管部１０５を連結するようにクランク状に屈曲したクランク配管部１０６と、を備えている。
【００２４】
詳細については後述するが、タービン１４０は、分岐配管１０３の管内に連通するように構成され、分岐配管１０３の管内を流れる作動気体の振動波による音響エネルギー（「振動エネルギー」ともいう）を機械的な回転エネルギーに変換する機能を果たす。要するに、このタービン１４０は、分岐配管１０３に設けられ熱音響エンジン１１０における作動気体の自励振動によって生じた音響エネルギーを受けて回転する。タービン１４０には、このタービン１４０の回転による運動エネルギー（回転エネルギー）を電力に変換するための発電機１５０が接続されている。ここでいうタービン１４０及び発電機１５０がそれぞれ、本発明の「タービン」及び「発電機」に相当する。これらタービン１４０及び発電機１５０は、タービンで駆動されて発電を行うタービン型の発電機（本発明の「タービン発電機」に相当する発電機）を構成している。
【００２５】
分岐配管１０３の他方端１０３ｂ、即ち第２配管１０５の両側の管端部のうちタービン１４０とは反対側の管端部には、作動気体の音響エネルギーを分岐配管１０３から管外に取り出すためのエネルギー取り出し部１６０が設けられている。このエネルギー取り出し部１６０は、典型的には圧力振動を受けて電気エネルギー（電力）を出力することが可能な公知のリニア型の発電機やスピーカー型の発電機等によって構成される。更には、分岐配管１０３の他方端１０３ｂに、エネルギー取り出し部１６０に代えて、作動気体の振動吸収が可能な振動吸収材（スポンジ、ウレタン等）を設置してもよい。
【００２６】
図３に示されるように、タービン発電機を構成するタービン１４０は、タービンハウジング１４１、タービン回転軸１４４及びタービン翼１４５を備えている。タービンハウジング１４１は、タービン回転軸１４４の一部とタービン翼１４５を収容するとともに、分岐配管１０３の一部を構成する部位であり、分岐配管１０３のうち第２配管１０５及びクランク配管部１０６の双方に連通している。タービン回転軸１４４は、軸受１４２，１４３を介して軸回転可能に支持された円柱状の部材として構成されている。このタービン回転軸１４４は、タービンハウジング１４１の内部、即ち分岐配管１０３の管内に位置する一端部１４４ａから、クランク配管部１０６の管壁を貫通して分岐配管１０３の管内から管外へと他端部１４４ｂまで配管長手方向に、即ち分岐配管１０３の軸方向（配管が延在する方向）と同一方向に長尺状に延在するように構成されている。このタービン回転軸１４４は、タービン翼１４５に連結されており、このタービン翼１４５の回転中心となる。このタービン回転軸１４４が分岐配管１０３の軸方向と同一方向に延在する構成を採用することによって、このタービン回転軸１４４に連結される発電機１５０が占める、分岐配管１０３の軸方向と交差する方向についてのスペースの大きさを小さく抑えることが可能になる。このタービン回転軸１４４が本発明の「タービン回転軸」に相当する。
【００２７】
タービン翼１４５は、分岐配管１０３（クランク配管部１０６）の管内に設けられ、熱音響エンジン１１０における作動気体の自励振動によって生じた音響エネルギーを受け、その衝動力の作用によって回転する。このタービン翼１４５は、タービン回転軸１４４に固定された円環状の動翼部１４６と、動翼部１４６を挟んでその両側に配置された円環状の固定翼部１４７と、各固定翼部１４７を挟んで動翼部１４６とは反対側に設けられたコーン部１４８と、を備えている。このタービン翼１４５は、タービン回転軸１４４と一体回転する動翼部１４６を備えた回転羽根として構成される。このため、タービン翼１４５を有するタービン１４０は、「衝動タービン」とも称呼される。このタービン翼１４５が本発明の「タービン翼」に相当する。
【００２８】
固定翼部１４７は、動翼部１４６が回転しても回転しない。図４に示されるように、この固定翼部１４７では、径方向に延びるブレード１４７ａが周方向に一定間隔で複数配置されており、これら複数のブレード１４７ａ間に作動気体が流通可能な流通空間が形成されている。
【００２９】
図３及び図４が参照されるように、コーン部１４８は、対応する固定翼部１４７から遠ざかるにつれて外径が徐々に小さくなるような円錐形状であり、その外表面はタービン回転軸１４４の軸線に対して傾斜した傾斜面１４８ａを構成している。コーン部１４８の傾斜面１４８ａは、固定翼部１４７に向けて作動気体の振動波を円滑に導入する機能を果たす。このコーン部１４８によれば、作動気体の振動波を所定の進入角度θ（コーン部１４８の外表面に沿って傾斜した傾斜面１４８ａとタービン回転軸１４４の軸線とのなす鋭角）で固定翼部１４７へと導入することができる。このコーン部１４８が本発明の「導入部」に相当する。
【００３０】
上記構成のタービン翼１４５は、所謂「双方向タービン翼」であり、図５に示されるように、作動気体が矢印Ｄ１で示される第１方向に流れる場合と矢印Ｄ２で示される第２方向（第１方向の逆方向）に流れる場合のいずれの場合であっても、固定翼部１４７の流通空間を経て動翼部１４６へと流れて動翼部１４６が所定の一方向に回転するように構成されている。
【００３１】
図３に戻り、タービン発電機を構成する発電機１５０は、配管構成部１０１の前記分岐配管１０３の管外に設けられ、タービン１４０のタービン回転軸１４４に連結されてタービン翼１４５の回転エネルギーを電力に変換する機能を果たす。この発電機１５０は、発電機ハウジング１５１を備えている。この発電機ハウジング１５１は、クランク配管１０６に溶接接合された第１ハウジング部１５２と、第１ハウジング部１５２にボルト部材１５４を介して取り付けられた第２ハウジング部１５３と、を備えている。この発電機ハウジング１５１が、本発明の「発電機ハウジング」に相当する。
【００３２】
この発電機ハウジング１５１では、第１ハウジング部１５２に第２ハウジング部１５３が取り付けられることによって、発電機１５０の構成要素である電気モータ１５６を気密状態で収容するための収容空間１５１ａが形成される。第１ハウジング部１５２には、収容空間１５１ａを分岐配管１０３のクランク配管部１０６の管内に連通させるための連通穴１５２ａが設けられている。
【００３３】
タービン１４０では、タービン回転軸１４４のうち分岐配管１０３の管外に位置する部位は、発電機ハウジング１５１の連通穴１５２ａを通じて収容空間１５１ａに導入されて、カップリング部１５５によって他端部１４４ｂが電気モータ１５４のモータ軸１５４ａに連結されている。即ち、タービン１４０のタービン翼１４５がタービン回転軸１４４を介して発電機１５０に連結されている。この発電機１５０によれば、タービン１４０の機械的な回転運動によってタービン回転軸１４４が軸回転した場合、このタービン回転軸１４４の回転運動によってモータ軸１５４ａが回転することで電気モータ１５４が電気を発生する。この場合、電気モータ１５４が実質的な発電機としての機能を果たす。
【００３４】
また、タービン１４０のタービン回転軸１４４は、その一部が分岐配管１０３の管内から管外へと延出しているものの、その延出部分が発電機ハウジング１５１の収容空間１５１ａに密閉状態で収容されている。その結果、タービン回転軸１４４の全体は、分岐配管１０３の管内から発電機ハウジング１５１の収容空間１５１ａにわたる密閉領域に置かれる。従って、タービン回転軸１４４に対して専用の軸シール構造を設ける必要がなく、タービン回転軸１４４に関する構造を簡素化することができる。
【００３５】
上記のカップリング部１５５では、タービン回転軸１４４の他端部１４４ｂと電気モータ１５６のモータ軸１５６ａとの連結を解除することによって、必要に応じて発電機１５０をタービン１４０から容易に切り離すことができる。このように、本実施の形態のタービン１４０では、タービン回転軸１４４を分岐配管１０３の管内から管外へと延出させることによって、発電機１５０を分岐配管１０３の管外に配置した状態でタービン回転軸１４４の他端部１４４ｂに連結することが可能になる。この場合、タービン１４０からの発電機１５０の切り離しが容易になる結果、発電機１５０のメンテナンス性が向上する。また、上記のカップリング部１５５によれば、タービン回転軸１４４の他端部１４４ｂを、電気モータ１５４とは別のモータのモータ軸に付け替えて連結することで、タービン１４０の能力等に応じて、タービン１４０に連結される電気モータ（発電機）を最適なものに交換することができる。これにより、タービン発電機における発電能力の変更を容易に行うことが可能になる。
【００３６】
上記のタービン１４０は、タービン翼１４５の円滑な回転動作を生じさせるために、少なくとも以下の２つの特徴（第１の特徴及び第２の特徴）を備えている。
【００３７】
タービン１４０の第１の特徴として、タービン翼１４５における作動気体のためのタービン流路断面積（図５において、作動流体が一方の固定翼部１４７から動翼部１４６を経て他方の固定翼部１４７へと流れる流路の断面積）が分岐配管１０３（クランク配管部１０６）の横断面での配管断面積（流路断面積）Ｓａと同じか、若しくはこの配管断面積Ｓａよりも小さくなるように構成されている。この第１の特徴によれば、作動気体の振動波が分岐配管１０３からタービン１４０へと導入される際に、その流路断面積が拡張されることがない。この場合、流路断面積が大きくなることによって生じる流速振幅及び圧力振幅の低下を抑制することができ、その結果、タービン１４０において、タービン翼１４５を確実に回転動作させるのに適正な流速振幅及び圧力振幅を得ることができる。
【００３８】
タービン１４０の第２の特徴として、コーン部１４８によって形成される前記の進入角度θとして、１４度から３０度までの範囲の中から選択された角度を選択するように構成されている。この第２の特徴によれば、作動気体による音響エネルギーＥをできるだけ減衰させることなく作動気体をタービン翼１４５に引き込むことが可能になる。
【００３９】
次に、上記構成の熱音響発電システム１００の動作を前述の内容に基づいて説明する。
【００４０】
図１に示されるように、各熱音響エンジン１１０において、蓄熱器１１１の一端部１１１ａが加熱器１１２によって加熱され、且つ蓄熱器１１１の他端部１１１ｂが冷却器１１３によって冷却されると、蓄熱器１１１のうち高温側領域である一端部１１１ａと低温側領域である他端部１１１ｂとの間に温度差が生じる。この温度差によって、各蓄熱器１１１では主として作動気体の自励振動による振動波が形成される。この振動波（音波）による音響エネルギーＥ（振動エネルギー）は、配管構成部１０１の環状配管１０２から分岐配管１０３を通じてタービン１４０に伝達され、更にはエネルギー取り出し部１６０に伝達される。この場合、分岐配管１０３は、熱音響エンジン１１０において発生した作動気体の音響エネルギーＥを導くための共鳴管（導波管）として構成される。音響エネルギーＥの一部は、エネルギー取り出し手段であるタービン１４０によって取り出され当該タービン１４０に接続された発電機１５０によって電気エネルギー（電力）に変換され、またエネルギー取り出し部１６０によって取り出されて所定のエネルギー（例えば、振動エネルギーや電気エネルギー等）に変換される。
【００４１】
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００４２】
上記の実施形態の熱音響エンジン１１０では、蓄熱器１１１の一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に所定の温度勾配を生じさせるために蓄熱器１１１に対して２つの熱交換器（加熱器１１２及び冷却器１１３）を設ける場合について記載したが、本発明では上記の温度勾配を達成することができれば、加熱器１１２及び冷却器１１３のいずれか一方の熱交換器を省略することもできる。
【００４３】
上記の実施形態では、タービン１４０のタービン回転軸１４４が分岐配管１０３の軸方向と同一方向に延在する構成について記載したが、本発明では、本構成に代えてタービン回転軸１４４に相当する部材が分岐配管１０３の軸方向と交差する方向に延在する構成を採用することもできる。
【００４４】
上記の実施形態では、タービン翼１４５における作動気体のためのタービン流路断面積が分岐配管１０３の配管断面積と同じか、若しくはこの配管断面積よりも小さくなるように構成される場合について記載したが、本発明では、タービン翼１４５のタービン流路断面積が分岐配管１０３の配管断面積を上回るような構成を採用することもできる。
【００４５】
上記の実施形態では、タービン１４０がタービン翼１４５に向けて作動気体を導入する機能を果たすコーン部１４８を備える場合について記載したが、本発明では、タービン１４０のうちコーン部１４８に相当する構造体を必要に応じて省略することもできる。また、コーン部１４８の傾斜面１４８ａによる作動気体の進入角度θは、前述のように１４度から３０度までの範囲が好ましいが、作動気体を所望の状態でタービン翼１４５に引き込むことができる場合には、進入角度θを１４度から３０度までの範囲を外れた値に設定してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１００…熱音響発電システム、１０１…配管構成部、１０２…環状配管、１０３…分岐配管、１０３ａ…一方端、１０３ｂ…他方端、１０４…第１配管部、１０５…第２配管部、１０６…クランク配管部、１１０…熱音響エンジン、１１１…蓄熱器、１１２…加熱器、１１３…冷却器、１２０…加熱源、１３０…冷却源、１４０…タービン、１４１…タービンハウジング、１４４…タービン回転軸、１４５…タービン翼、１４６…動翼部、１４７…固定翼部、１４８…コーン部（導入部）、１５０…発電機、１５１…発電機ハウジング、１５６…電気モータ、１６０…エネルギー取り出し部  
【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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