(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含む排気ガスから水を回収する水回収装置において、
燃料を燃焼させて、水蒸気を含む排気ガスを排出する燃焼装置に接続され、該燃焼装置により排出された排気ガスの排気路を形成する排気ガス管と、
前記排気ガス管中の排気ガスを冷却して該排気ガス中の水蒸気を凝結させることで水を生成する水生成部と、
前記排気路上に設けられ、前記水生成部によって生成された水を収容する水収容部と、を備え、
前記水生成部が、
前記排気ガス管から熱を吸収し該熱を、振動することで音波を伝搬する作動流体に与えて振動させることにより、音波を発生する音波発生部と、
前記作動流体によって内部が満たされ、前記音波発生部により発生した音波を該作動流体の振動により伝播する伝播管と、
前記伝播管により伝播されて来た音波を受けて該音波に熱を渡すことで冷熱を生成して前記排気ガス管に供給する冷熱生成部と、を有するものであり、
前記音波発生部は、２つの端面の間を貫通する貫通孔であって前記作動流体によって内部が満たされる貫通孔を形成する壁部を有し、該壁部と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する第１の熱・音波変換部品を備えたものであり、
前記冷熱生成部は、２つの端面の間を貫通する貫通孔であって前記作動流体によって内部が満たされ前記伝播管によって伝播されてきた音波が進行する貫通孔を形成する壁部を有し、該壁部と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する第２の熱・音波変換部品を備えたものであって、
前記第１の熱・音波変換部品および前記第２の熱・音波変換部品のそれぞれは、前記壁部として、前記２つの端面の間を延在する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体であり、
前記ハニカム構造体の前記セルの貫通方向に垂直な前記セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、
前記ハニカム構造体の各端面における開口率が６０％以上９３％以下である水回収装置。
【請求項２】
前記音波発生部は、前記排気ガス管に接触するとともに、前記第１の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの一方の端面に近接して設けられた第１の熱交換器であって、前記排気ガス管から該一方の端面へ熱の伝達を行って該一方の端面を他方の端面よりも相対的に高温化する第１の熱交換器を備えたものであり、
前記伝播管は、該伝播管の一方の端部で前記第１の熱・音波変換部品の前記他方の端面に直接あるいは間接に接続され、該他方の端面から出てくる音波を該伝播管の他方の端部に向けて伝播するものであり、
前記冷熱生成部は、前記排気ガス管に接触するとともに、前記第２の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの、前記貫通孔中の音波の進行方向上流側の端面に近接して設けられ、前記伝播管の他方の端部と接続された第２の熱交換器であって、前記伝播管により伝播されて来た音波に熱を渡して前記進行方向上流側の前記端面を前記進行方向下流側の端面よりも相対的に低温化する第２の熱交換器を備えたものである請求項１に記載の水回収装置。
【請求項３】
前記音波発生部は、前記第１の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの前記他方の端面に近接して設けられ、周囲の大気との間で熱交換を行って該他方の端面の温度をほぼ大気の温度に維持する第３の熱交換器をさらに備えたものであり、
前記冷熱生成部は、前記第２の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの前記進行方向下流側の前記端面に近接して設けられ、周囲の大気との間で熱交換を行って前記進行方向下流側の前記端面の温度をほぼ大気の温度に維持する第４の熱交換器をさらに備えたものである請求項２に記載の水回収装置。
【請求項４】
前記第１の熱・音波変換部品および前記第２の熱・音波変換部品のうちの少なくとも一方は、コージェライト製のハニカム構造体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の水回収装置。
【請求項５】
前記燃焼装置は、燃料を気化して燃焼させることで動力を生成するエンジンであって、気化した燃料に水を噴射して混入させる水混入機構を有するものであり、
前記水収容部により収容された水を前記水混入機構に供給する水供給機構をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の水回収装置。
【請求項６】
前記排気ガス管は、前記燃焼装置により排出される全排気ガスの１〜５０体積％の排気ガスについての排気路を形成するバイパス排気管である請求項５に記載の水回収装置。
【請求項７】
該排気ガス管の外部に向かって突出し、該排気ガス管の熱を該排気ガス管外部に放出する放熱部材を前記排気ガス管上に備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の水回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む排気ガスから水を回収する水回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、社会全体で二酸化炭素削減の要請が高まっており、この要請を受けて、燃料を燃焼して動力を生成する技術分野（たとえば自動車のエンジン）では、動力機関の熱効率（仕事率）を向上させる様々な技術の開発が試みられている。
【０００３】
ガソリンエンジンの熱効率を向上させる一つの方法としては、気化したガソリンと空気との混合気体を圧縮する際の圧縮率を高くすることが考えられる。実際、この方法では、この圧縮混合気体に点火したときに、より大きな爆発力（膨張力）を得ることができるので、同じ量の燃料から、より大きな動力を生成することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、圧縮率を高くした場合には、点火装置による点火よりも前に、ガソリンエンジン内のカーボン等の不純物が火種となって発火するといった異常燃焼が起こりやすくなることが一般に知られている。
【０００５】
こうした問題を回避するための１つの策として、気化したガソリンと空気との混合気体に対し、あらかじめ水を噴射して混入させることが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この方式では、混入した水により、ガソリンエンジン内の乾燥が抑えられて異常燃焼が抑制される。この噴射混入用の水は、タンク等の容器に蓄えられてガソリンエンジンの作動とともに少しずつ使用されていき、容器内の水が不足してくると、燃料のガソリンと同様、外部から調達して補給される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】インターネット上のＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｏｘｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｌｅｉｓｕｒｅ／２０１５／０３／１２／ｂｍｗ−ｗａｔｅｒ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｓｙｓｔｅｍ−ｇｉｖｅｓ−ｔｕｒｂｏ−ｅｎｇｉｎｅ−ｂｏｏｓｔ／
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで最近では、上述の二酸化炭素削減の問題を含む環境問題に対する意識の高まりとともに、水資源の有効活用の要請がより一層強まっており、水資源を再利用する様々な技術の開発が強く求められるようになっている。
【０００８】
ここで、上記の非特許文献１の方式では、水は、不足すると外部から調達して補給されることになるが、そもそもガソリンエンジンの排気ガスには多量の水蒸気が含まれている。こうした多量の水蒸気を廃棄しながら、別途新たな水を外部から調達するのは、水資源の無駄使いであり水資源の有効活用の要請に反するものである。
【０００９】
このため、非特許文献１の技術を活用するに当たっては、排気ガスから水を回収してその水を、ガソリンエンジンの異常燃焼抑制のための水として利用することが強く望まれる。
【００１０】
以上では、回収した水の使用目的として、ガソリンエンジンにおける異常燃焼の抑制という特定の使用目的を例にとって説明した。しかしながら、水は本来的に様々な目的で使用可能なものであるので、水資源の有効活用という観点に立てば、排気ガスから水を回収することそれ自体が有用であって、この有用性は、上記の特定の使用目的が存在する場合に限定されるものではない。すなわち、排気ガスからの水の回収は、ガソリンエンジンに限らず、燃料を燃焼させて水蒸気を含む排気ガスを排出する一般の燃焼装置全体に対して共通して有用なものとなる。
【００１１】
実際、世界には、石油などの燃料は比較的入手が容易であるが水資源は入手が困難で貴重という地域もあり、こうした地域では、水資源の有効活用の必要性がきわめて高く、様々な燃焼装置の排気ガスから水を回収することができる技術はとりわけ有用なものとなる。
【００１２】
上記の事情を鑑み、本発明は、水蒸気を含む排気ガスから水を回収することで水資源の有効活用を図った水回収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】
【００１３】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下の熱・音波変換部品、および、熱・音波変換ユニットを提供する。
【００１４】
［１］  水蒸気を含む排気ガスから水を回収する水回収装置において、
燃料を燃焼させて、水蒸気を含む排気ガスを排出する燃焼装置に接続され、該燃焼装置により排出された排気ガスの排気路を形成する排気ガス管と、前記排気ガス管中の排気ガスを冷却して該排気ガス中の水蒸気を凝結させることで水を生成する水生成部と、前記排気路上に設けられ、前記水生成部によって生成された水を収容する水収容部と、を備え、
前記水生成部が、前記排気ガス管から熱を吸収し該熱を、振動することで音波を伝搬する作動流体に与えて振動させることにより、音波を発生する音波発生部と、前記作動流体によって内部が満たされ、前記音波発生部により発生した音波を該作動流体の振動により伝播する伝播管と、前記伝播管により伝播されて来た音波を受けて該音波に熱を渡すことで冷熱を生成して前記排気ガス管に供給する冷熱生成部と、を有するものであり、前記音波発生部は、２つの端面の間を貫通する貫通孔であって前記作動流体によって内部が満たされる貫通孔を形成する壁部を有し、該壁部と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する第１の熱・音波変換部品を備えたものであり、前記冷熱生成部は、２つの端面の間を貫通する貫通孔であって前記作動流体によって内部が満たされ前記伝播管によって伝播されてきた音波が進行する貫通孔を形成する壁部を有し、該壁部と前記作動流体との間で授受される熱と、前記作動流体の振動による音波のエネルギーとを相互に変換する第２の熱・音波変換部品を備えたものであって、前記第１の熱・音波変換部品および前記第２の熱・音波変換部品のそれぞれは、前記壁部として、前記２つの端面の間を延在する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体であり、前記ハニカム構造体の前記セルの貫通方向に垂直な前記セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であり、前記ハニカム構造体の各端面における開口率が６０％以上９３％以下である水回収装置。
【００１５】
［２］  前記音波発生部は、前記排気ガス管に接触するとともに、前記第１の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの一方の端面に近接して設けられた第１の熱交換器であって、前記排気ガス管から該一方の端面へ熱の伝達を行って該一方の端面を他方の端面よりも相対的に高温化する第１の熱交換器を備えたものであり、
前記伝播管は、該伝播管の一方の端部で前記第１の熱・音波変換部品の前記他方の端面に直接あるいは間接に接続され、該他方の端面から出てくる音波を該伝播管の他方の端部に向けて伝播するものであり、
前記冷熱生成部は、前記排気ガス管に接触するとともに、前記第２の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの、前記貫通孔中の音波の進行方向上流側の端面に近接して設けられ、前記伝播管の他方の端部と接続された第２の熱交換器であって、前記伝播管により伝播されて来た音波に熱を渡して前記進行方向上流側の前記端面を前記進行方向下流側の端面よりも相対的に低温化する第２の熱交換器を備えたものである請求項１に記載の水回収装置。
【００１６】
［３］  前記音波発生部は、前記第１の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの前記他方の端面に近接して設けられ、周囲の大気との間で熱交換を行って該他方の端面の温度をほぼ大気の温度に維持する第３の熱交換器をさらに備えたものであり、前記冷熱生成部は、前記第２の熱・音波変換部品の前記２つの端面のうちの前記進行方向下流側の前記端面に近接して設けられ、周囲の大気との間で熱交換を行って前記進行方向下流側の前記端面の温度をほぼ大気の温度に維持する第４の熱交換器をさらに備えたものである［２］に記載の水回収装置。
【００１８】
［４］  前記第１の熱・音波変換部品および前記第２の熱・音波変換部品のうちの少なくとも一方は、コージェライト製のハニカム構造体である［１］〜［３］のいずれかに記載の水回収装置。
【００１９】
［５］  前記燃焼装置は、燃料を気化して燃焼させることで動力を生成するエンジンであって、気化した燃料に水を噴射して混入させる水混入機構を有するものであり、前記水収容部により収容された水を前記水混入機構に供給する水供給機構をさらに備えた［１］〜［４］のいずれかに記載の水回収装置。
【００２０】
［６］  前記排気ガス管は、前記燃焼装置により排出される全排気ガスの１〜５０体積％の排気ガスについての排気路を形成するバイパス排気管である［５］に記載の水回収装置。
【００２１】
［７］  該排気ガス管の外部に向かって突出し、該排気ガス管の熱を該排気ガス管外部に放出する放熱部材を前記排気ガス管上に備えた［１］〜［６］のいずれかに記載の水回収装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水回収装置では、排気ガス管の熱に基づき音波が発生し、その音波を用いて冷熱が生成されて、その冷熱により排気ガス中の水蒸気が凝結して水が回収される。このように、本発明の水回収装置では、いわゆる熱・音響効果を利用して排気ガスから水を生成して回収することができ、水資源の有効活用が図られている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水回収装置の一実施形態が適用された水回収システムの概念的な模式構成図である。
【図２】図１の音波発生部の構成の一具体例を表した模式図である。
【図３】図２のＡＡ線に沿った第１の熱交換器の断面図である。
【図４】図２に示す第１の熱・音波変換部品のセルの貫通方向に垂直な面内における熱・音波変換部品の断面図である。
【図５】図１の水回収装置１０００が適用された別の水回収システムの概念的な模式構成図である。
【図６】図１の水回収装置や図５の水回収装置の水生成部における伝播管のバリエーションを表した図である。
【図７】図１の水回収装置や図５の水回収装置の水生成部における伝播管のバリエーションを表した図である。
【図８】図１の水回収装置や図５の水回収装置の水生成部における伝播管のバリエーションを表した図である。
【図９】図１の水回収装置や図５の水回収装置の水生成部における伝播管のバリエーションを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２５】
図１は、本発明の水回収装置の一実施形態が適用された水回収システムの概念的な模式構成図である。
【００２６】
図１に示す水回収システムは、燃焼装置２０００および水回収装置１０００により構成されている。
【００２７】
燃焼装置２０００は、燃料を燃焼させて、水蒸気を含む排気ガスを排出する装置である。燃焼装置２０００としては、たとえば、燃料を燃焼させて動力を生成する動力機関（典型的にはエンジン）や、燃料を燃焼させて電力を生成する発電機関、燃料を燃焼させて暖房用の熱気（熱風）を生成する暖房機関などを挙げることができる。また、燃料としては、たとえば、石油や石炭や天然ガス、あるいは、これらの精製物・加工物からなる燃料を挙げることができる。こうした燃料では、燃焼すると空気中の酸素と結合して水蒸気の形で水が発生し、水蒸気を含む排気ガスが排出されることとなる。
【００２８】
以下、水回収装置１０００について説明する。水回収装置１０００は、水生成部１００、排気ガス管２００、および水収容部３００を備えている。
【００２９】
排気ガス管２００は、燃焼装置２０００に接続され、燃焼装置２０００により排出された排気ガスの排気路を形成するものである。なお、排気ガス管２００上には、排気ガス管２００の熱を外部に放出するため、排気ガス管２００の外部に向かって突出した形状を有する放熱部材２００ａが設けられていることが好ましい。
【００３０】
水生成部１００は、排気ガス管２００中の排気ガスを冷却して排気ガス中の水蒸気を凝結させることで水を生成するものである。水を生成するために水生成部１００が有している構成については後述する。
【００３１】
水収容部３００は、上述した排気ガスの排気路上に設けられており、水生成部１００で生成された水は、水収容部３００に滴り落ちて水収容部３００に収容される。なお、水生成部１００による水の凝結処理が行われた後の排気ガスは水収容部３００を通過し、最終的に外部に排気される。図１では、水収容部３００を通過する排気ガスの経路が、水収容部３００に向かう図中の下向き実線矢印、および、水収容部３００から出ていく図中の上向き実線矢印で表されており、排気ガスが外部に排気される様子が、図中の太線右向き矢印で表されている。
【００３２】
次に、水生成部１００の構成について説明する。
【００３３】
水生成部１００は、音波発生部１００Ａ、冷熱生成部１００Ｂ、および伝播管１００Ｃを有している。
【００３４】
音波発生部１００Ａは、排気ガス管２００から熱を吸収し、その熱を、いわゆる熱音響効果を利用して音波エネルギーに変換することで音波を発生するものである。この音波エネルギーへの変換は、振動することで音波を伝搬する作動流体に対し、吸収した熱を与えて振動させることによって実現する。作動流体としては、たとえば、低粘性で反応性の低い希ガス等の気体を用いることができる。
【００３５】
音波エネルギーへの変換を実行するための構成として、音波発生部１００Ａは、第１の熱・音波変換部品１Ａ、および、２つの熱交換器２Ａ，３Ａを備えている。第１の熱・音波変換部品１Ａには、第１の熱・音波変換部品１Ａの２つの端面の間を貫通する細い管状の貫通孔（たとえば、後述の複数のセル）が形成されており、この貫通孔は、内部が上述の作動流体によって満たされ後述の伝播管１００Ｃと連通している。２つの熱交換器２Ａ，３Ａは、第１の熱・音波変換部品１Ａを間に置いて、第１の熱・音波変換部品１Ａの両端面にそれぞれ近接して設けられている。ここで、２つの熱交換器２Ａ，３Ａのうち一方の熱交換器２Ａは排気ガス管２００と接触し、他方の熱交換器３Ａは排気ガス管２００とは離間している。この他方の熱交換器３Ａは大気との間で熱交換を行い、この他方の熱交換器３Ａが近接している第１の熱・音波変換部品１Ａの端面の温度を、大気温度に応じた０〜６５℃の範囲内のほぼ一定の低い温度に維持する。上記の一方の熱交換器２Ａは、排気ガス管２００から、この一方の熱交換器２Ａが近接している第１の熱・音波変換部品１Ａの端面へ熱の伝達を行ってこの端面を他方の端面（上記の他方の熱交換器３Ａが近接している反対側の端面）よりも相対的に高い温度に維持する。
【００３６】
第１の熱・音波変換部品１Ａの両端部に上述の温度差が存在することにより、第１の熱・音波変換部品１Ａの細い管状の貫通孔内の作動流体は、この貫通孔の貫通方向に振動を開始し、その振動は音波として熱・音波変換部品１から外部に伝播していく。このように温度差を与えると作動流体が振動する現象は、自励振動と呼ばれており、細い管に温度勾配を与えたときに起きる従来からよく知られた現象である。熱音響効果とは、熱に起因するこうした作動流体の自励振動により音波が発生することを指している。ここで、この自励振動について簡単に説明する（なお、詳細については、数多くの文献で説明されているが、たとえば、特開２０１２−２３７２９５号公報でも詳しく説明されている）。
【００３７】
細い管に温度勾配が与えられると、高温側では、細い管の内部の作動流体は、管の壁面から熱を吸収して高温側から低温側へ向けて膨張する。そして、その低温側で壁面に対し熱を放出して収縮して元の高温側の方に戻る。このような壁面との熱の授受と膨張圧縮が繰り返されることで、結果的に、作動流体が管の延在方向に振動することとなる。簡単にいえば、この作動流体の動きは、壁の壁面の温度勾配を緩和する（弱める）ように、熱を運ぶ作動流体の動きだということができる。この説明からも明らかであるが、この現象は、管が細いために内部の作動流体に対する壁面の熱的影響が大きい場合にのみ生じるものである。このため、管を太くしていくと壁面の熱的影響が小さくなっていき（すなわち断熱状態に近づき）、こうした自励振動は生じにくくなる。そこで、自励振動により音波を発生させる上では、管の太さが重要な要素となり、この管の太さは、より定量的には、管の断面の面積をＳ、この断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃで定義される水力直径ＨＤによって評価できる。
【００３８】
上述の第１の熱・音波変換部品１Ａにおける細い管状の貫通孔は、自励振動が生じるような十分に小さい水力直径ＨＤを有しており、第１の熱・音波変換部品１Ａの両端面における上述の温度差により自励振動が生じる。この自励振動により、高温側である熱交換器２Ａ側の端面から低温側である熱交換器３Ａ側に進行する音波が発生する。熱交換器３Ａは、後述の伝播管１００Ｃと接続されており、発生した音波は、後述の冷熱生成部１００Ｂの熱交換器２Ｂに向かってこの伝播管１００Ｃ内を進行する。
【００３９】
水生成部１００の構成の説明に戻って、音波発生部１００Ａ以外の水生成部１００の構成要素である伝播管１００Ｃおよび冷熱生成部１００Ｂの説明を行う。
【００４０】
伝播管１００Ｃは、上述の作動流体によって内部が満たされており、音波発生部１００Ａにより発生した音波をこの作動流体の振動により伝播するものである。
【００４１】
冷熱生成部１００Ｂは、伝播管１００Ｃにより伝播されて来た音波を受けて、上述の熱音響効果のメカニズム（貫通孔の温度勾配に起因して音波が発生）とは逆のメカニズム（音波に起因して貫通孔に温度勾配が発生）を利用して冷熱を生成し排気ガス管２００に供給するものである。言い換えれば、冷熱生成部１００Ｂは、伝播管１００Ｃにより伝播されて来た音波に対し、温度勾配が発生するように熱を渡すことで特定の箇所において低温状態を作り出し、この低温状態による冷熱を排気ガス管２００に供給する。
【００４２】
冷熱生成のための構成として、冷熱生成部１００Ｂは、第２の熱・音波変換部品１Ｂ、および、２つの熱交換器２Ｂ，３Ｂを備えている。上述の熱音響効果のメカニズムとは逆のメカニズムを利用することから明らかなように、第２の熱・音波変換部品１Ｂ、および、２つの熱交換器２Ｂ，３Ｂとしては、上述の音波発生部１００Ａにおける、第１の熱・音波変換部品１Ａ、および、２つの熱交換器２Ａ，３Ａとそれぞれ同様の構成のものを採用することができる。
【００４３】
すなわち、第２の熱・音波変換部品１Ｂには、第２の熱・音波変換部品１Ｂの２つの端面の間を貫通する細い管状の貫通孔（たとえば、後述の複数のセル）が形成されており、この貫通孔は、内部が上述の作動流体によって満たされ後述の伝播管１００Ｃと連通している。伝播管１００Ｃにより伝播されて来た音波はこの貫通孔内を進行する。２つの熱交換器２Ｂ，３Ｂのうち一方の熱交換器２Ｂは、上記の貫通孔における音波の進行方向上流側の第２の熱・音波変換部品１Ｂの端面に近接するとともに、排気ガス管２００と接触している。他方の熱交換器３Ｂは、音波の進行方向下流側の第２の熱・音波変換部品１Ｂの端面に近接しており、大気との間で熱交換を行ってこの下流側の端面の温度を、大気温度に応じた０〜６５℃の範囲内のほぼ一定の低い温度に維持する。上記の一方の熱交換器２Ｂは、伝播管１００Ｃに接続されており、伝播管１００Ｃにより伝播されて来た音波を受けて、この音波に応じた温度勾配が貫通孔に形成されるようにその音波に熱を渡す。この結果、この一方の熱交換器２Ｂや、この一方の熱交換器２Ｂが近接する第２の熱・音波変換部品１Ｂの端面（音波の進行方向上流側の端面）は、他方の端面（音波の進行方向下流側の端面）よりも相対的に低い温度となる。排気ガス管２００は、低温状態のこの一方の熱交換器２Ｂに接触することで冷却される。言い換えれば、この一方の熱交換器２Ｂから排気ガス管２００に冷熱が供給されることとなる。
【００４４】
以下では、４つの熱交換器２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂを互いに明確に区別するため、排気ガス管２００と接触している熱交換器である、音波発生部１００Ａの熱交換器２Ａ、および、冷熱生成部１００Ｂの熱交換器２Ｂを、それぞれ、第１の熱交換器２Ａおよび第２の熱交換器２Ｂと呼ぶ。また、排気ガス管２００と接触していない熱交換器である、音波発生部１００Ａの熱交換器３Ａ、および、冷熱生成部１００Ｂの熱交換器３Ｂを、それぞれ、第３の熱交換器３Ａおよび第４の熱交換器３Ｂと呼ぶ。ここで、第２の熱交換器２Ｂは、第１の熱交換器２Ａとは異なる役割を果たしているが、上述したように、第１の熱交換器２Ａと同じ構成のものを採用することができる。また、第４の熱交換器３Ｂも、上述したように、第３の熱交換器３Ａと同じ構成のものを採用することができる。
【００４５】
上述したように、伝播管１００Ｃは、音波発生部１００Ａにおける第３の熱交換器３Ａと、冷熱生成部１００Ｂにおける第２の熱交換器２Ｂとの双方に接続され、音波発生部１００Ａで発生した音波を冷熱生成部１００Ｂに伝播する役割を果たしている。ここで、図１に示すように、伝播管１００Ｃは、冷熱生成部１００Ｂにおける第４の熱交換器３Ｂと、音波発生部１００Ａにおける第１の熱交換器２Ａとの双方にも接続されており、この結果、図１の水生成部１００では、全体としてループ状の音波の伝播経路が形成されている。作動流体は、このループ状の伝播管１００Ｃの中に閉じ込められて音波の伝播を担っており、音波は主に、このループ状の音波の伝播経路を、図１における時計回りの向きに進行する。以下では、このループ状の伝播管１００Ｃに基づき、説明を続けるが、本発明では、伝播管の形状としては、必要最小限の要件として、音波発生部１００Ａで発生した音波を冷熱生成部１００Ｂに伝播する経路があればよい。すなわち、本発明では、伝播管の形状は、図１の伝播管１００Ｃのようなループ状の形態以外に、上記の必要最小限の要件を満たす、熱音響効果の分野ではよく知られて様々な形態を採用することができる。これら採用可能な様々な形態については後述する。
【００４６】
以上が、図１の水生成部１００の構成の説明である。
【００４７】
水回収装置１０００は、このように熱音響効果を利用する水生成部１００を用いて排気ガス管２００を冷却することで、排気ガス管２００中の排気ガスから水を効率よく回収することができる。このため、本来ならば、大気中に廃棄されてしまう水を、別の目的で使用することができ、水資源の有効活用が図られている。ここで、水の使用目的としては、様々なものが考えられるが、たとえば、何らかの装置や部品の冷却や洗浄や加湿（加湿の具体的な一例については後述する）といった目的を挙げることができる。
【００４８】
また、水生成部１００による冷却は、本来ならばそのまま放出される排気ガス管２００の熱を利用して行われるものであって、この熱以外には、外部からエネルギーの供給を受けていない（たとえば、別途の冷却水の循環などは必要とされない）ため、エネルギー資源の有効活用も同時に図られている。
【００４９】
以下、図１に示す音波発生部１００Ａの構成の一具体例について説明する。
【００５０】
図２は、図１の音波発生部１００Ａの構成の一具体例を表した模式図である。
【００５１】
以下では、図１の音波発生部１００Ａの構成の一具体例について説明するが、図１の構成要素と対応する構成要素については同一の符号を用いて説明する。なお、上述したように、図１の冷熱生成部１００Ｂは、音波発生部１００Ａと同じ構成を取り得るため、以下に説明する音波発生部１００Ａの構成の具体例は、冷熱生成部１００Ｂの構成の具体例にもなっている。
【００５２】
図２の音波発生部１００Ａは、図１の説明で上述したように、第１の熱・音波変換部品１Ａ、第１の熱交換器２Ａおよび第３の熱交換器３Ａを備えており、さらにこれらの構成要素に加えて、金属部材３２および干渉材１２も備えている。
【００５３】
図２の第１の熱・音波変換部品１Ａは、それぞれが細い管状の貫通孔である複数のセル１４が、隔壁１１によって区画形成されてなるハニカム構造体である。ここで、本明細書では、「セル」という語を、隔壁を含まない貫通孔のみを指すものとして用いる。各セル１４は、図２の水平方向（左右方向）を貫通方向（各セル１４が延在する延在方向）とし、第３の熱交換器３Ａ側の端面および第１の熱交換器２Ａ側の端面の両端面において開口する。熱・音波変換部品１の、第３の熱交換器３Ａ側の端面は、金属部材３２と接しているとともに、金属部材３２を間において第３の熱交換器３Ａに対向している。ここで、後述するように金属部材３２は熱伝導を担うものなので、金属部材３２の材質としては熱伝導率の高いものが好ましく、たとえば、銅製のものを用いることができる。なお、本発明では、金属部材３２が省略された形態も採用可能であるが、この場合、熱・音波変換部品１と第３の熱交換器３Ａとの間の隙間は極力小さいことが好ましい。
【００５４】
金属部材３２は、中央部に互いに平行な複数本のスリット（不図示）が形成された板状の金属製部材であり、図２では、その板状の側面部（厚みの部分）のみが図示されている。
【００５５】
図２の第３の熱交換器３Ａは、複数枚の金属製（たとえば銅製）メッシュ板を重ね合わせてなるメッシュ積層体３０を有している。メッシュ積層体３０の側面には、メッシュ積層体３０の外側に向かって突出したフィン３１が設けられている。フィン３１は、メッシュ積層体３０と大気との間における熱のやりとりを媒介してメッシュ積層体３０の温度を、大気温度に応じた０〜６５℃の範囲内のほぼ一定の低い温度に保つ役割を果たしている。たとえば、フィン３１がメッシュ積層体３０の熱を大気へ逃がすことで、メッシュ積層体３０が高温状態となるのが回避される。メッシュ積層体３０の温度がこのような低い温度に保たれることで、金属部材３２を介してメッシュ積層体３０と近接する第３の熱交換器３Ａ側の熱・音波変換部品１の端面もこのような低い温度に保たれる。
【００５６】
図２の熱・音波変換部品１の側面は、干渉材１２によって取り巻かれており、図２の模式的な断面図では、その取り巻く干渉材１２が、熱・音波変換部品１を図の上下両側から挟み込む２つに分かれた干渉材１２として示されている。この干渉材１２は、熱・音波変換部品１の、第３の熱交換器３Ａ側の端部と第１の熱交換器２Ａ側の端部との間で熱・音波変換部品１外部の周囲環境を介して熱の伝達が行われるのを防ぐ断熱材としての役割を果たしている。
【００５７】
図２の第１の熱交換器２Ａは、作動流体用ハニカム構造体２０および排気ガス用ハニカム構造体２１を備えている。
【００５８】
作動流体用ハニカム構造体２０は、金属材料で構成された柱状のハニカム構造体であり、作動流体用ハニカム構造体２０では、それぞれが図２の水平方向（左右方向）に延びた２以上のセル２０２が、隔壁２０１によって区画形成されている。これら２以上のセル２０２は、伝播管１００Ｃおよび第１の熱・音波変換部品１Ａの複数のセル１４と連通しており、作動流体で満たされている。ただし、第１の熱・音波変換部品１Ａとは異なり、これら２以上のセル２０２それぞれの水力直径は十分に大きく、作動流体用ハニカム構造体２０では自励発振はほとんど無視できる。図２に示すように、作動流体用ハニカム構造体２０は、第１の熱・音波変換部品１Ａの端面（第１の熱交換器２Ａ側の端面）と近接しており、以下に説明する排気ガス用ハニカム構造体２１から熱を受け取ってその熱をこの端面（第１の熱交換器２Ａ側の端面）に伝達し高温状態（第３の熱交換器３Ａ側の端面の温度より高い状態）に維持する役割を果たす。
【００５９】
この熱伝達という役割を果たす上で、金属製の作動流体用ハニカム構造体２０の材料としては熱伝導率の高いものが好ましく、たとえば銅を用いることができる。さらには、このようにハニカム構造を有する部材に代えて、複数枚の金属製（たとえば銅製）メッシュ板を重ね合わせてなるメッシュ積層体の構造を有する部材を採用してもよい。ただし、こうした金属製の作動流体用ハニカム構造体２０（あるいはメッシュ積層体）が、高温下で作動流体と反応して変質することを防ぐ観点から、作動流体としては、希ガス等、金属との反応性の低いものを採用することが好ましい。なお、作動流体として金属との反応性の低いものを採用しない場合、たとえば、大気をそのまま作動流体と使用する場合には、金属製の作動流体用ハニカム構造体２０に代えて、金属ではないが比較的熱伝導率が高いＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成されたハニカム構造体を採用することもできる。
【００６０】
作動流体用ハニカム構造体２０は、伝播管１００Ｃと接続されることで、上述の熱伝達という役割以外に、音波の進行経路という役割も担っている。すなわち、音波発生部１００Ａで発生し図２の太線矢印の向きに伝播管１００Ｃを進行する音波のうち、図１の冷熱生成部１００Ｂを通過することができた音波があれば、そうした音波は、冷熱生成部１００Ｂ通過後、音波発生部１００Ａに再び到達し、作動流体用ハニカム構造体２０における２以上のセル２０２内を進行することとなる。
【００６１】
次に、作動流体用ハニカム構造体２０以外の第１の熱交換器２Ａのもう１つの構成要素である排気ガス用ハニカム構造体２１について説明する。
【００６２】
排気ガス用ハニカム構造体２１は、作動流体用ハニカム構造体２０を取り巻くように配置された中空の円柱状（言い換えれば径方向に厚みのある円筒状）のハニカム構造体であり、ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料で構成されている。図２では、作動流体用ハニカム構造体２０を取り巻く排気ガス用ハニカム構造体２１が、作動流体用ハニカム構造体２０の上下に分かれて図示されている。なお、また、実際には、作動流体用ハニカム構造体２０と排気ガス用ハニカム構造体２１との間には、以下の図３で説明する金属外筒２３およびメタライズ層２２が存在するが、図２ではその図示は省略されている。
【００６３】
図３は、図２のＡＡ線に沿った第１の熱交換器２Ａの断面図である。
【００６４】
図３に示すように、排気ガス用ハニカム構造体２１は、筒状のメタライズ層２２および金属外筒２３を介して作動流体用ハニカム構造体２０を取り巻いている。ここで、金属外筒２３は、作動流体用ハニカム構造体２０が嵌め込まれる筒状の金属部材であり、作動流体用ハニカム構造体２０をその外周側から保持する役割を果たす。なお、作動流体用ハニカム構造体２０それ自身が、その外周面を取り巻く金属製の外周壁を有する場合には、金属外筒２３は省略してもよい。メタライズ層２２は、モリブデンやマンガン等の金属の焼き付けによって形成された層であり、金属製の金属外筒２３（金属外筒２３を省略する場合は作動流体用ハニカム構造体２０の金属製の外周壁）とセラミックス製の排気ガス用ハニカム構造体２１を接合させるための層である。
【００６５】
図２に戻って、排気ガス用ハニカム構造体２１の説明を続ける。
【００６６】
排気ガス用ハニカム構造体２１は、作動流体用ハニカム構造体２０と同様、図２の水平方向（左右方向）に延びた２以上のセルが隔壁によって区画形成された構造を備えている。排気ガス用ハニカム構造体２１は、排気ガス管２００と接続されており、排気ガスは、排気ガス用ハニカム構造体２１に流入して熱を与えて排気ガス用ハニカム構造体２１から流出する。図２では、排気ガスの移動経路が一点鎖線矢印で示されており、この図に示すように、排気ガス用ハニカム構造体２１の各セルは、排気ガス管２００から流入した排気ガスの移動経路になっている。排気ガスから排気ガス用ハニカム構造体２１に伝達された熱は、排気ガス用ハニカム構造体２１によって取り巻かれている作動流体用ハニカム構造体２０の外周面に伝達されて外周側から作動流体用ハニカム構造体２０が加熱されていく。このようにして作動流体用ハニカム構造体２０が受け取った熱は、上述したように、第１の熱・音波変換部品１Ａにおける第１の熱交換器２Ａ側の端面を高温状態（第３の熱交換器３Ａ側の端面の温度より高い状態）に維持するのに用いられる。
【００６７】
以上説明したように、排気ガス用ハニカム構造体２１は、排気ガス管２００から熱を受け取って作動流体用ハニカム構造体２０に伝達する役割を果たしている。このため、作動流体用ハニカム構造体２０の材料としては、耐熱性が高いとともに熱伝導率が高いことが望ましく、上述のＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料は、この要請に応える最も適した材料である。実際、セラミックス材料は一般に耐熱性が高いが、セラミックス材料の中でもＳｉＣ（炭化珪素）を主成分とするセラミックス材料は、比較的耐熱性が高いことで知られた材料である。
【００６８】
ここで、排気ガス用ハニカム構造体２１が「ＳｉＣを主成分とする」とは、ＳｉＣが、排気ガス用ハニカム構造体２１の材料の５０質量％以上を占めることを意味する。このとき排気ガス用ハニカム構造体２１の気孔率としては、０〜１０％であることが好ましい。また、隔壁２０１の厚さが０．２５〜０．５１ｍｍであってセル密度が１５〜６２セル／ｃｍ２であることが好ましい。
【００６９】
ＳｉＣを主成分とするセラミックス材料としては、具体的には、単純なＳｉＣに加え、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用することができる。これらの中でも、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣが好ましい。その理由は、Ｓｉを含浸するＳｉＣは、高い熱伝導率および耐熱性を有することに加え、多孔質体であっても気孔率が低く緻密に形成されているため、Ｓｉを含浸しないＳｉＣに比して相対的に高い強度を実現できるからである。
【００７０】
以上が、第１の熱交換器２Ａについての説明である。以下、図２の第１の熱・音波変換部品１Ａの構成の詳細について説明する。
【００７１】
図４は、図２に示す第１の熱・音波変換部品１Ａのセル１４の貫通方向に垂直な面内における熱・音波変換部品１の断面図である。
【００７２】
図４に示すように、第１の熱・音波変換部品１Ａは、それぞれが細い管状の貫通孔である複数のセル１４が、隔壁１１によって区画形成され、さらにそれら隔壁１１の全体の外周を外周壁１３（図２では図示が省略されている）で取り囲むことで形成されている。ここで、外周壁１３の構成材料としては、隔壁１１の構成材料と同じものを採用できる。
【００７３】
上述したように、自励振動により音波を発生させる上でセル１４の水力直径ＨＤが１つの重要な要素であり、第１の熱・音波変換部品１Ａのセル１４の水力直径ＨＤは０．４ｍｍ以下のきわめて小さい値となっている。このような水力直径ＨＤがきわめて小さいセルが形成されていることで、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、十分な熱音響効果を得ることができる。逆に、水力直径ＨＤが０．４ｍｍより大きい場合、小さい熱音響効果しか得られず、たとえば、図１の水回収システムでは、回収される水の量が多少少なめとなる。
【００７４】
ここで、より大きな熱音響効果を発揮するには、上述の水力直径ＨＤが小さいセルを、できるだけ数多く形成するのが有利である。言い換えれば、第１の熱・音波変換部品１Ａの端面における開口率が大きい方が有利である。第１の熱・音波変換部品１Ａは、各端面において６０％以上の高い開口率を有しており、これにより大きな熱音響効果を発揮することができる。逆に６０％未満の開口率では、熱音響効果に寄与するセルが少なすぎてあまり大きな熱音響効果は得られない。
【００７５】
ただし、開口率が高すぎると、第１の熱・音波変換部品１Ａの空洞部分が多すぎることとなり、第１の熱・音波変換部品１Ａ全体の耐久性や強度が低下する。そこで、第１の熱・音波変換部品１Ａでは開口率は９３％以下に抑えられている。実際、開口率が９３％を超えると、発生した音波による衝撃や第１の熱・音波変換部品１Ａの両端の温度差に起因する熱的な歪みやねじれ（熱応力）により生じる第１の熱・音波変換部品１Ａの損傷が無視できなくなる。
【００７６】
まとめると、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、第１の熱・音波変換部品１Ａの端面における開口率が６０％以上９３％以下となることで、十分な熱音響効果の発揮と十分な耐久性・強度との適度なバランスが実現している。なお、６０％以上９３％以下の開口率の中でも、８０％以上９３％以下の開口率が好ましい。
【００７７】
なお、上記開口率は、貫通方向に垂直な断面を顕微鏡で撮影し、このときの断面の撮影画像から、材料部分面積Ｓ１と空隙部分面積Ｓ２を求め、Ｓ１とＳ２を用いてＳ２／（Ｓ１＋Ｓ２）として求められる。
【００７８】
また、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、セル１４の貫通方向に垂直な前記セルの断面形状は、角部が弯曲した多角形の形状であり、その形状の角部における曲率半径が０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。図４では、セル１４の形状の例としては、角部が弯曲した三角形の形状が図の右上の拡大図に示されており、この角部の曲率半径は０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下となっている。曲率半径が０．０２ｍｍ以上であることでその緩やかに弯曲した形状により、セル１４を押しつぶすように働く衝撃に対し十分に対抗できる。これは、トンネル等の穴の形状としては、丸みを帯びた形状の方が角ばった形状よりも、周囲からの外力に対抗しやすいのと同様の理由に基づくものである。ただし、弯曲部分が大きすぎると、今度は、各セルの角部付近で隔壁１１が分厚くなって開口率が減少し、得られる熱音響効果が小さくなる。そこで、曲率半径が０．１ｍｍ以下となっていることで、同時に高い熱音響効果も維持されている。
【００７９】
なお、セル１４の角部における曲率半径については、セル１４の貫通方向に垂直な断面の拡大写真をとり、そのセル１４の断面形状に基づき測定することができる。
【００８０】
セル１４の貫通方向に垂直な面内でのセル１４の形状としては、三角形、四角形、五角形、六角形等の様々な多角形、および、楕円形（真円の形状含む）を採用できるが、三角形、四角形、六角形、およびこれらの組み合わせが好ましく、図４の第１の熱・音波変換部品１Ａの右上のセル１４の拡大図のように、三角形のセル１４が特に好ましい。三角形のセル１４が特に好ましいのは、様々な多角形および楕円形のセル形状のうち、三角形のセル形状が、隔壁の厚さをできるだけ薄くして数多くのセルを配列させるのに最も適しているからである。ここで、自動車の排気ガスから微粒子を取り除く排気浄化触媒担持用のハニカム構造体では、セルの角部が鋭角であると、微粒子が角部に堆積しやすいといった問題があるため、三角形のセル形状は、（原理的には採用可能であっても）実際上、採用されないことが多い。しかし、熱音響効果を発揮するハニカム構造体としては、自励振動を起こす作動流体（希ガス等の気体）に関して、このような問題は存在しないため、数多くのセルを配列させるのに最も適した三角形（ただし角部が弯曲した三角形）のセル形状を積極的に活用できる。
【００８１】
また、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、その両端面の間の長さをＬとしたときに、この長さＬに対する上述の水力直径ＨＤの比ＨＤ／Ｌが０．００５以上０．０２未満となっている。仮に、ＨＤ／Ｌが０．００５未満であると、水力直径ＨＤに比して第１の熱・音波変換部品１Ａが長すぎて、第１の熱・音波変換部品１Ａの各セル内の作動流体が熱・音波変換部品両端の温度差の影響を受けにくくなる。この場合、各セル内の作動流体と隔壁１１との間における熱の授受が不十分で十分な熱音響効果が得られない。一方、仮に、ＨＤ／Ｌが０．０２以上であると、今度は、水力直径ＨＤに比して第１の熱・音波変換部品１Ａが短すぎて、各セル内の作動流体と隔壁１１との間で熱の授受が不十分なまま第１の熱・音波変換部品１Ａにおいて第１の熱交換器２Ａ側から第３の熱交換器３Ａ側に隔壁１１を熱が伝導していくことになる。この結果、やはり十分な熱音響効果が得られない。そこで、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、比ＨＤ／Ｌが０．００５以上０．０２未満となるよう工夫されており、このため、各セル内の作動流体と隔壁１１との間における熱の授受が十分に行われる。この結果、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、十分な熱音響効果を得ることができる。
【００８２】
また、第１の熱・音波変換部品１Ａでは、第１の熱・音波変換部品１Ａの構成材料、特に、隔壁１１の構成材料の２０〜８００℃における熱膨張率が６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。このように熱膨張率が低い状態を実現するための１つの方法としては、セラミック材料の中でも熱膨張率が低いコージェライト製のハニカム構造体を採用することが考えられる。ここで、「コージェライト製のハニカム構造体」とは、ハニカム構造体を作製するためのセラミック原料として、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合され、焼成されるとコージェライトになるコージェライト化原料を用いて作製されたハニカム構造体を指している。
【００８３】
熱膨張率の測定方法としては、たとえば、各セルの貫通方向に沿った１０ｍｍ以上の長さを有する試験片であって、この貫通方向、および、この貫通方向に直交する方向を含む断面の面積が４ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下である試験片を第１の熱・音波変換部品１Ａから切り出し、この試験片の貫通方向の熱膨張率を、石英を標準比較サンプルとする示差式の熱膨張計により測定する方法を採用することができる。
【００８４】
隔壁１１の構成材料の、２０〜８００℃における熱膨張率が６ｐｐｍ／Ｋ以下となることで、両端部に温度差が生じたときの第１の熱・音波変換部品１Ａの損傷が抑えられる。なお、６ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率の中でも、４ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率であることがさらに好ましい。
【００８５】
以上が、図２の第１の熱・音波変換部品１Ａの構成の詳細な説明である。
【００８６】
以下、図２の音波発生部１００Ａの具体例が適用された図１の水回収装置１０００の製造方法について説明する。
【００８７】
まず、音波発生部１００Ａの製造方法について説明する。最初に第１の熱・音波変換部品１Ａの製造方法について説明する。
【００８８】
セラミック原料にバインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形用原料とする。セラミック原料としては、コージェライト化原料、炭化珪素−コージェライト系複合材料、アルミニウムチタネート、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、アルミナ、ムライト、スピネル、リチウムアルミニウムシリケート、および、鉄−クロム−アルミニウム系合金のうちの１つ、あるいは、２つ以上の組み合わせであることが好ましい。これらの中でも、コージェライト化原料が好ましい。上述したように、コージェライト化原料とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。なお、セラミック原料の含有量は、成形用原料全体に対して４０〜９０質量％であることが好ましい。
【００８９】
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、成形用原料全体に対して２〜２０質量％であることが好ましい。
【００９０】
水の含有量は、成形用原料全体に対して７〜４５質量％であることが好ましい。
【００９１】
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、単独で使用してもよいし、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形用原料全体に対して５質量％以下であることが好ましい。
【００９２】
造孔材としては、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂およびシリカゲル等を採用することができる。
【００９３】
次に、成形用原料を混練して坏土を形成する。成形用原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。
【００９４】
次に、坏土を押出成形することで、複数のセルを区画形成する隔壁を備えたハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、上述した、各セルの水力直径、開口率、第１の熱・音波変換部品１Ａの形状、セル形状、各セルの周期、に対応した形状の口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。なお、ハニカム成形体における各セルの水力直径、開口率、等の値については、後述の乾燥処理および焼成の処理で生じる収縮をも考慮して決定することが好ましい。
【００９５】
ここで、大きな熱音響効果を発揮するための、上述したような、各セルの水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）第１の熱・音波変換部品１Ａを作製する際には、以下の２つの問題により、こうした制約がない従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体で用いられている押出成形法をそのまま単純に流用する（口金を、高密度の細孔形成用の口金に取り換えただけで同様の製造方法をそのまま実行する）ことはできない。
【００９６】
第１の問題は、押出成形の際に、高温で押し出された坏土が成形用口金の孔内に密着して目詰まりが起こりやすいことである。なお、この問題については、たとえば、上述した特許文献・特開２０１２−２３７２９５号公報の段落［００２１］でも言及されている。
【００９７】
第２の問題は、上述の第１の熱・音波変換部品１Ａのような各セルの水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）ハニカム構造体に対応する口金には、必然的にきわめて細い微細部分（典型的には０．３ｍｍ程度の太さの部分）が存在することとなり、この微細部分が、坏土押出しの際の粘性摩擦により損傷（たとえば引きちぎれる等）を受けやすいことである。
【００９８】
そこで、上述の第１の熱・音波変換部品１Ａの製造方法においては、これら２つの問題を解消するために、以下の工夫が凝らされている。
【００９９】
第１の問題に関しては、各セルの水力直径が０．４ｍｍ以下であって開口率が６０％以上９３％以下の、水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）上述の第１の熱・音波変換部品１Ａに対応した口金（以下、正規口金と呼ぶ）による押出成形の実行前に、リブの厚さが０．０４ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下というリブの厚さがきわめて小さい口金（以下、ダミー口金と呼ぶ）での坏土の押出処理が行われる。なお、ここでいう「リブの厚さ」とは、ハニカム成形体の隔壁厚さのことで、口金におけるスリット幅を指しており、各スリットは、坏土の排出孔であって作製対象のハニカム構造体の各隔壁部分の形状を決定するものである。以下、「リブの厚さ」を、スリット幅を意味するものとして用いる。このダミー口金を用いた押出処理により、目詰まりの原因となりやすい坏土成分をあらかじめ取り除くことができる。この押出処理後の坏土を用いて正規口金による押出成形を実行することにより、上記の目詰まりの発生を抑えることが可能となる。
【０１００】
第２の問題に関しては、押出成形による第１の熱・音波変換部品１Ａの成形体の保形性を維持できる（つまり、成形体の形が崩れない）範囲内で、押出成形に用いる坏土の粘性を、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造で用いられる坏土の粘性に比べ大幅に低減して粘性摩擦を小さくすることで対処している。ここで、このように保形性維持の条件を満たしつつ坏土の粘性を低減するにあたっては、坏土中の水の比率を、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造時に比べ、より厳格に制御する（すなわち、水の比率の制御目標値と実際の水の比率の値との間の誤差をきわめて狭い範囲内に抑える）ことも必要となる。より具体的には、従来の排気浄化触媒担持用のハニカム構造体の製造で用いられる坏土中の水の比率が、坏土固形成分１００質量部に対し２５〜３５質量部であるのに対し、上述の第１の熱・音波変換部品１Ａの製造で用いられる坏土中の水の比率は、坏土固形成分１００質量部に対し４０〜４２質量部となっている。なお、坏土中の水の比率を増加した場合には、坏土の粘性が低減して上述の第１の熱・音波変換部品１Ａの成形体の形状に適度なばらつきが生じるようになり、音波の自励振動が起こりやすくなるという効果も生じる。
【０１０１】
以下、押出成形によって得られたハニカム成形体のその後の処理について説明を続ける。
【０１０２】
得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行う。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥および高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥および過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。また、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることも可能である。この場合、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９０質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては熱風乾燥が好ましい。
【０１０３】
各セルの貫通方向に沿ったハニカム成形体の長さが所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。
【０１０４】
次に、このハニカム成形体を焼成する。ここで、焼成の前には、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。また、仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で０．５〜２０時間行うことが好ましい。仮焼成および焼成（本焼成）の方法は特に限定されず、電気炉およびガス炉等を用いて焼成することができる。また、焼成（本焼成）の条件としては、たとえば、珪素−炭化珪素系複合材料を用いた場合には、窒素およびアルゴン等の不活性雰囲気において、１３００〜１５００℃で、１〜２０時間加熱することが好ましい。一方、酸化物系材料を用いた場合には、酸素雰囲気において、１３００〜１５００℃で１〜２０時間加熱することが好ましい。
【０１０５】
最後に、所望の第１の熱・音波変換部品１Ａの断面形状（たとえば、図４のような円形）を実現するのに必要であれば、焼成後のハニカム成形体の外周部分を、適宜、切削加工して形状を整える。さらに、切削加工後のハニカム成形体の外周面に外周コート材を塗布して乾燥させ外周壁１３を形成する。ここで、外周コート材としては、無機粒子とコロイド状酸化物を含む原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。ここで、無機粒子としては、たとえば、コージェライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、炭化珪素、窒化珪素、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、および、チタニア、のうちの１つ、あるいは、２つ以上の組み合わせからなるセラミックス材料の粒子や、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属、珪素（金属珪素）−炭化珪素系複合材料の粒子を挙げることができる。一方、コロイド状酸化物としては、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。また、外周コート材を塗布する方法は特に限定されず、切削加工後のハニカム成形体をろくろ上で回転させながらゴムベラ等でコーティングする方法等を挙げることができる。
【０１０６】
以上の工程を経て最終的に、第１の熱・音波変換部品１Ａが完成する。
【０１０７】
次に、図２の第１の熱交換器２Ａの製造方法について説明する。
【０１０８】
図２の第１の熱交換器２Ａにおける排気ガス用ハニカム構造体２１については、上記の図４の一体型の第１の熱・音波変換部品１Ａの製造方法において、セラミック原料としてＳｉＣ粉末に炭素粉末（黒鉛粉末等）を加えたものを用いる点、押出成形の際の口金として相対的にセルの水力直径ＨＤの大きいハニカム成形体の作製に適した口金を用いる点、および、中空の円柱状（言い換えれば厚みのある円筒状）の形状を実現するため、焼成処理後にこの形状に切削加工するか、あるいは、この形状となるような口金を成形処理で用いる点、を別にすれば、上記の図４の第１の熱・音波変換部品１Ａの製造方法と同様の製造方法で作製することができる。
【０１０９】
この排気ガス用ハニカム構造体２１の作製においては、たとえば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とする作動流体用ハニカム構造体２０を製造する場合には、ＳｉＣ粉末および炭素粉末を混合・混練して調整された坏土を成形してハニカム成形体を作製した後、乾燥処理および焼成処理を行った後に、溶融した珪素（Ｓｉ）をこのハニカム成形体に含浸させる処理を行うことが好ましい。この処理を行うことで、焼成処理後に、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）の凝固物が取り囲むとともに、金属Ｓｉを介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造が形成される。この構造により、気孔率が小さく緻密な構造であって高い熱耐久性および熱伝導性が実現する。
【０１１０】
なお、溶融した珪素（Ｓｉ）だけでなく、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ等といったその他の金属に含浸させてもよい。この場合、焼成処理後に、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）、および含浸に用いたその他の金属の凝固物が取り囲むとともに、金属Ｓｉ、および含浸に用いたその他の金属を介してＳｉＣ粒子同士が結合した構造が形成される。この構造によっても、気孔率が小さく緻密な構造であって高い熱耐久性および熱伝導性が実現する。
【０１１１】
図２の第１の熱交換器２Ａにおける作動流体用ハニカム構造体２０については、鋳型を用いたハニカム構造の成形方法や、切削加工によるハニカム構造の成形方法など、金属製のハニカム構造体を作製する際に用いられる従来の製造方法で製造することができる。また、金属外筒２３およびメタライズ層２２についても従来の製造方法で形成することができる。
【０１１２】
以上のようにして、最終的に、第１の熱交換器２Ａが完成する。
【０１１３】
図２の第３の熱交換器３Ａについては、従来から知られている熱交換器の製造方法を流用することができる。
【０１１４】
以上が、音波発生部１００Ａの製造方法についての説明である。
【０１１５】
冷熱生成部１００Ｂについては、上述したように、音波発生部１００Ａと同様のものを採用できるため、上述の音波発生部１００Ａと同様にして製造できる。
【０１１６】
伝播管１００Ｃについては、耐久性の高い材料を環状に成形する（ただし、音波発生部１００Ａや冷熱生成部１００Ｂと接続できるように一部が欠落した環状に成形する）ことで作製できる。耐久性の高い材料については特に限定されないが、具体的には、たとえば、鉄等の金属、硬質のプラスチック材、硬化ガラス、さらには、セラミックス材料（たとえば、上述の第１の熱・音波変換部品１Ａの材料として挙げたもの）を採用できる。
【０１１７】
以上が、水生成部１００の製造方法についての説明である。
【０１１８】
排気ガス管２００については、耐熱性の高い材料を、図１に示すように水生成部１００や水収容部３００との接続可能な態様で成形することで作製できる。耐熱性の高い材料については特に限定されないが、具体的には、たとえば、高耐熱性ステンレスや鉄や銅等の金属、さらには、セラミックス材料（たとえば、図４の第１の熱・音波変換部品１Ａや作動流体用ハニカム構造体２０の材料として挙げたもの）を採用できる。
【０１１９】
水収容部３００については、水回収装置１０００の大きさや回収する水の量等に応じた大きさの容器を用いることができる。この容器については、金属やプラスチック材やセラミック等の適当な材料で加工して作製してもよいが、市販のものを適宜選択・流用してもよい。
【０１２０】
以上が、水回収装置１０００の製造方法についての説明である。
【０１２１】
次に、図１の水回収装置１０００が適用された別の水回収システムについて説明する。
【０１２２】
図５は、図１の水回収装置１０００が適用された別の水回収システムの概念的な模式構成図である。
【０１２３】
図５においては、図１の水回収システムと同じ構成要素には同一の符号を付されており、その構成要素について重複説明は省略する。図５に示す水回収システムは、気化したガソリンを空気と混合して高圧縮しこの圧縮気体に点火したときの爆発力（膨張力）を利用して動力を生成するエンジン２００１を有している。この動力生成の際に生じた排気ガスは、第１の排気ガス管２００４を通って排出される。ここで、動力生成の際には、気化したガソリン中の水素（水素原子）が空気中の酸素と結合することで水が生成し、水蒸気の形で排気ガスに含まれている。
【０１２４】
排気ガスは、第１の排気ガス管２００４の途中に設けられている２つの三元触媒コンバータ２００３によって浄化処理を受けた後、分岐２００５において、２つの排気路に分かれて排出される。１つの排気路は、第２の排気ガス管２００６によって形成された排気路であり、排気ガスの多く（後述するように５０〜９９体積％）は、この第２の排気ガス管２００６を通り、さらに、第２の排気ガス管２００６の途中に設けられているマフラー２００７を経て外部に排出される。
【０１２５】
ここで、分岐２００５には、図１で説明した水回収装置１０００における排気ガス管２００の一端が接続しており、この排気ガス管２００が、上述の第２の排気ガス管２００６とは別の排気路を形成している。以下、図５において、第１の排気ガス管２００４や第２の排気ガス管２００６に対して、排気ガス管２００を区別するために、この排気ガス管２００をバイパス管２００と呼ぶことがある。
【０１２６】
すなわち、図５の水回収システムでは、エンジン２００１から排出される排気ガスの一部をバイパスさせて、そのバイパスさせた排気ガスから水の回収が行われる。この水の回収は、図１で説明した、水生成部１００、排気ガス管２００、および水収容部３００を用いたものであり、ここでは、その重複説明は省略する。なお、図５の水回収システムにおいても、水生成部１００として、図２で説明した具体例を適用することができる。
【０１２７】
ここで、図５の水回収システムでは、エンジン２００１において、気化したガソリンと空気との混合気体に対して水を噴射するインジェクタ２００２が備えられている。
【０１２８】
一般に、気化したガソリンと空気との混合気体を高圧縮した場合には、点火装置による点火よりも前に、ガソリンエンジン内のカーボン等の不純物が火種となって発火するといった異常燃焼が起こりやすくなることが知られている。図５の水回収システムでは、混合気体に対し、インジェクタ２００２により水を噴射して混入することで、ガソリンエンジン内の乾燥を抑えて異常燃焼を抑制することができる。この水の噴射混入は、水を用いた一種の加湿処理と呼ぶことができる。
【０１２９】
ここで、図５の水回収システムでは、水回収装置１０００’は、上述の水生成部１００、排気ガス管２００、および水収容部３００に加え、インジェクタ２００２に水を供給する水供給機構４００をさらに備えている。水供給機構４００は、ポンプ４０１と水供給管４０２とを有しており、ポンプ４０１により、水収容部３００の水を汲み上げて、汲み上げた水を、水供給管４０２を介してインジェクタ２００２に送ることができる。このように、水回収装置１０００’では、排気ガスから回収した水を、異常燃焼抑制用の水として、有効活用することができる。
【０１３０】
ここで、一般にガソリンエンジンの排気ガスには多量の水が含まれているので、仮に全排気ガスを回収対象とすると多量の水を収容する必要性から水回収装置が大型化してしまうおそれがある。図５の水回収システムでは、バイパスした排気ガスのみを水の回収対象とすることで、水回収装置の大型化を避けて適切な大きさにすることが可能となっている。具体的には、バイパス管２００が、全排気ガスの１〜５０体積％の排気ガスについての排気路を形成するものであることが望ましい。ここで、１体積％未満の場合、回収する水の量が少なすぎ、一方、５０体積％を超えた場合には、回収する水の量が多く、水回収装置１０００の大型化を避けることが難しくなる。
【０１３１】
なお、図５の水回収装置１０００’の製造方法としては、上述した図１の水回収装置１０００の製造方法に、ポンプ４０１と水供給管４０２とを有する水供給機構４００を組み合わせることで製造できる。ここで、水供給機構４００としては、従来から知られている水の循環システム、たとえば、市販の水循環装置等をそのまま適用できる。
【０１３２】
以上説明した図１の水回収装置１０００や図５の水回収装置１０００’では、水生成部１００は、排気ガス管２００とは接触しない第３の熱交換器３Ａや第４の熱交換器３Ｂは、大気との間で熱交換を行っていたが、本発明では、循環する常温の水との間で熱交換を行う形態を採用してもよい。この場合、大気との間で熱交換を行う場合に比べて、水循環のための動力エネルギーが必要となり、また、水回収装置が大型化するといった欠点があるが、その反面、各熱交換器が近接する各熱・音波変換部品の端面の温度は、より安定して常温程度の一定温度に維持されるという利点がある。
【０１３３】
また、以上説明した図１の水回収装置１０００や図５の水回収装置１０００’では、ループ状の伝播管１００Ｃが採用されていたが、本発明では、伝播管の形状としては、必要最小限の要件として、音波発生部１００Ａで発生した音波を冷熱生成部１００Ｂに伝播する経路があればよく、この要件を満たす他の形態も採用できる。たとえば、ループ状の形態以外に、熱音響効果の分野ではよく知られて様々な形態を採用することができる。ここで、上記の要件を満たす、伝播管１００Ｃのバリエーションについて説明する。
【０１３４】
図６〜図９は、図１の水回収装置１０００や図５の水回収装置１０００’の水生成部１００における伝播管１００Ｃのバリエーションを表した図である。
【０１３５】
図６には、全体的に直線状の伝播管が示されており、図７には、音波発生部１００Ａの周辺のみがループ状で、冷熱生成部１００Ｂの周辺が直線状となった伝播管が示されている。これらの形態では、冷熱生成部１００Ｂよりも各図の右方で伝播管が開口しており、作動流体としては空気（大気）が使用される。一方、図８には、音波発生部１００Ａの周辺および冷熱生成部１００Ｂの周辺が、それぞれ別々のループ状となった伝播管が示されており、この形態では開口が存在せず、伝播管に対する大気の流出入がない。このため、作動流体としては、反応性の低い希ガス等、特定の種類の気体を採用することができる。さらに、図９には、図７の形態において、伝播管の開口部に音・電力変換部２００８が接続された例が示されている。この場合、冷熱生成部１００Ｂを通過した音波のエネルギーは音・電力変換部２００８で電力に変換され、電力の形で有効活用できる。なお、音・電力変換部２００８としては、たとえば、マイクロフォンを用いることができる。なお、音波のエネルギーを電力に変換する代わりに、何らかの動力源（音波をファンに衝突させることでファンの回転力を生成する等）として用いることもできる。
【実施例】
【０１３６】
以下では、本発明の効果を示す具体的な実施例について説明する。以下では、図５の水回収システムにおいて、水回収装置１０００’として図２の具体例を適用した場合における実施例について説明する。
【０１３７】
エンジンとしては、排気量２Ｌのエンジンガソリンを用いた。また、作動流体としては、圧力が１ＭＰａのヘリウムガスを用い、作動流体の伝播管としては配管径が４０ｍｍのものを用いた。また、第１の熱・音波変換部品および第２の熱・音波変換部品の各熱・音波変換部品（同じものを採用する）としては、直径４０ｍｍ長さ６０ｍｍの円柱状であって各セルの水力直径が０．３ｍｍ、端面における開口率が７４％のコージェライト製ハニカム構造体を用いた。
【０１３８】
ここで、上記の熱・音波変換部品は、以下のようにして製造した。
【０１３９】
セラミック原料としてコージェライト化原料を用い、コージェライト化原料１００質量部に対して、造孔材を１質量部、分散媒を３５質量部、有機バインダを６質量部、分散剤を０．５質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、平均粒子径が３μｍのタルクを３８．９質量部、平均粒子径が１μｍのカオリンを４０．７質量部、平均粒子径が０．３μｍのアルミナを５．９質量部、及び平均粒子径が０．５μｍのベーマイトを１１．５質量部、用いた。ここで、平均粒子径とは、各原料の粒子の分布におけるメジアン径（ｄ５０）のことである。
【０１４０】
分散媒としては、水を用いた。有機バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いた。分散剤としては、エチレングリコールを用いた。
【０１４１】
次に、得られた坏土を、口金を用いて押出成形し、セル形状が三角形で、全体形状が円形のハニカム成形体を作製した。なお、このときの押出成形においては、上述したように、実施例１の熱・音波変換部品に対応した正規口金による押出成形の実行前に、リブの厚さが０．０７ｍｍ程度のダミー口金での坏土の押出処理が行われた。そして、このダミー口金を用いた押出処理後の坏土を用いて正規口金による押出成形が実行された。さらに、このとき、正規口金による押出成形に用いる坏土における水の比率が、坏土固形成分１００質量部に対し４１質量部（誤差は±１質量部の範囲内）となるように坏土成分を厳格に制御した。
【０１４２】
そして、このハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、セルの貫通方向に沿ったハニカム成形体の長さを調整した。そのハニカム成形体を熱風乾燥機で乾燥し、更に、１４４５℃で、５時間、焼成した。
【０１４３】
最後に、焼成後のハニカム成形体の外周部分を、適宜切削加工して円柱状に整えた。さらに、切削加工後のハニカム成形体の外周面に外周コート材を塗布して乾燥させ外周壁を形成した。ここで、外周コート材としては、コージェライトの粒子とシリカゾルを含む原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤を加えたものに水を加えて混練したスラリーを用いた。また、外周コート材を塗布する方法としては、切削加工後のハニカム成形体をろくろ上で回転させながらゴムベラ等でコーティングする方法を用いた。
【０１４４】
以上の工程を経て、熱・音波変換部品が完成した。完成した熱・音波変換部品について、各セルの貫通方向に垂直な面（垂直面）内におけるセルの水力直径ＨＤ、および、熱・音波変換部品の端面における開口率を測定したところ、上述したように、セルの水力直径ＨＤが０．３ｍｍで、熱・音波変換部品の端面における開口率は７４％であった。
【０１４５】
ここで、セルの水力直径ＨＤについては、上記垂直面内における熱・音波変換部品の断面の拡大写真を撮り、この断面の拡大写真中の１０個のセルを無作為に選択してそれぞれについて水力直径を定義式（セルの断面の面積をＳ、該断面の周長をＣとしたときにＨＤ＝４×Ｓ／Ｃ）に従って計算したときの、その平均値として算出した。
【０１４６】
また、開口率は、上記垂直面における断面を顕微鏡で撮影し、このときの断面の撮影画像から、材料部分面積Ｓ１と空隙部分面積Ｓ２を求め、Ｓ１とＳ２を用いてＳ２／（Ｓ１＋Ｓ２）として求めた。なお、断面全体における開口率は、端面における開口率と等価であるとして、断面全体における開口率を端面における開口率とみなしている。
【０１４７】
以上が、この実施例における各熱・音波変換部品の製造の説明である。熱・音波変換部品以外の構成要素、たとえば、各熱交換器や伝播管については、上記の熱・音波変換部品の大きさや形状に合わせたものを適宜準備した。
【０１４８】
以上説明した構成条件の下、エンジンの回転数を２０００［回転数／分］とし、２つの三元触媒コンバータの排気ガス出口付近の温度が６００℃となる制御条件の下で運転を行った。
【０１４９】
このとき、インジェクタによって噴射された水、すなわち、水回収装置により回収された水の量は、０．８［Ｋｇ／時間］であった。
【０１５０】
このように、単位時間あたりに十分な量の水が回収できたことから、熱音響効果を利用した水回収装置により、エンジンの排気ガスから効率よく水を回収できるということがわかる。
【０１５１】
次に、熱・音波変換部品として、各セルの水力直径が０．４ｍｍ以下であって開口率が６０％以上９３％以下の、水力直径がきわめて小さく開口率が高い（セル密度が高い）ハニカム構造体を用いることで、高い熱音響効果が発揮されることを、以下のハニカム構造体〈１〉〜〈４〉の熱・音波変換部品を用いた実験により説明する。
【０１５２】
（ハニカム構造体〈１〉）
ハニカム構造体〈１〉は、上記の実施例において熱・音波変換部品として用いられたコージェライト製ハニカム構造体であり、上述したように、このハニカム構造体〈１〉では、各セルの貫通方向に垂直な面内におけるセルの水力直径ＨＤが０．３ｍｍ、ハニカム構造体〈１〉の端面における開口率は７４％である。
【０１５３】
このハニカム構造体〈１〉を用いて以下の実験を行った。
【０１５４】
図１の水生成部１００において冷熱生成部１００Ｂを取り外してその冷熱生成部１００Ｂに接続していた音波発生部１００Ａ側の伝播管１００Ｃの一端にマイクロフォンを接続したシステムにおいて、音波発生部１００Ａにおける熱・音波変換部品１としてハニカム構造体〈１〉を組み込んだ。そして、５００℃程度の自動車の排気ガスを１０分間流入させ、温度がいくらか下がって流出する排気ガスの温度を測定した。このときの温度変化からこのシステムに流入した熱量を算出した。この排気ガスの流入により、第１の熱交換器側のハニカム構造体〈１〉の端面の温度はほぼ５００℃に保たれていた。このとき、この端面と反対側の第３の熱交換器側の端面の温度は、大気との熱交換でほぼ６０℃に保たれていた。このハニカム構造体〈１〉の温度差に伴う熱音響効果で発生した音波からどのくらいの電力量が生じたかを上記のマイクロフォンを用い計測した。そして、あらかじめ把握されているマイクロフォンのエネルギー変換効率（音波エネルギーを電力に変換する効率）により、上記の電力量の計測値を除算することで音波のエネルギーの推定値を求めた。そして、この音波のエネルギーの推定値と、上述した、電力発生システムに流入した熱量とから、熱から音波エネルギーへのエネルギー変換効率を求めた。なお、この実験では、作動流体として１０ａｔｍのヘリウムガスを用いた。
【０１５５】
（ハニカム構造体〈２〉およびハニカム構造体〈３〉）
上述のハニカム構造体〈１〉の製造方法とは、押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、上述の２種類のパラメータのうちセルの水力直径ＨＤの値のみがハニカム構造体〈１〉とは異なるハニカム構造体〈２〉およびハニカム構造体〈３〉を作製した。
【０１５６】
そして、これらのハニカム構造体〈２〉およびハニカム構造体〈３〉について、ハニカム構造体〈１〉と同様の実験を行った。
【０１５７】
（ハニカム構造体〈４〉〜〈７〉）
上述のハニカム構造体〈１〉の製造方法とは、押出成形の際に用いる口金が異なる点を除き同じ製造方法を用いて、端面の開口率（各セルの貫通方向に垂直な面内の開口率と同じ）の値がハニカム構造体〈１〉とは異なるハニカム構造体〈４〉〜〈７〉を作製した。
【０１５８】
そして、これらのハニカム構造体〈４〉〜〈７〉について、実施例１と同様の実験を行った。
【０１５９】
以上説明したハニカム構造体〈１〉〜〈７〉の実験結果を、各パラメータの値とともに下記の表１に示す。
【０１６０】
【表１】
0006467284.tif 000002
【０１６１】
表１において、セルの水力直径ＨＤが互いに異なるハニカム構造体〈１〉〜〈３〉を比較すればわかるように、ハニカム構造体〈１〉，〈２〉は、ハニカム構造体〈３〉に比べ十分に高いエネルギー変換効率を発揮している。このことより、セルの水力直径ＨＤが０．４ｍｍ以下であることが、大きな熱音響効果を発揮する上で必要であることがわかる。
【０１６２】
また、表１において、各端面における開口率（上記垂直面における開口率）が互いに異なるハニカム構造体〈４〉〜〈６〉を比較すればわかるように、ハニカム構造体〈５〉，〈６〉は、ハニカム構造体〈４〉に比べ十分に高いエネルギー変換効率を発揮している。ここで、ハニカム構造体〈７〉は、実験の途中で破損してしまったために実験を中止したのでエネルギー変換効率の最終的な値が得られなかった。その理由は、開口率が高すぎて強度や耐久性に欠けているためだと思われる。以上のハニカム構造体〈４〉〜〈７〉の結果から考えると、熱・音波変換部品の端面における開口率が６０％以上９３％以下であることが、大きな熱音響効果を発揮と損傷回避の上で必要であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明は、燃焼装置の排気ガスに含まれる水蒸気を有効利用するのに有用である。
【符号の説明】
【０１６４】
１Ａ：第１の熱・音波変換部品、１Ｂ：第２の熱・音波変換部品、１１：隔壁、１２：干渉材、１３：外周壁、１４：セル、２Ａ：第１の熱交換器、２Ｂ：第２の熱交換器、２０：作動流体用ハニカム構造体、２０１：隔壁、２０２：セル、２１：排気ガス用ハニカム構造体、２２：メタライズ層、２３：金属外筒、３Ａ：第３の熱交換器、３Ｂ：第４の熱交換器、３０：メッシュ積層体、３１：フィン、３２：金属部材、１００：水生成部、１００Ａ：音波発生部、１００Ｂ：冷熱生成部、１００Ｃ：伝播管、２００：排気ガス管、２００ａ：放熱部材、３００：水収容部、４００：水供給機構、４０１：ポンプ、４０２：水供給管、１０００，１０００’：水回収装置、２０００：燃焼装置、２００１：エンジン、２００２：インジェクタ、２００３：三元触媒コンバータ、２００４：第１の排気ガス管、２００５：分岐、２００６：第２の排気ガス管、２００７：マフラー、２００８：音・電力変換部。
【図１】
0006467284.tif 000003
【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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