(57)【要約】【課題】発電効率を向上することができるとともに、小型化を図ることができる熱音響発電機を提供する。【解決手段】ヘリウムガス等の気体を所定圧力（例えば１５気圧）で封入するための直管型の密閉筒体１１の一端部には、該筒体１１内に封入された気体に圧力振動を発生させるための圧力振動発生装置１２が設けられている。前記筒体１１の中間部には加熱部１３が設けられ、この加熱部１３と前記圧力振動発生装置１２との間には、第１放熱部１４が設けられている。前記加熱部１３と第１放熱部１４の間には蓄熱部１５が設けられている。筒体１１の他端部には発電機１６が設けられ、前記加熱部１３と発電機１６の間の伝送通路６３には第２放熱部１７が設けられている。  【選択図】図１
2008167580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を封入した直管型の筒体の一端部に対し、気体に圧力振動を発生させるための圧力振動発生装置を設け、前記筒体の中間部に放熱部、蓄熱部及び加熱部を設け、前記筒体の他端部に発電機を設け、前記圧力振動発生装置、放熱部、蓄熱部、加熱部及び発電機をその順に直線上に位置するように配設し、前記加熱部と発電機との間に気体の圧力振動の進行波が直進する伝送通路を設け、前記圧力振動発生装置により発生させた圧力振動を前記蓄熱部内に生じた温度勾配によって増幅させ、この増幅された圧力振動によって生じた進行波により前記発電機を作動させるように構成したことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項２】
請求項１において、前記圧力振動発生装置は、筒体の一端部のシリンダ室内に往復動可能に収容されたピストンと、このピストンに連結されたロッドと、該ロッドを往復動するようにしたリニアモータとにより構成されていることを特徴とする熱音響発電機。      
【請求項３】
請求項１又は２において、前記発電機は、前記筒体の他端部のシリンダ室に往復動可能に収容されたピストンと、このピストンに連結されたロッドと、該ロッドの往復動を電力に変換するように構成されたリニア型発電機であることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項４】
請求項３において、前記加熱部と前記発電機のピストンとの間の空間には、該ピストンの温度上昇を抑制するための放熱部が設けられていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項において、前記リニアモータに交流電流を供給するための電源供給装置には、交流電流の周波数を任意の周波数に調整するための周波数調整手段が設けられていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項６】
請求項５において、前記リニアモータの起動時には、制御装置の電源切換回路からの信号により前記電源供給装置から交流電流がリニアモータに供給され、前記発電機が作動された後に、前記制御装置から切り換え信号が前記電源切換回路に出力されて、該発電機により発電された交流電流をリニアモータに供給するように構成されていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項において、前記加熱部、蓄熱部及び放熱部は、所定間隔をおいて直列に複数箇所に設けられていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、前記加熱部は、加熱部本体に対し、筒体の軸方向と平行に、かつ筒体の径方向に指向する扁平状の多数のスリットを放射状に形成し、前記加熱部本体の外周に加熱媒体通路を形成して構成され、前記放熱部は、放熱部本体に対し、筒体の軸方向と平行に、かつ筒体の径方向に指向する扁平状の多数のスリットを放射状に形成し、前記放熱部本体の外周に放熱媒体通路を形成して構成されていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、前記蓄熱部は、金属製の細線を縦横に連結して構成されたメッシュのエレメントを筒体の軸方向に多数枚積層して構成されていることを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項において、前記筒体の内部には、不活性ガスが１５〜２５気圧の範囲で封入されていることを特徴とする熱音響発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒体内に封入された気体に対し熱音響効果により圧力振動を発生させ、気体の圧力振動によって生じた進行波を利用して、筒体に設けられた発電機を駆動する熱音響発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱音響発電機として、特許文献１に開示されたものが提案されている。この熱音響発電機は、図８に示すように、気体を充填したループ管８１に、加熱部８２、蓄熱部８３及び放熱部８４を設けている。又、この熱音響発電機の前記ループ管８１には、前記蓄熱部８３に生じた温度勾配によって気体に圧力振動を生じさせ、この圧力振動によって生じた進行波に応動して発電を行う発電機８５が設けられている。前記ループ管８１の前記放熱部８４側には、気体の圧力振動を任意の周波数で発生させる周波数調整器８６が設けられている。前記周波数調整器８６には、ドライバ８７を介してコントローラ８８が接続されている。前記コントローラ８８は周波数調整器８６に交流電流を供給し、調整された任意の周波数で可動子８９を往復動させるように動作する。
【０００３】
上記の熱音響発電機は、ループ管８１に設けた加熱部８２が熱媒体管９０に供給される加熱媒体により高温に加熱され、放熱部８４が冷媒管９１に供給される冷媒により冷却され、蓄熱部８３の内部を通して加熱部８２で供給された熱が放熱部８４において放熱され、これによって蓄熱部８３の加熱部８２側の端部と、放熱部８４側の端部で大きな温度差が生じ、蓄熱部８３内の微細通路の壁部に温度勾配が発生する。
【０００４】
上記の状態で、周波数調整器８６がコントローラ８８の動作によってドライバ８７を介して駆動され、予め設定した周波数でその可動子８９が振動され、可動子８９によってピストン９２，９３が往復動され、ループ管８１内の気体に設定周波数の振動が発生される。これによって、ループ管８１内の気体がループ管の軸方向に往復移動して気体の振動が生じ、その圧力振動が蓄熱部８３に伝達され、蓄熱部８３の熱エネルギーが気体の圧力振動に変換される。
【０００５】
すなわち、周波数調整器８６のピストン９２，９３の作動により蓄熱部８３内の気体が蓄熱部８３の低温側から高温側に移動したとき、気体は蓄熱部８３内の微細通路の壁から熱を吸収し、さらに蓄熱部８３の高温側で熱を吸熱しながら膨張する。次に、蓄熱部８３の低温側に気体が移動しながら蓄熱部８３内の微細通路の壁に熱を排熱し、さらに、気体は蓄熱部８３の低温側で熱を捨てて収縮する。このようなループ管８１内の蓄熱部８３での気体の吸熱と排熱に伴う膨張と収縮が、周波数調整器８６の振動動作により繰り返され、これによって、ループ管８１内の気体に周波数調整器８６の作動周波数の圧力振動が発生し、この圧力振動によってループ管８１内に進行波が発生する。
【０００６】
そして、上記のようにループ管８１内に発生した気体の進行波が発電機８５のピストン９４に伝達されると発電が行われる。この発電機８５で発電される交流電力は、可動子８９の往復移動の周波数と同じ周波数を持つことになり、周波数調整器８６の駆動周波数と同じ周波数をもつ交流電力が発電される。又、蓄熱部８３から出力される進行波は、周波数調整器８６から出力された進行波に加熱部８２の熱エネルギーが加算されるため、より大きなエネルギーを持った進行波となり、その進行波により駆動される発電機８５からは、周波数調整器８６の入力電力より大きな電力を取り出すことができるとしている。
【特許文献１】特開２００３−３２４９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記従来の熱音響発電機においては、前記ループ管８１を用いているので、前記発電機８５をループ管８１の外周面に装着しなければならず、圧力振動の進行波のエネルギーを発電機８５のピストン９４に効率的に伝達することが難しく、発電効率が低下する。なお、ループ管８１は直線上ではなく屈曲（湾曲）しているので、圧力振動の進行波が効率的に伝達されず、この点からも発電効率が低下する。前記ループ管８１が屈曲（湾曲）していると、該ループ管８１の径方向に関して気体の圧力振動の進行波の速度の不均衡が生じて、進行波が乱れてそのエネルギーが減衰され、発電効率が低下する。
【０００８】
又、上記従来の熱音響発電機は、ループ管８１を用いているので、全体の管長が長くなり、小型化を図ることが難しいという問題もあった。又、管長が長くなると、その中に充填する気体の量も多くなり、コストを低減することができないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、発電効率を向上することができるとともに、小型化を図ることができる熱音響発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、気体を封入した直管型の筒体の一端部に対し、気体に圧力振動を発生させるための圧力振動発生装置を設け、前記筒体の中間部に放熱部、蓄熱部及び加熱部を設け、前記筒体の他端部に発電機を設け、前記圧力振動発生装置、放熱部、蓄熱部、加熱部及び発電機をその順に直線上に位置するように配設し、前記加熱部と発電機との間に気体の圧力振動の進行波が直進する伝送通路を設け、前記圧力振動発生装置により発生させた圧力振動を前記蓄熱部内に生じた温度勾配によって増幅させ、この増幅された圧力振動によって生じた進行波により前記発電機を作動させるように構成したことを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記圧力振動発生装置は、筒体の一端部のシリンダ室内に往復動可能に収容されたピストンと、このピストンに連結されたロッドと、該ロッドを往復動するようにしたリニアモータとにより構成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記発電機は、前記筒体の他端部のシリンダ室に往復動可能に収容されたピストンと、このピストンに連結されたロッドと、該ロッドの往復動を電力に変換するように構成されたリニア型発電機であることを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記加熱部と前記発電機のピストンとの間の空間には、該ピストンの温度上昇を抑制するための放熱部が設けられていることを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項において、前記リニアモータに交流電流を供給するための電源供給装置には、交流電流の周波数を任意の周波数に調整するための周波数調整手段が設けられていることを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記リニアモータの起動時には、制御装置の電源切換回路からの信号により前記電源供給装置から交流電流がリニアモータに供給され、前記発電機が作動された後に、前記制御装置から切り換え信号が前記電源切換回路に出力されて、該発電機により発電された交流電流をリニアモータに供給するように構成されていることを要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記加熱部、蓄熱部及び放熱部は、所定間隔をおいて直列に複数箇所に設けられていることを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項において、前記加熱部は、加熱部本体に対し、筒体の軸方向と平行に、かつ筒体の径方向に指向する扁平状の多数のスリットを放射状に形成し、前記加熱部本体の外周に加熱媒体通路を形成して構成され、前記放熱部は、放熱部本体に対し、筒体の軸方向と平行に、かつ筒体の径方向に指向する扁平状の多数のスリットを放射状に形成し、前記放熱部本体の外周に放熱媒体通路を形成して構成されていることを要旨とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項において、前記蓄熱部は、金属製の細線を縦横に連結して構成されたメッシュのエレメントを筒体の軸方向に多数枚積層して構成されていることを要旨とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項において、前記筒体の内部には、不活性ガスが１５〜２５気圧の範囲で封入されていることを要旨とする。
（作用）
この発明は、直管型の筒体に対し、圧力振動発生装置、第１放熱部、蓄熱部、加熱部、伝送通路及び発電機を順次直線上に位置するように設けたので、圧力振動発生装置による気体の圧力振動が発電機に向かって直線状に進行し、前記蓄熱部の温度勾配によって前記圧力振動に自励振動が与えられて増幅され、この過程で増幅された圧力振動が前記伝送通路を通して減衰されない状態で効率よく発電機に伝達される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、蓄熱部の温度勾配によって増幅された圧力振動が直管型の筒体で直線状に進行して効率よく発電機に伝達されるので、発電機の発電効率を向上することができるとともに、ループ管と比較して、筒体の長さ寸法を短くし、発電機の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した熱音響発電機の一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に基づいて、この実施形態の熱音響発電機の概略構成を説明する。この熱音響発電機は、ヘリウムガスあるいはアルゴンガス等の気体を所定圧力（例えば２０±５気圧）で封入するための直管型の密閉筒体１１と、該密閉筒体１１の一端部において該筒体１１内に封入された気体に圧力振動を発生させるための圧力振動発生装置１２とを備えている。前記筒体１１の中間部（中央部）には加熱部１３が設けられ、この加熱部１３と前記圧力振動発生装置１２との間には、第１放熱部１４が設けられている。前記加熱部１３と第１放熱部１４の間には蓄熱部１５が設けられている。さらに、前記筒体１１の他端部には発電機１６が設けられ、前記加熱部１３と発電機１６の間には第２放熱部１７が設けられている。この実施形態では、前記筒体１１に対し、第１放熱部１４、蓄熱部１５、加熱部１３、第２放熱部１７及び発電機１６がこの順に直線上に位置するように設けられている。
【００２１】
次に、図２〜図５を中心に前記圧力振動発生装置１２、加熱部１３、第１放熱部１４、蓄熱部１５、発電機１６及び第２放熱部１７を以下に順次説明する。
【００２２】
図２に示すように、前記圧力振動発生装置１２は、前記筒体１１の一端部に形成されたシリンダ室１１ａ内に往復動可能に収容されたピストン２１と、このピストン２１に連結されたロッド２２と、前記筒体１１の一端部に連結され、かつ前記ロッド２２を往復動させるためのリニアモータ２３とにより構成されている。このリニアモータ２３は、前記ロッド２２の外周面に固定された環状磁歯２４ａ，２４ｂを有する円筒部材２４を備えている。又、リニアモータ２３は、電機子２５を備え、この電機子２５は環状コイル２６と、これを挟持する一対の電機子ヨーク２７ａ，２７ｂと、その外周を覆う円筒状ヨーク２８とを備えている。前記電機子ヨーク２７ａ，２７ｂの内周側には、それぞれ環状磁歯２４ａ，２４ｂに対向し得るＮ，Ｓ極一対の永久磁石２９ａ，２９ｂが設けられている。
【００２３】
前記ピストン２１の前面２１ａ側のシリンダ室１１ａには、気体の振動発生室３０が形成されている。前記円筒状ヨーク２８は、筒体１１の一端部を構成し、この内部には、密閉室３１が形成されている。この密閉室３１の気体の圧力Ｐ３１と、前記振動発生室３０の気体の圧力Ｐ３０は、ピストン２１の停止状態において同じ圧力（１５気圧）となるように設定されている。
【００２４】
従って、前記環状コイル２６に図１に示す電源供給装置としての蓄電器３２（交流電流が出力可能に構成されている）から所定周波数の交流電流が供給されると、前記ピストン２１が所定のストロークで往復動され、前記振動発生室３０の気体に圧力振動を発生させる。
【００２５】
次に、前記加熱部１３について説明すると、この前記加熱部１３は、例えば自動車のエンジンの冷却装置の温水の熱エネルギーを筒体１１内の気体に熱交換により伝達する機能を有している。図３に示すように、前記筒体１１の内周面には横円柱状の加熱部本体３６が一体に形成され、この加熱部本体３６の中心部以外の部位には多数のスリット３６ａが放射状に、かつ筒体１１の軸方向と平行に貫通形成されている。加熱部本体３６には、前記各スリット３６ａによって、多数の吸熱フィン３６ｂが放射状に形成されることになる。前記筒体１１の外周面には、前記加熱部本体３６の外周側に位置するようにドーナッツ状をなす熱媒体管３７が装着されている。この熱媒体管３７と前記筒体１１の外周面との間には、円環状をなす熱媒体通路３８が形成され、この熱媒体通路３８の入口３８ａと出口３８ｂには、例えば自動車のエンジンの冷却装置３９によって暖められた高温水を熱媒体通路３８内で還流させる配管４０が接続されている。
【００２６】
従って、前記熱媒体通路３８に高温水が供給されると、筒体１１自体の外周壁１１ｂを通して前記本体３６の吸熱フィン３６ｂに熱が伝達され、この熱はスリット３６ａ内の気体に伝導され、気体が加熱される。
【００２７】
この実施形態においては、前記筒体１１の図１に示す内径ｄ寸法は例えば５０ｍｍ、図３に示す加熱部１３のスリット３６ａの幅ｗ寸法は０．３ｍｍ、加熱部本体３６の半径方向に関する前記スリット３６ａの長さＬ１寸法は１７．５ｍｍ、図１に示す筒体１１の軸方向に関する前記スリット３６ａの長さＬ２寸法は、２０．８ｍｍ、前記スリット３６ａの円周方向の形成箇所は７２箇所にそれぞれ設定されている。
【００２８】
次に、前記第１放熱部１４について説明すると、この第１放熱部１４は、筒体１１内の気体の熱を外部に放出する機能を有している。この第１放熱部１４は、図４に示すように、放熱部本体４２と、その外周面に嵌合された円環状の冷媒管４３とにより構成され、前記筒体１１の中間部に直列に介在されている。前記放熱部本体４２には、前記加熱部本体３６のスリット３６ａ及び吸熱フィン３６ｂと同様の構造で、各部の寸法もそれぞれ同様の寸法のスリット４２ａ及び放熱フィン４２ｂが形成されている。前記放熱部本体４２の外周面と冷媒管４３の内周面の間には、円環状をなす冷媒通路４４が形成されている。この通路４４の入口４４ａと出口４４ｂには、例えば自動車のエンジンの冷却装置３９によって冷却された水を冷媒通路４４内で流通させる配管４５が接続されている。
【００２９】
従って、前記配管４０から冷媒通路４４に冷却水が供給されると、前記放熱部本体４２のスリット４２ａの内の気体の熱が放熱フィン４２ｂ及び前記本体４２の外周壁を通して、冷媒通路４４を流れる低温の冷却水に伝導され、前記筒体１１内の気体が保有する熱が外部に放出され、気体が冷却される。
【００３０】
次に、前記蓄熱部１５について説明すると、この蓄熱部１５は、前記加熱部１３と第１放熱部１４との間の空間に存在する気体に温度勾配を付与するための機能を有している。この蓄熱部１５は、図５（ａ）に示すように、円環状のリング５２の内部にステンレススチールよりなる細線５３を縦横に連結して構成されたエレメント５４を、図５（ｂ）に示すように、筒体１１の軸方向に多数積層して構成されている。この蓄熱部１５のリング５２の線径は例えば１ｍｍ、細線５３の線径は、０．０５ｍｍ、メッシュ番手＃は、１５０にそれぞれ設定され、このエレメント５４は５００枚積層され、蓄熱部１５の内部に気体が流通可能な微細通路が形成されている。
【００３１】
従って、前記加熱部１３の本体３６のスリット３６ａ内の気体の温度と、第１放熱部１４の放熱部本体４２のスリット４２ａ内の気体の温度との間には、大きな温度差が生じ、前記蓄熱部１５の微細通路に温度勾配が形成される。
【００３２】
次に、前記発電機１６について説明すると、この発電機１６は、図２に示すように前記筒体１１の内部に往復動可能に収容されたピストン５５と、前記ピストン５５に連結されたロッド５６と、該ロッド５６の外周面に固定された環状磁歯５７ａ，５７ｂを有する円筒部材５７とを備えている。又、発電機１６は、発電子５８を備え、この発電子５８は環状コイル５９と、これを挟持する一対の発電子ヨーク６０ａ，６０ｂと、その外周を覆う円筒状ヨーク６１とを備えている。前記発電子ヨーク６０ａ，６０ｂの内周側には、それぞれ環状磁歯５７ａ，５７ｂに対向し得るＮ，Ｓ極一対の永久磁石６２ａ，６２ｂが設けられている。
【００３３】
前記ピストン５５の前面５５ａ側のシリンダ室１１ａには、気体の圧力振動を進行させる伝送通路６３が形成されている。前記円筒状ヨーク６１は、筒体１１の他端部を構成し、この内部には、密閉室６４が形成されている。前記伝送通路６３の気体の圧力Ｐ６３と、前記密閉室６４の気体の圧力Ｐ６４は、ピストン５５の停止状態において同じ圧力（１５気圧）となるように設定されている。
【００３４】
従って、前記ロッド５６が往復動されると、円筒部材５７が往復動されて、環状コイル５９に電力が発生される。
前記第２放熱部１７は、前記第１放熱部１４と同様に構成されていて、加熱部１３と発電機１６との間の前記伝送通路６３の気体の温度上昇を抑制し、ピストン５５及びロッド５６が異常に加熱されて前記発電機１６の熱による劣化を抑制するようになっている。
【００３５】
次に、図６に基づいて、前記熱音響発電機の動作を制御する制御システムについて説明する。
図６に示すように、蓄電器３２とリニアモータ２３の環状コイル２６とを接続するリード線７０には、電源切換回路７１が接続され、前記リニアモータ２３に対し、蓄電器３２からの給電に代えて、前記発電機１６から交流電流を切り換え供給することができるようにしている。制御装置７２には、電源の切り換え信号を出力する切り換え信号発生回路７３が設けられ、前記発電機１６により発電が開始されたことが検出されると、切り換え信号発生回路７３から前記電源切換回路７１に電源の切り換え信号が出力されるようになっている。前記制御装置７２には、前記リニアモータ２３の電機子２５及びピストン２１の往復動、つまり気体の圧力振動の周波数を調整するための周波数調整手段としての周波数調整回路７４が設けられている。前記制御装置７２には、キーボード等の入力手段を備えた操作部７５が接続されるとともに、圧力振動の周波数、発電電圧等を表示する表示部７６が設けられている。そして、前記操作部７５を操作することにより、前記蓄電器３２からの交流電流の周波数を調整して、気体の圧力振動の周波数を調整する。この実施形態では、前記電源切換回路７１及び制御装置７２の信号発生回路７３によりリニアモータ２３への電源の切り換えを行う電源切換手段が構成されている。
【００３６】
次に、前記のように構成された熱音響発電機の動作について説明する。
図２において、図３に示す自動車のエンジンの冷却装置３９の高温配管４０を通してエンジンにより加熱された高温水（廃熱）が熱媒体通路３８に供給される。この動作により、前述したように筒体１１の外周壁１１ｂから本体３６の吸熱フィン３６ｂを通してスリット３６ａ内の気体が高温に加熱される。又、図４に示すように冷却装置３９の冷却水の配管４５を通してラジエータにより冷却された水が前記冷媒通路４４内に供給されると、放熱部本体４２のスリット４２ａ内の気体の熱が奪われて、該気体の温度が低温に保持される。このため、前記蓄熱部１５内の微細通路の気体には、大きな温度勾配が生じることになる。さらに、前記第２放熱部１７の冷媒通路４４にも冷却装置３９の配管４５からの冷却水が供給され、伝送通路６３内の気体が冷却される。
【００３７】
この状態において、図６に示す前記操作部７５のスタートスイッチが操作されると、前記蓄電器３２から周波数４６Ｈｚの交流電流がリニアモータ２３の環状コイル２６に供給されて、リニアモータ２３が往復動される。この動作によりピストン２１が往復動されて、前記振動発生室３０内の気体に圧力振動が付与され、気体の圧力振動が生じる。その圧力振動が蓄熱部１５に伝達され、蓄熱部１５の熱エネルギーが気体の圧力振動に変換される。
【００３８】
すなわち、ピストン２１の作動により蓄熱部１５内の気体が蓄熱部１５の低温側から高温側に移動したとき、気体は蓄熱部１５内の微細通路の壁から熱を吸収し、さらに蓄熱部１５の高温側で熱を吸熱しながら膨張する。次に、蓄熱部１５の低温側に気体が移動しながら蓄熱部１５内の微細通路の壁に熱を排熱し、さらに、気体は蓄熱部１５の低温側で熱を捨てて収縮する。このような筒体１１内の蓄熱部１５での気体の吸熱と排熱に伴う膨張と収縮が、ピストン２１の往復動作により繰り返され、これによって、蓄熱部１５内の気体にリニアモータ２３の作動周波数と同じ周波数の増幅された圧力振動が発生し、この圧力振動によって伝送通路６３内に進行波が発生する。この増幅された進行波は伝送通路６３内においてピストン５５に伝達され、このピストン５５が前記ピストン２１の往復動の振幅よりも大きい振幅で往復動される。このピストン５５の往復運動により発電機１６が作動されて発電機１６から前記リニアモータ２３に供給された電力よりも大きい電力が出力される。
【００３９】
前記発電機１６による発電が開始されると、図６において該発電機１６から制御装置７２に発電が開始されたことを報知する信号が出力され、制御装置７２の切り換え信号発生回路７３から電源切換回路７１に切り換え信号が出力される。この動作により蓄電器３２からの給電に代えて、発電機１６からリニアモータ２３に交流電流が供給される。  
【００４０】
上記実施形態の熱音響発電機によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、直管型の筒体１１に対し、圧力振動発生装置１２、第１放熱部１４、蓄熱部１５、加熱部１３、伝送通路６３及び発電機１６を直線上に位置するように設けた。このため、圧力振動発生装置１２により気体を振動させた後、蓄熱部１５の温度勾配によって圧力振動に自励振動を発生させて圧力振動を増幅し、この増幅された圧力振動を伝送通路６３内で直進させて効率よく発電機１６に伝達することができ、発電効率を向上することができる。なお、ループ管の場合には、圧力振動の進行波が直進しないので、その流速や温度勾配が管の断面に対して均一とならなず、進行波のエネルギーが減衰され、発電効率が低下する。
【００４１】
（２）上記実施形態では、直管型の筒体１１を用いているので、熱音響発電機全体の小型化を図ることができ、製造及び組み立て作業を容易に行い、コストの低減を図ることができる。
【００４２】
（３）上記実施形態では、加熱部１３と発電機１６の間に第２放熱部１７を設けたので、加熱部１３から発電機１６へ伝導される熱エネルギを第２放熱部１７により外部に放出することができ、ピストン５５の異常な加熱を防止して発電機１６の熱による劣化を防止でき、発電機１６の耐久性を向上することができる。
【００４３】
（４）上記実施形態では、前記加熱部本体３６のスリット３６ａ、放熱部本体４２のスリット４２ａを、それぞれ中心部から半径方向に離隔した位置に放射状に形成するようにした。又、各本体３６，４２の中心部には、スリット３６ａ，４２ａを形成しないで、半径方向の外側のみにスリット３６ａ，４２ａを形成した。このため、熱交換が適正に行われるとともに、気体の圧力振動による進行波の進行がスリット３６ａ，４２ａを通して円滑に行われ、発電効率を向上することができる。
【００４４】
（５）上記実施形態では、前記リニアモータ２３の起動時には、蓄電器３２から交流電流がリニアモータ２３に供給され、前記発電機１６と前記リニアモータ２３との間には、該発電機１６により発電された電力をリニアモータ２３に切り換え供給するための電源切換回路７１及び切り換え信号発生回路７３を設けた。このため、蓄電器３２の電力の消費を少なくすることができる。
【実施例１】
【００４５】
次に、前記のように構成した熱音響発電機の実施例について説明する。
この実施例の熱音響発電機の仕様は、以下のように設定されている。図１において、前記筒体１１の内径ｄを５０ｍｍ、前記加熱部本体３６のスリット３６ａ、放熱部本体４２のスリット４２ａの筒体１１の軸方向の長さＬ２をそれぞれ２０．８ｍｍ、振動発生室３０の前記軸方向の間隔Ｌ３を２４．２ｍｍ、蓄熱部１５の軸方向の長さＬ４を５０．０ｍｍ、加熱部１３と第２放熱部１７との間の間隔Ｌ５を３５．０ｍｍ、第２放熱部１７とピストン５５の間隔Ｌ６を２９．２ｍｍ、筒体１１の内部の各室の気体（ヘリウムガス）の圧力をそれぞれ１５気圧とした。前記密閉室３１及び密閉室６４の容積を、共に６３１ｃｃとした。      
【００４６】
又、前記加熱部１３に供給する高温水の温度を６００℃とし、第１放熱部１４に供給する冷却水の温度を８５℃とした。リニアモータ２３として、ＣＦＩＣ社（米国）製の商品番号「ＩＳ１３２」を用い、発電機１６として、同社製の商品番号「ＩＳ１７５」を用いた。
【００４７】
前記蓄電器３２からリニアモータ２３に供給される交流電流の電流実効値３Ａ、電力１８５Ｗ、その周波数を４３Ｈｚとした。この条件により、発電機１６により電流実効値６Ａ、電力２４９Ｗの交流電流が発生した。
【００４８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図７に示すように、前記筒体１１に対し、前記放熱部１４、蓄熱部１５及び加熱部１３を、所定間隔をおいて直列に複数組設けてもよい。例えば二段化した場合には、一段目の蓄熱部１５側の伝送通路６３の容積に対し、二段目の蓄熱部１５側の伝送通路６３の容積が１．５倍に設定され、この二段目の伝送通路６３で行われるp Ｖ仕事の増加に適応するようにしている。
【００４９】
・前記第１放熱部１４に供給される自動車のラジエータの冷却水の排熱温度は、８５℃程度であるため、前記放熱部１４、蓄熱部１５及び加熱部１３を三段階とし、各加熱部１３にエンジンの２００℃〜２５０℃の排熱をそれぞれ供給するようにしてもよい。又、前記放熱部１４、蓄熱部１５及び加熱部１３を五又は六段階とし、各加熱部１３にそれぞれエンジンの１２０℃又は１００℃の排熱をそれぞれ供給するとともに、第１放熱部１４に１０〜３０℃の冷却媒体を供給するようにしてもよい。
【００５０】
・圧力振動発生装置１２として、リニアモータ２３に代えて電磁ソレノイドを用いてもよい。
・前記加熱部１３の熱媒体通路３８に自動車の排気ガスを供給するようにしてもよい。
【００５１】
・前記筒体１１の気体の封入圧力を２０±５気圧の範囲に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の熱音響発電機の原理を説明するための略体説明図。
【図２】熱音響発電機の具体的構成を示す縦断面図。
【図３】図１の１−１線拡大断面図。
【図４】図１の２−２線拡大断面図。
【図５】（ａ）は蓄熱部を構成するメッシュのエレメントを示す正面図、（ｂ）は、複数層のエレメントの斜視図。
【図６】熱音響発電機の制御システムを示すブロック回路図。
【図７】この発明の別の実施形態を示す略体説明図。
【図８】従来の熱音響発電機を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１１…筒体、１１ａ…シリンダ室、１２…圧力振動発生装置、１３…加熱部、１４…放熱部、１５…蓄熱部、１６…発電機、２１，５５…ピストン、２２，５６…ロッド、２３…リニアモータ、３６…加熱部本体、３６ａ，４２ａ…スリット、４２…放熱部本体、４６Ｈｚ…周波数、５３…細線、５４…エレメント、７１…電源切換回路、７２…制御装置。
【図１】
2008167580.tif 000003
【図２】
2008167580.tif 000004
【図３】
2008167580.tif 000005
【図４】
2008167580.tif 000006
【図５】
2008167580.tif 000007
【図６】
2008167580.tif 000008
【図７】
2008167580.tif 000009
【図８】
2008167580.tif 000010