(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響波によってエネルギーを伝達するための熱音響装置（１；２；３；４；５；６）であって、
音響波を生成するための音響源（１０）と、
音響ネットワーク（ＲＬＣ）を形成し、コンプライアンス空間（１４０）と熱音響コア（１５０）と流体慣性部（１６０）とを含む熱力学的セクションと、
共振器と
を備え、
前記熱力学的セクションが前記音響源に隣接して、前記共振器と前記音響源との間に配置され、
前記熱音響コアが、前記熱力学的セクションに配置され、低温端子部（ＨＸ１）、高温端子部（ＨＸ２）および再生器（１５１）を備え、前記再生器が前記高温端子部と前記低温端子部との間に配置され、
前記音響源（１０）が、圧力波を生成するための往復ピストン圧縮機（１８）を備え、
前記往復ピストン圧縮機が、
ピストン（１８）の一方の側に生成された圧力波のための第１の出口と、
前記ピストン（１８）の他方の側に生成された圧力波のための第２の出口と
を有する複動式往復ピストン駆動圧縮機として構成され、
前記熱力学的セクションが、第１の熱力学的サブセクションと第２の熱力学的サブセクションとに分割され、
前記第１の出口（１２）が前記第１の熱力学的サブセクションと流体連通し、前記第２の出口（１４）が前記第２の熱力学的サブセクションと流体連通しており、前記往復ピストン圧縮機のストローク方向が当該熱音響装置の主軸線を横断している、熱音響装置。
【請求項２】
前記第１の熱力学的サブセクションが前記熱力学的セクションの第１の部分であり、前記第１の部分が前記第１の出口に結合され、前記第２の熱力学的サブセクションが同じ前記熱力学的セクションの第２の部分であり、前記第２の部分が前記第２の出口に結合されている、請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
前記第１の熱力学的サブセクションが前記第１の出口に結合された第１の熱音響装置であり、前記第２の熱力学的サブセクションが前記第２の出口に結合された第２の熱音響装置である、請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記第１の熱力学的サブセクションが第１の熱音響コア部を備え、前記第２の熱力学的サブセクションが第２の熱音響コア部を含み、これにより前記第１の出口は前記第１の熱音響コア部と流体連通し、前記第２の出口は前記第２の熱音響コア部と流体連通している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記複動式往復ピストン駆動圧縮機が、１０〜３０Ｈｚの範囲の周波数を有する音響波を生成するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記複動式往復ピストン駆動圧縮機が、１〜１０ｂａｒの範囲の圧力振幅を有する音響波を生成するように構成されている、請求項５に記載の熱音響装置。
【請求項７】
当該熱音響装置のシステム圧力が、約２０〜約１００ａｔｍの範囲内である、請求項５または６に記載の熱音響装置。
【請求項８】
前記複動式往復ピストン駆動圧縮機が、１回のピストン往復動毎に約５０ｋＷと約１０００ｋＷとの間の音響パワー入力を有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項９】
前記低温端子部および前記高温端子部がそれぞれ前記熱力学的セクションの前記第１の部分および前記熱力学的セクションの前記第２の部分内に延び、前記再生器が、前記音響ネットワークの前記第１の部分に第１の再生器と、前記音響ネットワークの前記第２の部分に第２の再生器とを備える、請求項２に記載の熱音響装置。
【請求項１０】
前記熱音響コアが、前記熱力学的セクションの前記第１の部分における第１の熱音響コアと、前記熱力学的セクションの前記第２の部分における第２の熱音響コアとを備え、前記熱音響コアのそれぞれが、低温端子、高温端子、および再生器を備える、請求項２に記載の熱音響装置。
【請求項１１】
前記第１の熱音響コアが、前記第２の熱音響コアと直列に熱的に結合されている、請求項１０に記載の熱音響装置。
【請求項１２】
前記第１の熱音響コアが、前記第２の熱音響コアに並列に熱的に結合されている、請求項１０に記載の熱音響装置。
【請求項１３】
前記熱力学的セクションが、前記熱力学的セクションの前記第１の部分および前記熱力学的セクションの前記第２の部分を形成する長手方向仕切りを備える、請求項２または９または１０に記載の熱音響装置。
【請求項１４】
前記熱力学的サブセクションのそれぞれが対応の共振器セクションに結合され、前記熱力学的サブセクションが前記共振器セクションと前記音響源との間に配置されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項１５】
前記共振器セクションが音響共振器を備える、請求項１４に記載の熱音響装置。
【請求項１６】
前記共振器セクションが、機械的共振器としての質量−ばね装置を備える、請求項１４に記載の熱音響装置。
【請求項１７】
それぞれが対応の熱音響コアとコンプライアンス空間を有する２つの熱力学的サブセクションが配置された閉空間を備え、
前記熱力学的サブセクションがセパレータ壁によって前記閉空間内に形成されている、請求項２〜１３のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項１８】
当該熱音響装置が、加熱および／または冷却装置として構成されている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項１９】
当該熱音響装置が、駆動要素としての前記ピストンを発電機に結合することによって、発電装置の一部として構成され、電気を生成する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項２０】
当該熱音響装置が、前記熱力学的セクションを、前記音響源と前記共振器との間で互いに平行に延びる前記第１の熱力学的サブセクションと前記第２の熱力学的サブセクションに分割するセパレータ壁を備える、請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項２１】
当該熱音響装置は、対応の熱音響コアセクションとコンプライアンス空間を有する２つの熱力学的サブセクションが配置された閉空間であり、前記熱力学的サブセクションは、セパレータ壁によって前記閉空間内に形成されており、前記往復ピストン圧縮機は前記熱力学的サブセクションの第１の入口および第２の入口にそれぞれ結合され、前記往復ピストン圧縮機の前記ピストンの一方の側が前記第１の入口に圧力波を提供するように構成され、前記ピストンの他方の側が前記第２の入口に圧力波を提供するように構成され、もって、往復する前記ピストンが、所定の周波数で前記熱力学的サブセクションに圧力変動を発生させることによって共振器に置き換えられる、請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの熱音響装置を備える、熱音響システム。
【請求項２３】
前記複動式往復駆動ピストン圧縮機が、複数のピストンを備えた往復式マルチピストン圧縮機であり、前記ピストンの各々は、関連する熱音響装置の前記第１の入口および前記第２の入口に対応のシリンダの第１の出力および第２の出力を結合することによって、前記関連する熱音響装置のための音響源として作用する、請求項２２に記載の熱音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置、特に熱音響ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱音響装置は、音響エネルギーを熱エネルギーに、およびその逆に変換するのに使用される。このような熱音響装置は、例えば、米国特許第５６４７２１６号明細書から既知である。
【０００３】
熱音響装置は、熱力学的セクションが配置される共振器空洞として管またはベッセルを使用するように構成される。熱力学的セクションは、音響ネットワークを備える。ネットワークのハート（Ｈａｒｔ）は再生器と２つの熱交換器とを備える熱音響コアである。熱交換器は、再生器の外側端部に配置され、それぞれが対応の外部流体流と再生器との間で熱を交換するように構成される。音響ドライバが、再生器からある程度距離を置いてベッセル内に位置する。
【０００４】
音響ドライバによって音響波の形でヒートポンプに供給される音響パワーは、再生器の両端に温度差を生じさせ、その結果、一方の熱交換器において流体流を一端で冷却し、他方の熱交換器において流体流を他端で加熱する。このように、熱音響装置は、低温から高温に熱を移動させるための熱音響ヒートポンプ（ＴＡＨＰ）として作用する。
【０００５】
ＴＡＨＰの設計構造は、現行では、十分に高い音響出力パワーを有する適切なドライバの欠如のために、比較的低い熱出力用途に限定されている。不都合なことに、多くの工業的用途は、現行のＴＡＨＰ装置では提供できない大量のプロセス熱を必要とする。
【０００６】
米国特許第５６４７２１６号明細書から、ドライバ共振周波数に同調可能な圧縮可能なガス混合物を利用する、半波長共振器と、前記共振器の第１および第２の端部でハウジングに配置された第１および第２のドライバと、２つのプッシャコーンと、複数の熱交換器と、第１および第２のスタックとを備えた熱音響冷凍機として作用する熱音響装置が知られている。プッシャコーンはボイスコイル（スピーカ）によって駆動され、１８０度の相対位相シフトで共振器内に音響波を生成する結合された音響源として作用する。このようなＴＡＨＰの出力パワーは、ボイスコイルによって生成される音響場の強度によって制限される。スピーカの電気音響効率は制限されており、その構成は高い音圧を生成するのに十分に頑丈ではなく、スピーカを高出力（例えばＭＷ範囲）に拡大することができない。
【０００７】
特開２００８−０５１４０８号公報は、振動発生装置に順次接続された第１蓄冷器と第１高温端および第１低温端を有する第１パルス管と第１流路調節手段と第１バッファタンクとを含む第１冷凍部と、振動発生装置の高圧通路および低圧通路に順次接続された第１蓄冷器と第２蓄冷器と第２高温端および第２低温端を有する第２パルス管と第２流路調節手段と第２バッファタンクとを含む第２冷凍部と、第１蓄冷器と振動発生装置とを結ぶ第１通路と、第１流路調節手段と第１パルス管とを結ぶ第２通路と、第２流路調節手段と第２パルス管とを結ぶ第３通路とを備えたパルス管冷凍機であって、パルス管冷凍機は、各通路を通路と結ぶバイパス通路と、バイパス通路に設けられたシリンダと、シリンダの軸長方向に往復動可能に設けられたディスプレーサと、をさらに備えるパルス管冷凍機を開示している。
【０００８】
ドイツ特許第４２２０８４０号明細書は、作動流体を圧縮するための圧縮機空間と、圧縮機空間に結合され、熱を放射するように配置された放熱器と、放熱器に結合された再生器とを備えるパルス管冷凍機システムを開示している。
【０００９】
欧州特許第２７８１８５６号明細書は、２つの機能的な熱駆動進行波熱音響冷凍システムに関し、少なくとも３つの基本ユニットを備えた熱作動式複動進行波熱音響冷凍システムを開示しており、各基本ユニットは、熱音響エンジンと、熱音響冷凍機と、共振装置とを備え、熱音響エンジンおよび熱音響冷凍機は、主熱交換器と、熱再生器と、非正常温度熱交換器と、熱緩衝管と、補助熱交換器とを順に備え、共振装置は密封ハウジングを備え、この密閉ハウジング内には、往復運動する可動部品が設けられ、可動部品は、ハウジングを少なくとも２つのチャンバに分離し、各熱音響エンジンおよび熱音響冷凍機の主熱交換器および補助熱交換器は、それぞれ異なるハウジングのチャンバに接続し、ガス媒体流の二重ループ構造を形成する。熱音響エンジンの非正常温度の熱交換器を加熱して音響パワーを生成する際に、熱音響エンジンと熱音響冷凍機の内部で熱音響エネルギー変換が誘起される。本発明の目的は、従来技術の１つまたは複数の欠点を克服することである。
【発明の概要】
【００１０】
音響波によってエネルギーを伝達するための熱音響装置が、音響波を生成するための音響源と、音響ネットワークを形成し、コンプライアンス空間と熱音響コアと流体慣性部とを含む熱力学的セクションと、を備え、熱力学的セクションは音響源に隣接して位置し、熱音響コアは熱力学的セクションに位置し、低温端子部、高温端子部および再生器を備え、再生器は高温端子部と低温端子部との間に配置され、音響源は、圧力波を生成するための往復ピストン圧縮機を備え、圧縮機は、ピストンの一方の側に生成された圧力波のための第１の出口と、ピストンの他方の側に生成された圧力波のための第２の出口と、を有する機械式の複動式往復ピストン圧縮機として構成され、熱力学的セクションは、第１の熱力学的サブセクションと第２の熱力学的サブセクションとに分割され、第１の出口は第１の熱力学的サブセクションと流体連通し、第２の出口は第２の熱力学的サブセクションと流体連通している熱音響装置によって、本目的が達成される。
【００１１】
このような機械式圧縮機を使用することによって、本発明により、音響ドライバが、スピーカまたはリニアモータによって生成され得るよりも高い、ヒートポンプの高パワー出力に寄与する比較的高い出力パワーレベルの音響波を生成することができる。このようにして、熱音響ヒートポンプを、最新のものより大きな出力スケールで開発することができる。さらに、２つの熱音響コアに電力を供給するように構成された複動の機械式圧縮機の使用は、ＴＡＨＰの熱出力を改善する。
【００１２】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、第１の熱力学的サブセクションが熱力学的セクションの第１の部分であり、第１の部分は第１の出口に結合され、第２の熱力学的サブセクションが同じ熱力学的セクションの第２の部分であり、第２の部分は第２の出口に結合されている。
【００１３】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、第１の熱力学的サブセクションが第１の出口に結合された第１の熱音響装置であり、第２の熱力学的サブセクションが第２の出口に結合された第２の熱音響装置である。
【００１４】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、第１の熱力学的サブセクションが第１の熱音響コア部を備え、第２の熱力学的サブセクションが第２の熱音響コア部を含み、これにより第１の出口は第１の熱音響コア部と流体連通し、第２の出口は第２の熱音響コア部と流体連通している。
【００１５】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、複動式往復ピストン圧縮機が、１０〜３０Ｈｚの範囲の周波数を有する音響波を生成するように構成される。
【００１６】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、複動式往復ピストン圧縮機が、１■１０ｂａｒの範囲の圧力振幅を有する音響波を生成するように構成される。
【００１７】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置のシステム圧力が約２０〜約１００ａｔｍの範囲内である。
【００１８】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、複動式往復ピストン駆動圧縮機が、１回のピストン往復動毎に約５０ｋＷと約１０００ｋＷとの間の音響パワー入力を有する。
【００１９】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、低温端子部および高温端子部がそれぞれ熱力学的セクションの第１の部分および熱力学的セクションの第２の部分内に延び、再生器が、音響ネットワークの第１の部分に第１の再生器と、音響ネットワークの第２の部分に第２の再生器とを備える。
【００２０】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を、熱音響コアが、熱力学的セクションの第１の部分に第１の熱音響コアと、熱力学的セクションの第２の部分に第２の熱音響コアとを備え、第１の熱音響コアおよび第２の熱音響コアのそれぞれは、低温端子、高温端子、および再生器を備える。
【００２１】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、第１の熱音響コアが、第２の熱音響コアと直列に熱的に結合されている。
【００２２】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、第１の熱音響コアが、第２の熱音響コアに並列に熱的に結合されている。
【００２３】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、熱力学的セクションが第１の部分および第２の部分を形成する長手方向仕切りを備える。
【００２４】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、各部分が、前記部分に熱音響コアの部分に隣接するバイパスチャネルを備える。
【００２５】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、各熱力学的サブセクションがそれぞれの共振器セクションに結合され、熱力学的サブセクションは共振器セクションと音響源との間に位置する。
【００２６】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、共振器セクションが音響共振器を備える。
【００２７】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、共振器セクションが機械的共振器としての質量−ばね装置（ｍａｓｓ−ｓｐｒｉｎｇ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を備える。
【００２８】
一態様によれば、本発明は、共振器セクションを備える上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、共振器セクションは閉空洞であり、閉空洞は、音響源に対しては熱力学的セクションの後方にあり、熱力学的セクションについては音響源とコンプライアンス空間との中間にある。
【００２９】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、熱力学的セクションが閉空洞内に配置され、閉空洞は、音響源に対しては熱力学的セクションの後方にあり、熱力学的セクションについては音響源とコンプライアンス空間との中間にある。
【００３０】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、その熱音響装置においては、それぞれが対応の熱音響コアセクションとコンプライアンス空間を有する２つの熱力学的サブセクションが配置された閉空間を備え、熱力学的サブセクションは、セパレータ壁によって閉空間内に形成される。
【００３１】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供するものであり、この装置は加熱および／または冷却装置として構成される。
【００３２】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響装置を提供し、この装置は、駆動要素としてのピストンを発電機に結合することによって、発電装置の一部として構成され、電気を生成する。
【００３３】
一態様によれば、本発明は、上記のような少なくとも１つの熱音響装置を備えた熱音響システムを提供する。
【００３４】
一態様によれば、本発明は、上記のような熱音響システムを提供するものであり、そのシステムにおいては、機械式の複動式往復ピストン駆動圧縮機が、複数の複動ピストンを備えた往復式マルチピストン圧縮機であり、各ピストンは、関連する熱音響装置の第１および第２の入口にそれぞれのピストンの第１および第２の出力を結合することによって、関連する熱音響装置のための音響源として作用する。
【００３５】
好適な実施形態は、従属請求項によってさらに規定される。
【００３６】
本発明の実施形態を示す図面を参照して、以下に、本発明をより詳細に説明する。図面は、本発明の保護の範囲を限定するものではなく、説明のためのものである。本発明は、添付の特許請求の範囲の主題によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図４】本発明による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図５】本発明による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図６】本発明による熱音響装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明による複数の熱音響装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
各図面において、同じ参照符号を有する構成要素は、対応する構成要素を参照する。そのような構成要素は、特に記載されない限り、実質的に同一であるか、または同等であることを理解されたい。
【００３９】
図１は、従来技術による熱音響装置１００を概略的に示している。
【００４０】
熱音響装置１００は、共振器セクション１１０と、熱力学的セクション１２０と、音響源１３０とを備える。熱力学的セクション１２０は、典型的には、共振器セクション１１０および音響源１３０の中間に配置される。当業者であれば、共振器セクション１１０の入口のみが図１に示されていることを理解されよう。
【００４１】
従来技術によれば、音響源１３０は、典型的には、スピーカまたはリニアモータを備える。
【００４２】
熱力学的セクション１２０は、コンプライアンス空間１４０（コンプライアンスＣ）、熱音響コア（流体抵抗Ｒ）１５０、および流体慣性部１６０（イナータンスＬ）を備える。コンプライアンス空間１４０、熱音響コア１５０、および流体慣性部１６０は、使用中にスターリングサイクルで動作するのに必要な音響波の進行波整相を生成するように構成された音響回路（ＲＬＣ）を形成している。
【００４３】
熱音響コアは、２つの熱交換器ＨＸ１、ＨＸ２の間に配置された再生器１５１を備える。再生器１５１は、（上述したような）熱音響ヒートポンプ効果が生じる熱音響装置１００内の位置にある。
【００４４】
２つの熱交換器ＨＸ１、ＨＸ２（低温および高温）は、それぞれ外部熱源およびヒートシンク（いずれも図示せず）との熱交換に必要である。任意で、熱力学的セクション１２０は、第１の熱緩衝領域ＴＢＺを備える。第１の熱緩衝領域ＴＢＺは、熱音響コア１５０と共振器セクション１１０との間に位置する。第１の熱緩衝領域ＴＢＺ内のガス柱は、共振器に面する熱交換器ＨＸ１のための断熱を提供する。第２の熱緩衝領域を、他の熱交換器ＨＸ２とコンプライアンス空間１４０との間に配置することができることに留意されたい。
【００４５】
さらに、第１および第２の熱緩衝領域ＴＢＺは、その遠位端に、第１および第２の熱緩衝領域ＴＢＺに漏出する熱を遮断するための周囲熱交換器ＡＨＸを任意に備える。
【００４６】
図２は、本発明の一実施形態による熱音響装置１を示している。熱音響装置１は、音響源１０と共振器セクション１１０の入口との間で互いに平行に延びる、第１の熱力学的セクション部分すなわちサブセクション１２０Ａと第２の熱力学的セクション部分すなわちサブセクション１２０Ｂのセパレータ壁１６によって分割される熱力学的セクションを備える。
【００４７】
第１の熱力学的サブセクション１２０Ａは、２つの熱交換器間に配置された再生器を有する熱音響コア部分１５０Ａを備える。同様に、第２の熱力学的サブセクション１２０Ｂは、２つの熱交換器の間に配置された再生器を有する第２の熱音響コア部分１５０Ｂを備える。この実施形態では、各熱交換器（ＨＸ１および／またはＨＸ２）を、第１および第２の熱力学的サブセクションの両方にまたがって延びる１つの熱交換器として、またはそれぞれの熱力学的サブセクション内の個々の熱交換器として配置することができる。個々の熱交換器が第１および第２の熱力学的サブセクションのそれぞれにある場合、これらの熱交換器を直列に接続するか、または並列に接続することができる。
【００４８】
音響源１０は、第１の入口１２を介して第１の熱力学的サブセクション１２０Ａに結合され、第２の入口１４を介して第２の熱力学的サブセクション１２０Ｂに結合される。
【００４９】
本発明によれば、音響源１０は、音響波として圧力波を生成するためのピストン１８を有する往復ピストン圧縮機を備える。
【００５０】
音響源１０は、ピストンの一方の側（すなわち、第１のストローク方向）によって生成された圧力波のための第１の出口と、ピストンの他方の側（すなわち、第２の対向するストローク方向）によって生成された圧力波のための第２の出口と、を有する機械式の複動式往復ピストン駆動圧縮機として配置される。
【００５１】
ストローク方向は、熱音響装置１の主軸線に対して実質的に横断しており、主軸線は、（各熱力学的セクションについて）音響源から熱音響コアを介して共振器セクションまで延びている。
【００５２】
第１の出口は第１の入口１２と流体連通し、第２の出口は熱音響装置１の第２の入口１４と流体連通している。
【００５３】
機械式ピストンガス圧縮機の使用は高強度の音響波を生成することを可能にし、これにより、ヒートポンプが大きな熱流を扱うことが可能になる。圧縮機は、大きなガス掃引空間を扱うことができ、大きな電力規模で商業的に利用可能である。
【００５４】
さらに、複動モードで圧縮機を使用することによって、圧縮機の出力パワーは、同様の内径およびストロークを有する単動式の圧縮機に比べて倍増する。両方のストローク方向の圧力波を利用するために、第１の熱力学的サブセクション１２０Ａは、圧縮機の一方の出口に結合され、１つのストローク方向の対応するピストン面によって生成された圧力波によって駆動される。第２の熱力学的サブセクション１２０Ｂは、圧縮機の他方の出口に結合され、したがって、対向するストローク方向の第２のピストン面によって生成された圧力波によって駆動される。
【００５５】
図３は、２つの分離された熱力学的サブセクションを有する図２に示す構成と音響的に類似している。２つの熱力学的サブセクションは中間の熱交換器ＨＸ３によって直列に熱的に結合されるが、図２に示す実施形態では２つの熱力学的部分の平行な熱的結合が使用されている。
【００５６】
図４は、本発明の一実施形態による熱音響装置構成３を概略的に示している。
【００５７】
この実施形態では、熱音響装置構成は、第１および第２の熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２を備える。
【００５８】
機械式の複動式往復ピストン駆動圧縮機の音響源１０は、それぞれ第１の入口１２および第２の入口１４によって第１および第２の熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２の両方に結合されている。
【００５９】
各熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２は、図１を参照して説明したそれぞれの熱力学的サブセクション２５０、３５０および共振器２１０、３１０を備える。共振器セクションの入口のみが示されており、共振器セクションは破線の輪郭によって概略的に示されていることに留意されたい。
【００６０】
さらなる実施形態では、２つの熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２の共振器２１０、３１０を結合して、閉じた共振器ループを形成することができる。
【００６１】
図５は、本発明による熱音響装置４を概略的に示している。
【００６２】
この実施形態では、熱音響装置４は、それぞれの熱音響コアセクション１５０Ａ、１５０Ｂおよびコンプライアンス空間１４０Ａ、１４０Ｂを有する２つの熱力学的サブセクション２５０および３５０が配置された閉空間３０を備える。熱力学的サブセクションは、セパレータ壁１６によって形成されている。圧縮機１０のシリンダは、熱力学的サブセクション２５０および３５０の第１の入口１２および第２の入口１４にそれぞれ結合され、これによりピストン１８の一方の側が第１の入口１２に圧力波を提供するように構成され、ピストン１８の他方の側が第２の入口１４に圧力波を提供するように構成される。
【００６３】
圧縮機は、所定の周波数で周期的にガスを圧縮して膨張させることによって、熱力学的サブセクション２５０および３５０の圧力変動を発生させる。換言すれば、圧縮機の往復ピストンは機械的共振器として機能し、すなわち共振器に置き換えられる。
【００６４】
図６は、図５を参照して説明した実施形態と同様の本発明による熱音響装置７を概略的に示している。
【００６５】
熱音響装置は、主軸線と平行に、すなわちピストンの一方の側が熱音響コアの方向にある状態で、熱音響コアの方へ／熱音響コアから往復運動するように構成された往復ピストンを備える。
【００６６】
図７は、本発明による複数の熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４の構成６を示している。
【００６７】
本実施形態によれば、機械式の複動式往復ピストン駆動圧縮機２０は、マルチピストン往復圧縮機である。ピストン２１、２２、２３、２４の各々は、上記の実施形態のいずれかに従って構築することができる１つの熱音響装置ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４の音響源として使用される。
【００６８】
このようにして、複数のヒートポンプシステムが、シリンダの数に比例して高い熱出力パワーで生成される。
【００６９】
これは、大量のプロセス熱が必要であり、圧縮機が一般にマルチスローシステムである場合に、工業的用途に有利である。マルチヒートポンプシステムに電力を供給して高温で高い熱出力を生成するために、大型のマルチスロー圧縮機を使用することができる。大型のマルチスロー圧縮機は、各ヒートポンプに別々の小型圧縮機を使用するよりも安価である。さらに、１つまたは複数の圧縮機のための制御機器は、１つの大型のマルチスロー圧縮機のみが使用される場合には、１つしか必要とされないので、より安価となり得る。マルチスローシステムを使用することの別の利点は、システムによって生成される振動および騒音を最小限に抑える機械的にバランスのとれたシステムを有することである。
【００７０】
上記において共振器は音響共振器（λ、λ／２、λ／４など）であってもよいが、質量−ばね振動子からなる機械的共振器であってもよいことを理解されたい。
【００７１】
機械式の複動式往復ピストン駆動圧縮機を、電気モータ、内燃機関、またはタービンなどの任意のタイプの駆動装置によって駆動することができる。
【００７２】
さらに、熱音響装置は、駆動要素としてのピストンを発電機に結合することによって、発電機として使用され、電気を生成することができる。この実施形態では、ヒートポンプは、ピストンを駆動するために熱から音響パワーを生成する熱音響エンジンによって置き換えられる。ピストンは次に発電機を駆動する。
【００７３】
本発明の特定の実施形態を説明したが、実施形態は本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。本発明は、任意の代替形態、変更形態または等価物を実現することができる。本発明は、添付の特許請求の範囲内に入る限りにおいて、そのような変更形態および代替形態のすべてを含むと解釈されることが意図されている。
【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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