(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を設ける熱音響機関を、少なくとも１つ以上有する熱音響設備であって、
前記冷却器は、外部から供給される低温冷媒と前記音響筒の内部の前記作動媒体とを熱交換可能に構成されており、
前記音響筒で前記原動機と前記電力発生機とが備えられた部分以外で音波が共鳴する共鳴部において、外部から供給される低温冷媒を当該共鳴部の近傍に通流させて前記作動媒体と熱交換する形態で、当該共鳴部の内部の作動媒体を冷却する作動媒体冷却機構を備え、
一の熱音響機関に関し、外部から供給される低温冷媒を、前記冷却器にて前記作動媒体と熱交換させた後に、前記作動媒体冷却機構にて前記作動媒体と熱交換させる低温冷媒通流路が設けられている熱音響設備。
【請求項２】
前記作動媒体冷却機構は、内部に低温冷媒を通流すると共に前記共鳴部として働く前記音響筒の外周面に、外面が密接して設けられる低温冷媒通流体から構成されている請求項１に記載の熱音響設備。
【請求項３】
前記低温冷媒通流体は、前記共鳴部として働く前記音響筒の回りを気密に外囲する外囲筒から構成されており、前記共鳴部として働く前記音響筒との間に低温冷媒を通流する形態で前記作動媒体を冷却する請求項２に記載の熱音響設備。
【請求項４】
前記音響筒の筒軸心方向において、前記加熱器が設けられている部位の端部と、前記作動媒体冷却機構としての前記低温冷媒通流体の端部とは、当該低温冷媒通流体による冷却効果が前記加熱器へ及ぶことを抑制する冷却抑制距離だけ離間して設けられている請求項２又は３に記載の熱音響設備。
【請求項５】
前記共鳴部として働く前記音響筒の内部には、前記音響筒の筒軸心方向において、前記加熱器が設けられている部位の端部と、前記作動媒体冷却機構としての前記低温冷媒通流体の端部との間で、前記再生器が設けられていない領域に、前記作動媒体の流動を抑制する流動抑制機構が設けられている請求項２〜４の何れか一項に記載の熱音響設備。
【請求項６】
前記音響筒の外径部位には、前記音響筒の筒軸心方向において、前記再生器が設けられている部分の筒外周部位に沿い、且つ前記音響筒の筒径よりも大径の外形を有する円環状の断熱部材が設けられている請求項１〜５の何れか一項に記載の熱音響設備。
【請求項７】
前記熱音響機関が複数設けられ、
前記低温冷媒通流路は、前記熱音響機関のすべての前記冷却器に低温冷媒を導いて前記作動媒体と熱交換させた後に、前記作動媒体冷却機構に低温冷媒を導いて前記作動媒体と熱交換させるように配設されている請求項１〜６の何れか一項に記載の熱音響設備。
【請求項８】
一の前記熱音響機関に複数の前記原動機が設けられ、
前記低温冷媒通流路は、上流にて低温冷媒を通流する低温冷媒通流本管と、当該低温冷媒通流本管から分岐する複数の低温冷媒分岐支管とから構成され、
前記低温冷媒分岐支管の夫々は、前記原動機の前記冷却器の夫々に１対１で対応して配設されている請求項１〜７の何れか一項に記載の熱音響設備。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の熱音響設備を備えた気化器であって、
低温冷媒を加熱する加熱用熱交換器と、当該加熱用熱交換器にて加熱された低温冷媒を直接膨張する直膨タービンと、当該直膨タービンにて回転駆動される発電機とを備える直膨流路とを備え、
前記低温冷媒通流路は、前記低温冷媒を、前記原動機の前記冷却器と前記作動媒体冷却機構とを通過した後に、前記直膨流路へ導くように配設されている気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有すると共に、前記音波の振動から電力を発生させる電力発生機を有する熱音響機関を、少なくとも１つ以上有する熱音響設備、及びそれを備えた気化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる温度の熱媒が保有する熱エネルギを音波の振動エネルギに変換するものとして、熱音響機関が知られている（特許文献１を参照）。
このような熱音響機関は、例えばヘリウム等の作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒と、当該作動媒体を外部から加熱する加熱器と作動媒体を外部から冷却する冷却器と加熱器と冷却器との間で音波の振動エネルギを増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有する。
【０００３】
このように、音響筒の内部にて増幅された音波の振動エネルギは、例えば、特許文献２に示すように、音波を受ける受波部材（振動部材）と、受波部材に固定された磁石と、磁石の周囲に配置されたインダクタンスコイル等から成る発電機により、電気エネルギに変換される形態で、取り出される。
【０００４】
熱音響機関において、再生器は、例えば、特許文献３に示すように、音響筒の筒軸心方向に沿って音響筒の内部空間を埋める筒状体から成り、当該筒状体には、音響筒の筒軸心方向に沿う貫通軸を有する複数の貫通孔が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０９６３８７号公報
【特許文献２】特開２００５−１８０３９６号公報
【特許文献３】特許第５６１６２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３に開示の熱音響機関では、全体を小型化することが一つの課題となっており、小型化を図ることにより単位体積あたりのエネルギ変換効率を高めることができる。ここで、当該熱音響機関の体積は、音響筒の長さに大きく依存し、上記特許文献３に示されるように、音響筒の長さを決定する一つのパラメータは、音響筒の内部を伝播する音波の波長であるが、当該音波の波長は、再生器の貫通孔の開孔径に依存する。
【０００７】
一方で、当該貫通孔の開孔径は、熱音響機関の音波の振動エネルギの増幅率の一つのパラメータとなっており、当該開孔径は、音波の振動エネルギの増幅率を大きくするように決定される。従って、貫通孔の開孔径は、音波の波長を小さくして、音響筒の長さを短くするためだけに決定することはできなかった。
以上のような状況であるため、現状の熱音響機関は、全体の小型化を図りつつ単位体積あたりのエネルギ変換効率を高める観点からは、改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、全体の小型化を図り、単位体積当たりのエネルギ変換効率を高めることができる熱音響設備、及びそれを備えた気化器を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための熱音響設備は、作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波を増幅する再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、音波の振動から電力を発生させる電力発生機を設ける熱音響機関を、少なくとも１つ以上有する熱音響設備であって、その特徴構成は、
前記冷却器は、外部から供給される低温冷媒と前記音響筒の内部の前記作動媒体とを熱交換可能に構成されており、
前記音響筒で前記原動機と前記電力発生機とが備えられた部分以外で音波が共鳴する共鳴部において、外部から供給される低温冷媒を当該共鳴部の近傍に通流させて前記作動媒体と熱交換する形態で、当該共鳴部の内部の作動媒体を冷却する作動媒体冷却機構を備え、
一の熱音響機関に関し、外部から供給される低温冷媒を、前記冷却器にて前記作動媒体と熱交換させた後に、前記作動媒体冷却機構にて前記作動媒体と熱交換させる低温冷媒通流路が設けられている点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、熱音響機関の冷却器に導かれる冷熱源としての冷媒として低温の冷媒を用いているから、例えば、加熱器へコジェネレーションシステム等からの排熱を保有する熱媒を供給することで、冷却器での低温側温度と加熱器での高温側温度との温度差を十分に大きくして、再生器にて音波の振動エネルギを良好に増幅できる。
更に、上記特徴構成にあっては、共鳴部の内部の作動媒体を冷却する作動媒体冷却機構を備えると共に、当該作動媒体冷却機構に原動機の冷却器を通過した後の低温冷媒を供給する低温冷媒通流路を備えているから、音波の振動エネルギの増幅に用いられた残りの低温冷媒の冷熱を用いて、共鳴部の作動媒体を冷却することで、下記の〔式１〕の関係式に従う形態で、当該作動媒体を伝播する音波の波長を短くできる。
【００１１】
0006381470.tif 000002
【００１２】
熱音響機関においては、作動媒体の物性、圧力、再生器の流路径によって決定される熱緩和時間τと角振動数ωの積ωτが０．１〜３．０程度になるときに、再生器で音波が増幅される。上記の条件を満たす振動数において、音響筒が共鳴を生じる長さである時に、熱音響機関は発振する。発振可能な周波数は上記の条件で制限されるため、音響筒を小型化する場合、波長を短くする必要がある。
そこで、本発明にあっては、音響筒の共鳴部の作動媒体を冷却することで、上記〔式１〕に従って音速Ｃを小さくし、音波の波長を短くすることで、筒長さを短くしているのである。
結果、音響筒の長さを短くして、全体としての小型化を図りつつ、単位体積あたりのエネルギ変換効率を高めることができる熱音響設備を提供できる。
【００１３】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記作動媒体冷却機構は、内部に低温冷媒を通流すると共に前記共鳴部として働く前記音響筒の外周面に、外面が密接して設けられる低温冷媒通流体から構成されている点にある。
【００１４】
例えば、低温冷媒としてＬＮＧを用いる場合、初期供給温度が−１６０℃程度となり、当該ＬＮＧが、空気中に配設される配管等の内部を通流する場合、その配管の外面には着霜が発生する場合がある。
上記特徴構成によれば、内部に低温冷媒を通流する低温冷媒通流体は、その外面が共鳴部として働く音響筒の外周面に密接する形態で設けられるから、当該低温冷媒通流体と音響筒の間に着霜が発生することを防止でき、低温冷媒通流体を通流する低温冷媒と音響筒内の作動媒体との熱交換を良好に行わせることができる。結果、作動媒体を適切に冷却し当該作動媒体を伝播する音波の波長を短くして、音響筒を短く構成することができる。
【００１５】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記低温冷媒通流体は、前記共鳴部として働く前記音響筒の回りを気密に外囲する外囲筒から構成されており、前記共鳴部として働く前記音響筒との間に低温冷媒を通流する形態で前記作動媒体を冷却する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、低温冷媒を共鳴部として働く音響筒の外周面に直接接触させる形態で、作動媒体を冷却できるから、作動媒体の冷却効率を高めることができる。
結果、より効率良く、作動媒体を冷却して作動媒体を伝播する音波の波長を短くして、音響筒を短くできる。
【００１７】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記音響筒の筒軸心方向において、前記加熱器が設けられている部位の端部と、前記作動媒体冷却機構としての前記低温冷媒通流体の端部とは、当該低温冷媒通流体による冷却効果が前記加熱器へ及ぶことを抑制する冷却抑制距離だけ離間して設けられている点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、音響筒の筒軸心方向に於いて、加熱器が設けられている部位と、作動媒体冷却機構としての低温冷媒通流体の端部とは、低温冷媒通流体による冷却効果が加熱器へ及ぶことを抑制する冷却抑制距離だけ離間して設けられているから、例えば、低温冷媒の冷熱により加熱器での作動媒体の加熱の効果が低下することを抑制できる。これにより、共鳴部として働く音響筒を低温冷媒で冷却する構成を採用する場合であっても、原動機での音波の振動エネルギの増幅効果が低減することを防止できる。
【００１９】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記共鳴部として働く前記音響筒の内部には、前記音響筒の筒軸心方向において、前記加熱器が設けられている部位の端部と、前記作動媒体冷却機構としての前記低温冷媒通流体の端部との間で、前記再生器が設けられていない領域に、前記作動媒体の流動を抑制する流動抑制機構が設けられている点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、作動媒体の流動を抑制する流動抑制機構を、筒軸心方向において、加熱器が設けられている部位の端部と、作動媒体冷却機構としての低温冷媒通流体の端部との間で、前記再生器が設けられていない領域に設けているから、低温冷媒通流体にて冷却された作動媒体が、加熱器が設けられている部位へ移動することを抑制し、加熱器による加熱の効果が低減することを防止できる。
結果、熱源機での音波の振動エネルギの増幅効果が低減することを防止できる。
【００２１】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記音響筒の外径部位には、前記音響筒の筒軸心方向において、前記再生器が設けられている部分の筒外周部位に沿い、且つ前記音響筒の筒径よりも大径の外形を有する円環状の断熱部材が設けられている点にある。
【００２２】
これまで説明してきた熱音響設備の冷却器には、冷媒として低温冷媒を導く構成を採用しているが、低温冷媒としてＬＮＧ（初期導入温度がー６０℃程度）を用いる場合、当該構成にあっては、冷却器の周囲において外気に含まれる水蒸気が冷却され凝固して着霜する場合がある。
このように形成された霜は、冷却器の周囲にあっては、低温冷媒の冷熱が大気へ放熱することを防止する効果を発揮するため、好ましいが、加熱器の周囲にまで広がって形成されると、加熱器の温熱を奪う虞がある。
そこで、上記特徴構成にあっては、音響筒の再生器が設けられている部分の筒外周部位に沿い且つ音響筒の筒径よりも大径の外形を有する円環状の断熱部材を設けることで、冷却器の周囲に形成される霜が、加熱器の側まで広がることを防止し、加熱器の回りに霜が形成され加熱器の温熱が当該霜により奪われることを良好に防止できる。
【００２３】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
前記熱音響機関が複数設けられ、
前記低温冷媒通流路は、前記熱音響機関のすべての前記冷却器に低温冷媒を導いて前記作動媒体と熱交換させた後に、前記作動媒体冷却機構に低温冷媒を導いて前記作動媒体と熱交換させるように配設されている点にある。
【００２４】
上記特徴構成によれば、低温冷媒通流路は、熱音響機関のすべての冷却器に低温冷媒を導いた後に、作動媒体冷却機構に低温冷媒を導くように配設されているから、まずもって、低温冷媒が保有する冷熱のうち、熱音響機関で有用な低温の低温冷媒を用いることで、冷却器での低温の作動媒体と加熱器での高温の作動媒体との温度差を十分に大きくして、熱エネルギを、音波の振動エネルギとして、効率良く取り出すことができる。
さらに、低温冷媒の保有する冷熱のうち、比較的高温の冷熱で、熱音響機関としては有用性が低い比較的高温の低温冷媒にて、作動媒体冷却機構により共鳴部として働く音響筒内に位置する作動媒体を冷却するから、熱音響機関としては有用性が低い比較的高温の低温冷媒の冷熱を有効利用して、熱音響機関の小型化を図り、省スペース化を図ることができる。
【００２５】
熱音響設備の更なる特徴構成は、
一の前記熱音響機関に複数の前記原動機が設けられ、
前記低温冷媒通流路は、上流にて低温冷媒を通流する低温冷媒通流本管と、当該低温冷媒通流本管から分岐する複数の低温冷媒分岐支管とから構成され、
前記低温冷媒分岐支管の夫々は、前記原動機の前記冷却器の夫々に１対１で対応して配設されている点にある。
【００２６】
上記特徴構成によれば、一の熱音響機関に複数設けられる原動機の冷却器の夫々に対し、低温冷媒分岐支管を１対１対応で配設するから、複数の冷却器の夫々に、略等しい温度で低温の低温冷媒を導くことができる。これにより、例えば、複数の加熱器の側にも略等しい温度の熱媒を導く構成を採用すれば、複数の原動機で略等しい温度差で、音波の振動エネルギを効率良く増幅できる。
【００２７】
これまで説明してきた熱音響設備を備えた気化器の特徴構成は、
低温冷媒を加熱する加熱用熱交換器と、当該加熱用熱交換器にて加熱された低温冷媒を直接膨張する直膨タービンと、当該直膨タービンにて回転駆動される発電機とを備える直膨流路とを備え、
前記低温冷媒通流路は、前記低温冷媒を、前記原動機の前記冷却器と前記作動媒体冷却機構とを通過した後に、前記直膨流路へ導くように配設されている点にある。
【００２８】
熱音響設備に導かれた低温冷媒は、熱音響機関の作動媒体との熱交換だけでは十分に気化しきれない場合が考えられる。
上記特徴構成によれば、熱音響機関に導かれた後の低温冷媒が保有する残りの冷熱エネルギにて、直膨タービンを回転させ、当該直膨タービンにより発電機を回転駆動して電力を得るから、低温冷媒の保有する冷熱エネルギのうち、比較的高温のエネルギまでをも良好に回収できると共に、ＬＮＧを良好に気化できる気化器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係る熱音響設備の概略構成図
【図２】別実施形態に係る熱音響設備の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施形態に係る熱音響設備１００は、全体の小型化を図ることができると共に、単位体積当たりのエネルギ変換効率を高めることができるものに関する。
当該熱音響設備１００は、図１に示すように、作動媒体が充填され音波が伝播するループ管から成る円筒状の音響筒Ｃと、作動媒体を外部から加熱する加熱器１１ａ、１１ｂと、作動媒体を外部から冷却する冷却器１２ａ、１２ｂと、当該冷却器１２ａ、１２ｂと加熱器１１ａ、１１ｂとの間で音波を増幅する再生器１３ａ、１３ｂとから成る原動機１０ａ、１０ｂを少なくとも１つ以上（当該実施形態では、２つ）有すると共に、音波の振動から電力を発生する電力発生機４０を有する。
【００３１】
音響筒Ｃは、図１に示すように、一対の直管状部位を有しており、一対の原動機１０ａ、１０ｂの夫々は、一対の直管状部位の夫々に対し１つづつ設けられている。また、当該実施形態においては、一対の原動機１０ａ、１０ｂは、音響筒Ｃの筒軸心方向において、両者の距離が最も遠くなる位置に配設されている。
【００３２】
詳細な図示は省略するが、加熱器１１ａ、１１ｂは、外部から導かれ温熱を有する第２熱媒ＨＷ（例えば、エンジン冷却水）を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｃの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。加熱器１１ａ、１１ｂは、フィンがジャケット部を通流する第２熱媒ＨＷにて加熱され、当該フィンから音響筒Ｃの内部の作動流体へ温熱を伝導する形態で、作動流体を加熱する。
【００３３】
同様に、冷却器１２ａ、１２ｂは、外部から導かれる冷熱を有する第１熱媒ＣＷ（低温冷媒の一例：当該実施形態では、ＬＮＧ）を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｃの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。冷却器１２ａ、１２ｂは、フィンがジャケット部を通流する第１熱媒ＣＷにて冷却され、当該フィンから音響筒Ｃの内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体が冷却される。
【００３４】
加熱器１１ａ、１１ｂと冷却器１２ａ、１２ｂとの間に設けられる再生器１３ａ、１３ｂは、例えば、音響筒Ｃの筒軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該筒軸心方向に沿って複数並べられる薄板状部材（図示せず）から構成されている。
当該薄板状部材は、例えば、厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下で、３００枚〜６００枚程度設けられる。当該薄板状部材には、筒軸心方向に沿う方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）が、その直径が２００μｍ〜３００μｍ程度で、設けられる。
【００３５】
作動流体は、音響筒Ｃの内部において、その筒軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体は、加熱器１１ａ、１１ｂと冷却器１２ａ、１２ｂとの両者間において、一方側から他方側への進行波と、他方側から一方側への進行波とを形成する形態で、揺らいでいる。
作動流体は、冷却器１２ａ、１２ｂから加熱器１１ａ、１１ｂの側への進行波を形成する場合、加熱器１１ａ、１１ｂ近傍での再生器１３ａ、１３ｂとしての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して加熱されると共に、加熱器１１ａ、１１ｂのフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体は、加熱器１１ａ、１１ｂから冷却器１２ａ、１２ｂの側への進行波を形成する場合、冷却器１２ａ、１２ｂの近傍での再生器１３ａ、１３ｂとしての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して冷却されると共に、冷却器１２ａ、１２ｂのフィンにて直接冷却されることで、収縮する。
これにより、進行波としての音波が自己励起振動を起こし、その振動エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の振動エネルギに変換される。
【００３６】
作動媒体としては、酸素や窒素等からなる空気から構成することができる。ここで、再生器１３ａ、１３ｂでの熱交換が迅速になされることが望ましいため、作動媒体としては、熱拡散係数の高いヘリウム、水素が望ましい。また、発電を目的とする場合には、分子量の高い気体が望ましいため、アルゴン等の気体を混合しても良い。尚、熱的に安定していることから、当該実施形態では、作動媒体としてヘリウムを用いている。
【００３７】
以上の如く、原動機１０ａ、１０ｂにて増幅された音波の振動エネルギは、音響筒Ｃにおいて、音波の振動から電力を発生させる電力発生機４０にて電力へ変換される。
当該電力発生機４０は、図１に示すように、音響筒Ｃの筒内部において、一の回転翼４０ｃと、当該回転翼４０ｃを挟む状態で設けられる一対の固定翼４０ａ、４０ｂを備えている。当該構成においては、回転翼４０ｃは、一方の固定翼４０ａにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波と、他方の固定翼４０ｂにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波との双方により、回転力を付与されることとなるが、一対の固定翼４０ａ、４０ｂは、両者により旋回される音波が回転翼４０ｃへ付与する回転力の回転方向が同一方向となるように設けられている。
更に、回転翼４０ｃには、誘導発電機としての回転子（図示せず）が設けられると共に、音響筒Ｃの筒軸心方向で回転翼４０ｃが設けられている部位で音響筒Ｃの筒外径部位には、誘導発電機としての固定子４０ｄが設けられおり、回転翼４０ｃと共に回転子が回転することで固定子４０ｄとしてのコイルにて誘導起電力Ｅを発生する。
当該構成を採用することにより、音響筒Ｃの内部で発生する音波の振動エネルギが、電気エネルギに変換される。
【００３８】
さらに、一対の原動機１０ａ、１０ｂにおいて、音波の振動エネルギの増幅率は、加熱器１１ａ、１１ｂに導かれる第２熱媒ＨＷと、冷却器１２ａ、１２ｂに導かれる第１熱媒ＣＷと温度差が大きいほど大きくなる。そこで、本発明にあっては、特に、第１熱媒ＣＷとして、ＬＮＧサテライト基地に備蓄されＮＧ（天然ガス）へ気化される前の低温のＬＮＧ（例えば、−１６２℃程度の初期導入温度を有するＬＮＧ）を用いている。
【００３９】
ここで、熱音響設備１００は、音響筒Ｃの筒長さは、原動機１０ａ、１０ｂでの音波の振動エネルギの増幅率を所定以上に維持するべく、再生器１３ａ、１３ｂの貫通孔の孔径に依存する形態で音響筒Ｃ内で自励される音波の波長により決定される。例えば、作動媒体としてヘリウムを用いる場合で、筒内圧力が１ＭＰａ、筒内温度が２０℃の場合、音響筒Ｃの筒軸長さは７ｍ程度のものが用いられる。
尚、当該熱音響設備１００の体積は、音響筒Ｃの筒軸長さに依存しているため、その全体を小型化して、単位体積あたりのエネルギ変換効率（熱から音波の振動エネルギへの変換効率）を高める意味からは、音響筒Ｃの筒軸長さを短くすることが好ましい。
一方で、原動機１０ａ、１０ｂの冷却器１２ａ、１２ｂを通過した後の第１熱媒ＣＷとしてのＬＮＧは、冷却器１２ａ、１２ｂでの熱交換量にもよるが、音響筒Ｃの内部の作動流体の温度よりも十分に低い温度となっている。
そこで、当該実施形態においては、冷却器１２ａ、１２ｂを通過した後の第１熱媒ＣＷにて、音響筒Ｃの内部に充填される作動流体を冷却することで、音響筒Ｃの内部で自励される音波の波長を短くし、音響筒Ｃの筒軸長さを短くし小型化を図っている。
ここで、作動媒体の温度と作動媒体を伝播する音波の音速は、以下の〔式１〕に示す関係を有する。
【００４０】
0006381470.tif 000003
【００４１】
説明を追加すると、音響筒Ｃで原動機１０ａ、１０ｂと電力発生機４０とが備えられた部分以外で音波が共鳴する共鳴部において、第１熱媒ＣＷとしてのＬＮＧを、共鳴部の近傍に通流させて作動媒体と熱交換する形態で、共鳴部の内部の作動媒体を冷却する作動媒体冷却機構を備えている。
より詳しくは、当該作動媒体冷却機構は、図１に示すように、共鳴部として働く音響筒の回りを気密に外囲する外囲筒３０から構成されており、共鳴部として働く音響筒Ｃとの間に第１熱媒ＣＷ（ＬＮＧ）を通流する形態で、作動媒体を冷却する。
【００４２】
以上の構成により、音響筒Ｃの内部の作動媒体は、良好に冷却されることになるのであるが、原動機１０ａ、１０ｂにおける音波の振動エネルギの増幅率を高める観点からは、加熱器１１ａ、１１ｂの近傍での作動媒体の温度は高いことが好ましい。
そこで、当該実施形態においては、音響筒Ｃの筒軸心方向において、加熱器１１ａ、１１ｂが設けられている部位の端部と、作動媒体冷却機構としての外囲筒３０とが設けられている部位の端部とは、当該外囲筒３０による作動媒体の冷却効果が加熱器１１ａ、１１ｂで加熱される作動媒体へ及ぶことを抑制する冷却抑制距離（図１でＬで示す距離）だけ離間して設けられる。
当該冷却抑制距離は、共鳴部の作動流体の冷却度合を高める観点からは小さいことが好ましく、加熱器１１ａ、１１ｂにて作動流体の加熱度合を高める観点からは大きいことが好ましく、当該実施形態では、双方のバランスが取れる適切な距離に設定される。
【００４３】
更に、音響筒Ｃの内部には、音響筒Ｃの筒軸心方向において、加熱器１１ａ、１１ｂが設けられている部位の端部と、作動媒体冷却機構としての外囲筒３０とが設けられている部位の端部との間に、音響筒Ｃの内部空間を気密に仕切り、作動流体の流動を阻止する遮断壁５０（流動抑制機構の一例）が設けられている。
これにより、作動媒体冷却機構としての外囲筒３０にて冷却される作動流体から加熱器１１ａ、１１ｂにて加熱される作動流体への冷熱の拡散を防止すると共に、加熱器１１ａ、１１ｂにて加熱される作動流体から作動媒体冷却機構としての外囲筒３０にて冷却される作動流体への温熱の拡散を防止する。
尚、遮断壁５０は、音響筒Ｃの筒軸心方向において、音波の振動の伝播を阻害しない状態で設けられることが好ましく、音響筒Ｃ筒軸心方向で振動できる程度の柔軟性を有するものが好ましい。材料としては、金属、ガラス、セラミックス、樹脂、ゴム、繊維等が挙げられる。
【００４４】
更に、当該実施形態にあっては、第１熱媒ＣＷとしてＬＮＧを用いている関係で、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に着霜する場合がある。当該霜は、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に付着する分には、冷却器１２ａ、１２ｂからの冷熱の外部への拡散を抑制する意味で好ましいが、加熱器１１ａ、１１ｂの側まで広がると、加熱器１１ａ、１１ｂから温熱を奪う虞がある。
音響筒Ｃには、音響筒Ｃの筒軸心方向において、再生器１３ａ、１３ｂが設けられている部分の筒外周部位に沿い且つ音響筒Ｃの筒径よりも大径の外形を有する円環状の断熱部材５１ａ、５１ｂが設けられている。これにより、原動機１０ａ、１０ｂの夫々において、冷却器１２ａ、１２ｂの周囲に付着する霜が、加熱器１１ａ、１１ｂの側へ広がることを防止している。
【００４５】
第１熱媒ＣＷを通流する第１熱媒通流路２０（低温冷媒通流路の一例）について説明を加える。
当該実施形態にあっては、第１熱媒通流路２０は、第１熱媒ＣＷを、一対の原動機１０ａ、１０ｂの冷却器１２ａ、１２ｂの夫々に、順に通流させた後、作動流体冷却機構としての外囲筒３０と音響筒Ｃとの間の部位に通流させるように配設されている。これにより、第１熱媒ＣＷとしてのＬＮＧが保有する冷熱を、原動機１０ａ、１０ｂにて音波の振動エネルギへ変換させ、残りの冷熱にて、音響筒Ｃの共鳴部に位置する作動流体を冷却している。
一方、第２熱媒ＨＷを通流する第２熱媒通流路７０は、原動機１０ａ、１０ｂの加熱器１１ａ、１１ｂの夫々に対し、順に第２熱媒ＨＷを通流させるように配設されている。
尚、一対の原動機１０ａ、１０ｂに対する第１熱媒ＣＷ、第２熱媒ＨＷの通流順序に関し、第１熱媒ＣＷの通流順序と、第２熱媒ＨＷの通流順序とが逆順序となるように、第１熱媒通流路２０及び第２熱媒通流路７０が配設されている。これにより、各原動機１０ａ、１０ｂの夫々での温度差を大きくしている。
【００４６】
尚、当該実施形態に係る構成を用いることで、作動流体を２０℃程度から−１００℃程度まで冷却することができ、これにより、音響筒Ｃを伝播する音波の音速を低下して、音響筒Ｃの筒長さを２０％短くすることができる。
【００４７】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、熱音響設備１００の一の熱音響機関に対し、複数（２つ）の原動機１０ａ、１０ｂを備え、第１熱媒通流路２０が、夫々の原動機１０ａ、１０ｂに対して、順に（直列に）第１熱媒ＣＷを導く例を示した。しかしながら、当該複数の原動機１０ａ、１０ｂに対しては、第１熱媒ＣＷを並列に導くようにしても構わない。
例えば、第１熱媒通流路２０は、図２に示すように、上流側にて第１熱媒ＣＷを通流する第１熱媒通流本管２０ａと、当該第１熱媒通流本管２０ａから分岐する複数の第１熱媒通流支管２０ｂ、２０ｃとから構成され、当該第１熱媒通流支管２０ｂ、２０ｃの夫々は、原動機１０ａ、１０ｂの冷却器１２ａ、１２ｂの夫々に１対１で対応する状態で配設される。これにより、原動機１０ａ、１０ｂの冷却器１２ａ、１２ｂの夫々に対して、同一温度の第１熱媒ＣＷを通流することができる。
【００４８】
更に、当該別実施形態においては、熱音響設備１００は、複数（当該別実施形態では２つ）の熱音響機関として、第１熱音響機関１００ａ、第２熱音響機関１００ｂを備えて構成されており、複数（当該別実施形態では２つ）の音響筒Ｃ１、Ｃ２の夫々は、図２に示すように、同数（当該別実施形態では２つ）の原動機１０を備えている。換言すると、第１音響筒Ｃ１は、２つの原動機１０ａ、１０ｂを備えると共に、第２音響筒Ｃ２は、２つの原動機１０ｃ、１０ｄを備えている。
第１熱媒通流支管２０ｂは、第１音響筒Ｃ１の一の原動機１０ａの冷却器１２ａを通流した後、第２音響筒Ｃ２の一の原動機１０ｃの冷却器１２ｃを通流する。また、第１熱媒通流支管２０ｃは、第１音響筒Ｃ１の一の原動機１０ｂの冷却器１２ｂを通流した後、第２音響筒Ｃ２の一の原動機１０ｄの冷却器１２ｄを通流する。
当該構成を採用することにより、第１熱音響機関１００ａ、第２熱音響機関１００ｂの夫々において、複数の原動機に供給される第１熱媒ＣＷの温度を略等しい温度にすることができる。
【００４９】
第１熱媒通流支管２０ｂと第１熱媒通流支管２０ｃとは、原動機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを通過した後に合流し、第２熱音響機関１００ｂの作動流体冷却機構としての外囲筒３２と第２音響筒Ｃ２との間に第１熱媒ＣＷを通流させた後、第１熱音響機関１００ａの作動流体冷却機構としての外囲筒３１と第１音響筒Ｃ１との間に第１熱媒ＣＷを通流する。
尚、第２熱媒通流路７０については、図示を省略すると共に、詳細な説明を省略及びするが、第１熱媒通流路２０と同様に、複数（当該別実施形態では２つ）の第１熱媒通流支管（図示せず）に分岐され、各熱音響機関１００ａ、１００ｂの夫々に設けられる原動機に対して、各熱音響機関１００ａ、１００ｂの夫々で同一の温度の第２熱媒ＨＷを導くように配設される。
【００５０】
（２）上記実施形態では、一の熱音響機関に設けられる原動機は、２つとしたが、別に１つでも構わないし、３つ以上を設ける構成を採用しても構わない。
【００５１】
（３）音響筒Ｃは、上記実施形態に示すように、ループ形状のもののみでなく、直管形状のものも含むものとする。また、ループ形状の筒に直管形状の筒を連結した形状の音響筒も含むものとする。
【００５２】
（４）上記実施形態にあっては、作動媒体冷却機構の一例として、外囲筒３０を備える例を示した。
しかしながら、当該作動媒体冷却機構としては、例えば、内部に第１熱媒ＣＷを通流すると共に共鳴部として働く音響筒Ｃの外周面に、外面が密接して設けられる低温冷媒通流体を備える構成を採用しても構わない。
【００５３】
（５）本発明にあっては、上記実施形態に示した熱音響設備１００を備える気化器として構成することができる。
即ち、上記実施形態に示した熱音響設備１００に加え、図示は省略するが、ＬＮＧとしての第１熱媒ＣＷを加熱する加熱用熱交換器と、当該加熱用熱区間器にて加熱された第１熱媒ＣＷを直接膨張する直膨タービンと、当該直膨タービンにて回転駆動される発電機とを備える直膨流路とを備え、第１熱媒通流路２０を、原動機１０の冷却器１２と作動媒体冷却機構とを通過した後に、前記直膨流路に低温冷媒を導くように配設した気化器とすることができる。
【００５４】
（６）上記実施形態では、第１熱媒ＣＷとしては、ＬＮＧを用いる例を示したが、別に、他の熱媒を用いても構わない。
【００５５】
（７）上記実施形態では、第２熱媒ＨＷとしては、エンジン冷却水を用いる例を示したが、別にエンジンの排ガス等の他の熱媒を用いても構わない。
【００５６】
尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の熱音響設備、及びそれを備えた気化器は、全体の小型化を図り、単位体積当たりのエネルギ変換効率を高めることができる熱音響設備、及びそれを備えた気化器を提供する装置として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０      ：原動機
１１      ：加熱器
１２      ：冷却器
１３      ：再生器
２０      ：第１熱媒通流路
２０ａ    ：第１熱媒通流本管
２０ｂ    ：第１熱媒通流支管
２０ｃ    ：第１熱媒通流支管
３０      ：外囲筒
４０      ：電力発生機
５０      ：遮断壁
５１      ：断熱部材
７０      ：第２熱媒通流路
１００    ：熱音響設備
Ｃ        ：音響筒
ＣＷ      ：第１熱媒
【図１】
0006381470.tif 000004
【図２】
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