(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記動力変換器の出力を検出する出力検出部と、該出力検出部の検出結果に基づいて、上記冷熱用熱交換器に供給される冷熱源の供給量及び上記温熱用熱交換器に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部と、上記温熱源を加熱する温熱源加熱部と、上記出力検出部により検出された出力値に基づいて自励発振しているか否かを判定する判定部と、を備え、
上記温熱源加熱部は、上記判定部の判定結果が自励発振していることを示すものであるときに上記温熱源の加熱を停止するように構成されていることを特徴とする熱音響装置。
【請求項２】
上記温熱用熱交換器から排出された温熱源の少なくとも一部を上記温熱用熱交換器に供給するように還流する還流部を有し、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を外部に排出する第１態様と、上記還流部を介して上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を上記温熱用熱交換器に供給する第２態様とを切り替え可能に構成された切替部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
上記作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱音響装置。
【請求項４】
上記作動ガス振動付与部は、上記動力変換器により構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱音響装置。
【請求項５】
上記冷熱源は液化天然ガス、液化窒素、液体酸素又は液化水素のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項６】
上記温熱用熱交換器は、温熱源として、大気、海水、河川水又は未利用排熱のいずれかを利用可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱音響装置。
【請求項７】
作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記動力変換器の出力を検出する出力検出部と、
上記検出された出力値に基づいて自励発振しているか否かを判定する判定部と、
上記冷熱用熱交換器に供給される冷熱源の供給量及び上記温熱用熱交換器に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部と、
上記温熱源を加熱する温熱源加熱部と、
を備える熱音響装置の制御方法であって、
上記調整部によって上記冷熱源の供給量及び上記温熱源の供給量の少なくとも一方を調整するステップと、
上記温熱源加熱部によって上記温熱源を加熱するステップと、
上記出力検出部によって上記動力変換器の出力を検出するステップと、
上記検出された出力値に基づいて、上記判定部によって自励発振しているか否かを判定するステップと、
上記自励発振していると判定されたときに、上記温熱源加熱部によって温熱源の加熱を停止するステップと、
を含むことを特徴とする熱音響装置の制御方法。
【請求項８】
上記熱音響装置は、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を、上記温熱用熱交換器に供給する還流部を備え、上記自励発振しているか否かを判定するステップの前に、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を上記還流部に還流させるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の熱音響装置の制御方法。
【請求項９】
上記熱音響装置は、上記作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部を備え、上記自励発振しているか否かを判定するステップの前に、上記作動ガス振動付与部によって上記作動ガスに振動エネルギーを与えるステップを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の熱音響装置の制御方法。
【請求項１０】
上記作動ガス振動付与部は上記動力変換器により構成されており、上記自励発振していると判定されたときに、上記動力変換器が上記作動ガスに振動エネルギーを与えることを停止するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の熱音響装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷熱をエネルギー源として利用する方法が提案されている。例えば、液化天然ガスを気化させて発電燃料や都市ガス燃料として用いる際に排出される冷熱の一部は、ランキンサイクルを利用した発電（冷熱発電）の冷熱源として利用されたり、ドライアイス製造用や冷凍食品用の冷熱として利用されたりしている。
【０００３】
しかしながら、上述の冷熱の大部分は未利用となっており、冷熱の利用率は低い。さらに、上述の冷熱発電は、構造上、作動ガスの漏洩やピストンの摩擦損失等の機械的損失が大きく、熱効率が理論効率よりも大幅に低くなっている。このことも冷熱発電の普及を阻害する要因の一つとなっている。
【０００４】
一方、特許文献１には、熱エネルギーを音響エネルギーに変換して、音響エネルギーから電力を得る熱音響エンジンが開示されている。かかる構成では、駆動時における機械的損失がほとんどないことから、高い熱効率を得ることが可能である。特許文献１に開示の構成では、冷熱源として冷却水などを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記冷熱の利用率を向上するために、特許文献１に開示の熱音響エンジンにおける冷熱源として上記未利用の冷熱を利用することが考えられる。しかし、特許文献１に開示の熱音響エンジンでは、起動方法や発電量の制御方法が確立されていないため、かかる音響エンジンを安定して運転するには改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、冷熱を高効率で利用することができるとともに、安定した運転が可能な熱音響装置及びその制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記動力変換器の出力を検出する出力検出部と、該出力検出部の検出結果に基づいて、上記冷熱用熱交換器に供給される冷熱源の供給量及び上記温熱用熱交換器に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部と、上記温熱源を加熱する温熱源加熱部と、上記出力検出部の検出結果に基づいて自励発振しているか否かを判定する判定部と、を備え、
上記温熱源加熱部は、上記判定部の判定結果が自励発振していることを示すものであるときに上記温熱源の加熱を停止するように構成されていることを特徴とする熱音響装置にある。
【０００９】
本発明の他の一態様は、作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記動力変換器の出力を検出する出力検出部と、
上記冷熱用熱交換器に供給される冷熱源の供給量及び上記温熱用熱交換器に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部と、
を備える熱音響装置の制御方法であって、
上記出力検出部によって上記動力変換器の出力を検出するステップと、
上記検出された出力値に基づいて、上記調整部によって上記冷熱源の供給量及び上記温熱源の供給量の少なくとも一方を調整するステップと、
を含む熱音響装置の制御方法にある。
【００１０】
本発明のさらに他の一態様は、作動ガスが封入されたループ管と、該ループ管から分枝された枝管と、該枝管に接続された動力変換器と、上記ループ管内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する蓄熱器と、該蓄熱器の一端に配置された冷熱用熱交換器と、上記蓄熱器の他端に配置された温熱用熱交換器と、を有し、
上記動力変換器の出力を検出する出力検出部と、
上記検出された出力値に基づいて自励発振しているか否かを判定する判定部と、
上記冷熱用熱交換器に供給される冷熱源の供給量及び上記温熱用熱交換器に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部と、
上記温熱源を加熱する温熱源加熱部と、
を備える熱音響装置の制御方法であって、
上記調整部によって上記冷熱源の供給量及び上記温熱源の供給量の少なくとも一方を調整するステップと、
上記温熱源加熱部によって上記温熱源を加熱するステップと、
上記出力検出部によって上記動力変換器の出力を検出するステップと、
上記検出された出力値に基づいて、上記判定部によって自励発振しているか否かを判定するステップと、
上記自励発振していると判定されたときに、上記温熱源加熱部によって温熱源の加熱を停止するステップと、
を含むことを特徴とする熱音響装置の制御方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
上記一態様における熱音響装置は、内部に多数の細孔を有する上記蓄熱器における作動ガスの膨張・収縮によって生じる熱音響現象を利用して、上記蓄熱器の両端における熱エネルギー差を音響エネルギーに変換する。そのため、機械的な駆動部分が少ないことから、熱エネルギーの機械的な損失が少なく、冷熱を高効率で利用することができる。また、部品点数が少ないため、製造コストやランニングコストの低減が図られる。さらに、動力変換器の出力を検出する出力検出部と、該出力検出部の検出結果に基づいて、上記冷熱源の供給量及び上記温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部とを備える。そのため、動力変換器の出力に応じて、冷熱源の供給量及び温熱源の供給量を調整することができ、当該熱音響装置の安定した運転が可能となる。
【００１２】
上記他の一態様における熱音響装置の制御方法では、上記出力検出部によって上記動力変換器の出力を検出し、その検出された出力値に基づいて、上記冷熱源の供給量及び上記温熱源の供給量の少なくとも一方を調整するため、動力変換器の出力に応じて冷熱源の供給量及び温熱源の供給量を調整することができ、当該熱音響装置の安定した運転が可能となる。
【００１３】
上記さらに他の一態様における熱音響装置の制御方法では、温熱用熱交換器に供給される温熱源を加熱し、自励発振していると判定されると当該加熱を停止する。そのため、自励発振を呈していない運転初期状態などにおいて、蓄熱器の両端間の温度差が十分形成されていない場合に、蓄熱器の両端間の温度差を早期に所定の値にして自励発振を促すことができる。そして、熱音響装置を早期に自励発振させることにより、着実に起動して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、熱音響装置の概略図。
【図２】実施例１における、蓄熱器の斜視図。
【図３】実施例１における、熱音響装置のブロック図。
【図４】実施例１における、熱音響装置の運転開始時のフロー図。
【図５】実施例１における、熱音響装置の運転開始時の時間変化の模式図。
【図６】実施例１における、熱音響装置の通常運転時のフロー図。
【図７】実施例１における、熱音響装置の通常運転時の時間変化の模式図。
【図８】変形例における、熱音響装置の通常運転時の時間変化の模式図。
【図９】実施例１における、運転結果を示すグラフ。
【図１０】変形例における、蓄熱器の斜視図。
【図１１】図１０における、XI-XI線位置断面の一部拡大図。
【図１２】変形例における、蓄熱器の展開図。
【図１３】図１２における、XIII-XIII線位置断面の一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記熱音響装置は、上記温熱用熱交換器に供給される温熱源を加熱する温熱源加熱部を備えることが好ましい。この場合には、蓄熱器の両端間の温度差が十分に形成されていない場合（例えば、熱音響装置の運転開始直後など）に、当該温熱源加熱部により、温熱用熱交換器に供給される温熱源をより高温にして、蓄熱器の両端間の温度差が早期に形成されるようにすることができる。これにより、熱音響装置を早期に自励発振させて着実に起動し運転することができる。
【００１６】
上記温熱用熱交換器から排出された温熱源の少なくとも一部を上記温熱用熱交換器に供給するように還流する還流部を有し、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を外部に排出する第１態様と、上記還流部を介して上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を上記温熱用熱交換器に供給する第２態様とを切り替え可能に構成された切替部を有することとすることができる。この場合には、温熱用熱交換器から排出される温熱源温度が外部から取り入れる温熱源温度よりも高く保持されている場合に、温熱用熱交換器に供給される温熱源を早期に高温にすることができる。そのため、運転開始直後などの蓄熱器の両端間の温度差が十分に形成されていない場合に、当該温度差を早期に所定の値にすることができる。これにより、熱音響装置を早期に自励発振させて着実に起動し運転することができる。
【００１７】
上記作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部を備えることが好ましい。この場合には、熱音響装置の運転開始直後などにおいて、熱音響装置における作動ガスの膨張収縮による音波（音響エネルギー）の発生を促すことができる。これにより、早期に熱音響装置が自励発振を呈することができ、熱音響装置を早期に自励発振させて着実に起動し運転することができる。
【００１８】
上記作動ガス振動付与部は、上記枝管に接続された動力変換器により構成されていることとすることができる。この場合には、出力部としての動力変換器を作動ガス振動付与部として利用することにより、別途作動ガス振動付与部を設ける必要がなく、部品点数の削減に寄与し、製造コストの面で有利となる。なお、動力変換器を作動ガス振動付与部として利用するために、動力変換器を作動させるための補助電源を設けることができる。
【００１９】
冷熱源として、液化天然ガス、液化窒素、液体酸素又は液化水素のいずれかを使用することが好ましい。この場合には、これらの液体が冷熱用熱交換器において気化する際の蒸発潜熱を熱源として活用することができる。また、かかる冷熱源を利用するため、温熱用熱交換器における温熱源の温度を過度に高くする必要がなく、比較的穏やかな温度条件下で使用することができる。その結果、装置の耐久性を向上でき、信頼性の高い熱音響装置を提供することができる。
【００２０】
上記蓄熱器における細孔径は５０〜２００μｍであることが好ましい。この場合には、蓄熱器内部におけるエネルギー変換効率の向上が図られる。細孔径の最適値は、作動ガスのガス圧や作動温度等の条件によって変動するものであるが、一般的に蓄熱器内部の作動ガスが高圧及び低温であるほど当該適正値は小さくなる傾向がある。そして、蓄熱器に温度勾配を発生させるための冷熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化窒素、液化酸素又は液化水素を採用し、作動ガスを封入圧３ＭＰａのヘリウムガス単体とした場合には、細孔径の適正値は５０〜２００μｍ、より好ましくは６０〜１００μｍ、さらに好ましくは７０〜９０μｍとすることができる。
【００２１】
上記熱交換器は、温熱源として、大気、海水、河川水又は未利用排熱のいずれかを利用可能に構成されていることとすることができる。なお、「未利用排熱」とは、内燃機関、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、ヒートポンプ、工業用バーナなどにおいて排出される排熱の内、何らかの用途に使用されずに排出される熱エネルギーを有するものとする。この場合には、温熱源の入手が容易でランニングコストを低減することができる。また、温熱源の温度が常温に近い場合には、熱交換器における温度条件が穏やかとなるため、装置の耐久性を一層向上することができ、信頼性に優れる。
【００２２】
上記熱音響装置は、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を、上記温熱用熱交換器に供給する還流部を備え、熱音響装置の制御方法は、上記自励発振しているか否かを判定するステップの前に、上記温熱用熱交換器から排出された温熱源を上記還流部に還流させるステップを含むこととすることができる。この場合には、温熱用熱交換器に供給される温熱源を早期に高温にすることができる。そのため、運転開始直後などの蓄熱器の両端間の温度差が十分に形成されていない場合に、当該温度差を早期に所定の値にすることができる。これにより、熱音響装置を早期に自励発振させて着実に起動し運転することができる。
【００２３】
上記熱音響装置は、上記作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部を備え、上記熱音響装置の制御方法は、上記自励発振しているか否かを判定するステップの前に、上記作動ガス振動付与部によって上記作動ガスに振動エネルギーを与えるステップを含むこととすることができる。この場合には、熱音響装置の運転開始直後などにおいて、熱音響装置における作動ガスの膨張収縮による音波（音響エネルギー）の発生を促すことができる。これにより、早期に熱音響装置が自励発振を呈することができ、熱音響装置を着実に起動し運転することができる。
【００２４】
上記作動ガス振動付与部は上記動力変換器により構成されており、上記熱音響装置の制御方法は、上記自励発振していると判定されたときに、上記動力変換器から上記作動ガスに振動エネルギーを与えることを停止するステップを含むこととすることができる。この場合には、熱音響装置の自励発振が呈された後に動力変換器による作動ガスへの振動の付与を即座に停止することによって、自励発振による作動ガスの振動エネルギーを動力変換器による発電を即座に開始することができ、熱音響装置の安定起動が可能となる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
本例の実施例に係る熱音響装置につき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の熱音響装置１は、ループ管１０と、枝管２０と、動力変換器３０と、蓄熱器４０と、冷熱用熱交換器５１と、温熱用熱交換器５２と、を備える熱音響装置である。
ループ管１０には、作動ガスが封入されている。枝管２０は、ループ管１０から分枝されている。動力変換器３０は、枝管２０に接続されている。蓄熱器４０は、ループ管１０内に配設されるとともに内部に多数の細孔を有する。冷熱用熱交換器５１は蓄熱器４０の一端４１に配置される。温熱用熱交換器５２は蓄熱器４０の一端４２に配置される。
さらに、熱音響装置１は、図３に示すように、動力変換器３０の出力を検出する出力検出部３５と、出力検出部３５の検出結果に基づいて、冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量及び温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方を調整する調整部７０と、を備える。
【００２６】
以下、本例の熱音響装置１について、詳述する。
図１に示すように、ループ管１０は中空の管状部材からなり、矩形のループ状に形成されている。ループ管１０には作動ガスが封入されている。作動ガスとして、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、空気など、又はこれらのうち２つ以上を混合した混合ガスを採用することができ、本例ではヘリウムガスを採用している。作動ガスのガス圧や動作温度は、冷熱源や温熱源の種類などを考慮して適宜設定することができ、例えば、冷熱源としてＬＮＧを採用する場合には、１ＭＰａ〜３ＭＰａとすることができ、作動温度は−１００℃〜−１６０℃とすることができる。この場合には、蓄熱器４０内部のエネルギー変換効率の向上が図られる。枝管２０は、ループ管１０と同様に中空の管状部材からなる。そして、ループ管１０と連通しており、ループ管１０の角部から延出して直線状を成している。なお、ループ管１０及び枝管２０の長さは、動力変換装置３０等の固有振動数などを考慮して、出力される圧力波の周波数を適宜調整するために所定の長さとすることができる。
【００２７】
枝管２０の先端部には、動力変換器３０が配設されている。本例では、動力変換器３０として、レシプロ式のリニア発電機が備えられている。動力変換器３０はピストン３１を備えている。ピストン３１は枝管２０の端部に挿入されているとともに、枝管２０の延出方向に往復摺動可能となっている。動力変換器３０は、ピストン３１が往復運動されることにより発電する。そして、動力変換器３０には、当該発電された電力を消費する外部負荷３３が接続されている。なお、本例では、動力変換器３０には補助電源３４が接続されている。動力変換器３０は、補助電源３４から供給された電力を使用してモータとして作動してピストン３１を往復摺動させることにより、枝管２０内の作動ガスに振動エネルギーを付与することができる。そして、動力変換器３０は、ピストン３１の往復摺動による発電と、補助電源３４による作動ガスへの振動の付与とを切り替えて行うことができるように構成されている。
【００２８】
ループ管１０及び枝管２０は作動ガスの熱膨張収縮により発生する音波を、繰り返し伝播することにより、音響エネルギーを増幅する共鳴管として機能する。
【００２９】
蓄熱器４０は、ループ管１０内に保持されている。蓄熱器４０は、図２に示すように、蓄熱器４０は円柱状に形成されている。蓄熱器４０の外径Ｐは、ループ管１０の内径（図示せず）と同一となるように設定することが好ましい。これにより、円柱状に形成された蓄熱器４０をループ管１０の内壁に対して隙間なく設けることが容易となる。例えば、蓄熱器４０の外径Ｐは４０〜１５０ｍｍとすることができ、本例ではループ管１０の内径（図示せず）に合わせて４０ｍｍとなっている。
【００３０】
蓄熱器４０は、図２に示すように、多数の細孔４６を有する薄板４０ａを積層してなる。当該細孔径は、５０〜２００μｍとすることができる。冷熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化窒素、液化酸素及び液化水素を採用した場合の細孔径として適正値となり、エネルギー変換効率を向上できる。
【００３１】
蓄熱器４０自体の熱伝導率は小さいことが好ましい。この場合には、蓄熱器４０の両端４１、４２間で温度勾配を発生させた場合に、熱が作動ガスに伝播されずに蓄熱器４０自体に伝播されることが抑制されて、熱が作動ガスに積極的に伝播されるため、エネルギー変換効率を向上できる。例えば、樹脂製の蓄熱器４０を採用することにより、熱伝導率を小さくすることができる。
【００３２】
蓄熱器４０内部の細孔４６の開口率は高いことが好ましく、例えば、７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％とすることができる。この場合には、細孔４６を介した作動ガスと蓄熱器４０との間の熱交換効率が向上し、蓄熱器４０内部のエネルギー変換効率の向上が図られる。
【００３３】
細孔４６は蓄熱器４０の両端４１、４２に連通しており、直線状となっていることが好ましい。この場合には、細孔４６内で作動ガスの熱膨張収縮によって生じる音波の伝播方向が均一となって、音響エネルギーの伝播効率が向上し、エネルギー変換効率の向上が図られる。本例では、図２に示すように、各薄板４０ａにおける細孔４６が両端４１、４２に連通するように位置決めされた状態で積層されおり、細孔４６は全体として、両端４１、４２に連通して直線状となっている。
【００３４】
上述の如く形成された蓄熱器４０は、細孔径（細孔４６の径）を適正な範囲とし（第１条件）、蓄熱器４０自体の熱伝導度を低く維持する（第２条件）とともに、細孔４６の開口率を高くし（第３条件）、細孔４６を直線状でかつ閉塞されない形状とする（第４条件）ことができる。これら４つの条件をすべて満たした蓄熱器４０とすることにより、高いエネルギー変換効率を呈する。各細孔４６には、ループ管１０に封入された作動ガスが充填されている。図１に示すように、蓄熱器４０の一端４１には冷熱用熱交換器５１、他端４２には温熱用熱交換器５２が設けられている。これにより、蓄熱器４０の両端４１、４２間に温度勾配が形成される。
【００３５】
冷熱用熱交換器５１は、冷熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用可能に構成されている。図１に示すように、ＬＮＧは、冷熱側供給ライン５１１を介して冷熱用熱交換器５１に供給されている。冷熱側供給ライン５１１を介して冷熱用熱交換器５１に供給されたＬＮＧは、蓄熱器４０との間で熱交換されて少なくとも一部が気化されて生成されて天然ガスとなり、冷熱用熱交換器５１に接続された冷熱側排出ライン５１４を介して冷熱用熱交換器５１から排出される。冷熱側排出ライン５１４には、気化しなかったＬＮＧを気化させるための気化器５１５が備えられている。これにより、冷熱用熱交換器５１に供給されたＬＮＧはすべて気化されて天然ガスとして排出される。また、冷熱側排出ライン５１４には、天然ガス流量を検出する流量計５１２と、天然ガス流量を調整する冷熱源流量調整弁５１３とが設けられている。なお、冷熱源としては、ＬＮＧの他に、液化窒素、液化酸素、液化水素などを採用することができる。
【００３６】
温熱用熱交換器５２には温熱源として海水が供給されている。当該海水は、温熱用熱交換器５２に接続された温熱側供給ライン５２１を介して供給される。温熱側供給ライン５２１には、海水の供給量を検出する温熱側流量計５２２と、温熱側流量計５２２の上流に位置する温熱源ポンプ５２３が設けられている。温熱用熱交換器５２に供給された海水は、温熱用熱交換器５２に接続された温熱側排水ライン５２６を介して温熱用熱交換器５２から排出される。また、温熱源ポンプ５２３と温熱側排水ライン５２６との間には、当該装置の起動時に海水を加熱するヒータ５２４と、供給される海水を冷却するラジエタ５２５が設けられている。
【００３７】
温熱側排水ライン５２６には、温熱側排水ライン５２６から排出される海水を温熱側供給ライン５２１に還流するための還流部５２７が備えられている。還流部５２７は温熱側供給ライン５２１に接続されている。そして、温熱側排水ライン５２６に設けられた切替弁５２８によって、海水が温熱側排水ライン５２６から排出されるか、還流部５２７を介して温熱側供給ライン５２１に還流されるかが選択的に切り替えられる。
【００３８】
本例の熱音響装置１では、冷熱用熱交換器５１によって蓄熱器４０の一端４１が冷却されるとともに、温熱用熱交換器５２によって蓄熱器４０の他端４２が加熱されることとにより、蓄熱器４０の両端４１、４２間に温度勾配が形成される。これにより、蓄熱器４０に備えられた多数の細孔４６内の他端４２側に位置する作動ガスが加熱されて膨張する。これに伴って、膨張した作動ガスの一部は温度勾配における低温側（一端４１側）に移動し、当該作動ガスの熱が細孔４６を形成する蓄熱器４０の内壁に即座に伝達されることにより、当該作動ガスは冷却されて収縮する。作動ガスの移動が急速に進むと低温側（一端４１側）の作動ガス圧が一時的に高温側（他端４２側）より高くなり、作動ガスは高温側に戻ろうとする。高温側に戻った作動ガスは再度加熱膨張し、前記工程を繰り返す。その結果、作動ガスが蓄熱器４０内部を往復運動（振動）することとなって音波（ループ管１０内の作動ガスの圧力変動による疎密波）が発生する。これにより、蓄熱器４０に温度勾配を生じさせた熱エネルギーが音響エネルギーに変換されることとなる。
【００３９】
その後、発生した音波はループ管１０内を伝播して循環する。当該音波の発生と循環が繰り返されることにより、音波は次第に増幅される。これにより、作動ガスがループ管１０内を移動するとともに、ループ管１０と連通している枝管２０内の作動ガスが枝管２０内を往復運動することとなる。これに伴って、枝管２０の先端部に配設されたピストン３１が往復運動して、動力変換器３０としてのリニア発電機が発電する。これにより、音響エネルギーが電力に変換されることとなる。このようにして、本例の熱音響装置１は熱エネルギーを電力に変換することができる。
【００４０】
次に、熱音響装置１における制御方法を詳述する。
図３に熱音響装置１の構成を示すブロック図を示す。熱音響措置１に備えられる調整部７０は、冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量を調整する冷熱源供給量調整部７１と、及び温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量を調整する温熱源供給量調整部７２とを有する。
【００４１】
冷熱側供給ライン５１１には、冷熱用熱交換器５１に供給されるＬＮＧの温度を検出する冷熱入口温度検出器５１６ａが接続されている。また、冷熱側排出ライン５１４には、冷熱用熱交換器５１から排出されるＬＮＧの温度を検出する冷熱出口温度検出器５１６ｂが接続されている。そして、冷熱入口温度検出器５１６ａ及び冷熱出口温度検出器５１６ｂは冷熱源供給量調整部７１に接続されており、検出した温度を冷熱源供給量調整部７１に伝達する。また、冷熱側排出ライン５１４には、気化しなかったＬＮＧを気化させる気化器５１５と、天然ガス流量を検出する流量計５１２と、ＬＮＧ流量を調整する冷熱源流量調整弁５１３とが設けられている。流量計５１２及び冷熱源流量調整弁５１３は冷熱源供給量調整部７１に接続されている。
【００４２】
冷熱源供給量調整部７１は、流量計５１２により検出された天然ガス流量と、冷熱入口温度検出器５１６ａ及び冷熱出口温度検出器５１６ｂによって検出された各温度の差から算出された冷熱温度差とに基づいて冷熱源の供給量を算出してモニターするとともに、冷熱源流量調整弁５１３により当該冷熱源供給量に応じてＬＮＧ流量を調整する。
【００４３】
温熱側供給ライン５２１には、温熱用熱交換器５２に供給される海水の温度を検出する温熱入口温度検出器５２９ａが接続されている。また、温熱側排出ライン５２６には、温熱用熱交換器５２から排出される海水の温度を検出する温熱出口温度検出器５２９ｂが接続されている。そして、温熱入口温度検出器５２９ａ及び温熱出口温度検出器５２９ｂは、温熱源供給量調整部７２に接続されており、検出した温度を温熱源供給量調整部７２に伝達する。また、温熱側供給ライン５２１には、海水流量を検出する流量計５２２、温熱用熱交換器５２に海水を送り込む温熱源ポンプ５２３、及び温熱用熱交換器５２に送り込まれる海水を加熱するヒータ５２４が接続されている。
【００４４】
温熱源供給量調整部７２は、流量計５２２により検出された海水流量と、温熱入口温度検出器５２９ａ及び温熱出口温度検出器５２９ｂによって検出された各温度の差から算出された温熱温度差とに基づいて温熱源の供給量を算出してモニターする。そして、温熱源供給量調整部７２は、当該温熱源供給量に応じて、温熱源ポンプ５２３により海水流量を調整し又はヒータ５２４により海水を加熱する。
【００４５】
動力変換器３０には、動力変換器３０の動作を制御する動力変換器制御部３６と、動力変換器３０の出力を検出する出力検出部３５とが接続されている。熱音響装置１は、出力検出部３５により検出された出力値に基づいて自励発振しているか否かを判定する判定部３７を備える。
【００４６】
熱音響装置１の運転開始時（運転開始モード）における制御方法を、図４に示すフロー図と、図５に示す各種温度と音響強度と時間推移の模式図とを参照しながら説明する。まず、熱音響装置１を起動する（ステップＳ１１、図５における時間Ｔ０）。具体的には、冷熱源供給量調節部７１により、冷熱源流量調整弁５１３（図１、図３参照）を開いて冷熱側供給ライン５１４を介して定格流量のＬＮＧを冷熱用熱交換器５１に供給するように調整するとともに、温熱源供給量調節部７２により、温熱側ポンプ５２３を開いて温熱側供給ライン５２１を介して定格流量の海水を温熱用熱交換器５２に供給するように調整する。これにより、蓄熱器４０の一端４１と他端４２との間に温度勾配が形成される。
【００４７】
さらに、ステップＳ１１では、ヒータ５２４を作動する。これにより、温熱用熱交換器５２に供給される海水を加熱する。また、補助電源３４をオンにする。これにより、補助電源３４から動力変換器３０へ電力を供給し、動力変換器３０としてのリニア発電機をモータとして作動させる。これにより、ピストン３１が駆動されて枝管２０内の作動ガスに振動エネルギーを付与する。さらに、温熱側排出ライン５２６において、切替部５２８（図１参照）により海水が還流部５２７を介して温熱側供給ライン５２１（すなわち、温熱用熱交換器５２）に還流される第２態様に切り替える。そして、かかる状態で運転を続行する（ステップＳ１２、図５における時間Ｔ０から時間Ｔ１まで）。
【００４８】
次に、温熱入口温度検出器５２９ａより、温熱用熱交換部５２に供給される海水の温度（水投入温度）が検出され、目標温度よりも高いか否か判断される（ステップＳ１３）。目標温度は、温熱源の温度と冷熱源との温度差、すなわち、図５に示す蓄熱器４０の一端４１の温度（低温側温度）と他端４２の温度（高温側温度）との差が早期に１１０℃程度となるように適宜設定される。ステップＳ１３において、水投入温度が目標温度よりも高くないと判断された場合（ステップＳ１３のＮｏ）は、再度ステップＳ１２に戻り運転が続行される。一方、水投入温度が目標温度よりも高いと判断された場合（ステップＳ１３のＹｅｓ、図５における時間Ｔ１）には、動力変換器３０に接続された出力検出部３５により、動力変換器３０から出力された音響強度を検出し、判定部３７により当該検出された出力値に基づいて自励発振しているか否かを判定する（ステップＳ１４、図５における時間Ｔ１から時間Ｔ２）。ここで「自励発振」とは、検出された音響強度の値が不連続に変化した状態をいう。判定部３７により自励発振していないと判定された場合（ステップＳ１４のＮｏ）にはステップＳ１２に戻って運転を続行する。判定部３７により自励発振していると判定された場合（ステップＳ１４のＹｅｓ、図５における時間Ｔ２）には、ヒータ５２４を停止し、補助電源３４をオフにし、切替部５２８により海水が外部に排出される第１態様に切り替える（ステップＳ１５）。補助電源３４がオフとなることにより、動力変換器３０が作動ガスに振動エネルギーを与えることを停止する。その後、通常運転モード（ステップＳ２０）へ移行する（図５における時間Ｔ２の後）。
【００４９】
次に、熱音響装置１の通常運転時（通常運転モード）における制御方法を、図６に示すフロー図と、図７に示す各種温度と音響強度と時間推移の模式図とを参照しながら説明する。まず、動力変換器３０により音響エネルギーから変換されて発電された発電量が、外部負荷３３において必要とされる外部負荷量よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２０）。上記発電量が上記外部負荷量よりも大きいと判断した場合（ステップＳ２０のＹｅｓ、図７における時間Ｔ３）は、冷熱源供給量調整部７１により、冷熱源流量調整弁５１３を閉じる方向へ制御し、冷熱側供給ライン５１１を介して冷熱用熱交換器５１に供給されるＬＮＧ量を減少させる（ステップＳ２１、図７における時間Ｔ３から時間Ｔ４）。これとともに、温熱源供給量調整部７２により、温熱源ポンプ５２３の出力を低下するよう制御して、温熱側供給ライン５２１を介して温熱用熱交換器５２に供給される海水量を減少させる（ステップＳ２１、図７における時間Ｔ３から時間Ｔ４）。そして、再度ステップＳ２０に戻る。
【００５０】
上記ステップＳ２０において、上記発電量が上記外部負荷量よりも大きくないと判断した場合（ステップＳ２０のＮｏ、図７における時間Ｔ４）は、上記発電量が定格発電量よりも低いか否かを判断する（ステップＳ２２）。「定格発電量」とは、ＬＮＧ及び海水の投入量（供給量）を定格とした場合の発電量をいう。上記発電量が定格発電量よりも低くいと判断した場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）は、冷熱源供給量調整部７１により、冷熱源流量調整弁５１３を開く方向へ制御し、冷熱側供給ライン５１１を介して冷熱用熱交換器５１に供給されるＬＮＧ量を増加させるように調整する（ステップＳ２３）。これとともに、温熱源供給量調整部７２により、温熱源ポンプ５２３の出力を強めて、温熱側供給ライン５２１を介して温熱用熱交換器５２に供給される海水量を増加させるように調整する（ステップＳ２３）。そして、再度ステップＳ２０に戻る。上記発電量が定格発電量よりも低くないと判断した場合（ステップＳ２２のＮｏ）は、運転を続行し、再度ステップＳ２０に戻る（ステップＳ２４）。
【００５１】
本例の熱音響装置１は、内部に多数の細孔４６を有する蓄熱器４０における作動ガスの膨張・収縮によって生じる熱音響現象を利用して、蓄熱器４０の両端４１、４２における熱エネルギー差を音響エネルギーに変換する。そのため、機械的な駆動部分が少ないことから、熱エネルギーの機械的な損失が少なく、冷熱を高効率で利用することができる。また、部品点数が少ないため、製造コストやランニングコストの低減が図られる。さらに、動力変換器３０の出力を検出する出力検出部３５と、該出力検出部３５の検出結果に基づいて冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量及び温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方（本例では両方）を調整する調整部７０とを備える。そのため、動力変換器３０の出力に応じて冷熱源の供給量及び温熱源の供給量を調整することができ、熱音響装置１の安定運転が可能となる。
【００５２】
また、本例では、調整部７０は、冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量を調整する冷熱源供給量調整部７１と、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量を調整する温熱源供給量調整部７２と、を有する。これにより、冷熱源供給量調整部７１、温熱源供給量調整部７２により、冷熱源又は温熱源の供給量を調整して、動力変換器３０の出力を所望の値に調整することができ、熱音響装置１の安定運転が可能となる。
【００５３】
本例では、熱音響装置１は、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源を加熱する温熱源加熱部としてのヒータ５２４を備えている。これにより、蓄熱器４０の両端４１、４２間の温度差が十分に形成されていない場合（例えば、熱音響装置１の運転開始直後など）に、当該温熱源加熱部（ヒータ５２４）により、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源をより高温にして、蓄熱器４０の両端４１、４２間の温度差が早期に形成されるようにすることができる。その結果、熱音響装置１の安定起動が可能となる。
【００５４】
本例では、温熱用熱交換器５２から排出された温熱源の少なくとも一部を温熱用熱交換器５２に供給するように還流する還流部５２７を有し、温熱用熱交換器５２から排出された温熱源を外部に排出する第１態様と、還流部５２７を介して温熱用熱交換器５２から排出された温熱源を温熱用熱交換器５２に供給する第２態様とを切り替え可能に構成された切替部５２８を有する。これにより、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源を早期に高温にすることができる。そのため、運転開始直後などの蓄熱器４０の両端４１、４２間の温度差が十分に形成されていない場合に、当該温度差を早期に所定の値にすることができ、熱音響装置１の安定起動が可能となる。
【００５５】
また、本例では、作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部として機能する動力変換器３０を備える。これにより、熱音響装置１の運転開始直後などにおいて、熱音響装置１における作動ガスの膨張収縮による音波（音響エネルギー）の発生を促すことができる。その結果、早期に熱音響装置１が自励発振を呈することができ、熱音響装置１の安定起動が可能となる。
【００５６】
本例では、作動ガス振動付与部は、枝管２０に接続された動力変換器３０により構成されている。これにより、出力部としての動力変換器３０を作動ガス振動付与部として利用することにより、別途作動ガス振動付与部を設ける必要がなく、部品点数の削減に寄与し、製造コストの面で有利となる。
【００５７】
本例では、冷熱源として、液化天然ガスを使用している。そのため、液体である液化天然ガスが冷熱用熱交換器５１において気化する際の蒸発潜熱を熱源として活用することができる。これにより、冷熱用熱交換器５１の小型化が可能となる。また、かかる冷熱源を利用するため、温熱用熱交換器５２における温熱源の温度を過度に高くする必要がなく、比較的穏やかな温度条件下で使用することができる。その結果、熱音響装置１の耐久性を向上でき、信頼性の高い熱音響装置１を提供することができる。なお、冷熱源として、液化天然ガスの他に、液化窒素、液化酸素、液化水素を使用することもできる。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。
【００５８】
本例では、蓄熱器４０における細孔径は２００μｍであって、５０〜２００μｍの範囲内となっている。これにより、蓄熱器４０内部におけるエネルギー変換効率の向上が図られる。
【００５９】
また、本例では、温熱用熱交換器５２は、温熱源として、海水を利用可能に構成されている。これにより、温熱源の入手が容易でランニングコストを低減することができる。また、温熱用熱交換器５２における温度条件が穏やかとなるため、熱音響装置１の耐久性を一層向上することができ、信頼性に優れる。なお、温熱源として、海水の他に、大気、河川水、又は内燃機関、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、ヒートポンプ、工業用バーナなどにおける未利用排熱を利用可能としてもよい。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。なお、「未利用排熱」とは、内燃機関、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、ヒートポンプ、工業用バーナなどにおいて排出される排熱の内、何らかの用途に使用されずに排出される熱エネルギーを有するものとする。
【００６０】
本例の熱音響装置１の制御方法は、出力検出部３５によって動力変換器４０の出力を検出するステップＳ２０、Ｓ２２と、検出された出力値に基づいて、上記調整部７０によって冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量及び温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方（本例では両方）を調整するステップＳ２１、Ｓ２３と、を含む。これにより、動力変換器３０の出力に応じて、冷熱源の供給量及び温熱源の供給量を調整することができ、熱音響装置１の安定運転が可能となる。
【００６１】
本例の熱音響装置１の制御方法は、調整部７０によって冷熱用熱交換器５１に供給される冷熱源の供給量及び温熱用熱交換器５２に供給される温熱源の供給量の少なくとも一方（本例では両方）を調整するステップＳ１１と、温熱源加熱部（ヒータ５２４）によって当該温熱源を加熱するステップＳ１１とを備える。その後、出力検出部３５によって動力変換器４０の出力を検出するステップＳ１４と、検出された出力値に基づいて、上記判定部によって自励発振しているか否かを判定するステップＳ１４と、自励発振していると判定されたときに、上記温熱源加熱部によって温熱源の加熱を停止するステップＳ１５と、を含む。
これにより、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源を加熱し、自励発振していると判定されると当該加熱を停止する。そのため、自励発振を呈していない運転初期状態において、蓄熱器４０の両端４１、４２間の温度差が十分形成されていない場合に、当該温度差を早期に所定の値にして自励発振を促すことができる。これにより、熱音響装置１を早期に自励発振させて安定起動が可能となる。
【００６２】
また、本例では、熱音響装置１は、温熱用熱交換器５２から排出された温熱源を、温熱用熱交換器５２に供給する還流部５２７を備え、熱音響装置１の制御方法は、自励発振しているか否かを判定するステップＳ１４の前に、温熱用熱交換器５２から排出された温熱源を還流部５２７に還流させるステップＳ１１を含む。これにより、温熱用熱交換器５２に供給される温熱源を早期に高温にすることができる。そのため、運転開始直後などの蓄熱器４０の両端４１、４２間の温度差が十分に形成されていない場合に、当該温度差を早期に所定の値にすることができ、熱音響装置１を早期に自励発振させて安定起動が可能となる。
【００６３】
本例では、熱音響装置１は、上記作動ガスに振動エネルギーを与える作動ガス振動付与部（動力変換器３０）を備え、熱音響装置１の制御方法は、自励発振しているか否かを判定するステップＳ１４の前に、作動ガス振動付与部（動力変換器３０）によって作動ガスに振動エネルギーを与えるステップＳ１１を含む。これにより、熱音響装置１の運転開始直後などにおいて、熱音響装置１における作動ガスの膨張収縮による音波（音響エネルギー）の発生を促すことができる。これにより、早期に熱音響装置１が自励発振を呈することができ、熱音響装置１の安定起動が可能となる。
【００６４】
本例では、作動ガス振動付与部は動力変換器３０により構成されており、自励発振していると判定されたときに、動力変換器３０から作動ガスに振動エネルギーを与えることを停止するステップＳ１５を含む。これにより、熱音響装置１の自励発振が呈された後に動力変換器３０から作動ガスへの振動エネルギーの付与を即座に停止することによって、自励発振による作動ガスの振動エネルギーから動力変換器３０による発電を即座に開始することができ、熱音響装置１の安定起動が可能となる。
【００６５】
なお、本例では、ヒータ５２４を備えることしたが、ヒータ５２４を備えていないこととしてもよい。この場合には、温熱用熱交換器５２に供給される海水が加熱されないため、図８に示すように、本例の場合に比べて、熱音響装置１が自励発振を呈するまでの時間Ｔ５が長くなる。かかる場合においても、自励発振を呈するまでの時間Ｔ５が長くなることを除いて、本例の場合と同等の作用効果を奏することができる。
【００６６】
（運連試験）
次に、本例の熱音響装置１の運転試験を行った。なお、熱音響装置１はヒータ５２４を備えない構成とした。当該運転試験では、冷熱源として液体窒素（ＬＮ）を採用し、温熱源として水を採用した。運転条件及び測定結果を表１に示す。また、液体窒素入口温度、液体窒素出口温度、水入口温度、水出口温度、及び音響強度についてのグラフを図９に示した。なお、液体窒素入口温度は冷熱側供給ライン５１１における液体窒素の温度を示し、液体窒素出口温度はそれぞれ、冷熱側排出ライン５１４における窒素ガスの温度を示す。また、水入口温度は温熱側供給ライン５２１における水の温度を示し、水出口温度は温熱側排出ライン５２６における水の温度を示す。また、音響強度とは、枝管２０の分岐部近傍内部を伝達している音波のエネルギーを示す。また、表１における液体窒素流量は、１分間当たりの冷熱側供給ライン５１１を流通する液体窒素量を示し、液体窒素抜熱量は、冷熱源としてのＬＮから冷熱用熱交換器５１に供給された冷熱量を示し、水流量は、１分間当たりの温熱側供給ライン５２１を流通する水量を示し、水入熱量は、温熱源としての水から温熱用熱交換器５２に供給された温熱量を示す。また、効率は熱音響装置１における熱効率を示し、表１中の（音響強度）/（水入熱量）により算出される。なお、本例の運転試験では、表１に示すように、液体窒素抜熱量及び水入熱量はともに約６０Ｗであった。
【００６７】
【表１】
0006342745.tif 000002
【００６８】
図９に示すように、音響強度は、運転開始から０〜５０００secまでのスタートアップ運転後、運転開始から５０００secにおいてジャンプアップし、その後、高い値が維持されていた。運転開始から５０００secの時点では、水入口温度と液体窒素入口温度との差が１１０℃あって、自励発振する温度勾配を形成するのに適した温度条件となっていた。これにより、当該熱音響装置１が自励発振することにより、安定して高い音響強度が得られ、冷熱を高効率で利用できることが確認された。なお、運転開始直後は、動力変換器３０を補助電源３４によりモータとして作動させて、熱音響装置１の作動ガスに振動エネルギーを与えている。そのため、運転開始直後から所定時間は、動力変換器３０から音波が送り込まれる状態となり、音響強度（熱音響装置１内部の音波エネルギー）は負の値となっている。
【００６９】
なお、本例における蓄熱器４０に替えて、図１０〜図１３に示す変形例としての蓄熱器４００を使用してよい。蓄熱器４００において、蓄熱器４０（図２参照）の構成部材と同等の部材には同等の符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、蓄熱器４００は、基材４３及びスペーサ４５を備える。基材４３は、ポリプロピレン製の薄膜であって、シート状を成している。基材４３の膜厚は、細孔４６の開口率、強度、柔軟度などを考慮して決定することができ、例えば、１０〜３０μｍ、好ましくは１２〜２０μｍ、より好ましくは１４〜１８μｍとすることができ、本例では、図１３に示すように、基材４３の膜厚ｓは１５μｍである。基材４３のＸ方向の長さは５０ｍｍ、Ｙ方向の長さは２０ｍである。なお、必要とされる蓄熱器４００の形状に応じて、基材４３を適当な形状に裁断してもよい。
【００７０】
図１２、図１３に示すように、スペーサ４５は基材４３の積層方向Ｚに対して垂直であるＸ方向に延びるように、基材４３の表側面４３ａに複数配設されている。スペーサ４５はＸ方向を長手方向とする柱状を成している。図１２に示すように、スペーサ４５は、基材４３の表側面４３ａのＸ方向の両端４１、４２に亘って形成されている。よって、スペーサ４５のＸ方向の長さは基材４３のＸ方向の長さと同一となっている。
【００７１】
図１３に示すように、スペーサ４５のＹ方向における断面形状は矩形となっている。スペーサ４５のＹ方向の長さ（幅）ｗ及びスペーサ４５の高さｈは、後述の細孔４６の開口率が所定の範囲内となるように設定される。例えば、スペーサ４５の幅ｗは想定する細孔４６の径の１倍〜２０倍、好ましくは５倍〜２０倍とすることができ、スペーサ４５の高さｈは想定する細孔４６の径と同等とすることができる。幅ｗ及び高さｈをかかる範囲とすることにより、スペーサ４５が基材４３に確実に固定されて、スペーサ４５が横倒れすることが防止される。本例では、スペーサ４５の幅ｗは１００μｍとし、スペーサ４５の高さｈは１００μｍとしている。
【００７２】
図１２、図１３に示すように、複数のスペーサ４５はＸ方向に平行かつＹ方向に等間隔に配列している。互いに隣接しているスペーサ４５の間隔ｄも後述の細孔４６の開口率αが所定の範囲内となるように設定される。例えば、間隔ｄは５００〜２０００μｍ、好ましくは７５０〜２０００μｍ、より好ましくは９００〜２０００μｍとすることができる。間隔ｄをかかる範囲とすることにより、後述する細孔４６の開口率を高く維持することができる。本例では、間隔ｄは９００μｍとしている。
【００７３】
スペーサ４５は光硬化性樹脂からなる。そして、硬化前の当該光硬化性樹脂が、基材４３の表側面４３ａに印刷された後、露光されて硬化されることにより、複数のスペーサ４５が基材４３の表側面４３ａに配設されている。
【００７４】
スペーサ４５が配設された基材４３（図１２参照）は、図１０に示すように、心棒４７を巻回軸としてロール状に巻回されて積層されている。心棒４７は樹脂製の円柱状部材である。心棒４７の直径は１０ｍｍであって、心棒４７の軸方向は複数のスペーサ４５の延びる方向Ｘに平行となっている。そして、スペーサ４５が配設された基材４３は、図１１に示すように、表側面４３ａが軸心（心棒４７）側に向けられた状態で、スペーサ４５の配列方向Ｙに巻回されている。これにより、スペーサ４５の上面（基材４３の表側面４３ａに対向して接合されている下面４５ａと反対側の面）４５ｂが、積層された基材４３の裏側面４３ｂと対向して当接している。これにより、図１１に示すように、積層された基材４３の間にスペーサ層４４が形成される。
【００７５】
基材４３は、蓄熱器４００の外径Ｐが所定の大きさとなるように巻回されている。蓄熱器４００の外径Ｐは、ループ管１０の内径（図示せず）と同一となるように設定することが好ましい。これにより、円筒状に形成された蓄熱器４００をループ管１０の内壁に対して隙間なく設けることが容易となる。例えば、蓄熱器４００の外径Ｐは４０〜１５０ｍｍとすることができ、ループ管１０の内径（図示せず）に合わせて４０ｍｍとすることができる。
【００７６】
スペーサ４５の形成材料である光硬化性樹脂が完全に硬化しきる前に基材４３の巻回を行って、スペーサ４５の上面４５ｂと基材４３の裏側面４３ｂとを当接させた後、当該光硬化性樹脂を完全に硬化させることにより、スペーサ４５の上面４５ｂと基材４３の裏側面４３ｂと接合させている。
【００７７】
上述のごとく、スペーサ４５が配設された基材４３を巻回することにより、図１１に示すように、スペーサ層４４において、積層された基材４３と互いに隣接するスペーサ４５とによって囲まれて細孔４６が形成されている。細孔４６はＸ方向に直線状に延在しており、一端４１及び他端４２に開口しているとともに一端４１と他端４２との間は閉塞されていない。このようにして、多数の細孔４６が集積された蓄熱器４００が形成されている。
【００７８】
図１１に示す細孔４６の開口幅４６ａは、図１２に示す隣接するスペーサ４５の間隔ｄに相当するとともに、図１１に示す細孔４６の開口高さ４６ｂは、図１３に示すスペーサ４５の高さｈに相当する。そして、スペーサ４５の形状は均一であって、等間隔に配設されているため、すべての細孔４６はほぼ均一の開口幅４６ａ及び開口高さ４６ｂを有する。そのため、蓄熱器４００における細孔４６の開口率αは下記の式１によって導き出される。本例では、細孔４６の開口率αは、７８．２％である。
α＝（ｄ×ｈ）／（（ｓ＋ｈ）×（ｄ＋ｗ））×１００    ・・・（式１）
【００７９】
上述の如く形成された蓄熱器４００は、樹脂製の薄膜からなる基材４３がスペーサ層４４を介して複数積層されており、スペーサ層４４には基材４３の積層方向に対して垂直に延びる複数のスペーサ４５が互いに平行かつ等間隔に配列しているとともに、積層された基材４３と互いに隣接するスペーサ４５とによって囲まれてなる細孔４６が複数形成されている。蓄熱器４００は、細孔径（本例では細孔４６の開口高さ４６ｂ）を十分小さくし（第１条件）、蓄熱器４００自体の熱伝導度を低く維持する（第２条件）とともに、細孔の開口率を高くし（第３条件）、細孔４６を直線状でかつ閉塞されない形状とする（第４条件）ことができる。これら４つの条件をすべて満たした蓄熱器４００とすることにより、高いエネルギー変換効率を呈する。各細孔４６には、ループ管１０に封入された作動ガスが充填されている。
【００８０】
図１０に示す蓄熱器４００を用いた場合にも、蓄熱器４０（図２参照）を用いた場合と同等の作用効果を奏する。さらに、蓄熱器４００は、径（細孔径）の小さい細孔４６を、容易に均一にかつ高精度に形成することができ、冷熱源としてＬＮＧ、液化窒素、液化酸素又は液化水素を使用する際におけるエネルギー変換効率の向上に寄与する。
【符号の説明】
【００８１】
１  熱音響装置
１０  ループ管
２０  枝管
３０  動力変換器
３５  出力検出部
４０、４００  蓄熱器
５１  冷熱用熱交換器
５２  温熱用熱交換器
７０  調整部
７１  冷熱源供給量調整部
７２  温熱源供給量調整部
【図１】
0006342745.tif 000003
【図２】
0006342745.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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