(57)【要約】【課題】  熱音響効果を用いた熱音響発電機において、タンクを用いることなく全体構成の小型化を図る。【解決手段】  熱音響発電機１は、ループ管５と該ループ管５に接続された共鳴管７とからなる管３と、ループ管５に設けられた加熱部９及び放熱部１１と、加熱部９と放熱部１１とに挟まれたループ管５内における箇所に配置された蓄熱部１３と、発電機２０と、を備えている。共鳴管７におけるループ管５と反対側の端部７ａは閉塞部とされている。また、共鳴管７におけるループ管５側の端部７ｂは、加熱部９における蓄熱部１３と反対側の端部９ａ近傍のループ管５の部分に接続されている。この熱音響発電機１においては、長さを１／２波長程度とする定在波が管３内で発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ管と該ループ管に接続された共鳴管とからなり、内部に気体が充填された管と、
前記ループ管内の気体を加熱する加熱部と、
前記ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、
前記加熱部と放熱部とに挟まれた前記ループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、
前記蓄熱部内で生じる温度勾配によって前記ループ管と前記共鳴管とからなる管内の気体に発生する圧力変動に応動して発電を行なう発電機と、
を備えた熱音響発電機であって、
前記共鳴管における前記ループ管と反対側の端部が、気体変位の節として機能するよう構成されたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有することを特徴とする熱音響発電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、
前記圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項４】
請求項１または２に記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、
前記ループ管と前記共鳴管とからなる管における予め定められた部分に接続され、前記圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器と、
前記圧力容器に対向するように接続された２つの発電部と、
を備え、
前記２つの発電部は、
前記圧力容器内に接続された収容部と、
前記収容部内を、前記内部圧力変動に応じて往復運動する可動子と、
をそれぞれ有することを特徴とする熱音響発電機。
【請求項５】
請求項１または２に記載の熱音響発電機において、
前記発電機として、前記圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えた２つの発電機を備え、
前記２つの発電機は、前記ループ管と前記共鳴管とからなる管における予め定められた部分に対向するように設けられたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管における前記ループ管と反対側の端部は閉塞部とされることで前記気体変位の節として機能するよう構成されたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管における前記ループ管と反対側の端部に前記発電機を配置することで、当該端部は前記気体変位の節として機能するよう構成されたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部近傍の前記ループ管の部分に設けられたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の熱音響発電機において、
当該熱音響発電機の起動時に前記発電機を駆動させて、該発電機の駆動により前記ループ管と前記共鳴管とからなる管内の気体変位を誘起させる気体変位誘起手段を設けたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管における前記ループ管側の端部は、前記加熱部における前記蓄熱部と反対側の端部近傍の前記ループ管の部分に接続されたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管は、前記放熱部における前記蓄熱部と反対側の端部から前記蓄熱部と反対側の方向に向かう経路で前記ループ管と前記共鳴管を通って前記共鳴管における前記ループ管と反対側の端部に至るまでの長さの中間点に該当する部分と異なる部分に屈曲部を有することを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１２】
第１のループ管と、第２のループ管と、前記第１のループ管と前記第２のループ管とを接続する共鳴管とからなり、内部に気体が充填された管と、
前記第１のループ管内の気体を加熱する第１の加熱部と、
前記第１のループ管内の気体が有する熱を放熱させる第１の放熱部と、
前記第１の加熱部と第１の放熱部とに挟まれた前記第１のループ管内における箇所に配置された第１の蓄熱部と、
前記第２のループ管内の気体を加熱する第２の加熱部と、
前記第２のループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部と、
前記第２の加熱部と第２の放熱部とに挟まれた前記第２のループ管内における箇所に配置された第２の蓄熱部と、
前記第１の蓄熱部内や前記第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって前記第１のループ管と前記第２のループ管と前記共鳴管とからなる管内の気体に発生する圧力変動に応動して発電を行なう発電機と、
を備えたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有することを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、
前記圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１５】
請求項１２または１３に記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、
前記第１のループ管と前記第２のループ管と前記共鳴管とからなる管における予め定められた部分に接続され、前記圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器と、
前記圧力容器に対向するように接続された２つの発電部と、
を備え、
前記２つの発電部は、
前記圧力容器内に接続された収容部と、
前記収容部内を、前記内部圧力変動に応じて往復運動する可動子と、
をそれぞれ有することを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１６】
請求項１２または１３に記載の熱音響発電機において、
前記発電機として、前記圧力振動に応じて往復移動される可動子を備えた２つの発電機を備え、
前記２つの発電機は、前記第１のループ管と前記第２のループ管と前記共鳴管とからなる管における予め定められた部分に対向するように設けられたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、前記第１の放熱部における前記第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の前記第１のループ管の部分と、前記第２の放熱部における前記第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の前記第２のループ管の部分と、のうち少なくとも一方に設けられたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１８】
請求項１２〜１６のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記発電機は、前記第１の放熱部における前記第１の蓄熱部と反対側の端部から前記第１の蓄熱部と反対側の方向に向かう経路で前記第１のループ管と前記共鳴管を通って前記第２のループ管に入り前記第２の加熱部を避けた前記第２のループ管内の経路を経て前記第２の放熱部における前記第２の蓄熱部と反対側の端部に至るまでの長さの中間点に該当する部分と異なる部分に設けられたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれかに記載の熱音響発電機において、
当該熱音響発電機の起動時に前記発電機を駆動させて、該発電機の駆動により前記第１のループ管と前記第２のループ管と前記共鳴管とからなる管内の気体変位を誘起させる気体変位誘起手段を設けたことを特徴とする熱音響発電機。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれかに記載の熱音響発電機において、
前記共鳴管における前記第１のループ管側の端部は、前記第１の加熱部における前記第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の前記第１のループ管の部分に接続され、
前記共鳴管における前記第２のループ管側の端部は、前記第２の加熱部における前記第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の前記第２のループ管の部分に接続された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、気体を充填した管内で熱音響効果により発生した圧力変動に対応して管に接続された発電機を駆動させるよう構成された熱音響発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体を充填した管内に温度勾配のある蓄熱部を設け、温度上及び構造上の条件が成立すると、管内の気体に圧力振動が発生し、その振動により管内の気体に定在波や進行波が発生すること（熱音響効果）が知られている。
【０００３】
この現象を利用した構成として、従来においては、例えば、図９に示す装置１００が知られていた。この装置は、気体を充填したループ管１０２と、加熱部１０４と、放熱部１０６と、加熱部１０４と放熱部１０６とに挟まれた箇所に設けられた蓄熱部１０８と、を備える。この装置１００では、加熱部１０４と放熱部１０６の作用により蓄熱部１０８に生じた温度勾配によりループ管１０２内の気体に自励的な圧力変動が発生する。そして、この装置１００は、このようにして発生した圧力変動によりループ管１０２に取り付けた発電機等（図示省略）が駆動されるよう構成されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
ところで、ループ管１０２に発電機を取り付けて熱音響発電機とする場合、取り付ける発電機としては、例えば、ループ管１０２内の気体に発生した圧力振動波の成分である進行波を受けて移動可能な可動子を有するリニア型の発電機をループ管１０２に接続し、可動子の往復移動により発電を行なうものが適用されうる。
【０００５】
このような発電機を発電効率良く駆動させるためには、ループ管１０２内の気体に、例えば、５０〜１００Ｈｚの圧力振動を発生させ、この振動に発電機の可動子等の駆動体を応動させる必要がある。
【０００６】
ループ管１０２の場合、圧力振動波の成分として当該ループ管１０２の全管長を１波長とする進行波が主に発生する。従って、ループ管１０２の管長としては、ループ管１０２内の気体変位の進行速度Ｃ（管内における音速）を所望の周波数ｆ（５０〜１００Ｈｚ）で除算して得られる長さ（１波長分の長さ）が必要となる。
【０００７】
このような熱音響発電機の装置構成を小型化するためには、例えば、ループ管１０２の管長を短くすることが考えられる。
しかし、ループ管１０２の管長を短くしても当該ループ管１０２の管長を１波長とする進行波が発生すること自体には変わりはない。よって、単にループ管１０２の管長を短くするだけでは、ループ管１０２内の気体に発生する進行波の周波数が例えば５０〜１００Ｈｚ等の効率上適切なものから例えば数百Ｈｚの効率上不適切なものになってしまう。
【０００８】
そこで、従来においては、全管長を１／４波長程度とする定在波が管内で発生するようにすることで全管長を短くし、以て、装置構成の小型化を図るべく、図１０に示される装置構成が取られていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
図１０に示す装置２００は、図９に示された構成に加え、ループ管１０２に接続された共鳴管２０２を備えている。共鳴管２０２のループ管１０２と反対側の端部にはタンク２０４が接続されている。共鳴管２０２とタンク２０４との間には滑らかなテーパ形状の接続部２０６が設けられている。
【００１０】
この装置２００においては、管内の気体に定在波が発生するが、この定在波は、放熱部１０６における蓄熱部１０８と反対側の端部を気体変位の節、タンク２０４内を気体変位の腹とする、長さが１／４波長程度のものとなる。
【００１１】
従って、この装置２００の構成をとれば、全管長を１／４波長程度とする定在波が管内で発生する分だけ、装置構成の小型化が可能となる。
【特許文献１】特開２０００−８８３７８号公報
【特許文献２】特表２００２−５３５５９７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４９３２号公報
【非特許文献１】エス・バックハウス＆ジー・ダブリュー・スウィフト（S.Backhaus & G.W.Swift）著，「サーモアコースティックスターリングヒートエンジン（A thermoacoustic Stirling heat engine）」，（米国），VOL399，ネイチャー（NATURE），１９９９年５月２７日，ｐ．３３５−３３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、図１０に示す装置２００では、共鳴管２０２とタンク２０４との間の接続部２０６の形状として、断面積を滑らかに変化させたテーパ形状が不可欠である。この部分で断面積が急激に変化すると、流路抵抗が増加し、管内で発生する圧力振動の圧力振幅が低下してしまうからである。発電機を取り付けていた場合には発電効率の大幅な低減を招くことにもなる。
【００１３】
しかし、このようなテーパ形状の接続部を製作するには非常に手間がかかることから、従来においては、装置の加工コストが高くなるという問題があった。
また、タンク２０４内における圧力変動を小さくして、タンク２０４内を気体変位の腹とする定在波が管内で適切に発生するようにするためには、タンク２０４としては大容量のものを用いる必要がある。
【００１４】
しかし、大容量のタンク２０４を用いたのでは、装置全体の重量が大きくなってしまい、装置構成の小型化が困難になるという問題があった。
そこで、本発明は、熱音響効果を用いた熱音響発電機において、タンクを用いることなく全体構成の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の熱音響発電機は、ループ管と該ループ管に接続された共鳴管とからなり、内部に気体が充填された管と、ループ管内の気体を加熱する加熱部と、ループ管内の気体が有する熱を放熱させる放熱部と、加熱部と放熱部とに挟まれたループ管内における箇所に配置された蓄熱部と、蓄熱部内で生じる温度勾配によってループ管と共鳴管とからなる管内の気体に発生する圧力変動に応動して発電を行なう発電機と、  を備える。
【００１６】
そして、この熱音響発電機では、共鳴管におけるループ管と反対側の端部が、気体変位の節として機能するよう構成されている。
本発明の熱音響発電機では、ループ管に設けた加熱部が管内の気体を部分的に加熱し、ループ管に設けた放熱部が管内の気体を部分的に冷却する。よって、加熱部で供給された熱が蓄熱部の内部を介して放熱部において放出されることになり、その結果、蓄熱部の加熱部側の端部と放熱部側の端部との間で温度差による温度勾配が発生する。
【００１７】
この状態においては、当該温度勾配により管内の気体に圧力振動が発生するが、本発明では、共鳴管におけるループ管と反対側の端部が気体変位の節として機能するよう構成されているため、主として、長さが１／２波長程度である定在波が管内で発生する。
【００１８】
つまり、放熱部における蓄熱部と反対側の端部と、共鳴管におけるループ管と反対側の端部とを気体変位の節とする定在波であって、長さが１／２波長程度のものが管内で発生する。
【００１９】
従って、本発明によれば、長さが１／２波長程度である定在波が管内で発生する分だけ、全管長を１波長とする進行波が発生する従来構成（図９参照）に比べ、全体構成の小型化が可能になる。
【００２０】
また、共鳴管におけるループ管と反対側の端部が気体変位の節として機能するよう構成するのは比較的容易であり、この場合には、図１０に示したタンク２０４のように大容量を要する構成は一般に不要となり、また、接続部２０６の加工形成も不要となるため、重量の増加や加工コストの増大といった問題も回避できる。
【００２１】
よって、本発明によれば、これらの問題を適切に回避した全体構成の小型化が可能になる。
本発明の熱音響発電機においては、共鳴管は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有していても良い。このようにすれば、共鳴管の加工コストの一層の低減が可能になる。
【００２２】
また、本発明の熱音響発電機が備える発電機は、蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えたものであっても良い。
この場合においては、管内で主として発生するのが圧力振動であることから可動子の往復移動が好適に誘起され、効果的に発電を行うことが可能になる。
【００２３】
また、本発明の熱音響発電機が備える発電機は、ループ管と共鳴管とからなる管における予め定められた部分に接続され、蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器と、圧力容器に対向するように接続された２つの発電部と、を備えたものであっても良い。
【００２４】
この場合、２つの発電部は、圧力容器内に接続された収容部と、該収容部内を、蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する圧力振動に対応した内部圧力変動に応じて往復運動する可動子と、をそれぞれ有していても良い。
【００２５】
このようにすれば、２つの発電部内で往復運動する可動子の動きを同期させた場合には、一方の可動子の動きによる振動が他方の可動子の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機から発生する振動が適切に抑制される。
【００２６】
また、本発明の熱音響発電機は、発電機として、蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えた２つの発電機を備えていても良い。
【００２７】
この場合、２つの発電機は、ループ管と共鳴管とからなる管における予め定められた部分に対向するように設けられていると良い。
このようにすれば、２つの発電機内で往復運動する可動子の動きを同期させた場合には、一方の可動子の動きによる振動が他方の可動子の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機から発生する振動が適切に抑制される。
【００２８】
本発明においては、共鳴管におけるループ管と反対側の端部が、閉塞部とされることで、当該端部が蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する気体変位の節として機能するよう構成されていてもよい。
【００２９】
この場合には、共鳴管の端部を閉塞部とするだけで済む分だけ、図１０に示したタンク２０４を要する構成に比べ、熱音響発電機の小型化を適切に図れるという効果が得られる。
【００３０】
また、本発明においては、共鳴管におけるループ管と反対側の端部に発電機を配置することで、当該端部が蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内に発生する気体変位の節として機能するよう構成されていても良い。
【００３１】
この場合には、共鳴管に図１０に示したタンク２０４を設ける必要がなくなる分だけ、熱音響発電機の小型化を適切に図れるという効果が得られる。
また、この場合、発電機を配置する箇所は、定常波による気体変位の節となる箇所であり、この箇所では、当該定常波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【００３２】
よって、この場合においては、圧力変動の比較的大きな箇所で発電がなされることになる分だけ、発電効率が良くなる。
本発明においては、発電機は、放熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に設けられていてもよい。
【００３３】
この場合には、発電機による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
つまり、本発明では、上述のように、放熱部における蓄熱部と反対側の端部を気体変位の節とする定在波が管内で発生する。この場合、放熱部における蓄熱部と反対側の端部では当該定在波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【００３４】
よって、上記のように放熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に発電機を設ければ、圧力変動の比較的大きな箇所で発電がなされることになる分だけ、発電効率が良くなる。
【００３５】
本発明においては、当該熱音響発電機の起動時に発電機を駆動させて、該発電機の駆動によりループ管と共鳴管とからなる管内の気体変位を誘起させる気体変位誘起手段を設けてもよい。
【００３６】
このように発電機を起動時に駆動させれば、この発電機の駆動が管内の気体変位のスタータとして機能する。よって、この場合においては、管内の気体変位を確実に発生させることができるという効果が得られる。
【００３７】
本発明の熱音響発電機においては、共鳴管におけるループ管側の端部が、加熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に接続されていてもよい。
この場合においては、当該熱音響発電機を構成する管の長さを比較的短くできるという効果が得られる。
【００３８】
つまり、管内で発生する定在波は、放熱部における蓄熱部と反対側の端部から蓄熱部と反対側の方向に向かう経路でループ管と共鳴管を通って共鳴管におけるループ管と反対側の端部に至るまでの経路部分で発生する。なお、この場合、この経路部分の長さは当該定常波の１／２波長程度である。
【００３９】
従って、当該熱音響発電機を構成する管の長さをできるだけ短くするためには、この経路部分に含まれない無駄な経路部分を管の部分に持たせないようにすることが有効と言える。
【００４０】
そのように無駄な経路部分を持たせないようにするためには、上記のように、共鳴管におけるループ管側の端部が、加熱部における蓄熱部と反対側の端部近傍のループ管の部分に接続されるようにすると良い。
【００４１】
本発明において、共鳴管は、放熱部における蓄熱部と反対側の端部から蓄熱部と反対側の方向に向かう経路でループ管と共鳴管を通って共鳴管におけるループ管と反対側の端部に至るまでの長さ（以下、「定在波の分布長さ」ともいう。）の中間点に該当する部分と異なる部分に屈曲部を有すると良い。
【００４２】
このようにすれば、当該熱音響発電機の発電効率に必要以上の悪影響が及ぶことを防ぎつつ、当該熱音響発電機を配置する箇所をコンパクトにできるという効果が得られる。
つまり、例えば、共鳴管が屈曲部を有さない直線状のものの場合は、少なくとも共鳴管の全長以上の幅を当該熱音響発電機の配置用に確保しなければならなくなる。よって、上記のように屈曲部を設ければ、共鳴管の全長以上の幅を当該熱音響発電機の配置用に確保しなくても済む分だけ、当該熱音響発電機の配置箇所をコンパクトにできる。
【００４３】
また、定在波の分布長さの中間点に該当する部分は、当該定在波による気体変位の腹に当たる部分である。この部分では気体変位量（流速）が他の部分よりも大きい。よって、管の屈曲部がこの部分にあると、屈曲部による流動損失のため管内で発生する定在波が小さくなり、効率の良い発電ができなくなってしまう。
【００４４】
よって、上記のように定在波の分布長さの中間点に該当する部分と異なる部分に屈曲部を設ければ、当該熱音響発電機の発電効率に必要以上の悪影響が及ぶことを防ぎつつ、当該熱音響発電機の配置箇所をコンパクトにできる。
【００４５】
一方、本発明の熱音響発電機は、第１のループ管と、第２のループ管と、第１のループ管と第２のループ管とを接続する共鳴管とからなり、内部に気体が充填された管と、第１のループ管内の気体を加熱する第１の加熱部と、第１のループ管内の気体が有する熱を放熱させる第１の放熱部と、第１の加熱部と第１の放熱部とに挟まれた第１のループ管内における箇所に配置された第１の蓄熱部と、第２のループ管内の気体を加熱する第２の加熱部と、第２のループ管内の気体が有する熱を放熱させる第２の放熱部と、第２の加熱部と第２の放熱部とに挟まれた第２のループ管内における箇所に配置された第２の蓄熱部と、  第１の蓄熱部内や第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって第１のループ管と第２のループ管と共鳴管とからなる管内の気体に発生する圧力変動に応動して発電を行なう発電機と、を備えたものであっても良い。
【００４６】
この熱音響発電機では、第１の加熱部と第２の加熱部とがそれぞれ管内の気体を部分的に加熱し、第１の放熱部と第２の放熱部とが管内の気体を部分的に冷却する。よって、第１の加熱部で供給された熱が第１の蓄熱部の内部を介して第１の放熱部において放出され、第２の加熱部で供給された熱が第２の蓄熱部の内部を介して第２の放熱部において放出されることになる。そして、その結果、第１の蓄熱部の第１の加熱部側の端部と第１の放熱部側の端部との間で温度差による温度勾配が発生すると共に、第２の蓄熱部の第２の加熱部側の端部と第２の放熱部側の端部との間で温度差による温度勾配が発生する。
【００４７】
この状態においては、管内の２つの領域（第１の蓄熱部と第２の蓄熱部）で生じた温度勾配により管内の気体に圧力振動が発生する。
但し、この熱音響発電機では、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部と、第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部とを気体変位の節とする定在波であって、長さが１／２波長程度のものが管内で主として発生する。
【００４８】
従って、この熱音響発電機においては、長さが１／２波長程度である定在波が管内で発生する分だけ、全管長を１波長とする進行波が発生する従来構成（図９参照）に比べ、全体構成の小型化が可能になる。
【００４９】
また、この場合においても、図１０に示したタンク２０４のように大容量を要する構成は一般に不要となり、また、接続部２０６の加工形成も不要となるため、重量の増加や加工コストの増大といった問題も回避できるという効果が得られる。
【００５０】
このように構成された本発明の熱音響発電機においては、共鳴管は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有していても良い。このようにすれば、共鳴管の加工コストの一層の低減が可能になる。
【００５１】
また、この熱音響発電機が備える発電機は、第１の蓄熱部内や第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって第１のループ管と第２のループ管と共鳴管とからなる管内の気体に発生する圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えたものであっても良い。
【００５２】
この場合においては、管内で主として発生するのが圧力振動であることから可動子の往復移動が好適に誘起され、効果的に発電を行うことが可能になる。
また、この熱音響発電機が備える発電機は、第１のループ管と第２のループ管と共鳴管とからなる管における予め定められた部分に接続され、第１の蓄熱部内や第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内の気体に発生する圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器と、圧力容器に対向するように接続された２つの発電部と、を備えたものであっても良い。
【００５３】
この場合、２つの発電部は、圧力容器内に接続された収容部と、該収容部内を、第１の蓄熱部内や第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内の気体に発生する圧力変動に対応した内部圧力変動に応じて往復運動する可動子と、をそれぞれ有していても良い。
【００５４】
このようにすれば、２つの発電部内で往復運動する可動子の動きを同期させた場合には、一方の可動子の動きによる振動が他方の可動子の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機から発生する振動が適切に抑制される。
【００５５】
また、この熱音響発電機は、発電機として、第１の蓄熱部内や第２の蓄熱部内で生じる温度勾配によって管内の気体に発生する圧力変動に応じて往復移動される可動子を備えた２つの発電機を備えていても良い。
【００５６】
この場合、２つの発電機は、第１のループ管と第２のループ管と共鳴管とからなる管における予め定められた部分に対向するように設けられていると良い。
このようにすれば、２つの発電機内で往復運動する可動子の動きを同期させた場合には、一方の可動子の動きによる振動が他方の可動子の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機から発生する振動が適切に抑制される。
【００５７】
また、この熱音響発電機では、発電機は、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の第１のループ管の部分と、第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の第２のループ管の部分と、のうち少なくとも一方に設けられていてもよい。
【００５８】
この場合には、発電機による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
つまり、この熱音響発電機では、上述のように、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部と、第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部とを気体変位の節とする定在波が管内で発生する。この場合、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部と、第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部では、当該定在波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【００５９】
よって、上記のように第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の第１のループ管の部分と、第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の第２のループ管の部分と、のうち少なくとも一方に発電機を設ければ、圧力変動の比較的大きな箇所で発電がなされることになる分だけ、発電効率が良くなる。
【００６０】
この熱音響発電機において、発電機は、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部から第１の蓄熱部と反対側の方向に向かう経路で第１のループ管と共鳴管を通って第２のループ管に入り第２の加熱部を避けた第２のループ管内の経路を経て第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部に至るまでの長さ（以下、「定在波の分布長さ」ともいう。）の中間点に該当する部分と異なる部分に設けられていても良い。
【００６１】
このようにすれば、当該熱音響発電機の発電効率を比較的良くすることができる。
つまり、定在波の分布長さの中間点に該当する部分は、当該定在波による気体変位の腹に当たる部分であるが、この部分では、当該定在波による圧力変動が気体変位の腹ではない他の箇所よりも小さくなる。
【００６２】
よって、上記のように定在波の分布長さの中間点に該当する部分と異なる部分に発電機を設ければ、当該中間点に該当する部分よりも圧力変動の大きな箇所で発電がなされることになる分だけ、発電効率が良くなる。
【００６３】
この熱音響発電機においては、当該熱音響発電機の起動時に発電機を駆動させて、該発電機の駆動により第１のループ管と第２のループ管と共鳴管とからなる管内の気体変位を誘起させる気体変位誘起手段を設けてもよい。
【００６４】
このように発電機を起動時に駆動させれば、この発電機の駆動が管内の気体変位のスタータとして機能する。よって、この場合においては、管内の気体変位を確実に発生させることができるという効果が得られる。
【００６５】
この熱音響発電機においては、共鳴管における第１のループ管側の端部が、第１の加熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の第１のループ管の部分に接続され、共鳴管における第２のループ管側の端部が、第２の加熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の第２のループ管の部分に接続されていてもよい。
【００６６】
この場合においては、当該熱音響発電機を構成する管の長さを比較的短くできるという効果が得られる。
つまり、管内で発生する定在波は、第１の放熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部から第１の蓄熱部と反対側の方向に向かう経路で第１のループ管と共鳴管を通って第２のループ管に入り第２の加熱部を避けた第２のループ管内の経路を経て第２の放熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部に至るまでの経路部分で発生する。なお、この場合、この経路部分の長さは当該定常波の１／２波長程度である。
【００６７】
従って、当該熱音響発電機を構成する管の長さをできるだけ短くするためには、この経路部分に含まれない無駄な経路部分を管の部分に持たせないようにすることが有効と言える。
【００６８】
そのように無駄な経路部分を持たせないようにするためには、上記のように、共鳴管における第１のループ管側の端部が、第１の加熱部における第１の蓄熱部と反対側の端部近傍の第１のループ管の部分に接続され、共鳴管における第２のループ管側の端部が、第２の加熱部における第２の蓄熱部と反対側の端部近傍の第２のループ管の部分に接続されるようにすると良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態をとり得る。
［実施例１］
図１は、実施例１の熱音響発電機１の概略構成を示す図である。
【００７０】
図１に示す如く、熱音響発電機１は、ループ管５と該ループ管５に接続された共鳴管７とからなる管３と、ループ管５に設けられた加熱部９及び放熱部１１と、加熱部９と放熱部１１とに挟まれたループ管５内における箇所に配置された蓄熱部１３と、発電機２０と、を備えている。
【００７１】
管３内には、作動ガス（気体）が充填されている。作動ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、水素などの低分子数の気体が単独で或いは予め定められた容積比率で混合されたものが用いられる。管３内には、このような作動ガスが例えば約０．１〜３．０ＭＰａ程度の圧力で充填される。
【００７２】
管３の構成要素である共鳴管７は、全長に亘って略同一の断面形状および断面積を有する直線状の管である。共鳴管７におけるループ管５と反対側の端部７ａは閉塞部とされている。また、共鳴管７におけるループ管５側の端部７ｂは、加熱部９における蓄熱部１３と反対側の端部９ａ近傍のループ管５の部分に接続されている。
【００７３】
加熱部９は、管３内の気体を部分的に高温に加熱する部分であり、例えば、加熱用の熱交換器から構成される。加熱部９は、例えば、銅合金などで形成した複数本の金属管であって内部が管３内と連通されたものを有するよう構成される。この場合、例えば、当該複数本の金属管の外側に作動ガス加熱用の流体が通される構成を設けることで、複数本の金属管内の作動ガスが加熱されるようにされる。作動ガス加熱用の流体としては、例えば、各種プラントの加熱設備などから排出される排熱ガスなど各種の熱媒体を使用できる。
【００７４】
放熱部１１は、管３内の気体を部分的に冷却する部分であり、例えば、冷却用の熱交換器から構成される。放熱部１１としては、例えば、放熱フィンを設けるなどした上、冷却空気が放熱部１１に当たるように流されることで作動ガスの冷却が行なわれる方式や、冷媒（水等）を通す冷媒チューブをループ管５に装着することで作動ガスの冷却が行われる方式のものが用いられ得る。
【００７５】
蓄熱部１３は、例えば、ステンレス網などから形成された金属メッシュを複数枚積層した構造体、或いはセラミックや焼結金属から形成されたハニカム構造体により構成される。これらの構造体の内部には微小間隔で微細な気体の通路が形成されている。
【００７６】
加熱部９によって蓄熱部１３における加熱部９側の端部１３ａに高温の熱が供給される一方、放熱部１１によって蓄熱部１３における放熱部１１側の端部１３ｂが冷却されると、蓄熱部１３の両端部１３ａ，１３ｂ間で温度差が発生し、蓄熱部１３内の各通路壁に所定の温度勾配が生じる。この温度勾配の生じた蓄熱部１３内の微細通路において作動ガスが当該温度勾配に沿って移動すると、熱音響効果によって管３内の作動ガスに自励的な圧力振動（気体変位）が発生する。
【００７７】
この場合、管３内においては、管３の構成に対応した特性を有する定在波が主として発生する。本実施例においては、共鳴管７の端部７ａが閉塞部とされているため、放熱部１１における蓄熱部１３と反対側の端部１１ａと共鳴管７の端部７ａとを気体変位の節とする定在波が管３内で発生する。
【００７８】
具体的には、この定在波は、端部１１ａから蓄熱部１３と反対側の方向に向かう経路でループ管５と共鳴管７を通って共鳴管７の端部７ａに至るまでの経路部分の長さＬ（図１に破線１５で示される経路部分の長さ）を１／２波長の整数倍程度とする圧力振動である。但し、自励的に発生するこのような定在波としては、経路部分の長さＬを１／２波長程度とするものが主として発生することになる。
【００７９】
管３内の気体の進行速度Ｃ（管３内における音速）は、管３内に充填する作動ガスの特性により予め定められるものであることから、所望の周波数ｆ（例えば、５０〜１００Ｈｚ）の定在波を管３内で発生させるために必要な経路部分の長さＬは、進行速度Ｃと周波数ｆとに基づき定められる。管３の長さはこのようにして定められたＬに対応するよう設計される。
【００８０】
発電機２０は、管３内の作動ガスに発生する圧力変動に応動して発電を行なえるよう構成されたものであり、放熱部１１の端部１１ａ近傍のループ管５の部分に設けられている。但し、本実施例の発電機２０は、蓄熱部１３内で温度勾配が生じる当該熱音響発電機１の起動時にも駆動し、管３内の気体変位（定在波）を誘起する機能（スタータ機能）も有する。よって、本実施例の発電機２０は、スタータ兼発電機というべきものである。
【００８１】
発電機２０は、直線的に往復移動される可動子２２を備えたリニア型のものである。発電機２０は、ループ管５の側部に接続され、隣接する管３内で生じる圧力変動に対応した内部圧力変動を生じる圧力容器２４を備えている。圧力容器２４内には、シリンダ２６と、ピストン２８が配設されている。シリンダ２６は、ループ管５と圧力容器２４との接続箇所近傍に設けられており、ピストン２８は、シリンダ２６内に往復移動可能に配置されている。
【００８２】
ピストン２８には可動子２２の一端が連結されており、可動子２２をなす軸部はスラスト軸受３０により摺動可能に支持されている。可動子２２に取り付けられた支持体３２には、可動子２２の側面を包囲するコイル３４が設けられている。そして、可動子２２の両端部には、可動子２２とピストン２８の往復移動を促進すべく、積層された渦巻ばねなどからなるばね部材３６ａ，３６ｂが装着されている。また、スラスト軸受３０におけるコイル３４と対向する箇所には複数の永久磁石３８が取り付けられている。それにより、例えば、発電機２０をスタータとして機能させる場合には、コイル３４に交流電流を供給することで、コイル３４と永久磁石３８との相互作用により、可動子２２とピストン２８がその交流電流の周波数で往復移動することになる。また、コイル３４への交流電流の供給停止後に、例えば、管３内で生じる圧力変動に応じて可動子２２とピストン２８が往復移動した際には、コイル３４に起電力が発生し、その結果、発電が行われることになる。
【００８３】
発電機２０には、スタータ機能と発電機能とを切り替える切替回路４１が接続されている。また、切替回路４１には、ドライバ４３を介してコントローラ４５（通常のコンピュータなどから構成される。気体変位誘起手段に相当。）が接続されると共に、発電電力出力回路４７が接続されている。コントローラ４５は、予め定められた周波数の交流電流をドライバ４３を介してコイル３４に供給することで、該交流電流の周波数での可動子２２とピストン２８の往復移動が誘起されるようにする。
【００８４】
このように構成された熱音響発電機１において、上記のように蓄熱部１３内で温度勾配が生じた状態で、コントローラ４５の動作によってスタータとして機能する発電機２０における可動子２２とピストン２８を所望の周波数（後程、発電機２０から出力させたい起電力の周波数）で往復移動させると、管３内の作動ガスに該周波数の振動が付与される。
【００８５】
これによって、管３内の作動ガスが管３の軸方向に往復移動して作動ガスの振動が生じ、その圧力振動が蓄熱部１３内に伝達され、蓄熱部１３内の熱エネルギーが作動ガスの圧力振動に変換され印加される。
【００８６】
すなわち、発電機２０のピストン２８の作動により蓄熱部１３内の作動ガスが蓄熱部１３内の低温側から高温側に移動したとき、作動ガスは蓄熱部１３内の微細通路の壁から熱を吸収しながら膨張する。また、作動ガスが蓄熱部１３内の高温側から低温側に移動したときは、作動ガスは蓄熱部１３内の微細通路の壁に熱を排熱しながら収縮する。
【００８７】
このような管３内の蓄熱部１３での作動ガスの吸熱と排熱に伴う膨張と収縮が、ピストン２８の振動動作により繰り返される。そして、これによって、管３内の作動ガスには、ピストン２８の作動周波数による圧力振動(気体変位)が発生し、この圧力振動によって、管３内には経路部分の長さＬを１／２波長程度とする定在波が発生する。
【００８８】
この定在波は、上記のように、放熱部１１の端部１１ａと共鳴管７の端部７ａとを気体変位の節とするものである。この圧力振動は、ピストン２８の作動を停止し発電機２０のスタータ機能を停止させた後も、継続的に発生する。このため、本実施例では、管３内で圧力振動が発生した状態で、スタータ機能を奏していた発電機２０は、切替回路４１の発電電力出力回路４７側への切り替えにより、以後は発電機として運転される。
【００８９】
従って、このような切り替え後においては、管３内で生じる圧力振動に応じて可動子２２とピストン２８が往復移動する。このとき、コイル３４は永久磁石３８に対して往復移動することになるため、コイル３４に起電力が発生し、発電が行われる。このようにして発電機２０で発電される交流電力は、管３内の圧力振動の周波数と同じ周波数を持つものであり、発電電力出力回路４７に出力される。
【００９０】
上述したように、本実施例の熱音響発電機１においては、長さＬを１／２波長程度とする定在波が管３内で発生するため、全管長を１波長とする進行波が発生する従来構成（図９参照）に比べ、全体構成の小型化が可能になる。また、本実施例は、共鳴管７に図１０に示したタンク２０４を設けない構成を有しているので、その点においても従来に比べ全体構成の小型化が可能である。
【００９１】
また、本実施例では、共鳴管７の端部７ｂは、加熱部９の端部９ａ近傍のループ管５の部分に接続されている。従って、本実施例では、他の部分に共鳴管７の端部７ｂを接続する場合に比べ、管３内で定在波が発生する経路部分（図１に破線１５で示される経路部分）に該当しない無駄な経路部分１７（図１参照）の長さを短くでき、その分だけ、管３の全長を短くできる。
【００９２】
また、本実施例では、発電機２０は、放熱部１１の端部１１ａ近傍のループ管５の部分に設けられている。従って、発電機２０による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
【００９３】
つまり、まず、上述したように、管３内で発生する定在波は放熱部１１の端部１１ａを気体変位の節としている。この場合、放熱部１１の端部１１ａでは当該定在波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【００９４】
よって、本実施例では、圧力変動の比較的大きな箇所である放熱部１１の端部１１ａ近傍の箇所に発電機２０が設けられている分だけ、発電機２０による発電効率が良くなる。
また、本実施例では、発電機２０が管３内の気体変位（定在波）を誘起する機能（スタータ機能）も有するよう構成されている。よって、本実施例では、管３内の圧力変動を確実に発生させることができるという効果が得られる。
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。
【００９５】
尚、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図２は、実施例２の熱音響発電機１Ａの概略構成を示す図である。
本実施例（実施例２）が上記実施例１と異なるのは、共鳴管７に屈曲部７ｃが設けられている点だけである。図２では図示が省略されているものの、熱音響発電機１Ａにおいても、切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７は設けられている。
【００９６】
本実施例において、共鳴管７に設けられた屈曲部７ｃは、端部１１ａから蓄熱部１３と反対側の方向に向かう経路でループ管５と共鳴管７を通って共鳴管７の端部７ａに至るまでの経路部分の長さＬ（「管３内で発生する定在波の分布長さ」：図２に破線１５Ａで示される経路部分の長さ）の中間点Ｍに該当する部分と異なる部分に設けられている。
【００９７】
従って、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、当該熱音響発電機１Ａの発電効率に必要以上の悪影響が及ぶことを防ぎつつ、当該熱音響発電機１Ａを配置する箇所をコンパクトにできるという効果が得られる。
【００９８】
つまり、例えば、共鳴管７が屈曲部７ｃを有さない直線状のものの場合は、少なくとも共鳴管７の全長以上の幅を当該熱音響発電機１Ａの配置箇所には確保しなければならなくなる。よって、本実施例のように屈曲部７ｃを設ければ、共鳴管７の全長以上の幅を当該熱音響発電機１Ａの配置用に確保しなくても済む分だけ、当該熱音響発電機１Ａの配置箇所をコンパクトにできる。
【００９９】
また、本実施例においても、実施例１の場合と同様に、放熱部１１の端部１１ａと共鳴管７の端部７ａとを気体変位の節とする長さが１／２波長程度の定在波が管３内で発生する。この定在波は、図２に破線１５Ａで示される経路部分で発生するが、この経路部分の長さ（定常波の分布長さ）の中間点Ｍに該当する部分は、当該定在波による気体変位の腹に当たる部分である。この部分では気体変位量（流速）が他の部分よりも大きい。よって、共鳴管７の屈曲部７ｃがこの部分にあると、屈曲部７ｃによる流動損失のため管３内で発生する定在波が小さくなり、効率の良い発電ができなくなってしまう。
【０１００】
よって、本実施例のように定在波の分布長さの中間点Ｍに該当する部分と異なる部分に屈曲部７ｃを設ければ、当該熱音響発電機１Ａの発電効率に必要以上の悪影響が及ぶことを防ぎつつ、当該熱音響発電機１Ａの配置箇所をコンパクトにできる。
［実施例３］
次に、実施例３について説明する。
【０１０１】
本実施例（実施例３）は、上記実施例２の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例２と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図３は、本実施例の熱音響発電機１Ｂの概略構成を示す図である。
【０１０２】
本実施例が上記実施例２と異なるのは、実施例２で発電機２０として設けられていたものが対向型発電機５０とされている点だけである。対向型発電機５０の配置箇所は実施例１，２の発電機２０の配置箇所と同様である。図３では図示が省略されているものの、熱音響発電機１Ｂにおいても、切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７は設けられている。但し、切替回路４１は、対向型発電機５０の構成要素である２つの発電部５４ａ，５４ｂ双方のコイル３４に接続される。
【０１０３】
対向型発電機５０は、圧力容器５２と、該圧力容器５２に対向するように接続された２つの発電部５４ａ，５４ｂとを備えている。
圧力容器５２は、ループ管５の側部に接続され、隣接する管３内で生じる気体変位に対応した内部圧力変動を生じるよう構成されたものである。
【０１０４】
２つの発電部５４ａ，５４ｂは、それぞれ、圧力容器５２内に接続されたシリンダ２７（収容部に相当）と、シリンダ２７内を往復運動可能に構成されたピストン２８および可動子２２と、を有するものである。２つの発電部５４ａ，５４ｂそれぞれが有するシリンダ２７は、図３に示すように、部分的に一体に構成されている。その他、２つの発電部５４ａ，５４ｂは、それぞれ、実施例１，２の発電機２０と同様の構成・機能を有する構成要素を備えている。本実施例では、発電機２０の場合と同様の構成・機能を有する構成要素には、図３中に同様の符号を付して、その説明を省略する。
【０１０５】
本実施例では、コントローラ４５の動作により発電機５０をスタータとして機能させる際には、発電部５４ａにおける可動子２２およびピストン２８と、発電部５４ｂにおける可動子２２およびピストン２８とを同期するように（換言すれば、同一位相で）駆動させる。
【０１０６】
従って、本実施例においては、管３内で圧力振動が発生した後に切替回路４１における発電電力出力回路４７側への切り替えがなされた後においても、発電部５４ａにおける可動子２２およびピストン２８と、発電部５４ｂにおける可動子２２およびピストン２８とが、管３内の圧力振動に応じて同期した状態で駆動され、発電がなされる。
【０１０７】
よって、本実施例においては、一方の可動子２２およびピストン２８の動きによる振動が他方の可動子２２およびピストン２８の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機１Ｂから発生する振動が適切に抑制される。
【０１０８】
つまり、本実施例によれば、実施例２の効果に加え、熱音響発電機１Ｂから発生する振動が適切に抑制されるという効果が得られる。
［実施例４］
次に、実施例４について説明する。
【０１０９】
本実施例（実施例４）は、上記実施例１の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図４は、本実施例の熱音響発電機１Ｃの概略構成を示す図である。
【０１１０】
本実施例が上記実施例１と異なるのは、発電機２０を、放熱部１１の端部１１ａ近傍のループ管５の部分ではなく、共鳴管７の端部７ａに設けた点だけである。図４では図示が省略されているものの、熱音響発電機１Ｃにおいても、切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７は設けられている。
【０１１１】
本実施例では、共鳴管７の端部７ａに発電機２０が配置されているため、実施例１の場合と同様に、発電時においては、放熱部１１の端部１１ａと共鳴管７の端部７ａとを気体変位の節とする経路部分の長さが１／２波長程度の定在波が管３内で発生する。
【０１１２】
そして、本実施例では、当該定在波による気体変位の節となる箇所である共鳴管７の端部７ａに発電機２０が設けられているため、発電機２０による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
【０１１３】
つまり、まず、上述したように、管３内で発生する定在波は共鳴管７の端部７ａを気体変位の節としている。この場合、共鳴管７の端部７ａでは、当該定在波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【０１１４】
よって、本実施例では、圧力変動の比較的大きな箇所である共鳴管７の端部７ａ近傍の箇所に発電機２０が設けられている分だけ、発電機２０による発電効率が良くなる。
その他、本実施例においては、実施例１における発電機２０の配置箇所に基づく効果以外の他の効果と同様の効果が奏される。
［実施例５］
次に、実施例５について説明する。
【０１１５】
本実施例（実施例５）は、上記実施例２の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例２と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図５は、本実施例の熱音響発電機１Ｄの概略構成を示す図である。
【０１１６】
本実施例が上記実施例２と異なるのは、発電機２０を、放熱部１１の端部１１ａ近傍のループ管５の部分ではなく、共鳴管７の端部７ａに設けた点だけである。図５では図示が省略されているものの、熱音響発電機１Ｄにおいても、切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７は設けられている。
【０１１７】
本実施例では、共鳴管７の端部７ａに発電機２０が配置されているため、上記実施例４の場合と同様に、発電時においては、放熱部１１の端部１１ａと共鳴管７の端部７ａとを気体変位の節とする経路部分の長さが１／２波長程度の定在波が管３内で発生する。
【０１１８】
そして、本実施例では、当該定在波による気体変位の節となる箇所である共鳴管７の端部７ａに発電機２０が設けられているため、上記実施例４の場合と同様の理由により、発電機２０による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
【０１１９】
その他、本実施例においては、実施例２における発電機２０の配置箇所に基づく効果以外の他の効果と同様の効果が奏される。
［実施例６］
次に、実施例６について説明する。
【０１２０】
本実施例（実施例６）は、上記実施例５の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例５と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図６は、本実施例の熱音響発電機１Ｅの概略構成を示す図である。
【０１２１】
本実施例が上記実施例５と異なるのは、実施例５で発電機２０として設けられていたものが実施例３の場合と同様の対向型発電機５０とされている点だけである。対向型発電機５０の構成は実施例３における対向型発電機５０の構成と同様なので、その説明は省略する。なお、本実施例の対向型発電機５０にも、実施例３の場合と同様に、切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７が対向型発電機５０に接続される。
【０１２２】
本実施例では、実施例５で発電機２０としていたものを対向型発電機５０としたため、実施例５の効果に加え、実施例３の説明の際に記載した理由と同様の理由により、熱音響発電機１Ｅから発生する振動が適切に抑制されるという効果が得られる。
［実施例７］
次に、実施例７について説明する。
【０１２３】
本実施例（実施例７）は、上記実施例１の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図７は、本実施例の熱音響発電機１Ｆの概略構成を示す図である。
【０１２４】
本実施例が上記実施例１と異なるのは、次に述べる点である。
すなわち、本実施例の熱音響発電機１Ｆは、共鳴管７の端部７ａに、加熱部６１と放熱部６３と蓄熱部６５と発電機６７とを備えた別のループ管６９が接続されている点で、実施例１のものと異なる。
【０１２５】
本実施例においては、加熱部６１、放熱部６３、蓄熱部６５は、加熱部９、放熱部１１、蓄熱部１３とそれぞれ同様の構成をなすものである。加熱部６１、放熱部６３、蓄熱部６５は、加熱部９、放熱部１１、蓄熱部１３の場合と同様、加熱部６１と放熱部６３が蓄熱部６５を挟むような位置関係で、ループ管６９上の予め定められた箇所に設けられる。
【０１２６】
また、本実施例においては、発電機６７も発電機２０と同様の構成をなすものである。発電機６７は、放熱部６３における蓄熱部６５と反対側の端部６３ａ近傍のループ管６９の部分に設けられている。本実施例では、図示は省略するが、実施例１の場合と同様の切替回路４１、ドライバ４３、コントローラ４５、発電電力出力回路４７が設けられている。但し、切替回路４１は、発電機２０と発電機６７双方のコイル３４に接続されている。
【０１２７】
また、本実施例では、共鳴管７におけるループ管６９側の端部７ａは、加熱部６１における蓄熱部６５と反対側の端部６１ａ近傍のループ管６９の部分に接続されている。
この熱音響発電機１Ｆにおいては、加熱部９と放熱部１１の作用により蓄熱部１３内に温度勾配が生じると共に、加熱部６１と放熱部６３の作用により蓄熱部６５内に温度勾配が生じた際に、蓄熱部１３，６５内の微細通路において作動ガスが温度勾配に沿って移動すると、熱音響効果によって、ループ管５，６９と共鳴管７とからなる管３Ａ内の作動ガスに自励的な圧力変動（気体変位）が発生する。
【０１２８】
この場合、管３Ａ内においては、管３Ａの構成に対応した特性を有する定在波が主として発生する。本実施例においては、放熱部１１の端部１１ａと放熱部６３の端部６３ａとを気体変位の節とする定在波が管３Ａ内で発生する。
【０１２９】
具体的には、この定在波は、端部１１ａから蓄熱部１３と反対側の方向に向かう経路でループ管５と共鳴管７を通ってループ管６９に入り加熱部６１を避けたループ管６９内の経路を経て放熱部６３の端部６３ａに至るまでの経路部分の長さＬ’（図７に破線７１で示される経路部分の長さ）を１／２波長の整数倍程度とする圧力振動である。但し、自励的に発生するこのような定在波としては、経路部分の長さＬ’を１／２波長程度とするものが主として発生することになる。
【０１３０】
従って、所望の周波数ｆ（例えば、５０〜１００Ｈｚ）の定在波を管３Ａ内で発生させるために必要な経路部分の長さＬ’は、管３Ａ内の気体の進行速度Ｃ（管３Ａ内における音速）と周波数ｆとに基づき定められる。管３Ａの長さはこのようにして定められたＬ’に対応するよう設計される。
【０１３１】
このように構成された熱音響発電機１Ｆにおいて、上記のように蓄熱部１３，６５内で温度勾配が生じた状態で、コントローラ４５の動作によってスタータとして機能する発電機２０，６７における可動子２２とピストン２８を所望の周波数（後程、発電機２０，６７から出力させたい起電力の周波数）で往復移動させると、管３Ａ内の作動ガスに該周波数の振動が付与される。
【０１３２】
これによって、管３Ａ内の作動ガスが管３Ａの軸方向に往復移動して作動ガスの振動が生じ、その圧力振動が蓄熱部１３，６５内に伝達され、蓄熱部１３，６５内の熱エネルギーが作動ガスの圧力振動に変換され印加される。
【０１３３】
すなわち、発電機２０，６７のピストン２８の作動により蓄熱部１３，６５内の作動ガスが蓄熱部１３，６５内の低温側から高温側に移動したとき、作動ガスは蓄熱部１３，６５内の微細通路の壁から熱を吸収しながら膨張する。また、作動ガスが蓄熱部１３，６５内の高温側から低温側に移動したときは、作動ガスは蓄熱部１３，６５内の微細通路の壁に熱を排熱しながら収縮する。
【０１３４】
このような管３Ａ内の蓄熱部１３，６５での作動ガスの吸熱と排熱に伴う膨張と収縮が、発電機２０，６７のピストン２８の振動動作により繰り返される。そして、これによって、管３Ａ内の作動ガスには、発電機２０，６７のピストン２８の作動周波数による圧力変動（気体変位）が発生し、この圧力変動によって、管３Ａ内には経路部分の長さＬ’を１／２波長程度とする定在波が発生する。
【０１３５】
この定在波は、上記のように、放熱部１１の端部１１ａと放熱部６３の端部６３ａとを気体変位の節とするものである。この圧力振動は、発電機２０，６７のピストン２８の作動を停止し発電機２０，６７のスタータ機能を停止させた後も、継続的に発生する。このため、本実施例では、管３Ａ内で圧力振動が発生した状態で、スタータ機能を奏していた発電機２０，６７は、切替回路４１の発電電力出力回路４７側への切り替えにより、以後は発電機として運転される。
【０１３６】
従って、このような切り替え後においては、管３Ａ内で生じる圧力振動に応じて発電機２０，６７における可動子２２とピストン２８が往復移動する。このとき、発電機２０，６７のコイル３４は永久磁石３８に対して往復移動することになるため、コイル３４に起電力が発生し、発電が行われる。このようにして発電機２０，６７で発電される交流電力は、管３Ａ内の圧力振動の周波数と同じ周波数を持つものであり、発電電力出力回路４７に出力される。
【０１３７】
上述したように、本実施例の熱音響発電機１Ｆにおいては、長さＬ’を１／２波長程度とする定在波が管３Ａ内で発生するよう構成されているため、全管長を１波長とする進行波が発生する従来構成（図９参照）に比べ、全体構成の小型化が可能になる。また、本実施例は、共鳴管７に図１０に示したタンク２０４を設けない構成を有しているので、その点においても従来に比べ全体構成の小型化が可能である。
【０１３８】
また、本実施例では、共鳴管７の端部７ｂは、加熱部９の端部９ａ近傍のループ管５の部分に接続され、また、共鳴管７の端部７ａは、加熱部６１の端部６１ａ近傍のループ管６９の部分に接続されている。
【０１３９】
従って、本実施例では、ループ管５における他の部分に共鳴管７の端部７ｂを接続したり、ループ管６９における他の部分に共鳴管７の端部７ａを接続したりする場合に比べ、管３Ａ内で定在波が発生する経路部分（図７に破線７１で示される経路部分）に該当しない経路部分１７，７３（図７参照）の長さを短くでき、その分だけ、管３Ａの全長を短くできる。
【０１４０】
また、本実施例では、発電機２０は、放熱部１１の端部１１ａ近傍のループ管５の部分に設けられ、発電機６７は、放熱部６３の端部６３ａ近傍のループ管６９の部分に設けられている。従って、発電機２０，６７による発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
【０１４１】
つまり、まず、上述したように、管３内で発生する定在波は、放熱部１１の端部１１ａと放熱部６３の端部６３ａとを気体変位の節としている。この場合、放熱部１１の端部１１ａや放熱部６３の端部６３ａでは、当該定在波による圧力変動が気体変位の節ではない他の箇所よりも大きくなる。
【０１４２】
よって、本実施例では、圧力変動の比較的大きな箇所である放熱部１１の端部１１ａ近傍の箇所と放熱部６３の端部６３ａ近傍の箇所に発電機２０と発電機６７がそれぞれ設けられている分だけ、発電機２０，６７による発電効率が良くなる。
【０１４３】
また、本実施例では、発電機２０，６７が管３Ａ内の気体変位（定在波）を誘起する機能（スタータ機能）も有するよう構成されている。よって、本実施例では、管３Ａ内の圧力変動を確実に発生させることができるという効果が得られる。
【０１４４】
尚、本実施例では、ループ管５が第１のループ管に相当し、ループ管６９が第２のループ管に相当する。また、加熱部９が第１の加熱部に相当し、加熱部６１が第２の加熱部に相当する。また、放熱部１１が第１の放熱部に相当し、放熱部６３が第２の放熱部に相当する。また、蓄熱部１３が第１の蓄熱部に相当し、蓄熱部６５が第２の蓄熱部に相当する。
［実施例８］
次に、実施例８について説明する。
【０１４５】
本実施例（実施例８）は、上記実施例７の変形例といえるものであり、本実施例において、上記実施例７と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
図８は、本実施例の熱音響発電機１Ｇの概略構成を示す図である。
【０１４６】
本実施例が上記実施例７と異なるのは、発電機２０と発電機６７の配置箇所が異なる点だけである。
本実施例では、２つの発電機２０，６７が、ループ管５，６９と共鳴管７とからなる管３Ａにおける予め定められた部分に対向するように設けられる。
【０１４７】
但し、本実施例においては、２つの発電機２０，６７が設けられる部分は、端部１１ａから蓄熱部１３と反対側の方向に向かう経路でループ管５と共鳴管７を通ってループ管６９に入り加熱部６１を避けたループ管６９内の経路を経て放熱部６３の端部６３ａに至るまでの経路部分の長さＬ’（「管３Ａ内で発生する定在波の分布長さ」：図８に破線７１で示される経路部分の長さ）の中間点Ｍ’に該当する部分と異なる部分とされる。
【０１４８】
また、本実施例では、コントローラ４５の動作により発電機２０，６７をスタータとして機能させる際には、発電機２０における可動子２２およびピストン２８と、発電機６７における可動子２２およびピストン２８とを同期するように（換言すれば、同一位相で）駆動させる。
【０１４９】
従って、本実施例においては、管３Ａ内で圧力振動が発生した後に切替回路４１における発電電力出力回路４７側への切り替えがなされた後においても、発電機２０における可動子２２およびピストン２８と、発電機６７における可動子２２およびピストン２８とが、管３Ａ内の圧力振動に応じて同期した状態で駆動され、発電がなされる。
【０１５０】
このように構成された本実施例の熱音響発電機１Ｇにおいては、２つの発電機２０，６７が管３Ａにおける中間点Ｍ’に該当する部分と異なる部分に設けられるため、当該熱音響発電機１Ｇの発電効率が比較的良くなるという効果が得られる。
【０１５１】
つまり、管３Ａにおける中間点Ｍ’に該当する部分は、管３Ａ内で発生する定在波による気体変位の腹に当たる部分である。この部分では、当該定在波による圧力変動が気体変位の腹ではない他の箇所よりも小さくなる。
【０１５２】
よって、本実施例のように、中間点Ｍ’に該当する部分と異なる部分に発電機２０，６７を設ければ、当該中間点Ｍ’に該当する部分よりも圧力変動の大きな箇所で発電がなされることになる分だけ、発電効率が良くなる。
【０１５３】
また、本実施例では、上述のように、発電機２０における可動子２２およびピストン２８と、発電機６７における可動子２２およびピストン２８とが同期するように駆動される。よって、本実施例においては、一方の可動子２２およびピストン２８の動きによる振動が他方の可動子２２およびピストン２８の動きによる振動で打ち消されることになるため、熱音響発電機１Ｇから発生する振動が適切に抑制される。
【０１５４】
その他、本実施例においては、実施例７における発電機２０，６７の配置箇所に基づく効果以外の他の効果と同様の効果が奏される。
［その他］
図８に示された実施例８のように２つの発電機２０，６７を管における予め定められた部分に対向するように設ける構成は、図１〜６に示された実施例１〜６にも適用可能である。
【０１５５】
また、図３に示された実施例３のように対向型発電機５０を設ける構成は、図７，８に示された実施例７，８にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】実施例１の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図２】実施例２の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図３】実施例３の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図４】実施例４の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図５】実施例５の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図６】実施例６の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図７】実施例７の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図８】実施例８の熱音響発電機の概略構成を示す図である。
【図９】従来構成を示す説明図である。
【図１０】従来構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…熱音響発電機、３，３Ａ…管、５，６９…ループ管、７…共鳴管、７ａ…端部、７ｂ…端部、７ｃ…屈曲部、９，６１…加熱部、１１，６３…放熱部、１１ａ，６３ａ…端部、１３，６５…蓄熱部、１３ａ…端部、１３ｂ…端部、２０，６７…発電機、２２…可動子、２４…圧力容器、２６…シリンダ、２７…シリンダ、２８…ピストン、３０…スラスト軸受、３２…支持体、３４…コイル、３６ａ，３６ｂ…ばね部材、３８…永久磁石、４１…切替回路、４３…ドライバ、４５…コントローラ、４７…発電電力出力回路、５０…対向型発電機、５２…圧力容器、５４ａ，５４ｂ…発電部
【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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【図８】
2005253240.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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