JP6884491B2 - 熱音響エンジン - Google Patents

Description

本発明は、熱音響エンジンに関する。

従来より、作動気体が封入された熱音響用配管に組み込まれる熱音響エンジンが知られている（例えば、特許文献１を参照）。熱音響エンジンは、蓄熱器と、高温側熱交換器と、低温側熱交換器とを備える。蓄熱器は、熱音響用配管の長手方向に貫通する複数の流路を有する。高温側熱交換器は、蓄熱器の長手方向の一端部に連結されて、蓄熱器の一端部（及び、蓄熱器の一端部近傍に位置する作動気体）を加熱する。低温側熱交換器は、蓄熱器の長手方向の他端部に連結されて、蓄熱器の他端部（及び、蓄熱器の他端部近傍に位置する作動気体）を冷却する。

熱音響エンジンによれば、蓄熱器の両端部にそれぞれ連結された高温側・低温側熱交換器の作用により、蓄熱器の両端部間にて温度勾配が発生する。この温度勾配によって作動気体が蓄熱器の長手方向に沿って自励振動することで、縦波による振動波（音波）が発生する。この結果、熱音響用配管内にて音響エネルギー（振動エネルギー）が発生する。このように熱音響用配管内で発生した音響エネルギーは、典型的には、発電機の発電駆動、及び、冷凍機の冷凍作動などに使用され得る。

ＷＯ２０１３／０８４８３０号公報

ところで、工場等の設備、及び、車両等から排出・廃棄される高温の廃棄流体の排熱の量が未だ多いことに鑑み、高温の廃棄流体が有する熱エネルギーを高い効率で回収して有効活用する技術が望まれている。このため、上述した熱音響エンジンの高温側熱交換器に使用される熱源（常温より高温の加熱源）として、高温の廃棄流体を利用することが考えられる。

この場合、高温の廃棄流体の流路（例えば、工場の煙突、及び、車両の排気管）から分岐・延出させた分岐管を、熱音響用配管における高温側熱交換器が組み込まれた部分に接続し、当該部分の内部にて横断させる構成が考えられる。この構成では、当該部分の内部にて、作動気体が、分岐管内の高温の廃棄流体との間で、分岐管の管壁を介して熱交換を行うことで、蓄熱器の一端部近傍に位置する作動気体（及び、蓄熱器の一端部）が加熱される。

しかしながら、この構成では、分岐管内にて、廃棄流体の通過に起因する煤や汚れが付着し、分岐管の詰まりや劣化が発生する可能性がある。また、熱音響用配管における高温側熱交換器が組み込まれた部分にて分岐管を横断（貫通）させる必要があるため、高温側熱交換器そのものの構造が複雑になり、高温側熱交換器そのものの製造コストが高くなる。更には、高温の廃棄流体の流路から分岐管を分岐させるため、高温の廃棄流体の流路（例えば、工場の煙突、及び、車両の排気管）を大幅に改造する必要がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成を有し且つ製造コストが低い高温側熱交換器を備えた熱音響エンジンを提供することである。

本発明に係る熱音響エンジンは、上述と同様の蓄熱器、高温側熱交換器、及び、低温側熱交換器を備える。本発明に係る熱音響エンジンの特徴は、前記高温側熱交換器が、前記蓄熱器の前記一端部に連結され、前記複数の流路に連通すると共に前記作動気体が通過する貫通孔である第１開口部が形成された第１部分と、前記熱音響用配管の外部に位置すると共に常温より高温の流体が通過する流路に介挿され、前記流体が通過する貫通孔である第２開口部が形成された第２部分と、前記第１部分から一体で前記熱音響用配管の外部に延出すると共に前記第１部分と前記第２部分とを一体で連結する連結部分と、を備え、熱伝導性を有する固体材料で構成され、前記第１開口部が、仕切り部によって仕切られている、ことにある。

これによれば、高温側熱交換器を構成する第１部分、第２部分、及び、連結部分が、熱伝導性を有する固体材料で一体に構成されている。熱音響用配管の外部に位置する流路を通過する常温より高温の流体（典型的には、廃棄流体）が有する熱が、固体の熱伝導によって、第２部分、連結部分、及び第１部分を順に介して、第１部分の近傍（即ち、蓄熱器の一端部の近傍）に位置する作動気体に伝達され、当該作動気体、及び、蓄熱器の一端部が加熱される。

換言すれば、上述のように、高温の流体が通過する分岐管を熱音響用配管の内部に横断（貫通）させることなく、固体の熱伝導のみを利用して、互いに離れて位置する高温の流体と作動気体との間で熱交換を行わせることができる。このため、高温側熱交換器を、簡易な構成で且つ低い製造コストで製造することができる。

更に、蓄熱器内の複数の流路に連通する第１部分の第１開口部が、仕切り部によって仕切られている。これにより、このような仕切り部がない場合（即ち、第１開口部が１つの大きな貫通孔である場合）と比べて、作動気体と接触する第１開口部の表面積が大きくなるので、第１部分と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

加えて、このような仕切り部がない場合には、蓄熱器の一端部近傍で長手方向に沿って自励振動している作動気体が蓄熱器の一端から蓄熱器の外部（即ち、第１開口部）に移動した直後に広い空間に突然進入することに起因して、作動気体の自励振動が減衰する現象が発生し易い。これに対し、このような仕切り部が設けられることで、このような現象が発生し難くなり、高温の流体が有する熱エネルギーから音響エネルギーへの変換効率が高くなる。

上記本発明に係る熱音響エンジンでは、前記仕切り部が、前記第１開口部における前記連結部分側の縁部から前記連結部分側と反対側の縁部の近傍まで互いに平行に延びる片持ち梁状の形状を有していることが好適である。

これによれば、仕切り部の基端が、第１開口部における連結部分側の縁部（即ち、高温の流体の熱が伝導してくる側の縁部）と繋がっている。従って、仕切り部の基端が、第１開口部における連結部分側の縁部とは異なる位置にある縁部と繋がっている態様と比べて、高温の流体の熱を仕切り部に効率良く伝導することができる。

更には、仕切り部の先端（自由端）が、第１開口部における連結部分側と反対側の縁部と繋がっていない（即ち、先端と縁部との間に空気層が介在する）。従って、仕切り部の先端が、第１開口部における連結部分側と反対側の縁部にも繋がっている態様（即ち、仕切り部が互いに平行に延びる両持ち梁状の形状を有している態様）と比べて、仕切り部の温度が、相対的に低温となっている「第１開口部における連結部分側と反対側の縁部」による影響を受けて低下する現象が発生し難くなる。この結果、仕切り部の温度が高い温度に維持され得るので、高温の流体と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

上記本発明に係る熱音響エンジンでは、前記高温側熱交換器の外縁の近傍部分には、前記外縁に沿う貫通孔であるスリットが形成されていることが好適である。

これによれば、高温側熱交換器における外縁部と、外縁部を除く中央部分（即ち、高温の流体の熱が第２部分から第１部分へ伝導していく主たる経路となる部分）との間に空気層が介在する。従って、このようなスリットが全く設けられていない場合と比べて、高温側熱交換器の中央部分の温度が、相対的に低温となっている高温側熱交換器の外縁部による影響を受けて低下する現象が発生し難くなる。この結果、高温側熱交換器の中央部分の温度が高い温度に維持され得るので、高温の流体と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

図１は、本発明に係る熱音響エンジンを含む熱音響発電システムの概略構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示した熱音響エンジンの構成を模式的に示す図である。 図３は、図２に示した蓄熱器の端面（複数の流路）の一例を示す図である。 図４は、図２に示した高温側熱交換器の平面図である。 図５は、変形例に係る高温側熱交換器の平面図である。

以下、本発明に係る熱音響エンジンの実施形態について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１に示すように、熱音響発電システム１００は、金属製の配管からなる配管構成部１０１を備えている。配管構成部１０１は、環状（ループ状）の配管部分である環状配管１０２と、環状配管１０２から分岐し且つその管内空間が環状配管１０２の管内空間と連通する分岐配管１０３と、を含む。この環状配管１０２が本発明の「熱音響用配管」に相当する。

分岐配管１０３は、環状配管１０２から分岐する分岐点を一方端１０３ａとし、この一方端１０３ａから他方端１０３ｂまで長尺状に延びる配管部分である。分岐配管１０３が他方端１０３ｂにてエネルギー取り出し部１６０によって封止されている。環状配管１０２及び分岐配管１０３の双方に所定の作動気体（本実施形態では、ヘリウム）が所定圧力下で封入されている。尚、作動気体としては、ヘリウムに代えて或いは加えて、窒素、アルゴン、空気、これらの混合気体等が採用され得る。

環状配管１０２には、直列に接続された３つの熱音響エンジン（「原動機」ともいう）１１０が設けられている。これら３つの熱音響エンジン１１０によって、所謂「多段型の熱音響エンジン」が構成されている。各熱音響エンジン１１０は、環状配管１０２の管内に組み込まれた蓄熱器１１１と、蓄熱器１１１の高温部である一端部１１１ａに連結された高温側熱交換器１１２と、蓄熱器１１１の常温部（或いは低温部）である他端部１１１ｂに連結された低温側熱交換器１１３と、を備えている。なお、熱音響エンジン１１０の設置数は、３つに限定されるものではなく、必要に応じてその他の設置数が選択され得る。

図２、及び、図３に示すように、蓄熱器１１１は、環状配管１０２の配管長手方向（配管の延在方向、ｘ軸方向）に垂直な方向の断面の形状が円形となる円柱状の構造体である。蓄熱器１１１の配管長手方向の両端面は、配管長手方向（ｘ軸方向）と垂直な平面である。蓄熱器１１１は、一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間で配管長手方向（ｘ軸方向）に沿って互いに平行に延びる貫通した複数の流路１１１ｃを有する。この複数の流路１１１ｃ内にて作動気体が振動するようになっている。

図３に示す例では、複数の流路１１１ｃは、蓄熱器１１１の内部を縦横に仕切る多数の壁によってマトリクス状に区画・形成されている。なお、蓄熱器１１１の内部にて配管長手方向に延びる貫通した複数の流路が形成されている限りにおいて、蓄熱器１１１の内部は、ハニカム状等を含みどのように仕切られていてもよい。

蓄熱器１１１としては、例えば、典型的にはセラミック製の構造体や、ステンレス鋼によるメッシュ薄板の複数を微小ピッチで平行に積層した構造体、金属繊維からなる不織布状物などを用いることができる。尚、蓄熱器１１１として横断面が円形のもの代えて、横断面が楕円形、多角形等のものを採用することもできる。

蓄熱器１１１において、一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に所定の温度勾配が生じると、環状配管１０２内の作動気体が不安定になって配管長手方向に沿って自励振動する。この結果、配管長手方向に沿って振動する縦波による振動波（「音波」、「振動流」或いは「仕事流」ともいう）が形成され、この振動波が環状配管１０２の管内から分岐配管１０３の管内へと伝わるようになっている。

図２に示すように、低温側熱交換器１１３は、冷却源１３０から、冷風、冷水等の冷却用流体が供給されるように構成されている。具体的には、低温側熱交換器１１３は、蓄熱器１１１の他端部１１１ｂに組み付けられる本体ブロック１１３ａと、本体ブロック１１３ａに組み付けられる導入管１１３ｂ、とを備える。本体ブロック１１３ａには、配管長手方向（ｘ軸方向）に沿って貫通する円柱状の冷却用内部空間１１３ｃが形成されている。

冷却用内部空間１１３ｃは、蓄熱器１１１の複数の流路１１１ｃと連通しており、冷却用内部空間１１３ｃ内にて作動気体が振動するようになっている。導入管１１３ｂは、冷却用内部空間１１３ｃを配管長手方向に直交する方向（ｚ軸方向）に横断（貫通）するように、本体ブロック１１３ａに気密的に組み付けられている。

導入管１１３ｂは、冷却源１３０と接続されている。冷却源１３０から供給される冷却用流体を導入管１１３ｂに流すことによって、導入管１１３ｂ内の冷却用流体と、本体ブロック１１３ａの冷却用内部空間１１３ｃ内の作動気体との間で熱交換が行われる。この結果、蓄熱器１１１の他端部１１１ｂ周辺の作動気体、及び、蓄熱器１１１の他端部１１１ｂが冷却されるようになっている。熱交換後の温度が上昇した導入管１１３ｂ内の冷却用流体は、冷却源１３０に戻されて再び冷却されるようになっている。

図２に示すように、高温側熱交換器１１２は、管路１２０内を流れる常温より高温の流体が有する熱を、蓄熱器１１１の一端部１１１ａ周辺の作動気体、及び、蓄熱器１１１の一端部に伝達し、これらを加熱するように構成されている。管路１２０内を流れる常温より高温の流体は、典型的には、工場等の設備、及び、車両等から排出・廃棄される高温の廃棄流体であり、従って、管路１２０は、工場の煙突、及び、車両の排気管等である。

高温側熱交換器１１２は、互いに離れて位置する管路１２０の一部と蓄熱器１１１の一端部１１１ａ（環状配管１０２の一部）とを連結する、長尺板状の中実部材である（後述する図４も参照）。高温側熱交換器１１２は、固体の熱伝導のみを利用して、互いに離れて位置する高温の流体と作動気体との間で熱交換を行わせるように構成されている。高温側熱交換器１１２の詳細な構成については後述する。

上述した高温側熱交換器１１２による加熱作用と低温側熱交換器１１３による冷却作用との協働によって、蓄熱器１１１において一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に所定の温度勾配が生じる。即ち、高温側熱交換器１１２及び低温側熱交換器１１３は、配管構成部１０１に封入された作動気体を自励振動させるために蓄熱器１１１の複数の流路１１１ｃの両端部間に温度勾配が生じるように作動気体との間で熱交換を行う熱交換器を構成している。

図１に戻り、分岐配管１０３は、環状配管１０２とタービン１４０との間に直線状に延在する第１配管部１０４と、タービン１４０を挟んで環状配管１０２とは反対側に直線状に延在する第２配管部１０５と、第１配管部１０４と第２配管部１０５を連結するようにクランク状に屈曲したクランク配管部１０６と、を備えている。

タービン１４０は、分岐配管１０３の管内に連通するように構成され、分岐配管１０３の管内に存在する作動気体の振動波による音響エネルギー（「振動エネルギー」ともいう）を機械的な回転エネルギーに変換する機能を果たす。即ち、このタービン１４０は、分岐配管１０３に設けられ熱音響エンジン１１０における作動気体の自励振動によって生じた音響エネルギーを受けて回転する。タービン１４０には、このタービン１４０の回転による運動エネルギー（回転エネルギー）を電力に変換するための発電機１５０が接続されている。

分岐配管１０３の他方端１０３ｂ、即ち、第２配管１０５の両側の管端部のうちタービン１４０とは反対側の管端部には、作動気体の音響エネルギーを分岐配管１０３から管外に取り出すためのエネルギー取り出し部１６０が設けられている。このエネルギー取り出し部１６０は、典型的には圧力振動を受けて電気エネルギー（電力）を出力することが可能な公知のリニア発電機やスピーカー型発電機等によって構成される。

（作動）
以下、上記のように構成された熱音響発電システム１００の作動について、前述の内容に沿って簡単に説明する。図１に示すように、各熱音響エンジン１１０において、蓄熱器１１１の一端部１１１ａが高温側熱交換器１１２によって加熱され、且つ蓄熱器１１１の他端部１１１ｂが低温側熱交換器１１３によって冷却されると、蓄熱器１１１の一端部１１１ａと他端部１１１ｂとの間に温度勾配が生じる。この温度勾配によって、各蓄熱器１１１では主として作動気体の自励振動による振動波が形成される。この振動波（音波）による音響エネルギー（振動エネルギー）は、配管構成部１０１の環状配管１０２から分岐配管１０３を通じてタービン１４０に伝達され、更にはエネルギー取り出し部１６０に伝達される。この場合、分岐配管１０３は、熱音響エンジン１１０において発生した作動気体の音響エネルギーを導くための共鳴管（導波管）として構成される。音響エネルギーの一部は、エネルギー取り出し手段であるタービン１４０によって取り出され当該タービン１４０に接続された発電機１５０によって電気エネルギー（電力）に変換され、またエネルギー取り出し部１６０によって取り出されて所定のエネルギー（例えば、振動エネルギーや電気エネルギー等）に変換される。

（高温側熱交換器の構成、並びに、作用・効果）
上述のように、高温側熱交換器１１２は、熱源（常温より高温の加熱源）として、工場等の設備、及び、車両等から排出・廃棄される高温の廃棄流体を利用している。この場合、高温側熱交換器１１２として、低温側熱交換器１１３と同様、管路１２０から、高温の廃棄流体が供給されるように構成され得る。即ち、高温側熱交換器１１２として、管路１２０から分岐・延出させた分岐管を、蓄熱器１１１の一端部１１１ａに組み付けられた本体ブロックに接続し、本体ブロックの内部空間にて横断させる構成が考えられる。

しかしながら、この構成では、分岐管内にて、廃棄流体の通過に起因する煤や汚れが付着し、分岐管の詰まりや劣化が発生する可能性がある。また、蓄熱器１１１の一端部１１１ａに組み付けられた本体ブロックにて分岐管を気密的に横断（貫通）させる必要があるため、高温側熱交換器そのものの構造が複雑になり、高温側熱交換器そのものの製造コストが高くなる。更には、管路１２０から分岐管を分岐させるため、管路１２０を大幅に改造する必要がある。

そこで、本実施形態では、図２及び図４に示すように、高温側熱交換器１１２が、熱伝導性が良好な固体材料（典型的には、金属材料）からなる長尺板状の１つの中実部材のみで構成されている。具体的には、高温側熱交換器１１２は、蓄熱器１１１の一端部１１１ａに連結された第１部分１１２ａと、管路１２０に介挿・固定された第２部分１１２ｂと、第１部分１１２ａから一体で環状配管１０２の外部に延出すると共に第１部分１１２ａと第２部分１１２ｂとを一体で連結する連結部分１１２ｃと、から構成される。本例では、連結部分１１２ｃは、蓄熱器１１１の一端部１１１ａと管路１２０との間を結ぶ方向（ｚ軸方向）に沿って、第１、第２部分１１２ａ，１１２ｂ間を直線状に延びている。なお、連結部分１１２ｃが、第１、第２部分１１２ａ，１１２ｂ間を屈曲しながら延びていてもよいことはもちろんである。

第１部分１１２ａには、板厚方向（ｘ軸方向、配管長手方向）に貫通する貫通孔である第１開口部１１２ａ１が形成されている。第１開口部１１２ａ１の輪郭形状は、円柱状の蓄熱器１１１（図３を参照）の内径と略同一寸法の直径を有する円形状となっている。第１開口部１１２ａ１は、蓄熱器１１１の複数の流路１１１ｃ（図３を参照）と連通しており、作動気体が第１開口部１１２ａ１を通過可能となっている。

第１開口部１１２ａ１は、複数の仕切り部１１２ａ２によって仕切られた複数の開口で構成されている。複数の仕切り部１１２ａ２それぞれは、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸正方向側）の縁部から連結部分１１２ｃ側と反対側（ｚ軸負方向側）の縁部の近傍まで、連結部分１１２ｃの延在方向（ｚ軸方向）に沿って互いに平行に延びる片持ち梁状の形状を有している。

第２部分１１２ｂには、板厚方向（ｘ軸方向、管路１２０の延在方向）に貫通する貫通孔である第２開口部１１２ｂ１が形成されている。第２開口部１１２ｂ１の輪郭形状は、円管状の管路１２０（図２を参照）の内径と略同一寸法の直径を有する円形状となっている。第２開口部１１２ｂ１は、管路１２０の内部空間と連通しており、高温の廃棄流体が第２開口部１１２ｂ１を通過可能となっている。

第２開口部１１２ｂ１は、複数の仕切り部１１２ｂ２によって仕切られた複数の開口で構成されている。複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれは、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸負方向側）の縁部から連結部分１１２ｃ側と反対側（ｚ軸正方向側）の縁部の近傍まで、連結部分１１２ｃの延在方向（ｚ軸方向）に沿って互いに平行に延びる片持ち梁状の形状を有している。

本例では、第１開口部１１２ａ１が第２開口部１１２ｂ１より大きいことに起因して、第１部分１１２ａが第２部分１１２ｂより大きくなっている。このため、連結部分１１２ｃは、第２部分１１２ｂから第１部分１１２ａに向けて幅寸法（ｙ軸方向の寸法）が次第に大きくなる形状を有している。なお、第１部分１１２ａが第２部分１１２ｂより小さくても、或いは、第１、第２部分１１２ａ，１１２ｂの大きさが同じであってもよいことはもちろんである。

以上の構成を有する高温側熱交換器１１２によれば、環状配管１０２の外部に位置する管路１２０を通過する常温より高温の流体（典型的には、廃棄流体）が有する熱が、固体の熱伝導によって、第２部分１１２ｂ、連結部分１１２ｃ、及び第１部分１１２ａを順に介して、第１部分１１２ａの近傍（即ち、蓄熱器１１１の一端部１１１ａの近傍）に位置する作動気体に伝達され、当該作動気体、及び、蓄熱器１１１の一端部１１１ａが加熱される。

換言すれば、高温の流体が通過する分岐管を環状配管１０２の内部に横断（貫通）させることなく、固体の熱伝導のみを利用して、互いに離れて位置する高温の流体と作動気体との間で熱交換を行わせることができる。このため、高温側熱交換器１１２を、簡易な構成で且つ低い製造コストで製造することができる。

また、蓄熱器１１１内の複数の流路１１１ｃに連通する第１部分１１２ａの第１開口部１１２ａ１が、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２によって仕切られた複数の開口で構成される。これにより、このような複数の仕切り部１１２ａ２がない場合（即ち、第１開口部１１２ａ１が１つの大きな貫通孔である場合）と比べて、作動気体と接触する第１開口部１１２ａ１の表面積が大きくなるので、第１部分１１２ａと作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

また、このような複数の仕切り部１１２ａ２がない場合には、蓄熱器１１１の一端部１１１ａ近傍で配管長手方向（ｘ軸方向）に沿って自励振動している作動気体が蓄熱器１１１の一端１１１ａから蓄熱器１１１の外部（即ち、第１開口部１１２ａ１）に移動した直後に広い空間に突然進入することに起因して、作動気体の自励振動が減衰する現象が発生し易い。これに対し、このような複数の仕切り部１１２ａ２が設けられることで、このような現象が発生し難くなり、高温の流体が有する熱エネルギーから音響エネルギーへの変換効率が高くなる。

また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２それぞれの基端が、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸正方向側）の縁部（即ち、高温の流体の熱が伝導してくる側の縁部）と繋がっている。従って、複数の仕切り部１１２ａ２それぞれの基端が、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側の縁部とは異なる位置にある縁部と繋がっている態様と比べて、高温の流体の熱を複数の仕切り部１１２ａ２に効率良く伝導することができる。

また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２それぞれの先端（自由端）が、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側と反対側（ｚ軸負方向側）の縁部と繋がっていない（即ち、先端と縁部との間に空気層が介在する）。従って、複数の仕切り部１１２ａ２それぞれの先端が、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部にも繋がっている態様（即ち、複数の仕切り部１１２ａ２それぞれが互いに平行に延びる両持ち梁状の形状を有している態様）と比べて、複数の仕切り部１１２ａ２の温度が、相対的に低温となっている「第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部」による影響を受けて低下する現象が発生し難くなる。この結果、複数の仕切り部１１２ａ２の温度が高い温度に維持され得るので、高温の流体と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

また、管路１２０の内部空間に連通する第２部分１１２ｂの第２開口部１１２ｂ１が、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ｂ２によって仕切られた複数の開口で構成される。これにより、このような複数の仕切り部１１２ｂ２がない場合（即ち、第２開口部１１２ｂ１が１つの大きな貫通孔である場合）と比べて、高温の流体と接触する第２開口部１１２ｂ１の表面積が大きくなるので、第２部分１１２ｂと高温の流体との間の熱伝達効率が高くなる。

また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれの基端が、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸負方向側）の縁部（即ち、高温の流体の熱が伝導していく側の縁部）と繋がっている。従って、複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれの基端が、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側の縁部とは異なる位置にある縁部と繋がっている態様と比べて、高温の流体の熱を連結部分１１２ｃに効率良く伝導することができる。

また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれの先端（自由端）が、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側と反対側（ｚ軸正方向側）の縁部と繋がっていない（即ち、先端と縁部との間に空気層が介在する）。従って、複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれの先端が、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部にも繋がっている態様（即ち、複数の仕切り部１１２ｂ２それぞれが互いに平行に延びる両持ち梁状の形状を有している態様）と比べて、複数の仕切り部１１２ｂ２の温度が、相対的に低温となっている「第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部」による影響を受けて低下する現象が発生し難くなる。この結果、複数の仕切り部１１２ｂ２の温度が高い温度に維持され得るので、高温の流体と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施形態では、第１部分１１２ａの第１開口部１１２ａ１が、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２によって仕切られているが、両持ち梁状の複数の仕切り部によって仕切られていてもよい。また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２の基端が、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸正方向側）の縁部と繋がっているが、第１開口部１１２ａ１における連結部分１１２ｃ側とは異なる位置の縁部と繋がっていてもよい。

また、上記実施形態では、第２部分１１２ｂの第２開口部１１２ｂ１が、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ｂ２によって仕切られているが、両持ち梁状の複数の仕切り部によって仕切られていてもよい。また、片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ｂ２の基端が、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側（ｚ軸負方向側）の縁部と繋がっているが、第２開口部１１２ｂ１における連結部分１１２ｃ側とは異なる位置の縁部と繋がっていてもよい。更には、このような複数の仕切り部１１２ｂ２がなくてもよい（即ち、第２開口部１１２ｂ１が１つの大きな貫通孔であってもよい）。

また、上記実施形態では、高温側熱交換器１１２が、長尺板状の１つの中実部材で構成されているが、平面視同一形状の薄板部材を積層して構成されてもよい。高温側熱交換器１１２が板厚の比較的大きい１つの中実部材で構成される場合には、非常に複雑な形状を有する片持ち梁状の複数の仕切り部１１２ａ２，１１２ｂ２を形成するために、高温側熱交換器１１２をワイヤーカット放電加工等を用いて製造する必要がある。これに対し、高温側熱交換器１１２が薄板部材を積層して構成される場合には、各薄板部材をプレス加工等で製造することができるので、高温側熱交換器１１２の製造コストを低減することが可能である。

また、上記実施形態においては、図５に示すように、高温側熱交換器１１２の外縁の近傍部分に、外縁に沿う貫通孔であるスリット１１２ｄが形成されてもよい。図５に示す例では、高温側熱交換器１１２の外縁の４か所（第１部分１１２ａにおける連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部、第２部分１１２ｂにおける連結部分１１２ｃ側と反対側の縁部、連結部分１１２ｃにおける幅方向両側のそれぞれの縁部）にスリット１１２ｄが形成されているが、これらのうち１か所、２か所、或いは３か所にスリット１１２ｄが形成されていてもよい。

このように、スリット１１２ｄを設けることで、高温側熱交換器１１２における外縁部と、外縁部を除く中央部分（即ち、高温の流体の熱が第２部分１１２ｂから第１部分１１２ａへ伝導していく主たる経路となる部分）との間に空気層が介在する。従って、このようなスリット１１２ｄが全く設けられていない場合（図４を参照）と比べて、高温側熱交換器１１２の中央部分の温度が、相対的に低温となっている高温側熱交換器１１２の外縁部による影響を受けて低下する現象が発生し難くなる。この結果、高温側熱交換器１１２の中央部分の温度が高い温度に維持され得るので、高温の流体と作動気体との間の熱伝達効率が高くなる。

１１０…熱音響エンジン、１０２…環状配管（熱音響用配管）、１１１…蓄熱器、１１１ａ…一端部、１１１ｂ…他端部、１１１ｃ…複数の流路、１１２…高温側熱交換器、１１２ａ…第１部分、１１２ａ１…第１開口部、１１２ａ２…仕切り部、１１２ｂ…第２部分、１１２ｂ１…第２開口部、１１２ｂ２…仕切り部、１１２ｃ…連結部分、１１２ｄ…スリット、１１３…低温側熱交換器

Claims (2)

1. 作動気体が封入された熱音響用配管に組み込まれる熱音響エンジンであって、
   前記熱音響用配管の長手方向に貫通する複数の流路を有する蓄熱器と、
   前記蓄熱器の前記長手方向の一端部に連結され、前記蓄熱器の前記一端部を加熱する高温側熱交換器と、
   前記蓄熱器の前記長手方向の他端部に連結され、前記蓄熱器の前記他端部を冷却する低温側熱交換器と、
   を備え、
   前記高温側熱交換器は、
   前記蓄熱器の前記一端部に連結され、前記複数の流路に連通すると共に前記作動気体が通過する貫通孔である第１開口部が形成された第１部分と、
   前記熱音響用配管の外部に位置すると共に常温より高温の流体が通過する流路に介挿され、前記流体が通過する貫通孔である第２開口部が形成された第２部分と、
   前記第１部分から一体で前記熱音響用配管の外部に延出すると共に前記第１部分と前記第２部分とを一体で連結する連結部分と、
   を備え、熱伝導性を有する固体材料で構成され、
   前記第１開口部は、仕切り部によって仕切られ、
   前記高温側熱交換器の外縁の近傍部分には、前記外縁に沿う貫通孔であるスリットが形成されている、熱音響エンジン。
2. 請求項１に記載の熱音響エンジンにおいて、
   前記仕切り部は、前記第１開口部における前記連結部分側の縁部から前記連結部分側と反対側の縁部の近傍まで互いに平行に延びる片持ち梁状の形状を有している、熱音響エンジン。
   
   

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