JP5651947B2 - Thermoacoustic engine - Google Patents
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Description
本発明は、ダブルループ型の熱音響機関に係り、特に、小型化が可能で、エネルギの無駄がない熱音響機関に関する。 The present invention relates to a double-loop type thermoacoustic engine, and more particularly, to a thermoacoustic engine that can be reduced in size and does not waste energy.
廃熱からエネルギを取り出すためにスターリングエンジンの開発研究が活発に行われている。スターリングエンジンの形式には、α型、β型、γ型、フリーピストン型などがある。これに対し、最近では、米国などにおいて、構造が単純でピストンやクランクで構成された可動部を有さない熱音響機関の開発研究が活発に行われるようになった。 In order to extract energy from waste heat, research and development of Stirling engines have been actively conducted. Stirling engine types include α type, β type, γ type, and free piston type. On the other hand, in recent years, research and development of thermoacoustic engines that have a simple structure and do not have moving parts composed of pistons and cranks have been actively conducted in the United States and the like.
熱音響機関は、管の長手方向に、高温熱源との熱交換を行う加熱器と、低温熱源との熱交換を行う冷却器と、これら加熱器と冷却器との間で温度勾配を保持する再生器とを配置して構成される。管内の作動流体をある場所で局部的に加熱し、別のある場所で冷却すると、熱エネルギの一部が力学的エネルギである音響エネルギに変換されて管内の作動流体が自励振動を起こし、管内に音響振動すなわち音波が発生する。この作用は、熱力学的には、プライムムーバ(原動機)と見ることができる。この原理で熱エネルギを力学的エネルギにエネルギ変換を行うものが熱音響機関である。 The thermoacoustic engine maintains a temperature gradient between the heater and the cooler in the longitudinal direction of the pipe, a heater that exchanges heat with the high-temperature heat source, a cooler that exchanges heat with the low-temperature heat source, and the like. A regenerator is arranged. When the working fluid in the tube is locally heated in one place and cooled in another, a part of the heat energy is converted into acoustic energy, which is mechanical energy, and the working fluid in the tube undergoes self-excited vibration, Acoustic vibration, that is, sound waves are generated in the tube. This action can be seen thermodynamically as a prime mover. A thermoacoustic engine converts energy from heat energy into mechanical energy based on this principle.
熱音響機関は、逆に、力学的エネルギを熱エネルギに変換することもできる。音波が生じている管に、原動機と同様の構造を有し、作動流体の振動を熱エネルギに変換する受動機(冷凍機、冷却機)を組み込むと、冷凍装置(冷却装置)が構成される。 Conversely, thermoacoustic engines can also convert mechanical energy into thermal energy. If a passive machine (refrigerator, cooler) that has the same structure as the prime mover and converts the vibration of the working fluid into heat energy is incorporated in the pipe where the sound waves are generated, a refrigeration system (cooling system) is constructed. .
図4に示した熱音響機関41は、いわゆるダブルループ型の熱音響機関である。 The thermoacoustic engine 41 shown in FIG. 4 is a so-called double loop type thermoacoustic engine.
この熱音響機関41は、原動機42を備えた第一ループ管43と受動機44を備えた第二ループ管45とが直線状に延びた共鳴管46を介して相互に接続されたものである。第一ループ管43の原動機42において熱エネルギが音響エネルギに変換され、音波が生じる。これにより、熱音響機関41全体の作動流体にわたり定在波が形成される。第二ループ管45に音波が入ると、受動機44において音響エネルギが熱エネルギに変換される。よって、例えば、受動機44の加熱器に室温を与えておくと、冷却器では室温より低い温度が得られ、冷蔵や冷房を行うことができる。なお、このように音波のエネルギを取り出すところでは、進行波のエネルギを利用していることになる。
In this thermoacoustic engine 41, a
図4に示すようなダブルループ型の熱音響機関41では、共鳴管46内の作動流体が支配的となって共鳴が発生する。言い換えると、ループ管43、45のループ長にかかわらず共鳴管46の長さが音波の周波数を決定づける。これにより、第一ループ管43や第二ループ管45のループ長で規定される周波数よりも十分に低い周波数で音波を発生させることができる。このとき、所望する周波数の音波を発生させるには、その周波数に応じた長さの共鳴管46が必要である。共鳴管46の長さは、ループ長の3倍以上あるいは4倍以上を必要とし、周波数によっては、共鳴管46の長さが数メートルになる。
In the double-loop type thermoacoustic engine 41 as shown in FIG. 4, the working fluid in the resonance tube 46 is dominant and resonance occurs. In other words, the length of the resonance tube 46 determines the frequency of the sound wave regardless of the loop length of the
このように、従来のダブルループ型の熱音響機関41は、直線状に長い共鳴管46を含んでいるため、全体が大きなスペースを占め、実用的でない。例えば、数メートルの長いスペースが必要な熱音響機関41を自動車の中に設置することは難しい。 As described above, the conventional double-loop type thermoacoustic engine 41 includes the resonance tube 46 that is long in a straight line. For example, it is difficult to install a thermoacoustic engine 41 that requires a long space of several meters in an automobile.
また、熱音響機関41では、直線状に長い共鳴管46が音響エネルギの輸送を行うことになるが、このように長い共鳴管46では音響エネルギの散逸が生じやすい。音響エネルギが散逸してしまうと、受動機44で取り出せるエネルギが減少する。 Further, in the thermoacoustic engine 41, the linearly long resonance tube 46 transports acoustic energy. However, the long resonance tube 46 tends to dissipate acoustic energy. When the acoustic energy is dissipated, the energy that can be extracted by the passive device 44 decreases.
さらに、熱音響機関41では、第一ループ管43の原動機42において熱エネルギが音響エネルギに変換され、第二ループ管45の受動機44において音響エネルギが熱エネルギに変換される。これを応用し、例えば、エンジンの廃熱を再利用して冷蔵や冷房を行うシステムを構成することができる。しかしながら、このシステムでは、冷蔵や冷房の需要がないとき、廃熱は再利用されずにエネルギが無駄になり、しかも、高温のままの排気ガスが大気に放出されてしまう。
Further, in the thermoacoustic engine 41, thermal energy is converted into acoustic energy in the prime mover 42 of the
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型化が可能で、エネルギの無駄がない熱音響機関を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermoacoustic engine that solves the above-described problems, can be miniaturized, and does not waste energy.
上記目的を達成するために本発明は、熱エネルギを音響エネルギに変換する原動機が配置された第一ループ管と、音響エネルギを熱エネルギに変換する受動機が配置された第二ループ管と、前記第一ループ管と前記第二ループ管の間に配置され、前記第一ループ管と前記第二ループ管のそれぞれで閉じた空間が形成されるように、前記第一ループ管と前記第二ループ管を相互に接続し、音響エネルギと電気エネルギとを相互変換することで、前記原動機に入力される熱エネルギの余剰を発電機の機能により利用し、前記原動機に入力される熱エネルギの不足を電動機の機能により補助する直動発電電動機と、を備えており、前記直動発電電動機は、前記第一ループ管に接続された第一シリンダと、前記第一シリンダに挿入された第一ピストンと、前記第二ループ管に接続された第二シリンダと、前記第二シリンダに挿入された第二ピストンと、前記第一シリンダと前記第二シリンダとを一体的に連結するハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた固定子と、前記第一ピストンと前記第二ピストンとを一体的に連結する振動子と、前記振動子を弾性的に支持する支持バネと、前記固定子に巻き付けられたコイルと、前記振動子に取り付けられた磁石と、から構成されており、前記第一ピストンと前記第二ピストンと前記振動子と前記支持バネと前記第一ループ管及び前記第一シリンダ内の作動流体と前記第二ループ管及び前記第二シリンダ内の作動流体が所定の共振周波数で振動すると共に、前記振動子の振動に伴う前記磁石の位置変化に応じて前記固定子を通る磁路が変化して前記コイルに交わる磁束が交互に逆方向に発生する熱音響機関である。 To achieve the above object, the present invention provides a first loop tube in which a prime mover that converts thermal energy into acoustic energy is disposed, a second loop tube in which a passive device that converts acoustic energy into thermal energy is disposed, The first loop pipe and the second loop pipe are disposed between the first loop pipe and the second loop pipe, and a closed space is formed by each of the first loop pipe and the second loop pipe. By connecting the loop tubes to each other and converting acoustic energy and electrical energy to each other , the surplus thermal energy input to the prime mover is used by the function of the generator, and the thermal energy input to the prime mover is insufficient. the includes a linear generator motor to assist the function of the electric motor, wherein the linear generator motor, the a first cylinder connected to the first loop pipe, a first piston that is inserted into the first cylinder A second cylinder connected to the second loop pipe, a second piston inserted into the second cylinder, a housing integrally connecting the first cylinder and the second cylinder, and the housing An attached stator, a vibrator that integrally connects the first piston and the second piston, a support spring that elastically supports the vibrator, and a coil wound around the stator; A magnet attached to the vibrator, the first piston, the second piston, the vibrator, the support spring, the first loop pipe, the working fluid in the first cylinder, and the The working fluid in the second loop tube and the second cylinder vibrates at a predetermined resonance frequency, and the magnetic path passing through the stator changes in accordance with a change in the position of the magnet accompanying the vibration of the vibrator. Magnetic flux intersecting the coil is a thermoacoustic engine generating alternately in opposite directions.
前記固定子は、前記磁石に対向する軸方向中央部で分離された内壁部と、前記内壁部の軸方向両端から径方向に延びた端面部と、前記端面部間にわたる外壁部と、を有しており、前記コイルは、前記内壁部と前記端面部と前記外壁部とで囲まれたリング状の空間に収容されており、前記振動子は、前記固定子よりも軸方向に長く形成された円柱状の本体部と、前記本体部の外周面の軸方向両端部より径方向外方に突き出され前記固定子に対してエアギャップを介して臨む突起部と、前記本体部の中心を貫通して軸方向両側に延びる連結軸と、を有しており、前記磁石は、前記本体部の外周面の軸方向中央部に取り付けられると共に前記固定子に対してエアギャップを介して臨み、前記振動子が前記内壁部の分離された軸方向中央部を境にして軸方向に振動することにより、前記コイルに交わる磁束が交互に逆方向に発生するとよい。The stator has an inner wall portion separated at an axial center portion facing the magnet, an end surface portion extending radially from both axial ends of the inner wall portion, and an outer wall portion extending between the end surface portions. The coil is housed in a ring-shaped space surrounded by the inner wall portion, the end surface portion, and the outer wall portion, and the vibrator is formed longer in the axial direction than the stator. A cylindrical main body, a protrusion projecting radially outward from both axial end portions of the outer peripheral surface of the main body, and facing the stator through an air gap; and penetrating through the center of the main body A connecting shaft extending on both sides in the axial direction, and the magnet is attached to an axially central portion of the outer peripheral surface of the main body and faces the stator via an air gap, The vibrator is bounded by the axially central portion where the inner wall portion is separated. By vibrating direction, it may flux intersecting the coil is generated in the reverse direction alternately.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)小型化が可能となる。 (1) Miniaturization is possible.
(2)エネルギの無駄がなくせる。 (2) Energy can be wasted.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る熱音響機関1は、熱エネルギを音響エネルギに変換する原動機2が配置された第一ループ管3と、音響エネルギを熱エネルギに変換する受動機4が配置された第二ループ管5と、第一ループ管3と第二ループ管5の間に配置され音響エネルギと電気エネルギとを相互変換する直動発電電動機6とを備える。
As shown in FIG. 1, a
第一ループ管3及び第二ループ管5は、例えば、円筒管を4箇所において最小曲げ径で曲げることにより、2つの長辺と2つの短辺を有する矩形状のループにしたものである。この矩形状のループとなっている第一ループ管3及び第二ループ管5の曲げ部に穴をあけ、その穴に同じ径の円筒管からなる後述する第一シリンダ7及び第二シリンダ9(図2参照)を繋ぎ込むことにより、第一ループ管3と第一シリンダ7、第二ループ管5と第二シリンダ9が相互に接続され、それぞれ第一ピストン8、第二ピストン10によって閉じた空間が形成され、作動流体が充填されて密閉される。作動流体は気体であり、空気、ヘリウム、窒素、アルゴンなどが好ましい。
The first loop tube 3 and the second loop tube 5 are formed into rectangular loops having two long sides and two short sides, for example, by bending a cylindrical tube at a minimum bending diameter at four locations. A hole is formed in the bent portion of the first loop pipe 3 and the second loop pipe 5 which are the rectangular loops, and a first cylinder 7 and a second cylinder 9 (to be described later) made of cylindrical pipes having the same diameter are formed in the holes. 2), the first loop pipe 3 and the first cylinder 7 and the second loop pipe 5 and the second cylinder 9 are connected to each other and closed by the first piston 8 and the
原動機2は、高温熱源との熱交換を行う図示しない加熱器と、低温熱源との熱交換を行う図示しない冷却器と、これら加熱器と冷却器との間で温度勾配を保持する図示しない再生器とから構成される。加熱器、冷却器、再生器は、公知のものであるから詳しい説明は省く。受動機4も構造は原動機2と同じであり、詳しい説明は省く。
The
直動発電電動機6は、後に詳しく述べるように図4の熱音響機関41の共鳴管46に置き換えたものであると共に、第一ループ管3からの音響エネルギを電気エネルギに変換して外部に取り出す直動発電機の機能と、外部から取り込んだ電気エネルギを音響エネルギに変換して第二ループ管5に送る直動電動機の機能を有する。 As will be described in detail later, the direct acting generator motor 6 is replaced with the resonance tube 46 of the thermoacoustic engine 41 of FIG. 4 and converts the acoustic energy from the first loop tube 3 into electrical energy and takes it out. It has a function of a direct acting generator and a function of a direct acting motor that converts electric energy taken from outside into acoustic energy and sends it to the second loop pipe 5.
図2に示されるように、直動発電電動機6は、第一ループ管3に接続された第一シリンダ7と、第一シリンダ7に挿入された第一ピストン8と、第二ループ管5に接続された第二シリンダ9と、第二シリンダ9に挿入された第二ピストン10と、第一シリンダ7と第二シリンダ9とを一体的に連結するハウジング11と、ハウジング11に取り付けられた固定子12と、第一ピストン8と第二ピストン10とを一体的に連結する振動子13と、振動子13を弾性的に支持する支持バネ14と、固定子12に巻き付けられたコイル15と、振動子13に取り付けられた磁石16とを有する。
As shown in FIG. 2, the direct acting generator motor 6 includes a first cylinder 7 connected to the first loop pipe 3, a first piston 8 inserted into the first cylinder 7, and a second loop pipe 5. A connected second cylinder 9, a
第一シリンダ7及び第二シリンダ9は、すでに述べたように第一ループ管3及び第二ループ管5と同じ径の円筒管からなる。第一ピストン8及び第二ピストン10は、第一シリンダ7及び第二シリンダ9内を軸方向に気密かつ滑らかに往復可能に構成されている。ハウジング11は、第一シリンダ7と第二シリンダ9とを一体的に連結すると共に、固定子12、振動子13、支持バネ14等を収容するためのものである。ハウジング11内は、作動流体を充填する必要はなく、また、密閉する必要はない。
The first cylinder 7 and the second cylinder 9 are made of cylindrical tubes having the same diameter as the first loop tube 3 and the second loop tube 5 as described above. The first piston 8 and the
固定子12は、いわゆる外側ヨークであり、内側ヨークである振動子13の外周を覆うように設けられる。固定子12は、軸方向中央部で分離された内壁部12a、12bと、内壁部12a、12bの軸方向両端から径方向に延びた端面部12c、12dと、端面部12c、12d間にわたる外壁部12eとを有する。コイル15は、内壁部12a、12bと端面部12c、12dと外壁部12eで囲まれたリング状の空間に収容される。
The
振動子13は、固定子12よりも軸方向に長く形成された円柱状の本体部13aと、本体部13aの外周面の軸方向両端部より径方向外方に突き出され固定子12に対してエアギャップを介して臨む突起部13bと、本体部13aの中心を貫通して軸方向両側に延びる連結軸13cとを有する。連結軸13cは第一ピストン8と振動子13及び第二ピストン10と振動子13を一体的に連結するものである。本体部13aの外周面の軸方向中央部に磁石16が取り付けられ、磁石16は固定子12に対してエアギャップを介して臨む。
The
支持バネ14は、金属板を渦巻き状に切り欠いたいわゆるスパイラルリングであり、周辺部がハウジング11に固定され、中心部に連結軸挿通穴を有する。支持バネ14の連結軸挿通穴に連結軸13cが挿通される。支持バネ14は、連結軸13cを支持バネ14の中心に支持することにより、第一ピストン8、振動子13、第二ピストン10を第一シリンダ7、ハウジング11、第二シリンダ9の中心軸に保持すると共に、軸方向の変形に対して弾性力を生じるものである。
The
以下、本発明の熱音響機関1の動作を説明する。
Hereinafter, the operation of the
第一ピストン8と振動子13(磁石16を含む)と第二ピストン10と支持バネ14とを総合して可動部と呼ぶことにする。可動部の質量をm(kg)とする。支持バネ14のバネ定数をk1(N/m)とする。第一ループ管3と第一シリンダ7の作動流体及び第二ループ管5と第二シリンダ9の作動流体の弾性によるバネ(例えば、空気バネ)のバネ定数をk2(N/m)とする。
The first piston 8, the vibrator 13 (including the magnet 16), the
本発明の熱音響機関1は、エネルギ変換に関しては図4の熱音響機関41と等価の働きをし、同じ周波数の音波を発生することができるものである。本発明の熱音響機関1においては、直動発電電動機6の可動部は、図4の熱音響機関41の共鳴管46内の作動流体(気柱)に置き換え可能なものとなっている。図4の熱音響機関41では共鳴管46内の作動流体が支配的となって音波が発生したが、本発明の熱音響機関1では、直動発電電動機6の可動部と2つに隔離された作動流体が所定の共振周波数で振動することで音波が発生する。
The
共振周波数は、支持バネ14のバネ定数k1と作動流体のバネ定数k2と可動部の質量mを用いた式(1)により規定される。
The resonance frequency is defined by the equation (1) using the spring constant k1 of the
この結果、第一ループ管3や第二ループ管5のループ長で規定される周波数よりも十分に低い式(1)の周波数fで音波を発生させることができ、図4の熱音響機関41のようにループ長の3倍以上あるいは4倍以上の長さの共鳴管46を設けたのと同じ効果が得られる。 As a result, sound waves can be generated at the frequency f of the expression (1) sufficiently lower than the frequency defined by the loop length of the first loop tube 3 or the second loop tube 5, and the thermoacoustic engine 41 of FIG. Thus, the same effect can be obtained as when the resonance tube 46 having a length three times or more than the loop length or four times or more is provided.
ここで、作動流体のバネ定数k2は、作動流体の種類と第一ループ管側、第二ループ管側の諸部材の寸法により一意的に決まる。よって、支持バネ14のバネ定数k1と可動部の質量mを決定すれば、所望の共振周波数を設定することができる。
Here, the spring constant k2 of the working fluid is uniquely determined by the type of the working fluid and the dimensions of the members on the first loop pipe side and the second loop pipe side. Therefore, a desired resonance frequency can be set by determining the spring constant k1 of the
このように、本発明の熱音響機関1では、図4の熱音響機関41の共鳴管46内の作動流体が直動発電電動機6の可動部に置き換えられたことにより、周波数によっては数メートルにも及ぶ共鳴管46に代えて直動発電電動機6を第一ループ管3と第二ループ管5の間に配置すればよいことになり、大幅な小型化が実現される。本発明の熱音響機関1を設置するのに必要なスペースは、第一ループ管3と直動発電電動機6と第二ループ管5を合わせたスペース程度であるため、例えば、自動車にも本発明の熱音響機関1を容易に搭載することができる。
Thus, in the
また、本発明の熱音響機関1によれば、図4の熱音響機関41の長い共鳴管46で生じていた音響エネルギの散逸がなくなり、受動機4で取り出せるエネルギの減少が防止される。このことは、発振に必要な温度差(原動機2における加熱器と冷却器の温度差)を小さくできることを意味している。あるいは、受動機4で所定のエネルギを取り出すのに必要な原動機2への供給エネルギを少なくすることができることを意味している。
Further, according to the
次に、直動発電電動機6における発電及び電動の動作を説明する。 Next, power generation and electric operation in the direct acting generator motor 6 will be described.
図3(b)では、振動子13が振動子13の振動による往復運動範囲の中間に位置している状態を示している。このとき、磁石16による磁路は、本体部13a、突起部13b、内壁部12b(又は12a)を通る短い閉磁路を形成する。この閉磁路による磁束はコイル15に交わらないため発電に関与しない。
FIG. 3B shows a state where the
図3(a)のように、振動子13が振動子13の振動による往復運動範囲の一端に位置している状態では、磁石16が内壁部12bに対向して位置する。このとき磁石16による磁路は、本体部13a、突起部13b、端面部12c、外壁部12e、端面部12d、内壁部12bを通る。この閉磁路により、コイル15に交わる磁束が発生する。
As shown in FIG. 3A, in the state where the
図3(c)のように、振動子13が振動子13の振動による往復運動範囲の反対端に位置している状態では、磁石16が内壁部12aに対向して位置する。このとき磁石16による磁路は、本体部13a、突起部13b、端面部12d、外壁部12e、端面部12c、内壁部12aを通る閉磁路を形成する。この閉磁路により、コイル15に交わる磁束が発生する。図3(a)と図3(c)では磁束の方向が逆方向である。
As shown in FIG. 3C, in the state where the
以上のように、振動子13が振動すると、振動子13の振動に伴う磁石16の位置変化に応じて固定子12を通る磁路が変化しコイル15に交わる磁束が交互に逆方向に発生するので、大きな磁束密度変動が発生して発電が行われる。また、これとは逆に、コイル15に交流電流を印可すると振動子13が振動する電動の動作が行われる。
As described above, when the
本発明の熱音響機関1によれば、直動発電電動機6の振動子13が音波によって振動することで発電が行われる。すなわち、原動機2が配置された第一ループ管3において熱エネルギが音響エネルギに変換され、その音響エネルギが音波として直動発電電動機6と受動機4が配置された第二ループ管5とに伝搬されることになる。直動発電電動機6では、音響エネルギが電気エネルギとして取り出されるが、このとき、電気エネルギを多く取り出せば受動機4で取り出される熱エネルギは少なくなり、電気エネルギを少なく取り出せば受動機4で取り出される熱エネルギは多くなる。
According to the
よって、例えば、エンジンの排気ガスで原動機2の加熱器を加熱し、受動機4の冷却器を冷蔵や冷房の冷却部とするシステムに本発明を適用すれば、冷蔵や冷房の需要が小さいときは、もっぱら直動発電電動機6で発電を行い、余剰の電力はバッテリに蓄えることができる。一方、冷蔵や冷房の需要が大きいときは発電を抑制して受動機4における冷却能力を高めることができる。このように、発電量と冷却能力のトレードオフを制御することが可能となる。これにより、エンジンの廃熱が必ず再利用されることになり、エネルギの無駄がなくなる。また、高温のままの排気ガスが大気に放出されることがなくなる。
Therefore, for example, if the present invention is applied to a system in which the heater of the
さらに、本発明の熱音響機関1によれば、直動発電電動機6に電気エネルギを供給して音響エネルギに変換することができる。したがって、原動機2に入力される熱エネルギが不足しているために受動機4の冷却能力が不足している場合に、直動発電電動機6の電動機の機能を利用して冷却能力を補助することが可能となる。
Furthermore, according to the
1 熱音響機関
2 原動機
3 第一ループ管
4 受動機
5 第二ループ管
6 直動発電電動機
7 第一シリンダ
8 第一ピストン
9 第二シリンダ
10 第二ピストン
11 ハウジング
12 固定子
13 振動子
14 支持バネ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
音響エネルギを熱エネルギに変換する受動機が配置された第二ループ管と、
前記第一ループ管と前記第二ループ管の間に配置され、前記第一ループ管と前記第二ループ管のそれぞれで閉じた空間が形成されるように、前記第一ループ管と前記第二ループ管を相互に接続し、音響エネルギと電気エネルギとを相互変換することで、前記原動機に入力される熱エネルギの余剰を発電機の機能により利用し、前記原動機に入力される熱エネルギの不足を電動機の機能により補助する直動発電電動機と、
を備えており、
前記直動発電電動機は、
前記第一ループ管に接続された第一シリンダと、
前記第一シリンダに挿入された第一ピストンと、
前記第二ループ管に接続された第二シリンダと、
前記第二シリンダに挿入された第二ピストンと、
前記第一シリンダと前記第二シリンダとを一体的に連結するハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられた固定子と、
前記第一ピストンと前記第二ピストンとを一体的に連結する振動子と、
前記振動子を弾性的に支持する支持バネと、
前記固定子に巻き付けられたコイルと、
前記振動子に取り付けられた磁石と、
から構成されており、
前記第一ピストンと前記第二ピストンと前記振動子と前記支持バネと前記第一ループ管及び前記第一シリンダ内の作動流体と前記第二ループ管及び前記第二シリンダ内の作動流体が所定の共振周波数で振動すると共に、前記振動子の振動に伴う前記磁石の位置変化に応じて前記固定子を通る磁路が変化して前記コイルに交わる磁束が交互に逆方向に発生することを特徴とする熱音響機関。 A first loop tube with a prime mover that converts thermal energy into acoustic energy;
A second loop tube in which a passive machine that converts acoustic energy into thermal energy is disposed;
The first loop pipe and the second loop pipe are disposed between the first loop pipe and the second loop pipe, and a closed space is formed by each of the first loop pipe and the second loop pipe. By connecting the loop tubes to each other and converting acoustic energy and electrical energy to each other , the surplus thermal energy input to the prime mover is used by the function of the generator, and the thermal energy input to the prime mover is insufficient. A direct acting generator motor that assists the motor with the function of the motor;
With
The direct acting generator motor is:
A first cylinder connected to the first loop pipe;
A first piston inserted into the first cylinder;
A second cylinder connected to the second loop pipe;
A second piston inserted into the second cylinder;
A housing integrally connecting the first cylinder and the second cylinder;
A stator attached to the housing;
A vibrator integrally connecting the first piston and the second piston;
A support spring that elastically supports the vibrator;
A coil wound around the stator;
A magnet attached to the vibrator;
Consists of
The first piston, the second piston, the vibrator, the support spring, the working fluid in the first loop pipe and the first cylinder, and the working fluid in the second loop pipe and the second cylinder are predetermined. In addition to oscillating at a resonance frequency, a magnetic path passing through the stator is changed in accordance with a change in position of the magnet accompanying vibration of the vibrator, and magnetic fluxes intersecting with the coil are alternately generated in opposite directions. A thermoacoustic engine.
前記磁石に対向する軸方向中央部で分離された内壁部と、
前記内壁部の軸方向両端から径方向に延びた端面部と、
前記端面部間にわたる外壁部と、
を有しており、
前記コイルは、
前記内壁部と前記端面部と前記外壁部とで囲まれたリング状の空間に収容されており、
前記振動子は、
前記固定子よりも軸方向に長く形成された円柱状の本体部と、
前記本体部の外周面の軸方向両端部より径方向外方に突き出され前記固定子に対してエアギャップを介して臨む突起部と、
前記本体部の中心を貫通して軸方向両側に延びる連結軸と、
を有しており、
前記磁石は、
前記本体部の外周面の軸方向中央部に取り付けられると共に前記固定子に対してエアギャップを介して臨み、
前記振動子が前記内壁部の分離された軸方向中央部を境にして軸方向に振動することにより、前記コイルに交わる磁束が交互に逆方向に発生することを特徴とする請求項1記載の熱音響機関。 The stator is
An inner wall portion separated at an axially central portion facing the magnet;
End surface portions extending in the radial direction from both axial ends of the inner wall portion;
An outer wall extending between the end faces;
Have
The coil is
It is accommodated in a ring-shaped space surrounded by the inner wall part, the end face part and the outer wall part,
The vibrator is
A cylindrical main body formed longer in the axial direction than the stator; and
A protrusion that protrudes radially outward from both axial ends of the outer peripheral surface of the main body and faces the stator via an air gap;
A connecting shaft extending through the center of the main body and extending in the axial direction;
Have
The magnet
It is attached to the axially central portion of the outer peripheral surface of the main body and faces the stator via an air gap,
The magnetic flux which crosses the said coil generate | occur | produces by the reverse direction alternately by the said vibrator | oscillator vibrating in an axial direction on the boundary in the axial direction center part which the said inner wall part isolate | separated. Thermoacoustic engine.
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