(57)【要約】【課題】  内燃機関から排出される排気ガスの温度が変化しても熱音響現象による音波を安定して発生させ維持する。【解決手段】  本発明の排熱回収装置４０は、音響管４２と、音波を発生する原動機４６と、原動機４６で発生する音波によって駆動される駆動機器４４を備える。原動機４６は、第１蓄熱器と、第１蓄熱器の一端に配置され、排気ガスから熱を吸収して第１蓄熱器の一端を加熱する第１高温熱交換器と、第１蓄熱器の他端に配置され、第１蓄熱器の他端から熱を吸収して外部に熱を放出する第１低温熱交換器によって構成することができる。排気ガスの温度は温度センサ３１によって測定され、その測定された温度に基づいて原動機４６の第１高温熱交換器に供給される排気ガス流量が調整される。【選択図】  図１
2006002738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスから熱エネルギを回収する排熱回収装置であって、
音響管と、
音響管内に配置された第１蓄熱器と、
第１蓄熱器の一端に配置され、排気ガスから熱を吸収して第１蓄熱器の一端を加熱する第１高温熱交換器と、
第１蓄熱器の他端に配置され、第１蓄熱器の他端から熱を吸収して外部に熱を放出する第１低温熱交換器と、
音響管内の第１蓄熱器から離れた位置に配置され、第１蓄熱器で発生する音波によって駆動される駆動機器と、
排気ガスの温度を検出する温度センサと、
温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて、第１高温熱交換器に供給する排気ガス流量を調整する制御手段と、を有することを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
第１蓄熱器の第１高温熱交換器側の端部には補助加熱装置がさらに設けられ、制御手段は温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて補助加熱装置により第１蓄熱器の第１高温熱交換器側の端部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
駆動機器は、（１）第２蓄熱器と、（２）第２蓄熱器の高温側端部に配置され、第２蓄熱器の高温側端部から熱を吸収して外部に熱を放出する第２高温熱交換器と、（３）第２蓄熱器の低温側端部に配置され、冷却対象物から熱を吸収して第２蓄熱器の低温側端部に熱を放出する第２低温熱交換器とを有することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
第２低温熱交換器によって冷却された冷却対象物の温度を検出する第２温度センサをさらに備え、制御手段は温度センサで検出された排気ガス温度と第２温度センサで検出された冷却対象物の温度とに基づいて第１高温熱交換器に供給する排気ガス流量を調整することを特徴とする請求項３に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（例えば、自動車に搭載されるエンジン等）の排気ガスから熱エネルギを回収（有効利用）するための技術に関する。詳しくは、排気ガスの熱エネルギを利用した熱音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスから熱エネルギを回収する技術として、熱音響現象を利用することが検討されている。熱音響現象とは、温度勾配のある狭い流路を壁と熱接触しながら音波（振動流）が伝播することで生じる種々の現象をいう。狭い流路（例えば、流路半径が流体の熱境界層程度の空間）では、流路を形成する固体壁と振動する流体（音波を担う流体）とは熱交換を行う。音波の進行方向に温度勾配が存在すると、振動する流体は周期的な圧縮、膨張に加えて、温度勾配の中を変位することによって加熱、冷却される。したがって、振動する流体は圧縮・膨張・加熱・冷却といった熱力学的過程を経験し、これによって熱と音の間でエネルギ変換が可能となる。この熱音響現象によるエネルギ変換は、他の熱機関によるエネルギ変換と異なり、ピストン等の可動部を必要としないで効率の高い熱力学的サイクル（スターリングサイクル）を実現できるという利点がある。このため、熱音響現象を利用して排気ガスの熱エネルギを音エネルギに変換して回収する装置が開発されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置は、共鳴管と、この共鳴管の一端に配設された音波発生部と、共鳴管の他端に配設されたトランスジューサを備える。音波発生部は、蓄熱器（上述した狭い流路を形成する部分）と、この蓄熱器の一端に配設された高温熱交換器と、蓄熱器の他端に配設された低温熱交換器によって構成される。高温熱交換器の周囲には触媒コンバータが配され、低温熱交換器の外周面には放熱フィンが突設されている。共鳴管内には、空気あるいはヘリウム等の希ガスが作動流体として封入されている。
内燃機関から排出される排気ガスは、触媒コンバータによって浄化され、その後にマフラから排気される。触媒コンバータによって排気ガスが浄化されると、その反応熱によって排気ガスの温度が上昇する。温度上昇した排気ガスの熱エネルギは高温熱交換器を介して蓄熱器の一端に伝達され、これによって蓄熱器の一端が加熱される。一方、蓄熱器の他端は、放熱フィンが設けられた低温熱交換器によって冷却される。したがって、蓄熱器の高温熱交換器側の端部は温度が高くなり、蓄熱器の低温熱交換器側の端部は温度が低くなる（すなわち、蓄熱器に温度勾配が与えられる）。高温熱交換器の温度がある臨海温度（例えば、作動流体が大気圧空気の場合は２００〜３００℃）以上となると、蓄熱器内の作動流体がひとりでに振動を開始する（熱音響自励振動）。この熱音響自励振動によって共鳴管内に音波が発生すると、その音波は共鳴管の他端に配設されたトランスジューサによって機械振動に変換され、次いで電気エネルギに変換されて利用（回収）される。
【特許文献１】特開２００２−１２０７９２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した説明から明らかなように、熱音響現象によって音波を発生させるためには、蓄熱器に適正な温度勾配を与える必要がある。すなわち、排気ガスから高温熱交換器に充分な熱量を供給し、蓄熱器の端部を臨界温度以上となるように加熱する必要がある。また、熱音響現象によって音波が発生した後は、熱音響現象による音波を維持するために、排気ガスから高温熱交換器に適切な熱量を供給し続ける必要がある。
一方、内燃機関から排出される排気ガスの温度（すなわち、排気ガスの熱エネルギ）は、内燃機関の運転状況によって大きく変化する。例えば、内燃機関の排気ガス温度は、内燃機関の運転開始直後は低く、時間の経過に伴って上昇する。また、内燃機関の負荷によっても大きく変化する。特に、自動車エンジン等の内燃機関は、運転者のアクセル操作に応じてエンジン回転数（エンジン負荷）が大きく変化し、これによって排気ガス温度も大きく変化する。したがって、内燃機関から排出される排気ガスによって音波を発生させ、また、その音波を維持するためには、排気ガスの温度変化の有無にかかわらず、高温熱交換器に供給される熱量を適切な量に制御する必要がある。
しかしながら、上述した従来の排熱回収装置では、内燃機関から排出される排気ガスの温度が変化すると、それに応じて高温熱交換器に供給される熱量も変化する。このため、音響管内に安定して音波を発生させることができず、これにより排気ガスの熱エネルギを安定して回収することができなかった。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関から排出される排気ガスの温度が変化しても熱音響現象による音波を安定して発生・維持することができ、これによって排気ガスの熱エネルギを安定して回収（利用）することができる排熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスの熱エネルギを回収する排熱回収装置であって、音響管と、音響管内に配置された第１蓄熱器と、第１蓄熱器の一端に配置され、排気ガスから熱を吸収して第１蓄熱器の一端を加熱する第１高温熱交換器と、第１蓄熱器の他端に配置され、第１蓄熱器の他端から熱を吸収して外部に熱を放出する第１低温熱交換器と、音響管内の第１蓄熱器から離れた位置に配置され、第１蓄熱器で発生する音波によって駆動される駆動機器を備える。そして、排気ガスの温度を検出する温度センサと、温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて、第１高温熱交換器に供給する排気ガス流量を調整する制御手段をさらに有する。
この排熱回収装置では、第１蓄熱器の一端が第１高温熱交換器によって加熱される一方、第１蓄熱器の他端は第１低温熱交換器によって冷却され、これによって蓄熱器に温度勾配が与えられる。第１高温熱交換器に供給される排気ガス流量は、内燃機関から排出される排気ガス温度に応じて調整される。すなわち、排気ガスから第１高温熱交換器に供給される熱量（第１蓄熱機の一端に供給される熱量）が適切な量となるように、排気ガス温度に応じて第１高温熱交換器に供給する排気ガス流量が調整される。このため、内燃機関から排出される排気ガスの温度が変化しても、第１高温熱交換器には適切な熱量が供給される。このため、第１蓄熱機には適切な温度勾配が安定して与えられ、第１蓄熱器から安定して音波が発生する。第１蓄熱器で発生した音波の音エネルギは、第１蓄熱器から所定距離はなれた位置に配置された駆動機器（例えば、トランスジューサ等のエネルギ変換機器等）によって利用（回収）される。
【０００７】
上記排熱回収装置において、第１蓄熱器の第１高温熱交換器側の端部には補助加熱装置がさらに設けられ、制御手段は温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて補助加熱装置により第１蓄熱器の第１高温熱交換器側の端部を加熱することが好ましい。このような構成によると、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低すぎる場合（例えば、運転開始直後の立上げ時等）であっても、補助加熱装置によって第１蓄熱器の端部が加熱され、第１蓄熱器から速やかに音波を発生させることができる。
【０００８】
また、駆動機器としては、例えば、第１蓄熱器で発生した音波によって駆動される冷凍機とすることができる。すなわち、駆動機器は、（１）第２蓄熱器と、（２）第２蓄熱器の高温側端部に配置され、第２蓄熱器の高温側端部から熱を吸収して外部に熱を放出する第２高温熱交換器と、（３）第２蓄熱器の低温側端部に配置され、冷却対象物から熱を吸収して第２蓄熱器の低温側端部に熱を放出する第２低温熱交換器とを備える。かかる構成では、第１蓄熱器で発生した音波の進行方向に順に第２高温熱交換器・第２蓄熱器・第２低温熱交換器となり、第２蓄熱器内を進行する音波の音エネルギによって第２低温熱交換器が冷却される。このため、第２低温熱交換器によって冷却対象物（例えば、冷媒等）を冷却することができる。
駆動機器に冷凍機を用いる場合は、第２低温熱交換器によって冷却された冷却対象物の温度を検出する第２温度センサをさらに備え、制御手段は温度センサで検出された排気ガス温度と第２温度センサで検出された冷却対象物の温度とに基づいて第１高温熱交換器に供給する排気ガス流量を調整することが好ましい。このような構成によると、冷却対象物の温度に応じて第１高温熱交換器に供給される熱量が調整される（すなわち、第１低温熱交換器の冷却能力が調整される）。したがって、熱音響現象による音波を安定して発生できると同時に、冷却対象物を適切な冷却能力で冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本願に係る排熱回収装置を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）音響管には、音波を発生させる原動機と、原動機で発生した音波の音エネルギにより冷却対象物を冷却する冷凍機が設けられる。原動機は、蓄熱器と、その蓄熱器の両端に配設された一対の熱交換器によって構成される。冷凍機も、蓄熱器と、その蓄熱器の両端に配設された一対の熱交換器によって構成される。
（形態２）原動機の一方の熱交換器（高温熱交換器）は、排気ガスと熱交換を行い、蓄熱器の一端を加熱する。原動機の他方の熱交換器（低温熱交換器）は、冷却水（又は空気）と熱交換を行い、蓄熱器の他端を冷却する（例えば、常温に維持する）。原動機の蓄熱器には、低温熱交換器から高温熱交換器側に進行する音波が発生する。
（形態３）原動機で発生した音波は、冷凍機の一方の熱交換器（高温熱交換器）から他方の熱交換器（低温熱交換器）に向かって進行する。冷凍機の高温熱交換器は冷却水（又は空気）と熱交換を行い、蓄熱器の一端を冷却する（例えば、常温に維持する）。冷凍機の低温熱交換器は冷却対象物と熱交換を行い、冷却対象物を冷却する。
（形態４）内燃機関の排気ガス管には排気ガスの温度を計測する温度センサが設けられる。内燃機関の排気ガス管には分岐管が設けられ、分岐管は原動機の高温熱交換器に接続される。分岐管には流量制御弁が設けられ、流量制御弁によって分岐管を流れる排気ガス流量が調整される。制御ユニットは、温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて流量制御弁の開度を調整する。
（形態５）内燃機関には燃料タンク内の燃料が燃料ポンプによって供給される。冷凍機の低温熱交換器は、燃料ポンプから吐出された燃料のうちリターン燃料を冷却する。冷却されたリターン燃料は、燃料タンク内に戻され、燃料タンクを冷却する。
（形態６）内燃機関には燃料タンク内の燃料が燃料ポンプによって供給される。冷凍機の低温熱交換器は、燃料タンク内の燃料蒸発ガス（エバポガス）を冷却する。冷却されて液化した燃料は燃料タンク内に戻される。
（形態７）内燃機関にはターボ付きエンジンが用いられる。冷凍機の低温熱交換器は、ターボチャージャーからの過給空気を冷却する。冷却された空気はエンジンに供給される。
（形態８）冷凍機の低温熱交換器は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）用の排気ガスを冷却する。冷却された排気ガスはエンジンに再供給される。
（形態９）冷凍機の低温熱交換器は冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、車室内のエアコン、車載用冷蔵庫又は冷凍車用冷凍庫を冷却するために用いられる。
【実施例】
【００１０】
（第１実施例）  本発明の一実施例に係る排熱回収装置（熱音響冷却装置）について、図面を参照して説明する。本実施例の熱音響冷却装置は自動車に搭載され、自動車のエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギを回収し、その回収した熱エネルギによってリターン燃料を冷却する。
【００１１】
図１には本実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成が示されている。図１に示すように、熱音響冷却装置は音響管４２（金属又は樹脂等によって形成されたループ管）を備え、音響管４２内には作動気体（例えば、大気圧空気、加圧したヘリウム−アルゴン混合気体等）が充填されている。音響管４２には原動機４６と冷凍機４４が設けられる。
【００１２】
原動機４６は、後で詳述するように蓄熱器と、蓄熱器の両端に配設された１対の熱交換器によって構成される。原動機４６の一方の熱交換器（以下、原動機側高温熱交換器ともいう）には、排気管２６から分岐した分岐管３０が接続される。排気管２６にはエンジンから排出された排気ガスが流れ、分岐管３０には排気管２６を流れる排気ガスの一部が流れる。原動機側高温熱交換器は、分岐管３０を流れる排気ガスから熱を回収し、その回収した熱によって蓄熱器の一端を加熱する。原動機側高温熱交換器によって熱が回収された排気ガス（すなわち、冷却された排気ガス）は排気管２６に戻される。なお、排気管２６を流れる排気ガスの温度は温度センサ３１によって測定される。温度センサ３１で測定された排気ガス温度は制御ユニット３２に入力される。制御ユニット３２は、分岐管３０に設けられた流量制御弁２８を制御することで、分岐管３０を流れる排気ガスの流量を調整する。これによって、原動機側高温熱交換器で回収される熱エネルギの量が調整される。
【００１３】
原動機４６の他方の熱交換器（以下、原動機側低温熱交換器ともいう）には温水配管２４が接続されている。温水配管２４の循環経路にはラジエータ（放熱器）２２と冷凍機４４の一方の熱交換器（以下、冷凍機側高温熱交換器ともいう）が介装されている。温水配管２４を流れる冷却水は、ラジエータ２２で放熱してその温度が低下する。ラジエータ２２で温度が低下した冷却水は、温水配管２４を通って冷凍機側高温熱交換器及び原動機側低温熱交換器に流れ、これらの熱交換器と熱交換を行う（すなわち、これらの熱交換器を冷却する）。これによって、原動機４６の蓄熱器の一端（低温側端部）と、冷凍機４４の一端（高温側端部）が冷却水温度に冷却される。なお、原動機側低温熱交換器を流れた冷却水はラジエータ２２に戻される。
【００１４】
冷凍機４４の他方の熱交換器（以下、冷凍機側低温熱交換器ともいう）には燃料吐出管１８から調圧弁１４を介して分岐されたリターン燃料配管１６が接続される。燃料吐出管１８の一端には燃料ポンプ１２が接続され、燃料ポンプ１２は燃料タンク１０内に配置されている。燃料吐出管１８の他端は、エンジンに燃料を噴射するインジェクタ（図示省略）に接続されている。燃料ポンプ１２は、燃料タンク１０内の燃料を吸引して昇圧し、その昇圧した燃料を燃料吐出管１８に吐出する。燃料吐出管１８を流れる燃料は、調圧弁１４によってその圧力が調整され、圧力調整後の燃料がエンジン（インジェクタ）に供給される。リターン燃料配管１６には、調圧弁１４による圧力調整によって燃料タンク１０に戻される燃料が流れる。リターン燃料配管１６を流れる燃料は、冷凍機側低温熱交換器を通って燃料タンク１０内に戻される。冷凍機側低温熱交換器を通過したリターン燃料の温度は、リターン燃料配管１６に配された温度センサ３４によって測定される。温度センサ３４で測定されたリターン燃料温度は制御ユニット３２に入力される。
【００１５】
上述した熱音響冷却装置では、原動機４６の高温側熱交換器によって排気ガスの熱エネルギが回収され、その回収された熱エネルギによって原動機４６の蓄熱器の一端が加熱される。一方、原動機４６の蓄熱器の他端は、温水配管２４を流れる冷却水によって冷却される。このため、原動機４６の蓄熱器には温度勾配が発生し、この温度勾配によって原動機４６から音波が発生する（熱音響自励振動）。
原動機４６で発生した音波は、原動機４６の低温熱交換器から高温熱交換器に向かって進行し、冷凍機４４内を高温熱交換器側から低温熱交換器側に向かって進行する。冷凍機４４は、原動機４６から所定の距離だけ離れた位置に配置されている（具体的には、原動機４６で発生する音波の節が冷凍機４４の高温熱交換器の位置となるように配置されている）。このため、冷凍機４４の蓄熱器内において逆スターリングサイクルが実行され、音波の進行方向とは逆向きに熱が汲み上げられる。これによって、冷凍機４４の低温熱交換器が冷却され、低温熱交換器を流れるリターン燃料が冷却される。冷却されたリターン燃料は、燃料タンク１０内に流入し、燃料タンク１０を直接冷却する。このため、燃料タンク１０内の燃料の蒸発を抑制することができ、これによって、エンジンの空燃比変動を少なくなり、また、キャニスタを小型化でき、さらに、燃料ポンプ１２のベーパロックの発生を抑制することができる。
【００１６】
次に、原動機４６と冷凍機４４の構造について図２〜７を参照して詳細に説明する。なお、原動機４６と冷凍機４４は、その構造は同一であるため、ここでは原動機４６の構成について詳細に説明する。
図２に示すように原動機４６は、蓄熱器１９０と、蓄熱器１９０の一端に配設された高温熱交換器１８０と、蓄熱器１９０の他端に配設された低温熱交換器１７０によって構成される。蓄熱器１９０には、金属やセラミックス等の薄板を積層したものや、金属やセラミックス等のハニカム構造体等を用いることができる。例えば、ステンレスメッシュやセラミックスハニカムを用いることができる。蓄熱器１９０の周囲には断熱材１７６（例えば、セラミックスやフェノール樹脂等）が配されている。
【００１７】
高温熱交換器１８０は、蓄熱器１９０の一端（図中下端）に当接する伝熱板１８４と、伝熱板１８４の外周部上面に設けられた熱交換部１８２によって構成されている。伝熱板１８４には、高伝導体（例えば、Ｃｕ等）によって形成されたハニカム状又は格子状の金網を用いることができる。伝熱板１８４は、断熱材１７６，１７８を介して音響管４２に取り付けられている。
熱交換部１８２は、図３に示すように蓄熱器１９０の外周を取り囲むように設けられている。熱交換部１８２には分岐管３０が接続され、熱交換部１８２内を排気ガスが流れるようになっている。熱交換部１８２内には、図５によく示されるように伝熱板１８４上に突設された複数のフィン１８６が配されている（ただし、図３ではフィン１８６の図示を省略している）。フィン１８６は、熱交換部１８２内を流れる排気ガスと伝熱板１８４との熱交換効率を向上させている。熱交換部１８２の外周には僅かな空間を隔てて断熱材１７６が配されている。
【００１８】
低温熱交換器１７０も、蓄熱器１９０の他端（図中上端）に当接する伝熱板１７３と、伝熱板１７３の周縁１７１に形成された熱交換部１７２によって構成されている（図２参照）。伝熱板１７３は、高伝導体によって形成されたハニカム状又は格子状の金網を用いることができ、断熱材１７４，１７６を介して音響管４２に取り付けられている。伝熱板１７３が音響管４２に取り付けられた状態では、その周縁１７１が音響管４２の外周面より突出している。したがって、伝熱板１７３の周縁１７１に形成される熱交換部１７２も音響管４２の外周面より突出している。
熱交換部１７２は、図４に示すように音響管４２の外周を取り囲むように設けられている。熱交換部１７２には温水配管２４が接続され、熱交換部１７２内を冷却水が流れるようになっている。熱交換部１７２内には、図６，７に示すように螺旋状の案内羽根１７２ｂが設けられている。したがって、熱交換部１７２内を流れる冷却水は案内羽根１７２ｂに案内されて螺旋状（図中に示す矢印）に流れ、これによって熱交換部１７２の冷却能力の向上が図られている。
なお、冷凍機４４では、上述した高温熱交換器１８０が低温熱交換器として用いられ、上述した低温熱交換器１７０が高温熱交換器として用いられている。
【００１９】
上述した熱音響冷却装置は制御ユニット３２によって制御される。制御ユニット３２で行われる制御処理を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
図８に示すように、まず、制御ユニット３２は流量制御弁（排気ガス制御弁）２８の負荷を０％にセットする（Ｓ１０）。本実施例の流量制御弁２８は、図９に示すような負荷特性を有している。すなわち、流量制御弁２８の負荷が０〜２０％の間は分岐管３０を流れる排気ガス流量Ｑは“０”となり、流量制御弁２８の負荷が２０〜８０％の間は負荷に応じて分岐管３０を流れる排気ガス流量Ｑも増加する。そして、流量制御弁２８の負荷が８０％以上となると、分岐管３０を流れる排気ガス流量Ｑは最大流量で一定となる。ステップＳ１０では流量制御弁２８の負荷が０％に設定されるため、分岐管３０を流れる排気ガス流量Ｑも“０”となる。
【００２０】
次に、制御ユニット３２は、温度センサ３１で測定された温度（排気ガス温度）と温度センサ３４で測定された温度（リターン燃料温度）を読み込む（Ｓ１２）。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で読み込んだ温度センサ３４の測定値（リターン燃料温度）に基づいて目標排気ガス温度を設定する。ここで、目標排気ガス温度とは、流量制御弁２８の負荷が基準値（例えば、負荷６０％）となる状態で、所望の冷却能力を得るために必要な排気ガス温度である。したがって、リターン燃料温度が高く冷凍機４４の冷却能力をアップしたい場合は、原動機４６に多量の熱量を供給する必要があるため、目標排気ガス温度は高く設定される。逆に、リターン燃料温度が低すぎて冷凍機４４の冷却能力をダウンさせたい場合は、目標排気ガス温度が低く設定される。
【００２１】
次に、制御ユニット３２は、設定された目標排気ガス温度とステップＳ１２で読み込んだ温度センサ３１の測定値（測定排気ガス温度）に基づいて流量制御弁２８の負荷を決定する（Ｓ１４〜３０）。具体的には、まず、温度センサ３１で測定された測定値（排気ガス温度）に基づいて閾値Ｌ１，Ｌ２，Ｈ１，Ｈ２を設定する（図１０参照）。本実施例では、測定された排気ガス温度を中心として第１の温度範囲内に閾値Ｌ２，Ｈ２を設定し、第２の温度範囲（第１の温度範囲より広い）内に閾値Ｌ１，Ｈ１を設定する。例えば、測定された排気ガス温度をＴとすると、Ｌ２＝Ｔ−ｔ１，Ｈ２＝Ｔ＋ｔ１，Ｌ１＝Ｔ−ｔ２，Ｈ２＝Ｔ＋ｔ２となる（ただし、ｔ１＜ｔ２）。
閾値Ｌ１，Ｌ２，Ｈ１，Ｈ２が決定されると、これらの閾値Ｌ１，Ｌ２，Ｈ１，Ｈ２とステップＳ１３で設定された目標排気ガス温度とに基づいて流量制御弁２８の負荷を決定する。すなわち、目標排気ガス温度が閾値Ｈ１より高いと（ステップＳ１４でＹＥＳ）、流量制御弁２８の負荷は１００％に設定される（Ｓ１６）。また、目標排気ガス温度が閾値Ｈ２〜Ｈ１の間にあると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、流量制御弁２８の負荷が５％アップされる（Ｓ２４）。一方、目標排気ガス温度が閾値Ｌ１より低いと（ステップＳ１８でＹＥＳ）、流量制御弁２８の負荷は０％に設定される（Ｓ２０）。また、目標排気ガス温度が閾値Ｌ１〜Ｌ２の間にあると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、流量制御弁２８の負荷が５％ダウンされる。そして、目標排気ガス温度が閾値Ｌ２〜Ｈ２の間にあると（ステップＳ２６でＮＯ）、流量制御弁２８の負荷はその状態で維持される。流量制御弁２８の負荷が決定されると、制御ユニット３２は決定された負荷となるように流量制御弁２８を駆動する。これによって、原動機４６の高温熱交換器に流れる排気ガス流量が調整される（すなわち、原動機で回収される熱エネルギ量が調整される）。
【００２２】
図１０には、測定された排気ガス温度と、設定された目標排気ガス温度と、これらに基づいて決定される流量制御弁２８の負荷との関係を模式的に示している。図１０から明らかなように、測定された排気ガス温度に比較して目標排気ガス温度が高いほど流量制御弁２８の負荷は高くなる。したがって、原動機４６の高温熱交換器に多くの排気ガスが流れ、原動機４６の高温熱交換器で多くの熱エネルギが回収される。なお、図１０においては、目標排気ガス温度が閾値Ｌ２〜Ｈ２の範囲となるときの流量制御弁２８の負荷を簡易的に直線で表示している。
【００２３】
上述した説明から明らかなように本実施例では、目標排気ガス温度に比べて測定された排気ガス温度が低すぎる場合（例えば、エンジンの始動開始直後等）は、流量制御弁２８の負荷が１００％とされ、原動機４６に多量の排気ガスが供給される。このため、原動機４６の高温熱交換器が短時間で加熱され、音響管４２に音波を発生させることができる。また、原動機４６から音波が発生し、冷凍機４４でリターン燃料の冷却が開始された後は、測定されたリターン燃料温度及び排気ガス温度に基づいて流量制御弁２８の負荷が調整され、原動機４６の高温熱交換器に適切な熱量が供給される。このため、エンジンの負荷等に応じて排気ガス温度が変化しても、原動機４６から適切な音響強度の音波が安定して発生することとなる。
【００２４】
なお、上述した実施例においては、原動機４４の高温熱交換器近傍にヒータ等の補助加熱装置をさらに配設し、この補助加熱装置によって原動機４４の蓄熱器の一端（高温熱交換器側の端部）を加熱するようにしてもよい。補助加熱装置を用いることで、排気ガス温度が低いときでも原動機４４を適切に加熱することができ、原動機４４から音波を発生させることができる。
【００２５】
また、上述した実施例においては、原動機の低温熱交換器と冷凍機の高温熱交換器を冷却水によって冷却する水冷式熱交換器としたが、図１１に示すようにこれらの熱交換器を空冷式熱交換器とすることもできる。図１２には原動機の低温熱交換器（又は冷凍機の高温熱交換器）に空冷式熱交換器を用いた場合の一例を示している。図１２の右側には蓄熱器２１０と当接する伝熱板１９４ａにハニカム状の放熱板１９２ａを用いた例を示しており（図１３（ａ）参照）、図１２の左側には蓄熱器２１０と当接する伝熱板１９４ｂに複数の放熱フィン１９２ｂを設けた例を示している（図１３(ｂ)参照）。図１２，１３に示すような空冷式熱交換器を用いることで、水冷式の熱交換器を用いた場合に必要とされた温水配管を不要とすることができる。なお、これらの空冷式熱交換器の冷却能力は、放熱板１９２ａや放熱フィン１９２ｂの面積によって調整することができる。
【００２６】
また、原動機の高温熱交換器（又は冷凍機の低温熱交換器）の構造についても、上述した実施例に限られず、種々の構造を採ることができる。例えば、図１２，１４，１５に示すように、伝熱板２０４の外縁２０３に熱交換部２０２を設けるようにしてもよい。この熱交換部２０２内には、音響管４２の軸方向に対して略垂直に複数のフィン２０５を設けることができる。熱交換部２０２の周囲には断熱材２０７が配されている。
なお、このような構造を採用した場合は、図２に示す構造と異なり、ネジ等を用いて熱交換器を音響管４２に取り付けることができない。そこで、図１２，１４に示すように、熱交換器２００を止め具２０６によって音響管４２に取り付けることができる。止め具２０６は、熱交換部２０２の外周上の適宜の位置に設けることができる（図１４参照）。
【００２７】
（第２実施例）  次に、第２実施例に係る熱音響冷却装置について図１６を参照して説明する。なお、第１実施例と同一構成に係る部分についてはその説明を省略し、第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
図１６に示すように第２実施例の熱音響冷却装置４３は、燃料タンク１０内で蒸発した燃料蒸発ガス（エバポガス）を冷却する。すなわち、燃料タンク１０と冷凍機４９の低温熱交換器はガス配管１３によって接続される。ガス配管１３のガス吸入口（燃料タンク１０側の端部）にはファン１１が配設されている。ファン１１が回転することで、燃料タンク内の空気（燃料蒸発ガス）がガス配管１３内に送出される。ガス配管１３内を流れた空気は、冷凍機４９の低温熱交換器によって冷却される。これによって、空気中に含まれている燃料蒸発ガスが液化し、液化した燃料（冷却された燃料）が配管１５を通って燃料タンク１０内に戻される。第２実施例においても、燃料タンク１０内の燃料の蒸発が抑制されるため、エンジンの空燃比変動の抑制、キャニスタの小型化、燃料ポンプ１２のベーパロックの抑制等の効果を奏することができる。なお、第２実施例の熱音響冷却装置４３では、図１６に示すように音響管４５に共鳴管５１が取り付けられている。
【００２８】
（第３実施例）  次に、第３実施例に係る熱音響冷却装置について図１７を参照して説明する。第３実施例の熱音響冷却装置９０は、ターボチャージャー６８からの過給空気を冷却する。図１７に示すように、エンジン６４（ガソリンエンジン）の吸気系５８にはサージタンク６０及び吸気マニホールド６２が設けられる。サージタンク６０には、エアクリーナ５２を介して吸引された空気が貯留される。エアクリーナ５２からサージタンク６０へ流れる空気量はスロットル５６の開度によって調整される。サージタンク６０内の空気は、吸気マニホールド６２を通ってエンジン６４に供給される。
【００２９】
エンジン６４の排気系７２には、排気マニホールド６６と触媒装置７０が設けられる。排気マニホールド６６と触媒装置７０との間にはターボチャージャー６８が介装されている。触媒装置７０によって処理された排気ガスは排気管７１から外部に排気される。排気管７１には分岐管７４が設けられる。分岐管７４を流れる排気ガス流量は、流量制御弁７６によって調整される。また、分岐管７４の循環路には、熱音響冷却装置９０の原動機８８（高温熱交換器）が接続される。原動機８８の高温熱交換器は排気ガス中の熱エネルギを回収し、これによって原動機８８から音波が発生する。熱音響冷却装置９０の冷凍機９２（低温熱交換器）にはターボチャージャー６８で過給された空気が供給される。冷凍機９２で冷却された過給空気は、吸気管５７を通って吸気系５８に戻される。なお、原動機８８の低温熱交換器と冷凍機９２の高温熱交換器には、温水配管９６を流れる冷却水が供給される。温水配管９６の循環路にはラジエータ９４、ポンプ８６及び流量制御弁８２が配されている。ラジエータ９４は温水配管９６を流れる冷却水を冷却し、ポンプ８６はラジエータ９４で冷却された冷却水を温水配管９６に送出し、流量制御弁８２は温水配管９６を流れる冷却水量を調整する。なお、原動機８８の低温熱交換器と冷凍機９２の高温熱交換器の冷却能力を向上することで、温水配管９６の循環路からラジエータ９４等の温度調節装置を省略することができる。
【００３０】
なお、第３実施例では、分岐管７４を流れる排気ガスの温度が温度センサ７８で測定され、温水配管９６を流れる冷却水の温度が温度センサ９８で測定され、冷凍機で冷却された過給空気の温度が温度センサ１００で測定される。これらの温度センサ７８，９８，１００で測定された温度は制御ユニット８４に入力される。制御ユニット８４は、入力された温度に基づいて流量制御弁７６、ポンプ８６及び流量制御弁８２を制御することができる。例えば、エンジン６４に供給される過給空気の温度が一定値となるように流量制御弁７６、ポンプ８６及び流量制御弁８２を制御する。これによって、エンジン６４から排出されるエミッションを制御することができる。
【００３１】
上述した説明から明らかなように、第３実施例ではターボチャージャー６８の過給空気を熱音響冷却装置９０によって冷却するため、従来必要とされた大型のインタークーラを無くすことができる。このため、装置全体をコンパクト化することができる。
また、熱音響冷却装置９０は冷却能力が高いため、インタークーラと比較してより低温の過給空気をエンジン６４に供給することができる。このため、吸気充填効率の向上及びエンジン出力の向上を図ることができる。
さらに、熱音響冷却装置９０の原動機８８で排気ガス中の熱エネルギが回収され、これによって排気ガスが冷却されるため、排気損失の低減や排気音を低減することができる。
なお、上述した過給空気の冷却システムは、ディーゼルエンジンの過給空気を冷却するシステムにも適用することができる。この場合は、エンジンの吸気系に設けたスロットルボディーを無くすことができる。
【００３２】
（第４実施例）  次に、第４実施例に係る熱音響冷却装置について図１８を参照して説明する。第４実施例の熱音響冷却装置９０は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）用の排気ガスを冷却する。なお、第４実施例はＥＧＲ用のガスを冷却する点で第３実施例と異なるが、その概略構成は第３実施例と同様である。したがって、ここでは第３実施例と異なる部分を中心に説明する。
図１８に示すように、排気マニホールド６６にはＥＧＲ用分岐管５４が設けられる。ＥＧＲ用分岐管５４は熱音響冷却装置９０の冷凍機９２（低温熱交換器）に接続され、冷凍機９２の低温熱交換器で冷却される。冷凍機９２で冷却されたＥＧＲ用ガスは、ＥＧＲ用分岐管５４を通ってサージタンク６０に流れる。ＥＧＲ用分岐管５４を流れるＥＧＲ用ガスの流量はＥＧＲバルブ９９で調整される。第４実施例では、ＥＧＲ用ガスを熱音響冷却装置９０によって冷却するため、従来必要とされたＥＧＲクーラを無くすことができる。
【００３３】
（第５実施例）  次に、第５実施例に係る熱音響冷却装置について図１９を参照して説明する。第５実施例の熱音響冷却装置１１０は、自動車の車室内を冷却する空調装置の冷媒を冷却する。
図１９に示すように、熱音響冷却装置１１０の冷凍機１１２（低温熱交換器）は冷媒用配管１０４の循環路に配置される。冷媒用配管１０４の循環路にはポンプ１０８が配され、ポンプ１０８が作動することで冷媒用配管１０４内を冷媒が流れる。また、冷媒用配管１０４の循環路には冷却用空気と熱交換を行う熱交換部１０２が設けられる。熱交換部１０２はダクト１００内に配置されている。ダクト１００の後端にはブロア１０６が配され、ブロア１０６から吹き出された空気は熱交換部１０２を通って車室内に吹き出される。したがって、冷媒用配管１０４を流れる冷媒は冷凍機１１２の低温熱交換器で冷却され、熱交換部１０２でブロア１０２から吹き出された空気と熱交換を行う。これによってブロア１０２から吹き出された空気が冷却され、車室内に吹き出される。
第５実施例では、自動車の車室用空調装置に熱音響冷却装置１１０を用いるため、圧縮式冷凍機を用いた場合と異なり圧縮機が不要となり、また、吸収式冷凍装置を用いた場合と異なり圧縮機、発生器、ポンプ等を不要とすることができる。このため、装置が簡便に構成され、装置の信頼性・耐久性を向上することができる。
【００３４】
なお、図１９に示す実施例では熱音響冷却装置を車室内の空調装置に利用した例であったが、熱音響冷却装置は自動車に搭載される他の装置の冷媒を冷却するために用いることもできる。例えば、図２０に示すように、車載用冷蔵庫１３０用の冷媒を冷却するために熱音響冷却装置１５０を利用することができる。さらには、図２１に示すように、冷凍車１６０の冷凍庫１６２を冷却する冷凍システム１６４に利用することもできる（なお、図２１中１６６はエンジンを示している）。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す熱音響冷却装置の原動機（冷凍機）の構成を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図２に示す高温熱交換器の熱交換部を拡大して示す図である。
【図６】図２示す低温熱交換器の熱交換部を拡大して示す図である。
【図７】図６に示す熱交換部内における冷却水の流れを模式的に示す図である。
【図８】第１実施例に係る熱音響冷却装置の制御ユニットで行われる処理のフローチャートである。
【図９】流量制御弁の負荷特性を示すグラフである。
【図１０】制御ユニットにおいて決定される流量制御弁の負荷と目標排気ガス温度及び測定排気ガス温度との関係を示すグラフである。
【図１１】第１実施例に係る熱音響冷却装置の変形例を示す図である。
【図１２】図１１に示す熱音響冷却装置の原動機（冷凍機）の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示す低温熱交換器の平面図である。
【図１４】図１２に示す高温熱交換器の断面図である。
【図１５】図１４に示す高温熱交換器の熱交換部を拡大して示す図である。
【図１６】第２実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成を示す図である。
【図１７】第３実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成を示す図である。
【図１８】第４実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成を示す図である。
【図１９】第５実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２０】第５実施例に係る熱音響冷却装置の変形例を示す図である。
【図２１】第５実施例に係る熱音響冷却装置の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：燃料タンク
２４：温水配管
２６：排気管
２８：流量制御弁
３０：分岐管
３１：温度センサ
３２：制御ユニット
３４：温度センサ
４２：音響管
４４：冷凍機
４６：原動機
【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】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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