(57)【要約】 【課題】  所望の音響出力や冷凍出力を確実に発生することができる熱音響エンジンや熱音響冷凍機の提供を目的とする。【解決手段】  エネルギ回収装置２０は、作動流体が封入される気柱管２１と、気柱管２１内に配置された蓄熱器２５と、内燃機関１の排気ガスを熱源として蓄熱器２５の一端部を加熱する高温熱交換器２６と、内燃機関１の冷却水により蓄熱器２５の他端部を冷却する低温熱交換器２７とを備え、蓄熱器２５の両端部間に温度勾配を形成して作動流体の熱音響自励振動を発生させる。そして、高温および低温熱交換器２６，２７と共に熱音響エンジンを構成する蓄熱器２５は、伸縮スタック２５１と、この伸縮スタック２５１を伸縮させるアクチュエータ２５２とを含み、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを有し、前記蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成して前記作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジンにおいて、
前記蓄熱手段は、前記温度勾配を変化させることができるように構成されていることを特徴とする熱音響エンジン。
【請求項２】
前記蓄熱手段の全長を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱音響エンジン。
【請求項３】
前記蓄熱手段は、伸縮自在に形成された多孔性部材と、この多孔性部材を伸縮させる駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響エンジン。
【請求項４】
前記蓄熱手段の一端側に配置される高温熱交換器を更に備え、この高温熱交換器は、内燃機関の排気ガスを熱源とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の熱音響エンジン。
【請求項５】
作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄冷手段とを有し、前記気柱管の内部で作動流体を振動させ、かかる作動流体の振動によって前記蓄冷手段の両端部間に形成される温度勾配を利用して冷熱を発生する熱音響冷凍機において、
前記蓄冷手段は、前記温度勾配を変化させることができるように構成されていることを特徴とする熱音響冷凍機。
【請求項６】
前記蓄冷手段の全長を変更可能であることを特徴とする請求項５に記載の熱音響冷凍機。
【請求項７】
前記蓄冷手段は、伸縮自在に形成された多孔性部材と、この多孔性部材を伸縮させる駆動手段とを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の熱音響冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気柱管内に配置された蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成し、気柱管内の作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジン、および気柱管の内部で作動流体を振動させ、かかる作動流体の振動によって蓄冷手段の両端部間に形成される温度勾配を利用して冷熱を発生する熱音響冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱音響現象を利用した冷凍機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この冷凍機は、気体が封入される配管と、この配管の内部に配置されると共に高温側熱交換器と低温側熱交換器とで挟まれたスタックと、このスタックと非対称の位置に高温側熱交換器および低温側熱交換器と共に配置された蓄冷器とを備える。この冷凍機は、スタックの両端部間に温度勾配を形成することにより、スタックにて気体の自励振動を発生させ、それによって得られる定在波および進行波の伝播により蓄冷器に蓄冷するものである。
【０００３】
また、従来から、熱音響現象を利用して内燃機関の廃熱を回収する装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この装置は、内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに接続された共鳴管と、この共鳴管の一端に設けられたスタックと、共鳴管の他端に設けられたトランスデューサとを備える。この装置では、触媒コンバータから発せられる熱によりスタックの一端が加熱され、スタックの両端部間に温度勾配が付与される。これにより、スタックにて音波が発生し、音波のエネルギはトランスデューサによって電気エネルギに変換される。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０１５７８６号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、熱音響現象を利用すれば、スタックの両端部間に温度勾配を形成することにより音響エネルギを得ることが可能となる。しかしながら、特に内燃機関等の廃熱等を利用してスタックの両端部間に温度勾配を形成するような場合、スタックに付与する熱量を制御することは必ずしも容易ではない。このため、上述の熱音響装置では、場合によっては作動流体の過剰な自励振動が発生してしまうなど、所望の音響エネルギを得ることが困難であり、その結果、所望の冷凍出力を得られないこともある。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の音響出力を確実に発生することができる熱音響エンジン、および所望の冷凍出力を確実に発生することができる熱音響冷凍機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による熱音響エンジンは、作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを有し、蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成して作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジンにおいて、蓄熱手段が上記温度勾配を変化させることができるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この熱音響エンジンは、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができるように構成された蓄熱手段を備えているので、当該温度勾配を形成するための熱量を厳密に制御しなくても、蓄熱手段において所望の温度勾配を確実に得ることができる。従って、本発明によれば、熱音響エンジンに所望の音響出力を確実に発生させることが可能となる。
【０００９】
この場合、蓄熱手段の全長を変更可能であると好ましい。このように蓄熱手段の全長を変更可能とすることにより、蓄熱手段の両端部間に所望の温度勾配を容易かつ確実に形成することが可能となる。
【００１０】
また、蓄熱手段は、伸縮自在に形成された多孔性部材と、この多孔性部材を伸縮させる駆動手段とを含むものであると好ましい。このような構成を採用すれば、容易に蓄熱手段の全長を変更することが可能となる。
【００１１】
更に、蓄熱手段の一端側に配置される高温熱交換器を更に備え、この高温熱交換器は、内燃機関の排気ガスを熱源とするものであると好ましい。これにより、熱音響エンジンを用いて、内燃機関の排気熱を効率よく回収することが可能となる。
【００１２】
本発明による熱音響冷凍機は、作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄冷手段とを有し、気柱管の内部で作動流体を振動させ、かかる作動流体の振動によって蓄冷手段の両端部間に形成される温度勾配を利用して冷熱を発生する熱音響冷凍機において、蓄冷手段が上記温度勾配を変化させることができるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この熱音響冷凍機は、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができるように構成された蓄冷手段を備えているので、当該温度勾配を形成するため振動（音波）を厳密に制御しなくても、蓄冷手段において所望の温度勾配を確実に得ることができる。従って、本発明によれば、熱音響冷凍機に所望の冷凍出力を確実に発生させることが可能となる。
【００１４】
この場合、蓄冷手段の全長を変更可能であると好ましい。また、蓄冷手段は、伸縮自在に形成された多孔性部材と、この多孔性部材を伸縮させる駆動手段とを含むものであると好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所望の音響出力を確実に発生することができる熱音響エンジン、および所望の冷凍出力を確実に発生することができる熱音響冷凍機の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明による熱音響エンジンを備えたエネルギ回収装置を示す概略構成図である。同図に示されるように、エネルギ回収装置２０は、例えば車両の走行駆動源として用いられる内燃機関１に適用される。まず、エネルギ回収装置２０の適用対象である内燃機関１について簡単に説明すると、この内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させて動力を発生するものである。
【００１８】
燃焼室３の吸気ポートは、吸気マニホールド５に接続され、燃焼室３の排気ポートは、排気マニホールド６に接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉ、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅ、点火プラグ７およびインジェクタ８が燃焼室３ごとに配設されている。吸気マニホールド５は、サージタンク９に接続されており、サージタンク９には、給気管Ｌ１が接続されている。そして、給気管Ｌ１は、エアクリーナ１０を介して図示されない空気取入口に接続されている。更に、給気管Ｌ１の中途（サージタンク９とエアクリーナ１０との間）には、スロットルバルブ１１が組み込まれている。一方、排気マニホールド６は、排気管Ｌ２に接続されており、排気管Ｌ２には、前段触媒装置１２ａおよび後段触媒装置１２ｂが組み込まれている。
【００１９】
本発明のエネルギ回収装置２０は、上述のような内燃機関１の排気熱を回収するために用いられる。エネルギ回収装置２０は、ステンレス等により円形断面を有するように形成された気柱管２１を有し、この気柱管２１の内部には、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムおよびアルゴンの混合ガスといった作動流体（不活性ガス）が封入される。気柱管２１は、図１に示されるように、概ね矩形ループ状に形成されたループ部２２と、ループ部２２の一つのコーナー部に接続された共鳴部２３とを含む。共鳴部２３は、ループ部２２と概ね同径の円形断面を有する管部２３ａと、管部２３ａの先端に接続された閉鎖端部２３ｂとを含み、共鳴器として機能する。閉鎖端部２３ｂは、管部２３ａの先端から閉鎖端に向かうにつれて徐々に拡径されている。
【００２０】
また、気柱管２１のループ部２２の内部には、蓄熱器（蓄熱手段）２５が配置されている。この蓄熱器２５の一端側には、高温熱交換器２６が配置されており、蓄熱器２５の他端側には、低温熱交換器２７が配置されている。図１〜図３に示されるように、蓄熱器２５は、金属等からなる柔軟なメッシュ材や薄い金属等の多孔板を蛇腹状に折り畳むことにより伸縮自在に構成された伸縮スタック（多孔性部材）２５１を含む。伸縮スタック２５１は、その一端のみが低温熱交換器２７に固定され、その遊端（高温熱交換器２６側の端部）には、例えば流体圧シリンダ等であるアクチュエータ２５２のロッド２５２ａが固定されている。
【００２１】
アクチュエータ２５２は、開閉弁２５３を介して図示されない流体源に接続されており、開閉弁２５３を操作してアクチュエータ２５２を作動させることにより、高温熱交換器２６と低温熱交換器２７との間で伸縮スタック２５１を伸縮させて伸縮スタック２５１の全長を容易に変化させることができる（図２および図３参照）。従って、蓄熱器２５の両端部間に付与される熱量（両端部間の温度差）を把握した上で、アクチュエータ２５２を作動させて伸縮スタック２５１の全長を変化させることにより、蓄熱器２５の両端部間に所望の温度勾配を容易かつ確実に形成することが可能となる。なお、本実施形態において、アクチュエータ２５２の本体（シリンダ）は、気柱管２１の外部に配置されており、ロッド２５２ａのみが気柱管２１内に挿入される。
【００２２】
上述の高温熱交換器２６を構成する伝熱管には、内燃機関１の排気管Ｌ２を流通する排気ガスが供給され、高温熱交換器２６は、内燃機関１の排気ガスを熱源とする。本実施形態では、高温熱交換器（その伝熱管）２６は、前段触媒装置１２ａと後段触媒装置１２ｂとの間で排気管Ｌ２に組み込まれている。また、低温熱交換器２７を構成する伝熱管は、内燃機関１の冷却系統Ｌ３に組み込まれており、低温熱交換器２７は、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水を熱源（冷熱源）とする。そして、高温熱交換器（その伝熱管）２６の排気ガス入口には、排気供給調整弁１５が設けられており、この排気供給調整弁１５を閉鎖することにより、高温熱交換器２６に対する排気ガスの供給を停止することができる。同様に、冷却系統Ｌ３には、開閉弁１６が含まれており、この開閉弁１６を閉じることにより、低温熱交換器（その伝熱管）２７に対する冷却水の供給を停止することができる。
【００２３】
更に、気柱管２１のループ部２２には、蓄冷器１２５、蓄冷用高温熱交換器１２６および蓄冷用低温熱交換器１２７が配置されている。この場合、蓄冷用高温熱交換器１２６は、蓄冷器１２５の一端部を概ね常温（２０〜２５℃）に保つことができるように構成される。また、蓄冷用低温熱交換器１２７は、上述の低温熱交換器２７と隣り合うように配置され、蓄冷用低温熱交換器１２７（その伝熱管）には、所定の冷媒が循環供給される。なお、本実施形態において、ループ部２２の内部に蓄冷器１２５、蓄冷用の高温および低温熱交換器１２６，１２７を配置する代わりに、共鳴部２３の閉鎖端部２３ｂの内部等にトランスデューサ（音／電気変換手段）を配置し、音響エネルギを回収して電気エネルギを得てもよい。また、気柱管２１に対して、蓄冷器１２５等のユニットとトランスデューサとの双方が配置されてもよい。
【００２４】
そして、エネルギ回収装置２０は、内燃機関１の制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４０により制御される。ＥＣＵ４０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の排気供給調整弁１５、冷却系統Ｌ３の開閉弁１６、アクチュエータ２５２用の開閉弁２５３は、それぞれＥＣＵ４０の入出力ポートに接続されており、これらはＥＣＵ４０によって制御される。
【００２５】
また、エネルギ回収装置２０の気柱管２１には、ループ部２２と共鳴部２３との接続部付近に圧力センサ２８が設置されている。この圧力センサ２８もＥＣＵ４０に接続されており、当該センサ２８は、気柱管２１内の作動流体の圧力を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。更に、本実施形態では、前段触媒装置１２ａに対して触媒温度センサＴ１が設置されており、冷却系統Ｌ３に対して水温センサＴ２が設置されている。触媒温度センサＴ１は、前段触媒装置１２ａにおける触媒温度を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。また、水温センサＴ２は、低温熱交換器２７に供給される冷却水の温度を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。
【００２６】
上述のように構成されるエネルギ回収装置２０は、内燃機関１が運転され、燃焼室３（前段触媒装置１２ａ）からの排気ガスがエネルギ回収装置２０の高温熱交換器２６を通過するようになると作動を開始する。この場合、内燃機関１の排気ガスの温度は、最高でおよそ９００℃程度にも達することから、蓄熱器２５の一端部は、高温熱交換器２６を流通する排気ガスによって加熱されて昇温する。これに対して、エネルギ回収装置２０の低温熱交換器２７には、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水（およそ８０〜１００℃）が供給されるので、蓄熱器２５の他端部は、低温熱交換器２７を流通する冷却水によって冷却される。この結果、蓄熱器２５の両端部間に大きな温度勾配が形成され、これに起因して、作動流体の熱音響自励振動（音波）が発生する。すなわち、蓄熱器２５、高温熱交換器２６および低温熱交換器２７は、内燃機関１の余剰エネルギ（排気ガスの熱エネルギ）を利用して蓄熱器２５の両端部間に温度勾配を形成し、作動流体の熱音響自励振動を発生させる本発明の熱音響エンジンを構成する。
【００２７】
このようにして発生する作動流体の自励振動（音波）の周波数と共鳴部２３における周波数とが一致することにより、共鳴部２３内には定在波が形成され、ループ部２２内には、低温熱交換器２７から高温熱交換器２６へと進行する進行波が形成される。そして、蓄熱器２５の両端部間に形成される温度勾配に起因してつくり出された進行波により、ループ部２２の蓄冷器１２５の両端部間には、蓄冷用高温熱交換器１２６側が高温となり、蓄冷用低温熱交換器１２７側が低温となるように温度勾配が形成される。
【００２８】
この際、蓄冷器１２５の一端部は、蓄冷用高温熱交換器１２６により概ね常温（２０〜２５℃）に維持されることから、蓄冷器１２５の他端部および蓄冷用低温熱交換器１２７（その伝熱管）は、上記温度勾配に応じて降温する。このように、蓄冷器１２５、蓄冷用高温熱交換器１２６および蓄冷用低温熱交換器１２７のユニットは、熱音響冷凍機を構成するので、蓄冷用低温熱交換器１２７から流出する冷媒を介して図示されない空調ユニット等において使用され得る冷熱を取り出すことが可能となる。
【００２９】
上述のように、エネルギ回収装置２０によれば、内燃機関１の余剰エネルギ（排気ガスの熱エネルギ等）を利用して蓄熱器２５の両端部管に温度勾配を形成することにより作動流体の自励振動を発生させ、かかる振動のエネルギ（音響エネルギ）を熱エネルギ（冷熱）に変換することができる。しかしながら、内燃機関１の排気ガスや冷却水を利用して蓄熱器２５の両端部間に温度勾配を形成する場合、内燃機関１の運転状態は時々刻々と変化することから、蓄熱器２５に付与する熱量を制御することは必ずしも容易ではない。このため、何らかの対策を施さなければ、作動流体の過剰な自励振動が発生してしまい、所望の音響エネルギを得ることが困難となることもあり得る。
【００３０】
このような点に鑑みて、本実施形態では、蓄熱器２５の両端部間に所望の温度勾配を常時形成してエネルギ回収装置２０の蓄熱器２５（熱音響エンジン）から所望の音響出力を得るために、ＥＣＵ４０によって図４に示される蓄熱器制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。すなわち、ＥＣＵ４０は、蓄熱器制御ルーチンの実行タイミングになると、その時点における空調装置等に対する要求冷熱量（目標冷熱量）Ｒｔを取得する（Ｓ１０）。目標冷熱量Ｒｔを取得した後、ＥＣＵ４０は、予め定められている関数Ｇを用いて、Ｓ１０にて取得した目標冷熱量Ｒｔに対応した蓄熱器２５の全長の目標値（目標長さ）を算出する（Ｓ１２）。ここで、蓄熱器２５の目標長さを求めるための関数Ｇは、目標冷熱量Ｒｔ、高温熱交換器２６の温度Ｔｈ、低温熱交換器２７の温度Ｔｃ、気柱管２１内の作動流体の平均圧力Ｐｍおよび共振周波数ｆの関数〔Ｇ（Ｒｔ，Ｔｈ，Ｔｃ，Ｐｍ，ｆ）〕として定められ、ＥＣＵ４０の記憶装置に格納されている。
【００３１】
Ｓ１２にて用いられる高温熱交換器２６の温度Ｔｈは、ＥＣＵ４０により、前段触媒装置１２ａの触媒温度センサＴ１からの信号に基づいて求められ、低温熱交換器２７の温度Ｔｃは、ＥＣＵ４０により、冷却系統Ｌ３の水温センサＴ２からの信号に基づいて求められる。また、気柱管２１内の作動流体の平均圧力Ｐｍは、圧力センサ２８からの信号に基づいて気柱管２１内で自励振動する作動流体の最大圧力と最小圧力とを取得し、これらの最大圧力と最小圧力との平均をとることにより求められる。
【００３２】
更に、作動流体の共振周波数ｆは、圧力センサ２８からの信号に基づいて気柱管２１内で自励振動する作動流体の圧力ピーク間における時間（圧力最大となる時刻と圧力最小となる時刻との間の時間差）を求めた上で、当該圧力ピーク間における時間から求められる。ＥＣＵ４０は、上記関数Ｇに、これらの目標冷熱量Ｒｔ、高温熱交換器２６の温度Ｔｈ、低温熱交換器２７の温度Ｔｃ、作動流体の平均圧力Ｐｍおよび共振周波数ｆをＳ１０にて取得した目標冷熱量Ｒｔと共に代入して目標冷熱量Ｒｔに対応した蓄熱器２５の目標長さを求める。
【００３３】
その後、ＥＣＵ４０は、蓄熱器２５の全長がＳ１２にて求めた目標長さになるようにアクチュエータ２５２（開閉弁２５３）を制御する（Ｓ１４）。これにより、蓄熱器２５の両端部間に付与される熱量（高温熱交換器２６と低温熱交換器２７との温度差）に応じて、伸縮スタック２５１の全長が変化させられ、蓄熱器２５の両端部間に目標冷熱量Ｒｔ（要求冷熱量）に応じた所望の温度勾配が形成されることになる。このように、エネルギ回収装置２０では、蓄熱器２５に温度勾配を形成するための熱量を厳密に制御する必要はなく、アクチュエータ２５２を制御するだけで、蓄熱器２５において所望の温度勾配を得ることが可能となるので、目標例熱量Ｒｔに対応した所望の音響出力を確実に得ることができる。
【００３４】
また、図１のエネルギ回収装置２０のように高温熱交換器２６が内燃機関１の排気ガスを熱源とする場合、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができる蓄熱器２５は、排気ガスの熱を音響出力の発生と触媒の暖機とで分配する上で極めて有用となる。なお、上述のように、目標冷熱量Ｒｔに対応した蓄熱器２５の目標長さを算出する際、高温熱交換器２６の温度Ｔｈを求める必要があるが、高温熱交換器２６の温度Ｔｈは、前段触媒装置１２ａの触媒温度の代わりに、高温熱交換器２６に流入する排気ガスの温度に基づいて求められてもよく、高温熱交換器２６に設置された温度センサによって直接検出されてもよい。同様に、低温熱交換器２７の温度Ｔｃも、低温熱交換器２７に設置された温度センサによって直接検出されてもよい。
【００３５】
図５および図６は、図１の熱音響エンジンに適用可能な他の蓄熱器を示す模式図である。図５等に示される蓄熱器２５Ａも、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができるものであり、金属等からなる柔軟なメッシュ材や薄い金属等の多孔板を蛇腹状に折り畳むことにより伸縮自在に構成された伸縮スタック（多孔性部材）２５１を含む。この場合も、伸縮スタック２５１は、その一端のみが低温熱交換器２７に固定され、その他端（高温熱交換器２６側の端部）は、アクチュエータ２５２Ａを介して高温熱交換器２６に接続されている。
【００３６】
図５に示されるように、アクチュエータ２５２Ａは、伸縮スタック２５１の他端と高温熱交換器２６の端部とを接続する複数の連結部材２５５を含む。各連結部材２５５は、形状記憶合金からなり、例えば常温時に平坦になる一方（図５参照）、加熱時に湾曲するように（図６参照）形状を記憶させられている。また、伸縮スタック２５１の他端と高温熱交換器２６の端部との間には、各連結部材２５５の外側に位置するように複数の連結バネ（圧縮バネ）２５６が配置されている。更に、各連結部材２５５には、ヒータとしての電熱線２５７が取り付けられており（または埋設されており）、各電熱線２５７には、ＥＣＵ４０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチ２５８を介して電源２５９が接続されている。
【００３７】
上述のように構成される蓄熱器２５Ａにおいて、伸縮スタック２５１の全長を伸ばす場合には、各スイッチ２５８をオンにして各連結部材２５５の電熱線２５７に電力を供給する。これにより、各電熱線２５７によって連結部材２５５が加熱され、各連結部材２５５は、図６に示されるように湾曲する。この結果、各連結部材２５５は、各連結バネ２５６の反発力に抗して伸縮スタック２５１を高温熱交換器２６に向けて引っ張るので、伸縮スタック２５１の全長を伸ばすことが可能となる。
【００３８】
また、各スイッチ２５８をオフにして各連結部材２５５の加熱を停止させれば、伸縮スタック２５１は、形状記憶効果により元の平坦な状態に戻り、しかも、圧縮バネである各連結バネ２５６によって低温熱交換器２７に向けて押圧されるので、伸縮スタック２５１の全長が小さくなる（元に戻る）。従って、このように構成される蓄熱器２５Ａにおいても、伸縮スタック２５１の全長を容易に所望の長さに設定することが可能となる。
【００３９】
次に、図７を参照しながら、本発明による熱音響冷凍機を備えたエネルギ回収装置について説明する。なお、上述の第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００４０】
図７に示されるエネルギ回収装置２０Ａは、熱音響エンジンを構成する蓄熱器２５０（伸縮スタックを有さない一般的なもの）、高温熱交換器２６および低温熱交換器２７のユニット、並びに、本発明による熱音響冷凍機を構成する蓄冷器１２５Ａ、蓄冷用高温熱交換器１２６および蓄冷用低温熱交換器１２７のユニットに加えて、共鳴部２３（閉鎖端部２３ｂ）内に配置されたトランスデューサ（音／電気変換手段）２４を更に備える。トランスデューサ２４は、音波のエネルギ（音響エネルギ）を電気エネルギに変換可能なものである。そして、本実施形態では、熱音響冷凍機を構成する蓄冷器１２５Ａとして、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができるものが採用されている。すなわち、蓄冷器１２５Ａは、第１実施形態に関連して説明した蓄熱器２５と同様に、伸縮スタック１２５１と、アクチュエータ１２５２とを含む。
【００４１】
このように構成されるエネルギ回収装置２０Ａでは、内燃機関１の余剰エネルギ（排気ガスの熱エネルギ）を利用して蓄熱器２５０の両端部管に温度勾配を形成することにより作動流体の自励振動（音波）を発生させ、かかる振動のエネルギ（音響エネルギ）をトランスデューサ２４によって電気エネルギに変換すると共に、蓄冷器１２５Ａ等を含む熱音響冷凍機によって熱エネルギに変換することができる。
【００４２】
そして、エネルギ回収装置２０Ａでは、当該熱音響冷凍機に対して、その両端部間に形成される温度勾配を変化させることができる蓄冷器１２５Ａが適用されているので、当該温度勾配を形成するため振動（音波）を厳密に制御しなくても、蓄冷器１２５Ａの両端部間に所望の温度勾配を形成して、所望の冷凍出力（冷熱）を得ることが可能となる。すなわち、エネルギ回収装置２０Ａでは、伸縮スタック１２５１の全長を変化させて蓄冷器１２５Ａの両端部間に形成される温度勾配を調整することにより、蓄冷器１２５Ａ等を含む熱音響冷凍機とトランスデューサ２４とにおける音響エネルギの利用比率を自在に変化させることができる。従って、エネルギ回収装置２０Ａによれば、所望量の電気エネルギと熱エネルギとを容易かつ確実に得ることが可能となる。
【００４３】
なお、図７に示されるように、本実施形態のエネルギ回収装置２０Ａは、排気管Ｌ２と気柱管２１の管部２３ａとを接続する接続管部２９と、接続管部２９の排気管Ｌ２側の端部内に配置されたダイヤフラム３０とを備える。このダイヤフラム３０は、気柱管２１への排気ガスの流入を阻止すると共に、排気ガスの脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達するための脈動伝達手段として機能する。また、エネルギ回収装置２０Ａは、ダイヤフラム３０の振動を止めて気柱管２１内の作動流体への脈動の伝達を停止させる脈動伝達停止手段として、押え部材３１、リンク機構３２およびアクチュエータ３３を有している。
【００４４】
これにより、エネルギ回収装置２０Ａでは、押え部材３１によるダイヤフラム３０の押え付けを解除した状態で内燃機関１が運転されると、ダイヤフラム３０を介して排気ガスの脈動が気柱管２１内の作動流体に伝達され、気柱管２１内に音波が形成されることになる。そして、排気ガスの脈動を利用してつくり出される音波のエネルギも、蓄熱器２５０の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生した音波のエネルギと同様に、蓄冷器１２５Ａを含む熱音響冷凍機によって熱エネルギに変換されると共に、共鳴部２３内のトランスデューサ２４によって電気エネルギに変換されることになる。
【００４５】
すなわち、本発明の熱音響冷凍機は、図７のエネルギ回収装置２０Ａに適用されたもののように、熱音響現象によって発生する音波（蓄熱器２５０にて発生する音波）と、内燃機関１の排気ガス（または吸入空気）の脈動を利用してつくり出される音波との双方のエネルギ（音響エネルギ）を熱エネルギに変換するものであってもよい。もちろん、本発明の熱音響冷凍機は、熱音響現象によって発生する音波と、内燃機関１の排気ガスまたは吸入空気の脈動を利用してつくり出される音波との何れか一方のエネルギを熱エネルギに変換するものであってもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による熱音響エンジンを備えたエネルギ回収装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のエネルギ回収装置に含まれる熱音響エンジンの蓄熱器を説明するための模式図である。
【図３】図１のエネルギ回収装置に含まれる熱音響エンジンの蓄熱器を説明するための模式図である。
【図４】図１に示されるエネルギ回収装置における蓄熱器制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図５】図１のエネルギ回収装置に含まれる熱音響エンジンに適用可能な他の蓄熱器を示す模式図である。
【図６】図１のエネルギ回収装置に含まれる熱音響エンジンに適用可能な他の蓄熱器を示す模式図である。
【図７】本発明による熱音響冷凍機を備えたエネルギ回収装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  内燃機関
２０，２０Ａ  エネルギ回収装置
２１  気柱管
２２  ループ部
２３  共鳴部
２４  トランスデューサ
２５，２５Ａ、２５０  蓄熱器
２６  高温熱交換器
２７  低温熱交換器
２８  圧力センサ
２９  接続管部
３０  ダイヤフラム
１２５，１２５Ａ  蓄冷器
１２６  蓄冷用高温熱交換器
１２７  蓄冷用低温熱交換器
２５１，１２５１  伸縮スタック
２５２，２５２Ａ，１２５２  アクチュエータ
２５３  開閉弁
２５５  連結部材
２５６  連結バネ
２５７  電熱線
２５８  スイッチ
２５９  電源
Ｌ１  給気管
Ｌ２  排気管
Ｌ３  冷却系統
Ｔ１  触媒温度センサ
Ｔ２  水温センサ
【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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