(57)【要約】 【課題】  内燃機関の運転状態等に応じてその利用態様を変化させることができるエネルギ回収装置の提供。【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、気柱管内の蓄熱器２５と、蓄熱器２５の一端側に配置され、内燃機関１の廃熱を熱源とする高温熱交換器としての触媒装置１２と、蓄熱器２５の他端側に配置された低温熱交換器２７と、内燃機関１の排気ガスの脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達して音波を発生させるためのダイヤフラム３０とを備え、触媒装置１２と低温熱交換器２７とにより蓄熱器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エンジンモードと、ダイヤフラム３０によって発せられた音波により蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７から触媒装置１２へと熱を移動させるヒートポンプモードとを選択的に実行する。【選択図】  図１
2005188402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱を回収するためのエネルギ回収装置であって、
作動流体が封入される気柱管と、
前記気柱管の内部に配置された蓄熱手段と、
前記蓄熱手段の一端側に配置されており、前記内燃機関の廃熱を熱源とすることができる高温熱交換器と、
前記蓄熱手段の他端側に配置された低温熱交換器と、
前記気柱管内の前記作動流体を振動させて音波を発生させる振動発生手段とを備え、
前記高温熱交換器と前記低温熱交換器とにより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エンジンモードと、前記振動発生手段によって発せられた音波により前記蓄熱手段を介して前記低温熱交換器から前記高温熱交換器へと熱を移動させるヒートポンプモードとを選択的に実行可能であることを特徴とする内燃機関のエネルギ回収装置。
【請求項２】
前記高温熱交換器の熱源となる前記内燃機関の廃熱は、前記内燃機関の排気ガスの熱または前記内燃機関に含まれる排気浄化触媒での排気浄化反応熱であり、前記ヒートポンプモードの際には、前記高温熱交換器を用いて前記排気浄化触媒を暖機可能であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
【請求項３】
前記高温熱交換器の熱源となる前記内燃機関の廃熱は、前記内燃機関の冷却媒体の熱または前記内燃機関の潤滑媒体の熱であり、前記ヒートポンプモードの際には、前記高温熱交換器にて昇温させた前記冷却媒体または前記潤滑媒体によって前記内燃機関を暖機可能であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
【請求項４】
前記振動発生手段は、前記内燃機関の排気ガスまたは吸入空気の脈動を前記気柱管内の作動流体に伝達するための脈動伝達手段を含み、排気ガスまたは吸入空気の脈動により前記気柱管内で作動流体を振動させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
【請求項５】
前記振動発生手段は、電気エネルギを音響エネルギに変換可能な電気／音変換手段であり、この電気／音変換手段は、前記エンジンモードの際に前記作動流体の熱音響自励振動のエネルギを電気エネルギに変換可能であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の廃熱を回収するためのエネルギ回収装置に関する。
【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排気熱を回収するエネルギ回収装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このエネルギ回収装置は、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発電発振装置とを備える。このエネルギ回収装置では、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、音波のエネルギは発電発振装置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、熱音響式現象を利用したエネルギ回収装置によれば、内燃機関の廃熱を利用して音響エネルギを発生させ、かかる音響エネルギを電気エネルギや熱エネルギ（冷熱）に変換することができる。ただし、内燃機関の運転状態によっては、廃熱の量が少ない場合もあり、このような場合には、エネルギ回収装置によって音響エネルギを得ることができず、エネルギ回収装置を充分に活用できなくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、内燃機関の運転状態等に応じてその利用態様を変化させることができる内燃機関のエネルギ回収装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関のエネルギ回収装置は、内燃機関の廃熱を回収するためのエネルギ回収装置であって、作動流体が封入される気柱管と、気柱管の内部に配置された蓄熱手段と、蓄熱手段の一端側に配置されており、内燃機関の廃熱を熱源とすることができる高温熱交換器と、蓄熱手段の他端側に配置された低温熱交換器と、気柱管内の作動流体を振動させて音波を発生させる振動発生手段とを備え、高温熱交換器と低温熱交換器とにより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エンジンモードと、振動発生手段によって発せられた音波により蓄熱手段を介して低温熱交換器から高温熱交換器へと熱を移動させるヒートポンプモードとを選択的に実行可能であることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関のエネルギ回収装置では、エンジンモードが選択されると、低温熱交換器と内燃機関の廃熱を熱源とする高温熱交換器とにより蓄熱手段の両端部間に温度勾配が形成される。これにより、エンジンモードのもとでは、気柱管、蓄熱手段、高温および低温熱交換器を熱音響エンジンとして機能させ、作動流体の熱音響自励振動（音響エネルギ）を発生させることができる。また、ヒートポンプモードが選択されると、振動発生手段が作動され、振動発生手段によって発せられた音波により蓄熱手段を介して低温熱交換器から高温熱交換器へと熱が移動させられる。これにより、ヒートポンプモードのもとでは、気柱管、蓄熱手段、高温および低温熱交換器をヒートポンプとして機能させ、高温熱交換器から（高温の）熱を取り出すことができる。
【０００９】
このように、本発明によるエネルギ回収装置は、エンジンモードとヒートポンプモードとの双方を実行可能であり、内燃機関の運転状態等に応じてその利用態様を変化させることができる。従って、内燃機関の廃熱の量が多い場合にエンジンモードを選択することにより、内燃機関の廃熱を回収する一方、例えば内燃機関の始動時等、廃熱の量が少ない場合にヒートポンプモードを選択することにより、高温熱交換器を加熱源として活用することが可能となる。
【００１０】
また、高温熱交換器の熱源となる内燃機関の廃熱は、内燃機関の排気ガスの熱または内燃機関に含まれる排気浄化触媒での排気浄化反応熱であり、ヒートポンプモードの際には、高温熱交換器を用いて排気浄化触媒を暖機可能であると好ましい。
【００１１】
この場合、高温熱交換器に熱媒体として内燃機関の排気ガスを供給するか、あるいは、排気浄化触媒を含む触媒装置自体を高温熱交換器として利用することより、排気ガスの熱または排気浄化反応熱を高温熱交換器の熱源とすることができる。これにより、エンジンモードのもとでは、排気ガスの熱または排気浄化反応熱により蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成すると共に排気浄化触媒の過剰な昇温を抑制することが可能となる。また、ヒートポンプモードのもとでは、高温熱交換器にて低温熱交換器から移動してきた熱を排気ガスに与え、昇温した排気ガスを排気浄化触媒に送り込んだり、あるいは、振動発生手段によって発せられた音波により低温熱交換器から高温熱交換器としての触媒装置へと熱を直接移動させたりすることができる。従って、ヒートポンプモードのもとでは、高温熱交換器を用いて排気浄化触媒の暖機を促進させることが可能となる。
【００１２】
更に、高温熱交換器の熱源となる内燃機関の廃熱は、内燃機関の冷却媒体の熱または内燃機関の潤滑媒体の熱であり、ヒートポンプモードの際には、高温熱交換器にて昇温させた冷却媒体または潤滑媒体によって内燃機関を暖機可能であると好ましい。
【００１３】
内燃機関の運転状態によっては、内燃機関の冷却媒体（冷却水）や潤滑媒体（潤滑油）も高温となる。従って、内燃機関の廃熱を回収した冷却媒体や潤滑媒体を高温熱交換器に供給することにより、エンジンモードの際に蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成すると共に、これらの冷却媒体や潤滑媒体の過剰な昇温を抑制することが可能となる。また、ヒートポンプモードの際には、高温熱交換器にて昇温させた冷却媒体または潤滑媒体を内燃機関の構成要素（シリンダブロックやシリンダヘッド等）内で循環させることにより、内燃機関の暖機を促進させることが可能となる。
【００１４】
また、振動発生手段は、内燃機関の排気ガスまたは吸入空気の脈動を気柱管内の作動流体に伝達するための脈動伝達手段を含み、排気ガスまたは吸入空気の脈動により気柱管内で作動流体を振動させると好ましい。
【００１５】
このような構成を採用すれば、ヒートポンプモードに際して、本来できるだけ抑制されるべきである排気ガスや吸入空気の脈動という内燃機関の余剰エネルギを有効に利用して音波を発生させることが可能となる。
【００１６】
更に、振動発生手段は、電気エネルギを音響エネルギに変換可能な電気／音変換手段であり、この電気／音変換手段は、エンジンモードの際に作動流体の熱音響自励振動のエネルギを電気エネルギに変換可能であると好ましい。
【００１７】
このような振動発生手段を採用すれば、ヒートポンプモードの際には、当該振動発生手段に電力を供給することにより気柱管内の作動流体を振動させて音波を発生させることができる。また、エンジンモードの際には、この振動発生手段により内燃機関の廃熱を回収して電気エネルギを得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関の運転状態等に応じてその利用態様を変化させることができる内燃機関のエネルギ回収装置の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明による内燃機関のエネルギ回収装置の第１実施形態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。
【００２１】
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、排気浄化触媒を含む触媒装置１２が組み込まれている。
【００２２】
本発明のエネルギ回収装置２０は、主として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、ループ状に形成されたループ部２２と、ループ部２２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おり、閉鎖端部２３ｂの閉鎖端には、音波のエネルギ（音響エネルギ）を電気エネルギに変換するトランスデューサ（音／電気変換手段）２４が配置されている。
【００２３】
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。蓄熱器２５は、配置箇所における気柱管２１の軸方向と平行に延びる狭い流路を複数有する。蓄熱器２５としては、セラミック等からなるハニカム構造体、ステンレス等からなる薄いメッシュを微小間隔で配列したもの、ステンレス等の金属製繊維を集合させた不織布等を採用することができる。
【００２４】
蓄熱器２５の一端側には、上述の触媒装置１２が配置されている。すなわち、本実施形態では、触媒装置１２のケーシングに伝熱部が設けられており、触媒装置１２は、この伝熱部と蓄熱器２５の一端とが接触するように気柱管２１に組み込まれている。これにより、触媒装置１２は、排気浄化触媒で進行する反応に伴って発生する熱（排気浄化反応熱）により蓄熱器２５の一端部を加熱可能な高温熱交換器として機能する。また、蓄熱器２５の他端側には、低温熱交換器２７が隣接して配置されている。すなわち、蓄熱器２５は、高温熱交換器としての触媒装置１２と低温熱交換器２７との間に挟まれた状態で配置される。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を流通する冷却水の熱源（冷熱源）とする。なお、冷却系統Ｌ３には、開閉弁１４が含まれており、この開閉弁１４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。
【００２５】
更に、エネルギ回収装置２０は、排気管Ｌ２の触媒装置１２よりも下流側の領域と気柱管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して（振動させて）音波を発生させる振動発生手段として機能する。また、エネルギ回収装置２０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。なお、振動発生手段は、内燃機関１の吸入空気の脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達して（振動させて）音波を発生させるものであってもよい。
【００２６】
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。上述の冷却系統Ｌ３の開閉弁１４やアクチュエータ３３等は、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。
【００２７】
次に、図２を参照しながら、エネルギ回収装置２０の動作について説明する。  
上述のように構成されるエネルギ回収装置２０は、熱音響エンジンとして作動し得ると共にヒートポンプとしても作動し得るものであり、エネルギ回収装置２０の利用態様は、内燃機関１の運転状態に応じて変化させられる。すなわち、上述のＥＣＵ４０は、内燃機関１の稼動中、内燃機関１の運転状態を示す各種パラメータに基づいて、エネルギ回収装置２０をヒートポンプとして作動させるべきであるか否か判定する（Ｓ１０）。そして、Ｓ１０にて肯定判断がなされた場合、エネルギ回収装置２０をヒートポンプとして作動させるヒートポンプモードが選択され、Ｓ１０にて否定判断がなされた場合、エネルギ回収装置２０を熱音響エンジンとして作動させるエンジンモードが選択されることになる。
【００２８】
本実施形態では、主として内燃機関１の始動時等の内燃機関１の廃熱量が少ないとみなされる場合、Ｓ１０にてヒートポンプモードが選択される。例えば、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０にて、触媒使用履歴データ等に基づいて触媒装置１２の暖機が完了しているか否か判定し、触媒装置１２の暖機前であれば、内燃機関１の廃熱量が少ないとみなしてヒートポンプモードを選択する。ＥＵＣ４０は、Ｓ１０にてヒートポンプモードを選択すると、押え部材３１によるダイヤフラム３０の押え付けが解除されるように（ダイヤフラム３０が解放されるように）アクチュエータ３３を制御する（Ｓ１２）。
【００２９】
これにより、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、かかる音波により蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７から高温熱交換器としての触媒装置１２へと熱が移動させられ、蓄熱器２５の両端部間には、低温熱交換器２７側が低温となり、触媒装置１２側が高温となるように温度勾配が形成される。従って、ヒートポンプモードのもとでは、気柱管２１、蓄熱器２５、高温熱交換器としての触媒装置１２および低温熱交換器２７がヒートポンプとして機能するので、高温熱交換器としての触媒装置１２を加熱源として活用することが可能となる。
【００３０】
このように、本実施形態のエネルギ回収装置２０によれば、廃熱量が少なく、触媒装置１２の排気浄化触媒が充分に活性化されていない内燃機関１の始動時等にヒートポンプモードを選択することにより、排気ガスの脈動を利用して発生させられる音波により低温熱交換器２７から移動させられる熱によって触媒装置１２（排気浄化触媒）を昇温させることができる。これにより、内燃機関１の始動時等に触媒装置１２の暖機を促進させることが可能となる。また、振動発生手段として、内燃機関１の排気ガスの脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達して音波を発生させるダイヤフラム３０等を用いることにより、本来できるだけ抑制されるべきである排気ガスの脈動という内燃機関１の余剰エネルギを有効に利用して音波を発生させることが可能となる。
【００３１】
一方、Ｓ１０にてエネルギ回収装置２０を熱音響エンジンとして作動させるべきと判断した場合、ＥＵＣ４０は、押え部材３１によってダイヤフラム３０が押え付けられるように（固定されるように）アクチュエータ３３を制御する（Ｓ１４）。この場合、押え部材３１によってダイヤフラム３０が押え付けられているので、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ることはないが、蓄熱器２５の一端部は、触媒装置１２において進行する排気浄化反応の熱によって昇温し、蓄熱器２５の他端部は、低温熱交換器２７を流通する低温の冷却水によって冷却される。
【００３２】
この結果、エンジンモードのもとでは、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。そして、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、かかる定在波により、トランスデューサ２４の振動部材が加振される。トランスデューサ２４は、共鳴部２３内の定在波のエネルギ（音響エネルギ）を電気エネルギに変換し、得られた電気エネルギは、図示されない発電量制御器を介して所定の電気負荷（図示省略）に供給される。なお、Ｓ１２またはＳ１４の処理の後であって内燃機関１の稼動中、ＥＣＵ４０は、図２の一連の処理を繰り返し実行する。
【００３３】
このように、触媒装置１２の暖機が完了したような場合に選択されるエンジンモードのもとでは、気柱管２１、蓄熱器２５、高温熱交換器としての触媒装置１２および低温熱交換器２７が、内燃機関１の排気ガスの熱を利用して音波を発生させる熱音響エンジンとして機能する。そして、エネルギ回収装置２０により発せられる音響エネルギは、トランスデューサ２４により電気エネルギへと変換される。従って、エネルギ回収装置２０によれば、内燃機関１の排気熱を効率よく回収して電気負荷のための電力を得ることができる。また、エンジンモードのもとでは、排気浄化反応熱が触媒装置１２から蓄熱器２５に与えられるので、排気浄化触媒の過剰な昇温を抑制することが可能となる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
以下、図３および図４を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る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。
【００３５】
第２実施形態のエネルギ回収装置２０Ａも、第１実施形態のエネルギ回収装置２０と同様に、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内燃機関１に適用される。図３に示されるように、エネルギ回収装置２０Ａでは、共鳴部２３の閉鎖端部２３ｂの内部に、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であると共に、気柱管２１内の作動流体を振動させることができる発電発振装置（振動発生手段）２４０が配置されている。発電発振装置２４０は、負荷スイッチ２４１と図示されない発電量制御器とを介して所定の電気負荷２４２（例えばバッテリ等の蓄電ユニット）に接続されると共に、電源スイッチ２４３を介して交流電源２４４に接続されている。これらのスイッチ２４１および２４３や、図示されない発電量制御器等は、制御手段としてのＥＣＵ４０Ａによって制御される。
【００３６】
発電発振装置２４０は、振動部材（膜）、この振動部材に取り付けられた磁石、この磁石を支持すると共に閉鎖端部２３ｂ等に固定されたバネ、および磁石の周囲に配置されたコイル等（何れも図示省略）を含むものである。この場合、電源スイッチ２４３がオフされると共に負荷スイッチ２４１がオンされた状態で発電発振装置２４０の振動部材が加振されると、振動部材に取り付けられた磁石がコイルの内部で振動し、コイルの両端に誘導電圧が発生する。そして、このようにして得られた電気エネルギは、発電量制御器を介して電気負荷２４２に供給される。一方、負荷スイッチ２４１がオフされた状態で電源スイッチ２４３がオンされると、振動部材に取り付けられた磁石の周囲のコイルに交流電源２４４から交流電流が供給されるので、コイルの内部で磁石が振動する。これにより、気柱管２１の共鳴部２３（閉鎖端部２３ｂ）内で振動部材（膜）が振動するので、気柱管２１内の作動流体が加振されて音波が発生する。
【００３７】
また、本実施形態のエネルギ回収装置２０Ａでは、気柱管２１のループ部２２の内部に配置された蓄熱器２５の一端側（図３における下端側）に高温熱交換器２６０が隣接して配置されている。また、蓄熱器２５の他端側には、低温熱交換器２７０が隣接して配置されている。高温熱交換器２６０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、高温熱交換器２６０は、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水を熱源とする。一方、低温熱交換器２７を構成する伝熱管には、熱媒体として空気（外気）が供給される。なお、冷却系統Ｌ３の開閉弁１４は、ＥＣＵ４０Ａによって開閉制御される。また、本実施形態では、冷却系統Ｌ３に水温センサＴが設置されており、この水温センサＴは、高温熱交換器２６０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ＥＣＵ４０Ａに与える。
【００３８】
次に、図４を参照しながら、エネルギ回収装置２０Ａの動作について説明する。  
上述のように構成されるエネルギ回収装置２０Ａも、熱音響エンジンとして作動し得ると共にヒートポンプとしても作動し得るものであり、エネルギ回収装置２０Ａの利用態様は、内燃機関１の運転状態に応じて変化させられる。すなわち、上述のＥＣＵ４０Ａは、内燃機関１の稼動中、水温センサＴからの信号に基づいて、高温熱交換器２６０に供給される冷却水の温度を求める（Ｓ２０）。Ｓ２０にて冷却水の温度を求めると、ＥＣＵ４０Ａは、求めた冷却水の温度が予め定められている閾値Ｔ０を下回っているか上であるか否か判定する（Ｓ２２）。閾値Ｔ０は、内燃機関１の周囲環境温度（外気温度）等を踏まえて、蓄熱器２５の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成するための冷却水温度の下限値として予め定められており、記憶装置に格納されている。
【００３９】
Ｓ２２にて冷却水の温度が上記閾値Ｔ０を下回っており（内燃機関１の廃熱量が少なく）、蓄熱器２５の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成し得ないと判断した場合、ＥＣＵ４０Ａは、エネルギ回収装置２０Ａをヒートポンプとして作動させるヒートポンプモードを選択する（Ｓ２４）。すなわち、Ｓ２４において、ＥＣＵ４０Ａは、負荷スイッチ２４１をオフ状態にする一方、電源スイッチ２４３をオン状態にする。これにより、発電発振装置２４０と電気負荷２４２との接続が解除される一方、発電発振装置２４０と交流電源２４４とが接続され、発電発振装置２４０のコイルに交流電流が供給される。この結果、気柱管２１の共鳴部２３（閉鎖端部２３ｂ）内で振動部材（膜）が振動するので、気柱管２１内の作動流体が加振されて音波が発生する。
【００４０】
そして、かかる音波により蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７０から高温熱交換器２６０へと熱が移動させられ、蓄熱器２５の両端部間には、低温熱交換器２７０側が低温となり、高温熱交換器２６０側が高温となるように温度勾配が形成される。従って、ヒートポンプモードのもとでは、気柱管２１、蓄熱器２５、高温熱交換器２６０および低温熱交換器２７０がヒートポンプとして機能するので、高温熱交換器２６０を加熱源として活用することが可能となる。
【００４１】
すなわち、本実施形態のエネルギ回収装置２０Ａによれば、廃熱量が少ない内燃機関１の始動時等にヒートポンプモードを選択すると共に、冷却系統Ｌ３の開閉弁１４を開放させて高温熱交換器２６０に冷却水を供給することにより、発電発振装置２４０により発せられる音波により低温熱交換器２７０から高温熱交換器２６０へと移動させられる熱を高温熱交換器２６０で内燃機関１の冷却水に与えて昇温させることができる。これにより、ヒートポンプモードのもとでは、昇温した冷却水を内燃機関１のシリンダブロック２やシリンダヘッドといった構成要素内で循環させて、内燃機関１の暖機を促進させることが可能となる。
【００４２】
一方、内燃機関１の運転状態によっては、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水が高温となることがある。このため、ＥＣＵ４０Ａは、Ｓ２２にて冷却水の温度が上記閾値Ｔ０以上となっており（内燃機関１の廃熱量が多く）、蓄熱器２５の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成することができると判断した場合、エネルギ回収装置２０Ａを熱音響エンジンとして作動させるエンジンモードを選択する（Ｓ２６）。すなわち、Ｓ２６において、ＥＣＵ４０Ａは、負荷スイッチ２４１をオン状態にする一方、電源スイッチ２４３をオフ状態にする。これにより、発電発振装置２４０と交流電源２４４との接続が解除される一方、図示されない発電量制御器を介して発電発振装置２４０と電気負荷２４２とが接続される。
【００４３】
この場合、開閉弁１４を開放しておけば、蓄熱器２５の一端部は、高温熱交換器２６０を流通する比較的高温の冷却水によって加熱されて昇温する。これに対して、低温熱交換器２７０には、周囲から取り込まれた空気（外気）が供給されるので、蓄熱器２５の他端部は、低温熱交換器２７０を流通する空気によって冷却される。この結果、エンジンモードのもとでは、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。
【００４４】
そして、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、かかる定在波により、閉鎖端部２３ｂに配置された発電発振装置２４０の振動部材が加振される。これにより、発電発振装置２４０において、振動部材に取り付けられた磁石がコイルの内部で振動し、コイルの両端に誘導電圧が発生するので、共鳴部２３内の定在波のエネルギ（音響エネルギ）が電気エネルギに変換されることになる。このようにして得られた電気エネルギは、負荷スイッチ２４１および発電量制御器を介して電気負荷２４２に供給される。なお、Ｓ２４またはＳ２６の処理の後であって内燃機関１の稼動中、ＥＣＵ４０Ａは、図２の一連の処理を繰り返し実行する。
【００４５】
このように、Ｓ２２にてエンジンモードが選択された場合、気柱管２１、蓄熱器２５、高温熱交換器２６０および低温熱交換器２７０は、内燃機関１の冷却水の熱を利用して音波を発生させる熱音響エンジンとして機能する。そして、エネルギ回収装置２０Ａにより発せられる音響エネルギは、発電発振装置２４０により電気エネルギへと変換される。従って、エネルギ回収装置２０Ａによれば、内燃機関１の冷却水の熱を効率よく回収して電気負荷２４２のための電力を得ることができる。また、エンジンモードのもとでは、冷却水の熱が高温熱交換器２６０にて蓄熱器２５へと与えられるので、冷却水の過剰な昇温を抑制することも可能となる。
【００４６】
なお、内燃機関１の運転状態によっては、内燃機関１の潤滑系統を流通する潤滑油も高温となることがある。従って、上述の高温熱交換器２６０を構成する伝熱管は、内燃機関１の潤滑系統に組み込まれてもよい。すなわち、内燃機関１の廃熱を回収した潤滑油を高温熱交換器２６０に供給することにより、エンジンモードの際に蓄熱器２５の両端部間に温度勾配を形成することが可能となる。また、ヒートポンプモードの際には、高温熱交換器２６０にて昇温させた潤滑油を内燃機関１のシリンダブロック２やシリンダブロックといった構成要素内で循環させることにより、内燃機関１の暖機を促進させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるエネルギ回収装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示されるエネルギ回収装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明によるエネルギ回収装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】図３に示されるエネルギ回収装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１    内燃機関
１２  触媒装置
１４  開閉弁
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  蓄熱器
２７  低温熱交換器
２９  接続管部
３０  ダイヤフラム
２４０  発電発振装置
２４１  負荷スイッチ
２４２  電気負荷
２４３  電源スイッチ
２４４  交流電源
２６０  高温熱交換器
２７０  低温熱交換器
Ｌ１  給気管
Ｌ２  排気管
Ｌ３  冷却系統
Ｔ    水温センサ
【図１】
2005188402.tif 000003
【図２】
2005188402.tif 000004
【図３】
2005188402.tif 000005
【図４】
2005188402.tif 000006