(57)【要約】【課題】装置のコンパクト化が可能で所定の性能を効率よくえることが可能な熱音響スターリングエンジンを提供する。【解決手段】気柱管２１内に配設され、スタックと、該スタックの一端に配置された高温側熱交換器２６および他端に配置され低温側熱交換器２７とからなる音波発振部Ｓｇを備える熱音響スターリングエンジン２０であって、音波発振部Ｓｇを含む第１の閉空間Ａとそれ以外の第２の閉空間Ｂとを区画する第１および第２の隔壁２８，２９が設けられると共に、第１の閉空間Ａおよび第２の閉空間Ｂにはそれぞれに適切な特性の異なる作動気体が封入されている。【選択図】図１
2007315680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気柱管内に配設され、スタックと、該スタックの一端に配置された高温側熱交換器および他端に配置され低温側熱交換器とからなる音波発振部を備える熱音響スターリングエンジンであって、
前記音波発振部を含む第１の閉空間とそれ以外の第２の閉空間とを区画する第１および第２の隔壁が設けられると共に、前記第１の閉空間および前記第２の閉空間にはそれぞれに適切な特性の異なる作動気体が封入されていることを特徴とする熱音響スターリングエンジン。
【請求項２】
前記特性の異なる作動気体は、それぞれ組成比の異なるヘリウムおよびアルゴンの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の熱音響スターリングエンジン。
【請求項３】
前記気柱管に配設された振動センサを含む異常状態検出手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響スターリングエンジン。
【請求項４】
前記気柱管内の作動気体の充填圧力を減圧調整する調圧手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱音響スターリングエンジン。
【請求項５】
前記気柱管内に配設され、蓄冷器と高温側熱交換器および低温側熱交換器とからなる冷凍機部を備え、該冷凍機部の冷却能力を向上する冷却能力向上手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱音響スターリングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響スターリングエンジンに関し、特に内燃機関のＥＧＲガス等の温度を制御するに好適な熱音響スターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱音響現象を利用した熱音響スターリングエンジンが知られており、さらにこのエンジン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。）。
【０００３】
この熱音響スターリングエンジンは、所定の圧力で作動気体が封入される気柱管と、この気柱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から構成される音波発振部を備えている。そして、冷凍機部は、同じ気柱管内でこの音波発振部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ている。この冷凍機部は、音波発振部のスタックの両端部間に温度勾配を形成することにより、スタックにて作動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冷凍機部の蓄冷器に蓄冷するものである。
【０００４】
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冷凍部とを備える。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、音波のエネルギーは冷凍部で冷熱へと変換される。そして、冷凍部で得られる冷熱は、排気系統の所定箇所を冷却するために利用される。
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、熱音響スターリングエンジンにおいて高いエネルギー変換効率を得るには、その音波発振部において自励振動を容易に起こす条件を得ることと、それによって得られる定在波および進行波の他の部位への伝播が低流動損失で行なわれることが必要である。
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の熱音響スターリングエンジンでは、気柱管内に単一種の作動気体が封入されており、ある性能を得るためには、その作動気体の種類や充填圧力を妥協的に設定せざるを得ないものであった。この結果、所望の性能を得るには、気柱管の管径や長さを含む装置全体を大型化する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、装置のコンパクト化が可能で所定の性能を効率よく得ることが可能な熱音響スターリングエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一形態による熱音響スターリングエンジンは、気柱管内に配設され、スタックと、該スタックの一端に配置された高温側熱交換器および他端に配置され低温側熱交換器とからなる音波発振部を備える熱音響スターリングエンジンであって、前記音波発振部を含む第１の閉空間とそれ以外の第２の閉空間とを区画する第１および第２の隔壁が設けられると共に、前記第１の閉空間および前記第２の閉空間にはそれぞれに適切な特性の異なる作動気体が封入されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記特性の異なる作動気体は、それぞれ組成比の異なるヘリウムおよびアルゴンの混合ガスであることが好ましい。
【００１１】
また、前記気柱管に配設された振動センサを含む異常状態検出手段を備えてもよい。
【００１２】
さらに、前記気柱管内の作動気体の充填圧力を減圧調整する調圧手段を備えてもよい。
【００１３】
また、前記気柱管内に配設され、蓄冷器と高温側熱交換器および低温側熱交換器とからなる冷凍機部を備え、該冷凍機部の冷却能力を向上する冷却能力向上手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一形態による熱音響スターリングエンジンによれば、音波発振部を含む第１の閉空間とそれ以外の第２の閉空間とを区画する第１および第２の隔壁が設けられると共に、前記第１の閉空間および前記第２の閉空間にはそれぞれに適切な特性の異なる作動気体が封入されているので、音波発振部を含む第１の閉空間で自励振動を容易に起こす条件が得られると共に、それ以外の第２の閉空間では自励振動によって得られる定在波および進行波の他の部位への伝播が低流動損失で行なわれるので、装置のコンパクト化が可能で所定の性能を効率よく得ることが可能な熱音響スターリングエンジンを得ることができる。
【００１５】
ここで、前記特性の異なる作動気体が、それぞれ組成比の異なるヘリウムおよびアルゴンの混合ガスである形態によれば、上記の性能を最も効率良く得ることができる。
【００１６】
また、前記気柱管に配設された振動センサを含む異常状態検出手段を備えた形態によれば、振動センサにより気柱管の振動周波数を検出することにより、隔壁の破損等に起因する作動気体の混合比の変化による振動周波数の変化率を得ることができ、隔壁の破損等の異常状態を検出することができる。
【００１７】
さらに、前記気柱管内の作動気体の充填圧力を減圧調整する調圧手段を備えた形態によれば、例えば、上記の異常状態が検出されたときに気柱管内の作動気体の充填圧力を減圧できるので、熱音響現象を維持させることができる。
【００１８】
また、前記気柱管内に配設され、蓄冷器と高温側熱交換器および低温側熱交換器とからなる冷凍機部を備え、該冷凍機部の冷却能力を向上する冷却能力向上手段を備えた形態によれば、例えば、上述の異常状態における冷却性能低下を補填させることができる。
【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、本発明の第１実施形態に係る熱音響スターリングエンジン２０を示す概略構成図である。同図に示されるように、本発明による熱音響スターリングエンジン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、熱音響スターリングエンジン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。さらに、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。
【００２２】
一方、排気マニホールド６には、排気管Ｌ２が接続されており、排気管Ｌ２には、触媒装置１２が組み込まれている。また、排気管Ｌ２からは、触媒装置１２よりも上流側に定められた分岐部ＢＰにおいて排ガス還流ライン（排ガス還流系統）Ｌ３が分岐されている。排ガス還流ラインＬ３は、排気ガス（ＥＧＲガス）の還流量を調節するためのＥＧＲ弁１３を中途に有し、その先端は、吸気系統のサージタンク９に接続されている。
【００２３】
本発明の熱音響スターリングエンジン２０は、例えば、上述のような内燃機関１の排気熱を回収しＥＧＲガスを冷却するために用いられる。本実施形態に係る熱音響スターリングエンジン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を有している。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、該ループ部２２の一つのコーナー部２２ａ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。
【００２４】
また、気柱管２１のループ部２２の内部には、スタック（蓄熱手段）２５が配置されている。スタック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。スタック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。このスタック２５の一端側には、高温熱交換器２６が隣接して配置されており、スタック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、スタック２５が、高温熱交換器２６と低温熱交換器２７との間に挟まれた状態で配置され、音波発振部Ｓｇが構成されている。
【００２５】
高温熱交換器２６を構成する伝熱管は、図１に示されるように、排気管Ｌ２に組み込まれている。これにより、高温熱交換器２６の伝熱管には、内燃機関１の排気管Ｌ２を介して排気ガスが供給され、高温熱交換器２６は、高温の排気ガスを熱源とする。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Ｌ４に組み込まれており、低温熱交換器２７は、冷却系統Ｌ４を流通する冷却水を熱源（冷熱源）とする。
【００２６】
さらに、気柱管２１のループ部２２には、蓄冷器２５０、蓄冷用高温熱交換器２６０および蓄冷用低温熱交換器２７０から構成される熱音響冷凍機部Ｒｇが配置されている。蓄冷用高温熱交換器２６０は、上述の高温熱交換器２６と隣り合うように配置され、蓄冷用高温熱交換器２６０の伝熱管は、上述の冷却系統Ｌ４に組み込まれている。また、蓄冷用低温熱交換器２７０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２７０の伝熱管は、ＥＧＲ弁１３の下流側に位置するように排ガス還流ラインＬ３に組み込まれている。すなわち、分岐部ＢＰで排ガス還流ラインＬ３に流れ込んだ排気ガス（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ弁１３および蓄冷用低温熱交換器２７０を順番に流通する。
【００２７】
そして、本実施の形態では、気柱管２１において、音波発振部Ｓｇを含む閉空間Ａとそれ以外の閉空間Ｂ（本実施の形態では冷凍機部Ｒｇが含まれている）とを区画する隔壁としての第１の弾性膜２８および第２の弾性膜２９が設けられている。さらに、この気柱管２１の内部の閉空間Ａおよび閉空間Ｂには、それぞれ、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気体（不活性ガス）のいずれかが封入され得るが、本実施の形態では、特に、ヘリウムおよびアルゴンの混合ガスがそれらの特性に影響を与える組成比を異ならせて封入されている。すなわち、音波発振部Ｓｇを含む第１の閉空間Ａには、自励振動を容易に起こすに適切な条件を得るべく、図２に示すように、プラントル数Ｐｒが小さくなる特性の組成比として、例えば、ヘリウム：アルゴン＝８０：２０とされた混合ガスが封入されている。図２はヘリウムとアルゴンとの混合ガスにおいて、アルゴンの比率（％）を変化させたときのプラントル数Ｐｒの変化の様子を示すグラフである。ここでプラントル数Ｐｒとは、動粘性係数を温度伝導率（熱拡散率）で徐した無次元数であり、作動気体の、「運動量の伝わる度合い」と「熱量の伝わる度合い」の比を表わしている。
【００２８】
また、音波発振部Ｓｇを含まない他の第２の閉空間Ｂには、図３に示すように、共鳴周波数を下げることができる低流動損失特性の組成比として、ヘリウム：アルゴン＝２０：８０とされた混合ガスが封入されている。図３は、図２と同様に、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスにおいて、アルゴンの比率（％）を変化させたときの共鳴周波数の変化の様子を示すグラフである。
【００２９】
なお、上述の第１の閉空間Ａには最も小さいプラントル数Ｐｒを示すヘリウム：アルゴン＝３０：７０の混合ガス、第２の閉空間Ｂには共鳴周波数が最も低いアルゴンのみ（アルゴン１００％）を封入するようにしてもよい。さらに、上述の閉空間Ａとそれ以外の閉空間Ｂとを区画する隔壁として、本実施形態では第１の弾性膜２８および第２の弾性膜２９を用いたが、この隔壁としてはゴム製や樹脂製の弾性膜に替えて、気柱管２１内に軸方向に摺動自在に剛性のピストンを設けるようにしてもよい。
【００３０】
そして、熱音響スターリングエンジン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、双方向性バスを介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポートおよび出力ポート等を含むものである。上述の排ガス還流ラインＬ３のＥＧＲ弁１３は、ＥＣＵ４０の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。
【００３１】
さて、上述のように構成される熱音響スターリングエンジン２０は、内燃機関１が運転され、燃焼室３からの排気ガスが熱音響スターリングエンジン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、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、スタック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、熱音響スターリングエンジン２０の低温熱交換器２７には、比較的低温（内燃機関１の冷間始動直後には概ね大気温度、暖機完了後には概ね８０〜９０℃）の冷却水が供給されるので、スタック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、スタック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、作動気体（ヘリウム：アルゴン＝８０：２０とされた混合ガス）の熱音響自励振動（音波）が発生する。第１の閉空間Ａ内の音波発振部Ｓｇにより発生された作動気体の自励振動は第１の弾性膜２８および第２の弾性膜２９を介して、第２の閉空間Ｂ内の作動気体（ヘリウム：アルゴン＝２０：８０とされた混合ガス）に伝播される。
【００３２】
このようにして発生する作動気体の自励振動（音波）の周波数と共鳴部２３における共鳴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、スタック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２５０の両端部間には、蓄冷用高温熱交換器２６０側が高温となり、蓄冷用低温熱交換器２７０側が低温となるように温度勾配が形成される。
【００３３】
この際、蓄冷器２５０の一端部は、内燃機関１の冷却水を熱源とする蓄冷用高温熱交換器２６０により比較的低温に維持されることから、蓄冷器２５０の他端部および蓄冷用低温熱交換器２７０（その伝熱管）は、上記温度勾配に応じて降温する。この結果、蓄冷器２５０、蓄冷用高温熱交換器２６０および蓄冷用低温熱交換器２７０のユニットは、熱音響冷凍機として作動することになり、ＥＧＲ弁１３から排ガス還流ラインＬ３を経て、蓄冷用低温熱交換器２７０を流通するＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００３４】
すなわち、本実施形態では、排気ガスそれ自体の熱を利用して発せられた作動気体の自励振動により駆動される熱音響冷凍機部Ｒｇの蓄冷用低温熱交換器２７０にてＥＧＲガスが冷却されるので、ＥＧＲガスの温度は低下する（例えば、４００°Ｃから２００°Ｃ）。従って、この熱音響スターリングエンジン２０によれば、高いエネルギー効率のもとで、ＥＧＲガスを良好に冷却することが可能となり、本実施形態のような構成を採用しなかった場合と比較して、サージタンク９に導入されるＥＧＲガスの温度を大幅に低下させることができる。この結果、熱音響スターリングエンジン２０を備えた内燃機関１では、各燃焼室３内の温度上昇を抑制することが可能となり、ＮＯｘの排出量を大幅に低減させることができる。
【００３５】
また、内燃機関１の機関温度（冷却水温度）が高まると内燃機関１の廃熱である排気ガスの熱量が増えるので、蓄冷器２５０、蓄冷用高温熱交換器２６０および蓄冷用低温熱交換器２７０により構成される熱音響冷凍機部Ｒｇの冷凍出力も高まる。そして、内燃機関１のＥＧＲガスは、機関温度が高いほど、冷却の必要性が高まるものである。従って、本実施形態のように、熱音響スターリングエンジン２０の冷却対象として内燃機関１のＥＧＲガスを選択すれば、熱音響冷凍機部Ｒｇの冷凍能力とＥＧＲガスの冷却要求とを調和させながら、ＥＧＲガスを内燃機関１の廃熱を利用して効率よく冷却することが可能となる。
【００３６】
なお、図１に示される熱音響スターリングエンジン２０では、内燃機関１の排気ガスを熱源としてスタック２５の両端部間に温度勾配が形成され、それにより、気柱管２１の内部の音波発振部Ｓｇを含む第１の閉空間Ａで作動気体としてのヘリウム：アルゴン＝８０：２０とされた混合ガスが自励振動することになる。このように構成される熱音響スターリングエンジン２０によれば、その組成比に応じた所定の周波数の自励振動が容易に生じ、そして、第２の閉空間Ｂ内の低流動損失の作動気体であるヘリウム：アルゴン＝２０：８０とされた混合ガスに伝播され共鳴するので、全体的にコンパクトな構成で効率よく運転が行われ、内燃機関１の排気熱を効率よく回収しながら、ＥＧＲガスをサージタンク９への導入に先立って良好に冷却することが可能となる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
以下、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る熱音響スターリングエンジン２０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。
【００３８】
図４の熱音響スターリングエンジン２０は、隔壁である第１の弾性膜２８および第２の弾性膜２９の破損等に起因する異常状態を検出する異常状態検出手段を備えている。この異常状態検出手段として、本実施の形態では気柱管２１に配設された振動センサ３０が用いられ、その出力信号がＥＣＵ４０に入力されている。
【００３９】
この第２の実施形態における異常状態検出ルーチンはＥＣＵ４０において、例えば図５に示すフローチャートに従い所定の周期で実行される。そこで、この異常状態検出ルーチンでは、ステップＳ５０１において、振動センサ３０からの出力信号により気柱管２１の所定周波数以外の振動が検知されたか否かが判定される。ここで、この所定周波数は、気柱管２１の第１の閉空間Ａおよび第２の閉空間Ｂに封入されている作動気体、特に音波発振部Ｓｇを含む第１の閉空間Ａ内に封入されている作動気体の自励振動周波数に対応して設定されている。従って、ステップＳ５０１での判定の結果、上記所定周波数の振動が検知されているとき、すなわち、「Ｎｏ」のときは正常に作動しているとして、この異常状態検出ルーチンは一旦終了される。一方、所定周波数以外の振動が検知されたとき、すなわち、「Ｙｅｓ」のときは次のステップＳ５０２に進む。
【００４０】
次のステップＳ５０２では、所定周波数に対する検出された周波数の変化率が所定範囲を超えているか否かが判定される。所定範囲を超えないときは、正常作動の許容範囲内にあるとして、この異常状態検出ルーチンは一旦終了される。ところで、ステップＳ５０２において、所定周波数に対する検出された周波数の変化率が所定範囲を超えていると判定されると、ステップＳ５０３に進み異常状態が通知される。この異常状態の通知は不図示の警告手段により適宜行なうことができる。
【００４１】
ここで、この異常状態は、上述のように、第１の弾性膜２８や第２の弾性膜２９の破損や、隔壁として剛性のピストンを用いた場合には作動気体の漏洩、等に起因して、第１の閉空間Ａおよび第２の閉空間Ｂに封入されている作動気体が混合することにより生ずる。例えば、初期状態で、第１の閉空間Ａにヘリウム：アルゴン＝８０：２０とされた混合ガス、第２の閉空間Ｂにヘリウム：アルゴン＝２０：８０とされた混合ガスが封入されていたとするとき、第１の弾性膜２８の破損により第１の閉空間Ａおよび第２の閉空間Ｂに封入されている作動気体が混合したとすると、混合比が変化し、例えば、ヘリウム：アルゴン＝５０：５０の混合ガスとなる。このように、混合ガスの組成比が変わると、図３のグラフからも明らかなように、その発振ないしは共鳴周波数が変化するので、この周波数の変化率が所定範囲を超えているか否かにより、異常か否か、換言すると、第１の弾性膜２８や第２の弾性膜２９が破損しているか、漏洩があるか否か等を判断することができるのである。
【００４２】
〔第３実施形態〕
次に、図６を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る熱音響スターリングエンジン２０について説明する。なお、上述の第１および第２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。
【００４３】
図６の熱音響スターリングエンジン２０は、上述の振動センサ３０を設けた第２実施形態に、さらに気柱管２１内の作動気体の充填圧力を減圧調整する調圧手段を付設したものである。この調圧手段として本実施の形態では、気柱管２１に連通され、途中に放出バルブ３２を備えた大気連通管３４が設けられている。そして、放出バルブ３２はＥＣＵ４０からの出力信号により開閉可能とされている。かくて、上記の異常状態が発生し熱音響現象が停止したような場合でも、気柱管２１内の作動気体の充填圧力を減圧することにより、熱音響現象を維持させることを可能にしている。
【００４４】
そこで、この第３の実施形態における制御ルーチンを図７に示すフローチャートに従い説明する。なお、この制御ルーチンは上述の異常状態検出ルーチンのステップＳ５０３における異常通知に伴うサブルーチンとして実行される。
【００４５】
この制御ルーチンでは、ステップＳ７０１において、振動センサ３０からの出力信号に基づき気柱管２１の振動が停止したか否かが反復して判定され、振動停止が検出されると次のステップＳ７０２に進む。そして、このステップＳ７０２において、放出バルブ３２が所定時間（例えば、１秒）開動作され、そして、ステップＳ７０３において、この開動作の回数ｎがカウントアップされる。放出バルブ３２が開動作されると、気柱管２１内の作動気体が大気連通管３４を介して放出され、気柱管２１内の充填圧力が減圧されることになる。そこで、次のステップＳ７０４に進み、振動センサ３０からの出力信号に基づき気柱管２１の振動が検出されたか否かが判定される。そして、振動が検出されないときはステップＳ７０５に進み、放出バルブ３２の開動作の回数ｎが所定回数ｘ（例えば、５回）以上か否かが判定される。開動作の回数ｎが所定回数ｘを超えないときは、ステップＳ７０２に進み、再度、放出バルブ３２が所定時間開動作され、気柱管２１内の充填圧力がさらに減圧される。そして、ステップＳ７０４で振動センサ３０からの出力信号に基づき気柱管２１の振動が検出されたか否かが再度判定され、ここで、振動が検出されるまで上述のステップＳ７０２における放出バルブ３２の所定時間の開動作が所定回数ｘ繰返される。
【００４６】
このように、気柱管２１内の作動気体の充填圧力を低くすると、音波発振部Ｓｇにおける温度差が同一の場合でも、充填圧力が高い場合に比べて自励振動が生じ易くなるので、熱音響現象を回復ないしは維持させることができる。
【００４７】
かくて、ステップＳ７０４で振動が検出されるとステップＳ７０７に進み、要メインテナンスが通知される。この要メインテナンス通知は緊急的な通知ではなく、ある程度の運転は継続して行い得ることを意味し、この通知も不図示の警告手段により適宜行なうことができる。
【００４８】
なお、所定回数ｘに亘る放出バルブ３２の開動作が行なわれても振動が検出されないとき（ステップＳ７０４、Ｓ７０５）は、ステップＳ７０６に進みさらに異常状態が通知される。この異常状態の通知は前述と同様に不図示の警告手段により適宜行なうことができる。
【００４９】
〔第４実施形態〕
次に、図８を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る熱音響スターリングエンジン２０について説明する。なお、上述の第１ないし第３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。
【００５０】
図８の熱音響スターリングエンジン２０は、上述の振動センサ３０を設けた第２実施形態に、熱音響冷凍機部Ｒｇにおける冷却能力を向上するための冷却能力向上手段を付加したものである。本実施の形態においては、この冷却能力向上手段として熱音響冷凍機部Ｒｇにおける蓄冷用高温熱交換器２６０に供給される冷却水の温度を低下させる、例えば空冷式の二次冷却器５０およびこの二次冷却器５０の冷却水の流通を制御可能な制御バルブ５２が設けられている。より詳細には、上述の冷却系統Ｌ４の蓄冷用高温熱交換器２６０の上流側に二次冷却器５０が組み込まれると共に、この二次冷却器５０をバイパスするバイパス通路Ｌ４‘に上述の制御バルブ５２が設けられている。そして、この制御バルブ５２はＥＣＵ４０からの出力信号により開閉可能とされている。かくて、蓄冷器２５０の両端部の蓄冷用高温熱交換器２６０および蓄冷用低温熱交換器２７０の高温熱交換器２６０の温度を低下させることで、相対的に低温熱交換器２７０の温度を低下させ、上述の異常状態における冷却性能低下を補填させることを可能にしている。
【００５１】
そこで、この第４の実施形態における制御ルーチンを図９に示すフローチャートに従い説明する。なお、この制御ルーチンは上述の異常状態検出ルーチンの一環として実行される。
【００５２】
従って、ステップＳ９０１においては、ステップＳ５０１と同様に、振動センサ３０からの出力信号により気柱管２１の所定周波数以外の振動が検知されたか否かが判定される。ここで、この所定周波数は、気柱管２１の第１の閉空間Ａおよび第２の閉空間Ｂに封入されている作動気体、特に音波発振部Ｓｇを含む第１の閉空間Ａ内に封入されている作動気体の自励振動周波数に対応して設定されており、ステップＳ９０１での判定の結果、上記所定周波数の振動が検知されているとき、すなわち、「Ｎｏ」のときは正常に作動しているとして、このルーチンは一旦終了される。一方、所定周波数以外の振動が検知されたとき、すなわち、「Ｙｅｓ」のときは次のステップＳ９０２に進み、ステップＳ５０２と同様に、所定周波数に対する検出された周波数の変化率が所定範囲を超えているか否かが判定される。所定範囲を超えないときは、正常作動の許容範囲内にあるとして、このルーチンは一旦終了される。ところで、ステップＳ９０２において、所定周波数に対する検出された周波数の変化率が所定範囲を超えていると判定されると、ステップＳ９０３に進み異常状態が通知され、さらにステップＳ９０４に進んで、制御バルブ５２が閉じられる。
【００５３】
ここで、制御バルブ５２が閉じられると、今まで流通抵抗の相違から大半が二次冷却器５０のバイパス通路Ｌ４‘を流通していた冷却水が全量、この二次冷却器５０を流通することになる。すると、この二次冷却器５０において冷却水の温度がさらに低下され、高温熱交換器２６０を通過する。内燃機関１からその冷却系統Ｌ４に、例えば、温度８０°Ｃで送出された冷却水は二次冷却器５０において、例えば、温度６０°Ｃまで温度がさらに低下されて高温熱交換器２６０に導入されるので、その分、低温熱交換器２７０の温度が低下し、異常状態下における冷却性能低下が補填される。
【００５４】
なお、上述の実施形態においては、冷凍機部Ｒｇの冷却対象として、内燃機関１のＥＧＲガスを対象としたが、これは蓄冷用低温熱交換器２７０に内燃機関１の吸入空気を通過させるようにすることにより、吸入空気を冷却するようにしてもよい。このようにすると、吸入空気の密度を高めることが可能となり、ポンピングロスを低減させて燃費を低減させることができる。また、過給機の下流側に蓄冷用低温熱交換器２７０を配置することにより、蓄冷用低温熱交換器２７０をインタークーラとして用いて、吸入空気の冷却効果を向上させることもできる。
【００５５】
さらに、音波発振部Ｓｇが配置された気柱管２１の共鳴部２３における管部２３ａの先端に接続された閉鎖端部２３ｂに、トランスデューサ等による発電部が配置されている形態の熱音響スターリングエンジン２０においても、本発明が適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱音響スターリングエンジンを示す概略構成図である。
【図２】ヘリウムとアルゴンとの混合ガスにおいて、アルゴンの比率（％）を変化させたときのプラントル数Ｐｒの変化の様子を示すグラフである。
【図３】ヘリウムとアルゴンとの混合ガスにおいて、アルゴンの比率（％）を変化させたときの共鳴周波数の変化の様子を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る熱音響スターリングエンジンを示す概略構成図である。
【図５】第２の実施形態における異常状態検出ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る熱音響スターリングエンジンを示す概略構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る熱音響スターリングエンジンを示す概略構成図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１    内燃機関
３    燃焼室
１３    ＥＧＲ弁
２０    熱音響スターリングエンジン
２１    気柱管
２２    ループ部
２３    共鳴部
２５    スタック（蓄熱器）
２６    高温熱交換器
２７    低温熱交換器
２８    第１弾性膜
２９    第２弾性膜
３０    振動センサ
２５０    蓄冷器
２６０    蓄冷用高温熱交換器
２７０    蓄冷用低温熱交換器
４０    ＥＣＵ
Ａ    第１の閉空間
Ｂ    第２の閉空間
ＢＰ  分岐部
Ｌ１    給気管
Ｌ２    排気管
Ｌ３    排ガス還流ライン
Ｌ４    冷却系統
Ｓｇ    音波発振部
Ｒｇ    冷凍機部Ｒｇ
【図１】
2007315680.tif 000003
【図２】
2007315680.tif 000004
【図３】
2007315680.tif 000005
【図４】
2007315680.tif 000006
【図５】
2007315680.tif 000007
【図６】
2007315680.tif 000008
【図７】
2007315680.tif 000009
【図８】
2007315680.tif 000010
【図９】
2007315680.tif 000011