(57)【要約】【課題】従来提案よりも効率良く排熱エネルギーを回収し得る車両用排熱回収装置を提供する。【解決手段】発振器２により気体に与えた疎密波の波動を温度勾配により増幅し且つ該増幅した疎密波の波動により発電器３で電力を発生させる熱音響発電装置１２を車両に搭載し、該熱音響発電装置１２で気体に温度勾配を与えるために必要な冷媒として前記車両のエンジン１３の冷却水１０を利用し且つ熱媒として前記エンジン１３の排気ガス（ＥＧＲガス１１’）を利用した車両用排熱回収装置に関し、前記熱音響発電装置１２の発振器２を前記エンジン１３の振動を発振源として疎密波を発振させるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器により気体に与えた疎密波の波動を温度勾配により増幅し且つ該増幅した疎密波の波動により発電器で電力を発生させる熱音響発電装置を車両に搭載し、該熱音響発電装置で気体に温度勾配を与えるために必要な冷媒として前記車両のエンジンの冷却水を利用し且つ熱媒として前記エンジンの排気ガスを利用した車両用排熱回収装置であって、前記熱音響発電装置の発振器を前記エンジンの振動を発振源として疎密波を発振させるように構成したことを特徴とする車両用排熱回収装置。
【請求項２】
発振器と発電器との間に通気構造の蓄熱器を介在させて気体を封入し、該気体をエンジンの冷却水との熱交換により冷却する低温熱交換部を前記蓄熱器の発振器側に設けると共に、前記気体をエンジンの排気ガスとの熱交換により加熱する高温熱交換部を前記蓄熱器の発電器側に設け、前記発振器により前記気体に与えられた疎密波の波動を前記蓄熱器内の気体の温度勾配により増幅し且つその増幅した疎密波の波動により前記発電器を駆動して電気を発生させるように熱音響発電装置を構成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用排熱回収装置。
【請求項３】
排気側から排気ガスの一部を抜き出してＥＧＲガスとして吸気側へ再循環するＥＧＲパイプを熱音響発電装置の高温熱交換部に接続し、該高温熱交換部にＥＧＲガスを熱媒として流通させるよう構成した請求項１又は２に記載の車両用排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用排熱回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車等の車両においては、燃費向上とＣＯ2排出量低減を図ることが最重要課題となっているが、ディーゼルエンジン等のエンジンを搭載した車両の場合、全燃料熱量に対し、正味馬力はおよそ４０［％］程度に過ぎず、それ以外の損失熱量はおよそ６０［％］程度にも及んでおり、該損失熱量のうちおよそ３０［％］程度が排気損失であり、残りのおよそ３０［％］程度が冷却水損失や駆動系損失等となっている。
【０００３】
現状において、前記エンジンの排気ガスは、パティキュレートやＮＯxを除去した後、そのまま大気へ放出されているのが殆どであるため、前記排気損失を低減する余地は未だ残されており、該排気損失を低減する手段が模索されているが、その一つとして熱音響発電装置を用いることが考えられている。
【０００４】
図８は前記熱音響発電装置の原理を概略的に示したもので、図中１はヘリウムガス等の気体を封入した筒体、２は前記筒体１の一端側に設けられた発振器、３は前記筒体１の他端側に設けられた発電器を示し、前記発振器２の内部に摺動自在に嵌挿されているピストン４が電磁力により振動して筒体１内の気体に対し疎密波の波動を与えるようになっており、前記発電器３の内部に摺動自在に嵌挿されているピストン５が前記疎密波の波動を受けて駆動されることで発電が成されるようになっている。
【０００５】
ここで、前記筒体１の中間部には、ステンレス網等から形成された金属メッシュを多数枚積層して成る通気構造の蓄熱器６が設けられており、該蓄熱器６と前記発振器２との間に、前記筒体１内の気体を冷媒との熱交換により冷却する低温熱交換部７が熱交換チューブ等により構成され、前記蓄熱器６と前記発電器３との間には、前記筒体１内の気体を熱媒との熱交換により加熱する高温熱交換部８が熱交換チューブ等により構成されている。
【０００６】
而して、このように構成された熱音響発電装置９を車両に搭載し、発振器２のピストン４を電磁力により振動させて筒体１内の気体に対し疎密波の波動を与えると、この疎密波の波動が筒体１内の気体を伝播し、蓄熱器６内の気体の温度勾配により増幅されて発電器３に到り、その増幅された疎密波の波動により発電器３のピストン５が駆動されて発電が成され、発振器２のピストン４を振動させるために投入した電力よりも大きな電力を発生させることができる。
【０００７】
即ち、斯かる熱音響発電装置９を車両に搭載した場合、該熱音響発電装置９で気体に温度勾配を与えるために必要な冷媒として車両のエンジンの冷却水１０を利用し且つ熱媒としてエンジンの排気ガス１１を利用すれば、該排気ガス１１の排熱エネルギーを電力として回収することができるのである。
【０００８】
尚、熱音響発電装置を車両に搭載した車両用排熱回収装置については、例えば、本発明と同じ特許出願人による下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１６８９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、熱音響発電装置９を車両に搭載して排気ガス１１の排熱エネルギーを電力として回収するだけでは、発振器２を振動させて疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなければならないため、発電器３で発生する電力から発振器２で必要な電力を差し引いた分の電力しか回収できないことになり、排熱エネルギーの回収効率が悪いという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来提案よりも効率良く排熱エネルギーを回収し得る車両用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】
【００１２】
本発明は、発振器により気体に与えた疎密波の波動を温度勾配により増幅し且つ該増幅した疎密波の波動により発電器で電力を発生させる熱音響発電装置を車両に搭載し、該熱音響発電装置で気体に温度勾配を与えるために必要な冷媒として前記車両のエンジンの冷却水を利用し且つ熱媒として前記エンジンの排気ガスを利用した車両用排熱回収装置であって、前記熱音響発電装置の発振器を前記エンジンの振動を発振源として疎密波を発振させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、エンジンの振動を発振源として発振器から疎密波が発振され、前記エンジンの冷却水を冷媒とし且つ排気ガスを熱媒として気体に与えられた温度勾配により前記疎密波の波動が増幅され、その増幅した疎密波の波動により発電器が駆動され、前記発振器での発振エネルギーよりも大きなエネルギーが発電器にて電力として得られることになり、しかも、エンジンの振動を発振源として発振器により疎密波を発振するようにしているので、該疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなくて済み、発電器で発生した電力が全て利得となる。
【００１４】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、発振器と発電器との間に通気構造の蓄熱器を介在させて気体を封入し、該気体をエンジンの冷却水との熱交換により冷却する低温熱交換部を前記蓄熱器の発振器側に設けると共に、前記気体をエンジンの排気ガスとの熱交換により加熱する高温熱交換部を前記蓄熱器の発電器側に設け、前記発振器により前記気体に与えられた疎密波の波動を前記蓄熱器内の気体の温度勾配により増幅し且つその増幅した疎密波の波動により前記発電器を駆動して電気を発生させるように熱音響発電装置を構成することが好ましい。
【００１５】
更に、本発明においては、排気側から排気ガスの一部を抜き出してＥＧＲガスとして吸気側へ再循環するＥＧＲパイプを熱音響発電装置の高温熱交換部に接続し、該高温熱交換部にＥＧＲガスを熱媒として流通させるよう構成しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の車両用排熱回収装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１７】
（Ｉ）本発明の請求項１，２に記載の発明によれば、エンジンの振動を発振源として発振器により疎密波を発振させるように構成したことにより、疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなくて済み、発電器で発生した電力を全て利得とすることができるので、従来提案よりも効率良く排熱エネルギーを回収することができる。
【００１８】
（ＩＩ）本発明の請求項１，２に記載の発明によれば、熱音響発電装置で発電する際に、発電器のピストンにエンジンの振動を打ち消す方向の力が発生するので、エンジンの振動を抑制する効果を得ることもできる。
【００１９】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、これまで無駄に大気に捨てられていたＥＧＲガスの排熱を有効に回収することができると共に、ＥＧＲガスの排熱を回収することで該ＥＧＲガスの冷却を図ることもでき、ＥＧＲクーラの冷却性能やラジエータの放熱性能にかかる負担を従来より大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を上面から見た概略図である。
【図２】図１の熱音響発電装置を正面から見た概略図である。
【図３】本発明の別の形態例を上面から見た概略図である。
【図４】図３の熱音響発電装置を正面から見た概略図である。
【図５】図３の熱音響発電装置の要部の詳細を示す拡大図である。
【図６】図５のシャフトとスクリューロッドとの螺合状態を示す斜視図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視の断面図である。
【図８】熱音響発電装置の原理について説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に図８で説明した熱音響発電装置９と略同様に構成した熱音響発電装置１２を車両のエンジン１３に搭載しているが、その搭載にあたり、熱音響発電装置１２の向き（以下の説明で熱音響発電装置１２の向きとは発振器２から発電器３への疎密波の波動の伝播方向を指す）をエンジン１３の振動方向に合わせて配置し、該熱音響発電装置１２の発振器２を前記エンジン１３の振動を発振源として疎密波を発振させるように構成している。
【００２３】
即ち、ここでは直列６気筒のエンジン１３の場合を例示しているが、この種の直列６気筒のエンジン１３では、その幅方向（クランクシャフトの回転軸に対し直角を成す水平方向）に主に振動を生ずるため、前記エンジン１３の片側に熱音響発電装置１２を前記エンジン１３の幅方向に向けて配置し、その発電器３側をブラケット１４を介し前記エンジン１３の片側の側面に対し固定すると共に、発振器２側のピストン４をフレーム１５からのサポート１６と接続し、エンジン１３側の幅方向の振動により前記発振器２のピストン４が駆動されて疎密波が発振されるようになっている。
【００２４】
因みに、直列６気筒のエンジン１３では、クランクシャフトを用いているため、質量を持つクランクピンが回転することによる振動が発生するが、この振動はバランスウェイトをクランクピンと反対方向に付けることによって解消することが可能である。
【００２５】
ただし、これだけではエンジン１３のピストンとコネクティングロッドが往復運動することで発生する振動を消すことはできないため、エンジン１３のピストンが上死点に達した時に釣り合う分のバランスウェイトを更に追加して上下方向の振動を打ち消すようにしているが、このようにした場合、クランクシャフトが上死点から９０°回転した時にオーバーバランスとなり、上下方向の振動が幅方向への振動に変換されてしまうのである。
【００２６】
そして、本形態例においては、熱音響発電装置１２で気体に温度勾配を与えるために必要な冷媒として車両のエンジン１３の冷却水１０を利用し且つ熱媒としてエンジン１３の排気ガス１１を利用するようにしており、より具体的には、排気側から排気ガス１１の一部を抜き出してＥＧＲガス１１’として吸気側へ再循環するＥＧＲパイプ１７を熱音響発電装置１２の高温熱交換部８を経由させ、該高温熱交換部８を成す熱交換チューブ等にＥＧＲガス１１’を熱媒として流通させるようにしていると共に、エンジン１３の冷却水１０の一部を導く冷却水管１８を熱音響発電装置１２の低温熱交換部７を経由させ、該低温熱交換部７を成す熱交換チューブ等に冷却水１０を冷媒として流通させるようにしている。
【００２７】
尚、図中における１９はコンプレッサ１９ａとタービン１９ｂとから成るターボチャージャ、２０は吸気管、２１は吸気、２２はインタークーラ、２３はＥＧＲクーラ、２４はＥＧＲバルブ、２５は吸気マニホールド、２６は排気マニホールド、２７は排気管、２８はエンジンマウンティングを示している。
【００２８】
而して、このようにすれば、エンジン１３が幅方向に振動することで熱音響発電装置１２も同方向に振動し、フレーム１５側から支持されたサポート１６に対し相対的に変位することになるため、該サポート１６に接続された発振器２側のピストン４が熱音響発電装置１２に対し相対的に振動して疎密波が発振されることになる。
【００２９】
更に、前記発振器２から発振された疎密波の波動は、内部の気体を伝播して蓄熱器６に到り、該蓄熱器６内の気体に低温熱交換部７及び高温熱交換部８で付された温度勾配により増幅されて発電器３に到り、その増幅された疎密波の波動により発電器３のピストン５が駆動され、前記発振器２での発振エネルギーよりも大きなエネルギーが発電器３にて電力として得られることになり、しかも、エンジン１３の振動を発振源として発振器２により疎密波を発振するようにしているので、該疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなくて済み、発電器３で発生した電力が全て利得となる。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、エンジン１３の振動を発振源として発振器２により疎密波を発振させるように構成したことにより、疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなくて済み、発電器３で発生した電力を全て利得とすることができるので、従来提案よりも効率良く排熱エネルギーを回収することができる。
【００３１】
更に、熱音響発電装置１２で発電する際に、発電器３のピストン５にエンジン１３の振動を打ち消す方向の力が発生するので、エンジン１３の振動を抑制する効果を得ることもできる。
【００３２】
また、これまで無駄に大気に捨てられていたＥＧＲガス１１’の排熱を有効に回収することができると共に、ＥＧＲガス１１’の排熱を回収することで該ＥＧＲガス１１’の冷却を図ることもでき、ＥＧＲクーラ２３の冷却性能やラジエータ（図示せず）の放熱性能にかかる負担を従来より大幅に軽減することができる。
【００３３】
図３及び図４は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例においては、熱音響発電装置１２の向きをエンジン１３の片側の側面に沿わせてコンパクトに配置し、熱音響発電装置１２全体をフレーム１５からサポート２９を介して支持すると共に、熱音響発電装置１２とエンジン１３との間のＥＧＲパイプ１７及び冷却水管１８にフレキシブル部分（ＥＧＲパイプ１７の一部を蛇腹管としたり、冷却水管１８の一部をゴムホースとする）を設けてエンジン１３の振動が熱音響発電装置１２に伝わらないようにし、以下に詳述する振動伝達機構３０により前記熱音響発電装置１２の発振器２を前記エンジン１３の振動を発振源として駆動させるようにしている。
【００３４】
図５〜図７に詳細を示す如く、前記振動伝達機構３０は、発振器２のピストン４のシャフト３１と、該シャフト３１の軸心部に先端を螺合したスクリューロッド３２と、該スクリューロッド３２の基端に一体的に連結されたピニオン３３と、エンジン１３の片側の側面から幅方向外側に張り出して前記ピニオン３３下端と噛合したラック３４（図４参照）と、前記シャフト３１の一部を摺動自在に抱持するスリーブ３５とにより構成されている。
【００３５】
ここで、前記スリーブ３５がサポート３６によりフレーム１５側から固定されていると共に、前記ピニオン３３がラック３４のＵ字状の溝形により該ラック３４に対し前記シャフト３１の軸心方向には相対変位しないようになっており、しかも、前記シャフト３１の外周面のスプライン溝３７と前記スリーブ３５の内周面のスプライン突起３８とが摺動自在に係合して前記スリーブ３５に対し前記シャフト３１の回転が阻止されるようになっている。
【００３６】
而して、このようにすれば、エンジン１３が幅方向に振動することでラック３４が長手方向に往復動し、フレーム１５側から支持されたサポート３６に対し相対的に変位することになるため、該サポート３６によりスリーブ３５，シャフト３１，スクリューロッド３２を介して支持されているピニオン３３がラック３４により往復回動されることになる。
【００３７】
この結果、前記ピニオン３３と一体的にスクリューロッド３２も往復回動し、該スクリューロッド３２と螺合しているシャフト３１が軸心方向に進退動することになるため、該シャフト３１により発振器２側のピストン４が駆動されて疎密波が発振されることになる。
【００３８】
そして、その疎密波の波動は、前述の図１及び図２の形態例の場合と同様に、内部の気体を伝播して蓄熱器６に到り、該蓄熱器６内の気体に低温熱交換部７及び高温熱交換部８で付された温度勾配により増幅されて発電器３に到り、その増幅された疎密波の波動により発電器３のピストン５が駆動され、前記発振器２での発振エネルギーよりも大きなエネルギーが発電器３にて電力として得られることになる。
【００３９】
従って、本形態例の場合においても、エンジン１３の振動を発振源として発振器２により疎密波を発振させることができ、疎密波の波動を発振させるのに電力を投入しなくて済むので、発電器３で発生した電力を全て利得とすることができ、従来提案よりも効率良く排熱エネルギーを回収することができる。
【００４０】
更に、熱音響発電装置１２で発電する際に、発電器３のピストン５にエンジン１３の振動を打ち消す方向の力が発生するので、エンジン１３の振動を抑制する効果を得ることもできる。
【００４１】
また、これまで無駄に大気に捨てられていたＥＧＲガス１１’の排熱を有効に回収することができると共に、ＥＧＲガス１１’の排熱を回収することで該ＥＧＲガス１１’の冷却を図ることもでき、ＥＧＲクーラ２３の冷却性能やラジエータ（図示せず）の放熱性能にかかる負担を従来より大幅に軽減することができる。
【００４２】
尚、本発明の車両用排熱回収装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、発電器を熱から保護する目的で発電器と高温熱交換部との間に更なる低温熱交換部を介在させても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４３】
２  発振器
３  発電器
６  蓄熱器
７  低温熱交換部
８  高温熱交換部
１０  冷却水
１１’  ＥＧＲガス
１２  熱音響発電装置
１３  エンジン
【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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