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JP2006002738A - Waste heat recovery device - Google Patents

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JP2006002738A
JP2006002738A JP2004182800A JP2004182800A JP2006002738A JP 2006002738 A JP2006002738 A JP 2006002738A JP 2004182800 A JP2004182800 A JP 2004182800A JP 2004182800 A JP2004182800 A JP 2004182800A JP 2006002738 A JP2006002738 A JP 2006002738A
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JP
Japan
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temperature
heat
exhaust gas
heat exchanger
accumulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004182800A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeto Ito
成人 伊東
Masaya Hayakawa
雅也 早川
Shinichi Fujii
眞一 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
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Publication date
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    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

【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
PROBLEM TO BE SOLVED: To stably generate and maintain sound waves due to a thermoacoustic phenomenon even when the temperature of exhaust gas discharged from an internal combustion engine changes.
[Solution]
The exhaust heat recovery apparatus 40 of the present invention includes an acoustic tube 42, a prime mover 46 that generates sound waves, and a drive device 44 that is driven by the sound waves generated by the prime mover 46. The prime mover 46 is arranged at one end of the first heat accumulator, the first heat accumulator, absorbs heat from the exhaust gas and heats one end of the first heat accumulator, and the first heat accumulator. It can be comprised by the 1st low-temperature heat exchanger which is arrange | positioned at the other end and absorbs heat from the other end of the first heat accumulator and releases the heat to the outside. The temperature of the exhaust gas is measured by the temperature sensor 31, and the flow rate of the exhaust gas supplied to the first high-temperature heat exchanger of the prime mover 46 is adjusted based on the measured temperature.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a technique for recovering (effectively using) thermal energy from exhaust gas of an internal combustion engine (for example, an engine mounted on an automobile). Specifically, the present invention relates to a thermoacoustic apparatus that uses the thermal energy of exhaust gas.

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)。   As a technique for recovering thermal energy from exhaust gas of an internal combustion engine, use of a thermoacoustic phenomenon has been studied. The thermoacoustic phenomenon refers to various phenomena that occur when sound waves (vibration flow) propagate through a narrow channel having a temperature gradient in thermal contact with a wall. In a narrow channel (for example, a space whose channel radius is about the thermal boundary layer of the fluid), heat exchange is performed between the solid wall forming the channel and the vibrating fluid (fluid carrying sound waves). When a temperature gradient exists in the traveling direction of the sound wave, the vibrating fluid is heated and cooled by displacing the temperature gradient in addition to the cyclic compression and expansion. Thus, the oscillating fluid undergoes a thermodynamic process such as compression, expansion, heating, and cooling, which enables energy conversion between heat and sound. Unlike the energy conversion by other heat engines, this energy conversion by the thermoacoustic phenomenon has an advantage that a highly efficient thermodynamic cycle (Stirling cycle) can be realized without requiring a moving part such as a piston. For this reason, an apparatus for converting and recovering heat energy of exhaust gas into sound energy using a thermoacoustic phenomenon has been developed (Patent Document 1).

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。
特開2002−1207929号
The apparatus described in Patent Document 1 includes a resonance tube, a sound wave generator disposed at one end of the resonance tube, and a transducer disposed at the other end of the resonance tube. The sound wave generator includes a heat accumulator (the portion forming the narrow flow path described above), a high temperature heat exchanger disposed at one end of the heat accumulator, and a low temperature heat exchanger disposed at the other end of the heat accumulator. Consists of. A catalytic converter is disposed around the high-temperature heat exchanger, and heat radiation fins project from the outer peripheral surface of the low-temperature heat exchanger. A rare gas such as air or helium is sealed as a working fluid in the resonance tube.
Exhaust gas discharged from the internal combustion engine is purified by a catalytic converter and then exhausted from the muffler. When the exhaust gas is purified by the catalytic converter, the temperature of the exhaust gas rises due to the reaction heat. The heat energy of the exhaust gas whose temperature has risen is transmitted to one end of the heat accumulator through the high temperature heat exchanger, and thereby one end of the heat accumulator is heated. On the other hand, the other end of the heat accumulator is cooled by a low temperature heat exchanger provided with heat radiation fins. Therefore, the temperature of the end of the heat accumulator on the high temperature heat exchanger side becomes high, and the temperature of the end of the heat accumulator on the low temperature heat exchanger side becomes low (that is, a temperature gradient is given to the heat accumulator). When the temperature of the high-temperature heat exchanger exceeds a certain seaside temperature (for example, 200 to 300 ° C. when the working fluid is atmospheric pressure air), the working fluid in the regenerator starts to vibrate alone (thermoacoustic self-excited vibration). . When sound waves are generated in the resonance tube by the thermoacoustic self-excited vibration, the sound waves are converted into mechanical vibrations by a transducer disposed at the other end of the resonance tube, and then converted into electrical energy for use (collection).
JP 2002-120929

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。
As is clear from the above description, in order to generate sound waves by the thermoacoustic phenomenon, it is necessary to give an appropriate temperature gradient to the heat accumulator. That is, it is necessary to supply a sufficient amount of heat from the exhaust gas to the high-temperature heat exchanger and to heat the end of the heat accumulator so as to be at or above the critical temperature. In addition, after sound waves are generated by the thermoacoustic phenomenon, it is necessary to continue supplying an appropriate amount of heat from the exhaust gas to the high-temperature heat exchanger in order to maintain the sound waves due to the thermoacoustic phenomenon.
On the other hand, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (that is, the heat energy of the exhaust gas) varies greatly depending on the operating condition of the internal combustion engine. For example, the exhaust gas temperature of the internal combustion engine is low immediately after the start of the operation of the internal combustion engine and rises with time. Further, it varies greatly depending on the load of the internal combustion engine. In particular, in an internal combustion engine such as an automobile engine, the engine speed (engine load) changes greatly according to the driver's accelerator operation, and the exhaust gas temperature also changes greatly. Therefore, in order to generate sound waves by the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and maintain the sound waves, the amount of heat supplied to the high-temperature heat exchanger is appropriately set regardless of whether or not the temperature of the exhaust gas has changed. It is necessary to control the amount.
However, in the conventional exhaust heat recovery apparatus described above, when the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes, the amount of heat supplied to the high temperature heat exchanger changes accordingly. For this reason, sound waves could not be stably generated in the acoustic tube, and thus the heat energy of the exhaust gas could not be recovered stably.

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。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can stably generate and maintain sound waves due to a thermoacoustic phenomenon even when the temperature of exhaust gas discharged from an internal combustion engine changes. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery device that can stably recover (use) the thermal energy of exhaust gas.

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。
An exhaust heat recovery device of the present invention is an exhaust heat recovery device that recovers thermal energy of exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, and includes an acoustic tube, a first heat accumulator disposed in the acoustic tube, and a first heat storage device. A first high-temperature heat exchanger that is disposed at one end of the heater and absorbs heat from the exhaust gas and heats one end of the first heat accumulator; and the other end of the first heat accumulator disposed at the other end of the first heat accumulator A first low-temperature heat exchanger that absorbs heat from the first heat exchanger and releases the heat to the outside; and a drive device that is disposed at a position away from the first heat accumulator in the acoustic tube and is driven by sound waves generated by the first heat accumulator. Prepare. And it has further the control means which adjusts the exhaust gas flow rate supplied to a 1st high temperature heat exchanger based on the temperature sensor which detects the temperature of exhaust gas, and the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor.
In this exhaust heat recovery device, one end of the first heat accumulator is heated by the first high-temperature heat exchanger, while the other end of the first heat accumulator is cooled by the first low-temperature heat exchanger, and thereby the temperature of the heat accumulator is increased. A gradient is given. The exhaust gas flow rate supplied to the first high-temperature heat exchanger is adjusted according to the exhaust gas temperature discharged from the internal combustion engine. That is, the first high temperature heat exchanger according to the exhaust gas temperature so that the amount of heat supplied from the exhaust gas to the first high temperature heat exchanger (the amount of heat supplied to one end of the first heat accumulator) becomes an appropriate amount. The exhaust gas flow rate supplied to the is adjusted. For this reason, even if the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes, an appropriate amount of heat is supplied to the first high-temperature heat exchanger. For this reason, an appropriate temperature gradient is stably given to the first heat accumulator, and sound waves are stably generated from the first heat accumulator. The sound energy of the sound wave generated by the first heat accumulator is used (recovered) by a driving device (for example, an energy conversion device such as a transducer) disposed at a position away from the first heat accumulator by a predetermined distance.

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。   In the exhaust heat recovery apparatus, an auxiliary heating device is further provided at the end of the first heat accumulator on the first high temperature heat exchanger side, and the control means is based on the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor. It is preferable to heat the end of the first heat accumulator on the first high temperature heat exchanger side. According to such a configuration, even when the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is too low (for example, when starting up immediately after the start of operation), the end of the first heat accumulator is moved by the auxiliary heating device. It is heated and can quickly generate sound waves from the first regenerator.

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。
Moreover, as a drive device, it can be set as the refrigerator driven with the sound wave which generate | occur | produced with the 1st heat storage, for example. That is, the drive device is arranged at (1) the second heat accumulator and (2) the high temperature side end of the second heat accumulator, absorbs heat from the high temperature side end of the second heat accumulator, and heats the outside. A second high-temperature heat exchanger that discharges, and (3) a second heat exchanger that is disposed at the low-temperature end of the second regenerator, absorbs heat from the object to be cooled, and releases heat to the low-temperature end of the second regenerator. 2 low temperature heat exchanger. In such a configuration, a second high-temperature heat exchanger, a second heat accumulator, and a second low-temperature heat exchanger are sequentially formed in the traveling direction of the sound wave generated in the first heat accumulator, and the sound energy of the sound wave traveling in the second heat accumulator The second low temperature heat exchanger is cooled. For this reason, a cooling target object (for example, refrigerant | coolant etc.) can be cooled with a 2nd low-temperature heat exchanger.
When a refrigerator is used as the driving device, the driving device further includes a second temperature sensor that detects the temperature of the object to be cooled that has been cooled by the second low-temperature heat exchanger, and the control means detects the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor and the first temperature. It is preferable to adjust the flow rate of the exhaust gas supplied to the first high-temperature heat exchanger based on the temperature of the cooling target detected by the two-temperature sensor. According to such a configuration, the amount of heat supplied to the first high temperature heat exchanger is adjusted according to the temperature of the object to be cooled (that is, the cooling capacity of the first low temperature heat exchanger is adjusted). Therefore, sound waves due to the thermoacoustic phenomenon can be stably generated, and at the same time, the object to be cooled can be cooled with an appropriate cooling capacity.

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。
Hereinafter, the best modes for carrying out the exhaust heat recovery apparatus according to the present application will be listed.
(Mode 1) The acoustic tube is provided with a prime mover that generates sound waves and a refrigerator that cools the object to be cooled by the sound energy of the sound waves generated by the prime mover. The prime mover includes a heat accumulator and a pair of heat exchangers disposed at both ends of the heat accumulator. The refrigerator is also constituted by a heat accumulator and a pair of heat exchangers arranged at both ends of the heat accumulator.
(Mode 2) One heat exchanger (high temperature heat exchanger) of the prime mover performs heat exchange with the exhaust gas and heats one end of the heat accumulator. The other heat exchanger (low temperature heat exchanger) of the prime mover performs heat exchange with cooling water (or air), and cools the other end of the heat accumulator (for example, maintains it at room temperature). A sound wave traveling from the low-temperature heat exchanger to the high-temperature heat exchanger side is generated in the regenerator of the prime mover.
(Mode 3) The sound wave generated in the prime mover travels from one heat exchanger (high temperature heat exchanger) of the refrigerator toward the other heat exchanger (low temperature heat exchanger). The high-temperature heat exchanger of the refrigerator performs heat exchange with cooling water (or air), and cools one end of the heat accumulator (for example, maintains at normal temperature). The low-temperature heat exchanger of the refrigerator exchanges heat with the object to be cooled to cool the object to be cooled.
(Mode 4) The exhaust gas pipe of the internal combustion engine is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas. A branch pipe is provided in the exhaust gas pipe of the internal combustion engine, and the branch pipe is connected to a high-temperature heat exchanger of the prime mover. The branch pipe is provided with a flow control valve, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch pipe is adjusted by the flow control valve. The control unit adjusts the opening degree of the flow control valve based on the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor.
(Mode 5) The fuel in the fuel tank is supplied to the internal combustion engine by a fuel pump. The low temperature heat exchanger of the refrigerator cools return fuel out of the fuel discharged from the fuel pump. The cooled return fuel is returned into the fuel tank to cool the fuel tank.
(Mode 6) The fuel in the fuel tank is supplied to the internal combustion engine by a fuel pump. The low-temperature heat exchanger of the refrigerator cools the fuel evaporative gas (evaporative gas) in the fuel tank. The cooled and liquefied fuel is returned to the fuel tank.
(Mode 7) A turbo engine is used as the internal combustion engine. The low temperature heat exchanger of the refrigerator cools the supercharged air from the turbocharger. The cooled air is supplied to the engine.
(Mode 8) The low-temperature heat exchanger of the refrigerator cools the exhaust gas for EGR (exhaust gas recirculation). The cooled exhaust gas is resupplied to the engine.
(Mode 9) The low-temperature heat exchanger of the refrigerator cools the refrigerant. The cooled refrigerant is used for cooling an air conditioner in a vehicle cabin, an in-vehicle refrigerator, or a freezer for a freezer.

(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。 First Embodiment An exhaust heat recovery apparatus (thermoacoustic cooling apparatus) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The thermoacoustic cooling device of the present embodiment is mounted on an automobile, collects the thermal energy of exhaust gas discharged from the automobile engine, and cools the return fuel by the collected thermal energy.

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。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a thermoacoustic cooling device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the thermoacoustic cooling apparatus includes an acoustic tube 42 (a loop tube formed of metal or resin), and a working gas (for example, atmospheric pressure air, pressurized helium— Argon mixed gas or the like). The acoustic tube 42 is provided with a prime mover 46 and a refrigerator 44.

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。   The prime mover 46 includes a heat accumulator and a pair of heat exchangers disposed at both ends of the heat accumulator, as will be described in detail later. A branch pipe 30 branched from the exhaust pipe 26 is connected to one heat exchanger of the prime mover 46 (hereinafter also referred to as prime mover side high temperature heat exchanger). Exhaust gas discharged from the engine flows through the exhaust pipe 26, and part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 26 flows through the branch pipe 30. The prime mover-side high-temperature heat exchanger recovers heat from the exhaust gas flowing through the branch pipe 30 and heats one end of the heat accumulator with the recovered heat. The exhaust gas whose heat has been recovered by the prime mover side high temperature heat exchanger (that is, the cooled exhaust gas) is returned to the exhaust pipe 26. The temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 26 is measured by the temperature sensor 31. The exhaust gas temperature measured by the temperature sensor 31 is input to the control unit 32. The control unit 32 adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch pipe 30 by controlling the flow rate control valve 28 provided in the branch pipe 30. This adjusts the amount of thermal energy recovered by the prime mover side high temperature heat exchanger.

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。   A hot water pipe 24 is connected to the other heat exchanger of the prime mover 46 (hereinafter also referred to as prime mover side low temperature heat exchanger). In the circulation path of the hot water pipe 24, one heat exchanger (hereinafter also referred to as a refrigerator-side high-temperature heat exchanger) of the radiator (radiator) 22 and the refrigerator 44 is interposed. The cooling water flowing through the hot water pipe 24 is dissipated by the radiator 22 and its temperature decreases. The cooling water whose temperature has been reduced by the radiator 22 flows through the hot water pipe 24 to the refrigerator-side high-temperature heat exchanger and the prime mover-side low-temperature heat exchanger, and performs heat exchange with these heat exchangers (that is, these heats). Cool the exchanger). Thus, one end (low temperature side end) of the regenerator of the prime mover 46 and one end (high temperature side end) of the refrigerator 44 are cooled to the cooling water temperature. The cooling water that has flowed through the prime mover side low temperature heat exchanger is returned to the radiator 22.

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。   A return fuel pipe 16 branched from the fuel discharge pipe 18 via the pressure regulating valve 14 is connected to the other heat exchanger of the refrigerator 44 (hereinafter also referred to as a refrigerator-side low-temperature heat exchanger). A fuel pump 12 is connected to one end of the fuel discharge pipe 18, and the fuel pump 12 is disposed in the fuel tank 10. The other end of the fuel discharge pipe 18 is connected to an injector (not shown) that injects fuel into the engine. The fuel pump 12 sucks and boosts the fuel in the fuel tank 10 and discharges the boosted fuel to the fuel discharge pipe 18. The pressure of the fuel flowing through the fuel discharge pipe 18 is adjusted by the pressure regulating valve 14, and the fuel after pressure adjustment is supplied to the engine (injector). The fuel returned to the fuel tank 10 by the pressure adjustment by the pressure regulating valve 14 flows through the return fuel pipe 16. The fuel flowing through the return fuel pipe 16 is returned to the fuel tank 10 through the refrigerator-side low-temperature heat exchanger. The temperature of the return fuel that has passed through the refrigerator-side low-temperature heat exchanger is measured by a temperature sensor 34 disposed in the return fuel pipe 16. The return fuel temperature measured by the temperature sensor 34 is input to the control unit 32.

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。
In the thermoacoustic cooling device described above, the heat energy of the exhaust gas is recovered by the high temperature side heat exchanger of the prime mover 46, and one end of the regenerator of the prime mover 46 is heated by the recovered thermal energy. On the other hand, the other end of the regenerator of the prime mover 46 is cooled by cooling water flowing through the hot water pipe 24. For this reason, a temperature gradient is generated in the regenerator of the prime mover 46, and sound waves are generated from the prime mover 46 due to this temperature gradient (thermoacoustic self-excited vibration).
The sound waves generated by the prime mover 46 travel from the low temperature heat exchanger of the prime mover 46 toward the high temperature heat exchanger, and travel in the refrigerator 44 from the high temperature heat exchanger side to the low temperature heat exchanger side. The refrigerator 44 is disposed at a position away from the prime mover 46 by a predetermined distance (specifically, disposed so that the node of the sound wave generated by the prime mover 46 becomes the position of the high temperature heat exchanger of the refrigerator 44). Have been). For this reason, a reverse Stirling cycle is executed in the regenerator of the refrigerator 44, and heat is pumped up in the direction opposite to the traveling direction of the sound wave. Thereby, the low temperature heat exchanger of the refrigerator 44 is cooled, and the return fuel flowing through the low temperature heat exchanger is cooled. The cooled return fuel flows into the fuel tank 10 and directly cools the fuel tank 10. For this reason, it is possible to suppress the evaporation of fuel in the fuel tank 10, thereby reducing fluctuations in the air-fuel ratio of the engine, reducing the size of the canister, and further suppressing the occurrence of vapor lock of the fuel pump 12. be able to.

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。
Next, the structures of the prime mover 46 and the refrigerator 44 will be described in detail with reference to FIGS. Since the motor 46 and the refrigerator 44 have the same structure, the configuration of the motor 46 will be described in detail here.
As shown in FIG. 2, the prime mover 46 includes a heat accumulator 190, a high temperature heat exchanger 180 disposed at one end of the heat accumulator 190, and a low temperature heat exchanger 170 disposed at the other end of the heat accumulator 190. Is done. As the heat accumulator 190, a laminate of thin plates of metal or ceramics, a honeycomb structure of metal or ceramics, or the like can be used. For example, a stainless mesh or a ceramic honeycomb can be used. A heat insulating material 176 (for example, ceramics or phenol resin) is disposed around the heat accumulator 190.

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。
The high-temperature heat exchanger 180 includes a heat transfer plate 184 that abuts one end (the lower end in the figure) of the heat accumulator 190 and a heat exchange unit 182 provided on the upper surface of the outer periphery of the heat transfer plate 184. For the heat transfer plate 184, a honeycomb-like or lattice-like wire net formed of a high conductor (for example, Cu or the like) can be used. The heat transfer plate 184 is attached to the acoustic tube 42 via heat insulating materials 176 and 178.
The heat exchange unit 182 is provided so as to surround the outer periphery of the heat accumulator 190 as shown in FIG. A branch pipe 30 is connected to the heat exchanging part 182 so that exhaust gas flows in the heat exchanging part 182. A plurality of fins 186 projecting on the heat transfer plate 184 are arranged in the heat exchanging portion 182 as shown well in FIG. 5 (however, illustration of the fins 186 is omitted in FIG. 3). ). The fins 186 improve the efficiency of heat exchange between the exhaust gas flowing in the heat exchange unit 182 and the heat transfer plate 184. A heat insulating material 176 is disposed on the outer periphery of the heat exchanging portion 182 with a slight space therebetween.

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。
The low-temperature heat exchanger 170 is also configured by a heat transfer plate 173 that is in contact with the other end (upper end in the figure) of the heat accumulator 190 and a heat exchange portion 172 formed on the peripheral edge 171 of the heat transfer plate 173 (FIG. 2). reference). The heat transfer plate 173 can be a honeycomb-like or lattice-like wire mesh formed of a high conductor, and is attached to the acoustic tube 42 via heat insulating materials 174, 176. In the state where the heat transfer plate 173 is attached to the acoustic tube 42, the peripheral edge 171 protrudes from the outer peripheral surface of the acoustic tube 42. Therefore, the heat exchanging part 172 formed on the peripheral edge 171 of the heat transfer plate 173 also protrudes from the outer peripheral surface of the acoustic tube 42.
The heat exchange part 172 is provided so as to surround the outer periphery of the acoustic tube 42 as shown in FIG. A hot water pipe 24 is connected to the heat exchanging part 172 so that cooling water flows through the heat exchanging part 172. As shown in FIGS. 6 and 7, a spiral guide blade 172 b is provided in the heat exchange unit 172. Therefore, the cooling water flowing in the heat exchanging portion 172 is guided by the guide vanes 172b and flows spirally (arrows shown in the drawing), thereby improving the cooling capacity of the heat exchanging portion 172.
In the refrigerator 44, the high temperature heat exchanger 180 described above is used as a low temperature heat exchanger, and the low temperature heat exchanger 170 described above is used as a high temperature heat exchanger.

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。
The thermoacoustic cooling device described above is controlled by the control unit 32. The control process performed by the control unit 32 will be described based on the flowchart shown in FIG.
As shown in FIG. 8, first, the control unit 32 sets the load of the flow control valve (exhaust gas control valve) 28 to 0% (S10). The flow control valve 28 of this embodiment has a load characteristic as shown in FIG. That is, the exhaust gas flow rate Q flowing through the branch pipe 30 is “0” when the load of the flow control valve 28 is 0 to 20%, and branches according to the load when the load of the flow control valve 28 is 20 to 80%. The exhaust gas flow rate Q flowing through the pipe 30 also increases. When the load of the flow control valve 28 becomes 80% or more, the exhaust gas flow rate Q flowing through the branch pipe 30 becomes constant at the maximum flow rate. In step S10, since the load of the flow control valve 28 is set to 0%, the exhaust gas flow rate Q flowing through the branch pipe 30 is also “0”.

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。
Next, the control unit 32 reads the temperature (exhaust gas temperature) measured by the temperature sensor 31 and the temperature (return fuel temperature) measured by the temperature sensor 34 (S12).
In step S13, the target exhaust gas temperature is set based on the measured value (return fuel temperature) of the temperature sensor 34 read in step S12. Here, the target exhaust gas temperature is an exhaust gas temperature necessary for obtaining a desired cooling capacity in a state where the load of the flow control valve 28 becomes a reference value (for example, a load of 60%). Therefore, when the return fuel temperature is high and it is desired to increase the cooling capacity of the refrigerator 44, it is necessary to supply a large amount of heat to the prime mover 46, so the target exhaust gas temperature is set high. Conversely, when the return fuel temperature is too low and it is desired to reduce the cooling capacity of the refrigerator 44, the target exhaust gas temperature is set low.

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)。
Next, the control unit 32 determines the load of the flow control valve 28 based on the set target exhaust gas temperature and the measured value (measured exhaust gas temperature) of the temperature sensor 31 read in step S12 (S14-30). . Specifically, first, threshold values L1, L2, H1, and H2 are set based on measured values (exhaust gas temperature) measured by the temperature sensor 31 (see FIG. 10). In the present embodiment, the threshold values L2 and H2 are set in the first temperature range around the measured exhaust gas temperature, and the threshold values L1 and H1 are set in the second temperature range (wider than the first temperature range). Set. For example, if the measured exhaust gas temperature is T, L2 = T−t1, H2 = T + t1, L1 = T−t2, and H2 = T + t2 (where t1 <t2).
When the threshold values L1, L2, H1, and H2 are determined, the load of the flow control valve 28 is determined based on these threshold values L1, L2, H1, and H2 and the target exhaust gas temperature set in step S13. That is, when the target exhaust gas temperature is higher than the threshold value H1 (YES in step S14), the load of the flow control valve 28 is set to 100% (S16). If the target exhaust gas temperature is between the threshold values H2 and H1 (YES in step S22), the load on the flow control valve 28 is increased by 5% (S24). On the other hand, when the target exhaust gas temperature is lower than the threshold value L1 (YES in step S18), the load of the flow control valve 28 is set to 0% (S20). When the target exhaust gas temperature is between the threshold values L1 and L2 (YES in step S26), the load of the flow control valve 28 is reduced by 5%. When the target exhaust gas temperature is between the threshold values L2 and H2 (NO in step S26), the load of the flow control valve 28 is maintained in that state. When the load of the flow control valve 28 is determined, the control unit 32 drives the flow control valve 28 so as to achieve the determined load. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing through the high-temperature heat exchanger of the prime mover 46 is adjusted (that is, the amount of heat energy recovered by the prime mover is adjusted).

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。   FIG. 10 schematically shows the relationship between the measured exhaust gas temperature, the set target exhaust gas temperature, and the load of the flow control valve 28 determined based on these. As is clear from FIG. 10, the load on the flow control valve 28 increases as the target exhaust gas temperature is higher than the measured exhaust gas temperature. Accordingly, a large amount of exhaust gas flows through the high-temperature heat exchanger of the prime mover 46, and a large amount of heat energy is recovered by the high-temperature heat exchanger of the prime mover 46. In FIG. 10, the load of the flow control valve 28 when the target exhaust gas temperature falls within the range of the threshold values L2 to H2 is simply displayed in a straight line.

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。   As is apparent from the above description, in this embodiment, when the measured exhaust gas temperature is too low compared to the target exhaust gas temperature (for example, immediately after starting the engine), the load of the flow control valve 28 is 100. %, And a large amount of exhaust gas is supplied to the prime mover 46. For this reason, the high-temperature heat exchanger of the prime mover 46 can be heated in a short time, and sound waves can be generated in the acoustic tube 42. After the sound wave is generated from the prime mover 46 and the cooling of the return fuel is started by the refrigerator 44, the load of the flow control valve 28 is adjusted based on the measured return fuel temperature and exhaust gas temperature, and the prime mover 46 An appropriate amount of heat is supplied to the high-temperature heat exchanger. For this reason, even if the exhaust gas temperature changes in accordance with the engine load or the like, sound waves having an appropriate acoustic intensity are stably generated from the prime mover 46.

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。   In the embodiment described above, an auxiliary heating device such as a heater is further provided in the vicinity of the high-temperature heat exchanger of the prime mover 44, and one end of the regenerator of the prime mover 44 (the end on the high-temperature heat exchanger side) is arranged by this auxiliary heating device. Part) may be heated. By using the auxiliary heating device, the prime mover 44 can be appropriately heated even when the exhaust gas temperature is low, and sound waves can be generated from the prime mover 44.

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。   Further, in the above-described embodiment, the low-temperature heat exchanger of the prime mover and the high-temperature heat exchanger of the refrigerator are water-cooled heat exchangers that are cooled by cooling water. However, as shown in FIG. An air-cooled heat exchanger can also be used. FIG. 12 shows an example in which an air-cooled heat exchanger is used for the low-temperature heat exchanger of the prime mover (or the high-temperature heat exchanger of the refrigerator). The right side of FIG. 12 shows an example in which a honeycomb-shaped heat radiating plate 192a is used as the heat transfer plate 194a that is in contact with the heat accumulator 210 (see FIG. 13A), and the left side of FIG. An example is shown in which a plurality of heat radiation fins 192b are provided on the heat transfer plate 194b that abuts (see FIG. 13B). By using an air-cooled heat exchanger as shown in FIGS. 12 and 13, it is possible to eliminate the need for hot water piping required when a water-cooled heat exchanger is used. The cooling capacity of these air-cooled heat exchangers can be adjusted by the area of the heat radiating plate 192a and the heat radiating fins 192b.

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)。
Further, the structure of the high-temperature heat exchanger of the prime mover (or the low-temperature heat exchanger of the refrigerator) is not limited to the above-described embodiment, and various structures can be adopted. For example, as shown in FIGS. 12, 14, and 15, a heat exchange unit 202 may be provided on the outer edge 203 of the heat transfer plate 204. A plurality of fins 205 can be provided in the heat exchanging section 202 substantially perpendicular to the axial direction of the acoustic tube 42. A heat insulating material 207 is disposed around the heat exchange unit 202.
In addition, when such a structure is employ | adopted, unlike the structure shown in FIG. 2, a heat exchanger cannot be attached to the acoustic tube 42 using a screw | thread etc. FIG. Therefore, as shown in FIGS. 12 and 14, the heat exchanger 200 can be attached to the acoustic tube 42 by a stopper 206. The stopper 206 can be provided at an appropriate position on the outer periphery of the heat exchange unit 202 (see FIG. 14).

(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。
Second Example Next, a thermoacoustic cooling device according to a second example will be described with reference to FIG. In addition, the description about the part which concerns on the same structure as 1st Example is abbreviate | omitted, and it demonstrates centering on a different part from 1st Example.
As shown in FIG. 16, the thermoacoustic cooling device 43 of the second embodiment cools the fuel evaporative gas (evaporative gas) evaporated in the fuel tank 10. That is, the fuel tank 10 and the low temperature heat exchanger of the refrigerator 49 are connected by the gas pipe 13. A fan 11 is disposed at a gas inlet (end on the fuel tank 10 side) of the gas pipe 13. As the fan 11 rotates, air (fuel evaporative gas) in the fuel tank is sent into the gas pipe 13. The air flowing through the gas pipe 13 is cooled by the low temperature heat exchanger of the refrigerator 49. As a result, the fuel evaporative gas contained in the air is liquefied, and the liquefied fuel (cooled fuel) is returned to the fuel tank 10 through the pipe 15. Also in the second embodiment, since the evaporation of the fuel in the fuel tank 10 is suppressed, effects such as suppression of fluctuations in the air-fuel ratio of the engine, miniaturization of the canister, and suppression of vapor lock of the fuel pump 12 can be achieved. In the thermoacoustic cooling device 43 of the second embodiment, a resonance tube 51 is attached to the acoustic tube 45 as shown in FIG.

(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。 Third Example Next, a thermoacoustic cooling device according to a third example will be described with reference to FIG. The thermoacoustic cooling device 90 of the third embodiment cools the supercharged air from the turbocharger 68. As shown in FIG. 17, a surge tank 60 and an intake manifold 62 are provided in an intake system 58 of an engine 64 (gasoline engine). The surge tank 60 stores air sucked through the air cleaner 52. The amount of air flowing from the air cleaner 52 to the surge tank 60 is adjusted by the opening of the throttle 56. Air in the surge tank 60 is supplied to the engine 64 through the intake manifold 62.

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。   The exhaust system 72 of the engine 64 is provided with an exhaust manifold 66 and a catalyst device 70. A turbocharger 68 is interposed between the exhaust manifold 66 and the catalyst device 70. The exhaust gas processed by the catalyst device 70 is exhausted to the outside through the exhaust pipe 71. A branch pipe 74 is provided in the exhaust pipe 71. The flow rate of the exhaust gas flowing through the branch pipe 74 is adjusted by the flow rate control valve 76. A motor 88 (high temperature heat exchanger) of the thermoacoustic cooling device 90 is connected to the circulation path of the branch pipe 74. The high temperature heat exchanger of the prime mover 88 recovers thermal energy in the exhaust gas, thereby generating sound waves from the prime mover 88. The air supercharged by the turbocharger 68 is supplied to the refrigerator 92 (low temperature heat exchanger) of the thermoacoustic cooling device 90. The supercharged air cooled by the refrigerator 92 is returned to the intake system 58 through the intake pipe 57. Note that cooling water flowing through the hot water pipe 96 is supplied to the low-temperature heat exchanger of the prime mover 88 and the high-temperature heat exchanger of the refrigerator 92. A radiator 94, a pump 86, and a flow rate control valve 82 are disposed in the circulation path of the hot water pipe 96. The radiator 94 cools the cooling water flowing through the hot water pipe 96, the pump 86 sends the cooling water cooled by the radiator 94 to the hot water pipe 96, and the flow control valve 82 adjusts the amount of cooling water flowing through the hot water pipe 96. In addition, by improving the cooling capacity of the low-temperature heat exchanger of the prime mover 88 and the high-temperature heat exchanger of the refrigerator 92, a temperature control device such as the radiator 94 can be omitted from the circulation path of the hot water pipe 96.

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。   In the third embodiment, the temperature of the exhaust gas flowing through the branch pipe 74 is measured by the temperature sensor 78, the temperature of the cooling water flowing through the hot water pipe 96 is measured by the temperature sensor 98, and the supercharger cooled by the refrigerator is used. The temperature of the air is measured by the temperature sensor 100. The temperatures measured by these temperature sensors 78, 98 and 100 are input to the control unit 84. The control unit 84 can control the flow rate control valve 76, the pump 86, and the flow rate control valve 82 based on the input temperature. For example, the flow control valve 76, the pump 86, and the flow control valve 82 are controlled so that the temperature of the supercharged air supplied to the engine 64 becomes a constant value. Thereby, the emission discharged from the engine 64 can be controlled.

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。
As is apparent from the above description, in the third embodiment, the supercharged air of the turbocharger 68 is cooled by the thermoacoustic cooling device 90, so that a conventionally required large intercooler can be eliminated. For this reason, the whole apparatus can be made compact.
Further, since the thermoacoustic cooling device 90 has a high cooling capacity, it is possible to supply supercharged air having a lower temperature than the intercooler to the engine 64. For this reason, it is possible to improve the intake charging efficiency and the engine output.
Furthermore, since the heat energy in the exhaust gas is recovered by the prime mover 88 of the thermoacoustic cooling device 90, and the exhaust gas is thereby cooled, the exhaust loss can be reduced and the exhaust noise can be reduced.
The supercharged air cooling system described above can also be applied to a system for cooling supercharged air of a diesel engine. In this case, the throttle body provided in the intake system of the engine can be eliminated.

(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。
(4th Example) Next, the thermoacoustic cooling device which concerns on 4th Example is demonstrated with reference to FIG. The thermoacoustic cooling device 90 of the fourth embodiment cools exhaust gas for EGR (exhaust gas recirculation). Although the fourth embodiment is different from the third embodiment in that the EGR gas is cooled, the schematic configuration is the same as that of the third embodiment. Therefore, here, the description will focus on the differences from the third embodiment.
As shown in FIG. 18, the exhaust manifold 66 is provided with an EGR branch pipe 54. The EGR branch pipe 54 is connected to a refrigerator 92 (low temperature heat exchanger) of the thermoacoustic cooling device 90 and cooled by the low temperature heat exchanger of the refrigerator 92. The EGR gas cooled by the refrigerator 92 flows into the surge tank 60 through the EGR branch pipe 54. The flow rate of the EGR gas flowing through the EGR branch pipe 54 is adjusted by the EGR valve 99. In the fourth embodiment, since the EGR gas is cooled by the thermoacoustic cooling device 90, the EGR cooler conventionally required can be eliminated.

(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。
Fifth Example Next, a thermoacoustic cooling device according to a fifth example will be described with reference to FIG. The thermoacoustic cooling device 110 of the fifth embodiment cools the refrigerant of the air conditioner that cools the interior of the automobile.
As shown in FIG. 19, the refrigerator 112 (low temperature heat exchanger) of the thermoacoustic cooling device 110 is disposed in the circulation path of the refrigerant pipe 104. A pump 108 is disposed in the circulation path of the refrigerant pipe 104, and the refrigerant flows through the refrigerant pipe 104 by operating the pump 108. In addition, a heat exchange unit 102 that performs heat exchange with the cooling air is provided in the circulation path of the refrigerant pipe 104. The heat exchange unit 102 is arranged in the duct 100. A blower 106 is disposed at the rear end of the duct 100, and the air blown from the blower 106 is blown into the vehicle interior through the heat exchange unit 102. Therefore, the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 104 is cooled by the low-temperature heat exchanger of the refrigerator 112 and exchanges heat with the air blown out from the blower 102 by the heat exchange unit 102. As a result, the air blown from the blower 102 is cooled and blown into the passenger compartment.
In the fifth embodiment, since the thermoacoustic cooling device 110 is used for the air conditioner for the passenger compartment of the automobile, unlike the case where the compression type refrigerator is used, the compressor is unnecessary, and the case where the absorption type refrigerator is used. In contrast, a compressor, a generator, a pump, etc. can be dispensed with. For this reason, an apparatus is comprised simply and it can improve the reliability and durability of an apparatus.

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)。   In the embodiment shown in FIG. 19, the thermoacoustic cooling device is used as an air conditioner in the passenger compartment. However, the thermoacoustic cooling device is used to cool the refrigerant of other devices mounted in the automobile. You can also. For example, as shown in FIG. 20, a thermoacoustic cooling device 150 can be used to cool the refrigerant for the in-vehicle refrigerator 130. Furthermore, as shown in FIG. 21, it can also be used for a refrigeration system 164 that cools the freezer 162 of the freezer 160 (note that reference numeral 166 in FIG. 21 denotes an engine).

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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

第1実施例に係る熱音響冷却装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic cooling device which concerns on 1st Example. 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。It is a figure which shows the structure of the motor | power_engine (refrigerator) of the thermoacoustic cooling device shown in FIG. 図2のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図2のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 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。It is a figure which expands and shows the heat exchange part of the high temperature heat exchanger shown in FIG. 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。It is a figure which expands and shows the heat exchange part of the low-temperature heat exchanger shown in FIG. 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。It is a figure which shows typically the flow of the cooling water in the heat exchange part shown in FIG. 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。It is a flowchart of the process performed with the control unit of the thermoacoustic cooling device which concerns on 1st Example. 流量制御弁の負荷特性を示すグラフである。It is a graph which shows the load characteristic of a flow control valve. 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。It is a graph which shows the relationship between the load of the flow control valve determined in a control unit, target exhaust gas temperature, and measured exhaust gas temperature. 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。It is a figure which shows the modification of the thermoacoustic cooling device which concerns on 1st Example. 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。It is a figure which shows the structure of the motor | power_engine (refrigerator) of the thermoacoustic cooling device shown in FIG. 図12に示す低温熱交換器の平面図である。It is a top view of the low-temperature heat exchanger shown in FIG. 図12に示す高温熱交換器の断面図である。It is sectional drawing of the high temperature heat exchanger shown in FIG. 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。It is a figure which expands and shows the heat exchange part of the high temperature heat exchanger shown in FIG. 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。It is a figure which shows schematic structure of the thermoacoustic cooling device which concerns on 2nd Example. 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。It is a figure which shows schematic structure of the thermoacoustic cooling device which concerns on 3rd Example. 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。It is a figure which shows schematic structure of the thermoacoustic cooling device which concerns on 4th Example. 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。It is a figure which shows schematic structure of the thermoacoustic cooling device which concerns on 5th Example. 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。It is a figure which shows the modification of the thermoacoustic cooling device which concerns on 5th Example. 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。It is a figure which shows the other modification of the thermoacoustic cooling device which concerns on 5th Example.

符号の説明Explanation of symbols

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
10: Fuel tank 24: Hot water pipe 26: Exhaust pipe 28: Flow control valve 30: Branch pipe 31: Temperature sensor 32: Control unit 34: Temperature sensor 42: Acoustic pipe 44: Refrigerator 46: Motor

Claims (4)

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。
An exhaust heat recovery device that recovers thermal energy from exhaust gas of an internal combustion engine,
An acoustic tube;
A first heat accumulator disposed in the acoustic tube;
A first high-temperature heat exchanger disposed at one end of the first heat accumulator and absorbing heat from the exhaust gas to heat one end of the first heat accumulator;
A first low-temperature heat exchanger that is disposed at the other end of the first heat accumulator, absorbs heat from the other end of the first heat accumulator, and releases heat to the outside;
A drive device disposed at a position away from the first heat accumulator in the acoustic tube and driven by sound waves generated by the first heat accumulator;
A temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas;
And a control means for adjusting a flow rate of the exhaust gas supplied to the first high-temperature heat exchanger based on the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor.
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。   An auxiliary heating device is further provided at the end of the first heat accumulator on the first high-temperature heat exchanger side, and the control means uses the auxiliary heating device to change the first heat accumulator temperature based on the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor. The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the end portion on the high temperature heat exchanger side is heated. 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。   The drive device is arranged at (1) the second heat accumulator and (2) the high temperature side end of the second heat accumulator, and absorbs heat from the high temperature side end of the second heat accumulator to release the heat to the outside. A second high temperature heat exchanger, and (3) a second low temperature which is disposed at the low temperature side end of the second heat accumulator and absorbs heat from the object to be cooled and releases the heat to the low temperature side end of the second heat accumulator. The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a heat exchanger. 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。   The apparatus further comprises a second temperature sensor for detecting the temperature of the cooling object cooled by the second low-temperature heat exchanger, and the control means detects the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor and the cooling object detected by the second temperature sensor. The exhaust heat recovery apparatus according to claim 3, wherein the flow rate of the exhaust gas supplied to the first high-temperature heat exchanger is adjusted based on the temperature of the exhaust gas.
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