JP2005180397A - Thermal acoustic engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気柱管内に配置された蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成し、気柱管内の作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジンに関する。 The present invention relates to a thermoacoustic engine that forms a temperature gradient between both ends of a heat storage means arranged in an air column tube and generates thermoacoustic self-excited vibration of a working fluid in the air column tube.
従来から、熱音響現象を利用した冷凍機が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この冷凍機は、気体が封入される配管と、この配管の内部に配置されると共に高温側熱交換器と低温側熱交換器とで挟まれたスタックと、このスタックと非対称の位置に高温側熱交換器および低温側熱交換器と共に配置された蓄冷器とを備える。この冷凍機は、スタックの両端部間に温度勾配を形成することにより、スタックにて気体の自励振動を発生させ、それによって得られる定在波および進行波の伝播により蓄冷器に蓄冷するものである。 Conventionally, a refrigerator utilizing a thermoacoustic phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This refrigerator includes a pipe filled with gas, a stack disposed inside the pipe and sandwiched between a high temperature side heat exchanger and a low temperature side heat exchanger, and a high temperature side at a position asymmetric with the stack. And a regenerator arranged together with the heat exchanger and the low temperature side heat exchanger. This refrigerator generates a self-excited vibration of gas in the stack by forming a temperature gradient between both ends of the stack, and stores it in the regenerator by propagation of standing waves and traveling waves obtained thereby. It is.
また、従来から、熱音響現象を利用して内燃機関の廃熱を回収する装置も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この装置は、内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに接続された共鳴管と、この共鳴管の一端に設けられたスタックと、共鳴管の他端に設けられたトランスデューサとを備える。この装置では、触媒コンバータから発せられる熱によりスタックの一端が加熱され、スタックの両端部間に温度勾配が付与される。これにより、スタックにて音波が発生し、音波のエネルギはトランスデューサによって電気エネルギに変換される。 Conventionally, an apparatus for recovering waste heat of an internal combustion engine using a thermoacoustic phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 2). This device includes a resonance pipe connected to an exhaust gas purification catalytic converter of an internal combustion engine, a stack provided at one end of the resonance pipe, and a transducer provided at the other end of the resonance pipe. In this apparatus, one end of the stack is heated by heat generated from the catalytic converter, and a temperature gradient is applied between both ends of the stack. Thereby, sound waves are generated in the stack, and the energy of the sound waves is converted into electric energy by the transducer.
上述のように、内燃機関の廃熱を利用してスタックの両端部間に温度勾配を形成することにより、内燃機関の廃熱を冷熱や電気エネルギに変換することができる。しかしながら、上述の作動流体の自励振動(音波)を確実に発生させるためには、スタック(蓄熱手段)の両端部に充分に大きな温度勾配を常時形成する必要がある。 As described above, the waste heat of the internal combustion engine can be converted into cold energy or electric energy by forming a temperature gradient between both ends of the stack using the waste heat of the internal combustion engine. However, in order to reliably generate the above-described self-excited vibration (sound wave) of the working fluid, it is necessary to always form a sufficiently large temperature gradient at both ends of the stack (heat storage means).
そこで、本発明は、蓄熱手段の両端部間に大きな温度勾配を常時形成して、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させることができる熱音響エンジンの提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoacoustic engine that can always generate a large temperature gradient between both end portions of a heat storage means and reliably generate thermoacoustic self-excited vibration of a working fluid.
本発明による熱音響エンジンは、作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを有し、内燃機関の余剰エネルギを利用して蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成し、作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジンにおいて、内燃機関の排気ガスを熱源として蓄熱手段の一端部を加熱する高温熱交換器と、内燃機関の冷却水と空気とを冷媒として選択的に供給可能に構成されており、冷却水または空気により蓄熱手段の他端部を冷却する低温熱交換器と、蓄熱手段の両端部間の温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器に空気が供給されるようにする制御手段とを備えることを特徴とする。 A thermoacoustic engine according to the present invention includes an air column tube in which a working fluid is sealed, and heat storage means disposed inside the air column tube, and both end portions of the heat storage unit using surplus energy of the internal combustion engine. In a thermoacoustic engine that forms a temperature gradient in between and generates thermoacoustic self-excited vibration of the working fluid, a high-temperature heat exchanger that heats one end of the heat storage means using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source, and cooling of the internal combustion engine Water and air can be selectively supplied as a refrigerant, and a temperature difference between the low-temperature heat exchanger that cools the other end of the heat storage means with cooling water or air and the both ends of the heat storage means is a predetermined value. And a control means for supplying air to the low-temperature heat exchanger when the temperature falls below.
この熱音響エンジンは、蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成して作動流体の熱音響自励振動を発生させるために、内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、内燃機関の冷却水と空気とを冷媒として選択的に使用可能な低温熱交換器とを備える。そして、この熱音響エンジンでは、蓄熱手段の両端部間の温度差が所定値を下回った際に、制御手段により、低温熱交換器に供給される冷媒が内燃機関の冷却水から空気へと切り換えられる。これにより、この熱音響エンジンでは、蓄熱手段の両端部間に大きな温度勾配を常時形成することが可能となるので、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させて、常時所望の音響出力を得ることができる。 This thermoacoustic engine includes a high-temperature heat exchanger that uses exhaust gas of an internal combustion engine as a heat source, and generates an internal combustion engine to generate a thermoacoustic self-excited vibration of the working fluid by forming a temperature gradient between both ends of the heat storage means. A low-temperature heat exchanger that can selectively use the cooling water and air as refrigerant. In this thermoacoustic engine, when the temperature difference between both ends of the heat storage means falls below a predetermined value, the control means switches the refrigerant supplied to the low temperature heat exchanger from the cooling water of the internal combustion engine to the air. It is done. As a result, in this thermoacoustic engine, it is possible to always form a large temperature gradient between the both ends of the heat storage means, so that the thermoacoustic self-excited vibration of the working fluid is reliably generated and the desired acoustic output is always obtained. Can be obtained.
この場合、制御手段は、冷却水の温度が所定値を上回った際に、低温熱交換器に空気が供給されるようにするものであると好ましい。 In this case, it is preferable that the control means is configured to supply air to the low-temperature heat exchanger when the temperature of the cooling water exceeds a predetermined value.
また、制御手段は、高温熱交換器と冷却水との温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器に空気が供給されるようにするものであってもよい。 The control means may be configured to supply air to the low-temperature heat exchanger when the temperature difference between the high-temperature heat exchanger and the cooling water falls below a predetermined value.
更に、制御手段は、低温熱交換器と冷却水との温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器に空気が供給されるようにするものであってもよい。 Furthermore, the control means may be configured to supply air to the low-temperature heat exchanger when the temperature difference between the low-temperature heat exchanger and the cooling water falls below a predetermined value.
また、制御手段は、高温熱交換器と低温熱交換器との温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器に空気が供給されるようにするものであってもよい。 The control means may be configured to supply air to the low-temperature heat exchanger when the temperature difference between the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger falls below a predetermined value.
本発明によれば、蓄熱手段の両端部間に大きな温度勾配を常時形成して、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させることができる熱音響エンジンの実現が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize a thermoacoustic engine which can always generate a large temperature gradient between both end portions of the heat storage means and reliably generate the thermoacoustic self-excited vibration of the working fluid.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による熱音響エンジンの一実施形態を示す概略構成図である。同図に示されるように、熱音響エンジン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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a thermoacoustic engine according to the present invention. As shown in the figure, the
燃焼室3の吸気ポートは、吸気マニホールド5に接続され、燃焼室3の排気ポートは、排気マニホールド6に接続されている。また、内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Vi、排気ポートを開閉する排気弁Ve、点火プラグ7およびインジェクタ8が燃焼室3ごとに配設されている。吸気マニホールド5は、サージタンク9に接続されており、サージタンク9には、給気管L1が接続されている。そして、給気管L1は、エアクリーナ10を介して図示されない空気取入口に接続されている。更に、給気管L1の中途(サージタンク9とエアクリーナ10との間)には、スロットルバルブ11が組み込まれている。一方、排気マニホールド6は、排気管L2に接続されており、排気管L2には、前段触媒装置12aおよび後段触媒装置12bが組み込まれている。
The intake port of the combustion chamber 3 is connected to the
本発明の熱音響エンジン20は、上述のような内燃機関1の排気熱を回収するために用いられる。熱音響エンジン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、この気柱管21の内部には、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムおよびアルゴンの混合ガスといった作動流体(不活性ガス)が封入される。気柱管21は、図1に示されるように、概ね矩形ループ状に形成されたループ部22と、ループ部22の一つのコーナー部に接続された共鳴部23とを含む。共鳴部23は、ループ部22と概ね同径の円形断面を有する管部23aと、管部23aの先端に接続された閉鎖端部23bとを含み、共鳴器として機能する。閉鎖端部23bは、管部23aの先端から閉鎖端に向かうにつれて徐々に拡径されている。
The
また、気柱管21のループ部22の内部には、蓄熱器(蓄熱手段)25が配置されている。蓄熱器25は、配置箇所における気柱管21の軸方向と平行に延びる狭い流路を複数有する。蓄熱器25としては、セラミック等からなるハニカム構造体、ステンレス等からなる薄いメッシュを微小間隔で配列したもの、ステンレス等の金属製繊維を集合させた不織布等を採用することができる。この蓄熱器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、蓄熱器25の他端側には、低温熱交換器27が隣接して配置されている。すなわち、蓄熱器25は、高温熱交換器26と低温熱交換器27との間に挟まれた状態で配置される。
A heat accumulator (heat storage means) 25 is disposed inside the
高温熱交換器26を構成する伝熱管には、内燃機関1の排気管L2を流通する排気ガスが供給され、高温熱交換器26は、内燃機関1の排気ガスを熱源とする。本実施形態では、高温熱交換器(その伝熱管)26は、前段触媒装置12aと後段触媒装置12bとの間で排気管L2に組み込まれており、高温熱交換器(その伝熱管)26の排気ガス入口には、排気供給調整弁(開閉弁)15が設けられている。この排気供給調整弁15を閉鎖することにより、高温熱交換器26に対する排気ガスの供給を停止することができる。
Exhaust gas flowing through the exhaust pipe L2 of the internal combustion engine 1 is supplied to the heat transfer tubes constituting the high
また、低温熱交換器27は、内燃機関の冷却水と、外部の空気とを冷媒として選択的に供給可能に構成されている。すなわち、低温熱交換器27は、冷却水を流通させる水冷熱交換部27wと、空気を流通させる空冷熱交換部27aとを有している。低温熱交換器27の水冷熱交換部27wは、内燃機関1の冷却系統L3に組み込まれており、低温熱交換器27の空冷熱交換部27aは、空気系統L4に組み込まれている。なお、図示は省略されるが、低温熱交換器27の表面には、放熱用のフィンが複数配設されている。
The low-
図1に示されるように、内燃機関1の冷却系統L3には、水冷熱交換部27wの流体入口に設けられた冷却水流入弁(開閉弁)31と、流体出口に設けられた冷却水流出弁(開閉弁)32と、冷却水を水冷熱交換部27wに供給するための冷却水ポンプ33とが含まれている。従って、冷却水流入弁31および冷却水流出弁32を開放させた状態で冷却水ポンプ33を作動させることにより、冷却系統L3を流通する冷却水を水冷熱交換部27wに供給することができる。また、冷却水ポンプ33を停止させると共に、冷却水流入弁31および冷却水流出弁32を閉鎖させることにより、水冷熱交換部27wへの冷却水の供給を停止することができる。
As shown in FIG. 1, the cooling system L3 of the internal combustion engine 1 includes a cooling water inflow valve (open / close valve) 31 provided at the fluid inlet of the water cooling heat exchanging portion 27w and a cooling water outflow provided at the fluid outlet. A valve (open / close valve) 32 and a
同様に、空気系統L4には、空冷熱交換部27aの流体入口に設けられた空気流入弁34(開閉弁)と、流体出口に設けられた空気流出弁(開閉弁)35と、周囲から空気を取り入れて空冷熱交換部27aに循環供給するためのエアポンプ36とが含まれている。従って、空気流入弁34および空気流出弁35を開放させた状態でエアポンプ36を作動させることにより、空気を空冷熱交換部27aに循環供給することができる。また、エアポンプ36を停止させると共に、空気流入弁34および空気流出弁35を閉鎖させることにより、空冷熱交換部27aへの空気の供給を停止することができる。
Similarly, the air system L4 includes an air inflow valve 34 (open / close valve) provided at the fluid inlet of the air-
更に、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が配置されている。この場合、蓄冷用高温熱交換器260は、蓄冷器250の一端部を概ね常温(20〜25℃)に保つことができるように構成される。また、蓄冷用低温熱交換器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(その伝熱管)には、所定の冷媒が循環供給される。なお、本実施形態において、ループ部22の内部に蓄冷器250、蓄冷用の高温および低温熱交換器260,270を配置する代わりに、共鳴部23の閉鎖端部23bの内部等にトランスデューサを配置し、音響エネルギを回収して電気エネルギを得てもよい。また、気柱管21に対して、蓄冷器250等のユニットとトランスデューサとの双方が配置されてもよい。
Furthermore, the
そして、熱音響エンジン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、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の冷却系統L3の冷却水流入弁31、冷却水流出弁32および冷却水ポンプ33、空気系統L4の空気水流入弁34、空気水流出弁35およびエアポンプ36、高温熱交換器26の排気ガス入口に設けられた排気供給調整弁15等は、それぞれECU40の入出力ポートに接続されており、これらはECU40によって制御される。また、本実施形態では、冷却系統L3に水温センサTが設置されており、この水温センサTは、低温熱交換器27に供給される冷却水の温度を検出し、検出値を示す信号をECU40に与える。
The
上述のように構成される熱音響エンジン20を作動させる際には、熱音響エンジン20の高温熱交換器26に燃焼室3からの排気ガスが導入される。また、熱音響エンジン20の低温熱交換器27(水冷熱交換部27w)には、基本的に、冷却水ポンプ33によって冷却系統L3を流通する冷却水が供給される。
When operating the
ここで、内燃機関1の排気ガスの温度は、通常およそ250〜500℃程度に達することから、蓄熱器25の一端部は、高温熱交換器26を流通する排気ガスによって加熱されて昇温する。これに対して、内燃機関1の冷却水の温度は、内燃機関1の冷間始動直後に概ね大気温度となり、暖機完了後には概ね80〜90℃となるので、蓄熱器25の他端部は、低温熱交換器27を流通する冷却水によって冷却される。この結果、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配が形成され、これに起因して、作動流体の熱音響自励振動(音波)が発生する。
Here, since the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 normally reaches about 250 to 500 ° C., one end portion of the
このようにして発生する作動流体の自励振動(音波)の周波数と共鳴部23における周波数とが一致することにより、共鳴部23内には定在波が形成され、ループ部22内には、低温熱交換器27から高温熱交換器26へと進行する進行波が形成される。そして、蓄熱器25の両端部間に形成される温度勾配に起因してつくり出された進行波により、ループ部22の蓄冷器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。
When the frequency of the self-excited vibration (sound wave) of the working fluid thus generated matches the frequency in the
この際、蓄冷器250の一端部は、蓄冷用高温熱交換器260により概ね常温(20〜25℃)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、蓄冷用低温熱交換器270から流出する冷媒を介して冷熱を取り出すことが可能となる。
At this time, one end of the
上述のように、熱音響エンジン20によれば、内燃機関1の余剰エネルギ(排気ガスの熱エネルギ)を利用して蓄熱器25の両端部管に温度勾配を形成することにより作動流体の自励振動を発生させ、かかる振動のエネルギ(音響エネルギ)を熱エネルギ(冷熱)に変換することができる。しかしながら、内燃機関1の運転状態によっては、冷却系統L3を流通する冷却水の温度が過剰に高まってしまうことがある。このような場合、特に比較的排気温度が低い高熱効率エンジンでは、蓄熱器25の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成することができなくなり、作動流体の自励振動(音波)を発生させることが困難となってしまうおそれもある。
As described above, according to the
このため、本実施形態では、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を常時形成して、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させるために、ECU40によって図2に示される冷媒供給制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。すなわち、ECU40は、冷媒供給制御ルーチンの実行タイミングになると、まず、水温センサTからの信号に基づいて、低温熱交換器27に供給される冷却水の温度を求める(S10)。
Therefore, in the present embodiment, the refrigerant supply shown in FIG. 2 is performed by the
S10にて冷却水の温度を求めると、ECU40は、求めた冷却水の温度が予め定められている閾値T0以上であるか否か判定する(S12)。閾値T0は、内燃機関1の運転中における蓄熱器25の両端部間の温度差(温度勾配)、すなわち、排気ガスの温度範囲や内燃機関1の周囲環境温度、更には、冷却水および空気の比熱等を踏まえて、蓄熱器25の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成するための上限値として予め定められており(例えば60℃程度)、記憶装置に格納されている。
When determining the temperature of the cooling water at S10,
S12にて冷却水の温度が上記閾値T0以上であると判断した場合、ECU40は、低温熱交換器27の水冷熱交換部27wに対して設けられた冷却水流入弁31および冷却水流出弁32を閉鎖させると共に(S14)、冷却系統L3の冷却水ポンプ33を停止させる(S16)。そして、ECU40は、低温熱交換器27の空冷熱交換部27aに対して設けられた空気流入弁34および空気流出弁35を開放させると共に(S18)、空気系統L4のエアポンプ36を作動させる(S20)。これにより、低温熱交換器27には、それまで供給されていた冷却水に代わり、エアポンプ36によって周囲から取り入れられた空気が冷媒として供給されるようになる。
If the temperature of the cooling water is determined to be the threshold value T 0 or more at S12,
一方、S12にて冷却水の温度が上記閾値T0を下回っていると判断した場合、ECU40は、低温熱交換器27の空冷熱交換部27aに対して設けられた空気流入弁34および空気流出弁35を閉鎖させる(閉鎖状態に維持する)と共に(S22)、空気系統L4のエアポンプ36を停止させる(停止状態に維持する)(S24)。そして、ECU40は、低温熱交換器27の水冷熱交換部27wに対して設けられた冷却水流入弁31および冷却水流出弁32を開放させる(開放状態に維持する)と共に(S26)、冷却系統L3の冷却水ポンプ33を作動させる(作動状態に維持する)(S28)。これにより、低温熱交換器27には、冷媒として冷却水が供給される(冷却水の供給が継続される)。
On the other hand, when the temperature of the cooling water is determined to be below the threshold value T 0 at S12,
このように、熱音響エンジン20では、冷却系統L3を流通する冷却水の温度が上記閾値T0以上であり、低温熱交換器27の冷媒として冷却水を用いても、蓄熱器25の両端部間の温度差が所定値を下回って蓄熱器25の両端部間に充分に大きな温度勾配を形成し得ないおそれがあると判断される場合には、低温熱交換器27に供給される冷媒が、内燃機関の冷却水から、冷却水よりも低温の空気へと切り換えられる。これにより、熱音響エンジン20では、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を常時形成することが可能となるので、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させて、常時所望の音響出力を得ることができる。
Thus, the
ところで、上述のように、冷却水の温度に基づいて(冷却水の温度を予め定められた閾値T0と比較することにより)、蓄熱器25の両端部間の温度差が所定値を下回っているか否かを実質的に判定することが可能となるが、高温熱交換器26と冷却水との温度差を用いても同様の判定を行うことができる。この場合、熱音響エンジン20には、水温センサTに加えて、高温熱交換器26の所定箇所(好ましくは、蓄熱器25を加熱する部位)の温度を検出する温度センサTh(図1参照)が備えられる。そして、ECU40は、水温センサTおよび温度センサThの検出値に基づいて高温熱交換器26と冷却水との温度差を求め、当該温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器27(空冷熱交換部27a)に空気が供給されるようにする。
By the way, as described above, based on the temperature of the cooling water (by comparing the temperature of the cooling water with a predetermined threshold value T 0 ), the temperature difference between both ends of the
このような構成を採用しても、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を常時形成することが可能となるので、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させて、常時所望の音響出力を得ることができる。なお、この場合、高温熱交換器26に温度センサThを設ける代わりに、触媒温度を検出する温度センサTcat(図1参照)を前段触媒装置12a等に設け、この温度センサTcatの検出値を高温熱交換器26の温度として代用してもよい。
Even if such a configuration is adopted, it is possible to always form a large temperature gradient between both ends of the
また、蓄熱器25の両端部間の温度差(温度勾配)との相関を求めておくことにより、低温熱交換器27と冷却水との温度差を用いても、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を形成し得るか否か判定することができる。この場合、熱音響エンジン20には、水温センサTに加えて、低温熱交換器27の所定箇所(好ましくは、蓄熱器25を冷却する部位)の温度を検出する温度センサTc(図1参照)が備えられる。そして、ECU40は、水温センサTおよび温度センサTcの検出値に基づいて低温熱交換器27と冷却水との温度差を求め、当該温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器27(空冷熱交換部27a)に空気が供給されるようにする。このような構成を採用しても、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を常時形成することが可能となるので、作動流体の熱音響自励振動を確実に発生させて、常時所望の音響出力を得ることができる。
Moreover, by calculating | requiring the correlation with the temperature difference (temperature gradient) between the both ends of the
更に、高温熱交換器26と低温熱交換器27との温度差に基づいて、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配を形成し得るか否か判定されてもよい。この場合、ECU40は、高温熱交換器26の所定箇所(好ましくは、蓄熱器25を加熱する部位)の温度を検出する温度センサThと、低温熱交換器27の所定箇所(好ましくは、蓄熱器25を冷却する部位)の温度を検出する温度センサTcとの検出値に基づいて高温熱交換器26と低温熱交換器27との温度差を求め、当該温度差が所定値を下回った際に、低温熱交換器27(空冷熱交換部27a)に空気が供給されるようにする。この場合も、高温熱交換器26に温度センサThを設ける代わりに、触媒温度を検出する温度センサTcat(図1参照)を前段触媒装置12a等に設け、この温度センサTcatの検出値を高温熱交換器26の温度として代用してもよい。
Furthermore, based on the temperature difference between the high
なお、低温熱交換器27の冷媒として冷却水と空気とを切り換える上述の各制御は、内燃機関1の暖機完了後に実行される。すなわち、内燃機関1の排気ガスが充分に昇温していない場合、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配が形成されないため、作動流体の熱音響自励振動が発生しないことがある。従って、このような場合には、熱音響エンジン20の作動を停止させることが望ましく、例えば排気供給調整弁15を閉鎖することによって熱音響エンジン20の作動を停止させる。これにより、排気ガスは、その熱エネルギが回収されることなく後段触媒装置12bに供給されるので、後段触媒装置12bの早期活性化を図ることが可能となる。
The above-described controls for switching between cooling water and air as the refrigerant of the low-
1 内燃機関
12a 前段触媒装置
12b 後段触媒装置
15 排気供給調整弁
20 熱音響エンジン
21 気柱管
22 ループ部
23 共鳴部
23a 管部
23b 閉鎖端部
25 蓄熱器
26 高温熱交換器
27 低温熱交換器
27a 空冷熱交換部
27w 水冷熱交換部
31 冷却水流入弁
32 冷却水流出弁
33 冷却水ポンプ
34 空気流入弁
35 空気流出弁
36 エアポンプ
250 蓄冷器
260 蓄冷用高温熱交換器
270 蓄冷用低温熱交換器
L2 排気管
L3 冷却系統
L4 空気系統
T 水温センサ
Tc,Th,Tcat 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記内燃機関の排気ガスを熱源として前記蓄熱手段の一端部を加熱する高温熱交換器と、
前記内燃機関の冷却水と空気とを冷媒として選択的に供給可能に構成されており、前記冷却水または空気により前記蓄熱手段の他端部を冷却する低温熱交換器と、
前記蓄熱手段の両端部間の温度差が所定値を下回った際に、前記低温熱交換器に空気が供給されるようにする制御手段とを備えることを特徴とする熱音響エンジン。 It has an air column tube in which a working fluid is sealed, and heat storage means arranged inside the air column tube, and forms a temperature gradient between both ends of the heat storage unit by using surplus energy of the internal combustion engine. In the thermoacoustic engine for generating the thermoacoustic self-excited vibration of the working fluid,
A high-temperature heat exchanger that heats one end of the heat storage means using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source;
A low-temperature heat exchanger configured to selectively supply cooling water and air of the internal combustion engine as a refrigerant, and cooling the other end of the heat storage means with the cooling water or air;
A thermoacoustic engine comprising: control means for supplying air to the low-temperature heat exchanger when a temperature difference between both ends of the heat storage means falls below a predetermined value.
The control means is configured to supply air to the low-temperature heat exchanger when a temperature difference between the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger falls below a predetermined value. The thermoacoustic engine according to 1.
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
JP2016003643A (en) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | 日野自動車株式会社 | Exhaust heat recovery system |
JP2017089481A (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 日本碍子株式会社 | Exhaust system |
FR3046632A1 (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-14 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | ENGINE ASSEMBLY COMPRISING A DEVICE FOR RECOVERING THE HEAT OF EXHAUST GASES |
CN112886867A (en) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 上海海事大学 | Noise power generation device for ship engine room |
-
2003
- 2003-12-22 JP JP2003425726A patent/JP2005180397A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016003643A (en) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | 日野自動車株式会社 | Exhaust heat recovery system |
JP2017089481A (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 日本碍子株式会社 | Exhaust system |
FR3046632A1 (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-14 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | ENGINE ASSEMBLY COMPRISING A DEVICE FOR RECOVERING THE HEAT OF EXHAUST GASES |
CN112886867A (en) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 上海海事大学 | Noise power generation device for ship engine room |
CN112886867B (en) * | 2021-01-25 | 2022-06-10 | 上海海事大学 | Noise power generation device for ship engine room |
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