(57)【要約】【課題】蒸発側連結部が振動により破損することを抑制できる排熱回収器を提供する。【解決手段】蒸発側連結部７１の作動流体の流れ方向から見た断面において、蒸発側連結部７１に加わる振動のうちその振幅が最大となる振動方向に平行な方向の長さを第１長さＨ１、振幅が最大となる振動方向に直交する方向の長さを第２長さＨ２としたとき、第１長さＨ１および第２長さＨ２を、Ｈ１／Ｈ２≧０．９５の関係を満たすように設定する。【選択図】図１
2010019210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱流体と内部に封入された蒸発および凝縮可能な作動流体との間で熱交換を行い、前記作動流体を蒸発させる蒸発部（１）と、
前記蒸発部（１）で蒸発した前記作動流体と被加熱流体との間で熱交換を行い、前記作動流体を凝縮させる凝縮部（２）と、
前記蒸発部（１）で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部（２）に導く蒸発側連結部（７１）と、
前記凝縮部（２）で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部（１）に導く凝縮側連結部（７２）とを備える排熱回収器であって、
前記蒸発側連結部（７１）の前記作動流体の流れ方向から見た断面において、前記蒸発側連結部（７１）に加わる振動のうちその振幅が最大となる振動方向に平行な方向の長さを第１長さ（Ｈ１）、前記振幅が最大となる振動方向に直交する方向の長さを第２長さ（Ｈ２）としたとき、
前記第１長さ（Ｈ１）および前記第２長さ（Ｈ２）が、Ｈ１／Ｈ２≧０．９５の関係を満たしていることを特徴とする排熱回収器。
【請求項２】
前記第１長さ（Ｈ１）および前記第２長さ（Ｈ２）が、０．９５≦Ｈ１／Ｈ２≦１．３の関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収器。
【請求項３】
前記第１長さ（Ｈ１）および前記第２長さ（Ｈ２）が、０．９５≦Ｈ１／Ｈ２≦１．０５の関係を満たしていることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に用いられる排熱回収器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートパイプの原理を利用して車両のエンジンの排気系から排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用する排熱回収器が知られている。
【０００３】
このような排熱回収器は、エンジンの排気管内にヒートパイプの蒸発部を配設するとともに、エンジンの冷却水経路内にヒートパイプの凝縮部を配設し、排気ガスの排気熱によって冷却水を加熱している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ヒートパイプの原理を利用した熱交換器として、ループ型ヒートパイプ式熱交換器がある。これは、閉ループを形成する密閉された循環経路と、循環経路内に封入され、蒸発および凝縮可能な作動流体と、循環経路に配設され、外部からの入熱により作動流体を蒸発させる蒸発部と、蒸発部で蒸発した作動流体と外部からの被伝熱流体との間で熱交換を行う凝縮部とを備えるものである。
【０００５】
また、車両への搭載性に有利な、簡素でコンパクトな構造とするために、蒸発部と凝縮部を一体に構成した排熱回収器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、複数本のヒートパイプを有する蒸発部と凝縮部とが水平方向に隣接して配置され、蒸発部で蒸発した作動流体を凝縮部に導く蒸発側連結部と、凝縮部で凝縮した作動流体を蒸発部に導く凝縮側連結部とを備えるものである。
【特許文献１】特開昭６２−２６８７２２号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献２に記載の排熱回収器を車両の排気管に取り付ける場合、排気管が受ける振動と同等の振動を車両から受ける。したがって、排熱回収器が、排熱回収器と排気管との共振点で振動し続けた場合、蒸発側連結部に大きな負荷がかかり、蒸発側連結部が破損する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、蒸発側連結部が振動により破損することを抑制できる排熱回収器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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、蒸発側連結部（７１）の作動流体の流れ方向から見た断面において、蒸発側連結部（７１）に加わる振動のうちその振幅が最大となる振動方向に平行な方向の長さを第１長さ（Ｈ１）、振幅が最大となる振動方向に直交する方向の長さを第２長さ（Ｈ２）としたとき、第１長さ（Ｈ１）および第２長さ（Ｈ２）が、Ｈ１／Ｈ２≧０．９５の関係を満たしていることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、後述する図３に示すように、蒸発側連結部（７１）の固有振動数を、排気管（１０）の振動周波数域（〜２００Ｈｚ）に含まれないようにすることができる。このため、蒸発側連結部（７１）が排気管（１０）の縦振動、すなわち蒸発側連結部（７１）に加わる振動のうちその振幅が最大となる振動方向の振動と共振することを防止できる。これにより、蒸発側連結部（７１）が振動により破損することを抑制できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、第１長さ（Ｈ１）および第２長さ（Ｈ２）が、０．９５≦Ｈ１／Ｈ２≦１．３の関係を満たしていることを特徴としている。
【００１１】
Ｈ１／Ｈ２が１．３より大きくなると、蒸発側連結部（７１）が排気管（１０）の横振動、すなわち縦振動に直交する方向の振動と共振し易くなる。このため、蒸発側連結部（７１）を、０．９５≦Ｈ１／Ｈ２≦１．３の関係を満たすように設定することで、発側連結部（７１）が排気管（１０）の縦振動と共振することを防止しつつ、発側連結部（７１）が排気管（１０）の横振動と共振することを防止できる。これにより、蒸発側連結部（７１）が振動により破損することを確実に抑制できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、第１長さ（Ｈ１）および第２長さ（Ｈ２）を、０．９５≦Ｈ１／Ｈ２≦１．０５の関係を満たすように設定することで、発側連結部（７１）が排気管（１０）の縦振動と共振することを防止しつつ、発側連結部（７１）が排気管（１０）の横振動と共振することを確実に防止できる。これにより、蒸発側連結部（７１）が振動により破損することをより確実に抑制できる。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の排熱回収器は、車両のエンジン（内燃機関）の排気系から排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用するものである。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る排熱回収器を示す概略断面図である。図１に示すように、本実施形態の排熱回収器は、エンジン（図示せず）の排気ガスが流通する排気管１０に取り付けられている。また、排熱回収器は、蒸発部１と凝縮部２とを備えている。
【００１６】
蒸発部１は、排気管１０内に設けられている。また、蒸発部１は、排気ガスと後述する作動流体との間で熱交換を行い、作動流体を蒸発させるようになっている。なお、排気ガスが本発明の加熱流体に相当している。
【００１７】
凝縮部２は、排気通路の外部に設けられており、図示しないエンジンの冷却水経路内に配置される筐体２０内に設けられている。また、凝縮部２は、蒸発部１で蒸発した作動流体とエンジン冷却水との間で熱交換を行い、作動流体を凝縮させるようになっている。なお、冷却水が本発明の被加熱流体に相当している。
【００１８】
次に、蒸発部１の構成について説明する。
【００１９】
蒸発部１は、複数本の蒸発側ヒートパイプ３ａと、蒸発側ヒートパイプ３ａの外表面に接合されたコルゲートフィン４ａとを有している。蒸発側ヒートパイプ３ａは、排気ガス流れ方向（図１の紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように複数本平行に配置されている。
【００２０】
蒸発部１において、蒸発側ヒートパイプ３ａの長手方向の両端部には、蒸発側ヒートパイプ３ａの積層方向に延びて、全ての蒸発側ヒートパイプ３ａと連通する蒸発側ヘッダ５ａがそれぞれ設けられている。ここで、蒸発側ヘッダ５ａのうち、蒸発側ヒートパイプ３ａの上端側に配置される蒸発側ヘッダ５ａを第１蒸発側ヘッダ５１ａといい、蒸発側ヒートパイプ３ａの下端側に配置される蒸発側ヘッダ５ａを第２蒸発側ヘッダ５２ａという。
【００２１】
次に、凝縮部２の構成について説明する。
【００２２】
凝縮部２は、複数本の凝縮側ヒートパイプ３ｂと、凝縮側ヒートパイプ３ｂの外表面に接合されたコルゲートフィン４ｂとを有している。凝縮側ヒートパイプ３ｂは、排気ガス流れ方向が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように複数本平行に配置されている。
【００２３】
凝縮部２において、凝縮側ヒートパイプ３ｂの長手方向の両端部には、凝縮側ヒートパイプ３ｂの積層方向に延びて、全ての凝縮側ヒートパイプ３ｂと連通する凝縮側ヘッダ５ｂがそれぞれ設けられている。ここで、凝縮側ヘッダ５ｂのうち、凝縮側ヒートパイプ３ｂの上端側に配置される凝縮側ヘッダ５ｂを第１凝縮側ヘッダ５１ｂといい、凝縮側ヒートパイプ３ｂの下端側に配置される凝縮側ヘッダ５ｂを第２凝縮側ヘッダ５２ｂという。
【００２４】
また、第２凝縮側ヘッダ５２ｂ内には、弁機構６が配設されている。弁機構６は、凝縮側ヒートパイプ３ｂと、第２蒸発側ヘッダ５２ａとを接続する流路を形成するとともに、蒸発側ヒートパイプ３ａの内圧（作動流体の圧力）に応じて流路を開閉するダイアフラム式の開閉手段となっている。具体的には、弁機構６は、通常の開弁状態から、所定の作動流体温度において内圧が上昇して第１所定圧力を超えると閉弁し、逆に内圧が低下して、第１所定圧力より低い第２所定圧力を下回ると、再び開弁するように構成されている。
【００２５】
また、蒸発側ヘッダ５ａと凝縮側ヘッダ５ｂは、筒状の連結部７を介して連通状態に接続されている。そして、蒸発側、凝縮側ヒートパイプ３ａ、３ｂ、蒸発側、凝縮側ヘッダ５ａ、５ｂおよび連結部７によって閉ループが形成されており、これらの内部に水やアルコール等の蒸発および凝縮可能な作動流体が封入されている。これにより、作動流体は蒸発部１および凝縮部２を循環するようになっている。
【００２６】
ここで、２つの連結部７のうち、上方側に配置され、第１蒸発側ヘッダ５１ａと第１凝縮側ヘッダ５１ｂとを接続し、蒸発部１で蒸発した作動流体を凝縮部２に導くものを蒸発側連結部７１という。また、２つの連結部７のうち、下方側に配置され、第２蒸発側ヘッダ５２ａと第２凝縮側ヘッダ５２ｂとを接続し、凝縮部２で凝縮された作動流体を蒸発部１に導くものを凝縮側連結部７２という。
【００２７】
第１凝縮側ヘッダ５１ｂは、排熱回収器が水平状態の車両に搭載された際に、第１蒸発側ヘッダ５１ａと鉛直方向において同一位置になるように配置されている。一方、第２凝縮側ヘッダ５２ｂは、排熱回収器が水平状態の車両に搭載された際に、第２蒸発側ヘッダ５２ａより上方側になるように配置されている。なお、凝縮側連結部７２の蒸発部１側の端部は、複数の蒸発側ヒートパイプ３ａのうち最も凝縮部２に近い側のヒートパイプ３０ａに接続されている。
【００２８】
したがって、蒸発側連結部７１は水平方向と平行に延びており、凝縮側連結部７２は水平方向に対して傾斜した方向に延びている。このため、蒸発側連結部７１内の作動流体の流れ方向は、水平方向に一致している。また、凝縮側連結部７２内の作動流体の流れ方向は、水平方向に対して傾斜している。
【００２９】
ところで、本実施形態の排熱回収器は、エンジンの排気管１０に取り付けられているので、排気管１０から振動を受ける。このとき、排熱回収器に加わる振動のうちその振幅が最大となる方向は、鉛直方向に一致している。以下、排熱回収器に加わる振動のうちその振幅が最大となる方向の振動を縦振動ともいい、縦振動の振動方向に直交する方向の振動を横振動ともいう。
【００３０】
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、蒸発側連結部７１は、作動流体の流れ方向から見た断面が矩形状となるように形成されている。
【００３１】
ここで、蒸発側連結部７１の作動流体の流れ方向から見た断面において、排熱回収器の蒸発側連結部７１に加わる振動のうちその振幅が最大となる振動方向に平行な方向（以下、振動方向Ｘという）の長さを第１長さＨ１とし、振動方向Ｘに直交する方向（以下、直交方向Ｙという）の長さを第２長さＨ２とする。
【００３２】
本実施形態では、蒸発側連結部７１内の作動流体の流れ方向が水平方向に一致しているので、振動方向Ｘは鉛直方向に一致しており、直交方向Ｙは水平方向に一致している。以下、蒸発側連結部７１の第１長さＨ１に対する第２長さＨ２の比を、縦横比Ｈ１／Ｈ２という。
【００３３】
図３は、蒸発側連結部７１の縦横比Ｈ１／Ｈ２と固有振動数との関係を示す特性図である。図３に示すように、縦横比Ｈ１／Ｈ２が０．９５以上になるように、蒸発側連結部７１の第１長さＨ１および第２長さＨ２を設定することで、蒸発側連結部７１の断面二次モーメントを大きくし、蒸発側連結部７１の固有振動数を２００Ｈｚ以上にすることができる。
【００３４】
通常走行中の車両の排気管１０に発生しうる振動（縦振動）の周波数域（以下、排気管振動周波数域という）は、２００Ｈｚより低い範囲内となる。したがって、縦横比Ｈ１／Ｈ２が０．９５以上になるように、蒸発側連結部７１の第１長さＨ１および第２長さＨ２を設定することで、蒸発側連結部７１の固有振動数を、排気管振動周波数域に含まれないようにすることができる。これにより、蒸発側連結部７１が排気管１０の縦振動と共振することを防止できるので、蒸発側連結部７１が振動により破損することを抑制できる。
【００３５】
また、縦横比Ｈ１／Ｈ２が１．３より大きくなると、蒸発側連結部７１が排気管１０の横振動と共振し易くなる。このため、蒸発側連結部７１の第１長さＨ１および第２長さＨ２を、縦横比Ｈ１／Ｈ２が０．９５以上、１．３以下の範囲内となるように設定することで、発側連結部７１が排気管１０の縦振動と共振することを防止しつつ、蒸発側連結部７１が排気管１０の横振動と共振することを防止できる。これにより、蒸発側連結部７１が振動により破損してしまうことを確実に抑制できる。
【００３６】
さらに、蒸発側連結部７１の第１長さＨ１および第２長さＨ２を、縦横比Ｈ１／Ｈ２が０．９５以上、１．０５以下の範囲内となるように設定することで、発側連結部７１が排気管１０の縦振動と共振することを防止しつつ、発側連結部７１が排気管１０の横振動と共振することを確実に防止できる。これにより、蒸発側連結部７１が振動により破損してしまうことをより確実に抑制できる。
【００３７】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、蒸発側連結部７１が、作動流体の流れ方向から見た断面が矩形状となるように形成されているが、これに限られない。例えば、蒸発側連結部７１の作動流体の流れ方向から見た断面は、楕円状（図４（ａ）に示す形状）であってもよい。この場合、蒸発側連結部７１にかかる応力を緩和することができる。また、蒸発側連結部７１の作動流体の流れ方向から見た断面は、正円状（図４（ｂ）に示す形状）であってもよいし、半楕円状（図４（ｃ）に示す形状）であってもよいし、台形状（図４（ｄ）に示す形状）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る排熱回収器を示す概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】蒸発側連結部７１の縦横比Ｈ１／Ｈ２と固有振動数との関係を示す特性図である。
【図４】他の実施形態における蒸発側連結部７１を作動流体の流れ方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      蒸発部
２      凝縮部
３０    接続流路
７１    蒸発側連結部
７２    凝縮側連結部
【図１】
2010019210.tif 000003
【図２】
2010019210.tif 000004
【図３】
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【図４】
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