(57)【要約】【課題】内燃機関１の排気熱回収装置１８において、内燃機関１の排気熱を利用して、内燃機関１の排気通路４に設けられる触媒５の昇温促進処理と、内燃機関１の冷却水の昇温促進処理とを行えるようにしたうえで、前記触媒の昇温促進処理を前記冷却水の昇温促進処理より優先的に行えるようにし、内燃機関１の冷間始動時等におけるエミッション低減を可能にする。【解決手段】排気熱回収装置１８は、触媒５より下流側の排気熱で触媒５を加熱するための第１熱循環経路４０と、触媒５より下流側の排気熱で内燃機関１の冷却水を加熱するための第２熱循環経路５０とを有し、第１熱循環経路４０での熱循環が、第２熱循環経路５０での熱循環よりも先に開始されるように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気熱を回収して内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進するための第１熱循環経路と、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進するための第２熱循環経路とを有し、
前記第１熱循環経路での熱循環が、前記第２熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気熱回収装置において、
前記第２熱循環経路での熱循環開始時期は、前記触媒の温度が活性化温度に到達したときとされる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気熱回収装置において、
前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、
前記第２熱循環経路は、前記受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、
かつ、前記受熱部は、作動流体が封入されかつ作動流体の液面が気化に伴い低下する容器を有し、
前記第１移送路は、前記受熱部の容器において低温時の作動流体の液面より鉛直方向上側に連結され、前記第２移送路は、前記受熱部の容器において前記第１移送路の連結位置よりも鉛直方向下側に連結される、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の排気熱回収装置において、
前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第１受熱部と、この第１受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、
前記第２熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、
かつ、前記第１受熱部は、前記第２受熱部よりも排気ガス排出方向の上流側に配置される、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の排気熱回収装置において、
前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第１受熱部と、この第１受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、
前記第２熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、
かつ、前記排気通路において触媒より下流側領域には、大径部が設けられ、この大径部の内部に小径管が挿入されていて、この小径管の入口には流量制御弁が設けられ、
前記第１受熱部は、前記小径管の内部に排気ガスが横切るように設けられ、前記第２受熱部は、前記大径部と小径管との間の環状空間に排気ガスが横切るように設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項６】
請求項４または５のいずれか１つに記載の排気熱回収装置において、
前記第２熱循環経路には、非凝縮ガスが封入される、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１つに記載の排気熱回収装置において、
前記第１移送路および第１還流路と、前記第２移送路および第２還流路との少なくとも一方が、円筒形部材の内周面に毛細管構造のウィックが設けられるヒートパイプとされる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか１つに記載の排気熱回収装置において、
前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第２放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進可能にするとともに、内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進可能にする排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の車両に搭載される内燃機関の排気ガスの熱を、ヒートパイプでもって回収し、触媒の活性化を促進させるためや、内燃機関の暖機運転を促進させるとともに、早期暖房を可能とするため等に利用することが知られている（例えば特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１に係る従来例は、ヒートパイプの一端を、内燃機関の排気通路において触媒装置より下流側に取り付けて加熱部（受熱部に相当）とするとともに、ヒートパイプの他端を、排気通路において触媒装置より上流側に取り付けて冷却部（放熱部に相当）とし、触媒装置よりも上流側の排気ガスを加熱昇温させることで、触媒装置を間接的に昇温させるような構成になっている。
【０００４】
この従来例に示すヒートパイプは、その内部空間に純水等の作動流体を封入し、一端側を加熱して作動流体を蒸発させることで他端側に送り、他端側で蒸気からなる作動流体の熱を放出させることで凝縮させて一端側へ戻すような構成になっている。
【０００５】
特許文献２に係る従来例は、内燃機関の排気通路の排気熱を回収して作動流体を蒸発させる蒸発部（受熱部に相当）と、この蒸発させた作動流体を凝縮させる凝縮部（放熱部に相当）とを隣り合わせに配置した状態で一体化し、それらを閉ループに連通連結した構成の排熱回収装置であり、前記凝縮部に内燃機関の冷却水流路の一部を近接配置させることにより、この冷却水と気体状の作動流体との間で熱交換を行わせるようにしている。
【０００６】
この従来例では、蒸発部と凝縮部とを隣り合わせに一体化した構成の排熱回収装置が用いられており、この排熱回収装置の蒸発部を排気通路に横切らせるように配置するようになっている。
【０００７】
この他、ループ式ヒートパイプの受熱部と凝縮部（放熱部に相当）とを離隔配置した排熱回収装置として、例えば特許文献３が知られている。
【０００８】
この特許文献３に係る従来例では、内燃機関の排気通路において触媒より下流側にループ式ヒートパイプの受熱部を設置し、内燃機関の冷却水を一旦引き出してから戻す冷却水通路の途中に設置される温風ヒータのヒータコアの近傍に、前記ループ式ヒートパイプの凝縮部を設置した構成になっている。
【特許文献１】実開昭６３−２２３２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３０４号公報
【特許文献３】実開平２−７６５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来例の排気熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスを利用して、内燃機関の排気通路に設置される触媒を昇温させるための熱循環経路と、内燃機関の冷却水を昇温させるための熱循環経路とのうちの片方しか備えておらず、両方を併せ持つものがない。
【００１０】
本願発明者は、前記したような加熱対象の異なる２系統の熱循環経路を備える排気熱回収装置を開発することに鋭意研究しているが、２系統の熱循環経路を設けた場合についての利用形態について工夫の余地があると考え、本発明を提案するに至った。
【００１１】
このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の排気熱回収装置において、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを行えるようにしたうえで、前記触媒の昇温促進処理を前記冷却水の昇温促進処理より優先的に行えるようにし、内燃機関の冷間始動時等におけるエミッション低減を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進するための第１熱循環経路と、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進するための第２熱循環経路とを有し、前記第１熱循環経路での熱循環が、前記第２熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴としている。
【００１３】
この構成では、第１熱循環経路での熱循環開始から第２熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けることにより、内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用して触媒の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関の暖機運転を促進させるようにしている。
【００１４】
このように、例えば内燃機関を冷間始動する場合に、触媒の暖機が優先的に行われるので、当該触媒を可及的速やかに活性化させることが可能になって、エミッション低減を図るうえで有利となる。
【００１５】
好ましくは、前記第２熱循環経路での熱循環開始時期は、前記触媒の温度が活性化温度に到達したときとされる。この熱循環開始の基準値となる触媒の温度については、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加味する場合も含まれる。
【００１６】
このような特定により、内燃機関の暖機運転中におけるエミッションが低減しやすくなる。
【００１７】
好ましくは、前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、また、前記第２熱循環経路は、前記受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、かつ、前記受熱部は、作動流体が封入されかつ作動流体の液面が気化に伴い低下する容器を有し、前記第１移送路は、前記受熱部の容器において低温時の作動流体の液面より鉛直方向上側に連結され、前記第２移送路は、前記受熱部の容器において前記第１移送路の連結位置よりも鉛直方向下側に連結される。
【００１８】
ここでは、第１、第２熱循環経路の構成を特定することにより、第１熱循環経路での熱循環開始から第２熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けるようにしている。
【００１９】
この構成では、単一の受熱部内で気化される作動流体が、まず第１移送路を経て第１放熱部に移送されるようになり、その後、適宜遅延して第２移送路を経て第２放熱部に移送されるようになる。つまり、受熱部の容器内に封入されている作動流体の気化が進行して内圧が上昇することによって、受熱部の容器内における作動流体の液面が低下することで、第２移送路を開放させるようになっており、いわば作動流体が第２移送路の開度を調整する弁として機能するようになっている。
【００２０】
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いないようにしているうえ、単一の受熱部を２つの熱循環経路の排気熱回収部分として共通利用する形態にしているから、排気熱回収装置の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
【００２１】
ところで、第２熱循環経路での熱循環を開始させるタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときとすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。したがって、触媒の温度が活性化温度に到達したときに、受熱部内の作動流体の液面が第２移送路を開放させる位置とするように、諸条件が設定される。
【００２２】
好ましくは、前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第１受熱部と、この第１受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、また、前記第２熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、かつ、前記第１受熱部は、前記第２受熱部よりも排気ガス排出方向の上流側に配置される。
【００２３】
ここでは、第１、第２熱循環経路の構成を特定したうえで、第１、第２受熱部の設置場所を特定することにより、第１熱循環経路での熱循環開始から第２熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けるようにしている。
【００２４】
この構成では、排気管を流通する排気ガスの熱が、まず第１受熱部で回収されることになり、この後、第１受熱部で回収しきれなかった排気ガスの熱が第２受熱部で回収されることになる。
【００２５】
これにより、第１受熱部の受熱量が多くなって、第２受熱部の受熱量が少なくなるので、第１受熱部内の作動流体が第２受熱部内の作動流体よりも先に気化されることになり、結果的に、第１熱循環経路での熱循環が、前記第２熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるようになる。
【００２６】
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いないようにしているから、排気熱回収装置の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
【００２７】
ところで、第２熱循環経路での熱循環を開始させるタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときとすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。したがって、この触媒の温度が活性化温度に到達したときに、第２受熱部内の作動流体が気化し始めるように、当該気化に必要な諸条件が設定される。
【００２８】
好ましくは、前記第１熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第１受熱部と、この第１受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とで形成され、また、前記第２熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とで形成され、かつ、前記排気通路において触媒より下流側領域には、大径部が設けられ、この大径部の内部に小径管が挿入されていて、この小径管の入口には流量制御弁が設けられ、前記第１受熱部は、前記小径管の内部に排気ガスが横切るように設けられ、前記第２受熱部は、前記大径部と小径管との間の環状空間に排気ガスが横切るように設けられる。
【００２９】
ここでは、第１、第２熱循環経路の構成を特定している。そして、第１、第２受熱部に対する排気ガスの流入タイミングを流量制御弁の開閉によって制御することにより、第１熱循環経路での熱循環開始から第２熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けるようにしている。
【００３０】
この構成では、流量制御弁を開放すると、排気通路において触媒を通過した排気ガスは小径管に流入することになり、それによって排気ガスの熱が第１受熱部で回収されることになる。一方、流量制御弁を閉塞すると、排気ガスを大径部と小径管との間の環状空間に流入することになり、それによって排気ガスの熱が第２受熱部で回収されるようになる。
【００３１】
つまり、例えば内燃機関の冷間始動時等において、内燃機関から排出される排気ガスの熱を第１受熱部で回収させるようにし、その後、所定時間遅延させてから、排気ガスを大径部と小径管との間の環状空間に流入させるようにして、当該排気ガスの熱を第２受熱部で回収させるようにすることができる。
【００３２】
このように、第１受熱部が排気熱を回収してから所定時間遅延して第２受熱部で排気熱を回収させるようになっているので、第１受熱部内の作動流体が第２受熱部内の作動流体よりも先に気化されることになり、結果的に、第１熱循環経路での熱循環が、前記第２熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるようになる。
【００３３】
ところで、第２熱循環経路での熱循環を開始させるタイミング、つまり流量制御弁を閉塞するタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときに例えばコントローラなどによって流量制御弁を制御させるようにすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。
【００３４】
好ましくは、前記第２熱循環経路には、非凝縮ガスが封入される。
【００３５】
この構成では、非凝縮ガスが蒸発しないので、内燃機関の始動後、第２受熱部内で気化された作動流体によって非凝縮ガスが第２放熱部へ移送されることになる。
【００３６】
ここで、第２受熱部の受熱量が少なく、蒸気圧力が低い状況では、第２放熱部内の非凝縮ガスが圧縮されにくいので、第２放熱部において非凝縮ガスが占める割合が大きくなっていて、気相状態の作動流体の放熱面積が小さくなっている。そのため、第２放熱部内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が少なくなるので、第２放熱部による内燃機関の冷却水加熱能力が低くなる。
【００３７】
その一方で、時間経過に伴い第２受熱部の受熱量が多くなって、蒸気圧力が高くなると、第２放熱部内の非凝縮ガスが圧縮されるようになるので、第２放熱部内において非凝縮ガスが圧縮の占める割合が小さくなる。そのため、第２放熱部内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が多くなるので、第２放熱部による内燃機関の冷却水加熱能力が高くなる。
【００３８】
このように、非凝縮ガスを利用することにより、第２放熱部による加熱能力を時間経過に応じて漸増させる形態にしている場合、第１熱循環経路での熱循環開始から前記第２熱循環経路での熱循環開始までのタイムラグを可及的に長く設定することが可能になる。
【００３９】
なお、前記第２放熱部による冷却水加熱能力の漸増割合は、前記非凝縮ガスの封入量等によって任意に調整することが可能であり、そのために、内燃機関の冷却水の暖機開始タイミングや、その暖機開始から終了までに要する時間を必要に応じて調整することが可能になる。
【００４０】
好ましくは、前記第１移送路および第１還流路と、前記第２移送路および第２還流路との少なくとも一方が、円筒形部材の内周面に毛細管構造のウィックが設けられるヒートパイプとされる。
【００４１】
この構成では、受熱部と放熱部とを連通連結する配管構造が簡素となり、その設置の自由度が増すことになる。
【００４２】
好ましくは、前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第２放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される。
【００４３】
ここでは、要するに、内燃機関から排気通路への振動伝達が、振動伝達減衰手段により減衰されるようになっており、排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域に受熱部（第１、第２受熱部）と第１、第２放熱部とを設置するようにしている。
【００４４】
これはつまり、排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域が振動すると、受熱部と第１、第２放熱部とがすべて略同期して動くことになるので、それらに連通連結される第１、第２移送路や第１、第２還流路の付け根に、前記振動による曲げ応力が作用しにくくなることを意味している。
【００４５】
そのため、第１、第２移送路や第１、第２還流路が経時的な疲労破損を起こしにくくなる等、長寿命化を達成することが可能になる。ここで、前記曲げ応力が作用するようになっている場合では、第１、第２移送路や第１、第２還流路の板厚や外径サイズを大きくして剛性アップを図ったり、あるいは第１、第２移送路や第１、第２還流路をフレキシブルパイプで形成したりするといった対策が必要になるが、本発明の場合には、そのような対策が不要となる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の排気熱回収装置では、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを行えるようにしたうえで、前記触媒の昇温促進処理を前記冷却水の昇温促進処理より優先的に行えるようにしている。これにより、内燃機関の冷間始動時等におけるエミッションを可及的に低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１から図４に本発明の第１実施形態を示している。この実施形態では、車両に搭載される内燃機関に適用される排気熱回収装置を例に挙げている。
【００４８】
図１を参照して、排気熱回収装置の概略構成を説明する。図中、１は水冷式の内燃機関であり、この内燃機関１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合してなる混合気を内燃機関１の燃焼室に供給して燃焼させた後、燃焼室内の排気ガスを排気系から大気放出させるようになっている。
【００４９】
排気系は、内燃機関１に取り付けられるエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して接続される排気管４とを少なくとも有する構成である。エキゾーストマニホールド２と排気管４とが、排気通路を構成している。
【００５０】
球面継手３は、図２に示すように、エキゾーストマニホールド２の下流側開口端に設けられた径方向外向きの平坦フランジ３ａと、排気管４の上流側開口端に設けられた半球状フランジ３ｂと、平坦フランジ３ａと半球状フランジ３ｂとの間に挟持されたガスケット３ｃと、平坦フランジ３ａと半球状フランジ３ｂとを締結するためのボルト３ｄおよびナット３ｅと、ボルト３ｄと平坦フランジ３ａとの間に圧縮状態で介装されたコイルスプリング３ｆとを含んだ構成になっている。
【００５１】
ガスケット３ｃは、平坦フランジ３ａに当たる側が平面に形成されており、半球状フランジ３ｂの内面に当たる側がそれに倣う半球面形状に形成されている。このガスケット３ｃは、コイルスプリング３ｆの弾性復元力により平坦フランジ３ａとの当接面および半球状フランジ３ｂとの当接面をシールする。エキゾーストマニホールド２と排気管４とが揺動中心３ｇを中心に互いに揺動するような外力が作用したときには、ガスケット３ｃと半球状フランジ３ｂとの間で摺動することによって、前記揺動を無理なく許容するようになっている。つまり、この球面継手３は、内燃機関１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するもので、請求項に記載の振動伝達減衰手段として機能する。
【００５２】
排気管４には、２つの触媒５，６が直列に設置されており、この２つの触媒５，６により排気ガスが浄化される。
【００５３】
これらの触媒５，６のうち、排気管４において排気ガスの流れ方向の上流側に設置される触媒５は、いわゆるスタートキャタリスト（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるもので、上流側触媒と言うことにし、一方、排気管４において排気ガスの流れ方向の下流側に設置される触媒６は、いわゆるメインキャタリスト（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスト（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるもので、下流側触媒と言うことにする。
【００５４】
これらの触媒５，６は、共に、例えば三元触媒と呼ばれるものとすることができる。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させる、浄化作用を発揮するものである。
【００５５】
そして、この実施形態では、上流側触媒５について、その外装ケース（符号省略）が円筒形でかつその一端側および他端側の外径が端縁へ向けて漸次小さくなるテーパ形状に形成されており、この外装ケースの円筒形部分に図示していないが触媒担体が収納されている。
【００５６】
内燃機関１には、その内部に封入されるロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷媒（以下、単に冷却水と言う）が冷却水取り出し路８から一旦取り出されてラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水還流路９を経て内燃機関１に戻される。ラジエータ７は、ウォータポンプ１０によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。
【００５７】
そして、サーモスタット１１によってラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス流路１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。例えば暖機時においてはバイパス流路１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進され、ラジエータ７による冷却水の過冷却が防止される。
【００５８】
冷却水取り出し路８から分岐されて冷却水還流路９においてウォータポンプ１０の上流側に接続されるヒータ流路１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、前記の冷却水を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室１７内に導入されるようになっている。なお、前記のヒータコア１４とブロアファン１５とで温風ヒータ１６が構成されている。ヒータ流路１３においてヒータコア１４より下流側領域を流れる冷却水の温度は、ヒータコア１４からの放熱により低温になる。
【００５９】
このような構成の内燃機関１の排気系には、排気熱回収装置１８が付設されている。
【００６０】
この排気熱回収装置１８は、内燃機関１から排出される排気ガスの熱を取り込んで例えば上流側触媒５の昇温を促進させる処理や、上流側触媒５の熱を取り込んでヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水の昇温を促進させる処理を行うことを可能としたもので、主として、単一の受熱部２１、第１放熱部２２、第２放熱部２３、第１移送路２４、第１還流路２５、第２移送路２６、第２還流路２７を含む構成とされている。
【００６１】
なお、受熱部２１と第１放熱部２２と第１移送路２４と第１還流路２５とが第１熱循環経路４０（図１および図３の実線矢印参照）を形成し、また、受熱部２１と第２放熱部２３と第２移送路２６と第２還流路２７とが第２熱循環経路５０（図１および図３の一点鎖線矢印参照）を形成するようになっている。
【００６２】
このように、２つの熱循環経路４０，５０に単一の受熱部２１を共通で使用する形態になっている。
【００６３】
これらの主要構成要素は、後で詳細に説明するが、その内部には、真空状態とされた状態で作動流体が封入されている。この作動流体は、例えば純水等とされる。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、主要構成要素内を減圧（例えば０．０１気圧）しているため、沸点は、例えば５〜１０℃となる。なお、作動流体は、純水の他に、例えばアルコール、フロロカーボン、フロン等とすることが可能である。また、これらの主要構成要素は、例えば高耐食性を備えるステンレス材で形成されている。
【００６４】
次に、主要構成要素について、図３を参照して詳細に説明する。
【００６５】
受熱部２１は、排気管４において下流側触媒６より下流側に設置されており、内部に封入される液状の作動流体が排気熱を受けて蒸発することにより気化熱として熱を取り込むように構成されている。
【００６６】
具体的に、受熱部２１は、排気管４に対してその排気ガス通過方向と直交する方向に設置されるものであって、矩形状のタンク２１ａ内に複数の縦長の貫通窓２１ｂ・・・を設けて、この貫通窓２１ｂ内にフィン２１ｃ・・・を接合配置させたような構成になっている。
【００６７】
前記貫通窓２１ｂ・・・が、排気管４内を流通する排気ガスの流通路になっている。この対向隙間に配置されるフィン２１ｃは、前記対向隙間を通過する排気ガスとの熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン２１ｃとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって波形に成形したものである。要するに、排気ガスの熱をフィン２１ｃが吸収してタンク２１ａ内の作動流体を加熱、気化させるようになっている。
【００６８】
第１放熱部２２は、上流側触媒５の外径側に付設されており、受熱部２１から移送される蒸気からなる作動流体でもって、上流側触媒５を加熱させることで作動流体を凝縮させるように構成されている。
【００６９】
具体的に、第１放熱部２２は、上流側触媒５を包囲して単一の内部環状空間を形成する単一のケース２２ａと、上流側触媒５の排気ガス導入部５ｄの外径側に設けられるフィン２２ｂ・・・とを含んだ構成とすることができる。
【００７０】
ケース２２ａは、中空スリーブの内径側を開放させた形状とされている。フィン２２ｂは、上流側触媒５の外装ケース５ｂの外径側に径方向外向きに突出するように接合されている。
【００７１】
このフィン２２ｂは、この実施形態において、ケース２２ａの内部空間を通過する蒸気からなる作動流体との熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン２２ｂとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって円周方向に波形に成形したものである。
【００７２】
第２放熱部２３は、上流側触媒５と球面継手３との間で球面継手３寄りに付設されており、第１放熱部２２から移送される蒸気からなる作動流体でもって、ヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水を加熱させることにより作動流体を凝縮させるように構成されている。
【００７３】
具体的に、第２放熱部２３は、内部が密閉されたケース２３ａに第２移送路２６の下流端および第２還流路２７の上流端がそれぞれ接続された構成になっている。このケース２３ａの内部空間には、ヒータ流路１３においてヒータコア１４より下流側領域が挿入されている。
【００７４】
このヒータ流路１３においてケース２３ａ内に挿入される領域は、その外周にフィン１３ａが設けられており、熱交換面積が拡大されている。動作としては、要するに、この第２放熱部２３に、受熱部２１で気化される作動流体が第２移送路２６を経て移送されてくると、この作動流体の熱がフィン１３ａで吸収されて、この吸収された熱がヒータ流路１３内を流通する冷却水を加熱するようになっている。
【００７５】
第１移送路２４は、受熱部２１で気化された作動流体を第１放熱部２２へ移送するための配管である。
【００７６】
第１還流路２５は、第１放熱部２２で凝縮された作動流体を受熱部２１へ戻すための配管である。
【００７７】
第２移送路２６は、受熱部２１で気化された作動流体を第２放熱部２３へ移送するための配管である。
【００７８】
第２還流路２７は、第２放熱部２３で凝縮された作動流体を受熱部２１へ戻すための配管である。
【００７９】
なお、第１移送路２４は、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）の近傍に沿うように適宜のクリアランスを介して配置されている。
【００８０】
具体的に、第１移送路２４と、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）との離隔距離は、第１移送路２４内を移送される蒸気からなる作動流体を凝縮させない温度を保つのに必要な寸法とすることができる。その寸法は、第１移送路２４の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。
【００８１】
このような第１移送路２４の配置を実現するために、第１移送路２４の途中の複数箇所（この実施形態では２箇所）を、下流側触媒６の外壁等に対し、ブラケット２９を介して支持させている。このブラケット２９は、熱伝導性の高い材料（例えばステンレス鋼等）とすることが好ましい。
【００８２】
また、第１還流路２５は、前記した第１移送路２４とは逆に、第１還流路２５を流れる液状の作動流体が再び気化することがないように排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）や第１移送路２４から可及的に遠くへ離れた位置に配置されている。しかも、この第１還流路２５は、凝縮されて液状となった作動流体を受熱部２１へ還流させやすくするために適宜の下り勾配がつけられている。
【００８３】
具体的に、第１還流路２５と、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）との離隔距離は、排気通路側からの輻射熱によって第１還流路２５を流れる液状の作動流体が再蒸発しない状態を保つのに必要な寸法とすることができる。その寸法は、第１還流路２５の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。また、前記の下り勾配は、例えば６度程度とすることができるが、任意である。
【００８４】
但し、第２移送路２６は、第１移送路２４と同様に、排気管４に近接させるように配置することも可能であるが、この実施形態では、第２放熱部２３を第１放熱部２２に近い位置に配置している関係より、特別に排気管４に近接させるように配置していない。
【００８５】
また、第２還流路２７は、第１還流路２５と同様に、排気管４から可及的に遠くへ離れた位置に配置されている。しかも、第２還流路２７は、凝縮されて液状となった作動流体を受熱部２１へ還流させやすくするために適宜の下り勾配（例えば６度程度）がつけられている。
【００８６】
この実施形態では、まず第１熱循環経路４０での熱循環を優先的に開始させてから、所定の時間経過を待って第２熱循環経路５０での熱循環を開始させるように工夫している。具体的には、まず第１熱循環経路４０での熱循環を行うことにより上流側触媒５を暖機させておいて、この上流側触媒５の暖機が終了した後で第２熱循環経路５０での熱循環を行わせることにより内燃機関１から取り出される冷却水の昇温させて内燃機関１の暖機運転を終了させるとともに、温風ヒータ１６による早期暖房を可能とするようにしている。
【００８７】
このように２つの熱循環経路４０，５０での熱循環の開始タイミングをずらすために、受熱部２１に対する第１移送路２４や第２移送路２６の連結位置について、下記するように設定している。
【００８８】
具体的に、第１移送路２４は、受熱部２１のタンク２１ａの天井寄りに連結されていて、第２移送路２６は、受熱部２１のタンク２１ａの鉛直方向途中に連結されている。また、第１還流路２５および第２還流路２７は、共に、受熱部２１のタンク２１ａの底寄りに連結されている。
【００８９】
ここで、上述した排気熱回収装置１８の動作を説明する。
【００９０】
例えば内燃機関１を冷間始動する場合、上流側触媒５および下流側触媒６、内燃機関１の冷却水のすべてが低温になっているが、内燃機関１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に例えば３００〜４００℃の排気ガスが排出されることになり、この排気ガスで２つの触媒５，６が内部から加熱されることになる一方、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス流路１２を経て内燃機関１へ戻されることによって暖機運転されることになる。
【００９１】
この内燃機関の冷間始動において、初期段階には、排気ガスによって受熱部２１内の作動流体が加熱されるものの、受熱部２１内での作動流体の気化（蒸発）量が少ないので、その液面は、高いままである。
【００９２】
ここで、例えば図３に示すように、第１移送路２４において受熱部２１との連結口が作動流体の液面から上に露呈されていて、第２移送路２６において受熱部２１との連結口が作動流体内に浸かって塞がれている状態であれば、受熱部２１内で気化された作動流体が第１移送路２４のみを経て第１放熱部２２へ移送されるようになる。
【００９３】
これにより、第１放熱部２２内では、気相状態の作動流体と上流側触媒５との間で熱交換が行われることになり、上流側触媒５が外側から加熱されることになる。
【００９４】
この状態では、要するに、上流側触媒５が排気ガスで内側から加熱されると同時に、下流側触媒６を通過した排気ガスの熱を回収して上流側触媒５が外側から加熱されるようになるので、上流側触媒５の昇温が促進されることになり、可及的に速やかに活性化されることになる。なお、上流側触媒５の昇温に伴い、その排気ガスの浄化作用によりその下流側の下流側触媒６も昇温されることになる。
【００９５】
このような熱交換により第１放熱部２２内では作動流体が凝縮されることになるが、この凝縮された作動流体は、第１放熱部２２から第１還流路２５を経て受熱部２１に戻される。
【００９６】
ところで、前記初期段階のように、第２移送路２６において受熱部２１との連結口が作動流体内に浸かって塞がれている状態では、受熱部２１から第２放熱部２３へは気化された作動流体が移送されないので、内燃機関１の冷却水は加熱されない。
【００９７】
したがって、受熱部２１→第１移送路２４→第１放熱部２２→第１還流路２５→受熱部２１といった第１熱循環経路４０（図１および図３の実線矢印参照）での熱循環が繰り返されるが、受熱部２１→第２移送路２６→第２放熱部２３→第２還流路２７→受熱部２１といった第２熱循環経路５０（図１および図３の一点鎖線矢印参照）での熱循環は行われない。
【００９８】
そして、前記のような上流側触媒５の加熱が継続されることによって、上流側触媒５が活性化温度（例えば３００〜４００℃）にまで昇温するとともに、下流側触媒６の下流側における排気ガスの温度が昇温すると、受熱部２１内の作動流体の気化（蒸発）量が増加することになり、受熱部２１内における作動流体の液面が低下することになる。
【００９９】
この作動流体の液面の低下に伴い、例えば図４に示すように、第２移送路２６において受熱部２１との連結口が受熱部２１内の作動流体の液面から上に露呈すると、受熱部２１内で気化された作動流体が第２移送路２６を経て第２放熱部２３へ移送されるようになる。
【０１００】
これにより、第２放熱部２３内では、気相状態の作動流体とヒータ流路１３を流れる冷却水との間で熱交換が行われるようになるので、内燃機関から取り出された冷却水が第２放熱部２３で加熱されて内燃機関へ戻されることになり、内燃機関の暖機運転が促進されるようになるとともに、温風ヒータ１６による暖房の早期使用が可能になる。
【０１０１】
このような熱交換により第２放熱部２３内では作動流体が凝縮されることになるが、この凝縮された作動流体は、第２放熱部２３から第２還流路２７を経て受熱部２１に戻される。
【０１０２】
つまり、受熱部２１→第２移送路２６→第２放熱部２３→第２還流路２７→受熱部２１といった第２熱循環経路５０（図１および図３の一点鎖線矢印参照）での熱循環が繰り返されるようになる。
【０１０３】
ところで、この間、第１移送路２４において受熱部２１との連結口は受熱部２１内の作動流体の液面上に露呈されたままであるので、第１熱循環経路４０による熱循環が継続される。
【０１０４】
ここで、仮に、上流側触媒５がその活性化温度を超えて、この上流側触媒５の温度が受熱部２１の設置場所に到達する排気ガスの温度よりも高くなった場合には、上流側触媒５から発生する熱で第１放熱部２２内に移送される気相状態の作動流体が加熱されることになって内圧が上昇するので、この気相状態の作動流体が第１還流路２５を経て受熱部２１へ戻されるようになる。
【０１０５】
そのような場合には、上流側触媒５から発生する熱が作動流体を気相状態に保つことに消費されることになるとともに、第１放熱部２２から気相状態の作動流体が受熱部２１を介して第２放熱部２３へ移送されるようになる。そのために、上流側触媒５が過剰に加熱されずに済むようになって、上流側触媒５の機能低下を回避することが可能になる。
【０１０６】
以上説明したように、本発明を適用した第１実施形態では、単一の受熱部２１内で気化される作動流体を、まず第１放熱部２２に移送可能にすることにより第１熱循環経路４０での熱循環を開始させてから、適宜遅延して第２放熱部２３に移送可能にすることにより第２熱循環経路５０での熱循環を開始させるようにしている。
【０１０７】
これにより、内燃機関１に付設される上流側触媒５および下流側触媒６の暖機や、内燃機関１の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になるから、内燃機関１の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
【０１０８】
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いていないうえ、単一の受熱部２１を２つの熱循環経路４０，５０の排気熱回収部分として共通利用する形態にしているから、排気熱回収装置１８の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
（第２実施形態）
図５から図７に、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態において第１実施形態との相違は、２つの熱循環経路４０，５０それぞれに専用の受熱部２１Ａ，２１Ｂを用いるようにしながら、第１熱循環経路４０での熱循環を第２熱循環経路５０での熱循環よりも先に開始させるようにしていることである。
【０１０９】
具体的に、この実施形態では、上流側触媒５の下流側領域において上流側に第１熱循環経路４０専用の第１受熱部２１Ａを設け、この第１受熱部２１Ａの下流側に第２熱循環経路５０専用の第２受熱部２１Ｂを設けるようにしている。
【０１１０】
なお、第１受熱部２１Ａと第２受熱部２１Ｂとは、図６および図７に示すように、上記第１実施形態で例示した構成と略同様とされている。
【０１１１】
このことに加えて、２つの熱循環経路４０，５０内に封入する作動流体の種類や量を個別に調整することにより、第１受熱部２１Ａ内での作動流体の気化開始温度を、第２受熱部２１Ｂ内での作動流体の気化開始温度よりも低く設定するようにしている。
【０１１２】
このような構成では、排気ガス排出方向の上流側に設置されている第１受熱部２１Ａで排気熱が優先的に回収された後で、第１受熱部２１Ａで回収しきれなかった排気ガスの熱が排気ガス排出方向の下流側に設置されている第２受熱部２１Ｂで回収されるようになる。これにより、第１受熱部２１Ａの受熱量が多くなって、第２受熱部２１Ｂの受熱量が少なくなる。
【０１１３】
しかも、第１受熱部２１Ａ内での作動流体の気化開始温度を、第２受熱部２１Ｂ内での作動流体の気化開始温度よりも低く設定しているから、第１受熱部２１Ａ内での作動流体が第２受熱部２１Ｂ内の作動流体よりも先に気化（蒸発）されるようになる。
【０１１４】
これらのことから、第１受熱部２１Ａ内の作動流体が第２受熱部２１Ｂ内の作動流体よりも先に気化（蒸発）されることになるが、第２受熱部２１Ｂでは作動流体が気化（蒸発）されるまでに時間がかかるようになる。
【０１１５】
その結果、第１熱循環経路４０での熱循環が、第２熱循環経路５０での熱循環よりも先に開始されるようになる。つまり、内燃機関１の運転開始に伴い、まず上流側触媒５の暖機が行われることになり、この上流側触媒５の暖機終了後に、内燃機関１の冷却水の暖機が行われるように、タイムラグを設けることが可能になる。
【０１１６】
以上説明したように、本発明を適用した第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、第１熱循環経路４０での熱循環を開始させてから第２熱循環経路５０での熱循環を開始させるまでにタイムラグを設けることにより、内燃機関１から排出される排気ガスの熱を利用して上流側触媒５の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関１から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関１の暖機運転を促進させるようにしている。
【０１１７】
このように、内燃機関１に付設される上流側触媒５および下流側触媒６の暖機や、内燃機関１の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になり、内燃機関１の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
【０１１８】
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いていないから、排気熱回収装置１８の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
（第３実施形態）
図８および図９に、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態において第１実施形態との相違は、２つの熱循環経路それぞれに専用の受熱部２１Ａ，２１Ｂを用いるようにしながら、第１熱循環経路４０での熱循環を第２熱循環経路５０での熱循環よりも先に開始させるようにしていることである。
【０１１９】
この実施形態では、図８に示すように、排気管４において下流側触媒６の下流側領域が大径部４ａとされ、この大径部４ａの内部に小径管４ｂが挿入されている。このように排気管４がいわば２重管構造にされており、大径部４ａと小径管４ｂとのいずれか一方に排気ガスを選択的に流通させるために、小径管４ｂの入口には、電磁式の流量制御弁３１が設けられている。この流量制御弁３１の開度は、コントローラ３２により制御されるようになっている。
【０１２０】
小径管４ｂには、第１熱循環経路４０専用の第１受熱部２１Ａが設けられており、大径部４ａには、第２熱循環経路５０専用の第２受熱部２１Ｂが設けられている。これにより、第１受熱部２１Ａの外径側にそれを包囲するように第２受熱部２１Ｂが設置される形態になっている。
【０１２１】
第１受熱部２１Ａと第２受熱部２１Ｂとは、図９に示すように、原理的に第１実施形態で示したものと同様の構成とされる。
【０１２２】
まず、第１受熱部２１Ａは、排気管４の小径管４ｂに対してその排気ガス通過方向と直交する方向に設置されるものであって、矩形状のタンク２１ａ内に複数の縦長の貫通窓２１ｂ・・・を設けて、この貫通窓２１ｂ内にフィン２１ｃ・・・を接合配置させたような構成になっている。タンク２１ａ内には作動流体が封入される。
【０１２３】
一方、第２受熱部２１Ｂは、四角い輪のような外形のタンク２１ｄ内に複数の縦長の貫通窓２１ｅ・・・を設けて、この貫通窓２１ｂ内にフィン２１ｆ・・・を接合配置させたような構成になっている。タンク２１ｄ内には作動流体が封入される。
【０１２４】
そして、第１受熱部２１Ａが第２受熱部２１Ｂの中央孔内に嵌合装着されている。各貫通窓２１ｂ，２１ｅが、排気管４の大径部４ａや小径管４ｂ内を流通する排気ガスの流通路になっている。フィン２１ｃ，２１ｆは、前記各貫通窓２１ｂ，２１ｅを通過する排気ガスとの熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。
【０１２５】
第１移送路２４は、第１受熱部２１Ａのタンク２１ａの天井寄りに連結されていて、第１還流路２５は、第１受熱部２１Ａのタンク２１ａの底寄りに連結されている。また、第２移送路２６は、第２受熱部２１Ｂのタンク２１ｄの天井寄りに連結されていて、第２還流路２７は、第２受熱部２１Ｂのタンク２１ｄの底寄りに連結されている。
【０１２６】
なお、第１受熱部２１Ａと第２受熱部２１Ｂとの間には、小径管４ｂが介在されているので、この小径管４ｂについて、熱伝導を適宜遅延させるための熱容量部材となりうる素材、例えばステンレス鋼材等で形成することができる。さらに、図示していないが、小径管４ｂの外径側または内径側に、熱伝導を適宜遅延させるための熱容量部材を別途設けるようにしてもよい。この熱容量部材による遅延時間は、その材質や厚み等によって任意に調整することが可能であり、そのために、前記タイムラグについても、必要に応じて調整することが可能となる。
【０１２７】
このような構成における動作を説明する。
【０１２８】
まず、この内燃機関の冷間始動において、初期段階には、コントローラ３２が流量制御弁３１を開放させるように制御する。これにより、排気管４において下流側触媒６を通過した排気ガスは、その大半が小径管４ｂ内に流入することになり、この排気ガスによって第１受熱部２１Ａ内の作動流体が加熱されるようになる。
【０１２９】
この状態での時間経過に伴い、第１受熱部２１Ａ内での作動流体が気化（蒸発）することになり、この気化された作動流体が第１移送路２４を経て第１放熱部２２に移送され、これによって上流側触媒５が外径側から加熱されることになり、上流側触媒５の昇温が促進されるようになる。
【０１３０】
ここで、上流側触媒５が活性化温度にまで昇温すると、これをコントローラ３２が検知して、流量制御弁３１を閉塞させるように制御する。
【０１３１】
これにより、排気管４において下流側触媒６を通過した排気ガスは、その大半が大径部４ａと小径管４ｂとの間の空間を流れることになり、この排気ガスによって第２受熱部２１Ｂ内の作動流体が加熱されるようになる。
【０１３２】
この状態での時間経過に伴い、第２受熱部２１Ｂ内での作動流体が気化（蒸発）することになり、この気化された作動流体が第２移送路２６を経て第２放熱部２３に移送され、これによってヒータ流路１３内の冷却水が加熱されることになり、内燃機関１の暖機が促進されるようになるとともに、温風ヒータ１６による暖房の早期使用が可能になる。
【０１３３】
このように、排気管４を流通する排気ガスの熱は、まず第１受熱部２１Ａで回収されることになり、その後、第２受熱部２１Ｂで回収されるようになっている。そのため、第１受熱部２１Ａ内の作動流体が第２受熱部２１Ｂ内の作動流体よりも先に気化（蒸発）されることになるが、第２受熱部２１Ｂでは作動流体が気化（蒸発）されるまでに時間がかかるようになる。したがって、第１熱循環経路４０での熱循環が、第２熱循環経路５０での熱循環よりも先に開始されるようになる。つまり、内燃機関１の運転開始に伴い、まず上流側触媒５の暖機が行われることになり、この上流側触媒５の暖機終了後に、内燃機関１の冷却水の暖機が行われるように、タイムラグを設けることが可能になる。
【０１３４】
以上説明したように、本発明を適用した第３実施形態では、上記第１、第２実施形態と同様に、第１熱循環経路４０での熱循環を開始させてから第２熱循環経路５０での熱循環を開始させるまでにタイムラグを設けることにより、内燃機関１から排出される排気ガスの熱を利用して上流側触媒５の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関１から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関１の暖機運転を促進させるようにしている。
【０１３５】
このように、内燃機関１に付設される上流側触媒５および下流側触媒６の暖機や、内燃機関１の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になり、内燃機関１の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
【０１３６】
但し、この実施形態では、前記タイムラグについて、例えば流量制御弁３１とコントローラ３２とを用いるようにしているから、上述した第１、第２実施形態に比べると、設備コストが高くなるものの、タイムラグをより正確に管理することが可能になる点で優れている。
【０１３７】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。
【０１３８】
（１）上記各実施形態では、第２放熱部２３を球面継手３から上流側触媒５までの間に付設した例を挙げているが、第２放熱部２３の設置場所は、特に限定されるものではなく、第２放熱部２３を、排気通路（２，４）から離れた場所、例えば図１０に示すように、車室１７の近傍に設置することも可能である。
【０１３９】
この場合、第２放熱部２３と受熱部２１との離隔距離を短く設定することが可能になり、そのために、受熱部２１で気化された作動流体が第２放熱部２３への移送過程で凝縮されることを防止するうえで有利となる。
【０１４０】
（２）上記各実施形態において、第１移送路２４および第１還流路２５、あるいは第２移送路２６および第２還流路２７の代わりに、例えば図１１から図１３に示すように、いわゆるウィックタイプのヒートパイプ３１，３２を用いることが可能である。
【０１４１】
このウィックタイプのヒートパイプ３１，３２は、例えば特開平４−１４８１９３号公報や特開２００２−１９５０２３号公報等に示されているように公知であるが、図１２および図１３に示すように、円筒形部材３１ａ，３２ａの内径側に、毛細管作用により液体を一方向へ移送させるウィック３１ｂ，３２ｂを設けた構成になっている。
【０１４２】
つまり、このヒートパイプ３１，３２の場合、その円筒形部材３１ａ，３２ａの内孔が第１、第２移送路２４，２６となり、ウィック３１ｂ，３２ｂが第１、第２還流路２５，２７となる。したがって、円筒形部材３１ａ，３２ａの内孔の一端側が受熱部２１（２１Ａ，２１Ｂ）に連通連結され、円筒形部材３１ａ，３２ａの内孔の他端側が第１、第２放熱部２２，２３に連通連結される。さらに、ウィック３１ｂ，３２ｂの一端側が第１、第２放熱部２２，２３に連通連結され、ウィック３１ｂ，３２ｂの他端側が受熱部２１（２１Ａ，２１Ｂ）に連通連結される。
【０１４３】
このヒートパイプ３１，３２におけるウィック３１ｂ，３２ｂの内周面は、図１３に示すように円周方向に平坦にされている。
【０１４４】
なお、このウィック３１ｂ，３２ｂの内周面は、例えば図１４に示すように、円周数ヶ所に軸方向に沿う溝３１ｃ，３２ｃを形成することも可能である。この溝３１ｃ，３２ｃにおける鉛直方向での断面形状は、特に限定されるものではなく、いろいろな形状とすることが可能である。
【０１４５】
この場合、ウィックタイプのヒートパイプ３１，３２の内径側のウィック３１ｂ，３２ｂの表面積が大きくなるから、凝縮した作動流体の還流効率が向上するようになる。
【０１４６】
（３）上記第２、第３実施形態に示した第２熱循環経路５０には、非凝縮ガスを封入することが可能である。この非凝縮ガスとしては、公知であるが、例えば水素ガス等が挙げられる。
【０１４７】
この構成では、非凝縮ガスが蒸発しないので、内燃機関１の始動後、第２受熱部２１Ｂ内で気化された作動流体によって非凝縮ガスが第２放熱部２３へ移送されることになる。
【０１４８】
ここで、第２受熱部２１Ｂの受熱量が少なく、蒸気圧力が低い状況では、第２放熱部２３内の非凝縮ガスが圧縮されにくいので、第２放熱部２３において非凝縮ガスが占める割合が大きくなっていて、気相状態の作動流体の放熱面積が小さくなっている。そのため、第２放熱部２３内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が少なくなるので、第２放熱部２３による内燃機関１の冷却水加熱能力が低くなる。
【０１４９】
その一方で、時間経過に伴い第２受熱部２１Ｂの受熱量が多くなって、蒸気圧力が高くなると、第２放熱部２３内の非凝縮ガスが圧縮されるようになるので、第２放熱部２３内において非凝縮ガスの占める割合が小さくなる。そのため、第２放熱部２３内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が多くなるので、第２放熱部２３による内燃機関１の冷却水加熱能力が高くなる。
【０１５０】
このように、非凝縮ガスを利用することにより、第２放熱部２３による加熱能力を時間経過に応じて漸増させる形態にしている場合、第１熱循環経路４０での熱循環開始から第２熱循環経路５０での熱循環開始までのタイムラグを可及的に長く設定することが可能になる。
【０１５１】
なお、第２放熱部２３による冷却水加熱能力の漸増割合は、前記非凝縮ガスの封入量等によって任意に調整することが可能であり、そのために、内燃機関１の冷却水昇温促進処理の開始タイミングや、当該処理の開始から終了までに要する時間を必要に応じて調整することが可能になる。
【０１５２】
（４）上記各実施形態では、第２放熱部２３について温風ヒータ１６のヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水を加熱するのに用いるようにした例を挙げているが、本発明は、それに限定されるものではない。
【０１５３】
例えば第２放熱部２３により加熱する対象について、ヒータコア１４へ導入する冷却水とすることも可能である。この場合、内燃機関１の暖機運転時に温風ヒータ１６を作動させている状況において、ヒータコア１４に導入する冷却水の昇温を促進させることが可能になるから、暖機運転中でも温風ヒータ１６による早期暖房が可能になる。
【０１５４】
また、第２放熱部２３により加熱する対象について、バイパス流路１２を流通する冷却水とすることも可能である。前記のバイパス流路１２は、そもそも内燃機関１の暖機運転時等、冷却水を昇温させる必要がある場合に使用される流路である。したがって、バイパス流路１２を流れる冷却水を第２放熱部２３により昇温促進させることが可能になるから、内燃機関１の暖機運転を迅速に終了させることが可能になる。
【０１５５】
（５）上記各実施形態において、自動変速機１の連結対象となる内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジン、その他のエンジンに限定されるものではない。ディーゼルエンジンとする場合には、触媒５，６を例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＤＰＮＲ（Diesel Particulate -NOx Reduction system）等とすることができる。
【０１５６】
なお、ディーゼルエンジンの場合において、上流側触媒５をＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：NOx storage reduction）として、下流側触媒６をＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）とすることも可能である。
【０１５７】
（６）上記各実施形態では、２つの触媒５，６を備える場合の例を挙げているが、触媒の数は限定されるものではなく、例えば１個、あるいは３個以上であってもよい。
【０１５８】
（７）上記各実施形態において、第１、第２放熱部２２，２３の構成は特に限定されない。参考までに、上記各実施形態では、第１放熱部２２として例えば中空スリーブの内径側を開放させたケース２２ａを用いる構成とした例を挙げているが、本発明はこれに限定されず、例えば図示していないが、ケース２２ａとして中空スリーブを用いることが可能である。その場合、フィン２２ｂは中空スリーブの内周壁の外径側に設けるようにすればよい。
【０１５９】
（８）上記各実施形態では、上流側触媒５に付設する第１放熱部２２の外形について上流側触媒５を包囲するような環状とした例を挙げているが、第１放熱部２２の外形形状は、特に限定されるものではない。
【０１６０】
参考までに、第１放熱部２２の外形形状は、例えば上流側触媒５の外壁面における一部領域に付設されるように湾曲した形状とすることも可能である。
【０１６１】
（９）上記各実施形態において、図示していないが、第１還流路２５や第２還流路２７の所定領域に、弁装置を設けることが可能であり、さらに第１還流路２５や第２還流路２７において前記弁装置よりも還流方向の上流側に、作動流体を貯留するためのタンクを設けることも可能である。
【０１６２】
前記弁装置は、開放状態と閉塞状態とに切り替えられるような開閉弁や、開度を無段階に調節可能な流量制御弁とされ、電磁作動タイプや、自己作動タイプ等とされる。
【０１６３】
この場合、対応する弁装置を閉塞すると、第１放熱部２２、第２放熱部２３で凝縮された作動流体を対応するタンクへ貯留させることが可能になる。これにより、弁装置の閉塞後において所定時間が経過すると、受熱部２１（２１Ａ，２１Ｂ）から第１、第２放熱部２２，２３への熱移送が停止されることになり、上流側触媒５の昇温促進と内燃機関１の冷却水の昇温促進とが停止されることになる。
【０１６４】
したがって、例えば上流側触媒５の温度や内燃機関１の水温が過剰に上昇しそうな場合に、前記弁装置を閉塞させることによって、上流側触媒５の過剰加熱による機能低下や、内燃機関１の万一のオーバーヒートを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明に係る排気熱回収装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の球面継手を示す断面図である。
【図３】図１の排気熱回収装置の具体構成を示す部分断面図で、触媒暖機のみを行っている状態を示している。
【図４】図３において触媒暖機と内燃機関の冷却水暖機とを同時に行っている状態を示す図である。
【図５】本発明に係る排気熱回収装置の第２実施形態で、図１に対応する概略構成図である。
【図６】図１の排気熱回収装置における第１熱循環経路の具体構成を示す部分断面図である。
【図７】図１の排気熱回収装置における第２熱循環経路の具体構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明に係る排気熱回収装置の第３実施形態で、図１に対応する概略構成図である。
【図９】図８の（９）−（９）線断面の矢視図である。
【図１０】本発明に係る排気熱回収装置の第４実施形態で、図１に対応する概略構成図である。
【図１１】本発明に係る排気熱回収装置の第５実施形態で、図１に対応する概略構成図である。
【図１２】図１１のウィックタイプのヒートパイプを示す断面図である。
【図１３】図１２の（１３）−（１３）線断面の矢視図である。
【図１４】図１３のヒートパイプの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１      内燃機関
２      エキゾーストマニホールド
３      球面継手
４      排気管
５      上流側触媒
６      下流側触媒
７      ラジエータ
８      冷却水取り出し路
９      冷却水還流路
１０      ウォータポンプ
１３      ヒータ流路
１４      ヒータコア
１６      温風ヒータ
１８      排気熱回収装置
２１      受熱部
２２      第１放熱部
２３      第２放熱部
２４      第１移送路
２５      第１還流路
２６      第２移送路
２７      第２還流路
４０      第１熱循環経路
５０      第２熱循環経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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