(57)【要約】【課題】高い熱移動性能が得られるヒートパイプ装置を提供する。【解決手段】ループ型のヒートパイプ装置であって、凝縮部１２０の側壁１２６に形成された筒状開口部１２７と、筒状開口部１２７内に挿入される筒状部１４１と、側壁１２６に当接して全周に亘って溶接されたフランジ部１４２とを備えた内圧作動弁１４０とを有し、筒状部１４１の外周部には筒状部１４１と同軸の雄ねじ部１５３が形成され、筒状開口部１２７の内周部には、雄ねじ部１５３に螺合され、ねじを用いた隙間シール部１５４を雄ねじ部１５３と共に構成する雌ねじ部１３０が形成され、隙間シール部１５４は、作動媒体の漏れを抑制するとともに、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させるために軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度を内圧作動弁１４０に対して付与し得るように構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に封入された作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発部（１１０）と、
前記蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮部（１２０）と、
前記蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を前記凝縮部（１２０）に流入させる蒸気流路（１０２）と、
前記凝縮部（１２０）で凝縮した作動媒体を前記蒸発部（１１０）に還流させる還流流路（１０３）とを有するループ型のヒートパイプ装置であって、
前記凝縮部（１２０）における前記還流流路（１０３）に対向する側壁（１２６）が開口され、前記凝縮部（１２０）内を延伸して前記還流流路（１０３）に接続された筒状開口部（１２７）と、
前記筒状開口部（１２７）内に挿入される筒状部（１４１）と、前記筒状部（１４１）の一端側に設けられ、前記側壁（１２６）に当接して全周に亘って溶接されたフランジ部（１４２）と、前記筒状部（１４１）内に形成され、前記凝縮部（１２０）及び前記還流流路（１０３）の間を連通させる連通流路（１４７）と、前記連通流路（１４７）を開閉する弁体（１５１）とを備えた弁機構（１４０）とをさらに有し、
前記筒状部（１４１）の他端側の外周部には、前記筒状部（１４１）と同軸の雄ねじ部（１５３）が形成され、
前記筒状開口部（１２７）の内周部には、前記雄ねじ部（１５３）に螺合され、ねじを用いた隙間シール部（１５４）を前記雄ねじ部（１５３）と共に構成する雌ねじ部（１３０）が形成され、
前記隙間シール部（１５４）は、作動媒体の漏れを抑制するとともに、前記フランジ部（１４２）の全周を前記側壁（１２６）に隙間なく当接させるために軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度を前記弁機構（１４０）に対して付与し得ることを特徴とするヒートパイプ装置。
【請求項２】
前記軸方向の自由度は、前記雄ねじ部（１５３）の前記雌ねじ部（１３０）に対する進退移動により付与され、
前記回転２方向の自由度は、前記雄ねじ部（１５３）及び前記雌ねじ部（１３０）間の略径方向及び略軸方向の変位により付与されることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ装置。
【請求項３】
前記雌ねじ部（１３０）の形成領域での前記筒状開口部（１２７）の内径は、他領域での前記筒状開口部（１２７）の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ装置。
【請求項４】
前記雄ねじ部（１５３）の有効径（ｄａ）は、前記雌ねじ部（１３０）の有効径（ｄｂ）よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ装置。
【請求項５】
前記雄ねじ部（１５３）は、ねじ山の頂部（１５３ａ）が除去されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ装置。
【請求項６】
内部に封入された作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発部（１１０）と、
前記蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮部（１２０）と、
前記蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を前記凝縮部（１２０）に流入させる蒸気流路（１０２）と、
前記凝縮部（１２０）で凝縮した作動媒体を前記蒸発部（１１０）に還流させる還流流路（１０３）とを有するループ型のヒートパイプ装置であって、
前記凝縮部（１２０）における前記還流流路（１０３）に対向する側壁（１２６）が開口され、前記凝縮部（１２０）内を延伸して前記還流流路（１０３）に接続された筒状開口部（１２７）と、
前記筒状開口部（１２７）内に挿入される筒状部（１４１）と、前記筒状部（１４１）の一端側に設けられ、前記側壁（１２６）に当接して全周に亘って溶接されたフランジ部（１４２）と、前記筒状部（１４１）内に形成され、前記凝縮部（１２０）及び前記還流流路（１０３）の間を連通させる連通流路（１４７）と、前記連通流路（１４７）を開閉する弁体（１５１）とを備えた弁機構（１７０）とをさらに有し、
前記筒状部（１４１）の他端側と前記筒状開口部（１２７）との間は、蛇腹状のベローズ（１７１）を介して接続され、
前記ベローズ（１７１）は、作動媒体の漏れを抑制するとともに、前記フランジ部（１４２）の全周を前記側壁（１２６）に隙間なく当接させるために軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度を前記弁機構（１７０）に対して付与し得ることを特徴とするヒートパイプ装置。
【請求項７】
前記軸方向の自由度は、前記ベローズ（１７１）の伸縮により付与され、
前記回転２方向の自由度は、前記ベローズ（１７１）の曲げにより付与されることを特徴とする請求項６に記載のヒートパイプ装置。
【請求項８】
内燃機関（１０）から排出される排気を流通させる排気管（１１）と、前記内燃機関（１０）を冷却する冷却部とを備えた車両に搭載される排気熱回収装置であって、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートパイプ装置を備え、
前記蒸発部（１１０）は前記排気管（１１）に設けられ、
前記凝縮部（１２０）は前記排気管（１１）以外の略大気温度部位に設けられていることを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項９】
前記冷却部は、前記内燃機関（１０）を冷却する冷却水を流通させる冷却水回路（３０）を備え、
前記凝縮部（１２０）は前記冷却水回路（３０）に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ型のヒートパイプ装置及びそれを備えた排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水冷式のエンジンを備えた車両に搭載される従来の排気熱回収装置が開示されている。この排気熱回収装置は、エンジンからの排気熱を回収してエンジン冷却水を加熱するループ型のヒートパイプを有している。ヒートパイプは、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発部で蒸発した作動媒体とエンジン冷却水との間の熱交換により、作動媒体を凝縮させるとともにエンジン冷却水を加熱する凝縮部とを有している。蒸発部は、エンジンから排出される排気を流通させる排気管の途中に設けられている。凝縮部は、エンジン冷却水を流通させる冷却水回路の途中に設けられている。蒸発部で蒸発した作動媒体は蒸気流路を通って凝縮部に流入し、凝縮部で凝縮した作動媒体は還流流路を通って蒸発部に還流する。ヒートパイプを構成する各部材は、互いに組み付けられた後にろう付けにより一体化されている。
【特許文献１】特開２００８−３９３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
凝縮部には、ヒートパイプの内圧に基づいて作動するダイヤフラム式の内圧作動弁が設けられている。図１３は、凝縮部の内圧作動弁近傍の構成を示す断面図である。図１３に示すように、凝縮部の側壁２００には、凝縮部の内部を延伸して還流流路に接続される筒状開口部２０１が形成されている。筒状開口部２０１内には、内圧作動弁２１０が挿入されている。内圧作動弁２１０は、凝縮部から蒸発部への流路を開閉する弁体２１４と、ヒートパイプの内圧に基づいて弁体２１４を所定方向に変位させる金属製のダイヤフラム２１５とを有している。これにより内圧作動弁２１０は、ヒートパイプの内圧が上昇して所定の閉弁圧を超えると閉弁し、内圧が低下して所定の開弁圧を下回ると再び開弁するようになっている。ヒートパイプの内圧が上昇すると、内圧作動弁２１０が閉弁することにより作動媒体の還流が阻止されて蒸発部での沸騰気化が停止するため、ヒートパイプの内圧の上昇が抑えられる。
【０００４】
内圧作動弁２１０は、概略の形状として、筒状開口部２０１内に挿入される筒状部２１１と、筒状部２１１の一端側に設けられて側壁２００に当接するフランジ部２１２とを有している。内圧作動弁２１０は、ヒートパイプ本体がろう付けにより一体化された後に取り付けられる。筒状部２１１の他端側の外周部と筒状開口部２０１の内周部との間は、樹脂製のＯリング２１３を用いた円筒面固定によりシールされている。フランジ部２１２は、作動媒体が外部に漏れるのを防ぐため、例えばレーザ溶接により全周に亘って側壁２００に接合される。このとき、フランジ部２１２の全周を側壁２００に溶接するためには、フランジ部２１２の全周を側壁２００に対して隙間なく当接させる必要がある。
【０００５】
図１３に示す構成では、溶接前における内圧作動弁２１０の筒状開口部２０１に対する位置は、樹脂製のＯリング２１３のみによって規定されている。したがって、内圧作動弁２１０には、筒状開口部２０１に対する位置的な自由度（図中、両矢印で表している）がある程度確保されているため、フランジ部２１２の全周を側壁２００に対して隙間なく当接させるのが比較的容易である。
【０００６】
ところがこの構成では、ヒートパイプ内で樹脂製のＯリング２１３からガスが発生するため、ヒートパイプの熱移動性能が低下し、排気熱回収装置の熱回収性能が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、高い熱移動性能が得られるヒートパイプ装置及びそれを備えた排気熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、内部に封入された作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発部（１１０）と、蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮部（１２０）と、蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を凝縮部（１２０）に流入させる蒸気流路（１０２）と、凝縮部（１２０）で凝縮した作動媒体を蒸発部（１１０）に還流させる還流流路（１０３）とを有するループ型のヒートパイプ装置であって、凝縮部（１２０）における還流流路（１０３）に対向する側壁（１２６）が開口され、凝縮部（１２０）内を延伸して還流流路（１０３）に接続された筒状開口部（１２７）と、筒状開口部（１２７）内に挿入される筒状部（１４１）と、筒状部（１４１）の一端側に設けられ、側壁（１２６）に当接して全周に亘って溶接されたフランジ部（１４２）と、筒状部（１４１）内に形成され、凝縮部（１２０）及び還流流路（１０３）の間を連通させる連通流路（１４７）と、連通流路（１４７）を開閉する弁体（１５１）とを備えた弁機構（１４０）とをさらに有し、筒状部（１４１）の他端側の外周部には、筒状部（１４１）と同軸の雄ねじ部（１５３）が形成され、筒状開口部（１２７）の内周部には、雄ねじ部（１５３）に螺合され、ねじを用いた隙間シール部（１５４）を雄ねじ部（１５３）と共に構成する雌ねじ部（１３０）が形成され、隙間シール部（１５４）は、作動媒体の漏れを抑制するとともに、フランジ部（１４２）の全周を側壁（１２６）に隙間なく当接させるために軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度を弁機構（１４０）に対して付与し得ることを特徴とするヒートパイプ装置である。
【００１０】
これにより、樹脂製のＯリングを使用することなく、ねじを用いた隙間シール部（１５４）によって、筒状部（１４１）の外周部と筒状開口部（１２７）の内周部との間での作動媒体の漏れが抑制されるとともに、弁機構（１４０）に対し軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度が付与される。したがって、フランジ部（１４２）の全周を側壁（１２６）に隙間なく当接することが容易であることに加え、ヒートパイプ装置内でのガスの発生が抑えられるため高い熱移動性能が得られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明のように、例えば軸方向の自由度は、雄ねじ部（１５３）の雌ねじ部（１３０）に対する進退移動により付与され、回転２方向の自由度は、雄ねじ部（１５３）及び雌ねじ部（１３０）間の略径方向及び略軸方向の僅かな変位、いわゆるガタにより付与される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、雌ねじ部（１３０）の形成領域での筒状開口部（１２７）の内径は、他領域での筒状開口部（１２７）の内径よりも小さいことを特徴としている。
【００１３】
これにより、雌ねじ部（１３０）の形成が筒状開口部（１２７）の軸方向のどちら側からでも可能になるため、ヒートパイプ装置の製造が容易になる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、雄ねじ部（１５３）の有効径（ｄａ）は、雌ねじ部（１３０）の有効径（ｄｂ）よりも小さいことを特徴としている。
【００１５】
これにより、雄ねじ部（１５３）及び雌ねじ部（１３０）間のガタを増大させることができるため、弁機構（１４０）の回転２方向の自由度を高めることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、雄ねじ部（１５３）は、ねじ山の頂部（１５３ａ）が除去されていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、雄ねじ部（１５３）及び雌ねじ部（１３０）間のガタを増大させることができるため、弁機構（１４０）の回転２方向の自由度を高めることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、内部に封入された作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発部（１１０）と、蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮部（１２０）と、蒸発部（１１０）で蒸発した作動媒体を凝縮部（１２０）に流入させる蒸気流路（１０２）と、凝縮部（１２０）で凝縮した作動媒体を蒸発部（１１０）に還流させる還流流路（１０３）とを有するループ型のヒートパイプ装置であって、凝縮部（１２０）における還流流路（１０３）に対向する側壁（１２６）が開口され、凝縮部（１２０）内を延伸して還流流路（１０３）に接続された筒状開口部（１２７）と、筒状開口部（１２７）内に挿入される筒状部（１４１）と、筒状部（１４１）の一端側に設けられ、側壁（１２６）に当接して全周に亘って溶接されたフランジ部（１４２）と、筒状部（１４１）内に形成され、凝縮部（１２０）及び還流流路（１０３）の間を連通させる連通流路（１４７）と、連通流路（１４７）を開閉する弁体（１５１）とを備えた弁機構（１７０）とをさらに有し、筒状部（１４１）の他端側と筒状開口部（１２７）との間は、蛇腹状のベローズ（１７１）を介して接続され、ベローズ（１７１）は、作動媒体の漏れを抑制するとともに、フランジ部（１４２）の全周を側壁（１２６）に隙間なく当接させるために軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度を弁機構（１７０）に対して付与し得ることを特徴とするヒートパイプ装置である。
【００１９】
これにより、樹脂製のＯリングを使用することなく、蛇腹状のベローズ（１７１）によって、筒状部（１４１）の外周部と筒状開口部（１２７）の内周部との間での作動媒体の漏れが抑制されるとともに、弁機構（１７０）に対し軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度が付与される。したがって、フランジ部（１４２）の全周を側壁（１２６）に隙間なく当接することが容易であることに加え、ヒートパイプ装置内でのガスの発生を抑えられるため、ヒートパイプ装置の熱移動性能を向上できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明のように、例えば軸方向の自由度は、ベローズ（１７１）の伸縮により付与され、回転２方向の自由度は、ベローズ（１７１）の曲げにより付与される。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、内燃機関（１０）から排出される排気を流通させる排気管（１１）と、内燃機関（１０）を冷却する冷却部とを備えた車両に搭載される排気熱回収装置であって、上記発明のヒートパイプ装置を備え、蒸発部（１１０）は排気管（１１）に設けられ、凝縮部（１２０）は排気管（１１）以外の略大気温度部位に設けられていることを特徴とする排気熱回収装置である。
【００２２】
凝縮部（１２０）は、排気管（１１）以外の排気管（１１）よりも低温の部位にて、作動媒体の熱交換を行うことができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、冷却部は、内燃機関（１０）を冷却する冷却水を流通させる冷却水回路（３０）を備え、凝縮部（１２０）は冷却水回路（３０）に設けられていることを特徴としている。
【００２４】
これにより、更に熱移動性能の高いヒートパイプ装置が用いられるため、排気熱回収装置の熱回収性能を向上できる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態の排気熱回収装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。図１ではエンジン冷却水の流れ方向を矢印で示している。図１に示すように、排気熱回収装置１００が搭載される車両は、走行用の駆動源として水冷式のエンジン（内燃機関）１０を備えている。エンジン１０には、当該エンジン１０からの排気を外部に排出するための排気管１１が接続されている。排気管１１の途中には、当該排気管１１内を流通する排気を浄化する触媒コンバータ１２が介設されている。また排気管１１のうち触媒コンバータ１２の下流側には、後述する排気熱回収装置１００のダクト部１３が設けられている。
【００２７】
エンジン１０には、冷却水回路としてラジエータ回路２０、排気熱回収回路３０及びヒータ回路４０が接続されている。ラジエータ回路２０、排気熱回収回路３０及びヒータ回路４０には、エンジン１０を冷却するためのエンジン冷却水が例えばエンジン駆動式のウォータポンプ２２により循環するようになっている。エンジン冷却水には例えばＬＬＣが用いられる。
【００２８】
ラジエータ回路２０には、エンジン冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータ２１と、ラジエータ２１を迂回してエンジン冷却水を流通させるバイパス流路２３とが設けられている。ラジエータ２１を通過するエンジン冷却水とバイパス流路２３を通過するエンジン冷却水との流量比は、サーモスタット２４によって調節されるようになっている。
【００２９】
排気熱回収回路３０は、エンジン出口部でラジエータ回路２０から分岐し、ウォータポンプ２２でラジエータ回路２０に合流している。排気熱回収回路３０の途中には、後述する排気熱回収装置１００の水タンク３１が設けられている。
【００３０】
ヒータ回路４０は、ラジエータ回路２０のエンジン出口部とは異なる部位からエンジン冷却水（温水）が流出し、排気熱回収装置１００より下流側で排気熱回収回路３０に合流する回路である。ヒータ回路４０には、暖房用熱交換器としてのヒータコア４１が設けられている。ヒータコア４１は、不図示の空調ユニットの空調ケース内に配設されており、送風機によって送風される空調空気をエンジン冷却水との熱交換により加熱するようになっている。
【００３１】
図２は、本実施形態における排気熱回収装置１００の構成を示す模式的な断面図である。図２の上下方向は概ね鉛直上下方向を表している。また、図２中の実線矢印は液体状態の作動媒体の流れ方向を表し、破線矢印は気体状態の作動媒体の流れ方向を表している。図２に示すように、排気熱回収装置１００は、エンジン１０から排出される排気熱を回収して熱移動させ、エンジン冷却水を加熱するループ型のヒートパイプ装置１０１を有している。ヒートパイプ装置１０１には、作動媒体を内部に封入する際に用いられる不図示の封止部が設けられている。封止部は、ヒートパイプ装置１０１内を減圧して作動媒体を注入した後に封止されている。作動媒体としては、水、アルコール、フルオロカーボン又はクロロフルオロカーボン（フロン）等が用いられる。
【００３２】
ヒートパイプ装置１０１は、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部１１０を有している。蒸発部１１０は、排気管１１の途中に介設されたダクト部１３内に設けられている。
【００３３】
蒸発部１１０は、それぞれほぼ鉛直方向に延びる複数の扁平チューブ１１１が間隙１１２を介して水平方向に積層された構造を有している。間隙１１２は、排気が流通する排気通路として機能する。また間隙１１２には、扁平チューブ１１１の外壁面に熱的に接続された波状のフィン１１３が設けられている。フィン１１３は、間隙１１２を流通する排気と扁平チューブ１１１内を流通する作動媒体との熱交換を促進するようになっている。
【００３４】
各扁平チューブ１１１の下端には、扁平容器状の下タンク１１４が接続されている。また各扁平チューブ１１１の上端には、扁平容器状の上タンク１１５が接続されている。下タンク１１４及び上タンク１１５は、各扁平チューブ１１１を介して互いに連通している。
【００３５】
またヒートパイプ装置１０１は、蒸発部１１０で蒸発した作動媒体とエンジン冷却水との熱交換により、作動媒体を冷却して凝縮させるとともにエンジン冷却水を加熱する凝縮部１２０を有している。凝縮部１２０は、排気熱回収回路３０に設けられた水タンク３１内に収容されている。
【００３６】
凝縮部１２０は、それぞれほぼ鉛直方向に延びる複数の扁平チューブ１２１が水平方向に積層された構造を有している。扁平チューブ１２１の側壁には、扁平チューブ１２１内を流通する作動媒体と水タンク３１内のエンジン冷却水との熱交換を促進する波状のフィン１２２が設けられている。各扁平チューブ１２１の下端には下タンク１２４が接続され、各扁平チューブ１２１の上端には上タンク１２５が接続されている。
【００３７】
水タンク３１の側面下方には、排気熱回収回路３０を流れるエンジン冷却水を水タンク３１内に導入する導入管３２が設けられている。また水タンク３１の側面上方には、水タンク３１内のエンジン冷却水を排気熱回収回路３０に導出する導出管３３が設けられている。
【００３８】
蒸発部１１０側の上タンク１１５と凝縮部１２０側の上タンク１２５とは、ダクト部１３及び水タンク３１を貫通する蒸気管（蒸気流路）１０２によって連通している。また、蒸発部１１０側の下タンク１１４と凝縮部１２０側の下タンク１２４とは、水タンク３１及びダクト部１３を貫通し、蒸気管１０２よりも小さい管径を有する還流管（還流流路）１０３によって連通している。これにより、蒸発部１１０、蒸気管１０２、凝縮部１２０及び還流管１０３はこの順に環状に接続され、内部の作動媒体を循環させるようになっている。
【００３９】
ヒートパイプ装置１０１本体を構成する各部材は、高い耐食性を備えたステンレス鋼製である。各部材は、互いに組み付けられた後に炉中加熱され、溶融したろう材によって接合される。これにより、ヒートパイプ装置１０１本体は、ろう付けにより一体化される。
【００４０】
またヒートパイプ装置１０１は、ヒートパイプ装置１０１本体がろう付けにより一体化された後に凝縮部１２０（下タンク１２４）に取り付けられる内圧作動弁（弁機構）１４０を有している。
【００４１】
図３は、下タンク１２４の内圧作動弁１４０近傍の構成を示す断面図である。図３では、内圧作動弁１４０の軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面内で互いに直交する方向をＸ方向及びＹ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向をそれぞれ中心軸とする回転方向をθｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向とする。図３に示すように、下タンク１２４における還流管１０３に対向する図中右側の側壁１２６には、筒状開口部１２７が形成されている。筒状開口部１２７は、下タンク１２４内を還流管１０３に向かって延伸し、先端部が還流管１０３に接続されている。筒状開口部１２７は、還流管１０３に接続される先端部近傍に、他の部分より小径に形成された小径部１２７ａを有している。小径部１２７ａのうち側壁１２６側の領域の内周部には、内圧作動弁１４０の先端部に螺合される雌ねじ部１３０が形成されている。筒状開口部１２７の側壁面には、凝縮部１２０で凝縮した作動媒体を筒状開口部１２７内の空間１２８に流入させる凝縮水流入孔１２９が形成されている。
【００４２】
筒状開口部１２７には、内圧作動弁１４０が取り付けられている。内圧作動弁１４０は、概略の構成として、筒状開口部１２７内に挿入される金属製の筒状部１４１と、筒状部１４１の基端部側（一端側）に設けられて側壁１２６に当接する金属製のフランジ部１４２とを有している。フランジ部１４２の全周は、側壁１２６に隙間なく当接している。またフランジ部１４２は、例えばレーザ溶接により全周に亘って環状に形成された溶接部１４３を介して、側壁１２６に接合されている。
【００４３】
フランジ部１４２よりも外側であって側壁１２６から突出する部分には、不図示の通気孔を介して大気側と連通し、大気圧に維持される大気側空間１４４が形成されている。
【００４４】
筒状部１４１の側壁面には、凝縮水流入孔１４５が形成されている。筒状部１４１の先端部側（他端側）には、凝縮水流出孔１４６が形成されている。筒状部１４１の内部には、凝縮水流入孔１４５及び凝縮水流出孔１４６を介して空間１２８（下タンク１２４）と還流管１０３とを連通させる連通流路１４７が形成されている。
【００４５】
連通流路１４７と大気側空間１４４との間は、金属製のダイヤフラム１４８によって隔離されている。ダイヤフラム１４８は、中心部近傍が一方の表面側に凸となる略薄肉円板状の形状を有している。ダイヤフラム１４８は、スプリング等の弾性部材（図示せず）により連通流路１４７側に向かって付勢されている。連通流路１４７のうち凝縮水流入孔１４５と凝縮水流出孔１４６との間には、略円形状の開口穴１４９を中心部に備えたゲート部（弁座）１５０が形成されている。
【００４６】
連通流路１４７には、ゲート部１５０を開閉する弁体１５１が設けられている。弁体１５１は、ゲート部１５０の開口穴１４９より径の大きい略円形の扁平部材であり、ゲート部１５０の図中左側面に対向して配置されている。弁体１５１は、開口穴１４９より径の小さい棒状の弁軸１５２を介してダイヤフラム１４８の中心部に接続されている。
【００４７】
ダイヤフラム１４８は、大気圧及び弾性部材の付勢力により大気側空間１４４側から加えられる図中左向きの力と、ヒートパイプ装置１０１（連通流路１４７）の内圧により連通流路１４７側から加えられる図中右向きの力との間のバランスによって、左右方向に変位する。ダイヤフラム１４８中心部の変位に伴い弁体１５１が図中左右方向に変位することによって、連通流路１４７が開閉される。
【００４８】
このように、内圧作動弁１４０は、ヒートパイプ装置１０１の内圧に応じて連通流路１４７を開閉するダイヤフラム式の弁として機能する。具体的には、ヒートパイプ装置１０１の内圧が所定の閉弁圧Ｐｉ１未満である通常状態では、連通流路１４７は開状態にある。ヒートパイプ装置１０１の内圧が上昇して閉弁圧Ｐｉ１以上になると、弁体１５１が右方向に変位して連通流路１４７が閉じられる。また、連通流路１４７が閉じられた状態から、ヒートパイプ装置１０１の内圧が低下して閉弁圧Ｐｉ１より低い所定の開弁圧Ｐｉ２（Ｐｉ１＞Ｐｉ２）以下になると、連通流路１４７は再び開状態になる。なお図３では、連通流路１４７が弁体１５１により閉じられている状態を示している。
【００４９】
筒状部１４１の先端部の外周部には、雌ねじ部１３０と同軸同径の雄ねじ部１５３が数山程度形成されている。雄ねじ部１５３が雌ねじ部１３０に螺合することによって、筒状部１４１と筒状開口部１２７との接続部分には、空間１２８内の作動媒体の還流管１０３側への漏れを抑制する隙間シール部１５４が形成される。隙間シール部１５４は、連通流路１４７が閉状態のときに、空間１２８内の作動媒体の還流管１０３側への漏れを抑えるようになっている。ただし、隙間シール部１５４は、ヒートパイプ装置１０１外部への作動媒体の漏れを防ぐものではないため、さほど高いシール性は要求されない。
【００５０】
図４は、隙間シール部１５４近傍の構成を示す断面図である。図４に示すように、筒状部１４１の外周部に形成された数山程度（図４では４山）の雄ねじ部１５３は、筒状開口部１２７の小径部１２７ａの内周部に形成された雌ねじ部１３０に螺合している。隙間シール部１５４は、溶接部１４３を介して側壁１２６に接合される前の内圧作動弁１４０に対して、雄ねじ部１５３の雌ねじ部１３０に対する進退移動によって軸方向（Ｚ方向）の自由度を付与するとともに、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間の略径方向及び略軸方向の僅かな変位（ガタ）によって回転２方向（θｘ方向及びθｙ方向）の自由度をある程度付与するようになっている（図３では、付与される自由度を両矢印で表している）。
【００５１】
ここで、本実施形態では、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のガタを意図的に生じさせている。螺合するねじ山の数が多くなると雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のガタが小さくなってしまうため、雄ねじ部１５３のねじ山の数は比較的少なくする必要があり、例えば１０山未満であることが望ましい。
【００５２】
一方、隙間シール部１５４におけるシール性は、螺合するねじ山の数が少ないほど低くなる。本願発明者らは、一例としてＭ６×１（外径６ｍｍ、ピッチ１ｍｍ）とＭ８×１（外径８ｍｍ、ピッチ１ｍｍ）の２種類のねじを用いた隙間シール部１５４において、目標以上のシール性を確保するために必要なねじ山の数を以下の実験により求めた。
【００５３】
図５は、この実験に用いた実験装置の構成を模式的に示している。図５に示すように、実験装置には、一端側の開口部に雌ねじが切られ、当該開口部を下向きに固定したねじ穴付きパイプ１８２を用いた。水が貯えられた液だめ１８０をねじ穴付きパイプ１８２の上方に配置し、液だめ１８０とねじ穴付きパイプ１８２の他端側とをバルブ１８１を介して接続した。ねじ穴付きパイプ１８２の一端側の雌ねじに対し、下方から六角ボルト１８３の先端部を所定の山数（回転数）分だけ螺合させ、本実施形態の隙間シール部１５４と同様の隙間シール部を形成した。隙間シール部を介して漏れる水の流量は、電子天秤１８４を用いて測定できるようにした。
【００５４】
このような実験装置を用い、隙間シール部からの水面の高さ（位置ヘッド）Ｈを固定し、ねじの外径と六角ボルト１８３の回転数等を変えながら、隙間シール部における水の流量ｃ（ｇ／ｓ）を計測した。
【００５５】
さらに、次式を用いて流量ｃから熱遮断性能Ｑ（Ｗ）を算出した。ここで、ｈｐｇは蒸発潜熱（Ｊ／ｇ）である。
Ｑ＝ｃ・ｈｐｇ
図６は、本実施形態の隙間シール部１５４における流量ｃの測定結果及び熱遮断性能Ｑの算出結果を示すグラフである。グラフの横軸は隙間シール部１５４の雄ねじ部１５３の回転数（螺合するねじ山の数）を表し、縦軸は隙間シール部１５４における水の流量ｃ（ｇ／ｓ）及び熱遮断性能Ｑ（Ｗ）を表している。曲線Ｃ１は、隙間シール部１５４のねじの外径を８ｍｍとしピッチを１ｍｍとしたときの流量及び熱遮断性能を表し、曲線Ｃ２は、ねじの外径を６ｍｍとしピッチを１ｍｍとしたときの流量及び熱遮断性能を表している。破線Ｌ１は、目標上限値（流量０．０４７ｇ／ｓ、熱遮断性能１００Ｗ）を表している。
【００５６】
図６に示すように、回転数が少なくなるほど、ねじの外径が小さくなるほど流量ｃ及び熱遮断性能Ｑが増加するものの、ねじの外径が６ｍｍの場合、回転数が２の場合でも流量ｃ及び熱遮断性能Ｑはそれぞれ０．０１６ｇ／ｓ及び３５Ｗ程度である。したがって、回転数（ねじ山の数）が少なくとも２以上であれば、流量ｃ及び熱遮断性能Ｑを目標上限値よりも低くすることができることが分かった。
【００５７】
以上のことから、隙間シール部１５４において必要なガタを生じさせるとともに、ある程度のシール性を確保するためには、雄ねじ部１５３のねじ山の数は２山以上１０山未満であることが望ましいことが分かった。
【００５８】
次に、本実施形態のヒートパイプ装置１０１の製造方法について説明する。まず、ヒートパイプ装置１０１本体を構成する各部材同士を組み付けて、ヒートパイプ装置１０１本体の組立て体を作製する。次に、ヒートパイプ装置１０１本体の組立て体を炉中加熱によりろう付けして一体化し、ヒートパイプ装置１０１本体を作製する。
【００５９】
次に、別途作製された内圧作動弁１４０をヒートパイプ装置１０１本体の筒状開口部１２７に取り付ける。この工程では、内圧作動弁１４０の筒状部１４１が筒状開口部１２７に挿入されるとともに、筒状部１４１の先端部の雄ねじ部１５３は、フランジ部１４２が側壁１２６に当接するまで筒状開口部１２７の雌ねじ部１３０に螺合される。
【００６０】
次に、内圧作動弁１４０のフランジ部１４２の全周を側壁１２６に溶接する工程を行う。ここで、フランジ部１４２と側壁１２６との間に隙間が生じていると、フランジ部１４２を全周に亘って側壁１２６に溶接することが困難になり、ヒートパイプ装置１０１内の作動媒体が外部に漏れてしまうおそれがある。特に、溶接棒（溶加材）を使用しないレーザ溶接を行う場合には隙間を埋めるのが極めて困難であるため、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させる必要がある。
【００６１】
本実施形態では、溶接前の内圧作動弁１４０は、ねじを用いた隙間シール部１５４によって、ヒートパイプ装置１０１本体に対して軸方向（Ｚ方向）及び回転２方向（θｘ方向及びθｙ方向）の自由度が付与されている。したがって、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることができるため、隙間を埋めるのが困難なレーザ溶接を用いたとしても、フランジ部１４２を全周に亘って側壁１２６に溶接することが容易になる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、ねじを用いた隙間シール部１５４によって、筒状部１４１の外周部と筒状開口部１２７の内周部との間での作動媒体の漏れが抑制されるとともに、内圧作動弁１４０に対し軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度が付与される。したがって、筒状部１４１の外周部と筒状開口部１２７の内周部との間に樹脂製のＯリングを使用する必要がなくなるため、ヒートパイプ装置１０１内でのガスの発生が抑えられ、高い熱移動性能が得られる。また、ヒートパイプ装置１０１の熱移動性能を高めることができるため、排気熱回収装置１００の熱回収性能を向上できる。
【００６３】
次に、本実施形態におけるヒートパイプ装置の変形例について説明する。図７は、第１変形例におけるヒートパイプ装置の隙間シール部１５５近傍の構成を示す断面図である。図７に示すように、本変形例の隙間シール部１５５は、筒状部１４１の外周部に形成された雄ねじ部１５３の有効径ｄａが、筒状開口部１２７の内周部に形成された雌ねじ部１３０の有効径ｄｂよりも小さくなっている点に特徴を有している。ここで、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０のピッチは互いにほぼ等しく、雄ねじ部１５３の外径は雌ねじ部１３０の内径よりも大きくなっている。
【００６４】
本変形例によれば、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のひっかかりの高さを低くできるため、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のガタを増大させることができる。したがって、内圧作動弁１４０の回転２方向の自由度を高めることができるため、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることが容易になる。
【００６５】
図８は、第２変形例におけるヒートパイプ装置の隙間シール部１５６近傍の構成を示す断面図である。図８に示すように、本変形例の隙間シール部１５６は、筒状部１４１の外周部に形成された雄ねじ部１５３のねじ山の頂部１５３ａが除去されている点に特徴を有している。
【００６６】
本変形例によれば、第１変形例と同様に、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のひっかかりの高さを低くできるため、雄ねじ部１５３及び雌ねじ部１３０間のガタを増大させることができる。したがって、内圧作動弁１４０の回転２方向の自由度を高めることができるため、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることが容易になる。
【００６７】
また、本変形例における雄ねじ部１５３のねじ山の頂部１５３ａの除去は、内圧作動弁１４０を作製する工程だけでなく、内圧作動弁１４０を筒状開口部１２７に取り付ける工程においても必要に応じて行うことができる。例えば、図３及び図４に示した構成の内圧作動弁１４０を筒状開口部１２７に取り付ける際に、回転２方向の自由度の不足によりフランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることが困難な場合には、雄ねじ部１５３のねじ山の頂部１５３ａを所定量だけ除去する。これにより、内圧作動弁１４０の回転２方向の自由度を増大させることができるため、フランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることができる。
【００６８】
本変形例では、雄ねじ部１５３のねじ山の頂部１５３ａを除去しているが、筒状開口部１２７側の雌ねじ部１３０のねじ山の頂部を除去しても同様の効果が得られる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態におけるヒートパイプ装置１０１の内圧作動弁１６０近傍の構成を示す断面図である。図１０は、ヒートパイプ装置１０１の隙間シール部１６１の構成を示す断面図である。図９及び図１０に示すように、本実施形態は、筒状開口部１２７の雌ねじ部形成領域１２７ｂ全体での内径が他領域での筒状開口部１２７の内径よりも小さくなっている点に特徴を有している。雌ねじ部形成領域１２７ｂは雌ねじ部１３０の数山分（図１０では３山分）の幅を有している。
【００７０】
筒状部１４１の雄ねじ部１５３は、雌ねじ部形成領域１２７ｂの幅よりも広い範囲に形成されている。雄ねじ部１５３は、フランジ部１４２が側壁１２６に当接した状態において、雌ねじ部１３０の前後でそれぞれ数山分余るように設計される。
【００７１】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、雄ねじ部１５３を雌ねじ部１３０に対してある程度進退移動させても、雄ねじ部１５３と雌ねじ部１３０との螺合長さ（ねじ山の数）を一定にすることができる。したがって、隙間シール部１６１でのシール性と内圧作動弁１６０の回転２方向の自由度とをそれぞれほぼ一定に維持することができる。
【００７２】
また本実施形態では、筒状開口部１２７のうち最も内径の小さい雌ねじ部形成領域１２７ｂに雌ねじ部１３０が形成されているため、側壁１２６側及び還流管１０３側のいずれからでも雌ねじ部１３０を切ることができる。したがって、雌ねじ部１３０の形成が容易になるため、ヒートパイプ装置１０１の製造工程が簡略化する。
【００７３】
本実施形態における隙間シール部１６１に対して、図７及び図８に示したような変形例を適用することも可能である。
【００７４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、本実施形態におけるヒートパイプ装置１０１の内圧作動弁１７０近傍の構成を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態は、筒状部１４１先端部の凝縮水流出孔１４６と筒状開口部１２７の小径部１２７ａとの間がベローズ１７１を介して接続されている点に特徴を有している。
【００７５】
図１２（ａ）はベローズ１７１を軸方向に見た正面図であり、図１２（ｂ）はベローズ１７１の側面図である。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ベローズ１７１は、ステンレス鋼等の金属を用いて一体的に形成された蛇腹状の形状を有している。ベローズ１７１は、伸縮変形及び曲げ変形が可能になっている。ベローズ１７１の一端側には円筒状の円筒部１７１ａが形成されており、他端側には円環フランジ状の円環部１７１ｂが形成されている。
【００７６】
ベローズ１７１の円環部１７１ｂは、例えば溶接又はろう付け等により筒状部１４１の先端部に対し全周に亘って固定されている。すなわちベローズ１７１は、内圧作動弁１７０が筒状開口部１２７に取り付けられる前に、内圧作動弁１７０と一体化されている。
【００７７】
一方、ベローズ１７１の円筒部１７１ａは、内圧作動弁１７０が筒状開口部１２７に取り付けられる工程で、筒状開口部１２７の小径部１２７ａに対し圧入されている。これにより、筒状部１４１の先端部と筒状開口部１２７との間での作動媒体の漏れが抑制されるようになっている。
【００７８】
内圧作動弁１７０を筒状開口部１２７に取り付ける工程では、ベローズ１７１の円筒部１７１ａを筒状開口部１２７の小径部１２７ａに圧入するとともに、内圧作動弁１７０のフランジ部１４２を側壁１２６に当接させる。内圧作動弁１７０には、ベローズ１７１の伸縮によって軸方向（Ｚ方向）の自由度が付与され、ベローズ１７１の曲げによって回転２方向（θｘ方向及びθｙ方向）の自由度が付与されるようになっている。このため本実施形態によっても、内圧作動弁１７０のフランジ部１４２の全周を側壁１２６に隙間なく当接させることができるので、フランジ部１４２を全周に亘って側壁１２６に溶接することが容易になる。
【００７９】
このように、本実施形態では、ベローズ１７１によって筒状部１４１の外周部と筒状開口部１２７の内周部との間での作動媒体の漏れが抑制されるとともに、内圧作動弁１７０に対し軸方向及び回転２方向を含む少なくとも３方向の自由度が付与される。したがって、筒状部１４１の外周部と筒状開口部１２７の内周部との間に樹脂製のＯリングを使用する必要がなくなるため、ヒートパイプ装置１０１内でのガスの発生が抑えられ、高い熱移動性能が得られる。
【００８０】
（その他の実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、隙間シール部１５４、１５５、１５６、１６１を形成するねじとして三角ねじを例に挙げたが、角ねじや丸ねじ等の他のねじを用いることもできる。
【００８１】
また上記実施形態では、ヒートパイプ装置を車両用の排気熱回収装置に適用した例を挙げたが、他の装置にも適用できる。
【００８２】
さらに上記実施形態では、水冷式のエンジン１０を備えた車両に排気熱回収装置を搭載した例を挙げたが、空冷式のエンジンを備えた車両に排気熱回収装置を搭載することもできる。
【００８３】
上記実施形態の排気熱回収装置は、排気ガスから回収した熱をエンジン冷却水に伝えるものであったが、排気ガスから回収した熱を、オイルや空気等の他の冷却媒体に伝えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第１実施形態における排気熱回収装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における排気熱回収装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】第１実施形態におけるヒートパイプ装置の内圧作動弁近傍の構成を示す断面図である。
【図４】第１実施形態におけるヒートパイプ装置の隙間シール部近傍の構成を示す断面図である。
【図５】隙間シール部のシール性確保に必要なねじ山の数を求めるための実験装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】隙間シール部における流量ｃの測定結果及び熱遮断性能Ｑの算出結果を示すグラフである。
【図７】第１実施形態の第１変形例におけるヒートパイプ装置の隙間シール部近傍の構成を示す断面図である。
【図８】第１実施形態の第２変形例におけるヒートパイプ装置の隙間シール部近傍の構成を示す断面図である。
【図９】第２実施形態におけるヒートパイプ装置の内圧作動弁近傍の構成を示す断面図である。
【図１０】第２実施形態におけるヒートパイプ装置の隙間シール部近傍の構成を示す断面図である。
【図１１】第３実施形態におけるヒートパイプ装置の内圧作動弁近傍の構成を示す断面図である。
【図１２】第３実施形態におけるヒートパイプ装置のベローズの構成を示す図である。
【図１３】凝縮部の内圧作動弁近傍の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気管
３０  排気熱回収回路（冷却水回路）
１００  排気熱回収装置
１０１  ヒートパイプ装置
１０２  蒸気管
１０３  還流管
１１０  蒸発部
１２０  凝縮部
１２６  側壁
１２７  筒状開口部
１３０  雌ねじ部
１４０、１６０、１７０  内圧作動弁（弁機構）
１４１  筒状部
１４２  フランジ部
１４３  溶接部
１４７  連通流路
１５１  弁体
１５３  雄ねじ部
１５３ａ  頂部
１５４、１５５、１５６、１６１  隙間シール部
１７１  ベローズ
【図１】
2010048535.tif 000003
【図２】
2010048535.tif 000004
【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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