(57)【要約】【課題】高温の排気が流入通過される排気通路２ｃと、排気通過方向と直交する方向に流体を移動させるための流体通路２ｄとが交互に隣り合わせに多数配置され、流体通路２ｄ内の流体と排気通路２ｃを通過する排気の熱との間で熱交換させるための熱交換器２において、排気の流通性を損なうことなく排気の熱を効率良く受けることを可能にするとともに、熱による破損を回避可能とする。【解決手段】熱交換器２は、一対の部材１０，２０を抱き合わせて一体化される筒状組立体７を多数積層した構造体とされる。筒状組立体７それぞれの内孔が排気通路２ｃとされる。筒状組立体７それぞれの積層間に流体通路２ｄが排気通過方向と直交する方向に沿って設けられる。一対の部材１０，２０において抱き合わせ方向で対向する面それぞれに、相手側へ向けて突出する突起１６，２６が多数設けられ、一方の各突起１６が他方の各突起２６と結合されることで一対の部材１０，２０が一体化されている。【選択図】図５
2010223060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の排気が流入通過される排気通路と、前記排気通過方向と直交する方向に流体を移動させるための流体通路とが交互に隣り合わせに多数配置され、前記流体通路内の流体と前記排気通路を通過する排気の熱との間で熱交換させるための熱交換器であって、
一対の部材を抱き合わせて一体化される筒状組立体を多数積層した構造体とされ、前記筒状組立体それぞれの内孔が前記排気通路とされ、前記筒状組立体それぞれの積層間に前記流体通路が前記排気通過方向と直交する方向に沿って設けられ、
前記一対の部材において抱き合わせ方向で対向する面それぞれに、相手側へ向けて突出する突起が多数設けられ、前記一方の各突起が他方の各突起と結合されることで前記一対の部材が一体化されている、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記一対の部材は、それぞれ平面視で方形状とされかつ対向する２辺にそれぞれ直角方向に延出する鍔部を有する板体であり、
この板体それぞれの外面に前記２辺間に延びる凹みが設けられ、
この凹みは、前記一対の部材で一体化された筒状組立体で積層構造体としたときに、隣り合う筒状組立体それぞれの外側に向けて開口するように位置されて、隣り合う凹みどうしが組み合わされることで前記流体通路となる中空空間が作られる、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記積層構造体において前記流体通路それぞれの一方開口が位置する側に、前記すべての一方開口が連通される高温側タンクが設けられ、
前記積層構造体において前記流体通路それぞれの他方開口が位置する側に、前記すべての他方開口が連通される低温側タンクが設けられ、
前記両タンクが、排気の熱を受けた流体通路内の流体と加熱対象との間で熱交換させるための放熱用熱交換器に個別に連通連結される、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換器において、
前記各突起は、筒形とされるとともに先端が開放され、その中空部分が、前記隣り合う流体通路を互いに連通するための連通路となる、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
内部に封入される流体を排気の熱を受けて蒸発させるための受熱部と、この受熱部で蒸発された流体を受け取って当該流体の熱を加熱対象に伝達することで当該流体を凝縮させるための放熱部と、前記受熱部で蒸発される流体を前記放熱部へ移送するための移送路と、前記放熱部で凝縮される流体を前記受熱部へ戻すための還流路とを含むループ式ヒートパイプ構造とされ、
前記受熱部が、請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換器とされる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項６】
請求項５に記載の排気熱回収装置において、
前記受熱部は、その多数の排気通路に内燃機関の排気が流入通過されるような形態で内燃機関の排気通路に設置され、
前記放熱部は、前記内燃機関の冷却水を外部に取り出してから戻すための冷却水通路、または前記排気通路に設置される触媒に付設される、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、排気の熱を回収するための熱交換器、ならびに排気熱回収装置に関する。排気熱回収装置は、例えば自動車等の車両に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートパイプの原理を利用して車両のエンジンから排出された排気の熱を回収して、この熱を暖機促進等に利用する排気熱回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排気熱回収装置は、内燃機関の排気の熱を受けて閉ループの循環経路内に封入される冷媒を蒸発させ、この蒸発した冷媒で内燃機関の冷却水を加熱するように構成されている。
【０００４】
この排気熱回収装置において冷媒を排気で蒸発させるための蒸発部１１０Ａは、例えば隣り合わせに離隔して配置される多数のチューブ１１０の下端に、それぞれが連通されるタンク１４０を設け、各チューブ１１０間に排気の熱を受けるためのフィン１２０を設け、チューブ１１０の上方に内燃機関の冷却水が流入される冷却水流路１５０Ａを設けた構成になっている。
【０００５】
そして、排気によってタンク１４０やチューブ１１０内の冷媒が加熱、蒸発されることで、この蒸気がチューブ１１０内を上昇して冷却水流路１５０Ａ内の冷却水を加熱するようになっている。
【０００６】
前記のチューブ１１０は、特許文献１の段落００３０〜００３２に示されているように、２枚のチューブプレート１１１，１１２を重ね合わせて形成されるものであり、この各チューブ１１０間に、薄肉板材を断面クランク状に形成してなるコルゲートタイプのフィン１２０が設けられている。
【０００７】
ところで、特許文献２に係る従来例には、冷凍サイクルを用いた空調機で除湿運転を可能とする熱交換器において、伝熱フィンとしてピンフィン４７を用いることが記載されている。このピンフィン４７については、特許文献２の図１〜図４に示されているように、針のような細い形状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８４１４４号公報
【特許文献２】特開平６−１８５７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に係る従来例では、コルゲートタイプのフィン１２０を用いるようになっており、このようなフィン１２０では、熱伸縮を繰り返すことによってチューブ１１０との取り付け部分に亀裂が発生しやすくなるおそれがあり、また、前記熱伸縮の繰り返しによってフィン１２０そのものが変形し、排気の流れを阻害することになる等、内燃機関の背圧上昇につながるおそれがある。
【００１０】
このように、特許文献１に係る従来例は、排気熱回収装置の概要が開示されているが、
本発明の特徴とする構成や技術思想の記載はない。
【００１１】
また、特許文献２に係る従来例の熱交換器は、あくまでも冷凍サイクルを用いた空調機で除湿運転を可能とする熱交換器であって、本発明のような排気熱を利用する熱交換器や排気熱回収装置とは発明の前提が異なる。しかも、特許文献２に係る従来例でのピンフィン４７は、あくまでも伝熱のためのものであって、冷媒循環用パイプ３９，４１，４３，４５どうしを連結するために用いるようにはなっていない。
【００１２】
このような事情に鑑み、本発明は、高温の排気が流入通過される排気通路と、前記排気通過方向と直交する方向に流体を移動させるための流体通路とが交互に隣り合わせに多数配置され、前記流体通路内の流体と前記排気通路を通過する排気の熱との間で熱交換させるための熱交換器において、排気の流通性を損なうことなく、排気の熱を効率良く受けることを可能にするとともに、熱による破損を回避可能とすることを目的としている。
【００１３】
また、本発明は、排気熱回収装置の受熱部に前記熱交換器の構成を採用することで、排気熱回収装置の受熱部に関し、排気の流通性を損なうことなく排気の熱を効率良く受けることを可能にするとともに、排気の熱による破損を回避可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、高温の排気が流入通過される排気通路と、前記排気通過方向と直交する方向に流体を移動させるための流体通路とが交互に隣り合わせに多数配置され、前記流体通路内の流体と前記排気通路を通過する排気の熱との間で熱交換させるための熱交換器であって、一対の部材を抱き合わせて一体化される筒状組立体を多数積層した構造体とされ、前記筒状組立体それぞれの内孔が前記排気通路とされ、前記筒状組立体それぞれの積層間に前記流体通路が前記排気通過方向と直交する方向に沿って設けられ、前記一対の部材において抱き合わせ方向で対向する面それぞれに、相手側へ向けて突出する突起が多数設けられ、前記一方の各突起が他方の各突起と結合されることで前記一対の部材が一体化されている、ことを特徴としている。
【００１５】
この構成では、多数の突起が従来例で示したコルゲートタイプのフィンの代わりとなり、当該フィンに比べて強度がアップする。また、突起の外表面面積による受熱量が前記コルゲートタイプのフィンに比べて増加することになるため、突起の設置数を前記コルゲートタイプのフィンの設置数に比べて少なくすることが可能になって、突起の配置間隔を大きくすることが可能になる等、排気の流通抵抗が低下する。
【００１６】
また、熱交換器を構成する一対の部材の組み合わせは、前記多数の突起を結合することにより行われるようになっているから、前記組み合わせ作業が容易となる。
【００１７】
このように、突起が、排気の熱を受ける部分と、一対の部材を組み合わせるときの連結部分とを兼ねるから、前記一対の部材に排気の熱を受ける部分と連結部分との両方を別々に設ける必要がなくなり、当該一対の部材を比較的簡易な形状にすることが可能になる等、製造コストを低減するうえで有利となる。
【００１８】
好ましくは、前記一対の部材は、それぞれ平面視で方形状とされかつ対向する２辺にそれぞれ直角方向に延出する鍔部を有する板体であり、この板体それぞれの外面に前記２辺間に延びる凹みが設けられ、この凹みは、前記一対の部材で一体化された筒状組立体で積層構造体としたときに、隣り合う筒状組立体それぞれの外側に向けて開口するように位置されて、隣り合う凹みどうしが組み合わされることで前記流体通路となる中空空間が作られる。
【００１９】
ここでは、一対の部材の構成を特定しており、この特定により流体通路の全体像がわかりやすくなる。
【００２０】
好ましくは、前記積層構造体において前記流体通路それぞれの一方開口が位置する側に、前記すべての一方開口が連通される高温側タンクが設けられ、前記積層構造体において前記流体通路それぞれの他方開口が位置する側に、前記すべての他方開口が連通される低温側タンクが設けられ、前記両タンクが、排気の熱を受けた流体通路内の流体と加熱対象との間で熱交換させるための放熱用熱交換器に個別に連通連結される。
【００２１】
この構成では、受熱用の熱交換器内の流体が、当該熱交換器と放熱用熱交換器と連結用通路とにより作られる閉ループ内で循環されることになり、排気の熱の回収と放熱とが繰り返される。
【００２２】
好ましくは、前記各突起は、筒形とされるとともに先端が開放され、その中空部分が、前記隣り合う流体通路を互いに連通するための連通路となる。
【００２３】
この構成では、互いに結合された両方の突起内に作られる中空部分からなる連通路が、隣り合う流体通路間で流体の流通を許容するようになる。これにより、突起が受けた排気の熱を流体に速やかに伝達することが可能になる等、熱交換効率の向上に貢献できるようになる。
【００２４】
また、本発明は、内部に封入される流体を排気の熱を受けて蒸発させるための受熱部と、この受熱部で蒸発された流体を受け取って当該流体の熱を加熱対象に伝達することで当該流体を凝縮させるための放熱部と、前記受熱部で蒸発される流体を前記放熱部へ移送するための移送路と、前記放熱部で凝縮される流体を前記受熱部へ戻すための還流路とを含むループ式ヒートパイプ構造とされた排気熱回収装置において、前記受熱部が、前記の熱交換器とされる、ことを特徴としている。
【００２５】
ここでは、ループ式ヒートパイプ構造の排気熱回収装置に備える受熱部を、前述した構成の熱交換器としている。これにより、受熱部において、排気の流通性が良好となったうえで排気の熱を効率良く受けることが可能になるとともに、熱による破損を回避することが可能になる。
【００２６】
好ましくは、前記受熱部は、その多数の排気通路に内燃機関の排気が流入通過されるような形態で内燃機関の排気通路に設置され、前記放熱部は、前記内燃機関の冷却水を外部に取り出してから戻すための冷却水通路、または前記排気通路に設置される触媒に付設される。
【００２７】
この構成では、内燃機関の排気熱を効率よく回収することが可能になり、かつ、内燃機関の背圧を低減するうえで有利となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る熱交換器は、高温の排気が流入通過される排気通路と、前記排気通過方向と直交する方向に流体を移動させるための流体通路とが交互に隣り合わせに多数配置され、前記流体通路内の流体と前記排気通路を通過する排気の熱との間で熱交換させるための熱交換器において、排気の流通性を損なうことなく、排気の熱を効率良く受けることが可能になるとともに、排気の熱による破損を回避することが可能になる。
【００２９】
また、本発明に係る排気熱回収装置は、その受熱部に前記熱交換器の構成を採用してい
るから、排気の流通性を阻害することなく排気の熱を効率良く受けることが可能になるとともに、排気の熱による破損を回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る排気熱回収装置の一実施形態で、その全体の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の排気熱回収装置の平面図である。
【図３】図２の（３）−（３）線断面の矢視図である。
【図４】図１から図３の排気熱回収装置における受熱部を構成する筒状組立体の積層構造体を示す斜視図である。
【図５】図４の１つの筒状組立体の結合前の状態を示す斜視図である。
【図６】図４の筒状組立体の結合部分を断面にして示す図である。
【図７】本発明に係る排気熱回収装置の他実施形態で、図５に対応する図である。
【図８】図７の実施形態において、図６に対応する図である。
【図９】本発明に係る排気熱回収装置を内燃機関の冷却水加熱に利用する場合の一例を模式的に示す図である。
【図１０】図９の排気熱回収装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る排気熱回収装置を内燃機関の排気通路の触媒加熱に利用する場合の一例を模式的に示す図である。
【図１２】図１１の排気熱回収装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１から図６に本発明の一実施形態を示している。図中、１は排気熱回収装置の全体を示している。排気熱回収装置１は、主として受熱部２、放熱部３、移送路４、還流路５を含んだループ式ヒートパイプ構造になっている。
【００３３】
図示例の排気熱回収装置１は、受熱部２と放熱部３とが接近して配置されてコンパクトにユニット化されているタイプを例に挙げている。
【００３４】
この排気熱回収装置１の内部は、真空状態とされていて、そこに適量の流体が封入されている。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、排気熱回収装置１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、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、排気熱回収装置１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。
【００３５】
受熱部２は、排気の熱を奪って内部の流体を蒸発させるものである。この受熱部２は、排気通路２ｃや流体通路２ｄを有するコア２ａと、このコア２ａが収納されるケース２ｂとを含んだ構成である。
【００３６】
ケース２ｂ内には、コア２ａの上部と下部とに適宜の容量の空間からなるタンク２ｅ，２ｆが形成されている。上部タンク２ｅは、主に蒸発された作動流体が集められるので、高温側タンクとなる。下部タンク２ｆは、主に液化した作動流体が集められるので、低温側タンクとなる。この受熱部２の詳細な構成については後で説明する。
【００３７】
放熱部３は、受熱部２で蒸気とされた流体を受け取って、この流体の熱を加熱対象（例えば内燃機関の冷却水）に伝達させるものであり、流体は熱伝達後に凝縮されて受熱部２
に戻される。
【００３８】
この放熱部３は、内部が密閉されたケースからなり、その内部空間には移送路４の下流端および還流路５の上流端がそれぞれ接続されている。この放熱部３の内部空間には、加熱対象が挿入されている。
【００３９】
移送路４は、受熱部２の上部タンク２ｅと放熱部３の内部空間とを連通連結するための配管で、受熱部２で蒸発された流体を放熱部３へ移送する。
【００４０】
還流路５は、放熱部３の内部空間と受熱部２の下部タンク２ｆとを連通連結するための配管で、放熱部３で凝縮された流体を受熱部２へ戻す。この還流路５は、放熱部３で凝縮されて液状となった流体を受熱部２へ戻しやすくするために適宜の下り勾配がつけられている。
【００４１】
ここで、前記した受熱部２のコア２ａの詳細な構成について説明する。この実施形態での受熱部２のコア２ａは、従来例で示したようなコルゲートタイプのフィンを用いない構成の熱交換器になっている。
【００４２】
コア２ａは、多数の筒状組立体７・・・を横方向に積層して連結した積層構造体になっている。筒状組立体７それぞれは、一対のプレート１０，２０を抱き合わせて一体化された構成であり、この実施形態では、四角い筒のような形状とされている。この筒状組立体７の内孔が、排気が流入通過される排気通路２ｃとなる。
【００４３】
一対のプレート１０，２０は、それぞれ平面視が方形状でかつ側面視がコの字形状の薄肉板材からなる。この一対のプレート１０，２０、その左右方向両側には、厚み方向一方へ張り出すように屈曲されてなる張り出し部１１，１２，２１，２２が設けられている。この張り出し部１１，１２，２１，２２を設けることによって一対のプレート１０，２０の左右方向の中間領域に上下方向に沿う凹み１３，２３が作られるようになっている。また、一対のプレート１０，２０の上部および下部には、直角に屈曲された鍔部１４，１５，２４，２５が設けられている。
【００４４】
前記の凹み１３，２３には、その底面部から外側へ突出する多数の突起１６，２６が設けられている。この多数の突起１６，２６は、平面的に見てドットマトリクス状に設けられている。この突起１６，２６それぞれは、円筒形とされていて、先端が開放されている。一方のプレート１０の突起１６は、他方のプレート２０の突起２６の内径側に嵌め入れられる。これらの突起１６，２６の嵌合状態は、ジャストフィット、ルーズフィット、タイトフィット等、任意とされる。
【００４５】
そして、一対のプレート１０，２０は、それぞれの凹み１３，２３の底側を向き合わせて排気通路２ｃとなる内孔を作るように結合することで一体化されて、筒状組立体７とされる。
【００４６】
この結合は、一方プレート１０の突起１６を、他方プレート２０の突起２６の内径側に嵌め入れることにより、行われる。この後、両方の突起１６，２６の嵌合部分を溶接またはロウ付け等により強固に固着させるとともに、密封性を高めるようにする。
【００４７】
このようにして組み立てられた筒状組立体７それぞれは、隣り合うように重ねて、隣り合う筒状組立体７どうしを連結することで、図４に示すような構造のコア２ａが完成される。
【００４８】
この連結は、筒状組立体７それぞれの一方プレート１０の張り出し部１１，１２と、この筒状組立体７と隣り合う筒状組立体７の他方プレート２０の張り出し部２１，２２とを重ね合わせて、この重合部分を溶接またはロウ付け等により接合する。
【００４９】
このようにしてコア２ａを作ると、隣り合う筒状組立体７それぞれの間に流体通路２ｄが作られることになる。つまり、筒状組立体７それぞれの一方プレート１０の凹み１３と、この筒状組立体７と隣り合う筒状組立体７の他方プレート２０の凹み２３とが合わさって流体通路２ｄが作られるのである。
【００５０】
この流体通路２ｄそれぞれは、突起１６，２６の内部空間（連通路）を経て連通されるようになる。また、これらの突起１６，２６は、筒状組立体７それぞれの排気通路２ｃ内に露呈しているので、これらの突起１６，２６が排気の熱を受けるフィンの役割を果たすようになる。
【００５１】
この後、コア２ａをケース２ｂ内に収納設置する。これにより、ケース２ｂとコア２ａとで上部タンク２ｅと下部タンク２ｆとが作られる。両方のタンク２ｅ，２ｆは、深さが異なるものの、受け皿のような形状になっている。言い換えれば、上部タンク２ｅの内部空間にはすべての流体通路２ｄの上部開口が連通されており、また、下部タンク２ｆの内部空間には、すべての流体通路２ｄの下部開口が連通されている。これにより、上部タンク２ｅと下部タンク２ｆとが連通されるようになっている。
【００５２】
ちなみに、受熱部２の下部タンク２ｆから流体通路２ｄの上下方向途中までの領域に流体が入れられており、流通通路２ｄの上方や上部タンク２ｅには、蒸発された流体が存在するようになる。
【００５３】
次に、図１から図３を参照して、前記した排気熱回収装置１の使用形態を説明する。
【００５４】
排気熱回収装置１は、例えば自動車等の車両に搭載される内燃機関から排出される排気の熱を回収して、内燃機関の冷却水（ＬＬＣ：ロングライフクーラントと呼ばれる冷媒）を加熱する形態で使用することができる。
【００５５】
図示しているように、排気熱回収装置１の受熱部２が、自動車等の車両に備える排気管３０の途中に設置され、排気熱回収装置１の放熱部３内に、内燃機関の冷却水を外部に取り出してから戻すための冷却水流路４０が挿入されている。
【００５６】
排気管３０は、排気熱回収装置１を設置することによって、それを境に上流部３１と下流部３２とに分割される。ちなみに、図示していないが、排気管３０の上流部３１側に触媒が設けられ、排気管３０の下流部３２側に消音マフラー等が設けられる。
【００５７】
排気熱回収装置１の受熱部２における各排気通路２ｃの入口が排気管３０の上流部３１側に配置されて、各排気通路２ｃの出口が排気管３０の下流部３２に配置される。
【００５８】
受熱部２における排気入口側と排気管３０の上流部３１との連結部分、および排気熱回収装置１の受熱部２における排気出口側と排気管３０の下流部３２との連結部分には、テーパコーン形状の中継パイプ３３，３４が設けられている。
【００５９】
上流側連結部分に設置される中継パイプ３３は、排気流通方向の上流側から下流側へ向けて内径寸法を漸次大きくする形状であり、それによって排気管３０の上流部３１を流れる排気を排気熱回収装置１の受熱部２の排気入口全域に行き届かせることが可能になっている。
【００６０】
下流側連結部分に設置される中継パイプ３４は、排気流通方向の上流側から下流側へ向けて内径寸法を漸次小さくする形状であり、それによって排気熱回収装置１の受熱部２の排気出口全域から流出する排気を排気管３０の下流部３２に抵抗少なく集めて流すことが可能になっている。
【００６１】
そして、排気熱回収装置１の動作を説明する。
【００６２】
排気管３０を流れる排気は、受熱部２における排気通路２ｃに流入して通過することになるが、その過程で排気通路２ｃに露呈している突起１６，２６の外表面に衝突し、この突起１６，２６の外表面を回り込むようにして下流側へ流れる。
【００６３】
これにより、突起１６，２６に排気の熱が伝わることになり、コア２ａ内に封入されている液状の流体が加熱されることになる。この流体が蒸発されると、すべての流体通路２ｄを上昇して上部タンク２ｅに入り、移送路４を経て放熱部３に移送される。
【００６４】
なお、互いに結合された両方の突起１６，２６内に作られる中空空間からなる連通路が、隣り合う流体通路２ｄ間における流体の流通を許容するようになっているから、突起１６，２６が受けた排気の熱を流体に速やかに伝達することが可能になる。
【００６５】
そして、放熱部３において、蒸発された流体で冷却水通路４０内を流通する内燃機関の冷却水が加熱されることになる。これにより、放熱部３内の流体が機関冷却水との熱交換により凝縮されて液状となり、還流路５を経て受熱部２の下部タンク２ｆに戻される。
【００６６】
以降は、受熱部２内の流体が、受熱部２と放熱部３と移送路４と還流路５とにより作られる閉ループ内で循環されることになって、排気の熱の回収と機関冷却水の加熱とを繰り返すようになる。これにより、内燃機関の暖機運転の早期終了に貢献できる。
【００６７】
但し、機関冷却水の過剰加熱を防止するために、次のような工夫がされている。つまり、放熱部３と還流路５との連結部には、流体の戻り量を規制するためのバルブ２ｇが設けられている。このバルブ２ｇは、内燃機関側からの負圧に基づいて開度がコントロールされる。例えば放熱部３において機関冷却水との熱交換が不要となった暖機完了時等にバルブ２ｇを全閉状態とすれば、流体の移動を停止して機関冷却水の過剰昇温を防止させることが可能になる。
【００６８】
以上説明したように本発明の特徴を適用した実施形態の排気熱回収装置１は、受熱部２のコア２ａを構成する多数の筒状組立体７について、各一対のプレート１０，２０を組み合わせてなる筒状組立体７を隣り合わせに連結した積層構造体としていて、筒状組立体７を組み立てる際に一対のプレート１０，２０に設けた突起１６，２６どうしを嵌合することで連結するようにしているとともに、この突起１６，２６で排気の熱を受け取るようにしている。
【００６９】
特に、多数の突起１６，２６は、従来例で示した薄肉板材からなるコルゲートタイプのフィンに比べて強度がアップすることになり、コルゲートタイプのフィンの場合に懸念されていた熱による破損を回避するうえで有利となる。
【００７０】
また、突起１６，２６の外表面面積による受熱量が前記コルゲートタイプのフィンに比べて増加することになるため、突起１６，２６の設置数をコルゲートタイプのフィンの設置数に比べて少なくすることが可能になって、突起１６，２６の配置間隔を大きくすることが可能になる等、排気の流通抵抗が低下する。
【００７１】
また、受熱部２のコア２ａの筒状組立体７を構成する一対の部材１０，２０の組み立ては、多数の突起１６，２６どうしを嵌合することで結合するようにしているから、前記組み立て作業が容易に行えるようになる。
【００７２】
このように、突起１６，２６が、排気の熱を受ける部分と、一対の部材１０，２０を組み立てるときの連結部分とを兼ねるものであるから、一対の部材１０，２０に排気の熱を受ける部分と連結部分との両方を別々に設ける必要がなくなり、当該一対の部材１０，２０を比較的簡易な形状にすることが可能になる等、製造コストを低減することが可能になる。
【００７３】
しかも、この実施形態では、互いに結合された両方の突起１６，２６内に作られる中空部分を、隣り合う流体通路２ｄ間における流体の流通を許容するための連通路としているから、突起１６，２６が受けた排気の熱を、隣り合う流体通路２ｄ内の流体に速やかに伝達することが可能になる等、熱交換効率の向上に貢献できるようになる。
【００７４】
したがって、この実施形態での排気熱回収装置１によれば、内燃機関の背圧向上を回避しながら、内燃機関の排気熱を効率良く回収することが可能になり、また、受熱部２の熱による破損を回避することが可能になる。
【００７５】
参考までに、この実施形態での突起１６，２６を用いる受熱部２に関する熱回収率や排気通過抵抗について、従来例で示したようなコルゲートタイプのフィンを用いる受熱部と比較する。
【００７６】
仮に、受熱部２のコア２ａの外形として、長さを６０ｍｍ、幅を９０ｍｍ、高さを７０ｍｍとし、７つの排気通路２ｃを設ける。１つの排気通路２ｃの幅を７ｍｍ、高さを６０ｍｍとする。
【００７７】
この実施形態の場合、突起１６，２６の外径を３．５ｍｍとし、突出寸法を３．５ｍｍとする。この突起１６，２６を、排気通路２ｃの高さ方向に８つ設け、長さ方向（排気通過方向）に６つ設けるものとする。これにより、突起１６，２６による熱交換器面積は、８×６×３．１４×３．５×７≒３６９３ｍｍ2となり、排気通路２ｃの空間面積は、７（６０−８×３．５）＝２２４ｍｍ2となる。
【００７８】
一方、参考例の場合、コルゲートタイプのフィンのフィンピッチを２ｍｍとし、板厚を０．２ｍｍとする。１つの排気通路２ｃに設けるフィン数は、排気通路２ｃの上端隙間および下端隙間を各３ｍｍとして、５４／（２＋０．２）≒２４枚とする。これにより、コルゲートタイプのフィンによる熱交換器面積は、２４×７×６０＝１００８０ｍｍ2となり、排気通路２ｃの空間面積は、７（６０−０．２×２４）＝３８６．４ｍｍ2となる。
【００７９】
これらに、排気通路２ｃの内面面積をそれぞれ加えると、この実施形態の場合、２７９６９ｍｍ2、参考例の場合、３５２８０ｍｍ2となる。これにより、面積比で熱回収量比を出すと、２７９６９／３５２８０≒７９．３％となる。
【００８０】
これに対し、圧力抵抗は、排気通路２ｃ内に存在する突起１６，２６やコルゲートタイプのフィンにかかる抵抗値であり、差が出る。抵抗となる投影面積は、この実施形態の場合、１９６ｍｍ、参考例の場合は、３３．６ｍｍとなる。平板からなるコルゲートタイプのフィンの抵抗係数を１とすると、円筒形の突起１６，２６の抵抗係数は０．４２となる。
【００８１】
参考例となる平板（フィン）の摩擦抵抗は、Ｃｆ＝１．３２８／√Ｒｅ≒０．０１４３となる。レイノルズ数ＲｅはＵ×Ｌ／ν≒９４００で、層流域となる。これにより、見かけの面積は、３２２ｍｍ2となる。
【００８２】
この実施形態における円筒形の突起１６，２６の摩擦抵抗は、平板に比べ４０％程度となり、また、排気通過方向下流側に位置する突起１６，２６に対しては排気通過方向最上流に位置する突起１６，２６の１００％もかからない。これにより、見かけの面積は、１９６×０．４２＋１９６×０．４２×０．５×５≒２８８ｍｍ2となる。
【００８３】
したがって、比で表すと、２８８／３２２＝８９．４％となる。
【００８４】
このように、大雑把な机上計算であるが、この実施形態では、参考例に対し、受熱部２のコア２ａによる熱回収効率が７９．３％で約８０％に、背圧（コア２ａ下流側の排気圧力）が８９．４％で約９０％になる。このことから、コア２ａにおいて、平板からなるフィンの代わりに円筒形の突起１６，２６を用いることに優位性があると言える。
【００８５】
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。
【００８６】
（１）上記実施形態では、多数の筒状組立体７を構成する一対のプレート１０，２０を連結するための両突起１６，２６の先端が開放されている場合を例に挙げているが、例えば図７および図８に示すように、突起１６，２６の先端が閉塞されていてもかまわない。
【００８７】
その場合、両方の突起１６，２６の先端を突き合わせて、そこを溶接またはロウ付け等により接合することができる。
【００８８】
この他、図示しないが、両方の突起１６，２６の先端に、互いに合致して嵌合する凹部と凸部とを振り分けて設け、これらの凹部と凸部とを嵌合させた後で、この嵌合部分を溶接またはロウ付け等により接合するようにしてもよい。
【００８９】
そして、前記のように突起１６，２６の先端を閉塞している場合、例えば一対のプレート１０，２０をプレス成形により製作する場合であれば、突起１６，２６の先端を開放させる場合に比べて、開放のためのプレス抜き工程を減らすことが可能になる等、コスト低減を図るうえで有利となる。
【００９０】
（２）上記実施形態では、排気熱回収装置１で回収した熱による加熱対象として内燃機関の冷却水とする場合を例に挙げているが、この加熱対象としては、例えば内燃機関の排気通路に設けられる触媒、内燃機関のオイル、あるいは変速機のオイル等とすることが可能である。
【００９１】
（３）上記実施形態では、受熱部２と放熱部３とを接近して配置するコンパクトタイプの排気熱回収装置１を例に挙げているが、本発明は、それに限定されるものではなく、例えば受熱部２と放熱部３とを遠く離して配置するセパレートタイプの排気熱回収装置１として実施することが可能である。
【００９２】
まず、図９および図１０を参照して、セパレートタイプの排気熱回収装置１で、加熱対象を内燃機関の冷却水とする場合について説明する。
【００９３】
内燃機関が搭載される車両には、一般的に、内燃機関の冷却水を用いて車室内の暖房を
行うための温風ヒータ５０が設置されている。温風ヒータ５０は、ヒータ流路５１と、ヒータコア５２と、ブロアファン５３とを含んだ構成になっている。ヒータ流路５１は、内燃機関内の冷却水を外部に取り出してから内燃機関へ戻すものである。ヒータコア５２は、ヒータ流路５１の途中に設けられており、ヒータ流路５１を流通する冷却水の熱を受けて、ヒータコア５２周辺の空気を暖める。ブロアファン５３は、ヒータコア５２によって暖められた空気を車室内に導入するものである。
【００９４】
また、排気管３０には、２つの触媒３５，３６が直列に設置されている。排気流れ方向の上流側に設置される触媒３５は、いわゆるスタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるもので、上流側触媒と言われる。また、排気流れ方向の下流側に設置される触媒３６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タ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるもので、下流側触媒と言われる。
【００９５】
排気熱回収装置１は、内燃機関から排出される排気の熱を回収して例えば温風ヒータ５０のヒータコア５２に導入される冷却水の昇温促進に利用する形態とされている。この排気熱回収装置１を構成する各要素（２〜５）の基本的な構成は図１から図６に示した実施形態のものと同じであるが、その設置状態が異なるので、以下で説明する。
【００９６】
排気熱回収装置１の受熱部２は、排気管３０において下流側触媒３６より下流側に設置されており、内部に密封される液状の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。
【００９７】
受熱部２の各排気通路２ｃは、排気管３０に対してその排気通過方向と直交する方向に設置される。放熱部３の内部空間には、ヒータ流路５１においてヒータコア５２より上流側領域が挿入されている。なお、ヒータ流路５１において放熱部３の内部空間に挿入される領域は、その外周にフィンが設けられており、熱交換面積が拡大されている。
【００９８】
移送路４および還流路５は、上記実施形態に比べて長尺とされており、排気通路（排気管３０、上流側触媒３５、下流側触媒３６）に対し、ブラケット３７ａ，３７ｂ，３７ｃを介して支持されている。この移送路４のブラケット３７ａ，３７ｂは、熱伝導性の高い材料（例えばステンレス鋼等）として、熱の移送ロスを低減させるようにし、還流路５のブラケット３７ｃは、熱伝導性の低い材料（例えばエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂）として、還流路５を流れる液状の流体を再び気化させないようにしている。
【００９９】
還流路５の途中には、凝縮された液状の流体を貯留するタンク８が設置されており、このタンク８より下流側には、バルブ２ｇが設けられている。このバルブ２ｇの開度は、図示していないコントローラにより必要に応じて調整することにより、タンク８の底側から受熱部２に流体を戻す量を制御可能になっている。
【０１００】
また、図１１および図１２を参照して、セパレートタイプの排気熱回収装置１で、加熱対象を内燃機関の触媒とする場合について説明する。
【０１０１】
この例では、排気熱回収装置１の受熱部２が排気管３０の下流側触媒３６より下流側に設置されている。排気熱回収装置１の放熱部３は、排気管３０の上流側触媒３５に付設されている。この排気熱回収装置１を構成する各要素（２〜５）の基本的な構成は図１から図６に示した実施形態のものと同じであるが、その設置状態が異なるので、以下で説明する。
【０１０２】
この放熱部３は、外形が円柱形の上流側触媒３５を包囲するような中空スリーブ３ａと、この中空スリーブ３ａの内径周壁の外径側に接合される径方向外向きに延出するフィン
３ｂ・・・とを含んだ構成になっている。
【０１０３】
このような形態では、受熱部２で蒸発される流体が移送路４を経て放熱部３の中空スリーブ３ａ内に移送されると、フィン３ｂで熱を吸収することにより上流側触媒３５を加熱し、それによって蒸発されていた流体が凝縮されることになって液化される。この液化された流体は、還流路５を経て受熱部２へと戻される。
【０１０４】
このような形態であれば、上流側触媒３５を効率よく迅速に活性化温度にまで昇温させることが可能になり、内燃機関の始動時におけるエミッション低減を図るうえで有利となる。但し、上流側触媒３５の加熱が不要な場合には、バルブ２ｇを閉塞して、排気熱の回収と放熱とを休止させる状態とすればよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１      排気熱回収装置
２      受熱部
２ａ    受熱部のコア
２ｂ    ケース
２ｃ    受熱部の排気通路
２ｄ    受熱部の流体通路
２ｅ    上部タンク
２ｆ    下部タンク
３      放熱部
４      移送路
５      還流路
７      筒状組立体
１０，２０      一対のプレート
１３，２３      両プレートの凹み
１６，２６      両プレートの突起
３０      排気管
４０      冷却水通路
【図１】
2010223060.tif 000003
【図２】
2010223060.tif 000004
【図３】
2010223060.tif 000005
【図４】
2010223060.tif 000006
【図５】
2010223060.tif 000007
【図６】
2010223060.tif 000008
【図７】
2010223060.tif 000009
【図８】
2010223060.tif 000010
【図９】
2010223060.tif 000011
【図１０】
2010223060.tif 000012
【図１１】
2010223060.tif 000013
【図１２】
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