(57)【要約】【課題】熱交換部の小型化を図ることが可能な自励振動ヒートパイプおよび自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットを提供する。【解決手段】この自励振動ヒートパイプ１０は、排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）の周囲に巻回されるとともに端部１０ｂおよび１０ｃが連結された閉ループ構造を有する管部材１０ａと、管部材１０ａに封入された作動液とを備える。管部材１０ａは、排気管部１ｃを流通する排気ガス２により管部材１０ａ内の作動液が加熱される加熱部領域１１と、加熱部領域１１において加熱された作動液が冷却される冷却部領域１２とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱流体が流通する配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体と、
前記ヒートパイプ本体に封入された作動液とを備え、
前記ヒートパイプ本体は、
前記配管を流通する熱流体により前記ヒートパイプ本体内の前記作動液を加熱するか、または、外部熱源により加熱された前記作動液により前記配管を流通する熱流体を加熱するための第１熱交換部と、
前記第１熱交換部において加熱された前記作動液を冷却するか、または、前記外部熱源により前記作動液を加熱するための第２熱交換部とを含む、自励振動ヒートパイプ。
【請求項２】
前記ヒートパイプ本体の前記第１熱交換部と熱流体が流通する前記配管とは、隙間を隔てて互いに離間している、請求項１に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項３】
前記ヒートパイプ本体の前記第２熱交換部と熱流体が流通する前記配管との間には、第１断熱材が配置されている、請求項１または２に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項４】
前記第１断熱材は、前記ヒートパイプ本体の内周側に貼り付けられており、
前記第１断熱材と熱流体が流通する前記配管とは、隙間を隔てて互いに離間している、請求項３に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項５】
前記第１断熱材は、前記第２熱交換部側から前記第１熱交換部側に亘って前記ヒートパイプ本体の内周側に貼り付けられており、
前記第１断熱材と前記配管との離間間隔は、前記第２熱交換部側から前記第１熱交換部側に向かって徐々に広がるように構成されている、請求項４に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項６】
前記ヒートパイプ本体の外周側は、前記ヒートパイプ本体の巻回方向に沿って配置された第２断熱材により覆われている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項７】
前記第１熱交換部と前記第２熱交換部とは、熱流体が流通する前記配管を挟んで互いに反対側に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項８】
前記ヒートパイプ本体は、前記配管の延びる方向に沿って螺旋状に巻回されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項９】
熱流体が流通する前記配管は、車両の排気ガス管であり、
前記第１熱交換部において前記排気ガス管を流通する排気ガスにより前記作動液が加熱されるとともに、前記作動液が前記第１熱交換部から前記第２熱交換部に移動されて前記第２熱交換部において外部熱源により冷却されるように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項１０】
熱流体が流通する配管と、
前記配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結され、作動液が封入された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体とを備え、
前記ヒートパイプ本体は、
前記配管を流通する熱流体により前記ヒートパイプ本体内の前記作動液を加熱するか、または、外部熱源により加熱された前記作動液により前記配管を流通する熱流体を加熱するための第１熱交換部と、
前記第１熱交換部において加熱された前記作動液を冷却するか、または、前記外部熱源により前記作動液を加熱するための第２熱交換部とを含む、自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自励振動ヒートパイプおよび自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自励振動ヒートパイプが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と自励振動式のヒートパイプとを備えた車両用空調装置が開示されている。この特許文献１に記載の車両用空調装置では、両端が接続された閉ループ構造を有するヒートパイプの受熱部（加熱部）が車室側の空調用送風路内に配置されるとともに、ヒートパイプの放熱部（冷却部）が冷凍サイクル装置における蒸発器と熱交換可能に配置されている。そして、空調運転時、ヒートパイプ内の作動液が受熱部と放熱部との間で自励振動することによって、空調用送風路を通過する空気の熱（高温部）が作動液を介して冷凍サイクル装置の蒸発器（低温部）へと熱輸送されるように構成されている。なお、ヒートパイプは、所定の曲率半径を有して幾度も折り返されるような形状を有して空調用送風路内に配置されており、往復蛇行するヒートパイプの外表面が通過空気と直接的に接触するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された車両用空調装置では、幾度も折り返され往復蛇行するヒートパイプの受熱部（加熱部）が空調用送風路内に配置されているため、送風路抵抗（圧力損失）の低減のためにも空調用送風路の断面形状を大きく設計する必要がある。このため、この自励振動式のヒートパイプを用いた場合には、熱交換ユニットが大型化するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、熱交換ユニットの小型化を図ることが可能な自励振動ヒートパイプおよびこの自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における自励振動ヒートパイプは、熱流体が流通する配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体と、ヒートパイプ本体に封入された作動液とを備え、ヒートパイプ本体は、配管を流通する熱流体によりヒートパイプ本体内の作動液が加熱されるか、または、外部熱源により加熱された作動液により配管を流通する熱流体を加熱するための第１熱交換部と、第１熱交換部において加熱された作動液が冷却されるか、または、外部熱源により作動液を加熱するための第２熱交換部とを含む。
【０００８】
この発明の第１の局面による自励振動ヒートパイプでは、上記のように、熱流体が流通する配管の周囲に巻回されるヒートパイプ本体と、ヒートパイプ本体に封入された作動液とを備えることによって、ヒートパイプ本体と配管を流通する熱流体とを直接的に接触させることなくヒートパイプ本体内の作動液と配管内の熱流体との間の熱交換を行うことができるので、ヒートパイプ本体の第１熱交換部が配管内に配置されない分、配管の断面積を小さく設計することができる。また、たとえば、第１熱交換部を配管内に配置してヒートパイプ本体と熱流体とを直接的に接触させて熱交換を行う場合と異なり、第１熱交換部が配管内に配置されない分、配管内の流路抵抗（熱流体の圧力損失）を低減することができるので、これによっても配管の断面積を小さくすることができる。これらの結果、本発明の自励振動ヒートパイプを用いて熱移動を図る場合の熱交換ユニットの小型化を図ることができる。
【０００９】
また、第１の局面による自励振動ヒートパイプでは、第１熱交換部が配管内に配置されない構成である。したがって、たとえば、ヒートパイプ本体と高温の熱流体（排気ガスなど）とを直接的に接触させない状態で作動液と熱流体との間の熱交換を行うことができるので、高温熱流体とともに配管内に発生する腐食性の凝縮水がヒートパイプ本体を腐食させることもない。これにより、ヒートパイプ本体が腐食などに起因して早期に損傷するのを容易に回避することができる。
【００１０】
上記第１の局面による自励振動ヒートパイプにおいて、好ましくは、ヒートパイプ本体の第１熱交換部と熱流体が流通する配管とは、隙間を隔てて互いに離間している。このように構成すれば、第１熱交換部と配管とが互いに接触しないので、第１熱交換部と配管との間の熱交換（吸熱（加熱）または放熱（冷却））に伴う第１熱交換部（ヒートパイプ本体）側の熱膨張および配管側の熱膨張が相互に影響し合うのを容易に回避することができる。また、配管が物理的に振動してもヒートパイプ本体に直接的に伝わらないので、振動に起因したヒートパイプ本体の耐破損性を得ることができる。
【００１１】
上記第１の局面による自励振動ヒートパイプにおいて、好ましくは、ヒートパイプ本体の第２熱交換部と熱流体が流通する配管との間には、第１断熱材が配置されている。このように構成すれば、第２熱交換部と熱流体が流通する配管との間に熱交換が生じるのを第１断熱材により遮断することができる。また、第２熱交換部と配管との間に第１断熱材が介在して断熱が図られる分、第２熱交換部を配管により近づけて配置することができる。これにより、配管の周囲に巻回される自励振動ヒートパイプの外形形状をより小型化することができる。
【００１２】
上記第２熱交換部と配管との間に第１断熱材が配置される構成において、好ましくは、第１断熱材は、ヒートパイプ本体の内周側に貼り付けられており、第１断熱材と熱流体が流通する配管とは、隙間を隔てて互いに離間している。このように構成すれば、熱流体が流通する配管の外表面をヒートパイプ本体の内周側に確実に露出させることができるので、配管の外表面とヒートパイプ本体における第１熱交換部との間の熱交換（吸熱（加熱）または放熱（冷却））を促進することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、第１断熱材は、第２熱交換部側から第１熱交換部側に亘ってヒートパイプ本体の内周側に貼り付けられており、第１断熱材と配管との離間間隔は、第２熱交換部側から第１熱交換部側に向かって徐々に広がるように構成されている。このように構成すれば、第１熱交換部において配管を流通する熱流体によりヒートパイプ本体内の作動液を加熱する場合には、第２熱交換部に対応して配置された第１断熱材と配管との隙間を介して伝達される熱流体の熱を、第２熱交換部側から第１熱交換部側に向かって離間間隔が徐々に広がる領域を介して第１熱交換部側に容易に対流させることができる。また、第１熱交換部において外部熱源により加熱された作動液により配管を流通する熱流体を加熱する場合には、作動液の熱を、第２熱交換部側から第１熱交換部側に向かって離間間隔が徐々に広がる領域を介して第２熱交換部に対応して配置され第１断熱材と隙間を介して配置された配管の部分にまで容易に対流させることができる。これにより、配管の外表面とヒートパイプ本体における第１熱交換部との間の熱交換をより促進することができる。
【００１４】
上記第２熱交換部と配管との間に第１断熱材が配置される構成において、好ましくは、ヒートパイプ本体の外周側は、ヒートパイプ本体の巻回方向に沿って配置された第２断熱材により覆われている。このように構成すれば、第２断熱材により、ヒートパイプ本体の外周側の表面と外部との間に熱交換（熱損失）が生じるのを遮断することができる。すなわち、作動液の自励振動により第１熱交換部において加熱された作動液を第２熱交換部により冷却（凝縮）させるか、または、第２熱交換部において加熱された作動液を第１熱交換部において配管内の熱流体の加熱に用いる際の熱交換を効率よく行うことができる。
【００１５】
上記第１の局面による自励振動ヒートパイプにおいて、好ましくは、第１熱交換部と第２熱交換部とは、熱流体が流通する配管を挟んで互いに反対側に配置されている。このように構成すれば、配管の周囲に巻回されるヒートパイプ本体における第１熱交換部と第２熱交換部とを互いに最も遠ざけて各々配置することができるので、第１熱交換部と第２熱交換部との間をヒートパイプ本体の巻回方向に沿って繰り返し往復移動する作動液の自励振動を安定的に維持することができる。
【００１６】
上記第１の局面による自励振動ヒートパイプにおいて、好ましくは、ヒートパイプ本体は、配管の延びる方向に沿って螺旋状に巻回されている。このように構成すれば、配管の周囲に巻回されるヒートパイプ本体を配管の延びる方向に沿って繰り返し巻回して熱交換ユニットを構成することができるので、配管の限られた部分（領域）に本発明の自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットを設ける場合であっても、小型化を図りつつ所望の熱交換量を得ることが可能な熱交換ユニットを構成することができる。
【００１７】
上記第１の局面による自励振動ヒートパイプにおいて、好ましくは、熱流体が流通する配管は、車両の排気ガス管であり、第１熱交換部において排気ガス管を流通する排気ガスにより作動液が加熱されるとともに、作動液が第１熱交換部から第２熱交換部に移動されて第２熱交換部において冷却されるように構成されている。このように構成すれば、車両のエンジン（内燃機関）から排出される高温の排気ガスの排熱を本発明の自励振動ヒートパイプを用いて回収する際の熱交換ユニットの小型化を図ることができる。また、ヒートパイプ本体と高温（最大で約１０００℃）の排気ガスとを直接的に接触させない状態で作動液と排気ガスとの熱交換を行うことができるので、排気ガスとともに排気ガス管内に発生する腐食性の凝縮水がヒートパイプ本体を腐食させることもない。これにより、自励振動ヒートパイプが腐食などに起因して早期に損傷するのを容易に回避することができる。また、ヒートパイプ本体（第１熱交換部）が排気ガス管内に配置されない分、排気ガス管の圧力損失に影響しないのでエンジンの性能を維持することができる。
【００１８】
この発明の第２の局面における自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットは、熱流体が流通する配管と、配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結され、作動液が封入された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体とを備え、ヒートパイプ本体は、配管を流通する熱流体によりヒートパイプ本体内の作動液が加熱されるか、または、外部熱源により加熱された作動液により配管を流通する熱流体を加熱するための第１熱交換部と、第１熱交換部において加熱された作動液が冷却されるか、または、外部熱源により作動液を加熱するための第２熱交換部とを含む。
【００１９】
この発明の第２の局面による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットでは、上記のように、熱流体が流通する配管と、配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結され、作動液が封入された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体とを備えることによって、ヒートパイプ本体と配管を流通する熱流体とを直接的に接触させることなくヒートパイプ本体内の作動液と配管内の熱流体との間の熱交換を行うことができるので、配管内にヒートパイプ本体の第１熱交換部が配置されない分、配管の断面積を小さく設計することができる。また、たとえば、配管内に第１熱交換部を配置してヒートパイプ本体と熱流体とを直接的に接触させて熱交換を行う場合と異なり、配管内にヒートパイプ本体の第１熱交換部が配置されない分、配管内の流路抵抗（熱流体の流通に伴う圧力損失）を低減することができるので、これによっても配管の断面積を小さくすることができる。これらの結果、本発明の自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの小型化を図ることができる。
【００２０】
なお、本出願では、上記第１の局面による自励振動ヒートパイプとは別に、以下のような構成も考えられる。
【００２１】
（付記項１）
すなわち、本出願の他の構成による自励振動ヒートパイプは、車両の排熱が流通する配管の周囲に巻回されるとともに両端が連結された閉ループ構造を有するヒートパイプ本体と、ヒートパイプ本体に封入された作動液とを備え、ヒートパイプ本体は、配管を流通する排熱によりヒートパイプ本体内の作動液が加熱される第１熱交換部と、第１熱交換部において加熱された作動液が冷却される第２熱交換部とを含む。このように構成すれば、ヒートパイプ本体と配管を流通する車両の排熱とを直接的に接触させることなくヒートパイプ本体内の作動液と配管内の排熱との間の熱交換を行うことができるので、ヒートパイプ本体の第１熱交換部が配管内に配置されない分、配管の断面積を小さく設計することができる。また、たとえば、第１熱交換部を配管内に配置してヒートパイプ本体と車両の排熱とを直接的に接触させて熱交換を行う場合と異なり、第１熱交換部が配管内に配置されない分、配管内の流路抵抗（排熱の流通に伴う圧力損失）を低減することができるので、これによっても配管の断面積を小さくすることができる。これらの結果、この自励振動ヒートパイプを用いて熱移動（排熱回収）を図る場合の熱交換ユニットの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、上記のように、熱交換ユニットの小型化を図ることが可能な自励振動ヒートパイプおよびこの自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの全体構成を示した側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの構造を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの構造を示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの全体構成を示した側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの構造を示した断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットの全体構成を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による自励振動ヒートパイプ１０を用いた熱交換ユニット１００の構成について説明する。
【００２６】
第１実施形態による熱交換ユニット１００は、車両におけるエンジンの排熱を回収して車両内の他の熱源として再利用するための熱回収装置として車両に組み込まれている。たとえば、熱交換ユニット１００を機能させることにより、エンジン（内燃機関）に接続された排気ガス管１（図１参照）を流通する排気ガス２の排熱を回収して車室空調における暖房の熱源（循環水３の加温）に再利用することが可能に構成されている。なお、排気ガス管１および排気ガス２は、それぞれ、本発明の「配管」および「熱流体」の一例である。また、循環水３は、本発明の「外部熱源」の一例である。
【００２７】
熱交換ユニット１００は、図１に示すように、エンジン側（Ｘ１側）から消音器（マフラー）側（Ｘ２側）へと延びる排気ガス管１の途中部分に配置されている。ここで、図１において、排気ガス２は、排気ガス管１内を矢印Ｘ２方向に流通する。また、排気ガス管１は、車体側に固定される上流側（Ｘ１側）の排気管部１ａおよび下流側（Ｘ２側）の排気管部１ｂと、排気管部１ａおよび１ｂに対して着脱可能に構成された排気管部１ｃとを有している。なお、排気管部１ｃは、本発明の「配管」の一例である。
【００２８】
排気管部１ａ、１ｂおよび１ｃは、各々の端部に形成されたフランジ部１ｄ、１ｅおよび一対のフランジ部１ｆをそれぞれ有している。したがって、排気管部１ａおよび１ｃは、フランジ部１ｄおよび１ｆ（Ｘ１側）を対向させた状態で図示しない締結部材を用いて互いに接合されるとともに、排気管部１ｂおよび１ｃは、フランジ部１ｅおよび１ｆ（Ｘ２側）を対向させた状態で図示しない締結部材を用いて互いに接合される。これにより、排気管部１ｃの両端部が排気管部１ａおよび１ｂに各々接続された状態で１本の排気ガス管１が構成されている。そして、熱交換ユニット１００は、この着脱可能な排気管部１ｃの部分に設けられている。
【００２９】
ここで、第１実施形態では、熱交換ユニット１００は、排気ガス２が流通する排気管部１ｃと、銅またはアルミなどの金属製の管部材１０ａからなる自励振動ヒートパイプ１０と、管部材１０ａの所定領域を包み込むように取り付けられるとともに内部を循環水３が流通する容器部２０とを備えている。なお、管部材１０ａは、本発明の「ヒートパイプ本体」の一例である。
【００３０】
具体的には、図１および図２に示すように、約数ミリの直径（内径）を有する１本の細管状の管部材１０ａが、排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）の外表面１ｇに対して半径方向外側に所定の間隔（離間距離Ｌ１）を隔てて略円形状に巻回されている。また、管部材１０ａは、図１に示すように、排気管部１ｃ（排気ガス管１）の延びる方向（Ｘ方向）に沿って所定のピッチ（Ｘ方向）を有して螺旋状に巻回されている。この際、管部材１０ａの巻回の中心点は、排気管部１ｃの中心線１５０上に配置されている。そして、自励振動ヒートパイプ１０は、螺旋状に巻回された管部材１０ａのＸ１側の端部１０ｂとＸ２側の端部１０ｃとがソケット状の連結部材３０を介して連結（接合）されている。これにより、自励振動ヒートパイプ１０は、管部材１０ａが排気管部１ｃまわりに巻回された状態で閉ループ構造を有して形成されている。したがって、熱交換ユニット１００を中心線１５０の延びる方向（Ｘ方向）に沿って見た場合の断面構造においては、図２に示すように、管部材１０ａは、排気管部１ｃに接触したり排気管部１ｃ内に露出したりすることなく排気管部１ｃの周囲に巻回された形状に形成されている。
【００３１】
なお、自励振動ヒートパイプ１０は、管部材１０ａが略真空に排気された後に、水・アルコールまたは代替フロン類などの作動液（冷媒）が封入される。また、管部材１０ａは、作動液が体積にして管部材１０ａの内容積の約半分の量だけ封入された状態で封止されている。
【００３２】
容器部２０は、管部材１０ａと同様に銅またはアルミなどの金属製である。また、容器部２０は、巻回される管部材１０ａの上側（Ｚ１側）の所定領域を外表面１０ｄに対して所定の間隔（空間部Ｐ）を有して包み込むように形成されている。また、容器部２０と管部材１０ａとは図示しないろう材を用いて接合されている。したがって、容器部２０内には管部材１０ａ内の作動液（蒸気）と循環水３との熱交換を図るための空間部Ｐが形成されている。また、図１に示すように、容器部２０には、循環水３が流入する入口部２１と循環水３が流出する出口部２２とが設けられている。ここで、循環水３は、車室空調装置における暖房用の熱交換器（ファンコイル）４と容器部２０との間を図示しない送水ポンプにより循環するように構成されている。
【００３３】
熱交換ユニット１００の断面構造をより詳細に説明する。図２に示すように、排気管部１ｃまわりに巻回された管部材１０ａは、加熱部領域１１と冷却部領域１２と断熱領域１３とを含んでいる。なお、加熱部領域１１とは、排気管部１ｃ（排気ガス管１）を流通する最大で約１０００℃に達する高温の排気ガス２により管部材１０ａ内の作動液が加熱（気化）される領域である。また、冷却部領域１２とは、加熱部領域１１で加熱（気化）された作動液が断熱領域１３を経由して冷却部領域１２に到達した際に循環水３との間で熱交換されて作動液が冷却（液化）される領域である。そして、断熱領域１３は、加熱部領域１１と冷却部領域１２とを左右（Ｙ１側およびＹ２側）で接続するように構成されている。そして、加熱部領域１１での作動液の加熱（沸騰）と冷却部領域１２での作動液の冷却（液化）とが作動液の自励振動を伴って連続的に繰り返されることにより、自励振動ヒートパイプ１０が熱輸送デバイスとして機能する。なお、加熱部領域１１および冷却部領域１２は、それぞれ、本発明の「第１熱交換部」および「第２熱交換部」である。
【００３４】
また、管部材１０ａにおける加熱部領域１１は、縦方向（Ｚ方向）に延びる中央線１７０（一点鎖線）に対して左右（時計回り方向および反時計回り方向）にそれぞれ約６０度の角度範囲を有している。また、冷却部領域１２は、中央線１７０に対して左右（時計回り方向および反時計回り方向）にそれぞれ約６０度の角度範囲を有している。また、加熱部領域１１と冷却部領域１２とは、排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）を挟んで互いにＺ方向に反対側に配置されている。したがって、管部材１０ａの下側で左右対称に合計で約１２０度の範囲の加熱部領域１１と、管部材１０ａの上側で左右対称に合計で約１２０度の範囲の冷却部領域１２とが配置されるとともに、加熱部領域１１と冷却部領域１２とが、左右各々における断熱領域１３により接続されている。
【００３５】
また、図１に示すように、自励振動ヒートパイプ１０が１つの閉ループ構造を有することによって、自励振動ヒートパイプ１０の作動液が自励振動を起こした場合に、加熱部領域１１、冷却部領域１２および断熱領域１３が、Ｘ方向に沿って巻回された管部材１０ａの巻き形状の一つ一つに形成されるように自励振動ヒートパイプ１０の周長（ループの全長）が予め調整されている。
【００３６】
ここで、第１実施形態では、図２に示すように、加熱部領域１１は、排気管部１ｃの下側（Ｚ２側）の外表面１ｇに対して半径方向に間隔ｄ１を隔てて離間した状態で配置されている。すなわち、管部材１０ａの加熱部領域１１に対応する部分と排気管部１ｃの外表面１ｇとの間には空間部Ｑが設けられている。また、冷却部領域１２を空間部Ｐを介して包み込む容器部２０は、排気管部１ｃの上側（Ｚ１側）の外表面１ｇに対して断熱材１４を隔てて離間した状態で配置されている。また、断熱材１４は、グラスウールからなり、容器部２０の内側表面２０ａおよび容器部２０の外部に露出する管部材１０ａの内周面１０ｅに沿って図示しない接着剤を用いて貼り付けられている。そして、断熱材１４の表面１４ａと、排気管部１ｃの上側（Ｚ１側）の外表面１ｇとは、間隔ｄ２を隔てて互いに離間している。なお、断熱材１４は、本発明の「第１断熱材」の一例である。
【００３７】
また、第１実施形態では、断熱材１４は、縦方向（Ｚ方向）に延びる中央線１７０（一点鎖線）に対して左右（時計回り方向および反時計回り方向）にそれぞれ約１２０度の角度範囲を有して管部材１０ａの内周面１０ｅに沿って貼り付けられている。また、断熱材１４は、図２に示した断面形状を保ったまま、管部材１０ａのＸ１側の端部からＸ２側の端部まで延びている。そして、断熱材１４と排気管部１ｃとの離間間隔は、冷却部領域１２側から加熱部領域１１側に向かって徐々に広がるように構成されている。すなわち、この離間間隔は、断熱材１４の加熱部領域１１側への延びに伴って間隔ｄ２から間隔ｄ１へと徐々に拡大されるように断熱材１４の半径方向の厚みが形成されている。そして、断熱材１４が終端した部分（端部１４ｂ近傍）において、加熱部領域１１に対応する管部材１０ａの内周面１０ｅから排気管部１ｃの外表面１ｇまでが間隔ｄ１（間隔ｄ２＜間隔ｄ１）になるように構成されている。
【００３８】
また、第１実施形態では、管部材１０ａの外周面１０ｆ（外周側）は、管部材１０ａの巻回方向に沿って配置された断熱材１５により覆われている。すなわち、断熱材１５は、グラスウールからなり、容器部２０の外側表面２０ｂおよび容器部２０から外部に露出する管部材１０ａの外周面１０ｆに沿って図示しない接着剤を用いて貼り付けられている。また、断熱材１５は、Ｘ１側の巻き部分とＸ２側の巻き部分とを繋ぐ管部材１０ａの部分も含めて管部材１０ａの外周面１０ｆを周状に覆っている。また、断熱材１５は、図２に示した断面形状を保ったまま、管部材１０ａのＸ１側の端部からＸ２側の端部まで延びるとともに、管部材１０ａのＸ１側の端部およびＸ２側の端部において、排気管部１ｃの外表面１ｇと管部材１０ａとの間の隙間を全て塞いでいる。これにより、熱交換ユニット１００内の空間部Ｑが、外界（外部）から隔離されており、加熱部領域１１と排気管部１ｃとの間の熱伝達（自然対流熱伝達および輻射伝熱）が図られている。なお、断熱材１５は、本発明の「第２断熱材」の一例である。
【００３９】
したがって、図２に示すように、加熱部領域１１においては、管部材１０ａの外周面１０ｆ（外周側）のみが断熱材１５により覆われている。また、冷却部領域１２においては、容器部２０の内側表面２０ａおよび内側表面２０ａ以外の管部材１０ａの内周面１０ｅ（内周側）が断熱材１４により覆われるとともに、容器部２０の外側表面２０ｂおよび外側表面２０ｂ以外の管部材１０ａの外周面１０ｆ（外周側）が断熱材１５により覆われている。また、断熱領域１３においては、管部材１０ａは、断熱材１４および断熱材１５により、内周面１０ｅおよび外周面１０ｆがそれぞれ覆われている。したがって、断熱領域１３においては、内部を自励振動により往復移動される作動液の外界（外部）との断熱が図られている。なお、図１では、熱交換ユニット１００の内部構造を説明するために、容器部２０の外側表面２０ｂおよび容器部２０の外部に露出する巻回された管部材１０ａの外周面１０ｆを覆う断熱材１５、および、容器部２０の内側表面２０ａおよび容器部２０の外部に露出する管部材１０ａの内周面１０ｅを部分的に覆う断熱材１４の図示を便宜的に省略している。
【００４０】
また、図１に示すように、容器部２０が取り付けられた自励振動ヒートパイプ１０全体は、金属製の支持部材５を介して排気管部１ｃに固定されている。これにより、図２に示すように、自励振動ヒートパイプ１０および断熱材１４が排気管部１ｃに対して間隔ｄ１および間隔ｄ２を有して直接的に接触しない状態で排気管部１ｃまわりに保持されるように構成されている。
【００４１】
熱交換ユニット１００が上記のように構成されることによって、熱交換ユニット１００においては、図２に示すように、加熱部領域１１において排気管部１ｃを流通する排気ガス２により管部材１０ａ内の作動液が加熱されて蒸発（気化）される。この際、排気管部１ｃの外表面１ｇからの自然対流熱伝達に加えて最大で約８００度まで熱せられた排気管部１ｃによる輻射熱が、空間部Ｑを介して加熱部領域１１に対応する管部材１０ａに伝達される。また、空間部Ｑの間隔ｄ１を有する領域のみならず、断熱材１４により間隔ｄ２を有して囲まれた隙間部分においても排気管部１ｃの外表面１ｇからの輻射熱が間隔ｄ２の隙間を介して間隔ｄ１に拡大された加熱部領域１１にまで伝達される。そして、気化された作動液は、加熱部領域１１から左右の断熱領域１３（図２参照）を経て冷却部領域１２に移動される。
【００４２】
そして、冷却部領域１２において循環水３により冷却されて凝縮（液化）される。反対に、容器部２０内の循環水３は、管部材１０ａ側から熱を得て温められる。また、冷却部領域１２で液化された作動液は、冷却部領域１２から左右の断熱領域１３（図２参照）を経て加熱部領域１１に移動される。そして、加熱部領域１１においては、排気ガス２により管部材１０ａ内の作動液が再び加熱されて蒸発（気化）される。このような自励振動と伴う作動液の相変化が繰り返されることにより、排気ガス２の熱が自励振動ヒートパイプ１０を介して循環水３へと受け渡されて、暖房用の熱交換器４から温風として車室内に提供される。このようにして、排気ガス管１に取り付けられる熱交換ユニット１００は構成されている。
【００４３】
第１実施形態では、上記のように、熱交換ユニット１００は、排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）と、排気管部１ｃの周囲に巻回されるとともに端部１０ｂおよび１０ｃが互いに連結され、作動液が封入された管部材１０ａからなる自励振動ヒートパイプ１０とを備える。これにより、自励振動ヒートパイプ１０と排気管部１ｃ（排気ガス管１）を流通する排気ガス２とを直接的に接触させることなく管部材１０ａ内の作動液と排気管部１ｃ内の排気ガス２との間の熱交換を行うことができるので、管部材１０ａの加熱部領域１１が排気管部１ｃ内に配置されない分、排気管部１ｃの断面積を小さく設計することができる。また、たとえば、加熱部領域１１を排気管部１ｃ内に配置して管部材１０ａと排気ガス２とを直接的に接触させて熱交換を行う場合と異なり、加熱部領域１１が排気管部１ｃ内に配置されない分、排気管部１ｃ（排気ガス管１）内の流路抵抗（排気ガス２の流通に伴う圧力損失）を低減することができるので、これによっても排気管部１ｃの断面積を小さくすることができる。これらの結果、自励振動ヒートパイプ１０を用いて熱移動（排気ガス２の排熱回収および再利用）を図る場合の熱交換ユニット１００の小型化を図ることができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、管部材１０ａの加熱部領域１１と排気ガス２が流通する排気管部１ｃとを、間隔ｄ１を隔てて互いに離間して設ける。これにより、加熱部領域１１と排気ガス管１とが互いに接触しないので、加熱部領域１１と排気管部１ｃとの間の熱交換（排気管部１ｃから加熱部領域１１への熱の移動）に伴う管部材１０ａの熱膨張が排気管部１ｃに対して影響する（配管同士が干渉する）のを容易に回避することができる。また、排気管部１ｃ（排気ガス管１）が物理的に振動しても管部材１０ａに直接的に伝わらないので、振動に起因した自励振動ヒートパイプ１０の耐破損性を得ることができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、管部材１０ａの冷却部領域１２に対応した容器部２０の内側表面２０ａと排気ガス２が流通する排気管部１ｃとの間に、断熱材１４を配置する。これにより、容器部２０を含む冷却部領域１２と排気ガス２が流通する排気管部１ｃとの間に熱交換が生じるのを断熱材１４により遮断することができる。また、冷却部領域１２と排気管部１ｃとの間に断熱材１４が介在して断熱が図られる分、冷却部領域１２を排気管部１ｃにより近づけて配置することができる。これにより、排気ガス管１の周囲に巻回される自励振動ヒートパイプ１０（管部材１０ａ）の外形形状をより小型化することができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、断熱材１４を管部材１０ａの内周面１０ｅ（内周側）に貼り付ける。そして、断熱材１４と排気ガス２が流通する排気管部１ｃとを間隔ｄ２（ｄ１＞ｄ２）を隔てて互いに離間させる。これにより、排気ガス２が流通する排気管部１ｃの外表面１ｇを管部材１０ａの内周面１０ｅ（内周側）に確実に露出させることができるので、排気管部１ｃの外表面１ｇと管部材１０ａにおける加熱部領域１１との間の熱交換（排気管部１ｃの外表面１ｇから加熱部領域１１への熱の移動）を促進することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、断熱材１４を冷却部領域１２側から加熱部領域１１側に亘って管部材１０ａの内周面１０ｅに貼り付ける。そして、断熱材１４と排気管部１ｃとの離間間隔を、冷却部領域１２側から加熱部領域１１側に向かって間隔ｄ２から間隔ｄ１へと徐々に広がるように構成する。これにより、加熱部領域１１において排気管部１ｃを流通する排気ガス２により管部材１０ａ内の作動液が加熱される際に、冷却部領域１２に対応して配置された断熱材１４と排気ガス管１との隙間を介して伝達される排気ガス２の熱を、冷却部領域１２側から加熱部領域１１側に向かって離間間隔が徐々に広がる領域を介して加熱部領域１１側に容易に対流させることができる。これにより、排気管部１ｃの外表面１ｇと管部材１０ａにおける加熱部領域１１との間の熱交換（排気管部１ｃの外表面１ｇから加熱部領域１１への熱の移動）をより促進することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、管部材１０ａの外周面１０ｆ（外周側）を管部材１０ａの巻回方向に沿って配置された断熱材１５を用いて覆うように構成する。これにより、断熱材１５により、管部材１０ａの外周面１０ｆと外部（外界）との間に熱交換（熱損失）が生じるのを遮断することができる。すなわち、作動液の自励振動により加熱部領域１１において加熱された作動液を冷却部領域１２により冷却（凝縮）させる際の熱交換を効率よく行うことができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、加熱部領域１１と冷却部領域１２とを排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）を挟んでＺ方向に互いに反対側に配置する。これにより、排気管部１ｃの周囲に巻回される管部材１０ａにおける加熱部領域１１と冷却部領域１２とを互いに最も遠ざけて各々配置することができるので、断熱領域１３を介して加熱部領域１１と冷却部領域１２との間を管部材１０ａの巻回方向に沿って繰り返し往復移動する作動液の自励振動を安定的に維持することができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、管部材１０ａを排気管部１ｃ（排気ガス管１）の延びる方向（Ｘ方向）に沿って螺旋状に巻回する。これにより、排気管部１ｃの周囲に巻回される管部材１０ａを排気管部１ｃの延びる方向に沿って繰り返し巻回して熱交換ユニット１００を構成することができるので、排気ガス管１中の限られた部分（領域）に自励振動ヒートパイプ１０を用いた熱交換ユニット１００を設ける場合であっても、小型化を図りつつ所望の熱交換量を得ることが可能な熱交換ユニット１００を構成することができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、加熱部領域１１において排気管部１ｃ（排気ガス管１）を流通する排気ガス２により作動液が加熱されるとともに、作動液が加熱部領域１１から冷却部領域１２に移動されて冷却部領域１２において冷却されるように熱交換ユニット１００を構成する。これにより、車両のエンジン（内燃機関）から排出される高温の排気ガス２の排熱を自励振動ヒートパイプ１０を用いて回収する際の熱交換ユニット１００の小型化を図ることができる。また、管部材１０ａと高温（最大で約１０００℃）の排気ガス２とを直接的に接触させない状態で作動液と排気ガス２との熱交換を行うことができるので、排気ガス２とともに排気管部１ｃ内に発生する腐食性の凝縮水が管部材１０ａを腐食させることもない。これにより、自励振動ヒートパイプ１０が腐食などに起因して早期に損傷するのを容易に回避することができる。また、管部材１０ａ（加熱部領域１１）が排気ガス管１内に配置されない分、排気ガス管１の圧力損失に影響しないのでエンジンの性能を維持することができる。
【００５２】
（第１実施形態の変形例）
次に、図２および図３を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。この第１実施形態の変形例では、熱交換ユニット１０５を中心線１５０の延びる方向（Ｘ方向）に沿って見た場合に、排気管部１ｃの周囲に巻回される管部材１１０ａが中央線１７０に沿って上下方向（Ｚ方向）に引き延ばされたトラック形状（長孔形状）を有するように熱交換ユニット１０５を構成した例について説明する。なお、管部材１１０ａは、本発明の「ヒートパイプ本体」の一例である。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。
【００５３】
第１実施形態の変形例による熱交換ユニット１０５では、図３に示すように、自励振動ヒートパイプ１１０を構成する管部材１１０ａの断面形状がトラック形状（長孔形状）を有している。すなわち、排気管部１ｃの外表面１ｇから加熱部領域１１１の内周面１１０ｅまでの離間距離Ｌ１と、排気管部１ｃの外表面１ｇから容器部２０を含む冷却部領域１１２の内周面１１０ｅまでの離間距離Ｌ２とが異なる。この場合、離間距離Ｌ１＜離間距離Ｌ２である。したがって、管部材１１０ａがトラック形状を有する分、左右の断熱領域１１３がＺ方向に引き延ばされている。なお、加熱部領域１１１および冷却部領域１１２は、それぞれ、本発明の「第１熱交換部」および「第２熱交換部」である。
【００５４】
また、排気管部１ｃに対して管部材１１０ａの容器部２０を含む冷却部領域１１２が遠ざけられる分、容器部２０の内側表面２０ａおよび容器部２０の外部に露出する管部材１１０ａの内周面１１０ｅに沿って配置された断熱材１１４の半径方向の厚みが第１実施形態における断熱材１４（図２参照）の厚みよりも大きい。なお、断熱材１１４は、本発明の「第１断熱材」の一例である。また、容器部２０を含めた熱交換ユニット１０５まわりの構造については、上記第１実施形態の熱交換ユニット１００（図２参照）と同様に構成されている。
【００５５】
第１実施形態の変形例では、上記のように、管部材１１０ａが左右の断熱領域１１３の部分で上下方向（Ｚ方向）に引き延ばされるトラック形状を有した状態で排気管部１ｃまわりに巻回された場合においても自励振動ヒートパイプ１１０を機能させることができる。すなわち、排気管部１ｃまわりに完全な円形状を有して管部材１１０ａが巻回されるのみならず、断熱領域１１３にさらに十分な距離を確保して自励振動ヒートパイプ１１０を構成しても、排気ガス２の熱回収装置として熱交換ユニット１０５を支障なく機能させることができる。
【００５６】
また、第１実施形態の変形例では、加熱部領域１１１と冷却部領域１１２とを左右の断熱領域１１３を介して所望の離間距離に遠ざけることによって、断熱領域１１３を介して加熱部領域１１１と冷却部領域１１２との間を管部材１１０ａの巻回方向に沿って繰り返し往復移動する作動液の自励振動をより安定的に維持することができる。これにより、所望の熱輸送性能を熱交換ユニット１０５に発揮させることができる。なお、第１実施形態の変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、図４および図５を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態における熱交換ユニット１００（図２参照）において排気ガス２（図２参照）を排気管部１ｃ（図２参照）に流通させるとともに循環水３（図２参照）を容器部２０（図２参照）に流通させた場合とは反対の構成を適用している。すなわち、図４に示すように、高温の排気ガス２の一部を容器部２０に流通させるとともに自励振動ヒートパイプ２１０を用いて冷却水管２０１中の冷却水（クーラント）２０３を加熱するように熱交換ユニット２００を構成した例について説明する。なお、冷却水管２０１および冷却水２０３は、それぞれ、本発明の「配管」および「熱流体」の一例である。また、排気ガス２は、本発明の「外部熱源」の一例である。
【００５８】
第２実施形態による熱交換ユニット２００は、図４に示すように、エンジン始動時から所定期間の間、エンジン（内燃機関）に接続された排気ガス管１を流通する排気ガス２の排熱を回収してエンジンの冷却水２０３を早期に所定温度（約８０℃〜約８５℃）まで昇温させるための熱源（冷却水２０３の加温）に再利用することが可能に構成されている。
【００５９】
熱交換ユニット２００は、エンジンのウォータージャケット（図示せず）から分岐した冷却水管２０１の途中部分に配置されている。ここで、図４において、冷却水２０３は、冷却水管２０１内を矢印Ｘ２方向に流通する。また、冷却水管２０１は、ウォータージャケットから排出される上流側（Ｘ１側）の水配管部２０１ａおよびウォータージャケット（図示せず）に戻される下流側（Ｘ２側）の水配管部２０１ｂと、水配管部２０１ａおよび２０１ｂに対して着脱可能に構成された水配管部２０１ｃとを有している。そして、熱交換ユニット２００は、この着脱可能な水配管部２０１ｃの部分に設けられている。なお、水配管部２０１ｃは、本発明の「配管」の一例である。
【００６０】
ここで、第２実施形態では、図５に示すように、熱交換ユニット２００は、冷却水２０３が流通する水配管部２０１ｃと、銅またはアルミまたはステンレスなどの金属製の管部材２１０ａからなる自励振動ヒートパイプ２１０と、管部材２１０ａの所定領域を包み込むように取り付けられ内部を排気ガス２が流通する容器部２０とを備えている。なお、管部材２１０ａは、本発明の「ヒートパイプ本体」の一例である。なお、管部材２１０ａに銅またはアルミを用いる場合、各々の部材の金属表面にメッキ等の耐食処理が施されているのが好ましい。
【００６１】
管部材２１０ａは、冷却水２０３が流通する水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇに対して半径方向外側に所定の間隔を隔てて略円形状に巻回されている。また、管部材２１０ａは、図４に示すように、水配管部２０１ｃ（冷却水管２０１）の延びる方向（Ｘ方向）に沿って所定のピッチ（Ｘ方向）を有して螺旋状に巻回されている。そして、自励振動ヒートパイプ２１０は、螺旋状に巻回された管部材２１０ａのＸ２側の端部２１０ｂとＸ１側の端部２１０ｃとがソケット状の連結部材３０を介して連結（接合）されている。これにより、自励振動ヒートパイプ２１０は、管部材２１０ａが水配管部２０１ｃまわりに巻回された状態で閉ループ構造を有して形成されている。
【００６２】
また、容器部２０は、巻回される管部材２１０ａの下側（Ｚ２側）の所定領域を外表面２１０ｄに対して所定の間隔（空間部Ｐ）を有して包み込むように形成されている。
【００６３】
また、管部材２１０ａは、加熱部領域２１１と冷却部領域２１２と断熱領域２１３とを含んでいる。ここで、冷却部領域２１２とは、自励振動ヒートパイプ２１０が自励振動を起こした場合に容器部２０を流通する最大で約１０００℃に達する高温の排気ガス２により管部材２１０ａ内の作動液が加熱（気化）されるとともに排気ガス２が相対的に冷却される領域である。また、加熱部領域２１１とは、冷却部領域２１２で加熱（気化）された作動液が断熱領域２１３を経由して加熱部領域２１１に到達した際に水配管部２０１ｃ内の冷却水２０３との間で熱交換されて作動液が冷却（液化）されるとともに冷却水２０３が相対的に加熱（加温）される領域である。なお、加熱部領域２１１および冷却部領域２１２は、それぞれ、本発明の「第１熱交換部」および「第２熱交換部」である。
【００６４】
また、加熱部領域２１１は、水配管部２０１ｃの上側（Ｚ１側）の外表面２０１ｇに対して間隔ｄ１を隔てて離間した状態で配置されている。また、冷却部領域２１２を空間部Ｐを介して包み込む容器部２０は、水配管部２０１ｃの下側（Ｚ２側）の外表面２０１ｇに対して断熱材１４を隔てて離間した状態で配置されている。また、断熱材１４は、容器部２０の内側表面２０ａおよび容器部２０の外部に露出する管部材２１０ａの内周面２１０ｅに沿って図示しない接着剤を用いて貼り付けられている。そして、断熱材１４の表面１４ａと、水配管部２０１ｃの上側（Ｚ１側）の外表面２０１ｇとは、間隔ｄ２を隔てて互いに離間している。また、断熱材１４と水配管部２０１ｃとの離間間隔は、冷却部領域２１２側から加熱部領域２１１側に向かって徐々に広がるように構成されている。
【００６５】
すなわち、冷却部領域２１２に対応する容器部２０の内側表面２０ａから水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇまでが間隔ｄ２であったのに対し、この離間間隔は、断熱材１４の加熱部領域２１１側への延びに伴って間隔ｄ２から間隔ｄ１へと徐々に拡大されるように断熱材１４の半径方向の厚みが形成されている。そして、断熱材１４が終端した部分（端部１４ｂ近傍）において、加熱部領域２１１に対応する管部材２１０ａの内周面２１０ｅから水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇまでが間隔ｄ１（間隔ｄ２＜間隔ｄ１）になるように構成されている。また、管部材２１０ａの外周面２１０ｆ（外周側）は、管部材２１０ａの巻回方向に沿って配置された断熱材１５により覆われている。なお、図４では、熱交換ユニット２００の内部構造を説明するために、断熱材１４および１５の図示を便宜的に省略している。
【００６６】
熱交換ユニット２００が上記のように構成されることによって、熱交換ユニット２００においては、図４に示すように、冷却部領域２１２において容器部２０を流通する排気ガス２により管部材２１０ａ内の作動液が加熱されて蒸発（気化）される。そして、気化された作動液は、冷却部領域２１２から左右の断熱領域２１３（図５参照）を経て加熱部領域２１１に移動される。そして、加熱部領域２１１において水配管部２０１ｃ内を流通する冷却水２０３が管部材２１０ａ側から熱を得て温められる。反対に、管部材２１０ａ内の作動液は冷却水２０３により冷却されて凝縮（液化）される。この際、加熱部領域２１１に対応する管部材２１０ａからの自然対流熱伝達に加えて加熱部領域２１１による輻射熱が、空間部Ｑを介して水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇに伝達される。また、空間部Ｑの間隔ｄ１を有する領域のみならず、断熱材１４により間隔ｄ２を有して囲まれた隙間部分においても加熱部領域２１１からの輻射熱が間隔ｄ２の隙間を介して水配管部２０１ｃの断熱材１４に対向する外表面２０１ｇの部分まで伝達される。これにより、冷却水２０３は、管部材２１０ａ側から熱を得て温められる。
【００６７】
そして、加熱部領域２１１で液化された作動液は、加熱部領域２１１から左右の断熱領域２１３（図５参照）を経て冷却部領域２１２に移動される。そして、冷却部領域２１２においては、容器部２０を流通する排気ガス２により管部材２１０ａ内の作動液が再び加熱されて蒸発（気化）される。このような自励振動と伴う作動液の相変化が繰り返されることにより、排気ガス２の熱が自励振動ヒートパイプ２１０を介して冷却水２０３へと受け渡されて、エンジンのウォータージャケット（図示せず）に還流されるように構成されている。このようにして、冷却水管２０１に取り付けられる熱交換ユニット２００は構成されている。
【００６８】
第２実施形態では、上記のように、熱交換ユニット２００は、冷却水２０３が流通する水配管部２０１ｃ（冷却水管２０１）と、水配管部２０１ｃの周囲に巻回されるとともに端部２１０ｂおよび２１０ｃが互いに連結され、作動液が封入された管部材２１０ａからなる自励振動ヒートパイプ２１０とを備える。これにより、自励振動ヒートパイプ２１０と水配管部２０１ｃ（冷却水管２０１）を流通する冷却水２０３とを直接的に接触させることなく管部材２１０ａ内の作動液と水配管部２０１ｃ内の冷却水２０３との間の熱交換を行うことができるので、管部材２１０ａの加熱部領域２１１が水配管部２０１ｃ内に配置されない分、水配管部２０１ｃの断面積を小さく設計することができる。また、たとえば、加熱部領域２１１を水配管部２０１ｃ内に配置して管部材２１０ａと冷却水２０３とを直接的に接触させて熱交換を行う場合と異なり、加熱部領域２１１が水配管部２０１ｃ内に配置されない分、水配管部２０１ｃ（冷却水管２０１）内の流路抵抗（冷却水２０３の流通に伴う圧力損失）を低減することができるので、これによっても水配管部２０１ｃの断面積を小さくすることができる。その結果、自励振動ヒートパイプ２１０を用いて熱移動（排気ガス２の排熱回収および再利用）を図る場合の熱交換ユニット２００の小型化を図ることができる。
【００６９】
また、第２実施形態では、断熱材１４と水配管部２０１ｃとの離間間隔を、冷却部領域２１２側から加熱部領域２１１側に向かって間隔ｄ２から間隔ｄ１へと徐々に広がるように構成する。これにより、加熱部領域２１１において管部材２１０ａ内の作動液により水配管部２０１ｃを流通する冷却水２０３が加熱される際に、冷却部領域２１２に対応して配置された断熱材１４と水配管部２０１ｃとの隙間を介して伝達される作動液の熱を、冷却部領域２１２側から加熱部領域２１１側に向かって離間間隔が徐々に広がる領域を介して加熱部領域２１１側から冷却部領域２１２側にも容易に対流させることができる。これにより、管部材２１０ａにおける加熱部領域２１１と水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇとの間の熱交換（加熱部領域２１１から水配管部２０１ｃの外表面２０１ｇへの熱の移動）をより促進することができる。
【００７０】
また、第２実施形態では、冷却部領域２１２において容器部２０を流通する排気ガス２により作動液が加熱されるとともに、作動液が冷却部領域２１２から加熱部領域２１１に移動されて加熱部領域２１１において水配管部２０１ｃ内を流通する冷却水２０３が管部材２１０ａ側から熱を得て加熱されるように熱交換ユニット２００を構成する。これにより、車両のエンジン（内燃機関）から排出される高温の排気ガス２の排熱を自励振動ヒートパイプ２１０を用いて回収する際の熱交換ユニット２００の小型化を図ることができる。また、自励振動ヒートパイプ２１０（加熱部領域２１１）が水配管部２０１ｃ内に配置されない分、水配管部２０１ｃの圧力損失に影響しないので冷却水（クーラント）２０３を循環させるポンプの性能を維持することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７１】
（第３実施形態）
次に、図１、図２および図６を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、複数（たとえば５本）の管路（細管路）が横並び状態で一体的に形成されるとともに管断面が扁平形状（横長形状）を有する多穴管３１０ａを用いて自励振動ヒートパイプ３１０を構成した例について説明する。なお、多穴管３１０ａは、本発明の「ヒートパイプ本体」の一例である。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。
【００７２】
第３実施形態による熱交換ユニット３００では、上記第１実施形態において用いた１本の細管からなる管部材１０ａ（図１参照）の代わりに、図６に示すように、内部に５本の管路（細管路）が横に並んで１つの管部材として形成された多穴管３１０ａを用いて自励振動ヒートパイプ３１０を構成している。このような多穴管３１０ａは、たとえばアルミの押出しにより成型される。多穴管３１０ａでは、各管路の肉厚が薄肉化される一方、各管路が一体化されるので、管部材の伝熱性能が向上されつつ、管部材の機械的強度も維持される。そして、このような多穴管３１０ａが、排気ガス２が流通する排気管部１ｃ（排気ガス管１）の外表面１ｇに対して半径方向外側に所定の間隔を隔てて略円形状に巻回されている。
【００７３】
また、多穴管３１０ａは、排気管部１ｃ（排気ガス管１）の延びる方向（Ｘ方向）に沿って所定のピッチ（Ｘ方向）を有して螺旋状に巻回されている。そして、自励振動ヒートパイプ３１０は、螺旋状に巻回された多穴管３１０ａのＸ１側の端部３１０ｂとＸ２側の端部３１０ｃとが扁平形状（扁平多穴形状）を有するソケット状の連結部材３３０を介してろう付け接合により連結されている。これにより、自励振動ヒートパイプ３１０は、多穴管３１０ａが排気管部１ｃまわりに巻回された状態で、多穴管３１０ａ内の各々の管路がそれぞれ閉ループ構造を有して形成されている。
【００７４】
また、容器部２０は、巻回される多穴管３１０ａの上側（Ｚ１側）の所定領域を外表面３１０ｄに対して所定の間隔（空間部Ｐ）を有して包み込むように形成されている。
【００７５】
また、第３実施形態においても、上記第１実施形態の場合と同様に、多穴管３１０ａは、加熱部領域３１１と冷却部領域３１２と断熱領域３１３とを含んでいる。すなわち、加熱部領域３１１は、自励振動ヒートパイプ３１０が自励振動を起こした場合に排気管部１ｃを流通する高温の排気ガス２により多穴管３１０ａ内の作動液が加熱（気化）される領域であり、冷却部領域３１２は、加熱部領域３１１で加熱（気化）された作動液が断熱領域３１３を経由して冷却部領域３１２に到達した際に循環水３との間で熱交換されて作動液が冷却（液化）される領域である。なお、加熱部領域３１１および冷却部領域３１２は、それぞれ、本発明の「第１熱交換部」および「第２熱交換部」である。
【００７６】
なお、排気管部１ｃまわりに巻回される管部材（ヒートパイプ本体）が多穴管３１０ａである点を除いて、容器部２０の構造や断熱材１４および１５（図２参照）を設ける点など他の部分については、上記第１実施形態における熱交換ユニット１００（図２参照）の断面構造と略同様である。
【００７７】
熱交換ユニット３００が上記のように構成されることによって、熱交換ユニット３００においては、図６に示すように、加熱部領域３１１において排気管部１ｃを流通する排気ガス２により多穴管３１０ａ内の作動液が加熱されて蒸発（気化）される。また、気化された作動液は、加熱部領域３１１から左右の断熱領域３１３を経て冷却部領域３１２に移動される。そして、冷却部領域３１２において循環水３により冷却されて凝縮（液化）される。反対に、容器部２０内の循環水３は多穴管３１０ａ側から熱を得て温められる。また、冷却部領域３１２で液化された作動液は、冷却部領域３１２から左右の断熱領域３１３を経て加熱部領域３１１に移動される。そして、加熱部領域３１１においては、排気ガス２により多穴管３１０ａ内の作動液が再び加熱されて蒸発（気化）される。このような自励振動と伴う作動液の相変化が繰り返されることにより、排気ガス２の熱が自励振動ヒートパイプ３１０を介して循環水３へと受け渡されて、暖房用熱交換器４から温風として車室内に提供されるように構成されている。このようにして、排気ガス管１に取り付けられる熱交換ユニット３００は構成されている。
【００７８】
第３実施形態では、上記のように、多穴管３１０ａを用いて自励振動ヒートパイプ３１０を構成することによって、１本の細管からなる管部材１０ａ（図１参照）を排気管部１ｃの周囲に巻回する場合と比較して、より内径の小さい細管を用いて熱輸送効率の高い熱交換ユニット３００を構成する場合においても、細管同士が横並び方向に一体化されて機械的強度が維持された多穴管３１０ａを用いて自励振動ヒートパイプ３１０を形成することができる。すなわち、多穴管３１０ａを用いることにより、自励振動ヒートパイプとしての機械的強度を維持しつつ熱輸送効率が向上されたコンパクトな熱交換ユニット３００を得ることができる。
【００７９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８０】
たとえば、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第３実施形態では、本発明の「自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニット」をエンジン（内燃機関）の排気ガス２の排熱を回収して車室空調における暖房の熱源（循環水３の加温）に利用する場合に適用した例について示すとともに、上記第２実施形態では、エンジン（内燃機関）の排気ガス２の排熱を回収してエンジン始動後の冷却水２０３の昇温（加温）に利用する場合に本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、エンジン（内燃機関）の排気ガス２の排熱を回収して、車両に搭載されるたとえば蓄電池（バッテリー）などの搭載機器を所定温度まで温める際の排熱回収装置（熱交換ユニット）に本発明を適用してもよい。
【００８１】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第３実施形態では、水平方向に延びる排気管部１ｃの部分に管部材１０ａ（１１０ａ）または多穴管３１０ａを巻回して熱交換ユニット１００、１１０および３００を構成した例について示すとともに、上記第２実施形態では、水平方向に延びる水配管部２０１ｃの部分に管部材２１０ａを巻回して熱交換ユニット２００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、水平方向以外の方向に延びる排気管部１ｃの周囲に管部材１０ａを巻回して熱交換ユニットを構成してもよい。自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニットでは、熱交換ユニットの搭載姿勢や車両の加減速および傾斜路面の走行などの影響が抑制された状態で自励振動ヒートパイプを駆動させることが可能である。
【００８２】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態では、断熱材１４および１５にグラスウールを使用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、断熱材１４および１５には、玄武岩を繊維状に加工したロックウールなどを使用してもよい。
【００８３】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、銅またはアルミなどの金属からなる管部材１０ａ（１１０ａ、２１０ａ）を用いて自励振動ヒートパイプ１０（１１０、２１０）を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。ステンレス製の管部材を用いて自励振動ヒートパイプを構成してもよい。
【００８４】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、加熱部領域１１（１１１、２１１）を排気管部１ｃまたは水配管部２０１ｃの中央線１７０に対して左右対称に約６０度ずつ合計約１２０度の範囲で形成するとともに、冷却部領域１２（１１２、２１２）を中央線１７０に対して左右対称に約６０度ずつ合計約１２０度の範囲で形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。加熱部領域１１および冷却部領域１２の形成範囲は、自励振動ヒートパイプ１０（１１０、２１０）が駆動可能な場合においては上記以外の範囲であってもよい。
【００８５】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態では、排気ガス管１または冷却水管２０１に着脱可能な排気管部１ｃまたは水配管部２０１ｃの部分に自励振動ヒートパイプを巻回して熱交換ユニットを構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。着脱可能ではなく元々から１本に一体化されたような配管の周囲に自励振動ヒートパイプ（管部材）を巻回して本発明の熱交換ユニットを構成してもよい。
【００８６】
また、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態では、エンジン（内燃機関）の排気ガスの熱を他の熱源に再利用する例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「自励振動ヒートパイプを用いた熱交換ユニット」をエンジン駆動および電動モータ駆動を併用して走行するハイブリッド自動車や電動モータ駆動により走行する電気自動車の空調システムに適用してもよいし、燃料電池システムを備えた乗用車の空調システムに適用してもよい。すなわち、エンジンの排気ガスのみならず、たとえば電気自動車のバッテリやモータの排熱や燃料電池における発電時の排熱などを熱源としてもよい。さらには、焼却炉や工業用バーナなどの排ガスを熱源としてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  排気ガス管（配管）
１ｃ  排気管部（配管）
２  排気ガス（熱流体、外部熱源）
３  循環水（外部熱源）
１０、１１０、２１０、３１０  自励振動ヒートパイプ
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ  管部材（ヒートパイプ本体）
１１、１１１、２１１、３１１  加熱部領域（第１熱交換部）
１２、１１２、２１２、３１２  冷却部領域（第２熱交換部）
１４、１１４  断熱材（第１断熱材）
１５  断熱材（第２断熱材）
２０  容器部
１００、１０５、２００、３００  熱交換ユニット
２０１  冷却水管（配管）
２０１ｃ  水配管部（配管）
２０３  冷却水（熱流体）
３１０ａ  多穴管（ヒートパイプ本体）
【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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