(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼ガスを通過させる排気流路と、
冷却媒体を通過させる冷却媒体流路と、
前記排気流路と前記冷却媒体流路との間に介在し、伝熱媒体を導入可能な伝熱媒体流路と、
前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で前記伝熱媒体を介して前記燃焼ガスと前記冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は前記伝熱媒体流路から前記伝熱媒体を排出することにより前記熱交換を抑制するかを、前記冷却媒体の温度に応じて切り替える切り替え部と、を備え、
前記切り替え部は、
前記伝熱媒体流路に連通した状態で前記冷却媒体流路内に配置され、温度上昇に伴って熱膨張する熱膨張媒体を溜めた液溜め部と、
前記伝熱媒体流路に連通され、前記伝熱媒体を排出可能な排出流路と、を備え、
前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で、前記液溜め部の前記熱膨張媒体と前記伝熱媒体流路の前記伝熱媒体との間に双方を分離させる空間部を介在させることを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼ガスを通過させる排気流路と、
冷却媒体を通過させる冷却媒体流路と、
前記排気流路と前記冷却媒体流路との間に介在し、伝熱媒体を導入可能な伝熱媒体流路と、
前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で前記伝熱媒体を介して前記燃焼ガスと前記冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は前記伝熱媒体流路から前記伝熱媒体を排出することにより前記熱交換を抑制するかを、前記冷却媒体の温度に応じて切り替える切り替え部と、を備え、
前記切り替え部は、
前記伝熱媒体流路に連通した状態で前記冷却媒体流路内に配置され、前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で、自らも前記伝熱媒体を満たした液溜め部と、
前記冷却媒体の温度上昇に伴って前記液溜め部の容積を拡大させる可動隔壁と、を備えることを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項３】
内燃機関の燃焼ガスを通過させる排気流路と、
冷却媒体を通過させる冷却媒体流路と、
前記排気流路と前記冷却媒体流路との間に介在し、伝熱媒体を導入可能な伝熱媒体流路と、
前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で前記伝熱媒体を介して前記燃焼ガスと前記冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は前記伝熱媒体流路から前記伝熱媒体を排出することにより前記熱交換を抑制するかを、前記冷却媒体の温度に応じて切り替える切り替え部と、を備え、
前記切り替え部は、
エレクトロウェッティングにより、前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入することを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項４】
前記切り替え部は、
前記冷却媒体の温度が予め定めた閾値未満であるときに、前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入し、前記冷却媒体の温度が前記閾値以上であるときに、前記伝熱媒体流路から前記伝熱媒体を排出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記切り替え部は、
前記熱膨張媒体が熱膨張していないときには、前記伝熱媒体流路に導入してある前記伝熱媒体を介して前記熱交換を行ない、
前記冷却媒体の温度上昇に伴って前記熱膨張媒体が熱膨張するときに、前記熱膨張媒体が前記空間部を前記伝熱媒体流路に押し出し、且つ前記空間部が前記伝熱媒体を前記排出流路へと押し出すことにより、前記熱交換を抑制することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記伝熱媒体流路の容積に応じて、前記空間部の体積、及び前記熱膨張媒体の熱膨張量を設定することを特徴とする請求項１又は５に記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記切り替え部は、
前記可動隔壁が前記液溜め部の容積を拡大させていないときには、前記伝熱媒体流路に導入してある前記伝熱媒体を介して前記熱交換を行ない、
前記冷却媒体の温度上昇に伴って前記可動隔壁が前記液溜め部の容積を拡大させるときに、前記伝熱媒体が前記伝熱媒体流路から前記液溜め部へと流入することにより、前記熱交換を抑制することを特徴とする請求項２に記載の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記伝熱媒体流路の容積に応じて、前記液溜め部の容積拡大量を設定することを特徴とする請求項２又は７に記載の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記可動隔壁は、
温度によって変形する部材からなることを特徴とする請求項２、７、８の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１０】
前記可動隔壁は、
温度によって変形する部材を介して作動することを特徴とする請求項２、７、８の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１１】
前記可動隔壁は、
固相であるときよりも液相であるときに体積が小さくなる物質を介して作動することを特徴とする請求項２、７、８の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１２】
前記可動隔壁は、
電場又は磁場によって変形する部材を介して作動することを特徴とする請求項２、７、８の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１３】
前記切り替え部は、
前記伝熱媒体流路に連通した状態で前記冷却媒体流路内に配置され、前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入していない状態で、前記伝熱媒体を溜めた液溜め部と、
前記伝熱媒体流路面に設けた誘電体と、
前記誘電体に電圧を印加する電極と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の排気熱回収装置。
【請求項１４】
前記誘電体は、
前記伝熱媒体流路面のうち、前記冷却媒体流路側だけに設けられることを特徴とする請求項１３に記載の排気熱回収装置。
【請求項１５】
前記液溜め部は、
前記伝熱媒体流路よりも鉛直方向の下位に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気熱回収装置。
【請求項１６】
前記伝熱媒体流路面は、
低表面エネルギー化処理が施されることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１７】
管状に形成した第一の隔壁を設け、前記第一の隔壁の内側を前記排気流路とし、
前記第一の隔壁の外周面に対向した内周面を有する第二の隔壁を設け、前記第一の隔壁と前記第二の隔壁との間を前記伝熱媒体流路とし、
前記第二の隔壁の外周面に対向した内周面を有する第三の隔壁を設け、前記第二の隔壁と前記第三の隔壁との間を前記冷却媒体流路とすることを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項１８】
前記排気流路の周方向に沿って、前記冷却媒体に前記冷却媒体流路を通過させることを特徴とする請求項１７に記載の排気熱回収装置。
【請求項１９】
内燃機関の燃焼ガスを通過させる排気流路と、冷却媒体を通過させる冷却媒体流路との間に伝熱媒体流路を介在させ、前記伝熱媒体流路に伝熱媒体を導入した状態で前記伝熱媒体を介して前記燃焼ガスと前記冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は前記伝熱媒体流路から前記伝熱媒体を排出することにより前記熱交換を抑制するかを、前記冷却媒体の温度に応じて切り替え、
前記伝熱媒体流路に連通した状態で前記冷却媒体流路内に配置された液溜め部が、前記伝熱媒体流路に前記伝熱媒体を導入した状態で、自らも前記伝熱媒体を満たしており、
可動隔壁が、前記冷却媒体の温度上昇に伴って前記液溜め部の容積を拡大させることを特徴とする排気熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱回収装置、排気熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の従来技術は、内管、中管、外管からなる三重構造の配管を備え、内管にはエンジンの燃焼ガスを流し、外管には第一冷媒を流し、この燃焼ガスと冷却水との間で熱交換を行なうものである。熱交換を促進するときには、中管に液相の伝熱冷媒を満たし、この伝熱媒体を介して伝熱を行なう。一方、熱交換を抑制するときには、高温となる燃焼ガスの温度を利用して中管の伝熱媒体を沸騰蒸発させ、伝熱媒体を液相から気相へ変化させることにより遮熱を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝熱冷媒を沸騰蒸発させるのに燃焼ガスの温度を利用する構成では、熱交換を行なうか否かが燃焼ガスの温度に依存することになる。排気熱の回収は、冷却水を温めることが目的であるため、燃焼ガスの温度に依存して熱交換の切り替えを行なうと、適切な時期に切り替えが行えない可能性がある。
本発明の課題は、熱交換の切り替えをより適切な時期に行なうことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る排気熱回収装置では、内燃機関の燃焼ガスを通過させる排気流路と、冷却媒体を通過させる冷却媒体流路との間に伝熱媒体流路を介在させる。そして、伝熱媒体流路に伝熱媒体を導入した状態で伝熱媒体を介して燃焼ガスと冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は伝熱媒体流路から伝熱媒体を排出することにより熱交換を抑制するかを、冷却媒体の温度に応じて切り替える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度に応じて切り替えるので、冷却媒体を温めるという排気熱回収の本来の目的にかない、より適切な時期に切り替えを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】排気熱回収システムの概略構成図である。
【図２】排気熱回収装置の外観図である。
【図３】排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＮ）。
【図４】伝熱媒体流路の拡大図である。
【図５】排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＦＦ）。
【図６】排気熱回収制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】流量Ｖｃの設定に用いるマップである。
【図８】冷却媒体の水温を示すタイムチャートである。
【図９】第２実施形態における排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＮ）。
【図１０】第２実施形態における排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＦＦ）。
【図１１】バイメタルを利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
【図１２】形状記憶コイルバネを利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
【図１３】異常液体を利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
【図１４】通電回路を利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
【図１５】第３実施形態の排気熱回収制御処理を示すフローチャートである。
【図１６】閾値Ｔｔｈの設定に用いるマップである。
【図１７】ピエゾアクチュエータを利用した可動隔壁の動作を示す図である。
【図１８】第４実施形態を示す排気熱回収装置の断面図である。
【図１９】第４実施形態における伝熱媒体流路の拡大図である。
【図２０】第４実施形態の排気熱回収制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
《第１実施形態》
《構成》
図１は、排気熱回収システムの概略構成図である。
エンジン１１の燃焼ガス（排気ガス）は、エキゾーストパイプ１２、及びマフラ１３を介して排気される。エキゾーストパイプ１２の途中には、排気熱回収装置１４が設けられており、この排気熱回収装置１４により、燃焼ガスと冷却媒体との間で熱交換を行ない、冷却媒体を温めることにより、排気熱を回収する。
【００１０】
冷却媒体は、エンジン１１の発熱によるオーバーヒートを防いだり、逆に冷間時にエンジン１１のオーバークールを抑制したりして、エンジン１１を適温に保つ働きもする。冷却媒体には、例えば水と凍結防止剤を配合したＬＬＣ（Long Life Coolant）が使用される。ここで、水冷方式のエンジン冷却システムについて説明する。エンジン冷却システムは、ウォータポンプ１５、ラジエータ１６、サーモスタット１７、ヒータコア１８、コントローラ１９を備える。
【００１１】
ウォータポンプ１５は、インペラーの回転によって冷却媒体を循環させる。ラジエータ１６は、温められた冷却媒体と外気との熱交換によって冷却媒体を冷やす。サーモスタット１７は、冷却媒体にラジエータ１６を経由させるか否かを切り替えるバルブであり、冷却媒体の温度が設定値以上となるときにバルブを開放し、冷却媒体にラジエータ１６を経由させる。ヒータコア１８は、温められた冷却媒体とキャビン内の空気との熱交換によってキャビン内を温める。コントローラ１９は、例えばマイクロコンピュータからなり、ウォータポンプ１５やサーモスタット１７を駆動制御する。
【００１２】
冷却媒体の循環経路は、二系統ある。一方の系統は、ウォータポンプ１５から吐出された冷却媒体が、エンジン１１、ラジエータ１６、サーモスタット１７を順に経てウォータポンプ１５に戻る循環経路である。この循環経路は、エンジン１１で温められた冷却媒体を、ラジエータ１６で冷やすために用いる。他方の系統は、ウォータポンプ１５から吐出された冷却媒体が、エンジン１１、排気熱回収装置１４、ヒータコア１８、サーモスタット１７を順に経てウォータポンプ１５に戻る循環経路である。この循環経路は、排気熱回収装置１４で温められた冷却媒体を、ヒータコア１８を介したキャビン内の加温、及びエンジン１１の暖気に用いる。
【００１３】
冷却媒体の循環経路において、エンジン１１の入口側には、冷却媒体の温度Ｔｃを検出する温度センサ２１を設けている。また、排気熱回収装置１４の入口側には、排気熱回収前の冷却媒体の温度ＴＩＮを検出する温度センサ２２を設けている。また、排気熱回収装置１４の出口側には、排気熱回収後の冷却媒体の温度ＴＯＵＴを検出する温度センサ２３を設けている。また、エキゾーストパイプ１２には、燃焼ガスの温度（排気温度）Ｔｇを検出する温度センサ２４を設けている。なお、燃焼ガスの流量（排気量）をＶｇで表わし、排気熱回収装置１４へ流れる冷却水の流量をＶｃで表わす。
【００１４】
排気熱回収装置１４について説明する。
図２は、排気熱回収装置の外観図である。
エキゾーストパイプ１２は、軸方向に並んだ上流側パイプ１２ａ及び下流側パイプ１２ｂからなり、これら上流側パイプ１２ａと下流側パイプ１２ｂとの間に、排気熱回収装置１４が介装される。排気熱回収装置１４は、鉛直方向の上部に、上方に突出する冷却媒体導入口１４ａ及び冷却媒体排出口１４ｂが設けられる。
【００１５】
図３は、排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＮ）。
図中の（ａ）は、排気熱回収装置１４の配管軸直角方向に沿った断面であり、図中の（ｂ）は、排気熱回収装置１４の軸方向に沿ったＡ−Ａ断面である。
排気熱回収装置１４は、エンジン１１の燃焼ガスを通過させる排気流路３１と、冷却媒体を通過させる冷却媒体流路３２と、排気流路３１と冷却媒体流路３２との間に介在し、伝熱媒体を導入可能な伝熱媒体流路３３と、を備える。伝熱媒体は、灰色の塗り潰しによって表示してあり、ここでは、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入している。
【００１６】
なお、伝熱媒体には例えばガリンスタン（登録商標）を使用する。これはガリウム、インジウム、スズの共晶合金で、常温で液体の金属である。組成は、ガリウム６８.５％、インジウム２１.５％、錫１０％である。また、熱伝導率に優れ、熱にも強い。
沸点：＞１３００℃
融点：−１９℃
比重：６.４４g/cm3
粘度：０.００２４Pa・s（at２０℃）
熱伝導率：１６.５W・m-1・K-1
【００１７】
具体的な構造は、略円管状に形成した第一の隔壁３４を設け、この第一の隔壁３４の内側を排気流路３１とする。また、第一の隔壁３４の外周面に対向した内周面を有し、略円管状に形成した第二の隔壁３５を設け、第一の隔壁３４と第二の隔壁３５との間を伝熱媒体流路３３とする。第一の隔壁３４と第二の隔壁３５との間は、例えば１ｍｍ以下の微小な隙間である。また、第二の隔壁３５の外周面に対向した内周面を有し、略円管状に形成した第三の隔壁３６を設け、第二の隔壁３５と第三の隔壁３６との間を冷却媒体流路３２とする。
【００１８】
さらに、第三の隔壁３６の外周面に対向した内周面を有し、略円管状に形成した第四の隔壁３７を設け、第三の隔壁３６と第四の隔壁３７との間を、伝熱媒体排出流路３８とする。第三の隔壁３６と第四の隔壁３７との間は、例えば１ｍｍ以下の微小な隙間である。ここでは、伝熱媒体排出流路３８に伝熱媒体は導入していない。
第一の隔壁３４、第二の隔壁３５、第三の隔壁３６、及び第四の隔壁３７は、同心円状に配置される。伝熱媒体流路３３、冷却媒体流路３２、及び伝熱媒体排出流路３８は、軸方向の一端及び他端の双方が、夫々、略円盤状の閉塞部材３９によって閉塞される。閉塞部材３９は、第四の隔壁３７の外径に対応して形成され、中心には第一の隔壁３４の内径に対応した貫通穴が形成される。
【００１９】
伝熱媒体流路３３の最下部には、冷却媒体流路３２内に配置された液溜め部４１がスロート４２を介して連通される。液溜め部４１は、略直方体状の容器からなり、伝熱媒体を幾らか溜めている。スロート４２は、例えば１ｍｍ以下の微小な隙間である。
伝熱媒体流路３３の最上部は、鉛直方向と略平行な伝熱媒体連絡流路４３を介して伝熱媒体排出流路３８に連通される。伝熱媒体連絡流路４３によって、冷却媒体流路３２は冷却媒体導入側と冷却媒体排出側とに分断される。したがって、冷却媒体は、冷却媒体導入口１４ａから冷却媒体流路３２の一端側に導入され、排気熱回収装置１４の周方向に沿って冷却媒体流路３２の他端側へと流れ、冷却媒体排出口１４ｂから排出される。
【００２０】
伝熱媒体流路３３から伝熱媒体連絡流路４３を経て伝熱媒体排出流路３８へと至る経路は、鉛直方向と略平行で、下端が第一の隔壁３４の外周面に固定され、上端が第四の隔壁３７の内周面に固定された仕切り板４４によって仕切られる。この仕切り板４４によって仕切られた伝熱媒体連絡流路４３は、夫々、例えば１ｍｍ以下の微小な隙間となる。ここでは、伝熱媒体連絡流路４３にも伝熱媒体を導入している。
伝熱媒体排出流路３８の最下部には、下端が第四の隔壁３７の内周面に固定され、上端が第三の隔壁３５の外周面に固定された仕切り部４５によって仕切られる。
【００２１】
すなわち、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体連絡流路４３を経て伝熱媒体排出流路３８へと至る経路は、二系統ある。一方の系統は、冷却媒体導入側を通過する系統であり、他方の系統は、冷却媒体排出側を通過する系統である。夫々、伝熱媒体流路３３の最下部に相当する一端から最上部に相当する他端へ、また伝熱媒体連絡流路４３の下端から上端へ、そして伝熱媒体排出流路３８の最上部に相当する一端から最下部に相当する他端へと連通する。
【００２２】
液溜め部４１から伝熱媒体流路３３へと至る経路では、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体と、伝熱媒体流路３３に導入した伝熱媒体との間には、双方を分離させる真空又は気泡からなる空間部４６を介在させる。すなわち、液溜め部４１の下部には伝熱媒体を溜め、液溜め部４１の上部とスロート４２とには空間部４６を封入している。この空間部４６により、伝熱媒体流路３３に導入されている伝熱媒体が、スロート４２及び液溜め部４１に流入してくることを抑制している。なお、空間部４６の体積は伝熱媒体流路３３の容積と同等に設定されている。
【００２３】
このように、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態では、伝熱媒体を介して排気流路３１の燃焼ガスと冷却媒体流路３２の冷却媒体との熱交換が行なわれる。但し、ここでは冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であり、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や、液溜め部４１及びスロート４２に封入した空間部４６に熱膨張が生じていないものとする。
上記が熱交換をＯＮにした状態の説明である。
【００２４】
図４は、伝熱媒体流路の拡大図である。
伝熱媒体のガリンスタン（登録商標）は、高い濡れ性を有するため、固体表面へ付着しやすい。そのため、伝熱媒体流路３３の路面、つまり第一の隔壁３４の外周面、及び第二の隔壁３５の内周面には、撥液性を高めるための低表面エネルギー化処理として、例えばフッ素コーティング膜４７を形成する。膜厚は例えば数μｍとする。なお、伝熱媒体が接する固液界面には、全て同様のフッ素コーティング膜４７を形成する。すなわち、伝熱媒体連絡流路４３の路面、伝熱媒体排出流路３８の路面、閉塞部材３９の内周面、液溜め部４１の内周面、スロート４２の内周面等にも、フッ素コーティング膜４７を形成する（図示省略）。
【００２５】
次に、熱交換をＯＦＦにした状態の説明をする。
図５は、排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＦＦ）。
図中の（ａ）は、排気熱回収装置１４の配管軸直角方向に沿った断面であり、図中の（ｂ）は、排気熱回収装置１４の軸方向に沿ったＡ−Ａ断面である。
ここでは、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上であり、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や空間部４６に熱膨張が生じているものとする。
【００２６】
この場合、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体が、液溜め部４１及びスロート４２に封入されていた空間部４６を伝熱媒体流路３３に押し出す。また、伝熱媒体流路３３に押し出された空間部４６が、伝熱媒体流路３３に導入されていた伝熱媒体を伝熱媒体連絡流路４３及び伝熱媒体排出流路３８へと押し出す。こうして、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される。このとき、伝熱媒体流路３３からの伝熱媒体の排出量は、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や空間部４６の熱膨張量に依存する。したがって、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体を全て排出するためには、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や、空間部４６の熱膨張量を設定する必要がある。
上記が熱交換をＯＦＦにした状態の説明である。
【００２７】
次に、コントローラ１９で所定時間（５０ｍｓｅｃ）毎に実行する排気熱回収制御処理について説明する。
図６は、排気熱回収制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、各種データを読込む。
続くステップＳ１０２では、排気熱回収後の冷却媒体の温度ＴＯＵＴが、予め定めた上限値ＴＭＡＸ未満であるか否かを判定する。上限値ＴＭＡＸは、冷却媒体の沸点よりも低い範囲で設定される。ここで、温度ＴＯＵＴが上限値ＴＭＡＸ未満であるときには、冷却媒体に過熱傾向はないと判断してステップＳ１０３に移行する。一方、温度ＴＯＵＴが上限値ＴＭＡＸ以上であるときには、冷却媒体が過熱傾向にあると判断してステップＳ１０４に移行する。
【００２８】
ステップＳ１０３では、制御マップを参照し、燃焼ガスの温度Ｔｇ及び流量Ｖｇに応じて、排気熱回収装置１４へ流れる冷却媒体の流量Ｖｃを通常通り設定してからステップＳ１０５に移行する。
図７は、流量Ｖｃの設定に用いるマップである。
ここでは、座標横軸が燃焼ガスの温度Ｔｇであり、座標縦軸が燃焼ガスの流量Ｖｇである。そして、燃焼ガスの温度Ｔｇが高いほど、且つ燃焼ガスの流量Ｖｇが多いほど、冷却水の流量Ｖｃを大きく設定する。
【００２９】
ステップＳ１０４では、冷却媒体の過熱傾向を抑制することを目的として、下記に示すように、１周期前に演算した前回の流量Ｖｃ（ｎ−１）に、予め定めた補正量ΔＶを加算することにより、今回の流量Ｖｃ（ｎ）を設定してからステップＳ１０５に移行する。
Ｖｃ（ｎ）＝Ｖｃ（ｎ−１）＋ΔＶ
ステップＳ１０５では、設定した流量Ｖｃが達成されるように、ウォータポンプ１５を駆動制御してから所定のメインプログラムに復帰する。すなわち、ウォータポンプ１５の回転数によって吐出量を制御する。
上記が排気熱回収制御処理である。
【００３０】
《作用》
次に、第１実施形態の作用について説明する。
冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときには、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や、液溜め部４１及びスロート４２に封入した空間部４６に熱膨張が生じることはない。このときは、図３に示すように、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態が維持される。したがって、伝熱媒体を介して排気流路３１の燃焼ガスと冷却媒体流路３２の冷却媒体との熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。冷却媒体は、排気流路３１の周方向に沿って冷却媒体流路３２を通過するので、排気流路３１を通過する燃焼ガスとの均一な熱交換を行なうことができる。
【００３１】
図８は、冷却媒体の水温を示すタイムチャートである。
エンジン１１を始動すると、エンジン１１と冷却媒体との熱交換により、冷却媒体の水温が上昇してゆく。さらに、燃焼ガスと冷却媒体との熱交換を行なう、つまり排気熱を回収すると、冷却媒体の水温をさらに高めることができる。すなわち、排気熱を回収した場合（実線図示）には、排気熱を回収しない場合（点線図示）よりも、冷却媒体の水温を高めることができる。こうして、暖められた冷却媒体でエンジン１１を暖気したり、ヒータコア１８を介してキャビン内を温めたりすることにより、暖気性能や暖房性能を向上させることができる。
【００３２】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上になると、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体や空間部４６に熱膨張が生じる。このときは、図５に示すように、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体が、液溜め部４１及びスロート４２に封入されていた空間部４６を伝熱媒体流路３３に押し出す。また、伝熱媒体流路３３に押し出された空間部４６が、伝熱媒体流路３３に導入されていた伝熱媒体を伝熱媒体連絡流路４３及び伝熱媒体排出流路３８へと押し出す。こうして、受動的に伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される（熱交換ＯＦＦ）。
【００３３】
従来、熱交換を抑制するときには、高温となる燃焼ガスの温度を利用して伝熱媒体を沸騰蒸発させることにより、熱交換の切り替えを行なうものがあった。しかしながら、排気熱の回収は、冷却媒体を温めることが目的であるため、燃焼ガスの温度に依存して熱交換の切り替えを行なうと、適切な切り替えが行えない可能性がある。例えば、冷却媒体全体が十分に温まっていないのに、燃焼ガスの温度上昇により、伝熱媒体が蒸発して熱交換がＯＦＦになったり、逆に冷却媒体全体が十分に温まっているのに、伝熱媒体の蒸発が遅れて不要な熱交換が続いてしまったりする可能性がある。
【００３４】
また、伝熱媒体を沸騰蒸発させる構成にすると、比較的低い温度で液相から気相へと変化する伝熱媒体を用いなければならない。例えば、沸点が１００℃の純水である。しかしながら、純水は沸点が低いが熱伝導率も低い（０.６８W・m-1・K-1）。そのため、伝熱媒体として純水を用いると、熱交換の際の熱流速が限られるため、冷却媒体を十分に温めることができない。
さらに、伝熱媒体流路に伝熱媒体を導入するために、別途、ポンプを設けなければならず、コストやポンプ駆動のためのエネルギー損失、さらに積載重量の増大を招くことになる。
【００３５】
これに対して、本実施形態においては、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて切り替えるので、冷却媒体を温めるという排気熱回収の本来の目的にかない、より適切な切り替えを行なうことができる。すなわち、冷却媒体全体が十分に温まっていないのに熱交換がＯＦＦになったり、冷却媒体全体が十分に温まっているのに熱交換がＯＮのままになったりする、といった事態を回避することができる。また、伝熱媒体として、ガリンスタン（登録商標）のように熱伝導率の高い媒体を用いることができるので、排気熱の回収効率を向上させることができる。さらに、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入するためのポンプを必要としないため、コストやエネルギー損失、さらに積載重量の面でも有利である。
【００３６】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満に復帰すると、熱膨張していた伝熱媒体や空間部４６が次第に収縮してゆく。これにより、伝熱媒体流路３３に押し出されていた空間部４６が、再び液溜め部４１及びスロート４２に戻り始め、且つ伝熱媒体連絡流路４３及び伝熱媒体排出流路３８へと押し出されていた伝熱媒体が、再び伝熱媒体流路３３に戻り始める。こうして、冷却媒体の温度低下に応じて、受動的に伝熱媒体流路３３に伝熱媒体が導入され、熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。
【００３７】
伝熱媒体流路３３の路面には、フッ素コーティング膜４７を形成しているので、高い濡れ性を有し、固体表面へ付着しやすい伝熱媒体であっても、良好な撥液性を実現することができる。したがって、熱交換がＯＮからＯＦＦに切り替わる際に、伝熱媒体流路３３に導入されていた伝熱媒体は、伝熱媒体連絡流路４３及び伝熱媒体排出流路３８へと速やかに且つ円滑に排出される。同様に、熱交換がＯＦＦからＯＮに切り替わる際も、伝熱媒体連絡流路４３及び伝熱媒体排出流路３８に排出されていた伝熱媒体は、伝熱媒体流路３３へと速やかに且つ円滑に導入される。
【００３８】
冷却媒体の温度調整は、サーモスタット１７による流路の切り替えのみならず、ウォータポンプ１５の駆動制御によっても行なうことが可能である。すなわち、温度ＴＯＵＴが上限値ＴＭＡＸ未満であるときには（ステップＳ１０２の判定が“Yes”）、燃焼ガスの温度Ｔｇ及び流量Ｖｇに応じて、通常通り冷却媒体の流量Ｖｃを設定する（ステップＳ１０３）。これにより、燃焼ガスの温度Ｔｇが高いほど、且つ流量Ｖｇが多いほど、冷却媒体を速く循環させ、適切な温度範囲に維持させることができる。一方、温度ＴＯＵＴが上限値ＴＭＡＸ以上であるときには（ステップＳ１０２の判定が“No”）、前回の流量Ｖｃ（ｎ−１）に補正量ΔＶを加算する、つまり流量Ｖｃを増加補正する。このように、冷却媒体が過熱傾向にあるときには、冷却媒体を速く循環させることにより、冷却媒体の過熱傾向を抑制して、適切な温度範囲に維持させることができる。
【００３９】
《変形例》
第１実施形態では、液溜め部４１に伝熱媒体を溜めているが、これに限定されるものではない。液溜め部４１に溜める媒体と、伝熱媒体流路３３に導入している伝熱媒体とは、空間部４６によって分離されているため、液溜め部４１に溜める媒体と、伝熱媒体流路３３に導入している伝熱媒体とは、同一の媒体である必要はない。要は、冷却媒体の温度上昇に伴って熱膨張する熱膨張媒体であればよい。したがって、求められる体積膨張率に応じて、任意の物質を選定することができ、自由度が向上する。
【００４０】
《対応関係》
排気流路３１が「排気流路」に対応する。冷却媒体流路３２が「冷却媒体流路」に対応する。伝熱媒体流路３３が「伝熱媒体流路」に対応する。液溜め部４１が「液溜め部」に対応する。空間部４６が「空間部」に対応する。伝熱媒体排出流路３８が「排出流路」に対応する。液溜め部４１、空間部４６、及び伝熱媒体排出流路３８が「切り替え部」に対応する。
【００４１】
《効果》
次に、第１実施形態における主要部の効果を記す。
（１）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、エンジン１１の燃焼ガスを通過させる排気流路３１と、冷却媒体を通過させる冷却媒体流路３２と、排気流路３１と冷却媒体流路３２との間に介在し、伝熱媒体を導入可能な伝熱媒体流路３３と、を備える。そして、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態で伝熱媒体を介して燃焼ガスと冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は伝熱媒体流路３３から伝熱媒体を排出することにより熱交換を抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて切り替える。
このように、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて切り替えるので、冷却媒体を温めるという排気熱回収の本来の目的にかない、より適切な時期に切り替えを行なうことができる。
【００４２】
（２）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときに、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入し、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上であるときに、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体を排出する。
このように、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて切り替えるので、冷却媒体を温めるという排気熱回収の本来の目的にかない、より適切な切り替えを行なうことができる。
【００４３】
（３）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３に連通した状態で冷却媒体流路３２内に配置され、温度上昇に伴って熱膨張する伝熱媒体を溜めた液溜め部４１を設ける。また、伝熱媒体流路３３に連通され、伝熱媒体を排出可能な伝熱媒体排出流路３８を設ける。また、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態で、液溜め部４１の熱膨張媒体と伝熱媒体流路３３の伝熱媒体との間には双方を分離させる空間部４６を介在させる。
このように、液溜め部４１、及び伝熱媒体排出流路４８を設け、さらに空間部４６を形成することにより、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて受動的に切り替えることができる。
【００４４】
（４）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体が熱膨張していないときには、伝熱媒体流路３３に導入してある伝熱媒体を介して熱交換を行なう。また、冷却媒体の温度上昇に伴って伝熱媒体が熱膨張するときに、熱膨張媒体が空間部４６を伝熱媒体流路３３に押し出し、且つ空間部４６が伝熱媒体を伝熱媒体排出流路３８へと押し出すことにより、熱交換を抑制する。
このように、液溜め部４１に溜めた伝熱媒体の熱膨張を利用することにより、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて受動的に切り替えることができる。
【００４５】
（５）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３の容積に応じて、空間部４６の体積、及び液溜め部４１に溜めた伝熱媒体の熱膨張量を設定する。
このように、伝熱媒体流路３３の容積に応じて、空間部４６の体積、及び液溜め部４１に溜めた伝熱媒体の熱膨張量を設定することにより、伝熱媒体流路３３から全ての伝熱媒体を確実に排出することができる。
【００４６】
（６）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、液溜め部４１は、伝熱媒体流路３３よりも鉛直方向の下位に設けられる。
このように、液溜め部４１を伝熱媒体流路３３よりも鉛直方向の下位に設けることにより、熱交換をＯＦＦからＯＮに切り替える際に、伝熱媒体流路３３に導入された空間部４６を液溜め部４１に容易に引き戻すことができる。
【００４７】
（７）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３の路面は、低表面エネルギー化処理が施される。
このように、伝熱媒体流路３３の路面に対して低表面エネルギー化処理を施すことにより、熱交換のＯＮ／ＯＦＦを切り替える際に、伝熱媒体の導入及び排出を、速やかに且つ円滑に行なうことができる。
【００４８】
（８）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、管状に形成した第一の隔壁３４を設け、この第一の隔壁３４の内側を排気流路３１とする。また、第一の隔壁３４の外周面に対向した内周面を有する第二の隔壁３５を設け、第一の隔壁３４と第二の隔壁３５との間を伝熱媒体流路３３とする。また、第二の隔壁３５の外周面に対向した内周面を有する第三の隔壁３６を設け、第二の隔壁３５と第三の隔壁３６との間を冷却媒体流路３２とする。
このように、同心円状に配置された第一の隔壁３４、第二の隔壁３５、第三の隔壁３６を設けることにより、簡易な構造で各流路を形成することができる。
（９）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、排気流路３１の周方向に沿って、冷却媒体に冷却媒体流路３２を通過させる。
このように、排気流路３１の周方向に沿って冷却媒体を通過させるので、排気流路３１を通過する燃焼ガスとの均一な熱交換を行なうことができる。
【００４９】
（１０）第１実施形態に係る排気熱回収方法は、エンジン１１の燃焼ガスを通過させる排気流路３１と、冷却媒体を通過させる冷却媒体流路３２との間に伝熱媒体流路３３を介在させる。そして、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態で伝熱媒体を介して燃焼ガスと冷却媒体との間で熱交換を行なうか、又は伝熱媒体流路３３から伝熱媒体を排出することにより熱交換を抑制するかを、冷却媒体の温度に応じて切り替える。
このように、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて切り替えるので、冷却媒体を温めるという排気熱回収の本来の目的にかない、より適切な時期に切り替えを行なうことができる。
【００５０】
《第２実施形態》
《構成》
第２実施形態は、冷却媒体の温度上昇に伴って、受動的に液溜め部４１の容積を拡大させることにより、熱交換をＯＮからＯＦＦへ切り替えるものである。
ここでは、第四の隔壁３７、伝熱媒体排出流路３８、伝熱媒体連絡流路４３、空間部４６、及び仕切り部４５を削除し、且つ可動隔壁５１、及び仕切り部５２を設けたことを除いては、前述した第１実施形態と同様の構成であるため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
【００５１】
図９は、第２実施形態における排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＮ）。
図中の（ａ）は、排気熱回収装置１４の配管軸直角方向に沿った断面であり、図中の（ｂ）は、排気熱回収装置１４の軸方向に沿ったＣ−Ｃ断面である。
可動隔壁５１は、液溜め部４１の底部に設けられ、温度に応じた変形によって液溜め部４１の容積を変更可能に構成される。ここでは、可動隔壁５１が、鉛直方向の上方に向かって凸状になるように湾曲した状態を維持している。
【００５２】
仕切り部５２は、伝熱媒体流路３３の最上部に設けられ、下端が第一の隔壁３４の外周面に固定され、上端が第二の隔壁３５の内周面に固定される。この仕切り部５２により、伝熱媒体流路３３は、二系統に分割される。一方の系統は、冷却媒体導入側を通過する系統であり、他方の系統は、冷却媒体排出側を通過する系統である。
伝熱媒体は、灰色の塗り潰しによって表示してあり、ここでは、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態で、さらにスロート４２及び液溜め部４１にも伝熱媒体を満たしている。
【００５３】
このように、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態では、伝熱媒体を介して排気流路３１の燃焼ガスと冷却媒体流路３２の冷却媒体との熱交換が行なわれる。但し、ここでは冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であり、可動隔壁５１が自己の形状を維持することにより、液溜め部４１の容積を拡大させておらず、液溜め部４１の容積が最も小さい状態にあるものとする。
上記が熱交換をＯＮにした状態の説明である。
【００５４】
次に、熱交換をＯＦＦにした状態の説明をする。
図１０は、第２実施形態における排気熱回収装置の断面図である（熱交換ＯＦＦ）。
図中の（ａ）は、排気熱回収装置１４の配管軸直角方向に沿った断面であり、図中の（ｂ）は、排気熱回収装置１４の軸方向に沿ったＣ−Ｃ断面である。
ここでは、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上であり、可動隔壁５１が、鉛直方向の下方に向かって凸状になるように湾曲している。すなわち、液溜め部４１の容積が拡大した状態にある。
【００５５】
このように、液溜め部４１の容積が拡大した分だけ、伝熱媒体流路３３に導入されていた伝熱媒体が液溜め部４１へと流入するため、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される。このとき、伝熱媒体流路３３からの伝熱媒体の排出量は、液溜め部４１の容積拡大量に依存する。したがって、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体を全て排出するために、可動隔壁５１の変形量を設定する必要がある。
上記が熱交換をＯＦＦにした状態の説明である。
【００５６】
次に、可動隔壁５１を変形させる具体的な手法について説明する。
先ず、温度によって変形する部材で可動隔壁５１を構成した場合を説明する。
図１１は、バイメタルで構成した可動隔壁の動作を示す図ある。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＮにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示す。
ここでは、温度によって変形するバイメタル５３を可動隔壁としている。
【００５７】
バイメタル５３は、熱膨張率の異なる二枚の金属板を張り合わせて形成され、一対の保持部５４によって保持される。ここでは、上層側に低膨張率の金属板を配置し、下層側に高膨張率の金属板を配置させる。これにより、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときに、バイメタル５３が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上となるときに、バイメタルが下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。
【００５８】
次に、温度によって変形する部材を介して可動隔壁５１を動作させる場合を説明する。
図１２は、形状記憶コイルバネを利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＮにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示す。
ここでは、温度によって変形する形状記憶コイルバネ５５を介して、可動隔壁５１を動作させる。
【００５９】
可動隔壁５１は、外力によって弾性変形可能な板部材からなり、一対の保持部５４によって保持される。第三の隔壁３６と可動隔壁５１との間には、通常コイルバネ５６が介装されており、この通常コイルバネ５６の弾性力によって可動隔壁５１の略中央を上方に押し上げている。また、温度によって自己変形する形状記憶コイルバネ５５は、液溜め部４１の内部で通常コイルバネ５６に対向し、液溜め部４１の天井面と可動隔壁５１との間に介装されている。
【００６０】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときに、通常コイルバネ５６の弾性力により、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上となるときに、形状記憶コイルバネ５５が伸長し、その弾性力が通常コイルバネ５６の弾性力に勝るようになり、通常コイルバネ５６に抗して可動隔壁５１の略中央を下方に押し下げる。したがって、可動隔壁５１が下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。
【００６１】
次に、固相であるときよりも液相であるときに体積が小さくなる物質を介して可動隔壁５１を動作させる場合を説明する。
図１３は、異常液体を利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＮにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示す。
ここでは、固相であるときよりも液相であるときに体積が小さくなる異常液体５７を介して、可動隔壁５１を動作させる。
【００６２】
可動隔壁５１は、下に凸となるように湾曲する板バネからなる。可動隔壁５１は、一対の保持部５４によって保持され、液溜め部４１の内部を上段及び下段に仕切っている。上段は伝熱媒体流路３３に連通され、伝熱媒体を満たしてある。下段には異常液体５７を封入し閉塞してある。異常液体５７は、固相であるときよりも液相であるときに、密度が高くなり、且つ体積が小さくなる。例えば、水、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、ビスマス等がある。
【００６３】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときに、異常液体５７は固相となり、密度の低下に伴って体積が大きくなるため、可動隔壁５１を上方に押し上げている。これにより、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上となるときに、異常液体５７は液相となり、密度の増加に伴って体積が小さくなるため、可動隔壁５１が自らの弾性力によって下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。
【００６４】
《作用》
次に、第２実施形態の作用について説明する。
冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときには、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。これにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態が維持され、熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。そして、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上になると、可動隔壁５１が下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。これにより、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される（熱交換ＯＦＦ）。さらに、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満に復帰すると、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。これにより、伝熱媒体が伝熱媒体流路３３に押し返され、熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。
【００６５】
このように、冷却媒体の温度変化に応じて、受動的に熱交換のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
なお、可動隔壁５１を変形させるために、可動隔壁５１をバイメタルで構成したり、形状記憶コイルバネ５５や異常液体５７を利用して可動隔壁５１を動作させたりする。これにより、可動隔壁５１を容易に変形させることができる。
第２実施形態において、前述した第１実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。
【００６６】
《対応関係》
液溜め部４１が「液溜め部」に対応する。可動隔壁５１が「可動隔壁」に対応する。液溜め部４１、及び可動隔壁５１が「切り替え部」に対応する。
《効果》
次に、第２実施形態における主要部の効果を記す。
（１）第２実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３に連通した状態で冷却媒体流路３２内に配置され、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態で、自らも伝熱媒体を満たした液溜め部４１を備える。また、冷却媒体の温度上昇に伴って液溜め部４１の容積を拡大させる可動隔壁５１を備える。
このように、液溜め部４１、及び可動隔壁５１を設けることにより、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて受動的に切り替えることができる。
【００６７】
（２）第２実施形態に係る排気熱回収装置は、可動隔壁５１が液溜め部４１の容積を拡大させていないときには、伝熱媒体流路３３に導入してある伝熱媒体を介して熱交換を行なう。また、冷却媒体の温度上昇に伴って可動隔壁５１が液溜め部４１の容積を拡大させるときに、伝熱媒体が伝熱媒体流路３３から液溜め部４１へと流入することにより、熱交換を抑制する。
このように、液溜め部４１の容積を変化させる可動隔壁５１を利用することにより、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて受動的に切り替えることができる。
【００６８】
（３）第２実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３の容積に応じて、液溜め部４１の容積拡大量を設定する。
このように、伝熱媒体流路３３の容積に応じて、液溜め部４１の容積拡大量を設定することにより、伝熱媒体流路３３から全ての伝熱媒体を確実に排出することができる。
（４）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、温度によって変形するバイメタル５３によって可動隔壁５１を構成する。
このように、バイメタル５３を利用することにより、液溜め部４１の容積を容易に変化させることができる。
【００６９】
（５）第２実施形態に係る排気熱回収装置は、温度によって変形する形状記憶コイルバネ５５を介して可動隔壁５１を動作させる。
このように、形状記憶コイルバネ５５を利用することにより、液溜め部４１の容積を容易に変化させることができる。
（６）第１実施形態に係る排気熱回収装置は、固相であるときよりも液相であるときに体積が小さくなる異常液体５７を介して可動隔壁５１を動作させる。
このように、異常液体５７を利用することにより、液溜め部４１の容積を容易に変化させることができる。
【００７０】
《第３実施形態》
《構成》
第３実施形態は、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて、能動的に熱交換のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるものである。
ここでは、形状記憶コイルバネ５５に対して電圧を印加し、通電を行なう通電回路６１を追加したことを除いては、前述した第２実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００７１】
図１４は、通電回路を利用した可動隔壁の動作を示す図ある。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＮにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示す。
ここでは、温度によって変形する形状記憶コイルバネ５５を介して、可動隔壁５１を動作させる。また、電源及び接点を有する通電回路６１を設け、この通電回路６１によって形状記憶コイルバネ５５に通電し、形状記憶コイルバネ５５を加熱する。
【００７２】
可動隔壁５１は、外力によって弾性変形可能な板部材からなり、一対の保持部５４によって保持される。第三の隔壁３６と可動隔壁５１との間には、通常コイルバネ５６が介装されており、この通常コイルバネ５６の弾性力によって可動隔壁５１の略中央を上方に押し上げている。また、温度によって自己変形する形状記憶コイルバネ５５は、液溜め部４１の内部で通常コイルバネ５６に対向し、液溜め部４１の天井面と可動隔壁５１との間に介装されている。
【００７３】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときには、通電回路６１の接点を開き、非通電状態にする。これにより、通常コイルバネ５６の弾性力により、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上となったときには、通電回路６１の接点を閉じ、通電状態にする。これにより、形状記憶コイルバネ５５が加熱されることで伸長し、その弾性力が通常コイルバネ５６の弾性力に勝るようになり、通常コイルバネ５６に抗して可動隔壁５１の略中央を下方に押し下げる。したがって、可動隔壁５１が下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。
【００７４】
図１５は、第３実施形態の排気熱回収制御処理を示すフローチャートである。
ここでは、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理を追加したことを除いては、前述した第１実施形態と同様の処理を実行するため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
ステップＳ３０１は、ステップＳ１０１の処理をした後に実行され、マップを参照し、燃焼ガスの温度Ｔｇに応じて閾値Ｔｔｈを設定する。
【００７５】
図１６は、閾値Ｔｔｈの設定に用いるマップである。
ここでは、座標横軸が燃焼ガスの温度Ｔｇであり、座標縦軸が閾値Ｔｔｈである。燃焼ガスの温度Ｔｇについては、０よりも大きなＴｇ１を予め定め、閾値Ｔｔｈについては、０よりも大きなＴｔｈ１と、このＴｔｈ１よりも大きなＴｔｈ２と、を予め定める。そして、燃焼ガスの温度Ｔｇが０からＴｇ１の範囲にあるときには、燃焼ガスの温度Ｔｇが大きいほど、閾値ＴｔｈがＴｔｈ１からＴｔｈ２の範囲で大きくなる。そして、燃焼ガスの温度ＴｇがＴｇ１より大きい範囲にあるときには、閾値ＴｔｈがＴｔｈ２を維持する。
【００７６】
続くステップＳ３０２では、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する。ここで、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるときには、排気熱を回収することが望まれると判断してステップＳ１０２に移行する。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上であるときには、排気熱を回収することは望まれていないと判断してステップＳ３０３に移行する。
ステップＳ３０３では、通電回路６１を介して形状記憶コイルバネ５５に通電することにより、熱交換をＯＦＦにしてからステップＳ１０２に移行する。
上記が排気熱回収制御処理である。
【００７７】
《作用》
次に、第３実施形態の作用について説明する。
燃焼ガスの温度Ｔｇに応じて閾値Ｔｔｈを設定し（ステップＳ３０１）、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるときには（ステップＳ３０２の判定が“Yes”）、排気熱を回収する余地がある。そこで、通電回路６１を非通電状態にし、熱交換をＯＮにしておく。すなわち、可動隔壁５１を上に凸となるように湾曲させ、液溜め部４１を収縮させておく。これにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入した状態が維持され、熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。
【００７８】
一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上になったときには（ステップＳ３０２の判定が“No”）、排気熱を回収する必要がない。そこで、通電回路６１を通電状態にし、熱交換をＯＦＦに切り替える。これにより、形状記憶コイルバネ５５が加熱されることで伸長し、通常コイルバネ５６に抗して可動隔壁５１の略中央を下方に押し下げる。したがって、可動隔壁５１が下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。これにより、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される（熱交換ＯＦＦ）。このときは、通電によって形状記憶コイルバネ５５を強制的に加熱するため、速やかに熱交換をＯＦＦに切り替えることができる。
【００７９】
さらに、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満に復帰すると、通電回路６１を非通電状態に切り替える。このとき、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であることもあり、伝熱媒体を介して形状記憶コイルバネ５５が冷却されるため、次第に形状記憶コイルバネ５５が収縮し、再び通常コイルバネ５６が可動隔壁５１を上方に押し上げる。したがって、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。これにより、伝熱媒体が伝熱媒体流路３３に押し返され、熱交換が促進される（熱交換ＯＮ）。
このように、冷却媒体の温度変化に応じて、能動的に熱交換のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
第３実施形態において、前述した第１実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。
【００８０】
《変形例１》
第３実施形態では、形状記憶コイルバネ５５を利用して可動隔壁５１を動作させているが、これに限定されるものではない。通電回路６１の通電によって変形する部材として、例えばピエゾアクチュエータや誘電性エラストマー等を利用して可動隔壁５１を動作させてもよい。
図１７は、ピエゾアクチュエータを利用した可動隔壁の動作を示す図である。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＮにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示す。
【００８１】
ここでは、通電によって軸方向に圧縮可能なピエゾアクチュエータ６２を介して、可動隔壁５１を動作させる。
可動隔壁５１は、外力によって弾性変形可能な板部材からなる。可動隔壁５１は、一対の保持部５４によって保持され、液溜め部４１の内部を上段及び下段に仕切っている。上段は伝熱媒体流路３３に連通され、伝熱媒体を満たしてある。下段にはピエゾアクチュエータ６２を介装してある。ピエゾアクチュエータ６２は、軸方向が鉛直方向と一致するように配置され、下端は液溜め部４１の底面に固定され、上端は可動隔壁５１の下面に固定される。
【００８２】
そして、冷却媒体の温度Ｔｃが予め定めた閾値Ｔｔｈ未満であるときには、通電回路６１の接点を開き、非通電状態にする。これにより、ピエゾアクチュエータ６２が伸長した状態となるため、可動隔壁の略中央を上方に押し上げている。したがって、可動隔壁５１が上に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を縮小させる。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上となったときには、通電回路６１の接点を閉じ、通電状態にする。これにより、ピエゾアクチュエータ６２が軸方向に圧縮されるため、可動隔壁５１の略中央を下方に引き下げる。したがって、可動隔壁５１が下に凸となるように湾曲し、液溜め部４１の容積を拡大させる。
【００８３】
《変形例２》
第３実施形態では、通電回路６１を介して通電を行なうことによって、つまり電場を利用して可動隔壁５１を動作させているが、これに限定されるものではない。他にも、例えば磁束の変化によって誘導電流を発生させる電磁誘導方式や、二つの共振器の間に存在する共鳴場の結合によって電力の授受を行なう磁界共鳴方式を利用してもよい。つまり、磁場を利用して可動隔壁５１を動作させてもよい。これにより、ワイヤレスで電力を伝送することができる。
《対応関係》
液溜め部４１が「液溜め部」に対応する。可動隔壁５１が「可動隔壁」に対応する。液溜め部４１、及び可動隔壁５１が「切り替え部」に対応する。
【００８４】
《効果》
次に、第３実施形態における主要部の効果を記す。
（１）第３実施形態に係る排気熱回収装置は、電場や磁場によって変形する部材を介して可動隔壁５１を動作させる。
このように、電場や磁場によって変形する部材を利用することにより、液溜め部４１の容積を容易に変化させることができる。
【００８５】
《第４実施形態》
《構成》
第４実施形態は、エレクトロウェッティングにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入するものである。
ここでは、第四の隔壁３７、伝熱媒体排出流路３８、伝熱媒体連絡流路４３、空間部４６、及び仕切り部４５を削除し、且つ誘電膜７１、誘電膜側電極７２、伝熱媒体側電極７３、及び通電回路７４を備えたことを除いては、前述した第１実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１８は、第４実施形態を示す排気熱回収装置の断面図である。
図中の（ａ）は、熱交換をＯＦＦにした状態を示し、図中の（ｂ）は、熱交換をＯＮにした状態を示す。
図１９は、第４実施形態における伝熱媒体流路の拡大図である。
伝熱媒体流路３３の路面のうち、冷却媒体流路３２の側だけ、つまり第二の隔壁３５の内周面にだけ、誘電膜７１が設けられ、この誘電膜７１の下層側には、多数の誘電膜側電極７２が面方向に沿って設けられている。なお、誘電膜７１の表面、及び第一の隔壁３４の外周面には、フッ素コーティング膜４７を形成する。
【００８７】
一方、液溜め部４１の内部には、伝熱媒体側電極７３が設けられる。そして、誘電膜側電極７２及び伝熱媒体側電極７３に接続されると共に、電源及び接点を有し、誘電膜７１に電圧を印加可能な通電回路７４が設けられる。
エレクトロウェッティングとは、誘電膜が成膜された電極と、誘電膜の表面に付着した液滴との間に電位差を与えると、誘電膜と液滴との間の界面エネルギーが変化して、接触角が減少する現象であり、これを利用して液滴の移動を制御することができる。そこで、通電回路７４が誘電膜側電極７２及び伝熱媒体側電極７３を介して誘電膜７１に電圧を印加することにより、伝熱媒体の移動を制御し、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入する。
【００８８】
図２０は、第４実施形態の排気熱回収制御処理を示すフローチャートである。
ここでは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理を追加したことを除いては、前述した第１実施形態と同様の処理を実行するため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
ステップＳ４０１は、ステップＳ１０１の処理をした後に実行され、前述した図１６のマップを参照し、燃焼ガスの温度Ｔｇに応じて閾値Ｔｔｈを設定する。
【００８９】
続くステップＳ４０２では、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する。ここで、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるときには、排気熱を回収することが望まれると判断してステップＳ４０３に移行する。一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上であるときには、排気熱を回収することは望まれていないと判断してステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ４０３では、エレクトロウェッティングにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入することにより、熱交換をＯＮにしてからステップＳ１０２に移行する。
上記が排気熱回収制御処理である。
【００９０】
《作用》
次に、第４実施形態の作用について説明する。
燃焼ガスの温度Ｔｇに応じて閾値Ｔｔｈを設定し（ステップＳ４０１）、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ未満であるときには（ステップＳ４０２の判定が“Yes”）、排気熱を回収する余地がある。そこで、エレクトロウェッティングにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入し、熱交換を促進にする（ステップＳ４０３）。
【００９１】
一方、冷却媒体の温度Ｔｃが閾値Ｔｔｈ以上になったときには（ステップＳ４０２の判定が“No”）、排気熱を回収する必要がない。そこで、エレクトロウェッティングによる伝熱媒体の液滴制御を終了する。液溜め部４１は伝熱媒体流路３３よりも下位にあり、且つ伝熱媒体流路３３にはフッ素コーティング膜４７を形成しているので、伝熱媒体は自重により液溜め部４１へと速やかに且つ円滑に流入する。これにより、伝熱媒体流路３３から伝熱媒体が排出され、熱交換が抑制される（熱交換ＯＦＦ）。
このように、冷却媒体の温度変化に応じて、能動的に熱交換のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００９２】
なお、伝熱媒体流路３３の路面のうち、排気流路３１の側には誘電膜７１を設けず、冷却媒体流路３２の側にだけ誘電膜７１を設けている。これは排気流路３１の側は高温となるからである。このように、冷却媒体流路３２の側にだけ誘電膜７１を設けることで、誘電膜７１の過熱による劣化を抑制することができる。
第４実施形態において、前述した第１実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。
【００９３】
《対応関係》
液溜め部４１が「液溜め部」に対応する。誘電膜７１が「誘電体」に対応する。誘電膜側電極７２、及び伝熱媒体側電極７３が「電極」に対応する。液溜め部４１、誘電膜７１、誘電膜側電極７２、及び伝熱媒体側電極７３が「切り替え部」に対応する。
《効果》
次に、第４実施形態における主要部の効果を記す。
（１）第４実施形態に係る排気熱回収装置は、エレクトロウェッティングにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入する。
このように、エレクトロウェッティングを利用することにより、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を容易に導入することができる。
【００９４】
（２）第４実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３に連通した状態で冷却媒体流路３２内に配置され、伝熱媒体流路３３に伝熱媒体を導入していない状態で、伝熱媒体を溜めた液溜め部４１を備える。また、伝熱媒体流路３３の路面に設けた誘電膜７１と、誘電膜７１に電圧を印加する誘電膜側電極７２、及び伝熱媒体側電極７３と、を備える。
このように、液溜め部４１、誘電膜７１、誘電膜側電極７２、及び伝熱媒体側電極７３を備えることにより、熱交換を行なうか又は抑制するかを、冷却媒体の温度Ｔｃに応じて能動的に切り替えることができる。
【００９５】
（３）第４実施形態に係る排気熱回収装置は、伝熱媒体流路３３の路面のうち、冷却媒体流路３２の側だけに誘電膜７１を設ける。
このように、冷却媒体流路３２の側にだけ誘電膜７１を設けることで、誘電膜７１の過熱による劣化を抑制することができる。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。また、各実施形態は、任意に組み合わせて採用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１１  エンジン
１２  エキゾーストパイプ
１３  マフラ
１４  排気熱回収装置
１５  ウォータポンプ
１６  ラジエータ
１７  サーモスタット
１８  ヒータコア
１９  コントローラ
３１  排気流路
３２  冷却媒体流路
３３  伝熱媒体流路
３４  第一の隔壁
３５  第二の隔壁
３６  第三の隔壁
３７  第四の隔壁
３８  伝熱媒体排出流路
３９  閉塞部材
４１  液溜め部
４２  スロート
４３  伝熱媒体連絡流路
４６  空間部
４７  フッ素コーティング膜
４８  伝熱媒体排出流路
５１  可動隔壁
５３  バイメタル
５５  形状記憶コイルバネ
５７  異常液体
６１  通電回路
６２  ピエゾアクチュエータ
７１  誘電膜
７２  誘電膜側電極
７３  伝熱媒体側電極
７４  通電回路
【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】
0006554880.tif 000008
【図８】
0006554880.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006554880.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006554880.tif 000017
【図１７】
0006554880.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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