(57)【要約】【課題】傾斜部を設けることなく凝縮部における作動媒体の逆流を防止可能とする排熱回収装置を提供する。【解決手段】蒸発部１１０の上側に凝縮部１３０が配設されると共に、内部に作動媒体が封入されたループ式のヒートパイプ１０１が使用されて、内燃機関１０の排気熱を作動媒体によって蒸発部１１０から凝縮部１３０に輸送して、内燃機関１０の冷却水側に熱回収する排熱回収装置において、凝縮部１３０の内部に、蒸発部１１０からの作動媒体が流入する入口部１３４から上方に延設されて、凝縮部１３０の上端内壁１３５近傍で開口する開口部１３７ｂを形成する逆流防止流路部１３６を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部（１１０）の上側に凝縮部（１３０）が配設されると共に、内部に作動媒体が封入されたループ式のヒートパイプ（１０１）が使用されて、
内燃機関（１０）の排気熱を前記作動媒体によって前記蒸発部（１１０）から前記凝縮部（１３０）に輸送して、前記内燃機関（１０）の冷却水側に熱回収する排熱回収装置において、
前記凝縮部（１３０）の内部には、前記蒸発部（１１０）からの前記作動媒体が流入する入口部（１３４）から上方に延設されて、前記凝縮部（１３０）の上端内壁（１３５）近傍で開口する開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ、）を形成する逆流防止流路部（１３６）が設けられたことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記逆流防止流路部（１３６）は、前記入口部（１３４）において全周接合され、前記上端内壁（１３５）との間で所定隙間が設けられて前記開口部（１３７ｃ）を形成する管材（１３６）としたことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記逆流防止流路部（１３６）は、前記入口部（１３４）および前記上端内壁（１３５）においてそれぞれ全周接合され、前記上端内壁（１３５）近傍に穿設された開口穴（１３６ａ）によって前記開口部（１３６ａ）を形成する管材（１３６）としたことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）は、前記凝縮部（１３０）内に溜まり得る作動媒体の液面よりも高い位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記凝縮部（１３０）の下流側には、前記蒸発部（１１０）への流路（１６１）を開閉する弁機構（１５０）が設けられており、
前記開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）は、前記弁機構（１５０）が閉じられた時に前記凝縮部（１３０）内に溜められる作動媒体の液面よりも高い位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記内燃機関（１０）は、車両用のものであって、
前記逆流防止流路部（１３６）は、前記凝縮部（１３０）に対して、前記車両の前方側に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記逆流防止流路部（１３６）は、前記入口部（１３４）および前記上端内壁（１３５）からそれぞれ支持体（１３３ｄ、１４１ａ、１３７）によって支持されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項８】
前記開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）の開口面積は、前記逆流防止流路部（１３６）の断面面積とほぼ等しく設定されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項９】
前記逆流防止流路部（１３６）は、前記凝縮部（１３０）の底面部（１３１ａ）からバーリングあるいは切り起し加工によって形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項１０】
前記凝縮部（１３０）は、複数の板部材（１３８）が積層されて形成されており、
前記逆流防止流路部（１３６）は、複数の前記板部材（１３８）の底面部（１３８ａ）からバーリングあるいは切り起し加工によって形成された立壁部（１３８ｂ）が、連続的に接合されて形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項１１】
前記逆流防止流路部（１３６）の断面面積は、内径１２ｍｍの円管の断面面積と同等以上となるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ式のヒートパイプを用いて内燃機関の排気ガスの排熱を回収して、内燃機関の冷却水加熱のために利用する排熱回収装置に関するものであり、例えば内燃機関を備える車両に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートサイホン式排熱回収装置として、例えば特許文献１に示されるように、凝縮部における凝縮液流路（チューブ）を傾斜させることによって、出口側が入口側より下方となるようにしたものが知られている。これにより、凝縮部で凝縮した作動媒体が重力の作用により凝縮液流路の出口側に導かれ、作動媒体の逆流を防止できるとしている。
【特許文献１】特開平７−１２０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記排熱回収装置においては、凝縮液流路を傾斜させるようにしているので、凝縮部、ひいては排熱回収装置の各部材の組付け、更には接合時に各部材に一定の荷重をかけることが難しくなり、製造しにくいと言う問題点がある。また、排熱回収装置として部分的に傾斜部ができるため、車両等に搭載する際の搭載性が悪化する場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、傾斜部を設けることなく凝縮部における作動媒体の逆流を防止可能とする排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】
【０００５】
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。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、蒸発部（１１０）の上側に凝縮部（１３０）が配設されると共に、内部に作動媒体が封入されたループ式のヒートパイプ（１０１）が使用されて、内燃機関（１０）の排気熱を作動媒体によって蒸発部（１１０）から凝縮部（１３０）に輸送して、内燃機関（１０）の冷却水側に熱回収する排熱回収装置において、凝縮部（１３０）の内部には、蒸発部（１１０）からの作動媒体が流入する入口部（１３４）から上方に延設されて、凝縮部（１３０）の上端内壁（１３５）近傍で開口する開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ、）を形成する逆流防止流路部（１３６）が設けられたことを特徴としている。
【０００７】
これにより、逆流防止流路部（１３６）の開口部（１３６ａ、１３７ａ、１３７ｂ）位置を凝縮部（１３０）内で凝縮した作動媒体の液面から容易に離すことができるので、作動媒体の液面が逆流防止流路部（１３６）の開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）より上側にならない限り、作動媒体は入口部（１３４）側に流れることがなく、従来技術のような傾斜部を設けることなく、作動媒体の逆流を防止できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、逆流防止流路部（１３６）は、入口部（１３４）において全周接合され、上端内壁（１３５）との間で所定隙間が設けられて開口部（１３７ｃ）を形成する管材（１３６）としたことを特徴としている。これにより、簡単な構成で逆流防止流路部（１３６）を形成できる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明のように、逆流防止流路部（１３６）は、入口部（１３４）および上端内壁（１３５）においてそれぞれ全周接合され、上端内壁（１３５）近傍に穿設された開口穴（１３６ａ）によって開口部（１３６ａ）を形成する管材（１３６）としても良く、請求項２に記載の発明と同様に簡単な構成で逆流防止流路部（１３６）を形成できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）は、凝縮部（１３０）内に溜まり得る作動媒体の液面よりも高い位置に設けられたことを特徴としている。
【００１１】
これにより、凝縮部（１３０）に溜められる作動媒体が蒸発部（１１０）へ逆流するのを確実に防止することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、凝縮部（１３０）の下流側には、蒸発部（１１０）への流路（１６１）を開閉する弁機構（１５０）が設けられており、開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）は、弁機構（１５０）が閉じられた時に凝縮部（１３０）内に溜められる作動媒体の液面よりも高い位置に設けられたことを特徴としている。
【００１３】
これにより、弁機構（１５０）を閉じた時に、作動媒体の還流を停止して蒸発部（１１０）から凝縮部（１３０）への熱輸送を停止することができ、合わせて、凝縮部（１３０）に溜められる作動媒体が蒸発部（１１０）へ逆流するのを確実に防止することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、内燃機関（１０）は、車両用のものであって、逆流防止流路部（１３６）は、凝縮部（１３０）に対して、車両の前方側に配置されたことを特徴としている。
【００１５】
車両においては、例えば加速時や登坂走行時に内燃機関（１０）の排気熱量が増大し、冷却水側への熱回収は不要となり、作動媒体の還流を停止して熱輸送を停止させることが必要となる。この時、凝縮部（１３０）からの作動媒体の逆流は特に防止したい内容となる。
【００１６】
ここで、車両が走行する中で、加速時には作動媒体は慣性力によって車両後方に移動し、また、登坂走行時には逆流防止流路（１３６）の開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）位置は、作動媒体の液面に対して上側に離れることになる。よって、車両走行中においても凝縮部（１３０）内の作動媒体の液面を逆流防止流路（１３６）の開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）から遠ざけることができ、逆流防止効果を更に高めることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、逆流防止流路部（１３６）は、入口部（１３４）および上端内壁（１３５）からそれぞれ支持体（１３３ｄ、１４１ａ、１３７）によって支持されたことを特徴としている。
【００１８】
これにより、排気回収装置（１００）を製造する際に、逆流防止流路部（１３６）を確実に位置決めすることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）の開口面積は、逆流防止流路部（１３６）の断面面積とほぼ等しく設定されたことを特徴としている。
【００２０】
これにより、開口部（１３７ｂ、１３７ｃ、１３６ａ）における流通抵抗の上昇を無くして、熱輸送能力に優れる排熱回収装置（１００）とすることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、逆流防止流路部（１３６）は、凝縮部（１３０）の底面部（１３１ａ）からバーリングあるいは切り起し加工によって形成されたことを特徴としている。
【００２２】
これにより、逆流防止流路部（１３６）を凝縮部（１３０）の底面部（１３１ａ）と一体で形成でき、部品点数を低減することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、凝縮部（１３０）は、複数の板部材（１３８）が積層されて形成されており、逆流防止流路部（１３６）は、複数の板部材（１３８）の底面部（１３８ａ）からバーリングあるいは切り起し加工によって形成された立壁部（１３８ｂ）が、連続的に接合されて形成されたことを特徴としている。
【００２４】
これにより、凝縮部（１３０）が複数の板部材（１３８）から形成されるものにおいて、逆流防止流路部（１３６）を各板部材（１３８）の底面部（１３８ａ）と一体で形成でき、部品点数を低減することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、逆流防止流路部（１３６）の断面面積は、内径１２ｍｍの円管の断面面積と同等以上となるようにしたことを特徴としている。
【００２６】
これにより、作動媒体温度２０℃で、２ｋｗ程度の熱を輸送したい場合に、逆流防止流路部（１３６）を流れる作動媒体の流速を音速以下にすることができ、常に正常な排熱回収が可能となる。
【００２７】
尚、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を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態における排熱回収装置１００は、エンジン１０を走行用の駆動源とする車両（自動車）に適用されるものとしている。排熱回収装置１００は、エンジン１０の排気管１１および排熱回収回路３０に配設されている。以下、具体的な構成について図１〜図４を用いて説明する。尚、図１は排熱回収装置１００の車両への搭載状態を示す模式図、図２は排熱回収装置１００を示す断面図、図３はパイプ支持部１３７を示す断面図、図４は図３におけるＩＶ方向から見た矢視図である。
【００２９】
図１に示すように、エンジン１０は水冷式の内燃機関であり、燃料が燃焼した後の排気ガスが排出される排気管１１を有している。排気管１１には排気ガスを浄化する触媒コンバータ１２が設けられている。また、エンジン１０は、エンジン１０冷却用のエンジン冷却水（以下、冷却水）が循環するラジエータ回路２０と、このラジエータ回路２０とは別の流路として冷却水が循環する排熱回収回路３０と、冷却水（温水）を加熱源として空調空気を加熱するヒータ回路４０とを有している。
【００３０】
ラジエータ回路２０にはラジエータ２１が設けられており、ラジエータ２１は、ウォータポンプ２２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。ラジエータ回路２０中にはラジエータ２１を迂回して冷却水が流通するバイパス流路２３が設けられており、サーモスタット２４によってラジエータ２１を流通する冷却水量とバイパス流路２３を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。特に暖機時においてはバイパス流路２３側の冷却水量が増加されて暖機が促進される。つまり、ラジエータ２１による冷却水の過冷却が防止される。
【００３１】
排熱回収回路３０は、ラジエータ回路２０のエンジン出口部から分岐して、ウォータポンプ２２に接続される流路であり、ウォータポンプ２２によって冷却水が循環されるようになっている。排熱回収回路３０の途中には後述する排熱回収装置１００の水タンク１４０（凝縮部１３０）が接続されている。
【００３２】
尚、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冷却水（温水）が流出して、排熱回収回路３０の下流側に合流する回路としている。このヒータ回路４０には、暖房用熱交換器としてのヒータコア４１が設けられており、上記のウォータポンプ２２によって冷却水（温水）が循環されるようにしている。ヒータコア４１は、図示しない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温水との熱交換により加熱する。
【００３３】
排熱回収装置１００は、図２に示すように、蒸発部１１０、凝縮部１３０、弁機構１５０、凝縮水還流路１６０が順次接続されて成るループ式のヒートパイプ１０１を有している。
【００３４】
ヒートパイプ１０１の凝縮部１３０および弁機構１５０は、水タンク１４０内に配設されている。尚、排熱回収装置１００を構成する各部材（以下説明）は、高耐食性を備えるステンレス材から成り、各部材が組み付けされた後に、当接部や嵌合部に設けられたろう材により、一体的にろう付けされている。
【００３５】
蒸発部１１０は、チューブ１１１、フィン１１２、各プレート１１３、１１４、１１５等から形成されている。チューブ１１１は、細長の管部材であり、長手方向が上下を向くようにして、図２中の左右方向に複数並べられて列を成し、更に図２の紙面に対して垂直方向にも上記列が複数並ぶように配置されて、長手方向の両端部がそれぞれ、チューブ孔の穿設された下プレート１１３、上プレート１１４に接合されている。チューブ１１１の外壁面には、薄肉板材から形成されたプレートタイプのフィン１１２が複数枚、接合されている。
【００３６】
下プレート１１３には、チューブ１１１の端部側から対向するように下タンクプレート１１５が接合されて、下プレート１１３と下タンクプレート１１５との間に空間を形成している。この空間は連通部１１６となっており、複数のチューブ１１１の下側は、この連通部１１６によって互いに連通している。同様に、上プレート１１４には、チューブ１１１の端部側から対向するように断熱プレート１２１が接合されて、上プレート１１４と断熱プレート１２１との間に空間を形成している。この空間は連通部１２０となっており、複数のチューブ１１１の上側は、この連通部１２０によって互いに連通している。尚、複数並べられたチューブ１１１の配列方向の左右の最外方には、補強部材および取付け部材としてのサイドプレート１１７が接合されている。
【００３７】
水タンク１４０は、水タンクプレート１４１と水タンク部１４２とによって、チューブ１１１の配列方向に細長となる容器体として形成されており、上記連通部１２０の上側に接合されている。水タンク１４０の長手方向の一方の端部には、内部に連通する冷却水導入パイプ１４３が接合され、また、水タンク１４０の長手方向の他方の端部には、内部に連通する冷却水排出パイプ１４４が接合されている。そして、この水タンク１４０の内部に、凝縮部１３０が配設されている。
【００３８】
凝縮部１３０は、いわゆるドロンカップタイプと呼ばれる熱交換器に類似する流路を形成するものであり、２枚のチューブプレート１３１、１３２が互いに最中合わせに接合されて成るチューブ１３３が複数積層されて形成されている。チューブ１３３は、中間部が中間流通部１３３ａ、長手方向の両端部側がそれぞれ積層方向に張出すタンク部１３３ｂ、１３３ｃとなっており、タンク部１３３ｂ、１３３ｃが互いに積層方向に接合されると共に、接合部に形成された連通穴によって連通している。
【００３９】
タンク部１３３ｂの下側には、上側（タンク部１３３ｂ内部）に切り起しされたバーリング部を有する入口穴１３３ｄが形成されている。また、水タンクプレート１４１には、上記入口穴１３３ｄに対応する位置で、下側（連通部１２０側）に切り起しされたバーリング部を有する入口穴１４１ａが形成されている。更に、断熱プレート１２１には、上記入口穴１４１ａに対応する位置に入口穴１２１ａが穿設されている。上記各入口穴１３３ｄ、１４１ａ、１２１ａは、互いに連通して連通部１２０（蒸発部１１０）と凝縮部１３０のタンク部１３３ｂとを繋ぐ入口部１３４を形成している。
【００４０】
入口穴１３３ｄと入口穴１４１ａのバーリング部によって、円柱状の壁部が形成され、これが後述する逆流防止パイプ１３６の下側を支持する下側支持体となっている。尚、下側支持体としては、入口穴１３３ｄのバーリング部を廃止して、入口穴１４１ａのバーリング部のみで対応したものとしても良い。
【００４１】
タンク部１３３ｂの下側支持体に対向する上端内壁１３５には上側支持体としてのパイプ支持部１３７が接合されている。パイプ支持部１３７は、図３、図４に示すように、中心部に後述する逆流防止パイプ１３６の内径と同等となる円形の開口穴１３７ａを有し、外周部に複数（ここでは４ヶ所）の切欠き部１３７ｂが形成された王冠状の部材である。
【００４２】
そして、タンク部１３３ｂの内部には、一端側（下端側）の全周が上記下側支持体（入口穴１３３ｄと入口穴１４１ａのバーリング部）に支持されて入口部１３４に接合されると共に、他端側（上端側）が上端内壁１３５近傍に延設される円管部材としての逆流防止パイプ（本発明における逆流防止流路部に対応）１３６が設けられている。逆流防止パイプ１３６の内径は、ここでは１２ｍｍ以上となるように設定している。これは、本排熱回収装置１００において、後述する作動媒体温度が２０℃の条件でも２ｋｗ程度の熱を回収するために、以下の数式１における関係から、逆流防止パイプ１３６内の作動媒体の流速Ｖが音速を超えないための流路断面積Ａ（１１０ｍｍ２）から算出したものである。尚、逆流防止パイプ１３６は、円管部材に限らず、断面多角形の管部材としても良い。
【００４３】
（数１）
Ｖ＝Ｑ／（Ｌ・ρ・Ａ）
尚、Ｑは回収熱量
Ｌは作動媒体の蒸発潜熱
ρは作動媒体の蒸気密度  である。
【００４４】
逆流防止パイプ１３６の上端側は、パイプ支持部１３７によって支持されて、このパイプ支持部１３７に接合されている。パイプ支持部１３７における切欠き部１３７ｂは、本発明において上端内壁１３５近傍でタンク部１３３ｂ内に開口する開口部に対応しており、この切欠き部１３７ｂの開口面積は、逆流防止パイプ１３６の断面面積と同等となるようにしている。
【００４５】
上記逆流防止パイプ１３６、およびパイプ支持部１３７によって、連通部１２０内の空間は、逆流防止パイプ１３６、開口穴１３７ａ、切欠き部１３７ｂ、タンク部１３３ｂ内、チューブ１３３の中間流通部１３３ａを経て、タンク部１３３ｃに連通している。
【００４６】
弁機構１５０は、タンク部１３３ｃ内に配設されて、チューブ１３３の中間流通部１３３ａと、後述する凝縮水還流路１６０とを接続する流路を形成すると共に、内部に形成された弁体（図示省略）によって、この流路を開閉する開閉手段としている。弁機構１５０は、水タンク１４０の上方からタンク部１３３ｃ内に挿入されて、下端側の外周部が断熱プレート１２１に当接して、断熱プレート１２１の開口部を内包するように配置されている。ここで弁機構１５０が設けられる位置は、ヒートパイプ１０１において後述する作動媒体（水）が還流する際の凝縮部１３０の下流側に対応している。
【００４７】
上記弁機構１５０は、ここではヒートパイプ１０１の内圧に応じて開閉するダイヤフラム式のものとしており、具体的には、通常の開弁状態から、所定の冷却水温（例えば７０℃）において内圧が上昇して第１所定圧力を超えると閉弁し（以下、第１所定圧力を閉弁圧と言う）、逆に内圧が低下して、第１所定圧力よりも低い第２所定圧力を下回ると再び開弁するようにしている（以下、第２所定圧力を開弁圧と言う）。
【００４８】
凝縮水還流路１６０は、一端側が弁機構１５０の内部に連通し、連通部１２０を貫通すると共に、他端側が蒸発部１１０の連通部１１６内に連通する還流パイプ１６１と、この還流パイプ１６１の外部を取り囲むように配設される断熱壁１６２とから形成されている。
【００４９】
ヒートパイプ１０１には図示しない封入部が設けられており、この封入部からヒートパイプ１０１内が真空引き（減圧）され、作動媒体が封入された後に封入部は封止されている。作動媒体は、ここでは水を使用している。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、ヒートパイプ１０１内を減圧（例えば０．０１気圧）しているため、沸点は、圧力に対する飽和温度となる。尚、作動媒体としては、水の他にアルコール、フロロカーボン、フロン等を用いても良い。
【００５０】
そして、作動媒体の封入量は、この作動媒体の全量が凝縮部１３０内に封入されたと想定した場合に、その液面が逆流防止パイプ１３６の上端側となる切欠き部１３７ｂの位置よりも低くなる量としている。逆に言えば、切欠き部１３７ｂは、凝縮部１３０内に溜まり得る作動媒体の液面より常に高い位置となるようにしている。
【００５１】
以上のように排熱回収装置１００は形成されており、蒸発部１１０が触媒コンバータ１２の下流側となる排気管１１に介在され、また、水タンク１４０の両パイプ１４３、１４４が排熱回収回路３０に接続されている（図１）。そして、逆流防止パイプ１３６は、凝縮部１３０に対して車両の前方側となるように搭載される。
【００５２】
次に、上記構成に基づく排熱回収装置１００の作動、およびその作用効果について説明する。
【００５３】
エンジン１０が作動されると併せてウォータポンプ２２が作動され、冷却水はラジエータ回路２０、排熱回収回路３０、ヒータ回路４０を循環する。エンジン１０で燃焼された燃料の排気ガスは、触媒コンバータ１２を経て排気管１１を流れ、排熱回収装置１００の蒸発部１１０を通過して大気中に排出される。また、排熱回収回路３０を循環する冷却水は、排熱回収装置１００の水タンク１４０内（凝縮部１３０）を通過する。
【００５４】
エンジン１０が始動された後は、冷却水温が上昇を始めると共に、徐々にヒートパイプ１０１の内圧が上昇する。この時、排気熱量はエンジン１０の負荷状態によって変化するため、一般的なエンジンを備えた車両では加速、減速、停止など様々な車両の運転状態に合わせて内圧は変動する。
【００５５】
ヒートパイプ１０１の内圧が上昇していくなかで閉弁圧よりも低い状態にある場合は、弁機構１５０の弁体は、開弁状態となっている。よって、ヒートパイプ１０１内の水（作動媒体）は、蒸発部１１０で排気管１１を流れる排気ガスから受熱して沸騰気化し始めて、蒸気となってチューブ１１１内を上昇し、連通部１２０、入口部１３４、逆流防止パイプ１３６、開口穴１３７ａ、切欠き部１３７ｂを経て凝縮部１３０（タンク部１３３ｂ、中間流通部１３３ａ）内に流れ込む。凝縮部１３０内へ流入した蒸気は、排熱回収回路３０から水タンク１４０内を流れる冷却水によって冷却され、凝縮水となって弁機構１５０、還流パイプ１６１を通り蒸発部１１０の連通部１１６に還流する。尚、還流パイプ１６１を流通する凝縮水は、断熱壁１６２によって排気ガスからの受熱による蒸発が阻止されて、スムースな還流が行われる。
【００５６】
このように、排気ガスの熱が水に伝達されて蒸発部１１０から凝縮部１３０へ輸送され、この凝縮部１３０で蒸気が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、排熱回収回路３０を流れる冷却水が積極的に加熱される。つまり、エンジン１０の暖機が促進されることになるので、エンジン１０のフリクションロスの低減、低温始動性向上のための燃料増量の抑制等が図られ燃費性能が向上される。また、冷却水を加熱源とするヒータコア４１の暖房性能が向上される。尚、排気ガスの熱はヒートパイプ１０１の外壁面を介して熱伝導によって蒸発部１１０から凝縮部１３０に移動される分も存在する。
【００５７】
その後、冷却水温が所定温度（例えば７０℃）を越えて、内圧が閉弁圧を超えると、弁機構１５０の弁体は閉弁し、ヒートパイプ１０１内の凝縮水の還流が阻止される。すると、蒸発部１１０においては内部の水が完全に蒸発されて（ドライアウト）、凝縮部１３０に流入すると共に、凝縮部１３０においては、凝縮された凝縮水が溜められることになる。
【００５８】
本実施形態では、凝縮部１３０内に逆流防止パイプ１３６を設けると共に、凝縮部１３０に全量の凝縮水が溜められた状態となった時の液面よりも、逆流防止パイプ１３６の上端側の開口部（切欠き部１３７ｂ）の位置が高くなるようにしているので、凝縮水は入口部１３４側に流れることがなく、従来技術のような傾斜部を設けることなく、凝縮水の逆流を防止できる。
【００５９】
つまり、水の蒸発、凝縮による熱輸送が確実に停止され、冷却水側に伝達される熱量がヒートパイプ１０１を介した熱伝導のみとなる。よって、エンジン１０の負荷増加に伴い排気ガス温度が高くなる中で、排熱回収をそのまま続けると、冷却水温度が上昇しすぎて、ラジエータ２１での放熱能力を超え、オーバーヒートに至ってしまうところを、排熱回収停止への切替えにより、その不具合が防止されることになる。
【００６０】
また、本実施形態では逆流防止パイプ１３６を凝縮部１３０に対して車両の前方側になるように配置している。通常、車両においては、例えば加速時や登坂走行時にエンジン１０の排気熱量が増大する。これに伴ってヒートパイプ１０１の内圧は上昇し、弁機構１５０は閉弁状態となって、冷却水側への排熱回収が停止される。ここで、車両が走行する中で、加速時には凝縮水は慣性力によって車両後方に移動し、また、登坂走行時には逆流防止パイプ１３６の切欠き部１３７ｂ位置は、凝縮水の液面に対して上側に離れることになる。よって、車両走行中においても凝縮部１３０内の凝縮水の液面を逆流防止パイプ１３６の切欠き部１３７ｂから遠ざけることができ、逆流防止効果を更に高めることができる。
【００６１】
また、逆流防止パイプ１３６の設定にあたって、下端側と上端側をそれぞれ下側支持体（入口穴１３３ｄ、１４１ａ）とパイプ支持部１３７とによって支持して接合するようにしているので、排気回収装置１００を製造する際に、逆流防止パイプ１３６を確実に位置決めすることができる。
【００６２】
また、逆流防止パイプ１３６の切欠き部１３７ｂの開口面積を、逆流防止パイプ１３６の断面面積とほぼ等しくなるように設定しているので、切欠き部１３７ｂにおける流通抵抗の上昇を無くして、熱輸送能力に優れる排熱回収装置１００とすることができる。
【００６３】
また、逆流防止パイプ１３６の内径を１２ｍｍの円管の断面積と同等以上となるように設定しているので、作動媒体の温度が２０℃で、２ｋｗ程度の熱を輸送したい場合に、逆流防止パイプ１３６を流れる作動媒体の流速Ｖを音速以下にすることができ、常に正常な排熱回収が可能となる。
【００６４】
尚、弁機構１５０が開弁状態となって、通常の排熱回収を実行している場合にも、逆流防止パイプ１３６によって、凝縮部１３０内の凝縮水の入口部１３４側への逆流は当然のことながら防止される。
【００６５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して逆流防止パイプ１３６の上端側となる開口部を変更したものである。排熱回収装置１００の製造にあたって、逆流防止パイプ１３６の位置決めが下側支持体（入口穴１３３ｄ、１４１ａ）のみで充分対応可能であれば、パイプ支持体１３７を廃止できる。ここでは、パイプ支持部１３７を廃止して逆流防止パイプ１３６と凝縮部１３０の上端内壁１３５との間に所定寸法の隙間部を形成するようにして、この隙間部を開口部１３７ｃとしている。
【００６６】
開口部１３７ｃの開口面積は、隙間部寸法と逆流防止パイプ１３６の内径とπとの積で定義される。この開口面積が逆流防止パイプ１３６の断面面積とほぼ等しくなるように、隙間部寸法を決定している。
【００６７】
これにより、上記第１実施形態に対して、部品点数を低減して開口部１３７ｃを有する逆流防止パイプ１３６を形成できる。
【００６８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して逆流防止パイプ１３６の上端側となる開口部を変更したものである。具体的には、パイプ支持部１３７を廃止して逆流防止パイプ１３６の上端側を凝縮部１３０の上端内壁１３５に当接させて、全周を上端内壁１３５に接合している。そして、逆流防止防止パイプ１３６の上端側で周方向に複数の開口穴１３６ａを穿設して、この複数の開口穴１３６ａを開口部としている。
【００６９】
開口穴１３６ａのトータル開口面積は、逆流防止パイプ１３６の断面面積とほぼ等しくなるようにしている。
【００７０】
これにより、上記第１実施形態に対して、第２実施形態と同様に、部品点数を低減して開口部（開口穴）１３６ａを有する逆流防止パイプ１３６を形成できる。
【００７１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図７に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して逆流防止パイプ１３６の形成方法を変更したものである。具体的には、凝縮部１３０の底面側、即ち、最下端のチューブプレート１３１の底面部１３１ａからバーリングあるいは切り起し加工によって逆流防止パイプ１３６を形成している。
【００７２】
これにより、逆流防止流路部１３６を凝縮部１３０の底面部１３１ａと一体で形成でき、部品点数を低減することができる。
【００７３】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図８に示す。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、凝縮部１３０、および逆流防止パイプ１３６の形成方法を変更したものである。具体的には、凝縮部１３０は、板部材１３８を複数積層することで形成するようにしている。そして、各板部材１３８の底面部１３８ａからバーリングあるいは切り起し加工によって形成された立壁部１３８ｂを連続的に接合することで、逆流防止パイプ１３６が形成されるようにしている。尚、逆流防止パイプ１３６の近傍には連通穴１３８ｃを設けており、この連通穴１３８ｃによって、各板部材１３８間に形成される流路が互いに連通するようにしている。
【００７４】
これにより、凝縮部１３０が複数の板部材１３８から形成されるものにおいて、逆流防止パイプ１３６を各板部材１３８の底面部１３８ａと一体で形成でき、部品点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】排熱回収装置の車両への搭載状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における排熱回収装置を示す断面図である。
【図３】第１実施形態におけるパイプ支持部を示す断面図である。
【図４】図３におけるＩＶ方向から見た矢視図である。
【図５】第２実施形態における逆流防止パイプ近傍を示す断面図である。
【図６】第３実施形態における逆流防止パイプ近傍を示す断面図である。
【図７】第４実施形態における逆流防止パイプを示す断面図である。
【図８】第５実施形態における逆流防止パイプ近傍を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  エンジン（内燃機関）
１００  排熱回収装置
１０１  ヒートパイプ
１１０  蒸発部
１３０  凝縮部
１３１ａ  底面部
１３３ｄ  入口穴（支持体）
１３４  入口部
１３５  上端内壁
１３６  逆流防止パイプ（逆流防止流路部、管材）
１３６ａ  開口穴（開口部）
１３７  パイプ支持部（支持体）
１３７ｂ  切欠き部（開口部）
１３７ｃ  隙間部（開口部）
１３８  板部材
１３８ａ  底面部
１３８ｂ  立壁部
１４１ａ  入口穴（支持体）
【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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【図７】
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【図８】
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