(57)【要約】【課題】  排熱回収停止後に再始動する際、蒸発部と凝縮部との圧力差を解消して確実に再始動可能とする排熱回収装置を提供する。【解決手段】  蒸発部１１０Ａが内燃機関１０の排気ガス流通用の排気管１１に配設され、凝縮部１１０Ｂが内燃機関１０の冷却水流通用の冷却水流路３０に配設されると共に、蒸発部１１０Ａへの加熱量増加、または凝縮部１１０Ｂへ流入する冷却水の温度に応じて、凝縮部１１０Ｂへの熱輸送量が規制される熱スイッチ機能を備えるヒートパイプ１１０を有し、このヒートパイプ１１０によって排気ガスの排熱を冷却水へ輸送する排熱回収装置において、冷却水流路３０を閉じることで凝縮部１１０Ｂへの冷却水の流れを停止させるバルブ３１と、バルブ３１の開閉を制御する制御手段１０２とを設け、制御手段１０２は、排気ガスの排熱を冷却水へ輸送させたい場合に、バルブ３１を閉じるようにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部（１１０Ａ）が内燃機関（１０）の排気ガス流通用の排気管（１１）に配設され、凝縮部（１１０Ｂ）が前記内燃機関（１０）の冷却水流通用の冷却水流路（３０）に配設されると共に、前記蒸発部（１１０Ａ）への加熱量増加、または前記凝縮部（１１０Ｂ）へ流入する前記内燃機関（１０）の冷却水の温度に応じて、凝縮部（１１０Ｂ）への熱輸送量が規制される熱スイッチ機能を備えるヒートパイプ（１１０）を有し、
前記ヒートパイプ（１１０）によって前記排気ガスの排熱を前記冷却水へ輸送する排熱回収装置において、
前記冷却水流路（３０）を閉じることで前記凝縮部（１１０Ｂ）への前記冷却水の流れを停止させるバルブ（３１）と、
前記バルブ（３１）の開閉を制御する制御手段（１０２）とを設け、
前記制御手段（１０２）は、前記熱スイッチ機能によって前記熱輸送量が規制された後に、再び前記排気ガスの排熱を前記冷却水へ輸送させたい場合に、前記バルブ（３１）を閉じることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記制御装置（１０２）は、前記熱スイッチ機能による前記熱輸送量の規制状態を、前記凝縮部（１１０Ｂ）における前記冷却水の出入口温度差（Ｔｗ２−Ｔｗ１）によって判定する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】
前記バルブ（３１）には、微小穴（３１ｂ）が設けられており、
前記バルブ（３１）が閉じられた時に、前記微小穴（３１ｂ）によって前記冷却水が前記冷却水流路（３０）を微量に流通するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記制御装置（１０２）は、前記熱スイッチ機能による前記熱輸送量の規制状態を、前記蒸発部（１１０Ａ）における前記排気ガスの出入口ガス温度差、あるいは前記ヒートパイプ（１１０）における前記蒸発部（１１０Ａ）と前記凝縮部（１１０Ｂ）との表面温度差によって判定する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５】
前記制御手段（１０２）は、前記排気ガスの排熱量が所定熱量よりも小さい時に、前記バルブ（３１）を閉じることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記制御手段（１０２）は、前記排気ガスの排熱量を前記排気ガスの温度（Ｔｇ１）、または前記内燃機関（１０）の回転数から把握することを特徴とする請求項５に記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記制御手段（１０２）は、前記ヒートパイプ（１１０）内の圧力が所定圧力よりも低い時に、前記バルブ（３１）を閉じることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排熱回収装置。
【請求項８】
蒸発部（１１０Ａ）がハイブリッド車両用の内燃機関（１０）の排気ガス流通用の排気管（１１）に配設され、凝縮部（１１０Ｂ）が前記内燃機関（１０）の冷却水流通用の冷却水流路（３０）に配設されると共に、前記蒸発部（１１０Ａ）への加熱量増加、または前記凝縮部（１１０Ｂ）へ流入する前記内燃機関（１０）の冷却水の温度に応じて、凝縮部（１１０Ｂ）への熱輸送量が規制される熱スイッチ機能を備えるヒートパイプ（１１０）を有し、
前記ヒートパイプ（１１０）によって前記排気ガスの排熱を前記冷却水へ輸送する排熱回収装置において、
前記熱スイッチ機能によって前記熱輸送量が規制された後に、再び前記排気ガスの排熱を前記冷却水へ輸送させたい場合に、前記内燃機関（１０）を停止させる制御手段（１０２Ａ）を設けたことを特徴とする排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用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に適用して好適な排熱回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収するためのヒートサイホン式排熱回収装置が知られている。
【０００３】
ここでは、ヒートサイホン式排熱回収装置の蒸発器をエンジンの排気管に、凝縮器を冷却水側に配置すると共に、凝縮器の凝縮水の出口側通路に、エンジン水温に応じて制御装置によって開閉される開閉弁を配置している。そして制御装置は、水温が所定温度よりも高くなると、この開閉弁を閉じて内部の熱媒体の還流を停止して排熱回収を中止し、また、水温が所定温度よりも低くなるとこの開閉弁を開いて内部の熱媒体を還流させ排熱回収を再始動する構成としている。
【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】
【０００４】
しかしながら、一旦、水温の上昇を感知して開閉弁を閉じ熱媒体の還流を停止すると、蒸発部では熱媒体の蒸発は継続されるために熱媒体のほとんどすべてが凝縮器内で凝縮水の状態で留まり、蒸発部側は高圧の過熱蒸気で充満する。
【０００５】
すなわち、蒸発部は高圧に、また凝縮部は低圧の状態で保たれることになる。このような状態から水温の低下を感知して再び開閉弁を開いても蒸発部と凝縮部との圧力差が重力に打ち勝って凝縮水が還流できず排熱回収が再始動しない場合が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、排熱回収停止後に再始動する際、蒸発部と凝縮部との圧力差を解消して確実に再始動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】
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、蒸発部（１１０Ａ）が内燃機関（１０）の排気ガス流通用の排気管（１１）に配設され、凝縮部（１１０Ｂ）が内燃機関（１０）の冷却水流通用の冷却水流路（３０）に配設されると共に、蒸発部（１１０Ａ）への加熱量増加、または凝縮部（１１０Ｂ）へ流入する内燃機関（１０）の冷却水の温度に応じて、凝縮部（１１０Ｂ）への熱輸送量が規制される熱スイッチ機能を備えるヒートパイプ（１１０）を有し、このヒートパイプ（１１０）によって排気ガスの排熱を冷却水へ輸送する排熱回収装置において、冷却水流路（３０）を閉じることで凝縮部（１１０Ｂ）への冷却水の流れを停止させるバルブ（３１）と、このバルブ（３１）の開閉を制御する制御手段（１０２）とを設け、制御手段（１０２）は、排気ガスの排熱を冷却水へ輸送させたい場合に、バルブ（３１）を閉じることを特徴としている。
【０００９】
これにより、凝縮部（１１０Ｂ）に冷却水が流通しなくなるので、凝縮部（１１０Ｂ）から冷却水への熱伝達を低下させて、凝縮部（１１０Ｂ）に滞留する凝縮作動媒体の温度上昇と共に、凝縮部（１１０Ｂ）における内部圧力を上昇させることができる。よって、蒸発部（１１０Ａ）と凝縮部（１１０Ｂ）との圧力差を小さくして、凝縮部（１１０Ｂ）に滞留する凝縮作動媒体を蒸発部（１１０Ａ）に還流させることができるので、ヒートパイプ（１１０）による排気ガスから冷却水への排熱回収を確実に再始動させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、制御装置（１０２）は、熱スイッチ機能による熱輸送量の規制状態を、凝縮部（１１０Ｂ）における冷却水の出入口温度差（Ｔｗ２−Ｔｗ１）によって判定することを特徴としている。
【００１１】
これにより、冷却水への熱輸送量の大小は、冷却水の出入口温度差（Ｔｗ２−Ｔｗ１）に相関することから、この出入口温度差（Ｔｗ２−Ｔｗ１）を用いることで、容易且つ確実に熱輸送量の規制状態を把握することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、バルブ（３１）には、微小穴（３１ｂ）が設けられており、バルブ（３１）が閉じられた時に、微小穴（３１ｂ）によって冷却水が冷却水流路（３０）を微量に流通するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
これにより、バルブ（３１）を閉じた状態においても冷却水流路（３０）における冷却水の流れが確保できるので、請求項２に記載の発明における出入口温度差（Ｔｗ２−Ｔｗ１）を正確に把握することができる。尚、微小穴（３１ｂ）によって流通する冷却水は微量となるようにしているので、基本的に請求項１に記載の発明における凝縮部（１１０Ｂ）の内部圧力上昇の効果を妨げることは無い。
【００１４】
請求項２に記載の発明に対して、請求項４に記載の発明のように、制御装置（１０２）は、熱スイッチ機能による熱輸送量の規制状態を、蒸発部（１１０Ａ）における排気ガスの出入口ガス温度差、あるいはヒートパイプ（１１０）における蒸発部（１１０Ａ）と凝縮部（１１０Ｂ）との表面温度差によって判定するようにしても良い。
【００１５】
これにより、容易且つ確実に熱輸送量の規制状態を判定することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、制御手段（１０２）は、排気ガスの排熱量が所定熱量よりも小さい時に、バルブ（３１）を閉じることを特徴としている。
【００１７】
これにより、排気ガスの排熱量が高い場合では、バルブ（３１）を閉じた時にヒートパイプ（１１０）の内部圧力が急激に上昇して、ヒートパイプ（１１０）の破損に至るおそれが考えられるが、ここでは、そのような不具合を回避することができる。
【００１８】
上記請求項５に記載の発明において、請求項６に記載の発明のように、制御手段（１０２）は、排気ガスの排熱量を排気ガスの温度（Ｔｇ１）、または内燃機関（１０）の回転数から把握することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明に対して、請求項７に記載の発明のように、制御手段（１０２）は、ヒートパイプ（１１０）内の圧力が所定圧力よりも低い時に、バルブ（３１）を閉じるようにしても良く、同様にヒートパイプ（１１０）の破損防止ができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、蒸発部（１１０Ａ）がハイブリッド車両用の内燃機関（１０）の排気ガス流通用の排気管（１１）に配設され、凝縮部（１１０Ｂ）が内燃機関（１０）の冷却水流通用の冷却水流路（３０）に配設されると共に、蒸発部（１１０Ａ）への加熱量増加、または凝縮部（１１０Ｂ）へ流入する内燃機関（１０）の冷却水の温度に応じて、凝縮部（１１０Ｂ）への熱輸送量が規制される熱スイッチ機能を備えるヒートパイプ（１１０）を有し、このヒートパイプ（１１０）によって排気ガスの排熱を冷却水へ輸送する排熱回収装置において、熱スイッチ機能によって熱輸送量が規制された後に、再び排気ガスの排熱を冷却水へ輸送させたい場合に、内燃機関（１０）を停止させる制御手段（１０２Ａ）を設けたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、内燃機関（１０）の停止と共に、排気ガスは蒸発部（１１０Ａ）に入らなくなるので、ヒートパイプ（１１０）の蒸発部（１１０Ａ）の温度を急速に低下させることができる。よって、蒸発部（１１０Ａ）と凝縮部（１１０Ｂ）との圧力差をなくすことができ、凝縮部（１１０Ｂ）に滞留していた凝縮作動媒体を蒸発部（１１０Ａ）に還流させて、ヒートパイプ（１１０）による排気ガスから冷却水への排熱回収を確実に再始動させることができる。
【００２２】
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】
【００２３】
（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および冷却水流路３０に配設される排熱回収器１０１、制御装置１０２、バルブ３１、各種センサ１３、２５、３２、３３等から形成されている。以下、具体的な構成について図１〜図４を用いて説明する。
【００２４】
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はバルブ３１を示す断面図、図３は排熱回収器１０１を示す側面図、図４は図３のＡ−Ａ部を示す断面図である。
【００２５】
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。
【００２６】
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冷却水流路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。
【００２７】
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。そして、バイパス流路２３には、水温センサ２５が設けられている。水温センサ２５は、エンジン１０から流出される冷却水の温度（以下、エンジン出口水温Ｔｗ）を検出するセンサであり、検出された温度信号は、後述する制御装置１０２に入力されるようになっている。
【００２８】
冷却水流路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。冷却水流路３０の途中には後述する排熱回収器１０１の水タンク１４０（凝縮部１１０Ｂ）が接続されている。そして、この水タンク１４０の上流側には、冷却水流路３０を開閉するバルブ３１が設けられている。
【００２９】
バルブ３１は、ここでは回動式のものとしており、図２に示すように、バルブ３１には冷却水流通用流路としての流通部３１ａが形成され、更にこの流通部３１ａにほぼ直交するように微小穴３１ｂが形成されている。バルブ３１の回動（流路の開閉）は、後述する制御装置１０２によって制御されるようになっており、図２（ａ）の位置にバルブ３１が回動されると、冷却水流路３０と流通部３１ａとが連通して、開弁状態が形成され、冷却水が流通する。また、図２（ｂ）の位置にバルブ３１が回動されると、バルブ３１によって冷却水流路３０が閉じられて、閉弁状態が形成され、基本的には冷却水の流通が停止される。ただし、冷却水流路３０と微小穴３１ｂとが連通するために、微量の冷却水の流れ（例えば、２Ｌ／ｍｉｎ程度）が許容されるようになっている。
【００３０】
図１に戻って、冷却水流路３０においては、水タンク１４０に近接する上流側に水温センサ３２が設けられ、水タンク１４０に近接する下流側に水温センサ３３が設けられている。水温センサ３２は水タンク１４０内に流入する冷却水の温度（以下、入口水温Ｔｗ１）を検出するセンサであり、検出された温度信号は、後述する制御装置１０２に入力されるようになっている。同様に、水温センサ３３は水タンク１４０から流出される冷却水の温度（以下、出口水温Ｔｗ２）を検出するセンサであり、検出された温度信号は、後述する制御装置１０２に入力されるようになっている。
【００３１】
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、冷却水流路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。
【００３２】
排熱回収器１０１は、図３、図４に示すように、複数（ここでは３つ）のヒートパイプ１１０の外部にフィン１２０が設けられて、ヒートパイプ１１０の一端側（蒸発部１１０Ａ）が排気管部１３０内に配設され、他端側（凝縮部１１０Ｂ）が水タンク１４０内に配設されて形成されている。排熱回収器１０１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。
【００３３】
ヒートパイプ１１０は、コンテナ１１１内にオリフィス１１２が設けられて、コンテナ１１１の内部に作動媒体が封入されて形成されている。コンテナ１１１は、まっすぐな円管から成り、その長手方向が上下方向を向く姿勢で使用される。オリフィス１１２は、コンテナ１１１内の流路断面積を縮小する絞り部であり、コンテナ１１１内の内壁面１１１ａから中心側に向けて肉部が張出して、中心部に円形の穴部１１２ａを形成している。
【００３４】
各ヒートパイプ１１０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１１０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、通常（１気圧で）１００℃であるが、チューブ１１０内を減圧（例えば０．０１気圧）しているため、沸点は、５〜１０℃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。
【００３５】
上記構成によるヒートパイプ１１０は、下側に蒸発部１１０Ａ、上側に凝縮部１１０Ｂ、両者１１０Ａ、１１０Ｂの間に断熱部１１０Ｃを形成して、ボトムヒート型として機能するようになっている。
【００３６】
そして、ヒートパイプ１１０は複数配列されて、各ヒートパイプ１１０の蒸発部１１０Ａおよび凝縮部１１０Ｂに対応する部位の外壁面には、薄肉板材から形成されたプレートタイプのフィン１２０が接合されている。更に、各ヒートパイプ１１０の蒸発部１１０Ａは、断面四角形のダクトを成す排気管部１３０内に配設され、また、凝縮部１１０Ｂは、直方体容器を成す水タンク１４０内に配設されている。尚、水タンク１４０には互いに対向して、水タンク１４０内に連通する入口パイプ１４１、出口パイプ１４２が接合されている。
【００３７】
以上のように排熱回収器１０１は形成されており、排気管部１３０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１４１、１４２が冷却水流路３０に接続されている（図１）。
【００３８】
制御手段としての制御装置１０２は、図１に示すように、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、予め設定されたプログラムに従って排気温センサ１３、水温センサ２５、３２、３３からの各種温度信号に対する演算処理を行うと共に、バルブ３１の開閉制御を行う。
【００３９】
次に、上記構成に基づく排熱回収装置１００の作動について説明する。
【００４０】
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、冷却水流路３０、ヒータ回路４０を循環する。制御装置１０２は、通常はバルブ３１を開弁状態に制御する。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、排熱回収器１０１の排気管部１３０内（蒸発部１１０Ａの外部）を通過して大気中に排出される。また、冷却水流路３０を循環する冷却水は、排熱回収器１０１の水タンク１４０内（凝縮部１１０Ｂの外部）を通過する。
【００４１】
排熱回収器１０１において、エンジン１０が低負荷〜中負荷状態（排気ガスの排熱量が低〜中状態）にある時に、まず、ヒートパイプ１１０内の水（作動媒体）は、蒸発部１１０Ａ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、蒸気となってヒートパイプ１１０内を上昇し、オリフィス１１２を経て凝縮部１１０Ｂ内に流れ込む。凝縮部１１０Ｂ内へ流入した蒸気は、冷却水流路３０を流れる冷却水によって冷却され、内壁面１１１ａで凝縮水となって重力によって下降し、オリフィス１１２を経て蒸発部１１０Ａに還流する。
【００４２】
更に、蒸発部１１０Ａでの蒸発が進行すると、蒸発部１１０Ａからの上向きの蒸気流速が増大し、この蒸気流速によって、凝縮部１１０Ｂから下降して蒸発部１１０Ａに還流しようとする凝縮水は跳ね上げられ、凝縮水の還流量が一定となり（飛散限界）、輸送しうる熱量は限界熱輸送量（最大熱輸送量）として定まる。
【００４３】
このように、排気ガスの熱が水に伝達されて蒸発部１１０Ａから凝縮部１１０Ｂへ輸送され、この凝縮部１１０Ｂで蒸気が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、冷却水流路３０を流れる冷却水が加熱される。尚、排気ガスの熱はヒートパイプ１１０の外壁面を介して熱伝導によって蒸発部１１０Ａから凝縮部１１０Ｂに移動される分も存在する。
【００４４】
そして、エンジン１０の負荷に応じて増加する排気ガス温度に伴って、エンジン１０の所定負荷（排気ガスの所定排熱量）までは蒸発部１１０Ａから凝縮部１１０Ｂに輸送される熱量、即ち冷却水への伝熱量が順次増加する（ヒートパイプ１１０による排熱回収の実行）。
【００４５】
このように、外気温が比較的低い時にエンジン１０を始動した場合、ヒートパイプ１１０による排熱回収が実行され、積極的に冷却水が加熱され、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。
【００４６】
一方、エンジン１０が高負荷状態（排気ガスの排熱量が高状態）に移行し、エンジン１０の負荷が所定負荷より増加し、排気ガス温度が更に高くなっていくと、蒸発部１１０Ａにおいては核沸騰が生じ、蒸発部１１０Ａの内壁面１１１ａに沸騰膜が形成される。すると、蒸発部１１０Ａの熱抵抗が増加し、排気ガスからの熱が蒸発部１１０Ａに伝達されにくくなり、排気ガス温度の上昇と共に限界熱輸送量が一気に低下する。
【００４７】
更には、蒸発部１１０Ａ内の水は完全に蒸発され、また、上向きの蒸気流速によって、凝縮部１１０Ｂで凝縮された凝縮水の下降が阻止されて、凝縮水は凝縮部１１０Ｂの内壁面１１１ａで保持されたままとなる（ドライアウト）。そして、水の蒸発、凝縮による熱輸送が停止され、冷却水側に伝達される熱量がヒートパイプ１１０を介した熱伝導のみとなる（ヒートパイプ１１０による排熱回収の停止であり、本発明における熱スイッチ機能による熱輸送量の規制に対応）。
【００４８】
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２０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。
【００４９】
ここで、上記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、排熱回収を停止した場合、蒸発部１１０Ａ内の水はそのほとんどが蒸発して高圧の過熱蒸気となり凝縮部１１０Ｂには凝縮水が滞留してしまう。このようにして蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂには圧力差が生じるため（蒸発部１１０Ａ内圧力＞凝縮部１１０Ｂ内圧力）、一旦、排熱回収が停止されるとエンジン１０が低負荷状態に戻って再度排熱回収を実行しようとしても、上記の圧力差は簡単に解消されず、蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂとの圧力差が重力に打ち勝って凝縮水が凝縮部１１０Ｂから蒸発部１１０Ａに還流できず、排熱回収が再始動できないという不具合が生じる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、排熱回収を確実に再始動させるために、制御装置１０２は、図５に示す制御フローチャートに基づくバルブ３１の開閉制御を行う。
【００５１】
即ち、まず、ステップＳ１００でエンジン１０のスタートと共に、予め定めた各閾値Ｔｏ１、Ｔｏ２、Ｔｇｏを読込む。ここで、閾値Ｔｏ１は、排熱回収実行の要否を判定するもので、エンジン出口水温Ｔｗに対して設定された水温閾値（例えば、８０℃）としている。また、閾値Ｔｏ２は、排熱回収停止状態を判定するもので、出口水温Ｔｗ２と入口水温Ｔｗ１との差（冷却水の出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１）に対して設定された水温差閾値（例えば、２℃）としている。更に、閾値Ｔｇｏは、バルブ３１の閉弁状態への切替え可否を判定するもので、排気ガスの排熱量をその温度から捉えるようにして、排気ガス温度Ｔｇ１に対して設定された排気ガス温閾値（例えば、４００℃）としている。
【００５２】
続いて、ステップＳ１１０でバルブ３１を開弁状態とし、ステップＳ１２０で水温センサ２５からエンジン出口水温Ｔｗを、水温センサ３２から入口水温Ｔｗ１を、水温センサ３３から出口水温Ｔｗ２を、排気温センサ１３から排気ガス温度Ｔｇ１をそれぞれ読込む。
【００５３】
そして、ステップＳ１３０でエンジン出口水温Ｔｗと水温閾値Ｔｏ１とを比較して、エンジン出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｏ１より低い場合（肯定判定の場合）は、ステップＳ１４０に進み、エンジン出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｏ１より高い場合（否定判定の場合）は、ステップＳ１８０に進む。ここで、肯定判定の場合はエンジン出口水温Ｔｗが低く排熱回収を実行すべきエンジン状態であり、逆に否定判定の場合はエンジン出口水温Ｔｗが充分に高く排熱回収を中止すべき状態であることを意味する。
【００５４】
ステップ１４０では、水タンク１４０（凝縮部１１０Ｂ）における冷却水の出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１と、水温差閾値Ｔｏ２とを比較し、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１が水温閾値Ｔｏ２に比べて低い場合（肯定判定の場合）はステップＳ１５０に進み、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１が水温閾値Ｔｏ２に比べて高い場合（否定判定の場合）はステップＳ１８０に進む。ここで、肯定判定の場合は凝縮部１１０Ｂから冷却水への放熱が無く、排熱回収が停止状態にあり、逆に否定判定の場合は冷却水への放熱があり排熱回収が実行されていることを意味する。
【００５５】
ステップＳ１５０では、排気ガス温度Ｔｇ１と、排気ガス温閾値Ｔｇｏとを比較し、排気ガス温度Ｔｇ１が排気ガス温閾値Ｔｇｏに比べて低い場合（肯定判定の場合）は、ステップＳ１６０に進み、排気ガス温度Ｔｇ１が排気ガス温閾値Ｔｇｏに比べて高い場合（否定判定の場合）はステップＳ１８０に進む。ここで、肯定判定の場合は、排気ガスの熱量は充分小さく、バルブ３１を閉じてもヒートパイプ１１０内の圧力は急上昇せずにヒートパイプ１１０の破損の心配が無い場合であり、逆に否定判定の場合はバルブ３１を閉じることで（冷却水の流れを止めることで）ヒートパイプ１１０内の圧力が急上昇してヒートパイプ１１０が破損する可能性がある場合を意味する。
【００５６】
そして、ステップＳ１６０で、今現在のバルブ３１が開弁状態にあるか否かを判定し、開弁状態であるとステップＳ１７０でバルブ３１を閉じ、閉弁状態であるとそのまま閉弁状態を維持して共にステップＳ１２０に戻る。
【００５７】
一方、ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０で共に否と判定した後のステップ１８０では、今現在のバルブ３１が開弁状態にあるか否かを判定し、開弁状態であるとそのまま開弁状態を維持して、閉弁状態であるとステップＳ１９０でバルブ３１を開弁状態にして、共にステップＳ１２０に戻る。
【００５８】
以上の制御において、ステップＳ１３０〜ステップＳ１６０で共に肯定判定をして、ステップＳ１７０でバルブ３１を閉じる場合は、排熱回収が停止された後に、排熱回収を実行すべき条件に戻り、且つ、排気ガスの排熱量が小さい場合である。ここでバルブ３１を閉じると、凝縮部１１０Ｂから冷却水流路３０の冷却水への熱伝達を低下させ、熱交換性能を低下させて、凝縮部１１０Ｂに滞留していた凝縮水の温度上昇と共に凝縮部１１０Ｂ内の圧力を上昇させることができる。よって、蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂとの圧力差を小さくすることができ、凝縮部１１０Ｂに滞留していた凝縮水を蒸発部１１０Ａに還流させて排熱回収を確実に再始動させることが可能となる。
【００５９】
そして、ステップＳ１７０の制御（バルブ３１を閉じる）により、排熱回収が再始動すると、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１が水温差閾値Ｔｏ２より高くなるため、ステップＳ１４０での判定は否定判定となり、ステップＳ１９０でバルブ３１を開くことで、通常の状態に戻せることになる。
【００６０】
また、本実施形態では排熱回収が実行されているか否かの判定を、冷却水への熱輸送量の大小に相関する冷却水の出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１を用いるようにしているので、容易且つ確実に排熱回収の実行状態を把握することができる。
【００６１】
また、バルブ３１に微小穴３１ｂを設けるようにしているので、バルブ３１を閉じた状態においても冷却水流路３０における冷却水の流れが確保でき、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１を正確に把握することができる。尚、微小穴３１ｂによって流通する冷却水は微量となるようにしているので、基本的にバルブ３１を閉じた際の凝縮部１１０Ｂの内部圧力上昇の効果を妨げることは無い。
【００６２】
また、バルブ３１を閉じる際の条件として、ステップＳ１５０における排気ガスの排熱量（排気ガス温度）を見るようにしているので、排気ガスの排熱量が高い場合では、バルブ３１を閉じた時にヒートパイプ１１０の内部圧力が急激に上昇して、ヒートパイプ１１０の破損に至るおそれが考えられるが、ここでは、そのような不具合を回避することができる。
【００６３】
尚、上記第１実施形態で、バルブ３１を閉じる際の安全確認の判定として、排気ガスの排熱量に相関する排気ガス温度Ｔｇ１によって判定したが（ステップＳ１５０）、エンジン１０の回転数によって同様に判定することも可能である。この場合は、回転数が所定回転数よりも低い時に安全と判定すれば良い。
【００６４】
あるいは、この安全確認の判定を排気ガスの排熱量（排気ガス温度Ｔｇ１）に代えて、ヒートパイプ１１０の内圧や、作動媒体（水）の温度を直接測定して用いるようにしても良い。内圧を用いる場合は、所定圧力よりも低い時に安全と判定し、温度を用いる場合は、所定温度よりも低い時に安全と判定すれば良い。
【００６５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６、図７に示す。第２実施形態は上記第１実施形態に対して、排熱回収装置１００をハイブリッド車両に搭載したものとしており、図６に示すように、バルブ３１、排気温センサ１３を廃止している。また、制御装置１０２Ａは、エンジン１０の作動を制御するものとしている。
【００６６】
第２実施形態では、制御装置１０２Ａは、図７に示す制御フローチャートに基づいて制御を行う。即ち、ステップＳ１０１でエンジン１０のスタート共に、各閾値Ｔｏ１、Ｔｏ２、Ｔｍｏを読込み、タイマーをリセットする。ここで、閾値Ｔｍｏは、排熱回収を再始動させる際の所定時間（例えば、５秒）である。
【００６７】
続いて、ステップＳ１２１で水温センサ２５からエンジン出口水温Ｔｗを、水温センサ３２から入口水温Ｔｗ１を、水温センサ３３から出口水温Ｔｗ２をそれぞれ読込む。
【００６８】
そして、ステップＳ１２５でエンジン１０が作動状態にあるか否かを判定し、作動状態にあると判定するとステップＳ１３０に進み、否と判定するとステップＳ２２０に進む。
【００６９】
ステップＳ１３０では、上記第１実施形態と同様に、エンジン出口水温Ｔｗと水温閾値Ｔｏ１とを比較して、エンジン出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｏ１より低い場合（肯定判定の場合）は、ステップＳ１４０に進み、エンジン出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｏ１より高い場合（否定判定の場合）は、ステップＳ１２１に戻る。
【００７０】
ステップ１４０では、冷却水の出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１と、水温閾値Ｔｏ２とを比較し、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１が水温閾値Ｔｏ２に比べて低い場合（肯定判定の場合）はステップＳ２００に進む。そして、ステップＳ２００でエンジン１０を停止し、更にステップＳ２１０でタイマーのカウントを開始する。尚、ステップＳ１４０で、出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１が水温閾値Ｔｏ２に比べて高い場合（否定判定の場合）はステップＳ１２１に戻る。
【００７１】
一方、ステップＳ１２５で否と判定した後のステップＳ２２０では、タイマーがカウント中か否かを判定し、カウント中であるとステップＳ２３０でカウントが所定時間Ｔｍｏ経過したか否かを判定し、所定時間Ｔｍｏ経過していると、ステップＳ２４０でエンジン１０を作動させ、ステップＳ２５０でタイマーをリセットする。尚、ステップＳ２２０、ステップＳ２３０で共に否と判定するとステップＳ１２１に戻る。
【００７２】
本第２実施形態における制御の特徴は、一般のエンジン車両では走行中はエンジン１０を停止することができないが、ハイブリッド車両では走行用モータによる走行が可能であり、走行中のエンジン停止が可能であるので、この特性を排熱回収の再始動のために利用していることにある。
【００７３】
即ち、第２実施形態の制御においては、上記第１実施形態のようにバルブ３１を閉じる代わりに、ステップＳ２００でのエンジン１０の停止により、排気ガスは排気管部１３０（蒸発部１１０Ａ）に入らなくなるので、ヒートパイプ１１０の蒸発部１１０Ａの温度を急速に低下させることができる。
【００７４】
よって、蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂとの圧力差をなくすことができ、凝縮部１１０Ｂに滞留していた凝縮水を蒸発部１１０Ａに還流させて、ヒートパイプ１１０による排熱回収を確実に再始動させることができる。
【００７５】
そして、ステップＳ２００の制御（エンジン１０の停止）により、排熱回収が再始動された後は、ステップＳ１２５で否の判定がなされ（エンジン停止判定）、ステップＳ２２０、ステップＳ２３０の判定で所定時間Ｔｏｍを経過すると、再びエンジン１０が始動され、通常の状態に戻せることになる。
【００７６】
また、本第２実施形態における排熱回収の再始動の制御では、一般のエンジン車両の場合と異なり、エンジン１０の停止に伴って排気ガスからの受熱がなくなることで、ヒートパイプ１１０の内圧が異常に上昇するという懸念がないので、排気ガス温度Ｔｇ１に基づく安全性の判定（第１実施形態におけるステップＳ１５０の判定）は不要である。
【００７７】
尚、ハイブリッド車両においても、本第２実施形態に限定されることなく、上記第１実施形態に準じた制御を行うようにしても良い。
【００７８】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、排熱回収の実行あるいは停止状態を出入口温度差Ｔｗ２−Ｔｗ１を用いて判定したが（ステップＳ１４０）、これに限らず、排気管部１３０（蒸発部１１０Ａ）における排気ガスの出入口温度差を用いて判定するようにしても良い。あるいは、ヒートパイプ１１０における蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂとの表面温度差によっても判定は可能である。
【００７９】
これらの場合は水温センサ３２、３３を用いる必要がないので、バルブ３１には微小穴３１ｂを設定する必要がなく冷却水を完全に遮断しても差し支えない。
【００８０】
また、水温センサ３２の測定値（入口水温Ｔｗ１）は水温センサ２５の測定値（エンジン出口水温Ｔｗ）とほとんど差がないので入口水温Ｔｗ１に代えて、エンジン出口水温Ｔｗで代用しても良く、コスト面で有利となる。
【００８１】
また、ヒートパイプ１１０に排熱回収の実行および停止の切替えを可能とする熱スイッチ機能を持たせるために、ヒートパイプ１１０内にオリフィス１１２を設けることで対応したが、これに限らず、蒸発部１１０Ａと凝縮部１１０Ｂとの間に開閉弁を設けたもの、凝縮部１１０Ｂの内壁面１１１ａに凝縮水保持機能を持たせたもの、あるいはヒートパイプ１１０内に封入する作動媒体量を予め所定量に規制したもの等としても良い。
【００８２】
また、ヒートパイプ１１０（コンテナ１１１）の形状を円管としたが、これに限らず、角管、扁平管、多穴管等としても良い。更に、ループ式ヒートパイプとしても良い。
【００８３】
このループ式ヒートパイプにおける熱スイッチ機能は、特許文献１に示されるように凝縮部から加熱部に凝縮水を還流させる凝縮水還流路の開閉バルブを内燃機関の冷却水温に応じて制御することにより達成される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第１実施形態における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】バルブを示す断面図である。
【図３】排熱回収器を示す側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ部を示す断面図である。
【図５】第１実施形態における制御装置が行うバルブ開閉制御に使用される制御フローチャートである。
【図６】第２実施形態における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７】第２実施形態における制御装置が行うエンジンの停止始動制御に使用される制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気管
３０  冷却水流路
３１  バルブ
３１ｂ  微小穴
１００  排熱回収装置
１０１  排熱回収器
１１０  ヒートパイプ
１１０Ａ  蒸発部
１１０Ｂ  凝縮部
１０２、１０２Ａ  制御装置（制御手段）
【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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