(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に作動媒体が封入された閉回路を有し、前記閉回路に複数のチューブ（１１１）を配列して構成され前記複数のチューブ（１１１）内の前記作動媒体を周囲を流れる内燃機関（１０）の排気ガスの熱によって蒸発させる蒸発部（１１０）と、前記閉回路に配設され、前記蒸発部（１１０）で得られた前記作動媒体の熱を周囲を流れる被加熱流体に放熱して回収し前記作動媒体を凝縮させる凝縮部（１３０）とを有する排熱回収装置であって、
前記被加熱流体は前記内燃機関（１０）を冷却する冷却水が循環する回路（２０）とは独立して構成されている循環回路（３０、４０、５０）を流れ、
前記配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間には伝熱面積を拡大するフィン（１１２）を前記チューブ（１１１）表面に接合させて設けており、
前記フィン（１１２）には前記排気ガスにさらされることにより前記複数のチューブ（１１１）の熱膨張差に伴う前記複数のチューブ（１１１）からの作用力が働き、前記作用力を緩和させる作用力緩和部（１１２ａ）が形成されており、
前記フィン（１１２）は前記配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間で前記配列方向に並ぶ複数層を形成するように構成され、
前記配列方向に隣り合うフィン（１１２）間にはプレート（１１６）が設けられ、前記プレートの一方の面が一方の前記フィンと接合されており、
前記プレートの他方の面が他方の前記フィンと非接合状態であることにより前記作用力緩和部（１１２ａ）を形成することを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
内部に作動媒体が封入された閉回路を有し、前記閉回路に複数のチューブ（１１１）を配列して構成され前記複数のチューブ（１１１）内の前記作動媒体を周囲を流れる内燃機関（１０）の排気ガスの熱によって蒸発させる蒸発部（１１０）と、前記閉回路に配設され、前記蒸発部（１１０）で得られた前記作動媒体の熱を周囲を流れる被加熱流体に放熱して回収し前記作動媒体を凝縮させる凝縮部（１３０）とを有する排熱回収装置であって、
前記被加熱流体は前記内燃機関（１０）を冷却する冷却水が循環する回路（２０）とは独立して構成されている循環回路（３０、４０、５０）を流れ、
前記配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間には伝熱面積を拡大するフィン（１１２Ａ）を前記チューブ（１１１）表面に接合させて設けており、
前記フィン（１１２Ａ）には前記排気ガスにさらされることにより前記複数のチューブ（１１１）の熱膨張差に伴う前記複数のチューブ（１１１）からの作用力が働き、前記作用力を緩和させる作用力緩和部（１１２ｂ）が形成されており、
前記作用力緩和部（１１２ｂ）は前記フィン（１１２Ａ）が前記配列方向の中間部に屈曲する屈曲部（１１２ｂ）を備えることにより構成されていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項３】
前記フィンは波形に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記凝縮部（１３０）から前記蒸発部（１１０）へ前記作動媒体が流通する戻り流路（１３５）に前記作動媒体の圧力、前記被加熱流体の温度、前記作動媒体の温度のいずれかに基づいて前記戻り流路（１３５）を開閉する弁機構（１５０）を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記被加熱流体は前記凝縮部（１３０）と前記内燃機関（１０）とを環状に連絡する回路（３０）を循環するエンジンオイルであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記被加熱流体は自動車の自動変速装置（４３）と前記凝縮部（１３０）とを環状に連絡する回路（４０）を循環するオートマチックトランスミッションフルードであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記循環回路（５０）は自動車を駆動するモータを制御するためのインバータ（５２）、前記インバータ（５２）を冷却するためのインバータ用ラジエータ（５４）、温水式のヒータコア（５３）および前記凝縮部（１３０）を環状に連絡するインバータ用ラジエータ回路（５０）であり、
被加熱流体は前記インバータ用ラジエータ回路（５０）を循環するインバータ冷却水であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
【請求項８】
前記ヒータコア（５３）の代わりに、前記モータに電力を供給するためのバッテリ（５６）を暖める加熱部材（５５）を備えたことを特徴とする請求項７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、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流体を加熱する排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の排熱回収装置としては、エンジンの排気ガスの熱をエンジンの冷却水側に回収するヒートサイホン式の排熱回収装置が知られている（特許文献１参照）。この排熱回収装置は、排気ガス側熱交換部である蒸発器と冷却水側熱交換部である凝縮器とを備え、内部に例えば液状の熱媒体を封入しこれらを環状に接続して構成されている。蒸発器はＵ字状のチューブを排気ガスの流れ方向に沿って複数配置して構成されており、凝縮器はエンジン冷却水の流れ方向に伸長する直線状のチューブを複数配置して構成されている。
【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】
上記従来の排熱回収装置においては、蒸発器において熱媒体と排気ガスとの熱交換を促進させるために、複数のチューブ外表面に伝熱面積を拡大するフィンをろう付け等により設けることが行われている。
【０００４】
そして、蒸発器のチューブ周囲を流れる排気ガスの流れには温度分布が存在し、その温度分布によって各チューブやチューブの各部位においてに温度差が生じることがある。この温度差によって、チューブに熱膨張差が生じ、チューブと一体になっているフィンに対して引張り荷重等がかかり、例えば、フィンに過度の応力がかかったり、チューブとの接合部となるろう付けのフィレット部で破断が発生したりするという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、蒸発部に設けられたフィンの破損を防止することができ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】
【０００６】
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。第１の発明は、内部に作動媒体が封入された閉回路を有し、閉回路に複数のチューブ（１１１）を配列して構成され複数のチューブ（１１１）内の作動媒体を周囲を流れる内燃機関（１０）の排気ガスの熱によって蒸発させる蒸発部（１１０）と、上記閉回路に配設され、蒸発部（１１０）で得られた作動媒体の熱を周囲を流れる被加熱流体に放熱して回収し作動媒体を凝縮させる凝縮部（１３０）とを有する排熱回収装置であって、
被加熱流体は内燃機関（１０）を冷却する冷却水が循環する回路（２０）とは独立して構成されている循環回路（３０、４０、５０）を流れ、配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間には伝熱面積を拡大するフィン（１１２）をチューブ（１１１）表面に接合させて設けており、
配列方向のチューブ（１１１）間に配設されたフィン（１１２）には排気ガスにさらされることにより複数のチューブ（１１１）の熱膨張差に伴う複数のチューブ（１１１）からの作用力が働き、この作用力を緩和させる作用力緩和部（１１２ａ）が形成されており、
フィン（１１２）は配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間で配列方向に並ぶ複数層を形成するように構成され、配列方向に隣り合うフィン（１１２）間にはプレート（１１６）が設けられ、当該プレートの一方の面が一方のフィンと接合されており、当該プレートの他方の面が他方のフィンと非接合状態であることにより上記作用力緩和部（１１２ａ）を形成することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、当該プレートの他方の面が他方のフィンと非接合状態であることにより形成される作用力緩和部によってチューブの熱膨張差に伴うフィンに働く作用力を緩和させることができる。このように作用力緩和部は、配列方向に隣り合うチューブ間に設けられるフィンを当該配列方向や長手方向に変位可能にして、作用力を逃がして破損に至らない構成要素である。したがって、蒸発部におけるフィンの破損を防止することができる。
【００１１】
また、第２の発明は、内部に作動媒体が封入された閉回路を有し、閉回路に複数のチューブ（１１１）を配列して構成され複数のチューブ（１１１）内の作動媒体を周囲を流れる内燃機関（１０）の排気ガスの熱によって蒸発させる蒸発部（１１０）と、閉回路に配設され、蒸発部（１１０）で得られた作動媒体の熱を周囲を流れる被加熱流体に放熱して回収し作動媒体を凝縮させる凝縮部（１３０）とを有する排熱回収装置であって、
被加熱流体は内燃機関（１０）を冷却する冷却水が循環する回路（２０）とは独立して構成されている循環回路（３０、４０、５０）を流れ、
配列方向に隣り合うチューブ（１１１）間には伝熱面積を拡大するフィン（１１２Ａ）をチューブ（１１１）表面に接合させて設けており、
フィン（１１２Ａ）には排気ガスにさらされることにより複数のチューブ（１１１）の熱膨張差に伴う複数のチューブ（１１１）からの作用力が働き、作用力を緩和させる作用力緩和部（１１２ｂ）が形成されており、
上記作用力緩和部（１１２ｂ）はフィン（１１２Ａ）が上記配列方向の中間部に屈曲する屈曲部（１１２ｂ）を備えることにより構成されている。この発明によれば、フィンは屈曲部を備えているためフィンはチューブの配列方向について伸縮することができ、チューブの熱膨張変形による作用力を吸収するように変形することにより、フィンの破損を防止することができる。
【００１２】
また、上記作用力緩和部（１１２ｂ）はフィン（１１２Ｂ）が上記配列方向に対して湾曲する湾曲部（１１２ｃ）を備えることにより構成されていることが好ましい。この発明によれば、湾曲部を備えているためフィンはチューブの配列方向について伸縮することができ、フィンはチューブの熱膨張変形による作用力を吸収するように変形することにより、フィンの破損を抑制することができる。
【００１３】
また、フィン（１１２）は波形に形成されたコルゲートフィン（１１２）であることが好ましい。この発明によれば、フィン効率の高いフィンを採用した排熱回収装置を提供できる。
【００１４】
また、凝縮部（１３０）から蒸発部（１１０）へ作動媒体が流通する戻り流路（１３５）に作動媒体の圧力、被加熱流体の温度、作動媒体の温度のいずれかに基づいて戻り流路（１３５）を開閉する弁機構（１５０）を設けることが好ましい。この発明によれば、凝縮部から蒸発部へ流れる作動媒体の流量を調節することができ、過剰な熱量の回収を回避することができる。ここで、弁機構を有するものにおいては、例えば排熱回収を再始動する際に、弁機構を開いて凝縮部から蒸発部の各チューブに作動媒体を還流させると、弁機構と各チューブとの距離の差から、各チューブでの作動媒体の流量に差が生じやすい。よって、この流量差によって各チューブの熱膨張差ができやすく、それに伴う作用力によってフィンが破損するおそれが生ずることから、弁機構を有するものにおいて本発明を適用するとより顕著な効果が得られる。
【００１５】
また、上記被加熱流体は凝縮部（１３０）と内燃機関（１０）とを環状に連絡する回路（３０）を循環するエンジンオイルであることが好ましい。この発明によれば、エンジンオイルを介して排気ガスの熱を回収してエンジンを暖め、暖機運転に利用することにより、排気ガス熱を利用してエンジンの暖機能力を向上させるシステムを提供できる。
【００１６】
また、上記被加熱流体は自動車の自動変速装置（４３）と凝縮部（１３０）とを環状に連絡する回路（４０）を循環するオートマチックトランスミッションフルードであることが好ましい。この発明によれば、排気ガスの熱を回収して自動変速装置を暖め、暖機運転に利用することにより、排気ガス熱を利用して自動変速装置の暖機能力を向上させるシステムを提供できる。
【００１７】
また、上記循環回路（５０）は自動車を駆動するモータを制御するためのインバータ（５２）、インバータ（５２）を冷却するためのインバータ用ラジエータ（５４）、温水式のヒータコア（５３）および凝縮部（１３０）を環状に連絡するインバータ用ラジエータ回路（５０）であり、上記被加熱流体はインバータ用ラジエータ回路（５０）を循環するインバータ冷却水であることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、排気ガスの熱を回収して温水式のヒータコアの熱源に利用することにより、排気ガス熱を利用して暖房性能を向上させるシステムを提供できる。
【００１９】
また、上記ヒータコア（５３）の代わりに、前記モータに電力を供給するためのバッテリ（５６）を暖める加熱部材（５５）を備えてもよい。この発明によれば、排気ガスの熱を回収してバッテリを暖めることにより、排気ガス熱を利用してバッテリの充電効率を向上させるシステムを提供できる。
【００２０】
なお、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】
【００２１】
（第１実施形態）
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。本実施形態の排熱回収装置の具体的な構成について図１〜図７を用いて説明する。図１は排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。図２は排熱回収装置１００の構成を模式的に示す断面図である。
【００２２】
排熱回収装置１００は内部に作動媒体が封入された閉回路を備え、この閉回路中に蒸発部１１０と凝縮部１３０を有している。蒸発部１１０はエンジン１０の排気管１１の内部に配置されており、凝縮部１３０は内部にエンジンオイルが流れるエンジンオイル循環回路３０の流路に配置されている。
【００２３】
エンジンオイル循環回路３０の途中には凝縮部１３０を取り囲むオイルタンク１４０が設けられている。エンジンオイル循環回路３０は蒸発部１１０で熱交換によって作動媒体に吸熱された排気ガスの排熱を凝縮部１３０において回収することができる回路であり、この構成によりエンジンオイルは凝縮部１３０で加熱されながら回路内を循環することになる。エンジンオイル循環回路３０は、エンジンオイルの流れる順に、エンジン１０の内部、オイルクーラ３２、オイルタンク１４０、ポンプ３１、エンジン１０の内部が配管により環状に接続された流路を構成し、この環状流路はエンジンオイルが循環する閉回路を構成している。
【００２４】
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が接続されている。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。エンジン１０のウォータジャケットはエンジン１０を冷却するエンジン冷却水（以下、冷却水とする）が循環するラジエータ回路２０に接続されている。このラジエータ回路２０は、エンジンオイル循環回路３０とは独立して構成されている回路であり、凝縮部１３０でエンジンオイル循環回路３０側に回収される排気ガスの熱はラジエータ回路２０には全く提供されないようになっている。
【００２５】
ラジエータ回路２０にはラジエータ２１とウォータポンプ２２が設けられており、エンジン１０のウォータジャケット、ウォータポンプ２２およびラジエータ２１を環状に接続して構成される回路である。ラジエータ２１は車両の前方部に設けられ、ウォータポンプ２２によって循環される冷却水を車外から取り入れた外気との熱交換により冷却する。
【００２６】
排熱回収装置１００は、図２に示すように、ダクト部１２０内に収容される蒸発部１１０と、オイルタンク１４０内に収容される凝縮部１３０とが接続流路１１５および戻り流路１３５によってそれぞれ接続されて閉回路を構成するループ式のヒートパイプ１０１を備えている。
【００２７】
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内が真空引きされて減圧され、作動媒体が封入された後にこの封入部は確実に封止される。作動媒体は本実施形態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内は減圧（例えば０．０１気圧）されているため、ヒートパイプ１０１内の作動媒体の沸点は５〜１０℃となる。また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よい。
【００２８】
蒸発部１１０は、チューブ１１１、フィン１１２、下タンク部１１３、上タンク部１１４等から形成されている。チューブ１１１は、断面扁平状をなす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の左右方向に所定のピッチを保って複数並べられて配列されている（この方向を以下、配列方向とする）。さらにチューブ１１１は図２の紙面に対して垂直方向（奥行き方向）にも複数並ぶように配置されている（この方向を以下、奥行き方向とする）。
【００２９】
上記配列方向の各チューブ１１１の間には、薄肉板材から形成されたフィン１１２が介在されており、フィン１１２は各チューブ１１１の外壁面（表面）に接合されている。蒸発部１１０におけるフィン１１２は、薄肉の帯板材からローラ加工によって波形に成形されたコルゲートタイプのフィンである。
【００３０】
下タンク部１１３、上タンク部１１４は、共に扁平の容器体として形成されており、上記チューブ１１１の長手方向端部に配設されている。各タンク部１１３、１１４のチューブ１１１に対応する位置には、チューブが挿通されるチューブ孔（図示せず）がチューブ１１１の個数分設けられている。そして、複数のチューブ１１１の長手方向両端部は、それぞれ各タンク部１１３、１１４のチューブ孔に接合されていることにより、複数のチューブ１１１内部は下タンク部１１３内および上タンク部１１４内と連通している。
【００３１】
そして、蒸発部１１０は、ダクト部１２０内に収容されている。ダクト部１２０は、断面矩形状をなす筒体であり、後述するように内部を排気ガスが流通するようになっている。蒸発部１１０は、チューブ１１１の奥行き方向（図２の紙面に対して垂直方向）と、排気ガスの流れ方向（図２の紙面に対して垂直方向）とが一致するように収容されている。
【００３２】
凝縮部１３０は、上記蒸発部１１０と同様に、長手方向が上下方向を向くように複数配列されるチューブ１３１の間にクランク状に形成されたフィン１３２が介在されてチューブ１３１に接合されるとともに、各チューブ１３１の長手方向両端部が下タンク部１３３、上タンク部１３４に接合されて形成されている。これにより複数のチューブ１３１内部は下タンク部１３３内および上タンク部１３４内と連通している。
【００３３】
凝縮部１３０はオイルタンク１４０内に収容されている。オイルタンク１４０はチューブ１３１の長手方向に沿うように細長に形成された容器体であり、一方の端部側にエンジンオイルを内部に導入する導入パイプ１４１が接続されており、他方の端部側にエンジンオイルを外部に排出する排出パイプ１４２が接続されている。
【００３４】
凝縮部１３０は蒸発部１１０の側方に配設されており、上タンク部１１４と上タンク部１３４とはダクト部１２０およびオイルタンク１４０を貫通する接続流路１１５によって接続されている。また、下タンク部１１３と下タンク部１３３とはダクト部１２０およびオイルタンク１４０を貫通する戻り流路１３５によって接続されている。以上の構成により、作動媒体の流れる順に下タンク部１１３、チューブ１１１、上タンク部１１４、接続流路１１５、上タンク部１３４、チューブ１３１、下タンク部１３３、戻り流路１３５、下タンク部１１３が環状に繋がった流路が形成され、この環状流路は作動媒体が循環する閉回路を構成している。
【００３５】
ダクト部１２０とオイルタンク１４０との間には所定の隙間が設けられている。この隙間に対応する接続流路１１５および戻り流路１３５は、蒸発部１１０と凝縮部１３０との間に形成される断熱部１２１として機能している。
【００３６】
図４はチューブ１１１およびフィン１１２を示す拡大図である。フィン１１２は、図４に示すように、配列方向のチューブ１１１の間において、この配列方向に層状となるように複数に分割されたように形成されており、２層となるフィン１１２１、１１２２によって配列方向に複数層のフィンを呈している。チューブ１１１間におけるフィン１１２１、１１２２はそれぞれチューブ１１１の外壁面（表面）に当接する部位でろう付けによるフィレットを形成して接合されている。
【００３７】
そして、フィン１１２１とフィン１１２２との間には、薄肉の板部材からなる仕切り部材であるプレート１１６が設けられている。このプレート１１６はフィン１１２１、１１２２のうち、一方のフィン（図４ではフィン１１２２）と接合されており、他方のフィン（図４ではフィン１１２１）とは非接合状態であり非接合部１１２ａが形成されている。この非接合部１１２ａは本発明における作用力緩和部に対応し、フィン１１２の配列方向中間部に位置している。
【００３８】
また、フィン１１２はプレート１１６を挟んで上記配列方向にフィン１１２１とフィン１１２２を並べた２層構造の他に、図５に示すように、例えば、フィン１１２１、フィン１１２２およびフィン１１２３をプレート１１６を挟んで上記配列方向に並べた３層構造としてもよい（フィンの第１変形例）。図５は図４で示したフィンの第１変形例を示す拡大図である。また、フィン１１２は４層構造以上にしてもよい。この場合も非接合部１１２ａはフィン１１２の配列方向中間部に位置している。具体的には、非接合部１１２ａは中央部に位置するフィン１１２２のプレート１１６との当接部や、チューブ１１１と接合されているフィン１１２１のプレート１１６との当接部に形成されている。
【００３９】
この構成により、フィン１１２１、フィン１１２２は、チューブ１１１間において、チューブ１１１の熱膨張に伴って変位可能とすることができるので、熱膨張差に伴うフィン１１２１、フィン１１２２への作用力の発生を軽減してフィン１１２１、フィン１１２２の破損を防止することができる。
【００４０】
以上の構成の排熱回収装置１００は、蒸発部１１０（ダクト部１２０）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、オイルタンク１４０の両パイプ１４１、１４２が排熱回収回路であるエンジンオイル循環回路３０に接続されている。
【００４１】
また、排熱回収装置１００を構成する上記各部材は、高耐食性を備えるステンレス材からなり、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。
【００４２】
さらに、フィン１１２に形成する作用緩和部は、図６や図７に示すような形状に構成してもよい。図６は図４で示したフィンの第２変形例を示す拡大図であり、図７は図４で示したフィンの第３変形例を示す拡大図である。
【００４３】
図６に示すように、第２変形例のフィンは配列方向のチューブ１１１の間に１つずつコルゲートタイプのフィン１１２Ａを介在させた構成であり、フィン１１２Ａの配列方向中間部に屈曲する屈曲部１１２ｂが形成されている。この屈曲部１１２ｂはこのフィン１１２における作用力緩和部として機能する。つまり、フィン１１２Ａに対してチューブ１１１から引っ張り力や圧縮力等の作用力が働いた場合、屈曲部１１２ｂの曲がり度合いが小さくなるように（直線状になるように）配列方向に伸びたり、逆に曲がり度合いが大きくなるように配列方向寸法が縮んだりすることにより、上記作用力が緩和されてフィン１１２Ａの破損等を回避することができる。
【００４４】
また、図７に示すように、第３変形例のフィンはチューブ１１１間となるフィン１１２Ｂの全体がＳ字状に曲がった形状であり、配列方向に対して湾曲する湾曲部１１２ｃを備えている。この湾曲部１１２ｃはこのフィン１１２における作用力緩和部として機能する。つまり、フィン１１２Ｂに対してチューブ１１１から引っ張り力や圧縮力等の作用力が働いた場合、湾曲部１１２ｃの湾曲度合いが小さくなるように（直線状になるように）配列方向に伸びたり、逆に湾曲度合いが大きくなって配列方向に縮んだりすることにより、上記作用力が緩和されてフィン１１２Ｂの破損等を回避することができる。
【００４５】
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。エンジン１０が作動されると併せてウォータポンプ２２が作動し、冷却水はラジエータ回路２０を循環する。また、ポンプ３１も作動し、エンジンオイルはエンジンオイル循環回路３０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、エンジンオイル循環回路３０を循環するエンジンオイルは、排熱回収装置１００のオイルタンク１４０内（チューブ１３１の周囲）を通過する。
【００４６】
エンジン１０が始動された後は、ヒートパイプ１０１内の水（作動媒体）は、蒸発部１１０でダクト部１２０内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、上タンク部１１４、接続流路１１５を経て凝縮部１３０（上タンク部１３４、チューブ１３１）内に流れ込む。凝縮部１３０内へ流入した蒸気は、エンジンオイル循環回路３０に含まれるオイルタンク１４０内を流れるエンジンオイルによって冷却され、凝縮水となって戻り流路１３５を通り蒸発部１１０の下タンク部１１３に還流する。
【００４７】
このように、排気ガスの熱が作動媒体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、エンジンオイル循環回路３０を流れるエンジンオイルが積極的に加熱されることになる。これにより、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。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。
【００４８】
また、蒸発部１１０に複数のチューブ１１１およびフィン１１２を設けているので、排気ガスに対する受熱面積を増大させて、蒸発部１１０における作動媒体の蒸発を促進でき、凝縮部１３０への熱輸送量の増大を可能としている。
【００４９】
また、蒸発部１１０と凝縮部１３０との間に断熱部１２１を設けることにより、凝縮部１３０におけるエンジンオイルによって蒸発部１１０が冷却されることが防止でき、蒸発部１１０内で凝縮作用が発生することがない。
【００５０】
次に、上記排熱回収装置１００に対する他の形態の排熱回収装置１００Ａを図３を用いて説明する。図３は図２に示した排熱回収装置１００の他の形態の一例を模式的に示した断面図である。図３に示した排熱回収装置１００Ａは、排熱回収装置１００に対して凝縮部１３０と蒸発部１１０とを接続する戻り流路１３５に弁機構１５０を備えている点が相違している。
【００５１】
弁機構１５０は、戻り流路１３５を凝縮器１３０側から蒸発器１１０側に流通する作動媒体の流量を制御する種々の流量調整手段で構成することができる。流量調整手段の一例としては、ヒートパイプ１０１の内圧（作動媒体の圧力）に応じて戻り流路１３５を開閉するダイヤフラム式の開閉弁を採用することができる。そして弁機構１５０はヒートパイプ１０１内の内圧が所定の閉弁内圧を超えると閉弁し、所定の閉弁内圧以下で開弁するように構成されている。
【００５２】
上記弁機構１５０を有する排熱回収装置１００Ａにおいては、エンジン１０が始動された後は、エンジンオイルが上昇を始めるとともに、徐々にヒートパイプ１０１の内圧が上昇する。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。
【００５３】
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は、開弁状態となって排気ガスの熱がエンジンオイルに輸送される（これを排熱回収の実行という）。
【００５４】
その後、エンジンオイルの温度が所定温度を越えて、内圧が閉弁圧を超えると、弁機構１５０は閉弁状態となってヒートパイプ１０１内の凝縮水の還流が阻止されるようになる。これにより、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に流入するとともに、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。
【００５５】
つまり、水の蒸発、凝縮に伴う熱輸送が確実に停止され（排熱回収の停止という）、エンジンオイル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、エンジンオイルの温度が上昇しすぎてエンジン１０への放熱が過剰になってしまうが、上記排熱回収の停止へ切り替わる制御がなされることにより、これを回避することができる。
【００５６】
そしてヒートパイプ１０１の内圧が閉弁圧以下となれば、弁機構１５０は再び開弁状態となって熱輸送が再開される（排熱回収の再始動という）。
【００５７】
ここで、上記のような弁機構１５０を有する排熱回収装置１００Ａにおいては、例えば排熱回収を再始動する際に、弁機構１５０を開いて凝縮部１３０から蒸発部１１０の各チューブ１１１に作動媒体を還流させると、弁機構１５０と各チューブ１１１との距離の差から、チューブ１１１によっては作動媒体の流量に差が生じやすい。よって、排気ガス流れの温度分布の影響に加えて、上記流量差による各チューブ１１１の熱膨張差が出やすくなる。これにより、チューブ１１１間のフィン１１２に働く作用力がより顕著になり、フィン１１２が破損する可能性が高くなる。そこで、フィン１１２の破損防止に対して上記作用力緩和部（非接合部１１２ａ、屈曲部１１２ｂ）が重要な役割を果たすことになる。このように弁機構１５０を有する排熱回収装置にとって本発明は好適である。
【００５８】
本実施形態では、蒸発部１１０においてフィン１１２をチューブ１１１間に２層となるように分割して、フィン１１２１、１１２２としている。そして、フィン１１２１とフィン１１２２との間は、非接合となる非接合部１１２ａ（作用力緩和部）として形成しているので、例えばダクト部１２０内の排気ガス流れの温度分布によって、各チューブ１１１に温度差が生じ、その温度差に伴う熱膨張差が生じても、フィン１１２１、１１２２への引張り力（作用力）を緩和させることがでる。
【００５９】
また、フィン１１２１、フィン１１２２の間には、プレート１１６を設けるようにしているので、チューブ１１１の間にフィン１１２１、フィン１１２２を介在させて組み立てる際に、フィン１１２１、フィン１１２２の山部と谷部が互いに重なり合ってしまう問題が解消でき、配列方向に隣り合うフィンの組付けを支障なく行うことができる。
【００６０】
また、凝縮部１３０において加熱される被加熱流体として、エンジン１０と凝縮部１３０とを環状に連絡するエンジンオイル循環回路３０を循環するエンジンオイルを採用することにより、排気ガスの熱を回収してエンジン１０を暖機して暖機運転に利用し、エンジンの暖機能力を向上させる排熱回収システムが得られる。
【００６１】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の排熱回収装置１００、１００Ａが適用可能な排熱回収システムの第１変形例を図８にしたがって説明する。本実施形態の排熱回収システムは第１実施形態に対してエンジンオイル循環回路３０の代わりにオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）が循環するＡＴＦ循環回路４０を備えた点が相違している。なお、ＡＴＦ循環回路４０以外の構成および作動は第１実施形態と同様である。図８は本実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【００６２】
凝縮部１３０はＡＴＦ循環回路４０の流路に配置されている。ＡＴＦ循環回路４０は蒸発部１１０で熱交換によって作動媒体に吸熱された排気ガスの排熱を凝縮部１３０において回収することができる回路であり、この構成によりオートマチックトランスミッションフルードは凝縮部１３０で加熱されながら回路内を循環することになる。ＡＴＦ循環回路４０は、オートマチックトランスミッションフルードの流れる順に、自動車の自動変速装置４３、クーラ４２、ポンプ４１、オイルタンク１４０、自動変速装置４３が配管により環状に接続された流路を構成し、この環状流路はオートマチックトランスミッションフルードが循環する閉回路を構成している。
【００６３】
このＡＴＦ循環回路４０は、ラジエータ回路２０とは独立して構成されている回路であり、凝縮部１３０でＡＴＦ循環回路４０側に回収される排気ガスの熱はラジエータ回路２０には全く提供されないようになっている。
【００６４】
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。エンジン１０が作動されると併せてウォータポンプ２２が作動し、冷却水はラジエータ回路２０を循環する。また、ポンプ４１も作動し、オートマチックトランスミッションフルードはＡＴＦ循環回路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、ＡＴＦ循環回路４０を循環するオートマチックトランスミッションフルードは、排熱回収装置１００のオイルタンク１４０内（チューブ１３１の周囲）を通過する。
【００６５】
エンジン１０が始動された後は、ヒートパイプ１０１内の水（作動媒体）は、蒸発部１１０でダクト部１２０内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、上タンク部１１４、接続流路１１５を経て凝縮部１３０（上タンク部１３４、チューブ１３１）内に流れ込む。凝縮部１３０内へ流入した蒸気は、排熱回収回路であるＡＴＦ循環回路４０のオイルタンク１４０内を流れるオートマチックトランスミッションフルードによって冷却され、凝縮水となって戻り流路１３５を通り蒸発部１１０の下タンク部１１３に還流する。
【００６６】
このように、排気ガスの熱が作動媒体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、ＡＴＦ循環回路４０を流れるオートマチックトランスミッションフルードが積極的に加熱されることになる。これにより、自動変速装置４３の暖機が促進されることになるので、自動変速装置４３の円滑な作動が図られることになる。
【００６７】
このように凝縮部１３０において加熱される被加熱流体として、自動変速装置４３と凝縮部１３０とを環状に連絡するＡＴＦ循環回路４０を循環するオートマチックトランスミッションフルードを採用することにより、排気ガスの熱を回収して自動変速装置４３を暖機して暖機運転に利用し、自動変速装置４３の暖機能力を向上させる排熱回収システムが得られる。
【００６８】
（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の排熱回収装置１００、１００Ａが適用可能な排熱回収システムの第２変形例を図９にしたがって説明する。本実施形態の排熱回収システムは、例えばエンジンとモータを組み合わせて動力源とするハイブリッド自動車に適用可能であり、第１実施形態に対してエンジンオイル循環回路３０の代わりに、モータを制御するインバータ５２を冷却するために冷却水が循環するインバータ用ラジエータ回路５０を備えた点が相違している。なお、インバータ用ラジエータ回路５０以外の構成および作動は第１実施形態と同様である。図９は本実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【００６９】
凝縮部１３０はインバータ用ラジエータ回路５０の流路に配置されている。インバータ用ラジエータ回路５０は蒸発部１１０で熱交換によって作動媒体に吸熱された排気ガスの排熱を凝縮部１３０において回収することができる回路であり、この構成により冷却水は凝縮部１３０で加熱されながら回路内を循環することになる。
【００７０】
インバータ用ラジエータ回路５０は、冷却水の流れる順に、インバータ５２、オイルタンク１４０、ヒータコア５３、インバータ用ラジエータ５４、ポンプ５１、インバータ５２が配管により環状に接続された流路を構成し、この環状流路は冷却水が循環する閉回路を構成している。なお、インバータ用ラジエータ５４は内部を流れる冷却水と周囲を通過する送風空気との間で熱交換を行い、冷却水の熱を放熱してインバータ５２に送る働きをする。ヒータコア５３は温水（冷却水）と周囲空気との熱交換を行う熱交換器であり、温水により加熱された空気を車内空調に使用することで暖房性能向上に寄与する。
【００７１】
このインバータ用ラジエータ回路５０についても、ラジエータ回路２０とは独立して構成されている回路であり、凝縮部１３０でインバータ用ラジエータ回路５０側に回収される排気ガスの熱はラジエータ回路２０には全く提供されないようになっている。
【００７２】
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。エンジン１０が作動されると併せてウォータポンプ２２が作動し冷却水はラジエータ回路２０を循環する。また、ポンプ５１も作動し、冷却水はインバータ用ラジエータ回路５０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、インバータ用ラジエータ回路５０を循環する冷却水は、排熱回収装置１００のオイルタンク１４０内（チューブ１３１の周囲）を通過する。
【００７３】
エンジン１０が始動された後は、ヒートパイプ１０１内の水（作動媒体）は、蒸発部１１０でダクト部１２０内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、上タンク部１１４、接続流路１１５を経て凝縮部１３０（上タンク部１３４、チューブ１３１）内に流れ込む。凝縮部１３０内へ流入した蒸気は、インバータ用ラジエータ回路５０に含まれるオイルタンク１４０内を流れる冷却水によって冷却され、凝縮水となって戻り流路１３５を通り蒸発部１１０の下タンク部１１３に還流する。
【００７４】
このように、排気ガスの熱が作動媒体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、インバータ用ラジエータ回路５０を流れる冷却水が積極的に加熱されることになる。これにより、ヒータコア５３によって暖房性能が向上する。
【００７５】
このように凝縮部１３０において加熱される被加熱流体として、途中にヒータコア５３が設けられたインバータ用ラジエータ回路５０を循環するインバータ冷却用の冷却水を採用することにより、回収した排気ガスの熱を温水式のヒータコア５３の熱源に利用して暖房性能を向上させる排熱回収システムが得られる。
【００７６】
（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の排熱回収装置１００、１００Ａが適用可能な排熱回収システムの第３変形例を図１０にしたがって説明する。本実施形態の排熱回収システムは、第３実施形態に対してヒータコア５３の代わりに温水式の加熱部材５５を備え、この加熱部材５５によりモータに電力を供給するバッテリ５６を暖める点が相違している。なお、上記以外の構成および作動は第３実施形態と同様である。図１０は本実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【００７７】
本実施形態のインバータ用ラジエータ回路５０は、冷却水の流れる順に、インバータ５２、オイルタンク１４０、加熱部材５５、インバータ用ラジエータ５４、ポンプ５１、インバータ５２が配管により環状に接続された流路を構成し、この環状流路は冷却水が循環する閉回路を構成している。加熱部材５５は温水（冷却水）と周囲空気との熱交換を行う温水式の熱交換器であり、加熱された空気をバッテリに送風してバッテリを暖機するものである。
【００７８】
このように途中にバッテリ５６を暖めるための温水式の加熱部材５５を備えた回路を循環するインバータ冷却用の冷却水を被加熱流体として採用することにより、回収した排気ガスの熱でバッテリの暖機を促進しバッテリの充電効率を向上させる排熱回収システムが得られる。
【００７９】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００８０】
上記各実施形態では、排熱回収装置１００の基本構造として、蒸発部１１０の側方に凝縮部１３０を配設するようにしたが、これに限らず、蒸発部１１０の上方に凝縮部１３０を配設するようにしてもよい。この場合は、凝縮部１３０のチューブ１３１を水平配置となるようにするとよい。
【００８１】
また、上記実施形態における弁機構１５０は、作動媒体の圧力に応じて開閉作動するダイヤフラム式のものに代えて、冷却水の温度あるいは作動媒体の温度に応じて開閉作動するサーモワックス式の弁機構としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【図２】第１実施形態の排熱回収装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の排熱回収装置の変形例を模式的に示す断面図である。
【図４】第１実施形態におけるチューブおよびフィンを示す拡大図である。
【図５】図４で示したフィンの第１変形例を示す拡大図である。
【図６】図４で示したフィンの第２変形例を示す拡大図である。
【図７】図４で示したフィンの第３変形例を示す拡大図である。
【図８】第２実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【図９】第３実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【図１０】第４実施形態における排熱回収装置が適用される排熱回収システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０…エンジン（内燃機関）
３０…エンジンオイル循環回路（循環回路、回路）
４０…ＡＴＦ循環回路（循環回路、回路）
４３…自動変速装置
５０…インバータ用ラジエータ回路（循環回路）
５２…インバータ
５３…ヒータコア
５４…インバータ用ラジエータ
５５…加熱部材
５６…バッテリ
１１０…蒸発部
１１１…チューブ
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ…フィン
１１２ａ…非接合部（作用力緩和部）
１１２ｂ…屈曲部（作用力緩和部）
１１２ｃ…湾曲部（作用力緩和部）
１１６…プレート（仕切り部材）
１３０…凝縮部
１３５…戻り流路
１５０…弁機構
【図１】
0004375454.tif 000002
【図２】
0004375454.tif 000003
【図３】
0004375454.tif 000004
【図４】
0004375454.tif 000005
【図５】
0004375454.tif 000006
【図６】
0004375454.tif 000007
【図７】
0004375454.tif 000008
【図８】
0004375454.tif 000009
【図９】
0004375454.tif 000010
【図１０】
0004375454.tif 000011