(57)【要約】  【課題】排熱の回収効率の低下を抑制しつつ熱交換器の容量を少容量化するとともに、排熱回収装置の回路レイアウトに生じる制約を抑制する。  【解決手段】排熱回収回路は、エンジン１を冷却する冷媒が循環する循環回路から分岐する回路であり、分岐部位２６から下流側にかけて、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器２３と、排熱回収回路２１側へと分岐せずに循環回路側を流れる冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器２４と、第１の逆止弁２５とが順次設けられている。ここで、排熱回収回路２１は、第２の熱交換器２４による熱交換位置よりも下流側の循環回路に、第１の逆止弁２５よりも下流側を合流させている。  【選択図】図１
2009041473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱回収装置において、
エンジンを冷却する冷媒が循環する循環回路と、
前記循環回路から分岐する排熱回収回路と、
前記排熱回収回路に設けられて、前記排熱回収回路を流れる冷媒と、前記エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記第１の熱交換器を通過した冷媒と、前記排熱回収回路側へと分岐せずに前記循環回路側を流れる冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記第２の熱交換器側への冷媒の流れを規制する第１の逆止弁とを有し、
前記排熱回収回路は、前記第２の熱交換器による熱交換位置よりも下流側の前記循環回路に、前記第１の逆止弁よりも下流側を合流させることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記循環回路は、前記冷媒が、エンジン側から空気調和装置のヒータコアを経由してエンジン側へと循環する冷却回路を含み、
前記排熱回収回路は、前記ヒータコアよりも上流側の前記冷却回路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載された排熱回収装置。
【請求項３】
前記第１の熱交換器よりも上流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記冷媒の温度に応じて回路を開閉する開閉手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載された排熱回収装置。
【請求項４】
前記循環回路は、前記冷媒がエンジン側からラジエータを経由してエンジン側へと循環する主回路および前記ラジエータをバイパスするバイパス回路で構成される第１の冷却回路と、前記第１の冷却回路と前記エンジンを介して連通して、前記冷媒がエンジン側から前記ヒータコアを経由してエンジン側へと循環する第２の冷却回路とを含み、
前記排熱回収回路は、前記バイパス回路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載された排熱回収装置。
【請求項５】
前記第１の冷却回路は、前記冷媒の温度に応じて、前記冷媒の流れを前記ラジエータ側から前記バイパス回路側へと切り替える切替手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載された排熱回収装置。
【請求項６】
前記第１の熱交換器は、前記排気ガスが流れる排気管の内部に前記排熱回収回路の一部を設けて構成される、または、前記排気ガスが流れる排気管に前記排熱回収回路の一部を接触させて構成されており、前記排気管を流れる排気ガスの熱によって前記冷媒を蒸発させる蒸発器であり、
前記第２の熱交換器は、前記循環回路の内部に前記排熱回収回路の一部を設けて構成される、または、前記循環回路に前記排熱回収回路の一部を接触させて構成されており、前記循環回路を流れる冷媒によって、蒸発した冷媒を凝縮する凝縮器であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された排熱回収装置。
【請求項７】
前記排熱回収回路は、前記第２の熱交換器および前記第１の逆止弁を含む下流側が、前記循環回路の内部に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載された排熱回収装置。
【請求項８】
排熱回収装置において、
エンジンを冷却する冷媒が、エンジン側から空気調和装置のヒータコアを経由してエンジン側へと循環する循環回路と、
前記循環回路から分岐する排熱回収回路と、
前記排熱回収回路に設けられて、前記排熱回収回路を流れる冷媒と、前記エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられるとともに、前記ヒータコアの熱を車室内に導く空調風の流れにおいて当該ヒータコアより上流側に設けられており、前記第１の熱交換器を通過した冷媒と、前記空調風との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記第２の熱交換器側への冷媒の流れを規制する第１の逆止弁とを有し、
前記排熱回収回路は、前記ヒータコアよりも下流側の前記循環回路に、前記第１の逆止弁よりも下流側を合流させることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項９】
前記第１の熱交換器よりも上流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記第１の熱交換器側から前記循環回路との分岐部位側への冷媒の流れを規制する第２の逆止弁をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された排熱回収装置。
【請求項１０】
排熱回収装置において、
エンジンを冷却する冷媒が循環する循環回路と、
冷媒を貯留するリザーバタンクに接続して、当該リザーバタンクから流れでた冷媒が前記リザーバタンクへと循環する排熱回収回路と、
前記排熱回収回路に設けられており、前記冷媒の温度に応じて回路を開閉する開閉手段と、
前記開閉手段よりも下流側の排熱回収回路に設けられて、前記排熱回収回路を流れる冷媒と、前記エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記第１の熱交換器を通過した冷媒と、前記循環回路を流れる冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記リザーバタンク側から前記第２の熱交換器側への冷媒の流れを規制する第１の逆止弁と
を有することを特徴とする排熱回収装置。
【請求項１１】
前記第１の熱交換器よりも上流側、かつ、前記回路設定手段よりも下流側の前記排熱回収回路に設けられており、前記リザーバタンク側への冷媒の逆流を規制する第２の逆止弁をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載された排熱回収装置。
【請求項１２】
前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器よりも鉛直上方に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載された排熱回収装置。
【請求項１３】
排熱回収装置の制御方法において、
エンジン冷却用の冷媒が循環する循環回路から分岐する排熱回収回路に対する冷媒の流れを設定する回路設定手段が、前記冷媒の温度が予め設定された冷媒の低温状態を判定する温度判定値以下の場合には、前記排熱回収回路側への冷媒の流れを許容し、前記冷媒の温度が前記温度判定値よりも大きい場合には、前記排熱回収回路側への冷媒の流れを規制しており、
前記排熱回収回路は、前記エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、前記排熱回収回路側へと分岐せずに前記循環回路側を流れる冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器側への冷媒の流れを規制する第１の逆止弁とが上流側から下流側にかけて順次設けられるとともに、前記第２の熱交換器による熱交換位置よりも下流側の前記循環回路に、前記第１の逆止弁よりも下流側を合流させる回路であることを特徴とする排熱回収装置の制御方法。
【請求項１４】
前記循環回路は、前記冷媒がエンジン側からラジエータを経由してエンジン側へと循環する主回路および前記ラジエータをバイパスするバイパス回路で構成される第１の冷却回路と、前記第１の冷却回路と前記エンジンを介して連通して、前記冷媒がエンジン側から前記ヒータコアを経由してエンジン側へと循環する第２の冷却回路とを含み、
前記温度判定値は、前記第１の冷却回路において前記冷媒の流れを前記ラジエータ側から前記バイパス回路側へと切り替える切替温度と対応して設定されることを特徴とする請求項１３に記載された排熱回収装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジンや発電用のエンジンからの排気ガスから排熱を回収し、この排熱を有効利用することが行われている。例えば、排気ガスからの排熱は、エンジン冷却用の冷却水に回収され、この冷却水を空気調和装置のヒータコアへと供給することにより、空調風との熱交換に利用される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンを冷却する冷却水と、エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う熱交換器が配置された装置が開示されている。この装置において、エンジンには、排気ガスが流れる主排気通路とともに、この主排気通路から分岐する副排気通路とが設けられており、副排気通路の一部を、冷却水が流れる循環回路の内部に設けることにより、熱交換器が構成されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、排気管とエンジン冷却水回路との間にヒートサイホンを設け、これにより、排気ガスの熱をエンジン冷却水側に回収している。
【０００５】
さらに、例えば、特許文献３には、排気管とエンジン冷却水回路との間にヒートパイプを設け、これにより、排気ガスの熱をエンジン冷却水側に回収している。
【特許文献１】特開平１−１３２４１５号公報
【特許文献２】特開平７−１２０１７８号公報
【特許文献３】特開２００７−４６４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、高温源である排気ガスと、低温源である冷却水とを直接熱交換させる流水式の構成であるため、冷却水側で十分な熱量を得るためには、熱交換器の容量を大きくしなければならないという不都合がある。この場合、熱交換器の容量増加にともない冷却水の総量が増えるため、回収する熱量と、増加した冷却水の温度を上昇させるための熱量とが同程度となり、高い排熱効果が得られ難くなる。そのため、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時には、冷却水の温度が上昇するまでの時間を短縮できないという問題点がある。
【０００７】
一方、特許文献２や特許文献３に開示された手法によれば、このような問題を解決することができるものの、一般的なヒートサイホンやヒートパイプでは、高熱源の位置が低熱源の位置より下側になくてならない、いわゆる、ボトムヒートの状態にしなければ熱輸送ができない。そのため、ヒートサイホンやヒートパイプを用いて排気ガスの熱を冷却水側に回収する場合には、排熱回収装置の配管（回路）レイアウトに制約があるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排熱の回収効率の低下を抑制しつつ熱交換器の容量を少容量化するとともに、排熱回収装置の回路レイアウトに生じる制約を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明は、循環回路と、排熱回収回路と、第１の熱交換器と、第２の熱交換器と、第１の逆止弁とを有する排熱回収装置を提供する。ここで、循環回路は、エンジンを冷却する冷媒が循環する回路である。排熱回収回路は、循環回路から分岐する回路であり、分岐部位から下流側にかけて、排熱回収回路を流れる冷媒とエンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、この第１の熱交換器を通過した冷媒と排熱回収回路側へと分岐せずに循環回路側を流れる冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、この第２の熱交換器側への冷媒の流れを規制する第１の逆止弁とが順次設けられている。ここで、排熱回収回路は、第２の熱交換器による熱交換位置よりも下流側の循環回路に、第１の逆止弁よりも下流側を合流させている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却水を排熱回収回路に流し、第１の熱交換器および第２の熱交換器を通過させることにより、排気ガスの熱を循環回路を流れる冷却水に回収している。そのため、従来のような流水式の熱交換器と比較して、熱交換器の容量を小さくすることができ、冷却水の熱容量を小さくすることができる。これにより、排熱の回収効率を低下させることなく、熱交換器の容量を少容量化を実現することができる。よって、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、第１の熱交換器および第２の熱交換器には、排熱回収にともなう位置的な制約がないため、排熱回収回路の配管レイアウトの制約を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる排熱回収装置２０を模式的に示す構成図である。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００１２】
内燃機関であるエンジン１は、車両を駆動する駆動源であり、排気管２が接続されている。この排気管２には、図示しない触媒やマフラーが設けられており、エンジン１から排出される排気ガスは、触媒において浄化され、マフラーを経て排出される。
【００１３】
エンジン１には、このエンジン１を冷却する冷却水が循環する循環回路が設けられている。この循環回路は、第１の冷却回路３と、第２の冷却回路４とを有しており、第１の冷却回路３と第２の冷却回路４とがエンジン１を介して相互に連通することにより、冷却水が循環する一連の回路が構成される。具体的には、エンジンブロックやシリンダーヘッド内を通過した冷却水は、循環系である第１の冷却回路３を介して再度エンジン１へと流れる。エンジン１に戻された冷却水は、エンジン１を経由して（エンジンブロックやシリンダーヘッド内を通過した後に）、第２の冷却回路４へと流れる。この第２の冷却回路４は、循環系で構成されており、冷却水は、第２の冷却回路４を介して再度エンジン１へと流れる。エンジン１に戻された冷却水は、エンジン１を経由して（エンジンブロックやシリンダーヘッド内を通過した後に）、第１の冷却回路３へと流れる。第１および第２の冷却回路３，４内の冷却水は、エンジン１近傍に設けられたウォーターポンプ５を駆動することによって循環する。
【００１４】
第１の冷却回路３には、ラジエータ６が設けられており、冷却水は、ラジエータ６を通過することによって外気との間で熱交換が行われ、これにより、冷却される。また、第１の冷却回路３には、ラジエータ６よりも上流側で分岐して、ラジエータ６よりも下流側に合流するバイパス回路７が設けられており、このバイパス回路７自体も第１の冷却回路３の一部を構成している。換言すれば、第１の冷却回路３は、冷却水が、エンジン１側からラジエータ６を経由してエンジン１側へと循環する主回路と、ラジエータ６をバイパスするバイパス回路７とで構成されている。
【００１５】
また、第１の冷却回路３には、バイパス回路７との合流部位に、第１のサーモスタット（切替手段）８が設けられている。この第１のサーモスタット８は、冷却水の温度に応じてバルブ（図示せず）を開閉することにより、第１の冷却回路３における冷却水の流れを、ラジエータ６側からバイパス回路７側へと切り替える。具体的には、第１のサーモスタット８は、冷却水温度Ｔが第１の判定温度Ｔth1よりも大きい場合には（Ｔ＞Ｔth1）、バルブの開閉により、冷却水の流れを、エンジン１側からラジエータ６を経由してエンジン１側へと循環する回路に設定する。一方、第１のサーモスタット８は、冷却水温度Ｔが第１の判定温度Ｔth1以下の場合には（Ｔ≦Ｔth1）、冷却水の流れを、エンジン１側からバイパス回路７を経由して、すなわち、ラジエータ６を経由せずにエンジン１側へと循環する回路に設定する。第１の判定温度は、第１の冷却回路３において冷却水の流れをラジエータ６側からバイパス回路７側へと切り替える切替温度であり、エンジン１の冷却が必要となる冷却水の上限温度に基づいて設定されており、その最適値が実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。
【００１６】
例えば、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時（コールドスタート時）では、冷却水温度Ｔが第１の判定温度Ｔth1以下となる。そのため、第１の冷却回路３において、冷却水は、エンジン１から流出すると、バイパス回路７を経由してエンジン１へと戻る流れとなる。このケースでは、エンジン１からの熱がラジエータ６によって外気に排熱されないため、冷却水の温度は上昇する傾向となる。一方、エンジン１の高負荷時などでは、冷却水温度Ｔが第１の判定温度Ｔth1よりも大きくなる。そのため、第１の冷却回路３において、冷却水は、エンジン１から流出すると、ラジエータ６を経由してエンジン１へと戻る流れとなる。このケースでは、エンジン１からの熱は、ラジエータ６によって外気に放出される。
【００１７】
また、ラジエータ６の上部には、冷却水を注入するための圧力キャップ９が設けられている。冷却系において最も高い位置には、冷却水が貯留されるリザーバタンク１０が設けられており、このリザーバタンク１０の上部はその一部が大気に開放されている。リザーバタンク１０は、圧力キャップ９を介してラジエータ６の内部と接続されている。
【００１８】
第２の冷却回路４には、ヒータコア１１が設けられている。このヒータコア１１は、空気調和装置の一部を構成しており、エバポレータ（図示せず）で冷却された空気を加熱する熱交換器として機能している。換言すれば、第２の冷却回路４は、冷却水が、エンジン１側からヒータコア１１を経由してエンジン１側へと循環する回路である。第２の冷却回路４を流れる冷却水は、ヒータコア１１を流れる過程においてヒータコア１１により、その熱が空気調和用空気に放出される。また、この第２の冷却回路４には、ヒータコア１１よりも上流側に排熱回収装置２０が設けられている。
【００１９】
排熱回収装置２０は、排熱回収回路２１と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。なお、排熱回収装置２０が設けられる第２の冷却回路４自体も、排熱回収装置２０の一部を構成している。
【００２０】
排熱回収回路２１は、ヒータコア１１よりも上流側の第２の冷却回路４に設けられており、この第２の冷却回路４から分岐するとともに、この分岐位置よりも下流側の第２の冷却回路４へと再度合流する回路である。第２の冷却回路４において、エンジン１からの冷却水は、その一部が排熱回収回路２１側に分岐して流れ、排熱回収回路２１を流れた冷却水は、第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流して、第２の冷却回路４に戻される。
【００２１】
第２のサーモスタット（開閉手段）２２は、排熱回収回路２１において、第２の冷却回路４との分岐部位２６よりも下流側に設けられている。この第２のサーモスタット２２は、通過する冷却水の温度に応じて回路を開閉することにより、排熱回収回路２１側への冷却水の流れを許容したり、排熱回収回路２１側への冷却水の流れを規制したりすることができる。換言すれば、この第２のサーモスタット２２は、排熱回収回路２１に対する冷却水の流れを設定する回路設定手段として機能する。
【００２２】
具体的には、第２のサーモスタット２２は、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合には、バルブを開状態に設定し、一方、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合には、バルブを閉状態に設定する。そのため、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合には（Ｔ≦Ｔth2）、第２のサーモスタット２２により排熱回収回路２１側への流れが許容されるため、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、その一部が排熱回収回路２１へと分岐して流れる。一方、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合には（Ｔ＞Ｔth2）、第２のサーモスタット２２により排熱回収回路２１側への流れが規制されるため、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、排熱回収回路２１側へ分岐することなく、第２の冷却回路４のみを流れる。ここで、第２の温度判定値は、冷却水の低温状態を判定するための値が、実験やシミュレーションを通じ予め設定されており、例えば、上述した第１の温度判定値Ｔth1と対応して設定される。
【００２３】
第１の熱交換器２３は、第２のサーモスタット２２よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、排熱回収回路２１を流れる冷却水と、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う。本実施形態において、第１の熱交換器２３は、その相対位置が、後述する第２の熱交換器２４より鉛直下方に設けられている。
【００２４】
図２は、第１の熱交換器２３を模式的に示す説明図である。第１の熱交換器２３は、排熱回収回路２１の一部がコイル状に巻回されたコイル部２３ａと、排気ガスが流れる排気管２とを主体に構成されており、コイル部２３ａは排気管２の内部に設けられている。そのため、排熱回収回路２１を流れる冷却水がコイル部２３ａを流れる過程において、排気管２を流れる排気ガスとの間で熱交換が行われる。この熱交換により、コイル部２３ａを通過する冷却水は、それよりも温度の高い排気ガスによって温度が上昇し、蒸発する。このため、排熱回収回路２１のコイル部２３ａよりも下流側では、主として蒸発した冷却水が流れることとなる。換言すれば、第１の熱交換器２３は、排気ガスの熱によって冷却水を蒸発させる蒸発器として機能している。
【００２５】
図３は、第１の熱交換器２３の別の形態を模式的に示す説明図である。図２に示す第１の熱交換器２３は、コイル部２３ａを排気管２の内部に設ける構成であるが、図３に示すように、コイル部２３ａは、排気管２の外周面に沿って接触させるように巻回することにより構成してもよい。この場合、排気管２において、排熱回収回路２１が巻き付いている領域は、熱伝導性に優れる部材、例えば、金属で構成することが好ましい。
【００２６】
再び図１を参照するに、第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられている。この第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３を通過して排熱回収回路２１を流れる冷却水（蒸気相の冷却水）と、排熱回収回路２１に分岐せずに第２の冷却回路４をそのまま流れる冷却水との間で熱交換を行う。第２の熱交換器２４は、その構成が第１の熱交換器２３と基本的に同じであり、図２において括弧付きの符号で示すように、排熱回収回路２１の一部がコイル状に巻回されたコイル部２４ａと、第２の冷却回路４とを主体に構成されており、コイル部２４ａは、第２の冷却回路４の内部に設けられている。これにより、排熱回収回路２１を流れる蒸気相の冷却水がコイル部２４ａを流れる過程において、第２の冷却回路４を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。この熱交換により、コイル部２４ａを通過する冷却水は、それよりも温度の低い第２の冷却回路４側の冷却水によって温度が低下し、凝縮する。このため、排熱回収回路２１のコイル部２４ａよりも下流側では、主として液相の冷却水が流れることとなる。換言すれば、第２の熱交換器２４は、第２の冷却回路４を流れる冷却水によって蒸気相の冷却水を凝縮させる凝縮器として機能する。なお、第２の熱交換器２４は、図３の括弧付きの符号で示すように、コイル部２４ａを、第２の冷却回路４の外周面に沿って接触させるように巻回することにより構成してもよい。
【００２７】
第１のチェックバルブ（第１の逆止弁）２５は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられている。この第１のチェックバルブ２５は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、第２の熱交換器２４側から、排熱回収回路２１と第２の冷却回路４とが合流する合流部位２７へと向かう冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、合流部位２７から第２の熱交換器２４側への冷却水の流れを規制している。
【００２８】
なお、上述した排熱回収回路２１は、第１のチェックバルブ２５よりも下流側に延在し、その後、第２の熱交換器２４による熱交換位置よりも下流側の第２の冷却回路４に、第１のチェックバルブ２５よりも下流側を合流させている。ただし、排熱回収回路２１は、少なくとも第１のチェックバルブ２５を介して第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流するように構成されていればよい。
【００２９】
このような構成の排熱回収装置２０において、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合（Ｔ≦Ｔth2）、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、その一部が排熱回収回路２１へと分岐して流れる。排熱回収回路２１を流れる冷却水は、第１の熱交換器２３を通過する過程において、排気ガスにより温度が上昇し、蒸発する。蒸気相の冷却水は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１を流れるとともに、第２の熱交換器２４を通過する過程において、第２の冷却回路４を流れる冷却水により温度が低下し、凝縮する。一方、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、第２の熱交換器２４において、排熱回収回路２１（具体的には、コイル部２４ａ）を流れる蒸気相の冷却水により温度が上昇する。凝縮した冷却水は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路２１を流れ、第１のチェックバルブ２５を通過した後に、第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流する。この排熱回収装置２０により、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、分岐部位２６を通過する時の温度よりも合流部位２７を通過する時の温度の方が高い状態となり、排気ガスの熱が冷却水に回収される。合流した冷却水は、その後に、ヒータコア１１へと導入され、これにより、排気ガスの熱をヒータコア１１へと移動させるサイクルが構成される。
【００３０】
ここで、第２の冷却回路４において、分岐部位２６と合流部位２７との間には、管路抵抗による圧力勾配がある。この圧力勾配と第２のサーモスタット２２の流通抵抗により、第１の熱交換器２３において蒸発した冷却水は、分岐部位２６側には向かわず第２の熱交換器２４側へと向かう流れとなる。また、蒸気相の冷却水が第２の熱交換器２４において凝縮する際、排熱回収回路２１の一部をなすコイル部２４ａ内は負圧となる。この負圧により、合流部位２７側から第２の熱交換器２４（コイル部２４ａ）側へと冷却水が流れようとするものの、その流れは第１のチェックバルブ２５によって規制される。これにより、排熱回収回路２１において、分岐部位２６側から合流部位２７側への冷却水の流れが構成される。ただし、分岐部位２６と合流部位２７との間の圧力差が排熱回収回路２１の管路抵抗より小さい場合であっても、凝縮器である第２の熱交換器２４における負圧によるポンプ効果によって、第２の冷却回路４から排熱回収回路２１へ冷却水が分岐して流れるため、排気ガスの熱を回収し冷却水を暖めることができる。
【００３１】
これに対して、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合（Ｔ＞Ｔth2）、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、排熱回収回路２１に分岐して流れることなく、第２の冷却回路４のみを流れる。そのため、排気ガスの熱をヒータコア１１へと移動させるサイクルも構成されない。この場合、第１の熱交換器２３は、残留する冷却水が蒸発し、蒸気によって閉塞するが、排熱回収回路２１内において圧力上昇した冷却水は逆止弁である第１のチェックバルブ２５を通って第２の冷却回路４側へと流出することとなる。そのため、排気ガスによって第１の熱交換器２３が高温になったとしても、排熱回収装置２０が破損するといった事態を抑制することができる。
【００３２】
図４は、時間経過に応じた冷却水温度の推移を示す実験結果である。同図において、直線Ｌ１は、本実施形態に係る排熱回収装置２０による冷却水の温度推移を示し、直線Ｌ１は、従来の排熱回収装置による冷却水の温度推移を示し、直線Ｌ３は、排熱回収装置がないケースでの冷却水の温度推移を示す。この実験結果は、冷却水温度が−２０℃の状態からスタートし、ある駆動力でエンジンを回した際の温度推移を示す。従来の排熱回収装置、および、排熱回収装置がない場合では、冷却水温度の立ち上りに差はないが、本実施形態に係る排熱回収装置２０では、より早く温度が上昇している。
【００３３】
このように本実施形態において、排熱回収装置２０は、エンジン１を冷却する冷媒（本実施形態では、冷却水）が循環する循環回路と、排熱回収回路２１と、第１および第２の熱交換器２３，２４と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。ここで、排熱回収回路２１は、循環回路から分岐する回路である。第１の熱交換器２３は、排熱回収回路２１を流れる冷却水と、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う。第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３を通過した冷却水と、排熱回収回路２１側へと分岐せずに循環回路側を流れる冷却水との間で熱交換を行う。第１のチェックバルブ２５は、排熱回収回路２１において、循環回路との合流部位側から第２の熱交換器２４側への冷却水の流れを規制する。ここで、排熱回収回路２１は、第２の熱交換器２４による熱交換位置よりも下流側の循環回路に、第１のチェックバルブ２５よりも下流側を合流させている。
【００３４】
かかる構成によれば、冷却水を排熱回収回路２１に流し、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４を通過させることにより、排気ガスの熱を循環回路を流れる冷却水に回収している。そのため、従来のような流水式の熱交換器と比較して、熱交換器の容量を小さくすることができ、冷却水の熱容量を小さくすることができる。これにより、排熱の回収効率を低下させることなく、熱交換器の容量を少容量化を実現することができる。よって、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時（コールドスタート時）、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４には、排熱回収にともなう位置的な制約がないため、排熱回収回路２１の配管レイアウトの制約を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施形態において、循環回路は、冷却水が、エンジン１側から空気調和装置のヒータコア１１を経由してエンジン１側へと循環する第２の冷却回路４を含み、排熱回収回路２１は、ヒータコア１１よりも上流側の第２の冷却回路４に設けられている。
【００３６】
かかる構成によれば、ヒータコア１１に流入する直前で熱交換を行うので、回収した熱を効率的にヒータコア１１へと導入することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、排熱回収装置２０は、第１の熱交換器２３よりも上流側の排熱回収回路２１に、冷却水の温度に応じて回路を開閉する第２のサーモスタット２２をさらに有している。この第２のサーモスタット２２は、冷却水の温度Ｔが予め設定された冷却水の低温状態を判定する判定値Ｔth2以下の場合には、排熱回収回路２１側への冷却水の流れを許容し、冷却水の温度Ｔが判定値Ｔth2よりも大きい場合には、排熱回収回路側への冷却水の流れを規制している。この判定値Ｔth2は、第１の冷却回路３において冷却水の流れをラジエータ６側からバイパス回路７側へと切り替える切替温度（第１の温度判定値Ｔth1）と対応して設定されている。
【００３８】
かかる構成によれば、第２のサーモスタット２２により、排熱回収が必要となる場合に応じて、排熱回収回路２１へと冷却水を分岐して流すことができるので、排熱回収を効率的に行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態において、第１の熱交換器２３は、排気管２の内部に排熱回収回路２１の一部を設けて構成される、または、排気管２に排熱回収回路２１の一部を接触させて構成されており、排気管２を流れる排気ガスの熱によって冷却水を蒸発させる蒸発器である。また、第２の熱交換器２４は、循環回路（第２の冷却回路４）の内部に排熱回収回路２１の一部を設けて構成される、または、循環回路（第２の冷却回路４）に排熱回収回路２１の一部を接触させて構成されており、循環回路（第２の冷却回路４）を流れる冷却水によって、蒸発した冷却水を凝縮する凝縮器である。
【００４０】
かかる構成によれば、蒸発凝縮を利用することにより、排熱回収装置２０の容量を大幅に小さくすることができるとともに、結果として冷却水の全体熱容量を小さくできる。そのため、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、かかる構成によれば、別途コンデンサを設ける必要がなく、装置の簡素化を図ることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る排熱回収装置２０Ａを模式的に示す構成図である。第２の実施形態に係る排熱回収装置２０Ａが、第１の実施形態に係る排熱回収装置２０と相違する点は、第２のチェックバルブ２８をさらに有することである。なお、第１の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００４２】
排熱回収装置２０Ａは、排熱回収回路２１と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５と、第２のチェックバルブ２８とを主体に構成されている。なお、排熱回収装置２０Ａが設けられる第２の冷却回路４自体も、排熱回収装置２０Ａの一部を構成している。
【００４３】
第２のチェックバルブ（第２の逆止弁）２８は、排熱回収回路２１において、第２のサーモスタット２２よりも下流側、かつ、第１の熱交換器２３よりも上流側に設けられている。この第２のチェックバルブ２８は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、分岐部位２６側から第１の熱交換器２３側への冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、第１の熱交換器２３側から分岐部位２６側への冷却水の流れを規制する逆止弁として機能している。
【００４４】
このような構成の排熱回収装置２０Ａにおいて、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合（Ｔ≦Ｔth2）、冷却水は、排熱回収回路２１に流入する。第１の熱交換器２３内で蒸発した冷却水は、分岐部位２６と合流部位２７との圧力勾配と第２のサーモスタット２２の流通抵抗により、その流れが分岐部位２６へは達せず、合流部位２７の方向へ流れる。この圧力勾配と第２のサーモスタット２２の流通抵抗が小さい場合、蒸気流が分岐部位２６へ流れ込み、第２の熱交換器２４におけるコイル部２４ａへの蒸気流量が減るため、凝縮負圧による分岐部位２６から排熱回収回路２１への冷却水の流れが得られなくなることも考えられる。しかしながら、本実施形態では、第１の熱交換器２３側から分岐部位２６側へ向かう流れを第２のチェックバルブ２８により規制することにより、排熱回収回路２１における冷却水の逆方向の流れが抑制され、排気ガスの熱を冷却水へと回収することが可能となる。また、第１の実施形態と共通な構成については、それと同様の作用・効果を奏する。
【００４５】
（第3の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｂを模式的に示す構成図である。第３の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｂが、第２の実施形態に係る排熱回収装置２０Ａと相違する点は、第１の熱交換器２３と第２の熱交換器２４との相対的なレイアウトである。なお、第２の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００４６】
排熱回収装置２０Ｂは、排熱回収回路２１と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５と、第２のチェックバルブ２８とを主体に構成されている。なお、排熱回収装置２０Ｂが設けられる第２の冷却回路４自体も、排熱回収装置２０Ｂの一部を構成している。ここで、本実施形態において、第１の熱交換器２３は、第２の熱交換器２４よりも鉛直上方に配置されている。
【００４７】
このような構成の排熱回収装置２０Ｂにおいて、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合（Ｔ≦Ｔth2）、冷却水は、排熱回収回路２１に流入する。一般的なヒートパイプやヒートサイホンを用いた排熱回収装置では、蒸発器が凝縮器の上部に位置する、いわゆる、トップヒート状態での作動が不可能である。しかしながら、分岐部位２６と合流部位２７との間の圧力差が排熱回収回路２１の管路抵抗より小さく、かつ、本実施形態ように第１の熱交換器２３（蒸発器）が第２の熱交換器２４（凝縮器）の上部に位置する（いわゆる、トップヒート状態）場合でも、凝縮負圧によるポンプ効果によって排熱回収回路２１へ冷却水が流れるため、排気ガスの熱を冷却水へと回収することができる。また、第１の実施形態と共通な構成については、それと同様の作用・効果を奏する。
【００４８】
なお、上述した実施形態では、第２の実施形態をベースとして、第１の熱交換器２３と第２の熱交換器２４との相対的な位置関係を説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の実施形態に示すように、排熱回収回路２１に第２のチェックバルブ２８を有していない構成であってもよく、この場合でも、第１の熱交換器２３は、そのレイアウト位置を第２の熱交換器２４よりも鉛直上方とすることで、同様の作用および効果を奏することができる。
【００４９】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｃを模式的に示す構成図である。第４の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｃが、第１の実施形態に係る排熱回収装置２０と相違する点は、第１の実施形態における第２の熱交換器２４が、これとは構成的に異なる第２の熱交換器２９に置換されていることである。なお、第１の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００５０】
排熱回収装置２０Ｃは、排熱回収回路２１と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２９と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。なお、排熱回収装置２０Ｃが設けられる第２の冷却回路４自体も、排熱回収装置２０Ｃの一部を構成している。
【００５１】
排熱回収回路２１は、第２の冷却回路４から分岐して、その後第２の冷却回路４へと再度合流する回路である。具体的には、排熱回収回路２１は、一端がエンジン１の下流側に接続し（分岐部位２６）、また、他端がヒータコア１１よりも下流側に接続している（合流部位２７）。第２の冷却回路４において、エンジン１からの冷却水は、その一部が排熱回収回路２１側に分岐して流れ、排熱回収回路２１を流れた冷却水は、第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流して、第２の冷却回路４に戻される。
【００５２】
第２のサーモスタット２２は、第２の冷却回路４との分岐部位２６よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、その構成・機能については、第１の実施形態に示すそれと同じである。また、第１の熱交換器２３は、第２のサーモスタット２２よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、その構成・機能については、第１の実施形態に示すそれと同じである。また、第１のチェックバルブ２５は、第２の熱交換器２９よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、その構成・機能については、第１の実施形態に示すそれと同じである。
【００５３】
第２の熱交換器２９は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられるとともに、ヒータコア１１の熱を車室内に導く空調風Ｆの流れにおいてヒータコア１１より上流に設けられている。この第２の熱交換器２９は、例えば、コンデンサであり、排熱回収回路２１を流れる冷却水（蒸気相の冷却水）と、空調風Ｆとの間で熱交換を行う。この熱交換により、第２の熱交換器２９を通過する冷却水は、それよりも温度の低い空調風Ｆによって温度が低下し、凝縮する。そのため、排熱回収回路２１の第２の熱交換器２９よりも下流側では、主として液相の冷却水が流れることとなる。換言すれば、第２の熱交換器２９は、空調風Ｆによって蒸気相の冷却水を凝縮させる凝縮器として機能する。また、本実施形態において、第２の熱交換器２９は、蒸発器である第１の熱交換器２３よりも鉛直下方に配置されている。
【００５４】
このような構成の排熱回収装置２０Ｃにおいて、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下となる場合には、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、その一部が排熱回収回路２１へと分岐して流れる。排熱回収回路２１を流れる冷却水は、第１の熱交換器２３を通過する過程において、排気ガスにより温度が上昇し、蒸発する。蒸気相の冷却水は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１を流れるとともに、第２の熱交換器２９を通過する過程において、空調風Ｆにより温度が低下し、凝縮する。凝縮した冷却水は、第２の熱交換器２９よりも下流側の排熱回収回路２１を流れ、第１のチェックバルブ２５を通過した後に、第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流する。一方、第２の熱交換器２９において、空調風Ｆは、これを通過することにより、第２の熱交換器２９を流れる蒸気相の冷却水によって温度が上昇する。これにより、排気ガスの熱を空調風Ｆへと移動させるサイクルが構成される。
【００５５】
これに対して、冷却水温度が第２の温度判定値よりも大きい場合には、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、排熱回収回路２１を流れることなく、第２の冷却回路４のみを流れる。そのため、排気ガスの熱を空調風Ｆへ移動させるサイクルも構成されない。
【００５６】
このように本実施形態において、排熱回収装置２０Ｃは、循環回路（第２の冷却回路４）と、排熱回収回路２１と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２９と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。第２の冷却回路４は、エンジン１を冷却する冷媒（本実施形態では、冷却水）が、エンジン１側から空気調和装置のヒータコア１１を経由してエンジン側へと循環する回路である。排熱回収回路２１は、第２の冷却回路４から分岐する回路である。第１の熱交換器２３は、排熱回収回路２１に設けられて、排熱回収回路２１を流れる冷却水と、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う。第２の熱交換器２９は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられるとともに、ヒータコア１１の熱を車室内に導く空調風Ｆの流れにおいてヒータコア１１より上流側に設けられている。この第２の熱交換器２９は、第１の熱交換器２３を通過した冷却水と、空調風Ｆとの間で熱交換を行う。第１のチェックバルブ２５は、第２の熱交換器２９よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、第２の熱交換器２９側への冷媒の流れを規制する。ここで、排熱回収回路２１は、ヒータコア１１よりも下流側の第２の冷却回路４に、第１のチェックバルブ２５よりも下流側を合流させている。
【００５７】
かかる構成によれば、冷却水を排熱回収回路２１に流し、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２９を通過させることにより、排気ガスの熱を第２の冷却回路４を流れる冷却水に回収している。そのため、従来のような流水式の熱交換器と比較して、熱交換器の容量を小さくすることができ、冷却水の熱容量を小さくすることができる。これにより、排熱の回収効率を低下させることなく、熱交換器の容量を少容量化を実現することができる。よって、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時（コールドスタート時）、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４には、排熱回収にともなう位置的な制約がないため、排熱回収回路２１の配管レイアウトの制約を抑制することができる。
【００５８】
また、第２の熱交換器２９によって、空調風Ｆを直接暖めることにより、コールドスタート時において、乗員の暖房快適性を向上させることができる。さらに、分岐部位２６と合流部位２７との間の圧力差が排熱回収回路２１の管路抵抗より小さく、かつ、本実施形態ように第１の熱交換器２３（蒸発器）が第２の熱交換器２４（凝縮器）の上部に位置する（いわゆる、トップヒート状態）場合でも、凝縮負圧によるポンプ効果によって排熱回収回路２１へ冷却水が流れるため、排気ガスの熱を冷却水へと回収することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、トップヒート状態の配置の例であるが、第１の実施形態に示すように、第２の熱交換器２４（凝縮器）が第１の熱交換器２３（蒸発器）の鉛直上方に配置されるボトムヒート状態であってもよい。
【００６０】
また、第２の実施形態に示すように、第２のサーモスタット２２と第１の熱交換器２３との間に、第１の熱交換器２３側から第２のサーモスタット２２側への冷却水の流れを規制する第２のチェックバルブ（逆止弁）を設置してもよい。
【００６１】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｄを模式的に示す構成図である。第５の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｄが、第１の実施形態に係る排熱回収装置２０と相違する点は、排熱回収装置２０Ｄが第１の冷却回路３を構成するバイパス回路７に設けられることである。なお、第１の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００６２】
排熱回収装置２０Ｄは、第１の冷却回路３、具体的には、第１の冷却回路３の一部を構成するバイパス回路７に設けられている。この排熱回収装置２０Ｄは、排熱回収回路２１と、第２のチェックバルブ２８と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。
【００６３】
排熱回収回路２１は、第１の冷却回路３を構成するバイパス回路７から分岐して、この分岐位置よりも下流側のバイパス回路７へと再度合流する回路である。第１の冷却回路３のうち、バイパス回路７を流れる冷却水は、その一部が排熱回収回路２１側に分岐して流れ、排熱回収回路２１を流れた冷却水は、バイパス回路７を流れる冷却水と合流して、バイパス回路７に戻される。
【００６４】
ここで、第１の冷却回路３の主回路とバイパス回路７との合流位置に設けられる第１のサーモスタット８によって、冷却水の温度に応じて、冷却水の流れをラジエータ６側からバイパス回路７側へと切り替えることにより、排熱回収回路２１側への冷却水の流れを許容することができる。また、第１のサーモスタット８によって、冷却水の温度に応じて、冷却水の流れをバイパス回路７側からラジエータ６側へと切り替えることにより、排熱回収回路２１側への冷却水の流れを規制することができる。換言すれば、本実施形態において、第１のサーモスタット８は、排熱回収回路２１に対する冷却水の流れを設定する回路設定手段として機能する。
【００６５】
第２のチェックバルブ２８は、バイパス回路７との分岐部位２６よりも下流側、かつ、第１の熱交換器２３よりも上流側の排熱回収回路２１に設けられている。この第２のチェックバルブ２８は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、バイパス回路７との分岐部位２６側から第１の熱交換器２３側へと向かう冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、第１の熱交換器２３側から分岐部位２６へと向かう冷却水の流れを規制する逆止弁として機能している。
【００６６】
第１の熱交換器２３は、第２のチェックバルブ２８よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、排熱回収回路２１を流れる冷却水と、エンジンからの排気ガスとの間で熱交換を行う。本実施形態において、第１の熱交換器２３は、その相対位置が、後述する第２の熱交換器２４より鉛直上方に設けられている。なお、第１の熱交換器２３の構成・機能については、第１の実施形態のそれと同じである。
【００６７】
第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１に設けられており、排熱回収回路２１を流れる冷却水（蒸気相の冷却水）と、排熱回収回路２１に分岐せずにバイパス回路７をそのまま流れる冷却水との間で熱交換を行う。第２の熱交換器２４の構成・機能については、第２の冷却回路４に換えてバイパス回路７の内部に排熱回収回路２１の一部を配置する、または、第２の冷却回路４に換えてバイパス回路７に排熱回収回路２１の一部を接触させたこと以外、第１の実施形態のそれと同じである。
【００６８】
第１のチェックバルブ２５は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路２１設けられている。この第１のチェックバルブ２５は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、第２の熱交換器２４側から、排熱回収回路２１とバイパス回路７とが合流する合流部位２７側へと向かう冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、合流部位２７から第２の熱交換器２４側へと向かう冷却水の流れを規制する逆止弁として機能している。
【００６９】
なお、上述した排熱回収回路２１は、第１のチェックバルブ２５よりも下流側に延在し、その後、第２の熱交換器２４による熱交換位置よりも下流側の第２の冷却回路４に、第１のチェックバルブ２５よりも下流側を合流させている。ただし、排熱回収回路２１は、少なくとも第１のチェックバルブ２５を介して第２の冷却回路４を流れる冷却水と合流するように構成されていればよい。
【００７０】
このような構成の排熱回収装置２０Ｄにおいて、冷却水温度Ｔが第１の温度判定値Ｔth1以下の場合（Ｔ≦Ｔth1）、第１の冷却回路３では、エンジン１からの冷却水がラジエータ６を迂回してバイパス回路７を流れて、その後にエンジン１に循環する。この場合、冷却水は、バイパス回路７を流れる過程において、その一部が排熱回収回路２１へと分岐して流れる。排熱回収回路２１を流れる冷却水は、第１の熱交換器２３を通過する過程において、排気ガスにより温度が上昇し、蒸発する。蒸気相の冷却水は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路２１を流れるとともに、第２の熱交換器２４を通過する過程において、バイパス回路７を流れる冷却水により温度が低下し、凝縮する。この際、第２の熱交換器２４において、バイパス回路７を流れる冷却水は、排熱回収回路２１を流れる蒸気相の冷却水により温度が上昇する。凝縮した冷却水は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路２１を流れ、第１のチェックバルブ２５を通過した後に、バイパス回路７を流れる冷却水と合流する。この排熱回収装置２０により、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、分岐部位２６を通過する時の温度よりも合流部位２７を通過する時の温度の方が高い状態となり、排気ガスの熱が冷却水に回収される。合流した冷却水は、その後に、第１の冷却回路３を流れ、エンジン１を経由して、第２の冷却回路４を介して、ヒータコア１１へと導入される。これにより、排気ガスの熱をヒータコア１１へと移動させるサイクルが構成される。
【００７１】
これに対して、冷却水温度が第１の温度判定値以下の場合（Ｔ＞Ｔth1）、第１の冷却回路３では、エンジン１からの冷却水が、バイパス回路７を流れずに、ラジエータ６を通過し、その後にエンジン１に循環する。そのため、排気ガスの熱をヒータコア１１へ移動させるサイクルも構成されない。
【００７２】
このように本実施形態によれば、エンジン１を冷却する冷却水が循環する循環回路は、冷媒（本実施形態では、冷却水）が、エンジン１側からラジエータ６を経由してエンジン１側へと循環する主回路およびラジエータ６をバイパスするバイパス回路７で構成される第１の冷却回路３と、この第１の冷却回路３とエンジン１を介して連通して、冷却水がエンジン１側からヒータコア１１を経由してエンジン１側へと循環する第２の冷却回路４とを含む。そして、排熱回収装置２０Ｄの排熱回収回路２１は、バイパス回路７に設けられている。
【００７３】
かかる構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却水を排熱回収回路２１に流し、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２９を通過させることにより、排気ガスの熱を、バイパス回路７を流れる冷却水に回収している。そのため、従来のような流水式の熱交換器と比較して、熱交換器の容量を小さくすることができ、冷却水の熱容量を小さくすることができる。これにより、排熱の回収効率を低下させることなく、熱交換器の容量を少容量化を実現することができる。よって、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時（コールドスタート時）、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４には、排熱回収にともなう位置的な制約がないため、排熱回収回路２１の配管レイアウトの制約を抑制することができる。
【００７４】
さらに、分岐部位２６と合流部位２７との間の圧力差が排熱回収回路２１の管路抵抗より小さい場合でも、凝縮負圧によるポンプ効果によって排熱回収回路２１へ冷却水が流れるため、排気ガスの熱を冷却水へと回収することができる。
【００７５】
また、排熱回収回路２１を第２の冷却回路４に設置した場合、排熱回収装置２０Ｄにおいて冷却水の蒸発、凝縮が間欠的に起こることにより、ヒータコア１１を通過する冷却水の温度が変動する。そのため、空調風の温度変動を招き、空調の快適性が損なわれる可能性がある。しかしながら、排熱回収回路２１を第１の冷却回路３（特に、バイパス回路７）に設置することにより、冷却水の温度変動はウォーターポンプ５やエンジンブロックを流れることにより均一化されて、その後にヒータコア１１を流れる。したがって、空調快適性を悪化させる冷却水の温度変動を抑制することができる。
【００７６】
また、排熱回収装置２０Ｄにおいて、冷却水の蒸発、凝縮によって騒音が発生するが、本実施形態では排熱回収装置２０Ｄが、第１の冷却回路３が存在するエンジンルームに設置されることとなる。そのため、騒音による乗員への不快感を低減することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態によれば、第１の冷却回路３は、冷却水の温度に応じて、冷却水の流れをラジエータ６側からバイパス回路７側へと切り替える第１のサーモスタット８をさらに有している。このケースでは、上述した実施形態に示すように、排熱回収回路２１に対する冷却水の流れを設定する第２のサーモスタット２２の機能を、第１のサーモスタット８によって実現することができる。そのため、構成の簡素化を図ることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、第１の熱交換器２３は、第２の熱交換器２４よりも鉛直上方に配置しているが、第２の熱交換器２４を第１の熱交換器２３よりも鉛直上方に配置してもよい。
【００７９】
（第６の実施形態）
図９は、本発明の第６の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｅを模式的に示す構成図である。第６の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｅが、第１の実施形態に係る排熱回収装置２０と相違する点は、第１の実施形態における第２の熱交換器２４が、これとは構成的に異なる第２の熱交換器３０に置換されていることである。なお、第１の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００８０】
排熱回収装置２０Ｅは、排熱回収回路２１と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器３０と、第１のチェックバルブ２５（図９には図示せず）とを主体に構成されている。なお、排熱回収装置２０Ｅが設けられる第２の冷却回路４自体も、排熱回収装置２０Ｃの一部を構成している。
【００８１】
本実施形態において、第２の熱交換器３０は、排熱回収回路２１において、第１の熱交換器２３よりも下流側に設けられており、排熱回収回路２１を流れる冷却水と、第２の冷却回路４を流れる冷却水との間で熱交換を行う。
【００８２】
図１０は、本実施形態に係る第２の熱交換器３０を模式的に示す説明図である。第２の熱交換器３０は、排熱回収回路２１の一部がコイル状に巻回されたコイル部３０ａと、第２の冷却回路４とを主体に構成されており、コイル部３０ａは、第２の冷却回路４の内部に設置されている。そのため、排熱回収回路２１を流れる冷却水がコイル部３０ａを流れる過程において、第２の冷却回路４を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。この熱交換により、コイル部３０ａを通過する冷却水（蒸気相の冷却水）は、それよりも温度の低い冷却水によって温度が低下し、凝縮する。このため、排熱回収回路２１のコイル部３０ａよりも下流側では、主として液層の冷却水が流れることとなる。換言すれば、第２の熱交換器３０は、液層の冷却水によって蒸気相の冷却水を凝縮させる蒸発器として機能している。
【００８３】
また、本実施形態において、排熱回収回路２１は、第２の熱交換器３０（コイル部３０ａ）よりも下流側が、第２の冷却回路４の内部に配置されており、その端部が第２の冷却回路４の内部に開放されている。このため、第２の熱交換器２４よりも下流側に設けられている第１のチェックバルブ２５も、第２の冷却回路４の内部に配置された状態となっている。
【００８４】
このように本実施形態において、排熱回収装置２０Ｅにおける排熱回収回路２１は、第２の熱交換器３０（具体的には、排熱回収回路２１の一部をなすコイル部３０ａ）および第１のチェックバルブ２５を含む下流側が、第２の冷却回路４（循環回路）の内部に配置されている。
【００８５】
かかる構成によれば、第１の実施形態と同様の作用・効果を奏するとともに、第２の熱交換器３０による凝縮性能が向上し、これにより、排熱回収装置２０の容量を小さくすることができる。
【００８６】
なお、本実施形態に示す排熱回収回路２１の下流側の構成は、上述した各実施形態に適用することができる。
【００８７】
（第７の実施形態）
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆを模式的に示す構成図である。第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆは、独立して循環する冷却水を用いて、排気ガスの熱をヒータコア１１へと移動させるサイクルを構成する。なお、第１の実施形態と同一の構成については符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。同図において、紙面上方は、車両における鉛直上方と対応し、紙面下方は、車両における鉛直下方と対応する。
【００８８】
排熱回収装置２０Ｆは、リザーバタンク３１と、排熱回収回路３２と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５と、第２のチェックバルブ２８とを主体に構成されている。
【００８９】
リザーバタンク３１は、冷却水を貯留するタンクであり、その上部の一部が大気に開放されている。
【００９０】
排熱回収回路３２は、リザーバタンク３１に接続された閉回路であり、両端部がリザーバタンク３１の下部に接続されている。この排熱回収回路３２によって、リザーバタンク３１に貯留された冷却水は、その閉回路を介して、再度リザーバタンク３１へと循環する循環系が構成される。
【００９１】
第２のサーモスタット（開閉手段）２２は、排熱回収回路３２に設けられている。この第２のサーモスタット２２は、排熱回収回路３２を通過する冷却水の温度に応じてバルブ（図示せず）を開閉することにより、排熱回収回路３２に対する冷却水の流れを許容したり、排熱回収回路３２に対する冷却水の流れを規制したりすることができる。
【００９２】
具体的には、第２のサーモスタット２２は、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合には、バルブを開状態に設定し、一方、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合には、バルブを閉状態に設定する。そのため、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合（Ｔ≦Ｔth2）、リザーバタンク３１の冷却水は、排熱回収回路３２へと流れる。一方、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合には（Ｔ＞Ｔth2）、リザーバタンク３１の冷却水は、排熱回収回路３２に流れない。ここで、第２の温度判定値は、冷却水の低温状態を判定するための値が、実験やシミュレーションを通じ予め設定されており、例えば、第１の実施形態に示す第１の温度判定値Ｔth1と対応して設定される。
【００９３】
第２のチェックバルブ２８は、第２のサーモスタット２２よりも下流側、かつ、第１の熱交換器２３よりも上流側の排熱回収回路３２に設けられている。この第２のチェックバルブ２８は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、第２のサーモスタット２２側から第１の熱交換器２３側へと向かう冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、第１の熱交換器２３側から第２のサーモスタット２２側へと向かう冷却水の流れを規制する逆止弁として機能している。
【００９４】
第１の熱交換器２３は、第２のサーモスタット２２よりも下流側の排熱回収回路３２に設けられており、排熱回収回路３２を流れる冷却水と、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う。本実施形態において、第１の熱交換器２３は、その相対位置が、後述する第２の熱交換器２４より鉛直下方に設けられている。
【００９５】
第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路３２に設けられており、排熱回収回路３２を流れる冷却水（蒸気相の冷却水）と、第２の冷却回路４を流れる冷却水との間で熱交換を行う。
【００９６】
第１のチェックバルブ２５は、排熱回収回路３２において、第２の熱交換器２４よりも下流側に設けられている。この第１のチェックバルブ２５は、順方向への冷却水の流れ、すなわち、第２の熱交換器２４側からリザーバタンク３１側へと向かう冷却水の流れを許容し、逆方向への冷却水の流れ、すなわち、リザーバタンク３１側から第２の熱交換器２４側へと向かう冷却水の流れを規制する逆止弁として機能している。
【００９７】
このような構成の排熱回収装置２０Ｆにおいて、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2以下の場合（Ｔ≦Ｔth2）、リザーバタンク３１の冷却水は、排熱回収回路３２へと流れる。排熱回収回路３２を流れる冷却水は、第１の熱交換器２３を通過する過程において、排気ガスにより温度が上昇し、蒸発する。蒸気相の冷却水は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路３２を流れるとともに、第２の熱交換器２４を通過する過程において、第２の冷却回路４を流れる冷却水により温度が低下し、凝縮する。この際、第２の熱交換器２４において、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、排熱回収回路３２を流れる蒸気相の冷却水により温度が上昇する。凝縮した冷却水は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路３２を流れ、第１のチェックバルブ２５を通過した後に、リザーバタンク３１へと循環する。この排熱回収装置２０Ｆにより、第２の冷却回路４を流れる冷却水は、第２の熱交換器２４を通過することにより温度が上昇し、排気ガスの熱が冷却水に回収される。これにより、排気ガスの熱をヒータコア１１へと移動させるサイクルが構成される。
【００９８】
これに対して、冷却水温度Ｔが第２の温度判定値Ｔth2よりも大きい場合（Ｔ＞Ｔth2）、リザーバタンク３１の冷却水は、排熱回収回路３２へと流れない。そのため、排気ガスの熱をヒータコア１１へ移動させるサイクルも構成されない。
【００９９】
このように本実施形態によれば、排熱回収装置２０Ｆは、エンジン１を冷却する冷媒が循環する循環回路（第２の冷却回路４）と、排熱回収回路３２と、第２のサーモスタット２２と、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４と、第１のチェックバルブ２５とを主体に構成されている。排熱回収回路３２は、冷媒（本実施形態では、冷却水）を貯留するリザーバタンク３１に接続して、このリザーバタンク３１から流れでた冷却水がリザーバタンクへと循環する回路である。第２のサーモスタット２２は、排熱回収回路３２に設けられており、冷却水の温度に応じて回路を開閉する。第１の熱交換器２３は、第２のサーモスタット２２よりも下流側の排熱回収回路３２に設けられて、排熱回収回路３２を流れる冷媒と、エンジン１からの排気ガスとの間で熱交換を行う。第２の熱交換器２４は、第１の熱交換器２３よりも下流側の排熱回収回路３２に設けられており、第１の熱交換器２３を通過した冷却水と、第２の冷却回路４を流れる冷却水との間で熱交換を行う。第１のチェックバルブ２５は、第２の熱交換器２４よりも下流側の排熱回収回路３２に設けられており、リザーバタンク３１側から第２の熱交換器２４側への冷却水の流れを規制する。
【０１００】
かかる構成によれば、冷却水を排熱回収回路３２で循環させて、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４を通過させることにより、排気ガスの熱を第２の冷却回路４を流れる冷却水に回収している。そのため、従来のような流水式の熱交換器と比較して、熱交換器の容量を小さくすることができ、冷却水の熱容量を小さくすることができる。これにより、排熱の回収効率を低下させることなく、熱交換器の容量を少容量化を実現することができる。よって、外気温が低い環境下に長時間おかれた車両のエンジン始動時（コールドスタート時）、冷却水が高い温度に到達するまでの時間を短縮することができる。また、第１の熱交換器２３および第２の熱交換器２４には、排熱回収にともなう位置的な制約がないため、排熱回収回路２１の配管レイアウトの制約を抑制することができる。
【０１０１】
さらに、上述した各実施形態で示すように、排熱回収回路を循環回路から分岐させる構成では、分岐部位２６と合流部位２７との間の圧力差が大きい場合、排熱回収回路に流れ込む冷却水の流量が大きくなり、第１の熱交換器２３において、冷却水が十分に蒸発されない可能性がある。この場合、排熱回路回路の途中に絞り弁等を設置し、流量を調整する必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、エンジン冷却用の循環回路とは独立した排熱回収回路３２を用いているため、このような調整が不要となるという長所がある。
【０１０２】
図１２は、本発明の第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆの変形例である排熱回収装置２０Ｇを模式的に示す構成図である。同図に示す排熱回収装置２０Ｇにおいて、第１の熱交換器２３は、上述した第３の実施形態と同様に、そのレイアウト位置が、第２の熱交換器２４よりも相対的に鉛直上方となっていてもよい。かかる構成であっても、第３の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【０１０３】
図１３は、本発明の第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆの変形例である排熱回収装置２０Ｈを模式的に示す構成図である。同図に示す排熱回収装置２０Ｈにおいて、第１の熱交換器２３を通過した冷却水を凝縮する凝縮器を、第４の実施形態に示す第２の熱交換器２９で構成してもよい。この第２の熱交換器２９は、排熱回収回路３２において第１の熱交換器２３よりも下流側に設けられるとともに、ヒータコア１１の熱を車室内に導く空調風Ｆの流れにおいてヒータコア１１より上流に設けられている。この第２の熱交換器２９は、例えば、コンデンサであり、排熱回収回路３２を流れる冷却水（蒸気相の冷却水）と、空調風Ｆとの間で熱交換を行う。かかる構成であっても、第４の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１の実施形態にかかる排熱回収装置２０を模式的に示す構成図
【図２】第１の熱交換器２３を模式的に示す説明図
【図３】第１の熱交換器２３の別の形態を模式的に示す説明図
【図４】時間経過に応じた冷却水温度の推移を示す実験結果
【図５】第２の実施形態に係る排熱回収装置２０Ａを模式的に示す構成図
【図６】第３の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｂを模式的に示す構成図
【図７】第４の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｃを模式的に示す構成図
【図８】第５の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｄを模式的に示す構成図
【図９】第６の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｅを模式的に示す構成図
【図１０】第6の実施形態に係る第２の熱交換器３０を模式的に示す説明図
【図１１】第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆを模式的に示す構成図
【図１２】第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆの変形例である排熱回収装置２０Ｇを模式的に示す構成図
【図１３】第７の実施形態に係る排熱回収装置２０Ｆの変形例である排熱回収装置２０Ｈを模式的に示す構成図
【符号の説明】
【０１０５】
１      エンジン
２      排気管
３      第１の冷却回路
４      第２の冷却回路
５      ウォーターポンプ
６      ラジエータ
７      バイパス回路
８      第１のサーモスタット
９      圧力キャップ
１０    リザーバタンク
１１    ヒータコア
２０    排熱回収装置
２１    排熱回収回路
２２    第２のサーモスタット
２３    第１の熱交換器
２３ａ  コイル部
２４    第２の熱交換器
２４ａ  コイル部
２５    第１のチェックバルブ
２５    第１の逆止弁
２６    分岐部位
２７    合流部位
２８    第２のチェックバルブ
２９    第２の熱交換器
３０    第２の熱交換器
３０ａ  コイル部
３１    リザーバタンク
３２    排熱回収回路
【図１】
2009041473.tif 000003
【図２】
2009041473.tif 000004
【図３】
2009041473.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009041473.tif 000007
【図６】
2009041473.tif 000008
【図７】
2009041473.tif 000009
【図８】
2009041473.tif 000010
【図９】
2009041473.tif 000011
【図１０】
2009041473.tif 000012
【図１１】
2009041473.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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