JP2007333293A - ループ式ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な手段を採用するだけで性能の向上を図ることのできるループ式ヒートパイプを提供する。
【解決手段】 水タンク１３の冷媒下流タンク２５側に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３の冷媒上流タンク２４側に冷却水排出パイプ２２を設けて、冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて冷却水を流すことにより、凝縮器１５で液化した液冷媒は、未加熱あるいは加熱初期の温度の低い冷却水により冷却され、蒸発器１４へ戻される液冷媒を過冷却できる。これによって、蒸発器１４に戻される液冷媒と、蒸発器１４で蒸発した蒸発冷媒との温度差を大きくすることができ、熱回収効率（ポンプ効率）を高めることができる。さらに、凝縮器１５における冷媒の流れ方向と冷却水の流れ方向を対向流としたことで、水タンク１３から流出する冷却水の温度を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱流体の熱によって冷媒を蒸発させ、その蒸発冷媒を被加熱流体で冷却して蒸発冷媒が凝縮する際の凝縮潜熱にて被加熱流体を加熱するループ式ヒートパイプに関し、例えば排熱回収装置等に用いて好適な技術に関する。

ループ式ヒートパイプの一例として、例えば特許文献１に開示したものが知られている。特許文献１は、冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、および冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器を備えるループ式ヒートパイプの運転を、凝縮器で凝縮した液冷媒を蒸発器に戻す通路の開閉を行う開閉弁（運転停止手段の一例）により制御するものである。このループ式ヒートパイプは、開閉弁の上流側（凝縮器側）に液冷媒を貯溜可能な液冷媒貯溜部を備えるものであり、特許文献１における液冷媒貯溜部は、開閉弁とともに凝縮器の外部に設けられている。
凝縮器は、被加熱流体が流れる水タンク内に配置されて、凝縮器に導かれた蒸発冷媒と水タンク内を流れる被加熱流体との熱交換を行い、蒸発冷媒が凝縮する際の凝縮潜熱にて被加熱流体を加熱する。
特開平４−４５３９３号公報

この種のループ式ヒートパイプでは、常に被加熱流体の加熱性能の向上が望まれる。
本発明は、簡単な手段を採用するだけで従来より性能を向上させることのできるループ式ヒートパイプを提供することを目的としている。

［請求項１の手段］
従来のループ式ヒートパイプでは、被加熱流体の流れ方向は何ら考えられておらず、配管の取り回しの容易さなど、成り行きで被加熱流体を流していた。
これに対し、請求項１の手段を採用するループ式ヒートパイプは、方向限定手段（２１、２２）によって冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流すように限定する。請求項１のループ式ヒートパイプは、この限定を採用することにより、次の作用および効果を得ることができる。

（第１の作用および効果）
方向限定手段（２１、２２）によって冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流すことにより、冷媒の液化凝縮側では、未加熱あるいは加熱初期の温度の低い被加熱流体により、凝縮した液冷媒を冷却する。
これにより、液冷媒を低い温度まで冷却することができる。即ち、液冷媒を過冷却化（スーパークール化）できる。このように、液冷媒を過冷却することにより、蒸発器（１４）へ戻される液冷媒の温度が低くなる。これによって、蒸発器（１４）に戻される液冷媒側（未加熱側）と、蒸発器（１４）で蒸発した蒸発冷媒側（加熱後側）との温度差を大きくすることができ、蒸発器（１４）において冷媒の吸熱量を大きくできる。
このように、蒸発器（１４）において冷媒の吸熱量を大きくできることにより、ループ式ヒートパイプの熱回収効率（ポンプ効率）を高めることができる。

（第２の作用および効果）
凝縮器（１５）に導かれた蒸発冷媒は、凝縮器（１５）に導かれた直後は熱く、凝縮が進むにつれて温度が低下する。即ち、冷媒の未凝縮側が熱く、冷媒の液化凝縮側に向かうにつれて温度が低下する。
方向限定手段（２１、２２）によって冷媒温度の低い液化凝縮側から、冷媒温度の高い未凝縮側へ被加熱流体を流すことにより、冷媒温度の低い液化凝縮側で加熱されて温度上昇した被加熱流体を、さらに冷媒温度の高い未凝縮側で加熱することができ、結果的に凝縮器（１５）で加熱された後の被加熱流体の温度を高めることができる。

（効果のまとめ）
請求項１の手段を採用するループ式ヒートパイプは、上記「第１の作用および効果」で示したループ式ヒートパイプのポンプ効率を高める効果と、上記「第２の作用および効果」で示した被加熱流体の温度を高める効果とを得ることができる。
即ち、方向限定手段（２１、２２）によって被加熱流体の流れ方向を限定するという簡単な手段を採用するだけで、従来では想到できなかった上記２つの優れた効果を得ることができ、上記２つの優れた効果によりループ式ヒートパイプの性能を向上させることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用するループ式ヒートパイプは、凝縮した液冷媒を貯溜可能な液冷媒貯溜部（２９）を備え、方向限定手段（２１、２２）は、液冷媒貯溜部（２９）側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流す。
これにより、凝縮器（１５）で液化した液冷媒を、未加熱あるいは加熱初期の温度の低い被加熱流体によって冷却することができ、蒸発器（１４）に戻される液冷媒を過冷却することができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用するループ式ヒートパイプにおける液冷媒貯溜部（２９）は、凝縮器（１５）の一部である。
即ち、液冷媒貯溜部（２９）は、凝縮器（１５）において液冷媒が貯溜可能な部分である。これにより、凝縮器（１５）において液冷媒が貯溜する側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流すことにより、蒸発器（１４）に戻される液冷媒を過冷却することができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用するループ式ヒートパイプは、蒸発器（１４）による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を備え、この運転停止手段は、凝縮器（１５）で凝縮した液冷媒を蒸発器（１４）に戻す通路を閉塞する開閉弁（１６）である。
開閉弁（１６）により液冷媒を蒸発器（１４）に戻す通路を閉塞することにより、蒸発器（１４）で蒸発する冷媒がなくなり（あるいは減少し）、その結果蒸発器（１４）での冷媒の蒸発が停止して、ループ式ヒートパイプの運転が停止する。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用するループ式ヒートパイプは、蒸発器（１４）による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を備え、この運転停止手段は、蒸発器（１４）へ導かれる加熱流体の供給量を抑制する加熱流体抑制手段である。
加熱流体抑制手段により蒸発器（１４）へ導かれる加熱流体の供給量を抑制することで、蒸発器（１４）における冷媒の蒸発が停止し（あるいは減少し）、その結果ループ式ヒートパイプの運転が停止する。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用するループ式ヒートパイプは、自動車の排熱回収を行う排熱回収装置（７）に適用され、熱源流体は、燃料の燃焼により出力を発生するエンジン（１）の排気ガスであり、被加熱流体は、エンジン（１）の冷却水である。
これにより、排熱回収装置（７）の性能を、ループ式ヒートパイプのポンプ効率を高める効果と、冷却水の加熱効率を高める効果とで、高めることができる。

ループ式ヒートパイプは、例えば自動車の排熱を回収する排熱回収装置（７）に搭載される。この排熱回収装置（７）は、蒸発器（１４）と凝縮器（１５）を用いたループ式のヒートパイプによって、エンジン（１）の排気ガスの熱によりエンジン（１）の冷却水を加熱するものであり、冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流す方向限定手段（２１、２２）を備える。
冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流すことにより、ループ式ヒートパイプのポンプ効率を高める効果と、冷却水の加熱効率を高める効果とを得ることができ、その結果、排熱回収装置（７）の性能を向上させることができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施例との対応関係を示すものである。

本発明を排熱回収装置に適用した実施例１を、図１、図２を参照して説明する。
なお、この実施例１では、先ず「熱回収装置の基本構成」を説明し、その後で「実施例１の特徴」を説明する。

〔熱回収装置の基本構成〕
車両に搭載される水冷式のエンジン（内燃機関）１は、燃料の燃焼により車両走行用の回転出力を発生するものであり、エンジン１の発熱を抑える冷却水回路と、燃料を燃焼させた後の排気ガスを大気中に放出する排気管２とを備える。
冷却水回路には、ラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５が設けられている。
排気管２には、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータ６および排熱回収装置７が設けられている。

（冷却水回路の説明）
ラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５を説明する。
ラジエータ回路３は、ウォータポンプ８により循環される冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ９を備える。また、ラジエータ回路３には、ラジエータ９を迂回して冷却水を流すラジエータバイパス１０が設けられている。さらに、ラジエータ回路３には、サーモスタット１１が設けられている。
このサーモスタット１１は、ラジエータ９を通過する冷却水量と、ラジエータバイパス１０を通過する冷却水量との割合を調整して、冷却水の温度を所定の温度範囲（例えば８０℃〜１００℃）に保つものであり、例えば暖機時など冷却水温度が低い状態においてラジエータバイパス１０側の冷却水量を増加させて、暖機を促進するようになっている。

ヒータ回路４は、ラジエータ回路３のエンジン出口部とは異なる部位から冷却水が流出して、排熱回収回路５の下流側に合流する回路となっている。ヒータ回路４の途中には、ヒータコア１２が設けられている。ヒータコア１２は、車室内空調用のダクト内に配置されて、ダクト内を流れる空気と冷却水とを熱交換し、車室内に吹き出される空気を加熱するようになっている。

排熱回収回路５は、ラジエータ回路３のエンジン出口部から分岐して、ウォータポンプ８に接続される冷却水回路であり、ウォータポンプ８の作動により冷却水が循環するようになっている。排熱回収回路５の途中には、排熱回収装置７における水タンク１３が接続されている。

（排熱回収装置７の説明）
排熱回収装置７は、冷媒の蒸発と凝縮によって熱の運搬を行うループ式ヒートパイプを用いて、触媒コンバーダ６を通過した後の排気ガスの熱で、排熱回収回路５を流れる冷却水を加熱するものであり、ループ式ヒートパイプを成す蒸発器１４および水タンク１３内に収容される凝縮器１５を一体的に設け、内圧に応じてループ式ヒートパイプの作動を制御する差圧弁１６を組付けたものである。
ここで、蒸発器１４と、水タンク１３内に収容される凝縮器１５は、耐腐食性を備える部材（ステンレス等）をろう付け等の接合技術で一体化したものであり、接合後に差圧弁１６が排熱回収装置７に組付けられる。

排熱回収装置７には、図示しない封入部が設けられている。この封入部は、排熱回収装置７内を真空引き（減圧）し、冷媒を封入した後に封止したものである。
この実施例では、冷媒の一例として水を使用している。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、排熱回収装置７内が減圧（例えば、０．０１気圧）されて、沸点が５℃〜１０℃にされている。なお、冷媒として、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。

蒸発器１４は、排気管２を通過する排気ガスと、内部の水との熱交換を行う熱交換器（例えば、積層型の熱交換器、ヘッダ型の熱交換器、ドロンカップ型の熱交換器）であり、熱交換部１７、下タンク１８および上タンク１９を備える。
熱交換部１７は、例えば直線状に伸びるチューブ１７ａとフィン１７ｂとを交互に積層した構造を採用するものであり、車両にはチューブ１７ａの長手方向を天地方向に向けて搭載される。なお、冷媒の蒸発能力が下がるものの排気効率を高める目的や、耐久性を高める目的でフィン１７ｂを無くしたものであっても良い。
下タンク１８は、熱交換部１７の下部（車両搭載時における下側）に設けられて、差圧弁１６を介して供給される凝縮水を各チューブ１７ａに分配するものである。
上タンク１９は、熱交換部１７の上部（車両搭載時における上側）に設けられて、各チューブ１７ａ内を上昇した蒸発冷媒を収集して凝縮器１５に導くものである。

凝縮器１５は、冷却水が流れる水タンク１３の内部に配置されるものである。
水タンク１３は、蒸発器１４との間を冷却水が流れる容器であり、例えば蒸発器１４の側面に接合される水タンクプレートと、凝縮器１５を収容する水タンクカップとを接合した構造を採用している。この水タンク１３には、冷却水を水タンク１３内に導く冷却水導入パイプ２１と、水タンク１３内を通過した冷却水を排出する冷却水排出パイプ２２とが接合されている。
なお、水タンク１３における冷却水の流れ方向については後述する。

凝縮器１５は、蒸発器１４から供給される蒸発冷媒と、水タンク１３内を流れる冷却水の熱交換を行う熱交換器（例えば、積層型の熱交換器、ヘッダ型の熱交換器、ドロンカップ型の熱交換器）であり、この実施例１の凝縮器１５は、蒸発器１４の側面（車両搭載時の水平方向の隣部）に設けられている。
凝縮器１５は、熱交換部２３、冷媒上流タンク２４および冷媒下流タンク２５を備える。

熱交換部２３は、例えば直線状に伸びるチューブ２３ａを所定の間隙（冷却水が通過する間隙）を隔てて積層したものであり、車両搭載時にはチューブ２３ａの長手方向が天地方向に向けられる。なお、冷却水の加熱効率を高める目的でチューブ２３ａの表面にはフィン２３ｂ（符号、図４参照）や凹凸等が設けられている。
冷媒上流タンク２４は、熱交換部２３の上部（車両搭載時における上側）に設けられて、蒸発器１４の上タンク１９から供給される蒸発冷媒を各チューブ２３ａに分配するものである。
冷媒下流タンク２５は、熱交換部２３の下部（車両搭載時における下側）に設けられて、各チューブ２３ａ内で液化凝縮した凝縮水を収集して差圧弁１６に導くものである。

（運転停止手段の説明）
排熱回収装置７は、蒸発器１４による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を備える。
この実施例１に示す運転停止手段は、凝縮器１５で凝縮した液冷媒を蒸発器１４に戻す通路を開閉する差圧弁１６（開閉弁の一例）である。
差圧弁１６は、排熱回収装置７の内圧が上昇した際に、蒸発器１４の下タンク１８と凝縮器１５の冷媒下流タンク２５の連通を遮断して排熱回収装置７の昇圧破損を防ぎ、排熱回収装置７の内圧が低下すると蒸発器１４の下タンク１８と凝縮器１５の冷媒下流タンク２５とを連通させて排熱回収を再開させるものである。

差圧弁１６は、排熱回収装置７の内圧と、大気圧との差圧に基づいて、凝縮器１５における冷媒下流タンク２５と、蒸発器１４における下タンク１８との連通、あるいは遮断を行う開閉弁であり、大気圧が一定と仮定すると、（１）排熱回収装置７の内圧が所定の閉弁圧Ｐｃに達すると、蒸発器１４の下タンク１８と凝縮器１５の冷媒下流タンク２５の連通を遮断し、（２）排熱回収装置７の内圧が所定の開弁圧Ｐｏ（閉弁圧Ｐｃより低い値）に低下すると、蒸発器１４の下タンク１８と凝縮器１５の冷媒下流タンク２５とを連通させる。

差圧弁１６の一例を具体的に説明する。
差圧弁１６は、ハウジング２６、弁体２７、ダイアフラム２８およびリターンスプリング（図示しない）を備える。
ハウジング２６は、冷媒下流タンク２５の内部に主要部が挿入される略筒状の固定部材であり、内部において弁体２７を軸方向に移動可能に支持する。
ハウジング２６の内部空間２６ａは、内外を連通するサイドポート２６ｂによって、冷媒下流タンク２５内と連通しており、冷媒下流タンク２５の液冷媒がサイドポート２６ｂを介して流入する。
また、ハウジング２６の内部空間２６ａは、弁体２７によって開閉される弁開口２６ｃを介して蒸発器１４の下タンク１８内と連通しており、弁開口２６ｃが開かれることで、内部空間２６ａの液冷媒が下タンク１８に戻される。

弁体２７は、ハウジング２６内において軸方向に変位可能に支持されるものであり、弁体２７の軸方向の変位に伴って弁開口２６ｃを開閉する弁傘２７ａを備える。
ダイアフラム２８は、内圧と大気圧との圧力差によって弁体２７を軸方向へ変位させるとともに、ダイアフラム２８の反転動作によってヒステリシスを作り出して差圧弁１６のハンチングを防ぐものである。
リターンスプリングは、大気側から弁体２７を開弁方向へ付勢するバネ部材であり、リターンスプリングの付勢力を調整することで、ダイアフラム２８が開弁方向へ反転する開弁圧Ｐｏおよびダイアフラム２８が閉弁方向へ反転する閉弁圧Ｐｃを調整できる。

閉弁圧Ｐｃの具体的な一例を示すと、閉弁圧Ｐｃは、冷却水の温度が暖機が完了する直前の温度（例えば７０℃）で、エンジン１の運転負荷が中負荷の時（ハーフスロットル）の排熱回収装置７の内圧に設定されている。
開弁圧Ｐｏの具体的な一例を示すと、開弁圧Ｐｏは、冷却水の温度が暖機が完了する直前の温度（例えば７０℃）で、エンジン１がアイドリング時（無負荷運転時）の排熱回収装置７の内圧に設定されている。

（排熱回収装置７の作動説明）
エンジン１が始動すると、それに伴いウォータポンプ８が作動し、冷却水がラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５を循環する。一方、エンジン１の燃焼に伴い生成された排気ガスは、排気管２を流れ、触媒コンバータ６および排熱回収装置７の蒸発器１４を経て大気中に放出される。

排気ガスが蒸発器１４を通過する際に、蒸発器１４内の水を加熱する。蒸発器１４内の水は、排気ガスから受熱して沸騰気化し、蒸発冷媒となってチューブ１７ａを上昇し、上タンク１９で収集されて、凝縮器１５の冷媒上流タンク２４内に導かれる。凝縮器１５に導かれた蒸発冷媒は、水タンク１３内を流れる冷却水により冷却されて凝縮水となる。
ここで、始動直後において、排熱回収装置７の内圧が閉弁圧Ｐｃに達していない場合、差圧弁１６が開いているため、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水は差圧弁１６を介して蒸発器１４の下タンク１８内に戻され、上記の排熱回収サイクルを繰り返す。

排気ガスの熱は、蒸発器１４内の水に伝達されて、蒸発冷媒となって凝縮器１５へ輸送され、凝縮器１５で蒸発冷媒が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、排熱回収回路５を流れる冷却水を積極的に加熱する。なお、排気ガスの熱の一部は、蒸発器１４および凝縮器１５を構成する部材を熱伝導して排熱回収回路５を流れる冷却水を加熱する。
この結果、エンジン１の暖機が促進されることになり、エンジン１のフリクション低減がなされるとともに、エンジン暖機促進のための燃料増量期間（オートチョークの作動期間）の短縮等が図られて燃費性能が向上する。

エンジン１の始動後、エンジン負荷が増加するなどして排気ガスの温度が上昇すると、蒸発器１４における水の加熱が増すため、蒸発器１４で発生する蒸発冷媒量が増えて排熱回収装置７内の内圧が上昇する。
排熱回収装置７の内圧が閉弁圧Ｐｃに達すると、差圧弁１６が閉じ、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水は蒸発器１４に戻らなくなる。すると、蒸発器１４では水が補充されなくなるため、蒸発が減少して排熱回収サイクルが停止する。一方、凝縮器１５では蒸発冷媒の凝縮が進むため、排熱回収装置７の内圧が低下する。

排熱回収装置７の内圧が開弁圧Ｐｏまで低下すると、差圧弁１６が再び開き、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水が差圧弁１６を介して蒸発器１４の下タンク１８内に戻され、再び蒸発器１４内で水が蒸発を開始して、排熱回収サイクルが再開される。

〔実施例１の特徴〕
排熱回収装置７には、エンジン始動後の暖機期間の短縮を図る目的で、排熱回収装置７による冷却水の加熱性能の向上が望まれる。
そこで、この実施例１の排熱回収装置７は、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側）から冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側）へ向けて冷却水を流す方向限定手段を採用している。
具体的な方向限定手段は、冷却水を水タンク１３内に導く冷却水導入パイプ２１を凝縮器１５における冷媒流れ方向の最下流側に設け、水タンク１３内を通過した冷却水を排出する冷却水排出パイプ２２を凝縮器１５における冷媒流れ方向の最上流側に設けるものである。即ち、この実施例１では、水タンク１３の下部に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３の上部に冷却水排出パイプ２２を設けるものである。

（第１の作用および効果）
水タンク１３の下部に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３の上部に冷却水排出パイプ２２を設けて、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側：下部）から冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側：上部）へ向けて冷却水を流すことにより、凝縮器１５で液化した液冷媒は、未加熱あるいは加熱初期の温度の低い冷却水により冷却される。
これにより、液冷媒を低い温度まで冷却することができる。即ち、液冷媒を過冷却化（スーパークール化）できる。液冷媒を過冷却することにより、蒸発器１４へ戻される液冷媒の温度が低くなる。これによって、蒸発器１４に戻される液冷媒と、蒸発器１４で蒸発した蒸発冷媒との温度差を大きくすることができ、蒸発器１４において排気ガスから得る熱量を大きくできる。
このように、蒸発器１４において排気ガスから得る熱量を大きくできることにより、排熱回収装置７における熱回収効率（ポンプ効率）を高めることができる。

（第２の作用および効果）
凝縮器１５に導かれた蒸発冷媒は、凝縮器１５に導かれた直後は熱く、凝縮が進むにつれて温度が低下する。即ち、冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側：上部）が熱く、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側：下部）に向かうにつれて温度が低下する。
排熱回収装置７は、上述したように、水タンク１３の下部に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３の上部に冷却水排出パイプ２２を設けて、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側：下部）から冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側：上部）へ向けて冷却水を流す。これにより、冷媒温度の低い液化凝縮側で加熱されて温度上昇した冷却水を、さらに冷媒温度の高い未凝縮側で加熱することができ、結果的に水タンク１３を通過した冷却水（凝縮器１５で加熱された冷却水）の温度を高めることができる。

（第３の作用および効果）
排熱回収装置７は、上述したように、夏場のエンジン高負荷時等にオーバーヒートを回避する目的、および排熱回収装置７の内圧上昇による破損を回避する目的で、差圧弁１６が閉じる。このため、差圧弁１６は凝縮器１５の最下部に配置され、凝縮器１５の冷媒下流側で、且つ差圧弁１６（具体的には弁開口２６ｃ）の冷媒上流側には、凝縮した液冷媒を貯溜可能な液冷媒貯溜部２９が形成される。
そして、差圧弁１６が閉じた状態では、液冷媒貯溜部２９に多くの液冷媒が貯溜される。
一方、差圧弁１６が開いた状態では、液冷媒貯溜部２９の液高（凝縮器１５における液冷媒の液面位置）と、蒸発器１４の液高（蒸発器１４における液冷媒の液面位置）との液面差により、凝縮器１５の液冷媒が蒸発器１４に戻される。このため、凝縮器１５の冷媒下流側で、且つ差圧弁１６（具体的には弁開口２６ｃ）の冷媒上流側には、差圧弁１６が開いた状態であっても、凝縮した液冷媒が貯溜する液冷媒貯溜部２９が形成される。

即ち、実施例１の排熱回収装置７は、凝縮器１５の下部に凝縮した液冷媒を貯溜可能な液冷媒貯溜部２９を備えるものであり、方向限定手段（水タンク１３の下部に冷却水導入パイプ２１を設ける構造）によって、液冷媒貯溜部２９側から冷媒の未凝縮側へ向けて冷却水を流すようになっている。
これにより、凝縮器１５で液化した液冷媒を、未加熱あるいは加熱初期の温度の低い冷却水によって冷却することができ、蒸発器１４に戻される液冷媒を確実に低い温度に冷却できる。

実施例２を図３を参照して説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記の実施例１の排熱回収装置７は、凝縮器１５のチューブ２３ａを縦方向に配置して、自重により凝縮器１５の下部へ液冷媒が導かれる例を示した。
これに対し、この実施例２の排熱回収装置７は、凝縮器１５のチューブ２３ａを横方向に配置するものである。

具体的に、実施例２の排熱回収装置７は、凝縮器１５が蒸発器１４の上部（車両搭載時の天方向の隣部）に設けられ、凝縮器１５のチューブ２３ａが横方向（車両搭載時の水平方向）に延びて配置されるものである。
凝縮器１５の冷媒上流タンク２４は、蒸発器１４の上タンク１９と直接的に連通している。
凝縮器１５の冷媒下流タンク２５の内部には、実施例１と同様、差圧弁１６が配置されている。

差圧弁１６の出口と蒸発器１４の下タンク１８とは、液冷媒戻し通路３１を介して接続されている。なお、液冷媒戻し通路３１を蒸発器１４の外部ではなく、蒸発器１４内の一部のチューブ１７ａを用いて構成する場合は、液冷媒戻し通路３１となるチューブ１７ａは断熱構造を採用し、戻される液冷媒を蒸発させないようにする必要がある。
凝縮器１５のチューブ２３ａは、略水平方向に延びて車両に搭載されるが、冷媒上流タンク２４に供給される蒸発冷媒の圧力によってチューブ２３ａ内の冷媒は冷媒下流タンク２５に流れ、凝縮した液化冷媒が冷媒下流タンク２５に収集される。

このように、凝縮器１５のチューブ２３ａを横方向に配置しても、凝縮器１５の冷媒下流側（冷媒下流タンク２５側）に蒸発器１４へ戻される液冷媒が集められる。そこで、方向限定手段を採用し、水タンク１３における冷媒下流タンク２５側（図３中、右側）に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３における冷媒上流タンク２４側（図３中、左側）に冷却水排出パイプ２２を設けて、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側）から冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側）へ向けて冷却水を流すことにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

実施例３を図４を参照して説明する。
上記実施例１、２の排熱回収装置７は、運転停止手段の一例として、凝縮器１５で凝縮した液冷媒を蒸発器１４に戻す通路を開閉する差圧弁１６（開閉弁の一例）を用いる例を示した。
これに対し、この実施例３の排熱回収装置７は、図４に示すように、実施例１、２で示した差圧弁１６を用いないものであり、代わりに蒸発器１４へ導かれる排気ガスの供給量（通過量）を抑制する加熱流体抑制手段によって蒸発器１４による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を採用している。

具体的に、加熱流体抑制手段は、排気通路に設けた排気ガスの切換手段（図示しない）であり、蒸発器１４を通過する排気ガスの量をコントロールすることで、蒸発器１４による冷媒の蒸発をコントロールするものである。
このように、実施例１、２で示した差圧弁１６を廃止しても、凝縮器１５の下流側には蒸発器１４へ戻される液冷媒が集められる。そこで、方向限定手段を採用し、水タンク１３の冷媒下流タンク２５側（図４中、下側）に冷却水導入パイプ２１を設け、水タンク１３の冷媒上流タンク２４側（図４中、上側）に冷却水排出パイプ２２を設けて、冷媒の液化凝縮側（冷媒下流タンク２５側）から冷媒の未凝縮側（冷媒上流タンク２４側）へ向けて冷却水を流すことにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、図４では、蒸発器１４および凝縮器１５をドロンカップ型の熱交換器で設ける例を示しているが、積層型の熱交換器、ヘッダ型の熱交換器など、他の形式の熱交換器を用いても良いことは言うまでもない。
また、図４では、上タンク１９と冷媒上流タンク２４とを蒸発冷媒送り通路３２で結び、下タンク１８と冷媒下流タンク２５とを液冷媒戻し通路３１で結ぶ例を示すが、上タンク１９と冷媒上流タンク２４とを直接接続し、下タンク１８と冷媒下流タンク２５とを直接接続する構造であっても良い。
さらに、下タンク１８と冷媒下流タンク２５とを接続する通路に絞り等を設けても良い。

〔変形例〕
上記の実施例１、２では、開閉弁の一例として差圧弁１６を用いる例を示したが、冷却水の温度により開閉するサーモバルブ、運転状態（検出値、予測値）に基づいて制御装置（ＥＣＵ）により開閉操作される電動バルブ（例えば、電磁弁）などを用いても良い。
上記の実施例では、凝縮器１５の内部（具体的には冷媒下流タンク２５内）に開閉弁（実施例中では差圧弁１６）を配置する例を示したが、凝縮器１５の下方に開閉弁を配置しても良い。その場合、開閉弁が液冷媒貯溜部２９の一部を構成するため、方向限定手段は開閉弁→凝縮器１５の冷媒下流タンク２５側の順に被加熱流体（実施例中では冷却水）を流すものである。

上記の実施例では熱源流体として排気ガスを用いる例を示したが、バッテリの排熱、インバータ等の排熱、インタークーラの排熱など、他の排熱を熱源流体として用いても良い。
上記の実施例では、車両に搭載されるループ式ヒートパイプに本発明を適用する例を示したが、固定設備として用いられるループ式ヒートパイプに本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、被加熱流体の一例として冷却水を例に示したが、暖房装置における暖房用熱媒体など、他の流体であっても良い。

排熱回収装置の概略図である（実施例１）。 排熱回収装置にかかる車両構成図である（実施例１）。 排熱回収装置の概略図である（実施例２）。 排熱回収装置の概略図である（実施例３）。

符号の説明

１ エンジン
７ 排熱回収装置（ループ式ヒートパイプ）
１３ 水タンク
１４ 蒸発器
１５ 凝縮器
１６ 差圧弁（開閉弁、運転停止手段）
２１ 冷却水導入パイプ（方向限定手段）
２２ 冷却水排出パイプ（方向限定手段）
２９ 液冷媒貯溜部

Claims (6)

1. 熱源流体と熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
   被加熱流体と熱交換して蒸発冷媒を液化凝縮させる凝縮器（１５）と、
   冷媒の液化凝縮側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流す方向限定手段（２１、２２）と、
   を備えるループ式ヒートパイプ。
2. 請求項１に記載のループ式ヒートパイプにおいて、
   このループ式ヒートパイプは、凝縮した液冷媒を貯溜可能な液冷媒貯溜部（２９）を備え、
   前記方向限定手段（２１、２２）は、前記液冷媒貯溜部（２９）側から冷媒の未凝縮側へ向けて被加熱流体を流すことを特徴とするループ式ヒートパイプ。
3. 請求項２に記載のループ式ヒートパイプにおいて、
   前記液冷媒貯溜部（２９）は、前記凝縮器（１５）の一部であることを特徴とするループ式ヒートパイプ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のループ式ヒートパイプにおいて、
   このループ式ヒートパイプは、前記蒸発器（１４）による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を備え、
   この運転停止手段は、前記凝縮器（１５）で凝縮した液冷媒を前記蒸発器（１４）に戻す通路を閉塞する開閉弁（１６）であることを特徴とするループ式ヒートパイプ。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のループ式ヒートパイプにおいて、
   このループ式ヒートパイプは、前記蒸発器（１４）による冷媒の蒸発を停止する運転停止手段を備え、
   この運転停止手段は、前記蒸発器（１４）へ導かれる加熱流体の供給量を抑制する加熱流体抑制手段であることを特徴とするループ式ヒートパイプ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のループ式ヒートパイプにおいて、
   このループ式ヒートパイプは、自動車の排熱回収を行う排熱回収装置（７）に適用され、
   熱源流体は、燃料の燃焼により出力を発生するエンジン（１）の排気ガスであり、
   被加熱流体は、前記エンジン（１）の冷却水であることを特徴とするループ式ヒートパイプ。
   

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