JP4450056B2

JP4450056B2 - 排気熱回収器

Info

Publication number: JP4450056B2
Application number: JP2007301577A
Authority: JP
Inventors: 知樹馬渕; 昌夫戸井; 宏之土岐
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: EP2220452B1; ATE505701T1; US20100282445A1; EP2220452A2; DE602008006264D1; WO2009066177A3; CN101868687A; CN101868687B; RU2438084C1; JP2009127903A; WO2009066177A2

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる排気熱回収器に関する。

従来より、ヒートパイプの原理を利用して車両のエンジンから排出された排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用する技術が知られている。

また、ヒートパイプの原理を利用した熱交換器として、ループ型ヒートパイプ式熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、閉ループを形成する密閉された循環経路と、循環経路内に封入され、蒸発および凝縮可能な作動流体と、循環経路に配設され、外部からの入熱により作動流体を蒸発させる蒸発部と、循環経路の蒸発部より高い位置に配設され、蒸発部で蒸発した作動流体と外部からの被伝熱流体との間で熱交換を行う凝縮部とを有するものである。
特開平４−４５３９３号公報

ところで、排気熱回収器は、車両に搭載されるため、体格をコンパクトにまとめたいという要求がある。このため、ループ型ヒートパイプ式熱交換器を排気熱回収器として用いる場合、図５に示すように、排気ガスの熱により作動流体を加熱する加熱部ａと、この加熱部ａにより加熱された作動流体を上記排気ガスの熱により蒸発させる蒸発部ｂとを有する複数のヒートパイプｃ，ｃ，…を水平方向に並列に配置し、各ヒートパイプｃの鉛直方向両端部同士をそれぞれ連通させるヘッダｄ１，ｄ２（連通部）を持つような構成とするのが望ましい。この場合、各ヒートパイプｃの蒸発部ｂ側（図５では上側）のヘッダｄ２は、蒸発した作動流体が暖機促進対象との熱交換に供されるように凝縮部に連結されている一方、各ヒートパイプｃの加熱部ａ側（図５では下側）のヘッダｄ１は、暖機促進対象との熱交換により凝縮された作動流体が戻されるように凝縮部に連結されている。

しかしながら、このように構成された排気熱回収器においても、以下に述べるような課題を有している。すなわち、ヒートパイプｃは、その加熱部ａ側および蒸発部ｂ側が同一形状、つまり加熱部側ヒートパイプ部分ｃ１および蒸発部側ヒートパイプ部分ｃ２が互いに対をなして同一形状に形成されているため、加熱部側ヒートパイプ部分ｃ１で加熱された作動流体が蒸発部側ヒートパイプ部分ｃ２で蒸発する際に気相となって体積膨張すると、その体積膨張に伴って作動流体の圧力が増し、蒸発部側ヒートパイプ部分ｃ２の内部を速い流速で通過して凝縮部に送出されることになる。このため、蒸発部側ヒートパイプ部分ｃ２において蒸発する気相の作動流体が排気ガスの熱に晒されているにも係わらず排気ガスの熱が気相の作動流体に作用し難く、蒸発部側ヒートパイプ部分ｃ２において気相の作動流体を排気ガスの熱によって再度加熱することができない。その結果、特に暖機促進が要求される冷間始動時などには、凝縮部の冷えた周囲壁などに気相の作動流体が触れることよって作動流体の熱が直ぐに奪われてしまい、暖機促進対象との間での熱交換が効率よく行えない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸発した気相の作動流体を排気ガスの熱によって再度十分に加熱し、冷間始動時などに暖機促進対象との熱交換を効率よく行うことができる排気熱回収器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、排気熱回収器として、内部の液相の作動流体を加熱して蒸発させる、排気管内に設けられたヒートパイプと、前記ヒートパイプ内で蒸発した気相の作動流体を熱交換対象の流体との間で熱交換を行わせて液相の作動流体に凝縮する凝縮部と、前記凝縮部内で凝縮した液相の作動流体が導入され、前記ヒートパイプの上流端に接続された導入部と、を備えるものを前提とし、上記ヒートパイプは、複数の上流側ヒートパイプ部分と、複数の下流側ヒートパイプ部分とを有し、更に、前記複数の上流側ヒートパイプ部分と前記複数の下流側ヒートパイプ部分との間に接続され、前記複数の上流側ヒートパイプ部分で加熱された作動流体を合流させる合流部を有する。

この特定事項により、ヒートパイプは、その上流側における複数の上流側ヒートパイプ部分によりそれぞれ加熱された作動流体を合流させる合流部を備え、各上流側ヒートパイプ部分の内部を流通した作動流体の流通速度を合流部において遅延させている。これは、各上流側ヒートパイプ部分で加熱された作動流体を合流部において合流させることで、各上流側ヒートパイプ部分から合流した作動流体が合流部において滞留して流通速度が遅延するからである。これにより、合流部において流通速度が遅延した作動流体に排気ガスの熱が作用し易くなり、合流部において蒸発した気相の作動流体が排気ガスの熱によって再度十分に加熱されて十分な熱量が確保されることになる。その結果、特に暖機促進が要求される冷間始動時などに、凝縮部の冷えた周囲壁などに触れることよって気相の作動流体の熱が直ちに奪われてしまうことが回避され、暖機促進対象との熱交換を効率よく行うことが可能となる。

上記合流部の流路断面積を上記複数の上流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きく設定している場合には、各上流側ヒートパイプ部分から広い合流部に合流した作動流体は合流部において滞留して排気ガスの熱が確実に作用することになる。これにより、合流部で蒸発した気相の作動流体が排気ガスの熱によって再度十分に加熱されて十分な熱量が確保されることになる。

また、上記合流部の流路断面積を、上記複数の下流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きく設定している場合には、各上流側ヒートパイプ部分から合流部に合流した作動流体が流路断面積の小さな下流側ヒートパイプ部分に速やかに導かれ難いものとなる。このため、各上流側ヒートパイプ部分から合流した作動流体の流通速度が合流部において一旦低下し、この合流部で流通速度が低下した作動流体に対し排気ガスの熱が確実に作用することになる。これにより、合流部で蒸発した気相の作動流体が排気ガスの熱によって再度十分に加熱されて十分な熱量が確保されることになる。

また、上記複数の上流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和を、上記複数の下流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きく設定されている場合には、、各上流側ヒートパイプ部分での液相の作動流体に対し大きな流路断面積によって排気ガスの熱が積極的かつ効果的に作用することになり、各上流側ヒートパイプ部分での液相の作動流体を効率よく加熱することができる。

更に、上記合流部を上記排気管の中心部付近に設けている場合には、排気管の内部において最も温度が高い排気管の中心部付近の排気ガスの熱が合流部内の作動流体に作用し、合流部において滞留する作動流体に対し排気ガスの熱が効率よく付与されることになる。これにより、合流部で蒸発した気相の作動流体が温度の高い排気管の中心部付近の排気ガスの熱によって効率よく加熱されてより十分な熱量を確保することが可能となる。

以上、要するに、ヒートパイプの各上流側ヒートパイプ部分で加熱した作動流体を下流側において合流させる合流部などを備えたことによって下流側での作動流体の流通速度を遅延させることで、合流部において流通速度が遅延する作動流体に対し排気ガスの熱を作用し易くして気相の作動流体に十分な熱量を確保させ、特に暖機促進が要求される冷間始動時などに、凝縮部の冷えた周囲壁などへの接触により気相の作動流体の熱が直ちに奪われてしまうことを回避し、暖機促進対象との熱交換を効率よく行うことができる。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は本発明の実施例１に係る排気熱回収器が適用された自動車の排気管を示し、この排気管１の途中に排気熱回収器２が介設されている。具体的には、排気管１は、排気熱回収器２を境にして上流側排気管路１１と下流側排気管路１２とに分割され、排気熱回収器２の蒸発側筐体２５（後述する）の排気ガス流れ方向上流側が上流側排気管路１１に接続されている一方、蒸発側筐体２５の排気ガス流れ方向下流側が下流側排気管路１２に接続されている。また、上流側排気管路１１の上流側（排気熱回収器２よりも上流側）には触媒コンバータが設けられている。一方、下流側排気管路１２の下流側（排気熱回収器２よりも下流側）にはマフラーが設けられている。

また、図３に示すように、排気熱回収器２は、加熱部２１および蒸発部２２を有するヒートパイプ２３と、凝縮部２４とを備えている。

ヒートパイプ２３は、作動流体としての純水が流通可能とされ、略矩形枠状の蒸発側筐体２５の内部に収容されている。このヒートパイプ２３が位置する蒸発側筐体２５の中央部分は、排気管１の内部に臨むように配置されている。ヒートパイプ２３は、排気ガスの熱により純水を加熱する加熱部２１側（図３では下側）の複数の加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…と、この加熱部側ヒートパイプ部分２３ａにより加熱された純水を蒸発させる蒸発部２２側（図３では上側）の複数の蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂ，２３ｂ，…とを備えている。そして、ヒートパイプ２３は、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの内部を流通する純水とエンジンから排出された排気管１内の排気ガスとの間で熱交換を行い、純水を加熱して蒸発させるようになっている。この場合、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂは、排気管１内を流通する排気ガスの流れ方向に所定（例えば６０ｍｍ程度）の長さを有し、蒸発側筐体２５の内部における加熱部２１側および蒸発部２２側においてそれぞれ左右方向所定間隔おきに鉛直方向に延びて設けられている。

凝縮部２４は、密閉されたタンク形状を呈し、排気管１の外部に配置されている。この凝縮部２４には、自動車のエンジン冷却水を循環させる冷却水通路３の導入口３１および導出口３２が接続されている。また、凝縮部２４と蒸発側筐体２５とは、上側および下側連通路２６ａ，２６ｂを介して連結され、蒸発側筐体２５のヒートパイプ２３（加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂ）により蒸発された気相の純水つまり蒸気が上側連通路２６ａを介して凝縮部２４に導入されるようになっている。蒸発側筐体２５の上端部には、ヒートパイプ２３により蒸発された蒸気を合流させる蒸気層２５１が設けられ、この蒸気層２５１の下面にヒートパイプ２３の各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの上端が嵌挿されている。一方、蒸発側筐体２５の下端部には、後述する貯留部２７において貯留された液相の純水が導入される導入部２５２が設けられ、この導入部２５２の上面にヒートパイプ２３の各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの下端が嵌挿されている。そして、上側連通路２６ａは、蒸発側筐体２５の蒸気層２５１と凝縮部２４との間に接続されている一方、下側連通路２６ｂは、蒸発側筐体２５の導入部２５２と貯留部２７（後述する）との間に接続されている。この場合、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂは、それぞれ同一径に形成されている。

そして、凝縮部２４は、仕切壁２４１により二層構造に仕切られ、その仕切壁２４１よりも外方となる外層２４１ａ側に冷却水通路３の導入口３１から導入されたエンジン冷却水と、仕切壁２４１よりも内方となる内層２４１ｂ側に蒸気層２５１から導入された蒸気との間で熱交換を行い、エンジン冷却水との熱交換により熱を奪われた蒸気が気相から液相の純水に凝縮されるようになっている。この凝縮部２４において蒸気と熱交換されたエンジン冷却水は、その凝縮部２４の外層２４１ａ側から冷却水通路３の導出口３２を介して導出されるようになっている。この場合、冷却水通路３の導入口３１は、凝縮部２４の外層２４１ａ側における蒸気層２５１側に位置し、蒸気層２５１から導入された直後の高温の蒸気の熱が付与されるようになってる。

一方、凝縮部２４の下面には、貯留部２７が設けられ、凝縮部２４においてエンジン冷却水との熱交換により液相となった純水が凝縮部２４から貯留部２７に移動して貯留されるようになっている。そして、貯留部２７に貯留された液相の純水は、下側連通路２６ｂを介して蒸発側筐体２５に戻されるようになっている。また、貯留部２７の下側連通路２６ｂとの接続部には、蒸発側筐体２５下部の貯留部２７への液相の純水の戻りを規制するバルブ２７１が設けられている。このバルブ２７１は、エンジン側からの負圧により作動する作動部２７２により開閉され、凝縮部２４においてエンジン冷却水との熱交換が不要となった暖機完了時などに作動部２７２の作動により閉じられることによって、純水（蒸気）の移動を規制してラジエータへの熱負荷を軽減させるようにしている。この場合、排気熱回収器２の作動流体として用いられる純水は、ヒートパイプ２３（加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂ）、凝縮部２４、貯留部２７、上側および下側連通路２６ａ，２６ｂの内部を真空引き（減圧）した状態で封入されている。また、ヒートパイプ２３、凝縮部２４、貯留部２７、上側および下側連通路２６ａ，２６ｂは、高耐食性を備えたステンレス材から成る。

そして、ヒートパイプ２３の蒸発部２２側には、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの内部を蒸気となって流通する気相の純水（蒸気）の流通速度を遅延させる流速遅延手段４が設けられている。この流速遅延手段４は、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａによりそれぞれ加熱された純水を蒸発部２２側において合流させる合流部２３ｃを備えている。この合流部２３ｃの下端には、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの上端がそれぞれ接続されている。そして、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂは、互いに相隣なる加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ同士の間に位置する合流部２３ｃの上端にそれぞれ下端が接続されて鉛直方向上方向きに延びて蒸気層２５１の下端に接続されている。また、蒸発側筐体２５とこれに隣接する加熱部側ヒートパイプ部分２３ａおよび蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂとの間、並びに互いに相隣なる加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ同士の間および互いに相隣なる蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂ，２３ｂ同士の間には、コルゲートフィン２３ｄ，２３ｄ，…が接合されており、このコルゲートフィン２３ｄにより蒸発部側および加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ｂの伝熱面積を増大させて純水と排気ガスとの熱交換が促進されるようにしている。そして、合流部２３ｃは、排気管１の中心付近を略水平方向（排気管の軸線に対し直交する略水平方向）に延びて設けられている。この場合、図３中における斜線部分は液相の純水を、ドット部分は蒸気（気相の純水）をそれぞれ示している。なお、合流部２３ｃは、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの内部で加熱された純水のみが合流するばかりでなく、排気ガスの熱量が増えて純水との熱交換が促進されると、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの内部で加熱が進行して蒸発した蒸気が合流する。

また、蒸発部２２側の合流部２３ｃは、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａにおける流路断面積よりも大きな流路断面積に設定されている。つまり、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａは排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に７本配置されているのに対し、合流部２３ｃは、排気ガスの流れ方向と直交する水平方向一側（図３では左端）の加熱側ヒートパイプ２３ａと排気ガスの流れ方向と直交する水平方向他側（図３では右端）の加熱側ヒートパイプ２３ａとの間に亘って連続的に設けられており、これによって、合流部２３ｃの流路断面積が、排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に断続的に７本設けられた各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの流路断面積の総和よりも大きく設定されることになる。

一方、蒸発部２２側の合流部２３ｃは、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂにおける流路断面積よりも大きな流路断面積に設定されている。つまり、蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂは排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に６本配置されており、これによって、排気ガスの流れ方向と直交する水平方向一側および他側の両加熱側ヒートパイプ２３ａ，２３ａ間に亘って連続的に設けられ合流部２３ｃの流路断面積が、排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に断続的に６本設けられた各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの流路断面積の総和よりも大きく設定されることになる。そして、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの流路断面積の総和は各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの流路断面積の総和よりも大きく設定されている。

この場合、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａは、それぞれ下端が蒸発側筐体２５下端部の導入部２５２に接続されて鉛直方向上方へ延び、その上端が合流部２３ｃの下端に接続されている。一方、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂは、互いに相隣なる加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ同士の間に位置する合流部２３ｃの上端にそれぞれ下端が接続されて鉛直方向上方向きに延び、その上端が蒸発側筐体２５上端部の蒸気層２５１の下端に接続されている。

したがって、上記実施例１では、ヒートパイプ２３は、その加熱部２１側における７本の加熱部側ヒートパイプ部分２３ａによりそれぞれ加熱された純水を蒸発部２２側において合流させる合流部２３ｃを備えた流速遅延手段４によって、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの内部を流通した純水の流通速度を蒸発部２２側の合流部２３ｃにおいて遅延させている。これは、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａで加熱された純水を蒸発部２２側の合流部２３ｃにおいて合流させることで、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａから合流した純水が流路断面積の大きい合流部２３ｃにおいて滞留して流通速度が遅延するからである。しかも、合流部２３ｃの流路断面積が各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの流路断面積よりも大きく設定されているので、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａから合流部２３ｃに合流した純水が流路断面積の小さな各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂに速やかに導かれ難いものとなり、純水の流通速度が合流部２３ｃにおいて一旦低下するからである。これにより、蒸発部２２側の合流部２３ｃにおいて流通速度が遅延した純水に排気ガスの熱が作用し易くなり、蒸発部２２側の合流部２３ｃにおいて蒸発した蒸気（気相の純水）が排気ガスの熱によって再度十分に加熱されて十分な熱量が確保されることになる。その結果、特に暖機促進が要求される冷間始動時などに、凝縮部２４の冷えた仕切壁２４１などに触れることよって蒸気の熱が直ちに奪われてしまうことが回避され、エンジン冷却水との熱交換を効率よく行うことができる。

また、蒸発部２２の合流部２３ｃが排気管１の中心付近を水平方向に延びて設けられているので、排気管１の中心部付近において最も高温となる排気ガスの熱を合流部２３ｃに滞留する純水に対し効率よく付与させることができ、エンジン冷却水との熱交換の効率を図る上で非常に有利なものとなる。

更に、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの流路断面積の総和が各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの流路断面積の総和よりも大きく設定されているので、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａでの液相の純水に対し大きな流路断面積によって排気ガスの熱が積極的かつ効果的に作用することになり、各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａでの液相の純水を効率よく加熱することができる。

次に、本発明の実施例２を図４に基づいて説明する。

この実施例２では、ヒートパイプの構成を変更している。なお、ヒートパイプを除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本実施例では、ヒートパイプ２８は、作動流体としての純水が流通可能とされ、略矩形枠状の蒸発側筐体２５の内部に収容されている。このヒートパイプ２８が位置する蒸発側筐体２５の中央部分は、排気管１の内部に臨むように配置されている。ヒートパイプ２８は、排気ガスの熱により純水を加熱する加熱部２１側（図４では下側）の複数の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａ，…と、この加熱部側ヒートパイプ部分２８ａにより加熱された純水を蒸発させる蒸発部２２側（図４では上側）の複数の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂ，２８ｂ，…とを備えている。そして、ヒートパイプ２８は、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａおよび各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの内部を流通する純水とエンジンから排出された排気ガスとの間で熱交換を行い、純水を加熱して蒸発させるようになっている。この場合、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａおよび各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂは、蒸発側筐体２５の内部においてそれぞれ左右方向に所定間隔おきに鉛直方向に延びて設けられている。

そして、ヒートパイプ２８には、各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの内部を蒸気となって流通する気相の純水（蒸気）の流通速度を遅延させる流速遅延手段５が設けられている。この流速遅延手段５は、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａによりそれぞれ加熱された純水を蒸発部２２側において合流させる断面略半円弧状の合流部２８ｃ，２８ｃ，…を備えている。また、蒸発側筐体２５とこれに隣接する加熱部側ヒートパイプ部分２８ａおよび蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂとの間、並びに互いに相隣なる加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａ同士の間および互いに相隣なる蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂ，２８ｂ同士の間には、コルゲートフィン２８ｄ，２８ｄ，…が接合されており、このコルゲートフィン２８ｄによりヒートパイプ部分２８の伝熱面積を増大させて純水と排気ガスとの熱交換が促進されるようにしている。そして、各合流部２８ｃは、排気管１の中心付近においてそれぞれ略水平方向（排気管の軸線に対し直交する略水平方向）に所定間隔おきに並設されている。この場合、図４中のヒートパイプ２８内における斜線部分は液相の純水を、ドット部分は蒸気（気相の純水）をそれぞれ示している。

また、蒸発部２２側の各合流部２８ｃには、２本で１組の各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａの上端がそれぞれ接続されているとともに、１本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの下端が接続されている。そして、蒸発部２２側の各合流部２８ｃは、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａにおける流路断面積よりも大きな流路断面積に設定されている。つまり、各合流部２８ｃは、２本の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａがコルゲートフィン２８ｄを挟んで排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に断続的に配置されているのに対し、２本の加熱側ヒートパイプ２８ａ，２８ａの間に亘って連続的に設けられており、これによって、合流部２８ｃの流路断面積が、排気ガスの流れ方向と直交する水平方向に断続的に２本設けられた各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａの流路断面積の総和よりも大きく設定されることになる。

一方、蒸発部２２側の各合流部２８ｃは、各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂにおける流路断面積よりも大きな流路断面積に設定されている。つまり、２本の加熱側ヒートパイプ２８ａ，２８ａの間に亘って連続的に設けられ合流部２８ｃの流路断面積は、この合流部２８ｃの上端に接続された１本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの流路断面積よりも大きく設定されることになる。そして、２本の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａの流路断面積の総和は１本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの流路断面積よりも２倍大きく設定される。

この場合、２本で１組の各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａは、それぞれ下端が蒸発側筐体２５下端部の導入部２５２に接続されて鉛直方向上方へ延び、その上端が合流部２８ｃの下端に接続されている。一方、各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂは、２本で１組の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａ同士の間に位置する合流部２８ｃの上端にそれぞれ下端が接続されて鉛直方向上方向きに延び、その上端が蒸発側筐体２５上端部の蒸気層２５１の下端に接続されている。また、加熱部側ヒートパイプ部分２８ａは、加熱部２１側において６本配置されているとともに、蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂは、蒸発部２２側において３本配置されている。

したがって、上記実施例２では、ヒートパイプ２８は、その加熱部２１側における２本で１組の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａによりそれぞれ加熱された純水を蒸発部２２側において合流させる合流部２８ｃ，２８ｃ，…を備えた流速遅延手段５によって、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａの内部を流通した純水の流通速度を蒸発部２２側の各合流部２８ｃにおいて遅延させている。これは、２本の各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａで加熱された純水を蒸発部２２側の各合流部２８ｃにおいて合流させることで、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａから合流した純水が流路断面積の大きい各合流部２８ｃにおいて滞留して流通速度が遅延するからである。しかも、各合流部２８ｃの流路断面積が１本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの流路断面積よりも大きく設定されているので、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａから各合流部２８ｃに合流した純水が流路断面積の小さな各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂに速やかに導かれ難いものとなり、純水の流通速度が合流部２８ｃにおいて一旦低下するからである。これにより、蒸発部２２側の各合流部２８ｃにおいて流通速度が遅延した純水に排気ガスの熱が作用し易くなり、蒸発部２２側の各合流部２８ｃにおいて蒸発した蒸気（気相の純水）が排気ガスの熱によって再度十分に加熱されて十分な熱量が確保されることになる。その結果、特に暖機促進が要求される冷間始動時などに、凝縮部２４の冷えた仕切壁２４１などに触れることよって蒸気の熱が直ちに奪われてしまうことが回避され、エンジン冷却水との熱交換を効率よく行うことができる。

また、蒸発部２２の各合流部２８ｃが排気管１の中心付近を水平方向に延びて設けられているので、排気管１の中心付近において最も高温となる排気ガスの熱を各合流部２８ｃに滞留する純水に対し効率よく付与させることができ、エンジン冷却水との熱交換の効率を図る上で非常に有利なものとなる。

更に、６本の各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａの流路断面積の総和が３本の各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの流路断面積の総和よりも大きく設定されているので、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａでの液相の純水に対し大きな流路断面積によって排気ガスの熱が積極的かつ効果的に作用することになり、各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａでの液相の純水を効率よく加熱することができる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記各実施例では、蒸発部２２側の合流部２３ｃ，２８ｃの流路断面積を、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂ，２８ｂの流路断面積よりも大きく設定したが、合流部と蒸発部側ヒートパイプ部分との間、つまり蒸発部２２側の合流部の下流端側または各蒸発部側ヒートパイプ部分の上流端側に、流路断面積を絞る絞り手段が設けられていてもよい。この場合には、各加熱部側ヒートパイプ部分から合流部に合流した作動流体が流路断面積を絞った蒸発部側ヒートパイプ部分にさらに導かれ難いものとなり、各加熱部側ヒートパイプ部分から合流部に合流した作動流体の流通速度がさらに低下し、この合流部で流通速度がさらに低下した作動流体に対し排気ガスの熱がより確実に作用することになる。

また、上記実施例１では、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂおよび各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａを、それぞれ同一径に形成し、各蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの本数を各加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの本数よりも１本少ない６本で構成することによって、６本の蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの流路断面積の総和を７本の加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの流路断面積の総和よりも小さく設定したが、各蒸発部側ヒートパイプ部分の流路断面積の総和が各加熱部側ヒートパイプ部分の流路断面積の総和よりも小さく設定されていれば、各蒸発部側ヒートパイプ部分および各加熱部側ヒートパイプ部分をそれぞれ同一径に形成する必要がなく、また、各蒸発部側ヒートパイプ部分および各加熱部側ヒートパイプ部分の本数差もこれに限られるものではない。

また、上記実施例２では、各蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂおよび各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａをそれぞれ同一径に形成し、２本で１組の各加熱部側ヒートパイプ部分２８ａの上端を合流部２８ｃを介して単一本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの下端に接続することによって、１本の蒸発部側ヒートパイプ部分２８ｂの流路断面積を２本で１組の加熱部側ヒートパイプ部分２８ａ，２８ａの流路断面積の総和の略半分に設定したが、蒸発部側ヒートパイプ部分の流路断面積の総和が加熱部側ヒートパイプ部分の流路断面積の総和よりも小さく設定されていれば、各蒸発部側ヒートパイプ部分および各加熱部側ヒートパイプ部分をそれぞれ同一径に形成する必要がなく、また、各蒸発部側ヒートパイプ部分および各加熱部側ヒートパイプ部分の本数差もこれに限られるものではない。

また、上記各実施例では、貯留部２７の下側連通路２６ｂとの接続部に、貯留部２７への液相の純水の戻りを規制するバルブ２７１を設けたが、このバルブを設ける位置は、特に限定されるものではなく、凝縮部においてエンジン冷却水との熱交換が不要となった暖機完了時などに閉じられた際に、凝縮部への蒸気の移動が規制される位置であれば何処に設けられていてもよい。

また、上記各実施例では、排気熱回収器２において排気ガスとの熱交換を行う熱交換対象としてエンジン冷却水を適用したが、エンジンオイルやトランスミッションオイルなどが熱交換対象であってもよいのはいうまでもない。

更に、上記各実施例では、作動流体として純水を適用したが、水の他にアルコール、フロロカーボンなどの作動流体が適用されていてもよいのはいうまでもない。

本発明の実施例１に係る排気熱回収器を自動車の排気管に適用した状態を示す斜視図である。同じく排気熱回収器を自動車の排気管に適用した状態での縦断側面図である。同じく排気熱回収器を排気管の軸線方向から見た縦断正面図である。本発明の実施例２に係る排気熱回収器を排気管の軸線方向から見た縦断正面図である。従来例に係る排気熱回収器を排気管の軸線方向から見た縦断正面図である。

符号の説明

１排気管
２１加熱部
２２蒸発部
２３ヒートパイプ
２３ａ加熱部側ヒートパイプ部分
２３ｂ蒸発部側ヒートパイプ部分
４流速遅延手段
２８ヒートパイプ
２８ａ加熱部側ヒートパイプ部分
２８ｂ蒸発部側ヒートパイプ部分
５流速遅延手段

Claims

エンジンから排出された排気ガスの熱により内部の液相の作動流体を加熱して蒸発させる、排気管内に設けられたヒートパイプと、
前記ヒートパイプ内で蒸発した気相の作動流体を熱交換対象の流体との間で熱交換を行わせて液相の作動流体に凝縮する凝縮部と、
前記凝縮部内で凝縮した液相の作動流体が導入され、前記ヒートパイプの上流端に接続された導入部と、
を備える排気熱回収器であって、
上記ヒートパイプは、複数の上流側ヒートパイプ部分と、複数の下流側ヒートパイプ部分とを有し、
更に、前記複数の上流側ヒートパイプ部分と前記複数の下流側ヒートパイプ部分との間に接続され、前記複数の上流側ヒートパイプ部分で加熱された作動流体を合流させる合流部を有する、ことを特徴とする排気熱回収器。
請求項１に記載の排気熱回収器において、
上記合流部は、上記複数の上流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きな流路断面積に設定されていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項１または請求項２に記載の排気熱回収器において、
上記合流部は、上記複数の下流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きな流路断面積に設定されていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気熱回収器において、
上記複数の上流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和は、上記複数の下流側ヒートパイプ部分における流路断面積の総和よりも大きく設定されていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気熱回収器において、
上記合流部は、上記排気管の中心部付近に設けられていることを特徴とする排気熱回収器。