WO2011102323A1 - 排熱回収装置 - Google Patents

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WO2011102323A1
WO2011102323A1 PCT/JP2011/053076 JP2011053076W WO2011102323A1 WO 2011102323 A1 WO2011102323 A1 WO 2011102323A1 JP 2011053076 W JP2011053076 W JP 2011053076W WO 2011102323 A1 WO2011102323 A1 WO 2011102323A1
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heat
pipe
heat recovery
exhaust
fluid
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PCT/JP2011/053076
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元哉 坂部
一稔 若月
秀之 幸光
佑輝 向原
憲志郎 村松
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トヨタ自動車株式会社
株式会社デンソー
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    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that is provided in an internal combustion engine or the like and promotes the temperature rise of an appropriate heating target by recovering exhaust heat.
  • the present invention relates to measures for improving exhaust heat recovery efficiency.
  • This type of exhaust heat recovery device includes a heat recovery unit and a condensing unit.
  • the heat medium for example, a coolant such as water
  • the gas phase heat medium is conveyed to the condensing unit, where heat exchange is performed between the heat medium and the engine cooling water, and the temperature of the cooling water is rapidly increased.
  • the warm-up time of the engine can be shortened, and the fuel consumption rate can be improved.
  • the heat medium that has exchanged heat with the cooling water in the condensing unit is condensed and returned to the heat recovery unit.
  • the heat medium is again evaporated by the heat of the exhaust gas and is circulated to the condenser section.
  • the space through which the cooling water of the engine flows is exposed to the atmosphere via the outer wall of the condensing part. For this reason, there is a high possibility that a large amount of heat of the cooling water is released (heat radiation) from the outer wall of the condensing part into the atmosphere. That is, while the cooling water received from the heat medium (e.g., steam) flows through the inside of the condensing unit, a large amount of heat is dissipated in the atmosphere through the outer wall of the condensing unit, and the temperature of the cooling water decreases. The amount of heat released becomes the amount of heat loss.
  • the heat medium e.g., steam
  • the outer wall of the condensing part is often made of stainless steel in consideration of corrosion resistance and the like.
  • This stainless steel is a material having a relatively high thermal conductivity (having a higher thermal conductivity than that of a hose for flowing engine cooling water), and therefore promotes heat radiation to the atmosphere.
  • the heat medium (steam) sent to the condensing unit is directly blown toward the inner wall surface of the condensing unit.
  • the heat of this heat medium may be released in large quantities into the atmosphere through the outer wall of the condensing part, similarly to the case where the heat loss occurs in the cooling water described above. That is, a considerable amount of heat transferred to the condensing unit by the heat medium is released to the atmosphere from the outer wall of the condensing unit without being given to the cooling water, and the heat loss is increased by the amount of heat released. It was an end.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery apparatus capable of suppressing loss of heat in the condensing unit and greatly improving exhaust heat recovery efficiency. Is to provide.
  • the solution principle of the present invention devised in order to achieve the above object is that the heat dissipation is performed between the fluid heated by exhaust heat (heating fluid) and the fluid to be heated (fluid to be heated).
  • a pipe for flowing the fluid to be heated is disposed in the internal space of the heat exchanger (condensing part), and the heating fluid introduced into the internal space of the heat radiating part is directly sprayed on the pipe to heat the pipe. Both the amount of heat radiated to the outside of the heat received by the target fluid and the amount of heat radiated to the outside of the heating fluid are reduced, thereby greatly reducing the loss of heat.
  • the present invention provides a heat receiving part for heating and evaporating a fluid by the heat of exhaust gas, and a gas receiving fluid evaporated in the heat receiving part for heating the fluid to be heated by the fluid.
  • an exhaust heat recovery device provided with a reflux path.
  • a first piping part that forms an inflow path of a fluid to be heated into the internal space, and a bent pipe that is bent outside the internal space or the internal space.
  • a heating target flow path pipe having a second piping part that is continuous with the first piping part through the part and forms an outflow path for the heating target fluid from the internal space is disposed.
  • the opening position of the said fluid supply pipe in the internal space of the said thermal radiation part is set to the position which supplies the said gaseous-phase fluid to the space between the said 1st piping part and the 2nd piping part.
  • the fluid is heated and evaporated by the heat of the exhaust.
  • This gas-phase fluid is supplied to the heat radiating section through the fluid supply pipe, and performs heat exchange with the heating target fluid flowing inside the heating target flow path pipe disposed inside the heat radiating section.
  • the fluid to be heated is heated.
  • the fluid after heating the fluid to be heated is condensed and returned to the heat receiving section through the reflux path.
  • the opening position of the fluid supply pipe is located in the space between the first pipe portion and the second pipe portion. Is set to the position to supply.
  • a gaseous fluid is directly flowed toward the outer surface of each of the first piping portion and the second piping portion. That is, while suppressing the amount of heat released from the outer wall of the heat radiating portion of the heat quantity of the gas-phase fluid, most of it contributes to the heating of the fluid to be heated through the first pipe portion and the second pipe portion. it can.
  • the fluid to be heated flows through the inside of the heating target passage pipe in the internal space of the heat radiating portion, the heat received by the fluid to be heated is hardly radiated from the outer wall of the heat radiating portion. As a result, the fluid to be heated flows out from the heat radiating portion while maintaining substantially the entire amount of heat received from the gas-phase fluid.
  • both the gas-phase fluid and the fluid to be heated greatly reduce the amount of heat released to the outside, so that it is possible to improve the exhaust heat recovery efficiency.
  • the bent pipe portion is disposed in the internal space of the heat radiating portion, and the first pipe portion and the second pipe portion are made continuous.
  • the opening position of the said fluid supply pipe is set to the position which supplies the said gaseous-phase fluid to the space enclosed by the said 1st piping part, the bending piping part, and the 2nd piping part To do.
  • the arrangement of the heat receiving portion and the heat radiating portion include the following configurations. That is, in this configuration, the heat dissipating part is disposed immediately above the heat receiving part. In this configuration, the fluid supply pipe connects the upper part of the heat receiving part and the lower part of the heat dissipating part to communicate with each other.
  • the heat dissipating part directly above the heat receiving part, it is possible to reduce heat loss when the vapor-phase fluid is transferred from the heat receiving part to the heat dissipating part. That is, since the length of the fluid supply pipe can be set to be short, the amount of heat released from the surface of the fluid supply pipe can be suppressed, and most of the amount of heat obtained in the heat receiving part can be supplied to the heat radiating part. . Therefore, the heat exchange efficiency in the heat radiating portion can be improved.
  • the exhaust heat recovery device recovers heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine mounted on a vehicle, and the heat receiving portion And the structure which accommodated and arrange
  • the traveling wind flowing into the tunnel portion of the vehicle floor during the traveling of the vehicle flows along the lower surface and the side surface of the heat receiving portion in the exhaust heat recovery apparatus. That is, since the traveling wind hardly flows on the side surface and the upper surface of the heat radiating portion, the heat is hardly deprived from the heat radiating portion by the traveling wind. For this reason, both the gas-phase fluid and the fluid to be heated greatly reduce the amount of heat released to the outside (the amount of heat taken away by the traveling wind), and the exhaust heat recovery efficiency can be improved.
  • first piping portion and the second piping portion are preferably located between the casing side surface of the heat radiating portion and the fluid supply pipe in a plan view of the heat radiating portion.
  • the fluid liquid phase fluid
  • the fluid does not pass through the fluid supply pipe. After that, it is not returned to the heat receiving part, but is flowed down toward the reflux path and returned to the heat receiving part. For this reason, a smooth circulation operation is performed without causing a backflow in the circulation of the fluid, and an efficient heat recovery can be realized.
  • the upper end height position in the internal space of the heat radiating portion in the fluid supply pipe is the same height position as the lower end height positions of the first pipe portion and the second pipe portion, or the first pipe portion. And it is preferable to set to the position lower than the height position of the lower end of the 2nd piping part.
  • the gas-phase fluid supplied to the internal space of the heat radiating portion is diffused in the horizontal direction from the upper end of the fluid supply pipe. Most of the gas-phase fluid flows toward the outer surfaces of the first piping portion and the second piping portion without being sprayed directly on the upper surface of the heat radiating portion. Thereby, the improvement of the heat exchange efficiency in a thermal radiation part can be aimed at.
  • the first piping portion, the second piping portion, and the bent piping portion are arranged in the right direction, left direction, and front direction of the vehicle with respect to the upper end of the fluid supply pipe. It is preferably located in the rear direction.
  • first piping portion, the bent piping portion, and the second piping portion are arranged on the same virtual horizontal plane.
  • a pipe for allowing the fluid to be heated to flow is disposed in the internal space of the heat radiating section that exchanges heat between the fluid heated by the exhaust heat and the fluid to be heated, and the internal space of the heat radiating section.
  • the heating fluid introduced into the pipe is sprayed directly onto the pipe.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in each modified example.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in each modified example.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in each modified example.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in each modified example.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in each modified example.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust heat recovery system provided in an engine 1 according to the present embodiment.
  • the engine 1 supplies an air-fuel mixture obtained by mixing air supplied from an intake system and fuel supplied from a fuel supply system at an appropriate air-fuel ratio to a combustion chamber and burns it. Exhaust gas generated by the combustion is released from the exhaust system to the atmosphere.
  • the exhaust system has at least an exhaust manifold 2 attached to the engine 1 and an exhaust pipe 4 connected to the exhaust manifold 2 via a spherical joint 3.
  • An exhaust passage is formed by the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4.
  • the spherical joint 3 functions to allow moderate vibration between the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4 and not transmit vibration or movement of the engine 1 to the exhaust pipe 4 or transmit it with attenuation.
  • the catalyst 5 installed upstream in the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe 4 is a so-called start catalyst (S / C).
  • the catalyst 5 is referred to as the upstream catalyst 5.
  • the catalyst 6 installed on the downstream side in the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe 4 is a so-called main catalyst (M / C) or underfloor catalyst (U / F).
  • this catalyst 6 is referred to as a downstream catalyst 6.
  • These catalysts 5 and 6 are both constituted by, for example, a three-way catalyst.
  • This three-way catalyst exhibits a purifying action in which carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx) are collectively changed to harmless components by a chemical reaction.
  • the interior of the engine 1 (water jacket) is filled with a coolant called long life coolant (LLC) (hereinafter simply referred to as coolant).
  • LLC long life coolant
  • the cooling water is once taken out from the cooling water take-out path 8 and supplied to the radiator 7, and is returned from the radiator 7 to the engine 1 through the cooling water recirculation path 9.
  • the radiator 7 cools the cooling water circulated by the water pump 10 by heat exchange with the outside air.
  • the thermostat 11 adjusts the amount of cooling water flowing through the radiator 7 and the amount of cooling water flowing through the bypass 12. For example, during the warm-up operation of the engine 1, the amount of cooling water on the bypass path 12 side is increased to promote warm-up.
  • a heater core 14 is provided in the middle of the heater flow path 13 branched from the cooling water extraction path 8 and connected to the upstream side of the water pump 10 in the cooling water recirculation path 9.
  • the heater core 14 is a heat source for heating the passenger compartment using the heat of the cooling water.
  • the air heated by the heater core 14 is introduced into the vehicle interior by the blower fan 15.
  • the heater core 16 and the blower fan 15 constitute a heater unit 16.
  • the heater flow path 13 includes an upstream flow path 13a on the upstream side (upstream side in the flow direction of cooling water) with respect to the exhaust heat recovery apparatus 20 to be described later, and a downstream flow path on the downstream side with respect to the exhaust heat recovery apparatus 20. 13b.
  • the temperature of the cooling water flowing through the downstream flow path 13b is determined by the upstream flow when the exhaust heat recovery operation in the exhaust heat recovery device 20 is performed (details of the exhaust heat recovery operation will be described later). It becomes higher than the temperature of the cooling water flowing through the passage 13a.
  • An exhaust heat recovery device 20 is attached to the exhaust system of the engine 1 configured as described above.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an installed state of the exhaust heat recovery apparatus 20.
  • FIG. 3 is a view of the installation state of the exhaust heat recovery apparatus 20 as viewed from the front of the vehicle body.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the core 31 accommodated in the exhaust heat recovery apparatus 20.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the exhaust heat recovery device 20 as viewed from the front of the vehicle body.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • the exhaust heat recovery device 20 is for recovering the heat of the exhaust gas discharged from the engine 1 and promoting the temperature rise of the cooling water.
  • the exhaust heat recovery apparatus 20 mainly includes a heat recovery unit (heat receiving unit) 30 and a condensing unit (heat radiating unit) 40.
  • the exhaust heat recovery apparatus 20 has a configuration in which the heat recovery unit 30 and the condensing unit 40 are connected by a steam supply pipe (fluid supply pipe) 50 and a condensed water recirculation part (reflux path) 60 (FIG. 3). And see FIG.
  • the condensing unit 40 is disposed above the heat recovery unit 30. And the upper part of this heat recovery part 30 and the lower part of the condensation part 40 are connected by the steam supply pipe 50, and the side part of the heat recovery part 30 and the side part of the condensation part 40 are connected by the condensed water reflux part 60. It has a configuration. Thereby, it has a loop heat pipe structure in which the heat medium (fluid) is circulated in the order of the heat recovery unit 30, the steam supply pipe 50, the condensing unit 40, and the condensed water recirculation unit 60.
  • the exhaust heat recovery device 20 having the loop heat pipe structure is circulated while causing the heat medium to undergo phase transition (phase transition between the liquid phase and the gas phase) between the heat recovery section 30 and the condensation section 40. By doing so, it means that the exhaust heat recovery in the heat recovery unit 30 and the heat release in the condensing unit 40 (heat release to the cooling water) are repeated.
  • the inside of the circulation path of the heat medium formed by the heat recovery section 30, the steam supply pipe 50, the condensing section 40, and the condensed water recirculation section 60 is in a vacuum state, and an appropriate amount of the heat medium is enclosed in the circulation path.
  • pure water or the like is employed as the heat medium.
  • the boiling point of water is 100 ° C. at 1 atmosphere.
  • the pressure in the circulation path of the heat medium for example, reducing the pressure to 0.01 atm
  • the boiling point of water in the circulation path is, for example, 5 to 10 ° C.
  • pure water for example, alcohol, fluorocarbon, or chlorofluorocarbon can be used as the heat medium.
  • the main component of the exhaust heat recovery apparatus 20 is formed, for example with the stainless material which has high corrosion resistance.
  • the heat recovery unit 30 evaporates the liquid phase heat medium sealed inside with the heat of the exhaust gas.
  • the heat recovery unit 30 has a configuration using a single core 31. As shown in FIGS. 4 and 5, the core 31 is provided with a plurality of exhaust passages 32 and a plurality of heat medium passages 33 arranged alternately next to each other.
  • the heat recovery unit 30 is configured to exchange heat between the exhaust gas flowing through the exhaust passage 32 and the heat medium flowing through the heat medium passage 33. A specific configuration of the heat recovery unit 30 will be described later.
  • the condensing unit 40 receives the gas-phase heat medium converted into steam by the heat recovery unit 30 and heats the cooling water to be heated by the latent heat and sensible heat of the heat medium.
  • the gas-phase heat medium in the condensing unit 40 is condensed and becomes a liquid phase with heat exchange with the cooling water, and is returned to the heat recovery unit 30 through the condensate reflux unit 60. ing.
  • a specific configuration of the condensing unit 40 will also be described later.
  • the heat recovery unit 30 is installed in the middle of the exhaust pipe 4, and the heat of the exhaust gas flowing into the heat recovery unit 30 through the exhaust pipe 4 is obtained. In the heat recovery part 30, it is recovered by a heat medium.
  • the exhaust pipe 4 is divided into an upstream portion 4a and a downstream portion 4b with the exhaust heat recovery device 20 installed as a boundary.
  • each exhaust passage 32 in the heat recovery section 30 is disposed on the upstream portion 4a side of the exhaust pipe 4, while the outlet of each exhaust passage 32 is disposed on the downstream portion 4b side of the exhaust pipe 4.
  • a taper cone-shaped relay is connected to a connection portion between the exhaust inlet side and the upstream portion 4a of the exhaust pipe 4 in the heat recovery portion 30 and a connection portion between the exhaust outlet side and the downstream portion 4b of the exhaust pipe 4 in the heat recovery portion 30.
  • Pipes 4c and 4d are provided.
  • the relay pipe 4c installed in the upstream connection portion has a shape in which the inner diameter dimension is gradually increased from the upstream side to the downstream side in the exhaust flow direction. As a result, the exhaust flowing through the upstream portion 4a of the exhaust pipe 4 can reach the entire exhaust inlet of the heat recovery section 30 of the exhaust heat recovery apparatus 20.
  • the relay pipe 4d installed in the downstream connection portion has a shape in which the inner diameter dimension is gradually reduced from the upstream side to the downstream side in the exhaust flow direction.
  • the exhaust pipe 4 is accommodated in a tunnel portion 17a formed on the floor panel (vehicle floor) 17 of the vehicle body and extending in the longitudinal direction of the vehicle body.
  • the heat recovery unit 30 disposed between the relay pipes 4c and 4d and the condensing unit 40 disposed on the upper side of the heat recovery unit 30 are also connected to the tunnel unit 17a. It is accommodated inside (the lower space of the floor panel 17).
  • the traveling wind flowing into the tunnel portion 17a of the floor panel 17 flows along the lower surface and the side surface of the heat recovery portion 30 when the vehicle travels (
  • the area where the flow rate of the traveling wind is relatively large is indicated by a broken diagonal line. That is, since the traveling wind hardly flows on the side surface and the upper surface of the condensing unit 40, heat is hardly taken away from the condensing unit 40 by the traveling wind.
  • the region where the flow rate of the traveling wind is relatively small is a substantially upper half region in the space in the tunnel portion 17a, as shown in FIG. Therefore, it is preferable that the condensing part 40 is arrange
  • the core 31 forming the exhaust passage 32 and the heat medium passage 33 in the heat recovery section 30 has an appropriate number of tubes 34, 34,... Stacked in the lateral direction (vehicle width direction). It is configured as a laminated structure connected together.
  • the tubes 34, 34,... are connected by joining the laminated portions by welding or brazing.
  • the tube 34 has a substantially rectangular parallelepiped shape in the present embodiment, and a space formed therein serves as the exhaust passage 32.
  • fins 34b are provided as heat receiving bodies that receive the heat of the exhaust.
  • the fins 34b are, for example, generally known corrugated fins.
  • the exhaust passage 32 is formed as a horizontal hole along the flow direction of the exhaust gas
  • the heat medium passage 33 is formed as a vertical hole along the vertical direction orthogonal to the exhaust flow direction.
  • the upper case 35 is attached to the upper part of the core 31 having such a configuration (see FIG. 5).
  • the upper case 35 forms a merge space 35 a for sending out the gas phase heat medium evaporated in the heat medium passage 33 and sending it to the condensing unit 40.
  • the upper case 35 is installed on the upper portion of the core 31 so as to cover the upper openings of all the heat medium passages 33, 33,.
  • the vapor phase heat medium evaporated in all the heat medium passages 33, 33,... Of the core 31 is collected in the merge space 35a.
  • the vapor-phase heat medium collected in the merge space 35 a is supplied to the condensing unit 40 through the steam supply pipe 50.
  • a lower case 36 is attached to the lower part and the side part of the core 31.
  • the lower case 36 forms a recovery space 36a for recovering the water condensed in the condensing unit 40.
  • the lower case 36 is installed at the lower part of the core 31 so as to cover the lower openings of all the heat medium passages 33, 33,. Thereby, the liquid phase heat medium received from the condensing unit 40 is dispersed and flows into all the heat medium passages 33, 33,... Of the core 31 into the recovery space 36a.
  • the steam supply pipe 50 has an axis extending in the vertical direction, and connects the upper part (upper wall) of the heat recovery unit 30 and the lower part (lower wall) of the condensing unit 40.
  • the medium passages 33, 33,... And the merge space 35 a) communicate with the internal space of the condensing unit 40. More specifically, the central portion of the upper surface of the heat recovery unit 30 and the central portion of the lower surface of the condensing unit 40 are connected.
  • the upper end of the steam supply pipe 50 extends through the lower wall of the condensing unit 40 to the internal space of the condensing unit 40.
  • an opening for releasing steam into the internal space of the condensing unit 40 is provided at the upper end of the steam supply pipe 50.
  • the upper end position (opening position) of the steam supply pipe 50 is set to a relatively low position in the internal space of the condensing unit 40. That is, when the heat medium evaporated in the heat recovery unit 30 is supplied to the internal space of the condensing unit 40 by the vapor supply pipe 50, the heat medium (steam) is at a relatively low position in the internal space of the condensing unit 40. It is spread in the horizontal direction.
  • the upward guide by the steam supply pipe 50 is released at a relatively low position in the internal space of the condensing unit 40 so that the heat medium (steam) is diffused in the horizontal direction. (See arrow A in FIG. 5).
  • the upper end position of the steam supply pipe 50 is equal to the height position of the lower end of the outer surface of the LLC pipe 42, which will be described later, or the height position of the lower end of the outer surface of the LLC pipe 42. It is set to a low position.
  • the condensing unit 40 includes a substantially rectangular parallelepiped hollow casing 41 and an LLC pipe (heating target passage pipe) 42 disposed in the casing 41.
  • the casing 41 has a shape in plan view that substantially matches the shape in plan view of the heat recovery unit 30, while its height is about 1 ⁇ 4 of the height of the heat recovery unit 30. It has a flat shape.
  • the internal space of the casing 41 is configured as a heat medium diffusion space into which the heat medium (steam) supplied by the steam supply pipe 50 is introduced and diffused in the horizontal direction.
  • the shape of the LLC pipe 42 disposed in the casing 41 is bent so as to surround the opening position of the steam supply pipe 50 (the center position of the bottom surface of the condensing unit 40).
  • the upstream end and the downstream end of the LLC pipe 42 are side walls 41a on the vehicle body front side among the side walls of the casing 41. It penetrates.
  • the LLC pipe 42 includes an introduction pipe portion (first piping portion) 42a, a bent pipe portion (bent piping portion) 42b, and a lead-out pipe portion (second piping portion) 42c.
  • the introduction pipe portion 42a is a straight pipe portion that is continuous with the upstream pipe 13A forming the upstream flow path 13a of the heater flow path 13 and penetrates the side wall 41a on the front side of the vehicle body in the casing 41.
  • the outlet pipe portion 42c is a straight pipe portion that is continuous with the downstream side pipe 13B that forms the downstream side flow path 13b of the heater flow path 13 and penetrates the side wall 41a on the front side of the vehicle body in the casing 41.
  • the bent pipe portion 42 b is a bent pipe portion that connects the downstream end of the introduction pipe portion 42 a and the upstream end of the outlet pipe portion 42 c inside the casing 41 of the condensing unit 40.
  • the introduction pipe portion 42 a, the bent pipe portion 42 b, and the lead-out pipe portion 42 c have respective axis heights set at substantially the center position in the vertical direction in the casing 41. That is, these pipe portions 42a, 42b, and 42c are arranged on the same virtual horizontal plane.
  • the heat medium that has flowed into the casing 41 from the downstream end of the steam supply pipe 50 is directly directed to the introduction pipe portion 42a, the lead-out pipe portion 42c, and the bent pipe portion 42b (inside the casing 41). It flows before it reaches the wall (side).
  • the condensed water recirculation unit 60 is provided with an open / close valve 62 in the middle of a recirculation pipe 61 that connects the side wall of the condensing unit 40 and the side wall (lower case 36) of the heat recovery unit 30. It becomes the composition.
  • the on-off valve 62 is opened during the exhaust heat recovery operation to enable recovery of the heat medium from the condensing unit 40 to the heat recovery unit 30, and the heat recovery unit 30, the steam supply pipe 50, the condensing unit 40, the condensation unit described above.
  • the heat medium is circulated in the water reflux unit 60.
  • This on-off valve 62 may be constituted by an electromagnetic on-off valve, or may be constituted by a thermostat that performs an opening / closing operation in accordance with a temperature change.
  • the upstream catalyst 5 and the downstream catalyst 6 and the cooling water of the engine 1 are all at a low temperature (about the outside temperature).
  • an exhaust gas of, for example, 300 to 400 ° C. is discharged from the engine 1 through the exhaust manifold 2 to the exhaust pipe 4, and the two catalysts 5 and 6 are exhausted.
  • the temperature is raised by the gas.
  • the cooling water is returned to the engine 1 through the bypass 12 without passing through the radiator 7, so that the warm-up operation is performed.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 4 flows into the exhaust passages 32, 32,... Of the core 31 in the heat recovery section 30 and passes therethrough.
  • the exhaust gas contacts the outer surface of the fin 34 b in the exhaust passage 32 and flows downstream. Thereby, the heat of exhaust is transmitted to the fin 34b.
  • the liquid phase heat medium stored in the recovery space 36a of the heat recovery unit 30 and the heat medium passages 33, 33,... Is in all the heat medium passages 33, 33,.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust passages 32, 32,... Receives heat and is heated to evaporate.
  • the evaporated vapor-shaped heat medium rises in all the heat medium passages 33, 33,... (Refer to the arrows indicated by broken lines in FIG. 5) and is merged in the merge space 35 a, via the vapor supply pipe 50. It is introduced into the condenser 40 (see arrow A in FIG. 5).
  • the cooling water flowing through the LLC pipe 42 is heated by the latent heat or sensible heat of the gas phase heat medium.
  • the vapor-phase heat medium in the condensing unit 40 is condensed into a liquid phase, and returned to the recovery space 36a of the heat recovery unit 30 through the condensed water reflux unit 60 (see arrow B in FIG. 5).
  • the on-off valve 62 is open, and the liquid heat medium returned to the recovery space 36a of the heat recovery section 30 flows again through the exhaust passages 32, 32,. It receives the heat of the exhaust gas and evaporates and is introduced into the condensing unit 40.
  • Such a circulation operation of the heat medium is repeated during the warm-up operation.
  • the heat medium is circulated in a closed loop formed by the heat recovery unit 30, the steam supply pipe 50, the condensing unit 40, and the condensed water recirculation unit 60. Collection and heating of the cooling water are repeated. As a result, the warm-up operation of the engine 1 can be terminated early, and the fuel consumption rate can be improved.
  • the on-off valve 62 is closed, and the recovery of the heat medium from the condensing unit 40 to the heat recovery unit 30 is prohibited. Then, the circulation of the heat medium described above is stopped.
  • the feature of the operation of this embodiment is the heat exchange operation in the condensing unit 40.
  • the introduction pipe portion extends in three directions (left and right directions and upper direction in FIG. 6) with respect to the downstream end (upper end) of the steam supply pipe 50.
  • 42a, a lead-out pipe portion 42c, and a bent pipe portion 42b are located respectively.
  • the upper end position of the steam supply pipe 50 is set to a relatively low position in the internal space of the condensing unit 40, and the heat medium (steam) is in the horizontal direction at a relatively low position in the internal space of the condensing unit 40. To spread.
  • the cooling water flows through the inside of the LLC pipe 42 in the internal space of the condensing unit 40, the amount of heat released from the wall surface of the casing 41 of the condensing unit 40 is almost eliminated from the amount of heat received by the cooling water. As a result, the cooling water flows out from the condensing unit 40 toward the downstream flow path 13b of the heater flow path 13 while maintaining substantially the entire amount of heat received from the vapor phase heat medium.
  • the exhaust heat recovery efficiency can be improved.
  • the said effect can be show
  • the condenser 40 is disposed immediately above the heat recovery unit 30, so that the length of the steam supply pipe 50 connecting them can be set short. For this reason, it is possible to suppress the amount of heat released from the surface of the steam supply pipe 50, and it is possible to supply most of the amount of heat obtained by the heat recovery unit 30 to the condensing unit 40, and the heat exchange efficiency in the condensing unit 40 Can be improved.
  • the introduction pipe portion 42a, the lead-out pipe portion 42c, and the bent pipe portion 42b are respectively connected to the side surface of the casing 41 and the opening position of the steam supply pipe 50 in the plan view (horizontal view) of the condensing unit 40. It is located between. That is, the LLC pipe 42 is not positioned above the opening of the steam supply pipe 50. For this reason, even if the liquid phase heat medium condensed by heat exchange in the condensing unit 40 drops from the LLC pipe 42 due to its own weight, the liquid phase heat medium passes through the vapor supply pipe 50 and the heat recovery unit. There is no return to 30. That is, the liquid heat medium is always returned to the heat recovery unit 30 via the condensed water recirculation unit 60. For this reason, a smooth circulation operation is performed without causing a back flow in the circulation of the heat medium, and an efficient heat recovery can be realized.
  • the exhaust heat recovery device 20 is accommodated in the tunnel portion 17 a of the floor panel 17, and the condensing unit 40 is disposed above the heat recovery unit 30.
  • the traveling wind flowing into the tunnel portion 17a of the floor panel 17 flows along the lower surface and the side surface of the heat recovery portion 30 (the region indicated by the hatched area in FIG. reference). That is, since the traveling wind hardly flows on the side surface and the upper surface of the condensing unit 40, heat is hardly taken away from the condensing unit 40 by the traveling wind. This will be specifically described below.
  • the amount of moving heat in the region receiving the traveling wind in the exhaust heat recovery apparatus 20 is expressed by the following equation (1).
  • the above-mentioned film heat transfer coefficient is a value determined by the fluid state, and is as follows in the forced convection heat transfer of the developed turbulent flow on the flat plate.
  • the amount of heat released to the outside (the amount of heat taken away by the traveling wind) in the condensing unit 40 is greatly reduced, and the exhaust heat recovery efficiency can be improved. Further, since the LLC pipe 42 is disposed inside the casing 41 of the condensing unit 40, the heat of the cooling water flowing through the LLC pipe 42 is not taken away by the traveling wind.
  • the LLC pipe 42 since the LLC pipe 42 is not exposed to the external environment, it is not necessary to consider salt damage corrosion. In particular, the LLC pipe 42 is forced to stop the engine in order to avoid overheating of the engine 1 when cooling water leaks due to salt damage corrosion or the like. In this embodiment, it is not necessary to consider this salt damage corrosion. For this reason, the range of the adoption of the constituent material of this LLC pipe 42 will expand, and selection of a comparatively cheap material and selection of a material with high heat exchange efficiency (material with high heat conductivity) are attained.
  • the introduction pipe portion 42a of the LLC pipe 42 passes through the side wall 41a on the vehicle body front side of the casing 41 of the condensing unit 40 and bends approximately 90 ° (the change angle of the extension direction of the axis is 90 °).
  • the lead pipe portion 42c is connected to the lead pipe portion 42c through the bent pipe portion 42b, and the lead pipe portion 42c penetrates the side wall 41b on the side of the vehicle body in the casing 41 of the condensing unit 40. That is, the inlet pipe portion 42a, the bent pipe portion 42b, and the outlet pipe portion 42c are respectively positioned from the left side to the upper side in FIG. 7A with respect to the downstream end of the steam supply pipe 50. .
  • the inlet pipe portion 42a of the LLC pipe 42 passes through the side wall 41b on the side of the vehicle body in the casing 41 of the condensing portion 40, and passes through the bent pipe portion 42b bent at about 180 °, and the outlet pipe portion 42c.
  • the outlet pipe portion 42c penetrates the side wall 41b on the side of the vehicle body in the casing 41 of the condensing unit 40. That is, the inlet pipe portion 42a, the bent pipe portion 42b, and the outlet pipe portion 42c are respectively positioned in the left direction and the vertical direction in FIG. 7B with respect to the downstream end of the steam supply pipe 50.
  • the inlet pipe portion 42a of the LLC pipe 42 passes through the side wall 41b on the side of the vehicle body in the casing 41 of the condensing portion 40, and passes through the bent pipe portion 42b bent at about 270 °, and the outlet pipe portion 42c.
  • the outlet pipe portion 42c penetrates the side wall 41b on the side of the vehicle body in the casing 41 of the condensing unit 40.
  • the introduction pipe portion 42a of the LLC pipe 42 passes through the side wall 41a on the vehicle body front side in the casing 41 of the condensing unit 40, is disposed outside the casing 41 of the condensing unit 40, and is approximately 180 °.
  • the lead pipe portion 42c is connected to the lead pipe portion 42c through a bent pipe portion 42b that bends, and the lead pipe portion 42c penetrates the side wall 41a on the vehicle body front side in the casing 41 of the condensing unit 40. That is, the inlet pipe portion 42a and the outlet pipe portion 42c are respectively positioned in the left-right direction in FIG. 7D with respect to the downstream end of the steam supply pipe 50.
  • the bent pipe portion 42b is exposed to the external environment. For this reason, as a constituent material of the bent pipe portion 42b, it is necessary to apply a material (for example, stainless steel) in consideration of salt damage corrosion and the like.
  • the LLC pipe 42 is on at least three of the four perpendiculars dropped from the center of the steam supply pipe 50 to the four sides of the casing 41 as shown in FIGS. 6, 7B, and 7C. Preferably it is present.
  • tube 50 can be increased.
  • the exhaust heat recovery efficiency can be further improved.
  • the exhaust heat recovery apparatus 20 in the embodiment and the modification described above is assumed to be provided in the gasoline engine.
  • the present invention is not limited to this, and may be provided in a diesel engine.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • DPNR Diesel Particulate-NOx Reduction system
  • the upstream catalyst 5 can be a NOx storage reduction catalyst (NSR: NOx storage reduction), and the downstream catalyst 6 can be a NOx selective reduction catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction).
  • NSR NOx storage reduction
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • the present invention can also be applied to a hybrid vehicle configured to be able to use an internal combustion engine and an electric motor together as a power source.
  • completion of the warm-up operation in the cold state stop of the engine due to completion of the warm-up operation
  • the fuel consumption can be reduced.
  • the bent pipe portion 42b is provided only in one place. However, it is also possible to employ LLC pipes bent at a plurality of locations. Further, the bent shape of the bent pipe portion 42b is not particularly limited.
  • the bending angle of the bent pipe portion 42b (change angle in the extending direction of the axis of the bent pipe portion 42b) may be any of an acute angle, a right angle, and an obtuse angle.
  • the present invention can be applied to an exhaust heat recovery device that is mounted on an automobile engine and recovers heat of exhaust gas to promote a temperature rise of cooling water.

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Abstract

　排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行って熱媒体を加熱する熱回収部（３０）の直上方に、熱媒体とエンジン冷却水との間で熱交換を行ってエンジン冷却水を加熱する凝縮部（４０）を配置し、熱回収部（３０）の上部と凝縮部（４０）の下部とを蒸気供給管（５０）により接続する。凝縮部（４０）の内部空間において、蒸気供給管（５０）の開口部の周囲を囲むようにエンジン冷却水が流れるＬＬＣパイプ（４２）を配設する。

Description

排熱回収装置
　本発明は、内燃機関等に設けられ、排気熱を回収することにより適宜の加熱対象の昇温を促進させる排熱回収装置に係る。特に、本発明は、排熱回収効率の向上を図るための対策に関する。
　従来より、自動車等の車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）の排気ガスの熱をヒートパイプを利用して回収し、エンジンの暖機を促進させるようにした排熱回収装置が知られている（例えば下記の特許文献１及び特許文献２を参照）。
　この種の排熱回収装置は、熱回収部と凝縮部とを備えている。熱回収部では、排気ガスの熱によって熱媒体（例えば水等の冷媒）を蒸発させる。そして、この気相の熱媒体を凝縮部に搬送し、この凝縮部において、熱媒体とエンジンの冷却水との間で熱交換を行い、この冷却水の温度を急速に高める。これにより、エンジンの暖機運転時間の短縮化を図ることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
　また、凝縮部において冷却水との間で熱交換を行った熱媒体は凝縮され、熱回収部に戻される。そして、この熱回収部において熱媒体が再び排気ガスの熱によって蒸発し、凝縮部に搬送されるといった循環を行う。
特開２００９－８３１８号公報 特開２００７－１７０２９９号公報
　ところが、従来の排熱回収装置にあっては、以下の点で排熱回収効率を高めるのに限界があり、この排熱回収効率を更に高めるための改良が求められていた。
　つまり、従来の排熱回収装置における凝縮部にあっては、エンジンの冷却水が流れる空間は凝縮部の外壁を介して大気に晒された状態となっている。このため、この凝縮部の外壁から冷却水の熱が大気中に大量に放出（放熱）されてしまう可能性の高いものとなっていた。つまり、上記熱媒体（例えば蒸気）から受熱した冷却水が凝縮部の内部を流れている間に、この凝縮部の外壁を経て大気中に大量に放熱し、冷却水の温度が低くなって、その放熱分が損失熱量となってしまうものであった。尚、この凝縮部の外壁は、耐食性等を考慮してステンレス製である場合が多い。このステンレスは、熱伝導率が比較的高い材料である（エンジンの冷却水を流すためのホースに比べて熱伝導率が高い）ことから、大気中への放熱を助長するものであった。
　また、従来の排熱回収装置にあっては、上記凝縮部に送り込まれる熱媒体（蒸気）の大部分が凝縮部の内壁面に向けて直接的に吹き付けられる形態となっている。このような形態の場合、上述した冷却水に熱量損失が生じる場合と同様に、この熱媒体の熱が凝縮部の外壁を経て大気中に大量に放出されてしまう可能性がある。つまり、熱媒体によって凝縮部に搬送された熱のうちのかなりの熱量が上記冷却水に与えられることなく凝縮部の外壁から大気中に放出されてしまい、その放熱分だけ損失熱量が大きくなってしまうものであった。
　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、凝縮部での熱量の損失を抑え、排熱回収効率の大幅な向上を図ることが可能な排熱回収装置を提供することにある。
　－課題の解決原理－
　上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、排熱により加熱された流体（加熱用流体）と加熱対象流体（被加熱用流体）との間で熱交換を行わせる放熱部（凝縮部）の内部空間に、加熱対象流体を流すための配管を配置すると共に、この放熱部の内部空間に導入される加熱用流体をこの配管に対して直接的に吹き付けることにより、加熱対象流体が受けた熱の外部への放熱量及び加熱用流体の外部への放熱量を共に低減し、これによって熱量の損失を大幅に抑えるようにしている。
　－解決手段－
　具体的に、本発明は、排気の熱により流体を加熱して蒸発させるための受熱部と、この受熱部で蒸発した気相状の流体を受け入れてその流体により加熱対象流体を加熱するための放熱部と、上記受熱部で蒸発した気相状の流体を放熱部の内部空間に供給する流体供給管と、上記放熱部で凝縮して液相状となった流体を上記受熱部へ戻すための還流路とを備えた排熱回収装置を前提とする。この排熱回収装置に対し、上記放熱部の内部空間に、この内部空間への加熱対象流体の流入経路を成す第１配管部分と、この内部空間またはこの内部空間の外側において屈曲された屈曲配管部分を介して第１配管部分に連続され且つこの内部空間からの加熱対象流体の流出経路を成す第２配管部分とを有する加熱対象流路配管を配設する。そして、上記放熱部の内部空間における上記流体供給管の開口位置を、上記第１配管部分と第２配管部分との間の空間に上記気相状の流体を供給する位置に設定している。
　この特定事項により、上記受熱部にあっては排気の熱により流体が加熱されて蒸発する。この気相状の流体は、流体供給管を経て放熱部に供給され、この放熱部の内部に配設された加熱対象流路配管の内部を流れる加熱対象流体との間で熱交換を行う。これにより、加熱対象流体が加熱されることになる。また、加熱対象流体を加熱した後の流体は凝縮され、還流路を経て受熱部へ戻される。このような流体の循環が行われる状態において、上記放熱部にあっては、流体供給管の開口位置が、上記第１配管部分と第２配管部分との間の空間に上記気相状の流体を供給する位置に設定されている。このため、これら第１配管部分及び第２配管部分それぞれの外面に向けて直接的に気相状の流体が流されることになる。つまり、この気相状の流体の熱量のうち放熱部の外壁からの放熱量を抑制しながら、その大部分を第１配管部分及び第２配管部分を経て加熱対象流体の加熱に寄与させることができる。また、加熱対象流体は、放熱部の内部空間において加熱対象流路配管の内部を流れているため、この加熱対象流体が受けた熱は放熱部の外壁から放熱されることは殆ど無い。その結果、気相状の流体から受けた熱量の略全量を維持したまま加熱対象流体は放熱部から流出されることになる。このように、気相状の流体及び加熱対象流体共に外部への放熱量が大幅に低減されることになるため、排熱回収効率の向上を図ることができる。
　より好ましい構成では、上記屈曲配管部分を、上記放熱部の内部空間に配置して第１配管部分と第２配管部分とを連続させる。そして、上記のより好ましい構成では、上記流体供給管の開口位置を、上記第１配管部分、屈曲配管部分及び第２配管部分によって囲まれた空間に上記気相状の流体を供給する位置に設定する。
　この構成によれば、流体供給管から放熱部の内部空間に供給された気相状の流体の大部分は、第１配管部分、屈曲配管部分、第２配管部分の各外面に向けてそれぞれ直接的に流されることになる。このため、気相状の流体の熱量のうち放熱部の外壁からの放熱量を大幅に抑制することが可能になり、排熱回収効率の大幅な向上を図ることができる。
　上記受熱部と放熱部との配置の一形態として、具体的には以下の構成が挙げられる。つまり、この構成では、放熱部を受熱部の直上方に配設する。そして、この構成では、上記流体供給管により、受熱部の上部と放熱部の下部とを連結してそれぞれの内部空間を互いに連通させる。
　このように放熱部を受熱部の直上方に配設したことにより、受熱部から放熱部への気相状流体の搬送時の熱損失を削減できる。つまり、上記流体供給管の長さ寸法を短く設定できることによって、流体供給管の表面からの放熱量を抑制でき、受熱部で得られた熱量の大部分を放熱部に供給することが可能になる。したがって、放熱部における熱交換効率の向上を図ることができる。
　上記受熱部と放熱部との配置の一形態として、より具体的には、排熱回収装置を、車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスの熱を回収するものとし、上記受熱部及び放熱部を、車両フロアに形成されているトンネル部の下側空間に収容配置した構成が挙げられる。
　この構成によれば、車両の走行時において車両フロアのトンネル部内に流れ込む走行風は、排熱回収装置における受熱部の下面及び側面に沿って流れることになる。つまり、放熱部の側面や上面には殆ど走行風は流れないことになるので、この走行風によって放熱部から熱が奪われてしまうことが殆どなくなる。このため、気相状の流体及び加熱対象流体共に外部への放熱量（走行風により奪われる熱量）が大幅に低減されることになり、排熱回収効率の向上を図ることができる。
　また、この場合、上記第１配管部分及び第２配管部分は、放熱部の平面視において放熱部のケーシング側面と流体供給管との間に位置していることが好ましい。
　これによれば、放熱部での熱交換によって凝縮した流体が、その自重により第１配管部分や第２配管部分から滴下したとしても、その流体（液相状の流体）が、流体供給管を経て受熱部へ戻されるといったことはなく、還流路に向けて流下されて受熱部へ戻されることになる。このため、流体の循環に逆流が生じることなく、円滑な循環動作が行われ、効率の良い熱回収が実現できる。
　また、上記流体供給管における上記放熱部の内部空間での上端高さ位置は、上記第１配管部分及び第２配管部分の下端の高さ位置と同一高さ位置、または、この第１配管部分及び第２配管部分の下端の高さ位置よりも低い位置に設定されていることが好ましい。
　これによれば、放熱部の内部空間に供給される気相状の流体は、流体供給管の上端から水平方向へ拡散されることになる。この気相状の流体の大部分が、放熱部の上面に直接的に吹き付けられることなしに第１配管部分及び第２配管部分の各外面に向けて流される。これにより、放熱部における熱交換効率の向上を図ることができる。
　また、本発明の排熱回収装置は、上記第１配管部分、第２配管部分、及び屈曲配管部分は、上記流体供給管の上端に対して上記車両の右方向、左方向、及び前方向又は後方向に位置していることが好ましい。
　これにより、上記流体供給管から上記放熱部の内部空間に供給された蒸気のうちで、加熱対象流路配管の外面に直接的に吹きつけられる蒸気の量の割合を増大させることができる。その結果、排熱回収効率のさらなる向上を図ることができる。さらに、上記第１配管部分及び第２配管部分は、上記流体供給管の上端の左右に位置するため、車両の前後方向に伸びている。それゆえ、上記第１配管部分及び第２配管部分をそのまま延長するだけで、加熱対象流体の供給先へ加熱対象流体を供給するための配管を、トンネル部内における走行風の流量が比較的少ない領域に配設することができる。したがって、簡素な構成の配管によって、加熱対象流体の外部への放熱量（走行風により奪われる熱量）を低減して、排熱回収効率の向上を図ることができる。
　また、上記第１配管部分、屈曲配管部分、及び第２配管部分は、同一の仮想水平面上に配置されていることが好ましい。
　これにより、上記放熱部の鉛直方向に沿ったサイズを小さくして、トンネル部内における走行風の流量が比較的少ない領域に上記放熱部を配置できる。その結果、気相状の流体及び加熱対象流体共に外部への放熱量（走行風により奪われる熱量）が低減されることになり、排熱回収効率の向上を図ることができる。
　本発明では、排熱により加熱された流体と加熱対象流体との間で熱交換を行わせる放熱部の内部空間に、加熱対象流体を流すための配管を配置すると共に、この放熱部の内部空間に導入される加熱用流体がこの配管に対して直接的に吹き付けられるようにしている。これにより、気相状の流体及び加熱対象流体共に外部への放熱量が大幅に低減されることになり、排熱回収効率の向上を図ることができる。
実施形態に係る排熱回収システムの概略構成を示す図である。 排熱回収装置の設置状態を示す斜視図である。 排熱回収装置の設置状態を車体前方から見た図である。 熱回収部のコアを示す斜視図である。 排熱回収装置を車体前方から見た断面図である。 図３のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 各変形例における図６相当図である。 各変形例における図６相当図である。 各変形例における図６相当図である。 各変形例における図６相当図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載された多気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に備えられる排熱回収装置に本発明を適用した場合について説明する。
　－排熱回収システム－
　図１は、本実施形態に係るエンジン１に備えられた排熱回収システムの概略構成を示している。
　本実施形態に係るエンジン１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気を燃焼室に供給して燃焼させた後、その燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。
　排気系は、エンジン１に取り付けられたエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して接続された排気管４とを少なくとも有した構成となっている。そして、上記エキゾーストマニホールド２と排気管４とによって排気通路が形成されている。
　上記球面継手３は、エキゾーストマニホールド２と排気管４との適度な揺動を許容するとともに、エンジン１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するように機能する。
　上記排気管４には、２つの触媒５，６が直列に設置されている。この２つの触媒５，６により排気ガスが浄化される。
　これらの触媒５，６のうち、排気管４において排気ガスの流れ方向の上流側に設置される触媒５は、いわゆるスタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるものである。以下、この触媒５を上流側触媒５と呼ぶ。一方、排気管４において排気ガスの流れ方向の下流側に設置される触媒６は、いわゆるメインキャタリスタ（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスタ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるものである。以下、この触媒６を下流側触媒６と呼ぶ。
　これらの触媒５，６は、共に、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。
　エンジン１の内部（ウォータジャケット）には、ロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷却液（以下、単に冷却水と言う）が充填されている。この冷却水は、冷却水取り出し路８から一旦取り出されてラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水還流路９を経てエンジン１に戻されるようになっている。ラジエータ７は、ウォータポンプ１０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ものである。
　そして、サーモスタット１１によって、ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス路１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。例えばエンジン１の暖機運転時においてはバイパス路１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。
　冷却水取り出し路８から分岐されて冷却水還流路９においてウォータポンプ１０の上流側に接続されるヒータ流路１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、上記冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室内に導入されるようになっている。尚、上記ヒータコア１４とブロアファン１５とによりヒータユニット１６が構成されている。上記ヒータ流路１３は、後述する排熱回収装置２０よりも上流側（冷却水の流れ方向の上流側）の上流側流路１３ａと、排熱回収装置２０よりも下流側の下流側流路１３ｂとを備えている。この下流側流路１３ｂを流れる冷却水の温度は、排熱回収装置２０での排熱回収動作（この排熱回収動作の詳細については後述する）が行われている場合には、上流側流路１３ａを流れる冷却水の温度よりも高くなる。
　－排熱回収装置の構成－
　上述の如く構成されたエンジン１の排気系には、排熱回収装置２０が付設されている。
　図２は排熱回収装置２０の設置状態を示す斜視図である。図３は排熱回収装置２０の設置状態を車体前方から見た図である。図４は排熱回収装置２０の内部に収容されているコア３１を示す斜視図である。図５は排熱回収装置２０を車体前方から見た断面図である。また、図６は図３のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。
　この排熱回収装置２０は、エンジン１から排出される排気ガスの熱を回収して上記冷却水の昇温を促進させるためのものである。排熱回収装置２０は、主として、熱回収部（受熱部）３０及び凝縮部（放熱部）４０を備えている。排熱回収装置２０は、これら熱回収部３０と凝縮部４０とが、蒸気供給管（流体供給管）５０及び凝縮水還流部（還流路）６０によって接続された構成となっている（図３及び図５を参照）。
　具体的には、熱回収部３０の上側に凝縮部４０が配置されている。そして、この熱回収部３０の上部と凝縮部４０の下部とが蒸気供給管５０によって接続され、熱回収部３０の側部と凝縮部４０の側部とが凝縮水還流部６０によって接続された構成となっている。これにより、熱回収部３０、蒸気供給管５０、凝縮部４０、凝縮水還流部６０の順で熱媒体（流体）を循環させるループ式ヒートパイプ構造となっている。
　尚、上記ループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置２０とは、熱回収部３０と凝縮部４０との間で熱媒体を相転移（液相と気相との間で相転移）させながら循環させることによって、熱回収部３０での排気熱の回収と凝縮部４０での放熱（冷却水への放熱）とを繰り返して行うものをいう。
　上記熱回収部３０、蒸気供給管５０、凝縮部４０及び凝縮水還流部６０により形成される熱媒体の循環経路の内部は真空状態とされており、その循環経路内に適量の熱媒体が封入されている。この熱媒体は、例えば純水等が採用される。水の沸点は、１気圧で１００℃である。上記熱媒体の循環経路内を減圧（例えば０．０１気圧に減圧）していることにより、循環経路内での水の沸点は、例えば５～１０℃となる。尚、熱媒体としては、純水の他に、例えばアルコール、フロロカーボン、フロン等を採用することも可能である。また、排熱回収装置２０の主要構成要素は、例えば高耐食性を有するステンレス材で形成されている。
　この排熱回収装置２０の構成部材の概要として、上記熱回収部３０は、内部に封入される液相状の熱媒体を排気ガスの熱で蒸発させるものである。この熱回収部３０は、単一のコア３１を用いた構成になっている。このコア３１には、図４及び図５に示すように、複数の排気通路３２と複数の熱媒体通路３３とが交互に隣り合わせに配置された状態で設けられている。上記熱回収部３０は、排気通路３２を流れる排気ガスと熱媒体通路３３を流れる熱媒体との間で熱交換を行う構成となっている。この熱回収部３０の具体的な構成については後述する。
　凝縮部４０は、熱回収部３０で蒸気とされた気相状の熱媒体を受け入れて、この熱媒体の潜熱及び顕熱によって加熱対象である上記冷却水を加熱するものである。この凝縮部４０内の気相状の熱媒体は、冷却水との間での熱交換に伴い凝縮されて液相状となり、凝縮水還流部６０を経て熱回収部３０に戻されるようになっている。この凝縮部４０の具体的な構成についても後述する。
　－排熱回収装置２０の配置形態－
　次に、上記排熱回収装置２０の配置形態について説明する。
　図１及び図２に示すように、排熱回収装置２０は、上記熱回収部３０が排気管４の途中に設置され、この排気管４を経て熱回収部３０に流れ込んだ排気ガスの熱が、熱回収部３０において熱媒体により回収されるようになっている。
　排気管４は、排熱回収装置２０を設置することによって、それを境に上流部４ａと下流部４ｂとに分割されている。
　上記熱回収部３０における各排気通路３２の入口が排気管４の上流部４ａ側に配置されている一方、各排気通路３２の出口が排気管４の下流部４ｂ側に配置されている。
　熱回収部３０における排気入口側と排気管４の上流部４ａとの連結部分、及び、熱回収部３０における排気出口側と排気管４の下流部４ｂとの連結部分には、テーパコーン形状の中継パイプ４ｃ，４ｄが設けられている。
　上流側連結部分に設置される中継パイプ４ｃは、排気流れ方向の上流側から下流側へ向けて内径寸法を漸次大きくする形状である。それによって、排気管４の上流部４ａを流れる排気を排熱回収装置２０の熱回収部３０の排気入口全域に行き届かせることが可能になっている。
　下流側連結部分に設置される中継パイプ４ｄは、排気流れ方向の上流側から下流側へ向けて内径寸法を漸次小さくする形状である。それによって、排熱回収装置２０の熱回収部３０の排気出口全域から流出する排気を排気管４の下流部４ｂに抵抗を少なくしながら集めて流すことが可能になっている。
　また、上記排気管４は、車体のフロアパネル（車両フロア）１７に形成され且つ車体前後方向に延びるトンネル部１７ａ内に収容されている。このため、図３に示すように、上記中継パイプ４ｃ，４ｄの間に配設されている熱回収部３０、この熱回収部３０の上側に配置されている凝縮部４０も、それぞれトンネル部１７ａ内（フロアパネル１７の下側空間）に収容されている。
　このような排熱回収装置２０の設置状態によれば、車両の走行時においてフロアパネル１７のトンネル部１７ａ内に流れ込む走行風は、熱回収部３０の下面及び側面に沿って流れることになる（図３では、この走行風の流量が比較的多い領域に破線の斜線を付している）。つまり、上記凝縮部４０の側面や上面には殆ど走行風は流れないことになるので、この走行風によって凝縮部４０から熱が奪われてしまうことは殆どない。走行風の流量が比較的少ない領域は、図３に示されているように、トンネル部１７ａ内の空間における略上半分の領域となっている。そのため、凝縮部４０は、その下端の位置がトンネル部１７ａ内の空間における上下方向の中央位置よりも高くなるように配置されていることが好ましい。
　－熱回収部３０の構成－
　次に、上記熱回収部３０の構成を詳しく説明する。
　熱回収部３０において上記排気通路３２及び熱媒体通路３３を形成しているコア３１は、図４に示すように、適宜数のチューブ３４，３４，…を横方向（車幅方向）に積層して連結した積層構造体として構成されている。各チューブ３４，３４，…同士の連結は、積層部分を溶接またはロウ付け等により接合することにより行われる。
　チューブ３４は、本実施形態では略直方体形状とされ、その内部に形成された空間が上記排気通路３２となっている。
　チューブ３４の両側壁における中間領域（排気ガスの流れ方向の中間領域）には、上下方向の全体に亘って延びる凹み３４ａ，３４ａが設けられている。各チューブ３４を積層して連結すると、上記凹み３４ａ，３４ａが設けられていない部分である排気ガスの流れ方向の両端部分が接合されることになる。これにより、互いに対向する凹み３４ａ，３４ａ同士の間で上下方向に延びる空間が形成される。この空間が上記熱媒体が流れる熱媒体通路３３となる。
　また、各チューブ３４の内部空間である排気通路３２には、排気の熱を受ける受熱体としてのフィン３４ｂが設けられている。このフィン３４ｂは、例えば一般的に公知のコルゲートタイプのフィンとされている。
　このように、排気通路３２と、熱媒体通路３３とは、交互に隣り合わせに多数配置されている。ここでは、排気通路３２は、排気ガスの流れ方向に沿う横穴として、また、熱媒体通路３３は、排気流れ方向に対して直交する上下方向に沿う縦穴として、それぞれ形成されている。
　このような構成とされたコア３１の上部には、上側ケース３５が取り付けられている（図５を参照）。この上側ケース３５によって、上記熱媒体通路３３内で蒸発した気相状の熱媒体を集めて凝縮部４０に向けて送り出すための送出用の合流空間３５ａが形成されている。この上側ケース３５は、全ての熱媒体通路３３，３３，…の上部開口を覆うように、コア３１の上部に設置されている。これにより、上記合流空間３５ａには、コア３１の全ての熱媒体通路３３，３３，…内で蒸発した気相状の熱媒体が集められることになる。その結果、この合流空間３５ａに集められた気相状の熱媒体が、蒸気供給管５０によって凝縮部４０に供給されることになる。
　また、コア３１の下部及び側部には、下側ケース３６が取り付けられている。この下側ケース３６によって、上記凝縮部４０で凝縮された水を回収するための回収空間３６ａが形成されている。この下側ケース３６は、全ての熱媒体通路３３，３３，…の下部開口を覆うように、コア３１の下部に設置されている。これにより、上記回収空間３６ａには、凝縮部４０から受け入れた液相状の熱媒体が、コア３１の全ての熱媒体通路３３，３３，…に分散して流入されるようになっている。
　－蒸気供給管５０－
　蒸気供給管５０は、鉛直方向に延びる軸線を有して熱回収部３０の上部（上壁）と凝縮部４０の下部（下壁）とを接続し、これら熱回収部３０の内部空間（熱媒体通路３３，３３，…及び合流空間３５ａ）と凝縮部４０の内部空間とを連通させている。より具体的には、熱回収部３０の上面の中央部と凝縮部４０の下面の中央部とを接続している。
　また、この蒸気供給管５０の上端は、凝縮部４０の下壁を貫通して凝縮部４０の内部空間に延びている。この蒸気供給管５０の上端には、凝縮部４０の内部空間へ蒸気を放出する開口が設けられている。その蒸気供給管５０の上端位置（開口の位置）は、この凝縮部４０の内部空間において、比較的低い位置に設定されている。つまり、熱回収部３０で蒸発した熱媒体が蒸気供給管５０により凝縮部４０の内部空間に供給される場合、その凝縮部４０の内部空間の比較的低い位置で、その熱媒体（蒸気）は水平方向へ拡散されるようになっている。言い換えると、熱媒体に対し、蒸気供給管５０による上向きのガイドが凝縮部４０の内部空間の比較的低い位置で解除されることによって、その熱媒体（蒸気）は水平方向へ拡散されるようになっている（図５の矢印Ａを参照）。これにより、蒸気供給管５０から凝縮部４０の内部空間に導入された熱媒体の大部分が凝縮部４０の上面に直接的に吹き付けられるといった状態を招きにくい構成となっている。
　この蒸気供給管５０の上端位置は、具体的には、後述するＬＬＣパイプ４２の外面の下端の高さ位置と同一高さ位置、または、このＬＬＣパイプ４２の外面の下端の高さ位置よりも低い位置に設定されている。
　－凝縮部４０の構成－
　次に、上記凝縮部４０の構成を詳しく説明する。
　凝縮部４０は、略直方体形状の中空のケーシング４１と、このケーシング４１内に配設されたＬＬＣパイプ（加熱対象流路配管）４２とを備えている。
　上記ケーシング４１は、その平面視形状が上記熱回収部３０の平面視形状に略一致している一方、その高さ寸法は熱回収部３０の高さ寸法に対して約１／４程度となっており、偏平な形状となっている。また、このケーシング４１の内部空間は、上記蒸気供給管５０により供給された熱媒体（蒸気）が導入され且つ水平方向へ拡散される熱媒体拡散空間として構成されている。
　そして、このケーシング４１内に配設されたＬＬＣパイプ４２の形状は、上記蒸気供給管５０の開口位置（凝縮部４０の底面の中央位置）を囲むように屈曲されている。
　具体的には、図６（図３のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図）に示すように、ＬＬＣパイプ４２の上流端及び下流端が、ケーシング４１の各側壁のうち車体前方側の側壁４１ａを貫通している。このＬＬＣパイプ４２は、導入パイプ部分（第１配管部分）４２ａ、屈曲パイプ部分（屈曲配管部分）４２ｂ、導出パイプ部分（第２配管部分）４２ｃが連続して形成されている。
　上記導入パイプ部分４２ａは、上記ヒータ流路１３の上流側流路１３ａを形成する上流側配管１３Ａに連続し且つケーシング４１における車体前方側の側壁４１ａを貫通した直管部分である。導出パイプ部分４２ｃは、上記ヒータ流路１３の下流側流路１３ｂを形成する下流側配管１３Ｂに連続し且つケーシング４１における車体前方側の側壁４１ａを貫通した直管部分である。そして、屈曲パイプ部分４２ｂは、凝縮部４０のケーシング４１内部において上記導入パイプ部分４２ａの下流端と導出パイプ部分４２ｃの上流端とを連結する屈曲（湾曲）された配管部分である。また、これら導入パイプ部分４２ａ、屈曲パイプ部分４２ｂ、及び導出パイプ部分４２ｃは、ケーシング４１内の上下方向の略中央位置にそれぞれの軸線の高さ位置が設定されている。つまり、これらパイプ部分４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、同一の仮想水平面上に配置されている。
　このような構成により、ヒータ流路１３の上流側流路１３ａからＬＬＣパイプ４２内に冷却水が流入されると、この冷却水は、導入パイプ部分４２ａ、屈曲パイプ部分４２ｂ、導出パイプ部分４２ｃの順に流れ、ヒータ流路１３の下流側流路１３ｂに流出されることになる。このようにして冷却水がＬＬＣパイプ４２内を流れている間に、凝縮部４０のケーシング４１内に導入されている熱媒体（蒸気）との間での熱交換により、上記冷却水が加熱される構成となっている。
　このような構成により、図６に示すように、凝縮部４０の内部にあっては、蒸気供給管５０の下流端に対して、三方向（図６における左右方向及び上側方向；すなわち車両の右方向、左方向、及び後方向）に、導入パイプ部分４２ａ、導出パイプ部分４２ｃ、屈曲パイプ部分４２ｂがそれぞれ位置することになる。つまり、蒸気供給管５０の下流端に対し、その周囲を取り囲むようにＬＬＣパイプ４２が配設されている。したがって、蒸気供給管５０の開口位置は、導入パイプ部分４１ａ、屈曲パイプ部分４１ｂ、及び導出パイプ部分４２ｃによって囲まれた空間に蒸気を供給する位置に設定されている。これにより、蒸気供給管５０の下流端からケーシング４１内に流入された熱媒体が、導入パイプ部分４２ａ、導出パイプ部分４２ｃ、及び屈曲パイプ部分４２ｂのそれぞれに向けて直接的に（ケーシング４１の内壁面（側面）に達する前に）流れるようになっている。
　－凝縮水還流部６０－
　凝縮水還流部６０は、図５に示すように、凝縮部４０の側壁と熱回収部３０の側壁（下側ケース３６）とを接続している還流配管６１の途中に開閉弁６２が設けられた構成となっている。この開閉弁６２は、排熱回収動作時には開放し、凝縮部４０から熱回収部３０への熱媒体の回収を可能にして、上述した熱回収部３０、蒸気供給管５０、凝縮部４０、凝縮水還流部６０での熱媒体の循環が行われるようにする。一方、例えば冷却水温度が所定温度に達して排熱回収動作が不要になった場合には、開閉弁６２が閉鎖し、凝縮部４０から熱回収部３０への熱媒体の回収を禁止することで、上述した熱媒体の循環を停止するようになっている。この開閉弁６２は、電磁開閉弁で構成されていてもよいし、温度変化に伴って開閉動作を行うサーモスタットで構成されていてもよい。
　－排熱回収装置２０の動作－
　次に、排熱回収装置２０の動作について説明する。
　エンジン１の冷間始動時には、上流側触媒５及び下流側触媒６、エンジン１の冷却水の全てが、低温（外気温程度）になっている。この状態からエンジン１が始動されると、それに伴い、エンジン１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に例えば３００～４００℃の排気ガスが排出されることになり、２つの触媒５，６が排気ガスにより昇温されることになる。また、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス路１２を経てエンジン１へ戻されることによって、暖機運転が行われることになる。
　このような暖機運転中において、排気管４を流れる排気ガスは、熱回収部３０におけるコア３１の排気通路３２，３２，…に流入して通過することになる。排気ガスは、排気通路３２を通過する過程で、排気通路３２内のフィン３４ｂの外表面に接触して下流側へ流れる。これにより、フィン３４ｂに排気の熱が伝わることになる。
　その一方で、熱回収部３０の回収空間３６ａや熱媒体通路３３，３３，…に貯留されている液相状の熱媒体は、コア３１における全ての熱媒体通路３３，３３，…内において、上記排気通路３２，３２，…を流れる排気ガスの熱を受け、加熱されて蒸発する。
　この蒸発した気相状の熱媒体は、全ての熱媒体通路３３，３３，…内を上昇（図５に破線で示す矢印を参照）して合流空間３５ａにおいて合流され、蒸気供給管５０を経て凝縮部４０に導入される（図５の矢印Ａを参照）。
　この凝縮部４０においては、気相状の熱媒体の潜熱や顕熱によってＬＬＣパイプ４２内を流通する冷却水が加熱される。これにより、凝縮部４０内の気相状の熱媒体が凝縮されて液相状となり、凝縮水還流部６０を経て熱回収部３０の回収空間３６ａに戻される（図５の矢印Ｂを参照）。暖機運転中には、上記開閉弁６２は開放状態となっており、熱回収部３０の回収空間３６ａに戻された液相状の熱媒体は、再び、排気通路３２，３２，…を流れる排気ガスの熱を受けて蒸発し、凝縮部４０に導入される。このような熱媒体の循環動作が暖機運転中に繰り返される。
　このようにして、熱回収部３０、蒸気供給管５０、凝縮部４０、凝縮水還流部６０により形成される閉ループ内で熱媒体が相転移しながら循環されることになって、排気の熱の回収と冷却水の加熱とが繰り返されることになる。これにより、エンジン１の暖機運転を早期に終了させることが可能になり、燃料消費率の改善を図ることができる。
　そして、凝縮部４０において冷却水との熱交換が不要となった暖機完了時にあっては、開閉弁６２が閉鎖し、凝縮部４０から熱回収部３０への熱媒体の回収を禁止することで、上述した熱媒体の循環を停止する。
　そして、本実施形態の動作の特徴は、上記凝縮部４０での熱交換動作にある。具体的には、上述した如く、凝縮部４０の内部にあっては、蒸気供給管５０の下流端（上端）に対して、三方向（図６における左右方向及び上側方向）に、導入パイプ部分４２ａ、導出パイプ部分４２ｃ、屈曲パイプ部分４２ｂがそれぞれ位置している。また、蒸気供給管５０の上端位置は、凝縮部４０の内部空間において、比較的低い位置に設定されており、凝縮部４０の内部空間の比較的低い位置で、熱媒体（蒸気）は水平方向へ拡散されるようになっている。
　このため、凝縮部４０の内部空間に導入された熱媒体の大部分は、水平方向へ拡散され、凝縮部４０の内面（側面）に吹き付けられる前に導入パイプ部分４２ａ、導出パイプ部分４２ｃ、屈曲パイプ部分４２ｂそれぞれに向けて直接的に吹き付けられることになる。このため、この気相状の熱媒体の熱量のうち凝縮部４０のケーシング４１の壁面からの放熱量を抑制しながら、その大部分を、ＬＬＣパイプ４２を経て冷却水の加熱に寄与させることができる。
　また、冷却水は、凝縮部４０の内部空間においてＬＬＣパイプ４２の内部を流れているため、この冷却水が受けた熱量のうち凝縮部４０のケーシング４１の壁面からの放熱量は殆ど無くなる。その結果、気相状の熱媒体から受けた熱量の略全量を維持したまま冷却水は凝縮部４０からヒータ流路１３の下流側流路１３ｂに向けて流出されることになる。
　このように、気相状の熱媒体及び冷却水共に外部への放熱量が大幅に低減されることになるため、排熱回収効率の向上を図ることができる。また、本実施形態では、蒸気供給管５０及びＬＬＣパイプ４２の配置形態を変更することで上記効果を奏することができるため、コストの低廉化及び排熱回収装置２０の軽量化も図ることができる。
　また、本実施形態では、凝縮部４０を熱回収部３０の直上方に配設したことにより、これらを接続している蒸気供給管５０の長さ寸法を短く設定できる。このため、この蒸気供給管５０の表面からの放熱量を抑制でき、熱回収部３０で得られた熱量の大部分を凝縮部４０に供給することが可能になり、凝縮部４０における熱交換効率の向上を図ることができる。
　更に、本実施形態では、上記導入パイプ部分４２ａ、導出パイプ部分４２ｃ、屈曲パイプ部分４２ｂそれぞれを、凝縮部４０の平面視（水平面視）においてケーシング４１の側面と蒸気供給管５０の開口位置との間に位置させている。つまり、蒸気供給管５０の開口の上方には、ＬＬＣパイプ４２が位置しないようにしている。このため、凝縮部４０での熱交換によって凝縮した液相状の熱媒体が、その自重によりＬＬＣパイプ４２から滴下したとしても、その液相状の熱媒体が蒸気供給管５０を経て熱回収部３０へ戻されるといったことはない。つまり、液相状の熱媒体は、常に、凝縮水還流部６０を経て熱回収部３０へ戻されることになる。このため、熱媒体の循環に逆流が生じることなく、円滑な循環動作が行われ、効率の良い熱回収が実現できる。
　また、上述した如く、排熱回収装置２０はフロアパネル１７のトンネル部１７ａ内に収容されており、また、凝縮部４０は熱回収部３０の上側に配置されている。このため、車両の走行時において、フロアパネル１７のトンネル部１７ａ内に流れ込む走行風は、熱回収部３０の下面及び側面に沿って流れることになる（図３において破線の斜線を付した領域を参照）。つまり、上記凝縮部４０の側面や上面には殆ど走行風は流れないことになるので、この走行風によって凝縮部４０から熱が奪われてしまうことは殆どない。以下、具体的に説明する。
　排熱回収装置２０のうち走行風を受ける領域での移動熱量は、以下の式（１）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　但し、上記境膜伝熱係数は、流体の状態により決まる値であり、平板上の発達した乱流の強制対流伝熱において、以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　よって、走行風を受けない領域にあっては強制対流伝熱は生じないため、走行風を受ける領域（熱回収部３０の下面及び側面）が支配的となり、凝縮部４０から熱が奪われてしまうことは殆どない。
　このため、凝縮部４０における外部への放熱量（走行風により奪われる熱量）が大幅に低減されることになり、排熱回収効率の向上を図ることができる。また、ＬＬＣパイプ４２は凝縮部４０のケーシング４１内部に配設されているため、このＬＬＣパイプ４２を流れる冷却水の熱が走行風により奪われることはない。
　また、上記ＬＬＣパイプ４２は外部環境に晒されていないため、塩害腐食等を考慮する必要がなくなる。特に、このＬＬＣパイプ４２は塩害腐食等によって冷却水の漏れが生じた場合には、エンジン１のオーバヒートを回避するべくエンジン停止を余儀なくされる。本実施形態では、この塩害腐食等を考慮する必要がなくなる。このため、このＬＬＣパイプ４２の構成材料の採用の幅が拡がることになり、比較的安価な材料の選択や、熱交換効率の高い材料（熱伝導率の高い材料）の選択が可能になる。
　－変形例－
　次に、本発明の変形例について図７Ａ～図７Ｄに沿って説明する。以下の変形例は、凝縮部４０内におけるＬＬＣパイプ４２の配設状態の変形例である。
　図７Ａに示すものでは、ＬＬＣパイプ４２の導入パイプ部分４２ａが、凝縮部４０のケーシング４１における車体前方側の側壁４１ａを貫通し、略９０°に屈曲する（軸線の延長方向の変更角度が９０°とされた）屈曲パイプ部分４２ｂを経て導出パイプ部分４２ｃに繋がり、導出パイプ部分４２ｃが、凝縮部４０のケーシング４１における車体側方の側壁４１ｂを貫通した構成となっている。つまり、蒸気供給管５０の下流端に対して、図７Ａにおける左方向から上側方向に亘って、導入パイプ部分４２ａ、屈曲パイプ部分４２ｂ、及び導出パイプ部分４２ｃがそれぞれ位置された構成となっている。
　図７Ｂに示すものでは、ＬＬＣパイプ４２の導入パイプ部分４２ａが、凝縮部４０のケーシング４１における車体側方の側壁４１ｂを貫通し、略１８０°に屈曲する屈曲パイプ部分４２ｂを経て導出パイプ部分４２ｃに繋がり、導出パイプ部分４２ｃが、凝縮部４０のケーシング４１における車体側方の側壁４１ｂを貫通した構成となっている。つまり、蒸気供給管５０の下流端に対して、図７Ｂにおける左方向及び上下方向に、導入パイプ部分４２ａ、屈曲パイプ部分４２ｂ、及び導出パイプ部分４２ｃがそれぞれ位置された構成となっている。
　図７Ｃに示すものでは、ＬＬＣパイプ４２の導入パイプ部分４２ａが、凝縮部４０のケーシング４１における車体側方の側壁４１ｂを貫通し、略２７０°に屈曲する屈曲パイプ部分４２ｂを経て導出パイプ部分４２ｃに繋がり、導出パイプ部分４２ｃが、凝縮部４０のケーシング４１における車体側方の側壁４１ｂを貫通した構成となっている。
　図７Ｄに示すものでは、ＬＬＣパイプ４２の導入パイプ部分４２ａが、凝縮部４０のケーシング４１における車体前方側の側壁４１ａを貫通し、凝縮部４０のケーシング４１の外部に配置され且つ略１８０°に屈曲する屈曲パイプ部分４２ｂを経て導出パイプ部分４２ｃに繋がり、導出パイプ部分４２ｃが、凝縮部４０のケーシング４１における車体前方側の側壁４１ａを貫通した構成となっている。つまり、蒸気供給管５０の下流端に対して、図７Ｄにおける左右方向に、導入パイプ部分４２ａ、及び導出パイプ部分４２ｃがそれぞれ位置された構成となっている。この図７Ｄに示すものにあっては、屈曲パイプ部分４２ｂが外部環境に晒されることになる。このため、この屈曲パイプ部分４２ｂの構成材料としては、塩害腐食等を考慮した材料（例えばステンレス）を適用することが必要である。
　ＬＬＣパイプ４２は、平面視において、図６、図７Ｂ、及び図７Ｃのように、蒸気供給管５０の中心からケーシング４１の４つの側面に下ろした４つの垂線のうちの少なくとも３つの垂線上に存在することが好ましい。これにより、蒸気供給管５０からケーシング４１の内部空間に供給された蒸気のうちで、ＬＬＣパイプ４２の外面に直接的に吹きつけられる蒸気の量の割合を増大させることができる。その結果、排熱回収効率のさらなる向上を図ることができる。
　－他の実施形態－
　以上説明した実施形態及び変形例における排熱回収装置２０は、ガソリンエンジンに設けられたものとしていた。本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジンに設けられるものであってもよい。この場合、触媒装置としては、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction system）等が適用されることになる。
　また、上流側触媒５をＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：NOx storage reduction）とし、下流側触媒６をＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）とすることも可能である。
　また、本発明は、動力源として内燃機関と電動モータとを併用可能な構成とされたハイブリッド車両に対しても適用可能である。このハイブリッド車両に適用した場合、冷間時の暖機運転完了（暖機運転完了によるエンジンの停止）を短時間で達成することができ、燃料消費量の削減を図ることができる。
　また、上述した実施形態及び変形例におけるＬＬＣパイプ４２では、屈曲パイプ部分４２ｂを１箇所のみに備えていた。しかしながら、複数箇所で屈曲されたＬＬＣパイプを採用することも可能である。また、屈曲パイプ部分４２ｂの屈曲形状も、特に限定されるものではない。屈曲パイプ部分４２ｂの屈曲角度（屈曲パイプ部分４２ｂの軸線の延長方向の変更角度）も、鋭角、直角、鈍角の何れであってもよい。
　本発明は、自動車用エンジンに搭載され、排気ガスの熱を回収して冷却水の温度上昇を促進させる排熱回収装置に適用可能である。
　１　　エンジン（内燃機関）
１７　　フロアパネル（車両フロア）
１７ａ　トンネル部
２０　　排熱回収装置
３０　　熱回収部（受熱部）
４０　　凝縮部（放熱部）
４１　　ケーシング
４２　　ＬＬＣパイプ（加熱対象流路配管）
４２ａ　導入パイプ部分（第１配管部分）
４２ｂ　屈曲パイプ部分（屈曲配管部分）
４２ｃ　導出パイプ部分（第２配管部分）
５０　　蒸気供給管（流体供給管）
６０　　凝縮水還流部（還流路）

Claims (8)

  1. 　排気の熱により流体を加熱して蒸発させるための受熱部と、この受熱部で蒸発した気相状の流体を受け入れてその流体により加熱対象流体を加熱するための放熱部と、上記受熱部で蒸発した気相状の流体を放熱部の内部空間に供給する流体供給管と、上記放熱部で凝縮して液相状となった流体を上記受熱部へ戻すための還流路とを備えた排熱回収装置において、
    　上記放熱部の内部空間には、この内部空間への加熱対象流体の流入経路を成す第１配管部分と、この内部空間またはこの内部空間の外側において屈曲された屈曲配管部分を介して第１配管部分に連続され且つこの内部空間からの加熱対象流体の流出経路を成す第２配管部分とを有する加熱対象流路配管が配設されており、
    　上記放熱部の内部空間における上記流体供給管の開口位置は、上記第１配管部分と第２配管部分との間の空間に上記気相状の流体を供給する位置に設定されていることを特徴とする排熱回収装置。
  2. 　請求項１記載の排熱回収装置であって、
    　上記屈曲配管部分は、上記放熱部の内部空間に配置されて第１配管部分と第２配管部分とを連続させるものであり、
    　上記流体供給管の開口位置は、上記第１配管部分、屈曲配管部分及び第２配管部分によって囲まれた空間に上記気相状の流体を供給する位置に設定されている排熱回収装置。
  3. 　請求項１または２記載の排熱回収装置であって、
    　上記放熱部は、受熱部の直上方に配設されており、
    　上記流体供給管は、受熱部の上部と放熱部の下部とを連結してそれぞれの内部空間を互いに連通させる構成となっている排熱回収装置。
  4. 　請求項３記載の排熱回収装置であって、
    　車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスの熱を回収するものであって、
    　上記受熱部及び放熱部は、車両フロアに形成されているトンネル部の下側空間に収容配置されている排熱回収装置。
  5. 　請求項３または４記載の排熱回収装置であって、
    　上記第１配管部分及び第２配管部分は、放熱部の平面視において放熱部のケーシング側面と流体供給管との間に位置している排熱回収装置。
  6. 　請求項３、４または５記載の排熱回収装置であって、
    　上記流体供給管における上記放熱部の内部空間での上端高さ位置は、上記第１配管部分及び第２配管部分の下端の高さ位置と同一高さ位置、または、この第１配管部分及び第２配管部分の下端の高さ位置よりも低い位置に設定されている排熱回収装置。
  7. 　請求項３～６の何れか１項に記載の排熱回収装置であって、
    　上記第１配管部分、第２配管部分、及び屈曲配管部分は、上記流体供給管の上端に対して上記車両の右方向、左方向、及び前方向又は後方向に位置している排熱回収装置。
  8. 　請求項３～７の何れか１項に記載の排熱回収装置であって、
    　上記第１配管部分、屈曲配管部分、及び第２配管部分は、同一の仮想水平面上に配置されている排熱回収装置。
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