JP4870702B2 - 排気熱回収器 - Google Patents

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。

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、従来より、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上で、排気ガスの熱により作動流体を加熱する加熱部と、この加熱部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とを有する複数のヒートパイプを水平方向に並列に配置し、各ヒートパイプの鉛直方向両端部同士をそれぞれ連通させるヘッダ（連通部）を持つように構成したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。そして、各ヒートパイプの蒸発部側のヘッダは、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、各ヒートパイプの加熱部側のヘッダは、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流体通路を介して連結されている。この場合、各ヒートパイプの外周囲には、排気ガスの熱を受熱するフィンが加熱部および蒸発部の両領域に亘って同じフィンピッチで設けられている。
特開平４−４５３９３号公報 特開２００６−３１３０５６号公報

ところが、上記従来の排気熱回収器では、各ヒートパイプの外周囲のフィンが加熱部および蒸発部の両領域に亘って同じフィンピッチで設けられているため、加熱部および蒸発部の両領域においてフィンにより受熱される排気ガスからの受熱量がほぼ同じとなる。そのため、排気熱回収器が氷点温度以下に晒される冷間始動時などには、作動流体が貯留されている加熱部において最も受熱量が必要とされるものの、作動流体が貯留されない蒸発部にも排気ガスから同量の受熱量が付与されることになる。これにより、加熱部において作動流体を排気ガスからの受熱量により加熱するのに時間を要し、冷間始動時などに作動流体を迅速に加熱して円滑に循環させることができず、排気熱回収器による熱回収を効率よく行うことができない。

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、冷間始動時などに加熱部において作動流体を短時間で排気ガスにより迅速に加熱して熱回収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、排気管の内部に、エンジンから排出された排気ガスの熱により作動流体を加熱する加熱部と、この加熱部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とを有するヒートパイプを設ける。更に、上記ヒートパイプの外周囲に、排気ガスの熱を所定量受熱するフィンを設ける。そして、上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを、上記蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチよりも密に設定している。そして、この蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを、上記加熱部の外周囲において密となるフィンのフィンピッチによって悪化する排気ガスの流通抵抗が相殺されるように粗く設定している。

この特定事項により、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチが蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチよりも密に設定されているので、加熱部のフィンが受熱する排気ガスからの受熱量は、蒸発部のフィンが受熱する排気ガスからの受熱量よりも多くなる。このため、排気熱回収器が氷点温度以下に晒される冷間始動時などに、作動流体が貯留されている加熱部に排気ガスの熱量が十分に付与され、加熱部の作動流体を排気ガスからの受熱量により迅速に加熱して、冷間始動時などに作動流体を円滑に循環させて排気熱回収器による熱回収を効率よく行うことが可能となる。

しかも、加熱部の外周囲において密となるフィンのフィンピッチによって、排気ガスからの所定量の受熱のうちの大半が賄えることになり、蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを粗にすることが可能となって排気ガスの流通抵抗の悪化が是正されることになり、排気熱回収器を設置したことによる排気ガスの流れ方向下流側での背圧の上昇を抑制することが可能となる。

特に、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを具体的に特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとを、Ｑｅｘ＞Ｑｋの関係を満たすように、上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを設定している。

この特定事項により、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、冷間始動時に氷点温度以下に晒された加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋよりも冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘが大きくなるように設定されている。つまり、冷間始動時から所定期間内での排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘによって、冷間始動時に氷点温度以下に晒された加熱部の作動流体を氷点温度以上にするように加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチが設定されることになる。これにより、排気熱回収器が氷点温度以下に晒される冷間始動時などに、作動流体が貯留されている加熱部に排気ガスの熱量が十分に付与され、加熱部の作動流体を排気ガスの熱量により迅速に加熱して、冷間始動時などに作動流体をより円滑に循環させて排気熱回収器による熱回収をより効率よく行うことが可能となる。

また、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを更に具体的に特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記排気管の外部に、上記蒸発部で蒸発した作動流体を外部からの被伝熱流体との熱交換により凝縮する凝縮部と、この凝縮部により凝縮された作動流体を上記加熱部に対しその近傍を延びて導出する流体通路とを設けている。そして、冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記流体通路の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、Ｑｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐの関係を満たすように、上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを設定している。

この特定事項により、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、冷間始動時に氷点温度以下に晒された流体通路の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、冷間始動時に氷点温度以下に晒された加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋとの和よりも冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘが大きくなるように設定されている。つまり、冷間始動時から所定期間内での排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘによって、冷間始動時に氷点温度以下に晒された流体通路の作動流体および加熱部の作動流体を氷点温度以上にするように加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチが設定されることになる。これにより、排気熱回収器が氷点温度以下に晒される冷間始動時などに、作動流体が貯留されている加熱部に排気ガスの熱量が十分に付与されるとともに、加熱部に付与された排気ガスの熱量が流体通路の作動流体に十分に伝達され、加熱部の作動流体および流体通路の作動流体を排気ガスの熱量により迅速に加熱して、冷間始動時などに作動流体をより円滑に循環させて排気熱回収器による熱回収をより効率よく行うことが可能となる。
冷間始動時などに作動流体を効率よく加熱して循環させることが可能となる。

以上、要するに、加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチよりも密に設定することで、加熱部のフィンが受熱する排気ガスからの受熱量を蒸発部のフィンが受熱する排気ガスからの受熱量よりも多くなり、排気熱回収器が氷点温度以下に晒される冷間始動時などに加熱部の作動流体に排気ガスの熱量を十分に付与して迅速に加熱し、冷間始動時などに作動流体を円滑に循環させて排気熱回収器による熱回収を効率よく行うことができる。しかも、加熱部の外周囲において密となるフィンのフィンピッチによって排気ガスからの所定量の受熱のうちの大半を賄えて、蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチを粗にすることができ、排気熱回収器を設置したことによる排気ガスの流れ方向下流側での背圧の上昇を抑制することができる。

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は本発明の実施形態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に取り付けられた上流側接続具２５ａ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に取り付けられた下流側接続具２５ｂ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６本のヒートパイプ２３，２３，…と、凝縮部２４とを備えている。

各ヒートパイプ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。この各ヒートパイプ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。各ヒートパイプ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）の加熱部側ヒートパイプ部分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）の蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂとを備えている。そして、各ヒートパイプ２３は、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、図４に示すように、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、始動時の純水の液面を境にして区分されている。また、加熱部２１および蒸発部２２についても同様である。

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、図５にも示すように、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、流体通路としての下側連通路２６ｂは、蒸発側筐体２５の導入部２５２に一端（上端）が接続され、加熱部の近傍を螺旋状に旋回しながら下方に延びて他端（下端）が貯留部２７（後述する）に接続されている。この場合、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は、それぞれ同一径に形成されている。

そして、図６にも示すように、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、図３に示すように、ヒートパイプ２３の外周囲、つまり蒸発側筐体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、排気ガスの熱を受熱するフィンとしてのコルゲートフィン２８，２８，…が接合され、このコルゲートフィン２８，２８，…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。また、コルゲートフィン２８，２８，…は、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの外周囲つまり蒸発側筐体２５とこれに隣接する加熱部側ヒートパイプ部分２３ａとの間および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加熱部側コルゲートフィン２８ａと、蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの外周囲つまり蒸発側筐体２５とこれに隣接する蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂと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同士の間に位置する蒸発部側コルゲートフィン２８ｂとに分けられている。そして、加熱部側コルゲートフィン２８ａ，２８ａ，…のフィンピッチは、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…のフィンピッチよりも密に設定されている。この場合、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの外周囲において密となる加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチによって、排気ガスからコルゲートフィン２８，２８，…により所定量受熱されるうちの大半が受熱されて賄えることになる。

この加熱部側コルゲートフィン２８ａ，２８ａ，…のフィンピッチについては、冷間始動時に氷点温度以下に晒されて下側連通路２６ｂ内で凍結した純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、冷間始動時に氷点温度以下に晒されて加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…内で凍結した純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から所定期間内での排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、Ｑｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐの関係を満たすように、設定する必要がある。このとき、冷間始動時から所定期間内での排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとは、図７に示すように、対米仕様の燃費測定モードに基づいて、冷間始動してアイドリング後に定地走行してから一度停止するまでに要する定地走行期間が１３５秒要していることを踏まえた上で、冷間始動時から１３５秒（所定期間）経過するまでの定地走行期間の間に排気ガスから受熱する受熱量のことである。そして、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…のフィンピッチは、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…の表面積と加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…を流通する純水の流通量とにより決定される。これにより、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…のフィンピッチは、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…のフィンピッチの略半分に設定されている。この場合、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの外周囲において密となる加熱部側コルゲートフィン２８ａ，２８ａ，…のフィンピッチによって排気ガスの流通抵抗が悪化することから、蒸発側ヒートパイプ部分２３ｂの外周囲における蒸発部側コルゲートフィン２８ｂ，２８ｂ，…のフィンピッチは、加熱部側コルゲートフィン２８ａ，２８ａ，…のフィンピッチによる排気ガスの流通抵抗の悪化が相殺されるように、粗く（加熱部側コルゲートフィン２８ａ，２８ａ，…の略２倍のフィンピッチ）設定されている。

したがって、上記実施形態では、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの外周囲（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との間および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）における加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチは、蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの外周囲（蒸発側筐体２５とこれに隣接する蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂと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）における蒸発部側コルゲートフィン２８ｂのフィンピッチよりも密となるように設定されている。このとき、加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチを設定する上で、冷間始動時に氷点温度以下に晒されて下側連通路２６ｂ内で凍結した純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、冷間始動時に氷点温度以下に晒されて加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…内で凍結した純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から１３５秒経過するまでに排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、Ｑｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐの関係を満たすように、加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチを蒸発部側コルゲートフィン２８ｂのフィンピッチの略半分に設定している。これにより、加熱部側コルゲートフィン２８ａが受熱する排気ガスからの受熱量は、蒸発部側コルゲートフィン２８ｂが受熱する排気ガスからの受熱量よりも多くなる。この結果、排気熱回収器２が氷点温度以下に晒される冷間始動時などに、純水が貯留されている加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…に排気ガスの熱量が十分に付与されるとともに、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…に付与された排気ガスの熱量が下側連通路２６ｂにも十分に伝達され、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…の純水および下側連通路２６ｂの純水を排気ガスの熱量により迅速に加熱して、冷間始動時などに純水を円滑に循環させて排気熱回収器２による熱回収を効率よく行うことができる。

更に、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａの外周囲において密となる加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチによって排気ガスからコルゲートフィン２８，２８，…により所定量受熱されるうちの大半が受熱されて賄えることから、蒸発部側ヒートパイプ部分２３ｂの外周囲における蒸発部側コルゲートフィン２８ｂのフィンピッチは、加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチによって悪化する排気ガスの流通抵抗が相殺されるように、粗く設定されている。これにより、排気熱回収器２を設置したことによる排気ガスの流れ方向下流側での背圧の上昇を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態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、上記実施形態では、下側連通路２６ｂを蒸発側筐体２５の導入部２５２と貯留部２７との間で螺旋状に旋回させて設けたが、加熱部側ヒートパイプ部分２３ａからの輻射熱を受け易くする上で、蒸発側筐体２５の下部（加熱部２１側）の近傍を下側連通路が上下方向に直線状に延びて設けられていてもよい。

具体的には、下記に示す２面Ａ1，Ａ2間での輻射の方程式（数１）と、図８に示す形態係数（平行する有限長方形面間の形態係数）とから求められる。

ここで、Ｆ2,1は面Ａ2から面Ａ1を見たときの形態係数である。
まず、図９に示すように、高さｂ（＝５０ｍｍ）および幅ｃ（＝５０ｍｍ）の面Ａ1と、高さｂおよび幅ｗ（＝６ｍｍ）の面Ａ2とを距離ｎ（＝５０ｍｍ）隔てて対峙するモデルを用意し、面Ａ2を有するステンレス製のパイプ内の純水の量を２ｃｃ、パイプの質量を２０ｇとすると、水の比熱が４．２Ｊ／ｇｋ、氷の比熱が２．１Ｊ／ｇｋ、ステンレスの比熱が０．４４Ｊ／ｇｋであることから、パイプ内で凍結した純水（氷）を氷点温度−５°Ｃから氷点温度以上の０°Ｃに解凍するには、
氷では、２×２．１×５＝２１Ｊ、ステンレスでは、２０×０．４４×５＝４４Ｊとなり、双方合わせて、６５Ｊの熱量が必要であることが分かる。
このとき、２面Ａ1，Ａ2間での輻射熱量は、数１より、

となり、冷間始動時から１３５秒経過するまでの定地走行期間の間でのアイドル期間を除いた実質的な１００秒間の間での実定地走行期間に排気ガスから受熱する受熱量の総量は、０．１５×１００≒１５Ｊ
となる。ここで、実定地走行期間（１００秒間）での排気ガスの流量の平均値は１０ｇ／ｓ、排気ガス温度の平均値は２００°Ｃとしている。
このことから、パイプ内で凍結した純水（氷）を氷点温度−５°Ｃから氷点温度以上の０°Ｃに解凍するのに要する熱量の総和６５Ｊを実定地走行期間での受熱量の総和１５Ｊで除算すると、
６５÷１５≒４．３
となり、形態係数が上記モデルの形態係数の４．３倍必要であることが分かる。
上記モデルの形態係数は、面Ａ1の高さｂが５０ｍｍで幅ｃが５０ｍｍであることから、図８のＢ（横軸）は、
Ｂ＝ｂ／ｎ＝５０／５０＝１
となる一方、図８のＣ（曲線）は、
Ｃ＝ｃ／ｎ＝５０／５０＝１
となり、図８より、Ｂ＝１、Ｃ＝１の交点より、
上記モデルの形態係数が０．２であることが分かる。これにより、
０．２×４．３＝０．８６
から、求める形態係数０．８６を得る。
図８のＦ1,2（縦軸）の形態係数０．８６と交わるのはＣ＝１０（Ｃ＝∞は除く）のみであり、
Ｂ＝Ｃ≒１０
となることから、
Ｂ＝５０／ｎ
より距離ｎは
ｎ＝５０／Ｂ＝５０／１０＝５
となる。
よって、下側連通路は、蒸発側筐体の下部（加熱部側）の近傍、つまり蒸発側筐体の下部に対し５ｍｍ離れて上下方向に直線状に延びて設けられていればよい。これにより、冷間始動時から実定地走行期間（１００秒間）経過するまでの間に排気ガスから受熱した蒸発側筐体の下部からの輻射熱により、下側通路内で凍結した純水を十分に解凍することが可能となる。

また、上記実施形態では、冷間始動時から１３５秒経過するまでの定地走行期間の間に排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとしたが、これはあくまでも対米仕様の燃費測定モードに基づくものであり、冷間始動時に排気ガスから受熱する受熱量は１３５秒経過するまでの定地走行期間に限定されるものではない。例えば、排気ガスから受熱する受熱量が冷間始動時から１００秒経過するまで、または２００秒経過するまでといった所定期間であってもよい。

また、上記実施形態では、冷間始動時に下側連通路２６ｂ内で凍結している純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、冷間始動時に加熱部側ヒートパイプ部分２３ａ，２３ａ，…内で凍結している純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から１３５秒経過するまでに排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、Ｑｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐの関係を満たすように、加熱部側コルゲートフィン２８ａのフィンピッチを蒸発部側コルゲートフィン２８ｂのフィンピッチの略半分に設定したが、冷間始動時に加熱部側ヒートパイプ部分内で凍結している純水を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、冷間始動時から１３５秒経過するまでに排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、Ｑｅｘ＞Ｑｋの関係を満たすように、加熱部側コルゲートフィンのフィンピッチが蒸発部側コルゲートフィンのフィンピッチよりも密に設定、具体的にはＱｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐの関係を満たす場合の加熱部側コルゲートフィンのフィンピッチよりも粗となるように設定されていてもよい。この場合、加熱部側ヒートパイプ部分の外周囲における加熱部側コルゲートフィンのフィンピッチによって悪化する排気ガスの流通抵抗が緩和され、加熱部側コルゲートフィンによる排気ガスの流れ方向下流側での背圧の上昇をより抑制することが可能となる。

また、上記実施形態では、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。

本発明の実施形態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。 排気熱回収器を自動車の排気管に適用した状態で上方から見た平面図である。 図６のＤ−Ｄ線において切断した排気熱回収器の断面図である。 図２のＥ−Ｅ線において切断した排気熱回収器の断面図である。 図３のＦ−Ｆ線において切断した排気熱回収器の断面図である。 図３のＧ−Ｇ線において切断した排気熱回収器の断面図である。 時間に対する車速の特性を対米仕様の燃費測定モードに基づいて示す特性図である。 本発明の変形例に係る平行する有限長方形面間の形態係数の特性を示す特性図である。 同じく有限長方形面同士を対峙させたモデルの斜視図である。

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
２８ａ 加熱部側コルゲートフィン（加熱部の外周囲におけるフィン）
２８ｂ 蒸発部側コルゲートフィン（蒸発部の外周囲におけるフィン）
２４ 凝縮部
２６ｂ 下側連通路（流体通路）
Ｑｐ 冷間始動時に氷点温度以下に晒された下側連通路の純水を氷点温度以上にするのに要する熱量
Ｑｋ 冷間始動時に氷点温度以下に晒された加熱部の純水を氷点温度以上にするのに要する熱量
Ｑｅｘ 冷間始動時から１３５秒経過するまでの定地走行期間に排気ガスから受熱する受熱量

Claims (3)

1. 排気管の内部には、エンジンから排出された排気ガスの熱により作動流体を加熱する加熱部と、この加熱部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とを有するヒートパイプが設けられ、
   上記ヒートパイプの外周囲には、排気ガスの熱を所定量受熱するフィンが設けられており、
   上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、上記蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチよりも密に設定されていると共に、この蒸発部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、上記加熱部の外周囲において密となるフィンのフィンピッチによって悪化する排気ガスの流通抵抗が相殺されるように粗く設定されていることを特徴とする排気熱回収器。
2. 請求項１に記載の排気熱回収器において、
   上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、
   冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、
   冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、
   Ｑｅｘ＞Ｑｋ
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする排気熱回収器。
3. 請求項１に記載の排気熱回収器において、
   上記排気管の外部には、上記蒸発部で蒸発した作動流体を外部からの被伝熱流体との熱交換により凝縮する凝縮部と、この凝縮部により凝縮された作動流体を上記加熱部に対しその近傍を延びて導出する流体通路とが設けられており、
   上記加熱部の外周囲におけるフィンのフィンピッチは、
   冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記流体通路の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｐと、
   冷間始動時に氷点温度以下に晒された上記加熱部の作動流体を氷点温度以上にするのに要する熱量Ｑｋと、
   冷間始動時から所定期間内で排気ガスから受熱する受熱量Ｑｅｘとが、
   Ｑｅｘ＞Ｑｋ＋Ｑｐ
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする排気熱回収器。

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