JP2017133435A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器による排気の熱の回収効率を高めつつも、排気用通路の延伸方向において、長さが長くなってしまうことを抑制することができる排気熱回収装置を提供する。
【解決手段】排気熱回収装置３０は、排気の流れる通路である排気流通通路６０と、排気流通通路６０を流れる排気の熱を回収する熱交換器５０とを備える。熱交換器５０は、規定方向に延びる複数の排気用通路５３１が並列に配置されているハニカム構造体５３と、ハニカム構造体５３の外周に配置され、機関冷却水が流れる冷却水循環室５１とを有する。排気流通通路６０は、それぞれが規定方向に延びるように並列に配置された複数の直線通路６１Ａ，６１Ｂと、直線通路６１Ａ，６１Ｂの端部同士を繋ぐ流動方向反転部４２と、を有し、途中で折り返された形状となっている。各直線通路６１Ａ，６１Ｂには、熱交換器５０の排気用通路５３１がそれぞれ配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気熱回収装置に関する。

特許文献１には、内燃機関に搭載可能な熱交換器の一例が記載されている。この熱交換器は、ハニカム構造体と、同ハニカム構造体の外周に沿って冷却水が流れる冷却水用通路とを有している。ハニカム構造体には、規定方向に延びる多数の微細な通路が並列に配置されている。これら各微細な通路は、ハニカム構造体の規定方向における一端及び他端の双方に開口している。

そして、この熱交換器を内燃機関に搭載する場合、ハニカム構造体は、内燃機関の気筒内から排出された排気の流れる通路である排気流通通路に配置される。このとき、ハニカム構造体は、上記微細な通路の延伸方向である規定方向が排気流通通路における排気の流れる方向と一致する態様で同排気流通通路に配置されるため、ハニカム構造体の各微細な通路を排気が流れるようになる。すなわち、これら各微細な通路が、排気の流れる排気用通路として機能することとなる。そして、熱交換器では、各排気用通路を流れる排気と冷却水用通路を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。これにより、排気の熱を回収することができる。

熱交換器による排気の熱の回収効率を高めるためには、ハニカム構造体と排気との接触面積を広くすることが好ましい。当該接触面積を広くする方法として、ハニカム構造体の上記規定方向における長さを長くする方法が考えられる。この場合、ハニカム構造体の各排気用通路の規定方向における長さが長くなるため、排気用通路の壁面の面積が広くなり、ひいてはハニカム構造体と排気との接触面積を広くすることができる。

しかし、図１１に示すように、当該排気用通路１００の壁面１０１の近傍には、排気の流速が著しく低い領域である境界層１１０が形成される。この境界層１１０の厚みは、当該排気用通路１００において上記規定方向における下流側（すなわち、排気の流れ方向下流側）ほど厚くなる。冷却水との熱交換によって境界層１１０の排気の温度は既に低くなっており、当該排気と冷却水との温度差は小さい。そのため、境界層１１０が厚いほど、排気用通路１００を規定方向に流れる高温の排気の熱が、冷却水用通路を流れる冷却水に伝わりにくくなる。したがって、各排気用通路１００の規定方向における長さを長くしても、排気の熱の回収効率はあまり高くならない。

そこで、特許文献１に記載の熱交換器は、上記規定方向における長さの短い複数のハニカム構造体を、排気流通通路に同規定方向に沿って間隔を空けて配置した構成となっている。この構成によれば、ハニカム構造体を構成する各排気用通路の規定方向における長さが短いため、各ハニカム構造体の排気用通路で境界層が厚くならない。そのため、各ハニカム構造体で排気の熱を効率よく回収することができるようになる。

特開２０１２−２５５６１４号公報

しかしながら、複数のハニカム構造体が上記規定方向に沿って間隔を空けて配置される熱交換器では、規定方向における長さが長くなってしまう。そのため、この熱交換器及び上記排気流通通路を備える排気熱回収装置の規定方向における長さも長くなってしまう。

本発明の目的は、熱交換器による排気の熱の回収効率を高めつつも、排気用通路の延伸方向において、長さが長くなってしまうことを抑制することができる排気熱回収装置を提供することにある。

上記課題を解決するための排気熱回収装置は、内燃機関で発生した排気の流れる通路である排気流通通路と、同排気流通通路を流れる排気の熱を回収する熱交換器と、を備えた装置である。この排気熱回収装置において、熱交換器は、規定方向に延びる複数の排気用通路が並列に配置されているハニカム構造体と、同ハニカム構造体の外周に配置され、機関冷却水が流れる冷却水循環室と、を有する。また、各排気用通路は、ハニカム構造体の規定方向における一端及び他端の双方に開口している。また、排気流通通路は、それぞれが規定方向に延びるように並列に配置された複数の直線通路と、直線通路の端部同士を繋ぐ連結通路と、を有し、途中で折り返された形状となっている。そして、複数の直線通路には、熱交換器の排気用通路がそれぞれ配置されている。

上記構成によれば、排気流通通路は、途中で折り返された形状となっている。すなわち、１つの直線通路を上記規定方向における一方に向けて流れた排気は、連結通路に流入し、その後、その連結通路に接続されている他の直線通路を規定方向における他方に向けて流れる。そして、連結通路に接続されている両直線通路には、熱交換器の排気用通路がそれぞれ配置されている。これにより、規定方向に沿って間隔を空けて複数のハニカム構造体を配置しなくても、排気が機関冷却水と熱交換を行う部位である熱交換部位を、排気流通通路の複数の位置に分散させて設けることができる。したがって、熱交換器による排気の熱の回収効率を高めつつも、排気熱回収装置の排気用通路の延伸方向における長さ、すなわち排気熱回収装置の規定方向の長さが長くなってしまうことを抑制することができるようになる。

上記排気熱回収装置において、ハニカム構造体は、同ハニカム構造体に設けられている複数の排気用通路のうち、一部の排気用通路を規定方向における一方に向けて排気が流れ、当該一部の排気用通路以外の他の排気用通路を規定方向における他方に向けて排気が流れる態様で、複数の直線通路に跨って配置されていることが好ましい。この構成によれば、１つのハニカム構造体が複数の直線通路に跨って配置されることとなるため、各直線通路に別々のハニカム構造体を配設する場合と比較し、熱交換器を構成するハニカム構造体の数を減らすことができ、ひいては熱交換器の構成を簡素化することができるようになる。

また、上記のようにハニカム構造体が複数の直線通路に跨っている場合、同ハニカム構造体を冷却水循環室の内部に配置することが好ましい。この構成によれば、複数の上記熱交換部位が１つの冷却水循環室の内部に配置されることとなるため、それぞれの熱交換部位に対して１つずつ冷却水循環室を設ける場合と比較し、上記規定方向と直交する方向において互いに隣り合う各熱交換部位の間隔が広くなりにくくなる。したがって、規定方向と直交する方向における熱交換器の大型化をも抑制することができるようになる。

また、上記排気熱回収装置は、複数の直線通路に１つのハニカム構造体が跨るような構成ではなく、複数の直線通路に、別々のハニカム構造体を設けた構成であってもよい。この場合、１つの冷却水循環室の内部に、複数のハニカム構造体を配置することが好ましい。この構成によれば、複数のハニカム構造体に対して１つずつ冷却水循環室を設ける場合と比較し、上記規定方向と直交する方向において互いに隣り合う各ハニカム構造体の間隔が広くなりにくくなる。したがって、規定方向と直交する方向における熱交換器の大型化をも抑制することができるようになる。

ここで、直線通路を流れる排気は、同直線通路に位置する排気用通路を流れる過程で、冷却水循環室を流れる機関冷却水と熱交換を行う。そのため、各直線通路のうち、排気の流れ方向において最上流の直線通路を流れる排気の温度は、他の直線通路を流れる排気の温度よりも高い。一方、各直線通路のうち、排気の流れ方向において最下流の直線通路を流れる排気の温度は、他の直線通路を流れる排気の温度よりも低い。したがって、最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と熱交換を行った後、最上流の直線通路よりも下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と熱交換を行うように冷却水循環室で機関冷却水を流した場合、熱交換器による排気の熱の回収効率が低くなるおそれがある。すなわち、最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と機関冷却水との間で熱交換が行われると、最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気が高温である分、機関冷却水の温度が高くなる。そして、その後、このように最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気によって暖められた比較的高温の機関冷却水と、最上流の直線通路よりも下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる比較的低温の排気との間で熱交換を行わせる場合、機関冷却水と排気との温度差が小さいため、排気の熱の回収効率が低くなってしまう。

そこで、冷却水循環室への機関冷却水の入口である冷却水入口を、複数の直線通路のうち、排気の流れ方向において最下流の直線通路に位置する排気用通路の外周側に配置し、冷却水循環室からの機関冷却水の出口である冷却水出口を、複数の直線通路のうち、排気の流れ方向において最上流の直線通路に位置する排気用通路の外周側に配置することが好ましい。この構成によれば、冷却水入口から冷却水循環室に流入した機関冷却水は、まず、最下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる比較的低温の排気と熱交換を行う。この場合、機関冷却水の温度は低く、最下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と当該機関冷却水との温度差は小さくないため、最下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気の熱を比較的効率よく回収することができる。

そして、最下流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と熱交換を行った機関冷却水は、最下流の直線通路よりも上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と熱交換を行うこととなる。当該直線通路を流れる排気の温度は、最下流の直線通路を流れる排気の温度よりも高い。そのため、機関冷却水の温度はそれほど低くなくても、当該直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と当該機関冷却水との温度差は小さくない。その結果、当該直線通路に位置する排気用通路を流れる排気の熱の回収効率は低くならない。

そして、冷却水循環室を流れる機関冷却水は、最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気と熱交換を行った後、冷却水出口を介して冷却水循環室外に流出する。したがって、熱交換器によって排気の熱を効率よく回収することができるようになる。

また、上記排気熱回収装置が車両に搭載される装置である場合、複数の直線通路のうち、最上流の直線通路を、他の直線通路よりも車両上方に配置し、冷却水循環室の冷却水出口を、最上流の直線通路よりも車両上方に配置することが好ましい。

排気との熱交換によって暖められた機関冷却水は、冷却水循環室における車両上方に移動しやすい。また、上述したように、最上流の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気の温度は、他の直線通路に位置する排気用通路を流れる排気の温度よりも高い。そこで、上記構成では、上記排気熱回収装置が車両に搭載されると、複数の直線通路のうち、最上流の直線通路が最も車両上側に配置され、さらに、冷却水出口が最上流の直線通路よりも車両上方に配置されることとなる。これにより、冷却水循環室内で機関冷却水が最も高温となっている領域から、機関冷却水が冷却水循環室外に流出するようになる。そのため、当該機関冷却水を内燃機関内で循環させることで、内燃機関の暖機を効率よく行うことが可能となる。

車両に搭載されている状態における第１の実施形態の排気熱回収装置と内燃機関との関係を示す構成図。 第１の実施形態の排気熱回収装置において、バルブが開放状態になっているときの様子を示す断面図。 第１の実施形態の排気熱回収装置において、バルブが閉塞状態になっているときの様子を示す断面図。 図２における４−４線矢視断面図。 第２の実施形態の排気熱回収装置において、バルブが開放状態になっているときの様子を示す断面図。 図５における６−６線矢視断面図。 図５における７−７線矢視断面図。 図５における８−８線矢視断面図。 図５における９−９線矢視断面図。 別の実施形態の排気熱回収装置において、排気流通通路が４つの直線通路を有しており、１つのハニカム構造体が直線通路と同数に区分けされている様子を示す模式図。 従来の熱交換器において、ハニカム構造体の排気用通路に境界層が形成されている様子を模式的に示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、車両に搭載される排気熱回収装置の一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の排気熱回収装置３０は、車載の内燃機関１０の排気通路１２に取り付けられている。

内燃機関１０は、燃料及び空気を含む混合気が燃焼される燃焼室１１を備えており、この燃焼室１１で発生した排気は排気通路１２に排出されるようになっている。
機関冷却水の流通回路２０は、内燃機関１０内を循環した機関冷却水をラジエータ１５に導く第１の通路２１と、ラジエータ１５で冷却された機関冷却水を内燃機関１０内に導く第２の通路２２とを備えている。また、流通回路２０には、第２の通路２２を介して内燃機関１０内に導かれた機関冷却水を排気熱回収装置３０に導く第３の通路２３と、排気熱回収装置３０から流出した機関冷却水を内燃機関１０内に導く第４の通路２４とが設けられている。そして、第４の通路２４から内燃機関１０内に流入した機関冷却水は、内燃機関１０内を循環した後、第１の通路２１を介してラジエータ１５に導かれる。なお、内燃機関１０には、各通路２１〜２４の中に矢印で示した方向に機関冷却水を流通させるためのポンプ２５が設けられている。

図１に示すように、排気熱回収装置３０は、排気通路１２に設けられた開口１２１を介して排気通路１２と連通する分岐室４０を備えている。そして、バルブ装置３１によって開口１２１が開放されているときには分岐室４０と排気通路１２との間で排気が流通する一方、バルブ装置３１によって開口１２１が閉塞されているときには分岐室４０と排気通路１２との間での排気の流通が停止するようになっている。

バルブ装置３１には、開口１２１を閉塞可能なバルブ３２と、このバルブ３２を回転させるアクチュエータ３３とが設けられている。アクチュエータ３３として、例えば、第３の通路２３を介して排気熱回収装置３０内に流入する機関冷却水の水温に応じて作動するサーモスタット式のアクチュエータ、モータなどの電動機を駆動源とする電動式のアクチュエータを挙げることができる。

図２及び図３に白抜き矢印で示した排気通路１２における排気の流動方向を排気流動方向とした場合、バルブ３２は、排気通路１２の開口１２１を排気流動方向と直交する方向に横断（図２及び図３では、紙面と直交する方向に横断）するように配設された回転軸３２１と、回転軸３２１に固定されている板状の弁体３２２とを有している。

この弁体３２２は、図３に示すように、開口１２１を閉塞可能に構成されている。具体的には、弁体３２２における回転軸３２１を挟んで位置する部位のうち、一方の部位である第１の部位３２２１は、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向上流側の部分を閉塞し、他方の部位である第２の部位３２２２は、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向下流側の部分を閉塞するようになっている。具体的には、第１の部位３２２１の先端全体が、排気通路１２の内壁に当接する一方、第２の部位３２２２に設けられたストッパ部材３５が、排気通路１２の内壁に当接する。これにより、分岐室４０が、排気通路１２から隔絶された状態となる。

ここで、開口１２１を介した排気通路１２と分岐室４０との連通を遮断する状態、すなわち図３に示すバルブ３２の状態を「閉塞状態」とし、開口１２１を介して排気通路１２に分岐室４０を連通させる状態、すなわち図２に示すバルブ３２の状態を「開放状態」とする。この場合、バルブ３２を閉塞状態から開放状態に移行させるときには、アクチュエータ３３の作動によって、バルブ３２は、第１の部位３２２１を分岐室４０内に進入させる方向、すなわち図２及び図３における時計回り方向に回転する。すると、図２に示すように、弁体３２２の第２の部位３２２２が、排気通路１２内に位置し、排気通路１２を流れる排気の流れを遮るようになる。そして、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向上流側の部分を介して、分岐室４０が、排気通路１２における第２の部位３２２２よりも排気流動方向上流側の部分と連通する。また、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向下流側の部分を介して、分岐室４０が、排気通路１２における第２の部位３２２２よりも下流側の部分と連通するようになる。

図２及び図３に示すように、分岐室４０は、排気と機関冷却水との熱交換を行う熱交換部４１と、熱交換部４１よりも開口１２１から離れた側に位置する流動方向反転部４２と、熱交換部４１よりも開口１２１側に位置する接続部４３とを含んでいる。

接続部４３には、同接続部４３の内部を、熱交換部４１に繋がる第１の接続部４３１と、熱交換部４１に繋がる第２の接続部４３２とに区画する区画壁４５が設けられている。本実施形態では、第１の接続部４３１は、第２の接続部４３２よりも車両上方に位置している。そして、図２に示すように、バルブ３２が開放状態である場合、弁体３２２の第１の部位３２２１の先端が、区画壁４５において開口１２１に近い側の端部４５１に当接するようになっている。この場合、第１の接続部４３１は、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向上流側の部分と連通し、第２の接続部４３２は、開口１２１における回転軸３２１よりも排気流動方向下流側の部分と連通する。

なお、ここでは、接続部４３のうち、排気通路１２における第２の部位３２２２よりも排気流動方向上流側の部分を開口１２１及び第１の接続部４３１を介して熱交換部４１に連通させる部分を入口側通路４０Ａとする。そして、接続部４３のうち、排気通路１２における第２の部位３２２２よりも下流側の部分を開口１２１及び第２の接続部４３２を介して熱交換部４１に連通させる部分を出口側通路４０Ｂとする。

このように本実施形態では、バルブ３２を開放状態にすることにより、第１の部位３２２１及び区画壁４５によって、接続部４３内が、入口側通路４０Ａと、出口側通路４０Ｂとに区画される。

図４に示すように、熱交換部４１には熱交換器５０が設けられている。この熱交換器５０は、冷却水入口５１１を介して機関冷却水が流入し、冷却水出口５１２を介して機関冷却水が流出する冷却水循環室５１を備えている。冷却水入口５１１には第３の通路２３が接続され、冷却水出口５１２には第４の通路２４が接続されている。冷却水循環室５１の内部には、円筒形状をなす境界部材５２の内側に収容されたハニカム構造体５３が配設されている。そして、冷却水循環室５１では、ハニカム構造体５３よりも車両下方に冷却水入口５１１が配置され、ハニカム構造体５３よりも車両上方に冷却水出口５１２が配置されている。そのため、冷却水循環室５１では、冷却水入口５１１を介して流入した機関冷却水が車両上方に向けて流れ、冷却水出口５１２を介して第４の通路２４に流出するようになっている。

図２及び図３に示すように、ハニカム構造体５３には、第１の接続部４３１及び第２の接続部４３２の延伸方向（図２及び図３における左右方向）である規定方向に延びる複数の排気用通路５３１が並列に設けられている。このハニカム構造体５３は押出成形によって形成されており、各排気用通路５３１は、ハニカム構造体５３の規定方向における一端及び他端の双方に開口している。本実施形態では、ハニカム構造体５３の外周面が境界部材５２の内周面に当接している。そして、ハニカム構造体５３の規定方向における一端（図２及び図３の左端）は第１の接続部４３１及び第２の接続部４３２に面している。したがって、排気用通路５３１の中には、第１の接続部４３１と連通しているものと、第２の接続部４３２と連通しているものとが存在する。

図２及び図３に示すように、ハニカム構造体５３の規定方向における他端（図２及び図３の右端）は、流動方向反転部４２に面している。したがって、ハニカム構造体５３の各排気用通路５３１は流動方向反転部４２に連通している。そのため、図２に示すようにバルブ３２が開放状態である場合、排気通路１２から導入され、入口側通路４０Ａを流れてきた排気は、入口側通路４０Ａと連通する各排気用通路５３１に流入する。そして、当該各排気用通路５３１を流れてハニカム構造体５３を通過した排気は、流動方向反転部４２に流入する。このように流動方向反転部４２に流入した排気は、出口側通路４０Ｂと連通する各排気用通路５３１に流入し、当該各排気用通路５３１を流れて再びハニカム構造体５３を通過する。そして、ハニカム構造体５３を通過した排気は、出口側通路４０Ｂに流入し、この出口側通路４０Ｂを流れて排気通路１２に戻るようになっている。

すなわち、図２に示すように、本実施形態では、分岐室４０には、バルブ３２が開放状態であるときに排気の流れる排気流通通路６０が設けられており、この排気流通通路６０は、途中で折り返されている。すなわち、排気流通通路６０は、規定方向に延びる複数（本実施形態では２つ）の直線通路６１Ａ，６１Ｂを有しており、直線通路６１Ａ，６１Ｂは車両上下方向に並んで配置されている。直線通路６１Ａ，６１Ｂのうち車両上方に位置する直線通路６１Ａは、第１の接続部４３１と、同第１の接続部４３１と連通する各排気用通路５３１とによって構成されている。また、車両下方に位置する直線通路６１Ｂは、第２の接続部４３２と、第２の接続部４３２と連通する各排気用通路５３１とによって構成されている。そして、これら各直線通路６１Ａ，６１Ｂの端部（図２では右端）が、流動方向反転部４２によって連結されている。この点で、本実施形態では、流動方向反転部４２が、各直線通路６１Ａ，６１Ｂの端部同士を連結する連結通路として機能する。本実施形態では、直線通路は２つのみであるため、２つの直線通路６１Ａ，６１Ｂのうち、直線通路６１Ａは、排気流通通路６０における排気の流れ方向において最上流に位置する最上流の直線通路に相当する。一方、直線通路６１Ｂは、排気流通通路６０における排気の流れ方向において最下流に位置する最下流の直線通路に相当する。

次に、排気熱回収装置３０の作用について説明する。
排気通路１２を排気が流れており、図２に示すようにバルブ３２が開放状態であるときには、バルブ３２の弁体３２２の第２の部位３２２２によって排気通路１２での排気の流れが遮られるとともに、第１の部位３２２１と区画壁４５とによって、分岐室４０内が、入口側通路４０Ａと出口側通路４０Ｂとに区画される。

そのため、排気通路１２を流れてきて弁体３２２の第２の部位３２２２によって遮られた排気が入口側通路４０Ａに流入し、入口側通路４０Ａを流れる排気が、入口側通路４０Ａと連通するハニカム構造体５３の各排気用通路５３１に流入する。すると、当該各排気用通路５３１を流れる排気の熱が、ハニカム構造体５３及び境界部材５２を通じて、冷却水循環室５１を流れる機関冷却水に伝わる。すなわち、当該各排気用通路５３１内を流れる排気と冷却水循環室５１を流れる機関冷却水との間で熱交換が行われる。これにより、機関冷却水が暖められる。

また、入口側通路４０Ａと連通する各排気用通路５３１から流動方向反転部４２に流出した排気は、出口側通路４０Ｂと連通するハニカム構造体５３の各排気用通路５３１に流入する。すると、当該各排気用通路５３１を流れる排気の熱が、ハニカム構造体５３及び境界部材５２を通じて、冷却水循環室５１を流れる機関冷却水に伝わる。すなわち、排気と冷却水循環室５１を流れる機関冷却水との間で再び熱交換が行われ、排気の熱がさらに回収される。すなわち、本実施形態では、排気流通通路６０が、途中で折り返されており、ハニカム構造体５３が２つの直線通路６１Ａ，６１Ｂに跨って配置されている。そのため、複数の排気用通路５３１のうち、一部の排気用通路５３１を規定方向における一方（例えば、図２における右方）に向けて排気が流れ、一部の排気用通路５３１以外の他の排気用通路５３１を規定方向における他方（例えば、図２における左方）に向けて排気が流れるようになる。そして、このように熱交換を行った排気は、出口側通路４０Ｂに流入した後、出口側通路４０Ｂを流れて排気通路１２に戻る。

ここで、分岐室４０に流入した排気は、上流側の直線通路６１Ａに位置する排気用通路５３１を流れるときに機関冷却水と熱交換を行った後、直線通路６１Ａよりも下流側の直線通路６１Ｂに位置する排気用通路５３１に流入する。すなわち、下流側の直線通路６１Ｂを流れる排気の温度は、上流側の直線通路６１Ａを流れる排気の温度よりも低い。そのため、図４に示すように、冷却水入口５１１から冷却水循環室５１に流入した機関冷却水は、まず始めに、下流側の直線通路６１Ｂに位置する各排気用通路５３１を流れる比較的低温の排気と熱交換を行う。この場合、機関冷却水の温度は低く、当該下流側の直線通路６１Ｂに位置する各排気用通路５３１を流れる排気と当該機関冷却水との温度差は小さくないため、当該各排気用通路５３１を流れる排気の熱が比較的効率よく回収される。

そして、下流側の直線通路６１Ｂに位置する排気用通路５３１を流れる排気と熱交換を行った機関冷却水は、冷却水循環室５１を車両上方に流れ、上流側の直線通路６１Ａに位置する各排気用通路５３１を流れる排気と熱交換を行う。上流側の直線通路６１Ａを流れる排気の温度は、下流側の直線通路６１Ｂを流れる排気の温度よりも高い。そのため、機関冷却水の温度はそれほど低くなくても、直線通路６１Ａに位置する各排気用通路５３１を流れる排気と当該機関冷却水との温度差は小さくない。その結果、当該各排気用通路５３１を流れる排気の熱も比較的効率よく回収される。

その後、図１に示す流通回路２０を循環する機関冷却水が十分に暖まり、内燃機関１０の暖機が完了すると、アクチュエータ３３の作動によってバルブ３２が開放状態から閉塞状態に移行する。すると、図３に示すように開口１２１がバルブ３２によって閉塞され、開口１２１を介した排気通路１２と分岐室４０との連通が遮断される。これにより、分岐室４０への排気の流入が停止される。

以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）排気流通通路６０を構成する２つの直線通路６１Ａ，６１Ｂの各々に排気用通路５３１が配置されている。これにより、規定方向に沿って間隔を空けて複数のハニカム構造体を配置しなくても、排気が機関冷却水と熱交換を行う部位である熱交換部位を、排気流通通路６０の複数の位置に分散させて設けることができる。したがって、熱交換器５０による排気の熱の回収効率を高めつつも、排気熱回収装置３０の規定方向の長さが長くなってしまうことを抑制することができる。

（２）１つのハニカム構造体５３が２つの直線通路６１Ａ，６１Ｂに跨って配置されることとなるため、各直線通路６１Ａ，６１Ｂに別々のハニカム構造体を配設する場合と比較し、熱交換器５０を構成するハニカム構造体の数を減らすことができる。したがって、熱交換器５０の構成を簡素化することができる。

（３）上記の複数の熱交換部位が、１つの冷却水循環室５１の内部に配置されることとなるため、それぞれの熱交換部位に対して１つずつ冷却水循環室を設ける場合と比較し、上記規定方向と直交する方向において互いに隣り合う各熱交換部位の間隔が広くなりにくくなる。したがって、規定方向と直交する方向における熱交換器５０の大型化をも抑制することができる。

（４）冷却水循環室５１では、直線通路６１Ｂに位置する各排気用通路５３１を流れる比較的低温の排気と熱交換を行った後、直線通路６１Ａに位置する各排気用通路５３１を流れる比較的高温の排気と熱交換を行うように機関冷却水が流れる。そのため、冷却水循環室５１での機関冷却水の流れる方向が本実施形態とは反対である場合と比較し、熱交換器５０によって排気の熱を効率よく回収することができる。

（５）また、排気熱回収装置３０は、最上流の直線通路である直線通路６１Ａが最下流の直線通路である直線通路６１Ｂよりも車両上方に位置するように車両に搭載されており、冷却水循環室５１の冷却水出口５１２は、直線通路６１Ａよりも車両上方に配置されている。そのため、冷却水循環室５１内で機関冷却水が最も高温となっている領域から、機関冷却水が冷却水循環室５１外から流出するようになる。そのため、当該機関冷却水を内燃機関１０内で循環させることで、内燃機関１０の暖機を効率よく行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の排気熱回収装置を図５〜図９に従って説明する。なお、第２の実施形態では、ハニカム構造体を複数備えている点などが第１の実施形態とは異なっている。そこで、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一の部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図５に示すように、排気通路１２は、複数の排気管を繋げることにより構成されている。すなわち、排気熱回収装置３０Ａの取り付け位置の近傍にあっては、上流側排気管２０１と、上流側排気管２０１の下流端よりも排気流動方向下流に位置する下流側排気管２０２とが設けられている。上流側排気管２０１の下流端は下流側排気管２０２の上流端から離れており、上流側排気管２０１の下流端と下流側排気管２０２の上流端とは連結排気管２１０を介して接続されている。そして、このような上流側排気管２０１と下流側排気管２０２との連結部分に、本実施形態の排気熱回収装置３０Ａが取り付けられている。

連結排気管２１０における排気流動方向下流側の部位は、排気流動方向下流に向かうにつれて通路断面積が徐々に広くなる拡大部２１１となっている。具体的には、図５及び図６に示すように、この拡大部２１１は四角筒状をなしており、拡大部２１１の車両上側の壁部である上側壁２１１１の位置が、排気流動方向において下流（すなわち、図５における右方）に向かうにつれて車両上方に変位している。上述したように上流側排気管２０１の下流端は下流側排気管２０２の上流端から離れているため、拡大部２１１の内部には、排気通路１２と、排気通路１２よりも車両上方に位置する排気熱回収装置３０Ａ内とを連通可能な開口１２１が設けられている。

なお、この開口１２１を介した排気通路１２と排気熱回収装置３０Ａとの連通及び連通の解除は、上記のバルブ装置３１の作動によって行われる。
また、図５及び図６に示すように、連結排気管２１０には、拡大部２１１の内部を車両上下方向に区画する区画板材２２０が接合されている。この区画板材２２０は、開口１２１よりも車両上方に位置する区画壁２２１と、図６に示すように区画壁２２１の両端から車両下方に延出する一対の延出壁２２２を有している。そして、図５に示すようにバルブ３２が開放状態である場合、区画壁２２１の開口１２１に近い側の端部２２１１（図中右端）には、弁体３２２の第１の部位３２２１が当接するようになっている。また、図６に示すように区画板材２２０の一対の延出壁２２２は、拡大部２１１の上側壁２１１１の両端に接続されている一対の横側壁２１１２にそれぞれ接合されている。

また、図５に示すように、排気熱回収装置３０Ａは、区画板材２２０の区画壁２２１よりも車両上方に配置される第１の連絡管２３１と、第１の連絡管２３１よりも車両下方に位置する第２の連絡管２３２と、熱交換器２４０とを備えている。第１の連絡管２３１は、上流側排気管２０１の拡大部２１１の内部のうち区画壁２２１よりも車両上側の部分を熱交換器２４０に繋げている。このような第１の連絡管２３１における熱交換器２４０から遠い側（図５では左側）の端部の通路断面の形状は、図６に示すように略矩形状をなしているのに対し、第１の連絡管２３１における熱交換器２４０に近い側（図５では右側）の端部の通路断面の形状は、図８に示すように円形状をなしている。すなわち、図６及び図８に示すように、第１の連絡管２３１は、熱交換器２４０に近づくにつれて四角環状から円環状に徐々に変化している。

図５に示すように、第２の連絡管２３２は、上流側排気管２０１の拡大部２１１の内部のうち区画板材２２０の区画壁２２１よりも車両下側の部分を熱交換器２４０に繋げている。このような第２の連絡管２３２における熱交換器２４０から遠い側（図５では左側）の端部の通路断面の形状は、図７に示すように略矩形状をなしているのに対し、第２の連絡管２３２における熱交換器２４０に近い側（図５では右側）の端部の通路断面の形状は、図８に示すように円形状をなしている。すなわち、図７及び図８に示すように、第２の連絡管２３２は、熱交換器２４０に近づくにつれて四角環状から円環状に徐々に変化している。

図５及び図９に示すように、熱交換器２４０は、排気と熱交換を行う機関冷却水が流れる冷却水循環室２５０と、この冷却水循環室２５０の内部に配置される円筒形状をなす２つの境界部材２４１Ａ，２４１Ｂとを備えている。境界部材２４１Ａ，２４１Ｂは、図５における左右方向である規定方向に延伸しているとともに、車両上下方向に間隔を空けて並列に配置されている。そして、各境界部材２４１Ａ，２４１Ｂの内部には、規定方向に延びる複数の排気用通路５３１を有するハニカム構造体５３Ａ，５３Ｂがそれぞれ配置されている。

また、車両上側に位置する境界部材２４１Ａの一端（図５では左端）に第１の連絡管２３１の端部（図５では右端）が接続されており、車両下側に位置する境界部材２４１Ｂの一端（図５では左端）に第２の連絡管２３２の端部（図５では右端）が接続されている。また、熱交換器２４０を挟んだ開口１２１の反対側（図５では右側）には、境界部材２４１Ａの他端（図５では右端）と境界部材２４１Ｂの他端とを繋ぐ連結管２３３が設けられている。

そして、図５に示すようにバルブ３２が開放状態である場合、排気通路１２を流れる排気が、開口１２１を介して第１の連絡管２３１内に流入し、第１の連絡管２３１内から境界部材２４１Ａ内に流入する。境界部材２４１Ａ内では、排気が、ハニカム構造体５３Ａの各排気用通路５３１を流れた後、連結管２３３内を通じて境界部材２４１Ｂ内に流入する。すると、境界部材２４１Ｂ内では、排気が、ハニカム構造体５３Ｂの各排気用通路５３１を流れた後、第２の連絡管２３２内を流れ、開口１２１を介して排気通路１２に戻るようになっている。

すなわち、本実施形態の排気熱回収装置３０Ａには、バルブ３２が開放状態であるときに排気の流れる排気流通通路２６０が設けられている。この排気流通通路２６０は、途中で折り返されており、各境界部材２４１Ａ，２４１Ｂが、規定方向に延びる直線通路として機能し、連結管２３３が、各境界部材２４１Ａ，２４１Ｂの端部（図５では右端）同士を繋ぐ連結通路として機能するようになっている。

なお、バルブ３２が開放状態である場合、２つの境界部材２４１Ａ，２４１Ｂのうち、図中下側に位置する境界部材２４１Ｂ内では、境界部材２４１Ａ内を流れる過程で機関冷却水と熱交換を行った排気が流れる。そのため、境界部材２４１Ｂ内を流れる排気の温度は、境界部材２４１Ａ内を流れる排気の温度よりも低い。本実施形態では、境界部材は２つのみであるため、２つの境界部材２４１Ａ，２４１Ｂのうち、境界部材２４１Ａは、排気流通通路２６０における排気の流れ方向において最上流に位置し、比較的高温の排気が流れる最上流の直線通路に相当する。一方、境界部材２４１Ｂは、排気流通通路２６０における排気の流れ方向において最下流に位置し、比較的低温の排気が流れる最下流の直線通路に相当する。

また、図９に示すように、冷却水循環室２５０の冷却水入口２５１は、ハニカム構造体５３Ａ，５３Ｂのうち、車両下側に位置するハニカム構造体５３Ｂよりも車両下方に配置されている。一方、冷却水循環室２５０の冷却水出口２５２は、車両上側に位置するハニカム構造体５３Ｂよりも車両上方に配置されている。

以上、上記構成及び作用によれば、上記第１の実施形態の効果（１）、（４）及び（５）と同等の効果に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
（６）本実施形態では、２つのハニカム構造体５３Ａ，５３Ｂが、１つの冷却水循環室２５０の内部に配置されている。そのため、複数のハニカム構造体５３Ａ，５３Ｂに対して１つずつ冷却水循環室を設ける場合と比較し、上記規定方向と直交する方向（図５では車両上下方向）において互いに隣り合う各ハニカム構造体５３Ａ，５３Ｂの間隔が広くなりにくくなる。したがって、規定方向と直交する方向における熱交換器２４０の大型化を抑制することができる。

なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・各実施形態では、排気流通通路６０，２６０を１回だけ折り返した形状となっているが、これに限らず、排気流通通路６０，２６０を、複数回折り返した形状としてもよい。例えば、排気流通通路６０，２６０を３回折り返した形状とした場合、排気流通通路６０，２６０は、並列に配置される４つの直線通路を有することとなる。この場合、４つの直線通路のうち、最上流の直線通路の端部と２番目に上流の直線通路の端部とに第１の連結通路が繋がっており、２番目に上流の直線通路の端部と、３番目に上流の直線通路の端部とに第２の連結通路が繋がっている。そして、３番目に上流の直線通路の端部と最下流の直線通路の端部とに第３の連結通路が繋がっている。

なお、図１０には、これら４つの直線通路の全てにハニカム構造体５３が跨るように配置されている例を図示している。この場合、図１０に示すように、ハニカム構造体５３における図中左上の領域Ａ１が、最上流の直線通路に位置し、ハニカム構造体５３における図中右上の領域Ａ２が、２番目に上流の直線通路に位置している。また、ハニカム構造体５３における図中右下の領域Ａ３が、３番目に上流の直線通路に位置し、ハニカム構造体５３における図中左下の領域Ａ４が、最下流の直線通路に位置している。なお、図１０に示す太い実線は、ハニカム構造体５３の複数の領域Ａ１〜Ａ４を明示するための線である。

また、図１０に示すようにハニカム構造体５３が４つの直線通路に跨るように配置されている場合、冷却水循環室５１の冷却水入口５１１を、最下流の直線通路に位置する排気用通路５３１の外周側に配置し、冷却水循環室５１の冷却水出口５１２を、最上流の直線通路に位置する排気用通路５３１の外周側に配置するようにしてもよい。この場合、冷却水循環室５１で図１０に示す矢印方向に機関冷却水を循環させることにより、機関冷却水は、最下流の直線通路を流れる排気と熱交換を行った後、３番目に上流の直線通路を流れる排気と熱交換を行い、その後、２番目に上流の直線通路を流れる排気と熱交換を行い、最後に、最も上流の直線通路を流れる排気と熱交換を行うようになる。したがって、このような構成によれば、上記（１）〜（５）と同等の効果を得ることができる。

ちなみに、各実施形態において、排気流通通路６０，２６０を折り返す回数は、奇数回ではなく、例えば２回などの偶数回であってもよい。
・各実施形態において、最上流の直線通路は、他の直線通路よりも車両上方に必ずしも位置していなくてもよい。例えば、第１の実施形態では、最上流の直線通路が最下流の直線通路よりも車両下方に位置する態様で分岐室４０を排気通路１２に接続してもよい。また、最上流の直線通路の車両上下方向位置が最下流の直線通路の車両上下方向位置と一致する態様で分岐室４０を排気通路１２に接続してもよい。

また、第２の実施形態では、最上流の直線通路が最下流の直線通路よりも車両下方に位置する態様で排気熱回収装置３０Ａを排気通路１２に取り付けてもよい。また、最上流の直線通路の車両上下方向位置が最下流の直線通路の車両上下方向位置と一致する態様で排気熱回収装置３０Ａを排気通路１２に取り付けてもよい。

・各実施形態において、冷却水循環室５１の冷却水出口５１２，２５２を、区画壁４５，２２１よりも車両上方であれば、最上流の直線通路に位置する各排気用通路５３１よりも車両上方の位置以外に配置してもよい。

・各実施形態において、冷却水循環室５１，２５０の冷却水入口５１１，２５１を、最上流の直線通路に位置する排気用通路５３１の外周側に配置し、冷却水出口５１２，２５２を、最下流の直線通路に位置する排気用通路５３１の外周側に配置してもよい。この構成であっても、上記（１）及び（２）と同等の効果を得ることができる。

・各実施形態において、熱交換器は、直線通路と同数の冷却水循環室を設けた構成であってもよい。この場合、第３の通路２３から分岐して機関冷却水が各冷却水循環室に流入する。そして、各冷却水循環室を循環した機関冷却水は、１つに合流して第４の通路２４に流入することとなる。この構成であっても、上記（１）及び（２）と同等の効果を得ることができる。

・各実施形態において、排気通路１２が、途中で折り返されており、並列に配置される複数の直線通路を有した構成である場合、排気通路１２の各直線通路に排気用通路５３１がそれぞれ配置される態様でハニカム構造体を排気通路１２に配置してもよい。この場合、排気通路１２が排気流通通路として機能することとなる。

・各実施形態では、排気流通通路６０，２６０を構成する複数の直線通路が平行となっている。しかし、これに限らず、各直線通路の延伸方向が規定方向の成分を含んでいればよく、複数の直線通路のうち、少なくとも１つの直線通路が規定方向に対して傾斜していてもよい。

・各実施形態では、ハニカム構造体５３，５３Ａ，５３Ｂは、断面形状が四角形状をなす複数の排気用通路５３１を有している。しかし、排気熱回収装置を構成するハニカム構造体は、規定方向に延びる複数の排気用通路を有するのであれば、断面形状が四角以外の他の形状（例えば、六角形状や円形状）をなす複数の排気用通路を有する構造体であってもよい。

１０…内燃機関、１２…排気通路、３０，３０Ａ…排気熱回収装置、４２…流動方向反転部、５０，２４０…熱交換器、５１，２５０…冷却水循環室、５１１，２５１…冷却水入口、５１２，２５２…冷却水出口、５３，５３Ａ，５３Ｂ…ハニカム構造体、５３１…排気用通路、６０，２６０…排気流通通路、６１Ａ，６１Ｂ…直線通路、２３３…連結管、２４１Ａ，２４１Ｂ…境界部材。

Claims (6)

1. 内燃機関で発生した排気の流れる通路である排気流通通路と、同排気流通通路を流れる排気の熱を回収する熱交換器と、を備えた排気熱回収装置であり、
   前記熱交換器は、規定方向に延びる複数の排気用通路が並列に配置されているハニカム構造体と、同ハニカム構造体の外周に配置され、機関冷却水が流れる冷却水循環室と、を有し、
   前記各排気用通路は、前記ハニカム構造体の前記規定方向における一端及び他端の双方に開口しており、
   前記排気流通通路は、それぞれが前記規定方向に延びるように並列に配置された複数の直線通路と、前記直線通路の端部同士を繋ぐ連結通路と、を有し、途中で折り返された形状となっており、
   前記複数の直線通路には、前記熱交換器の前記排気用通路がそれぞれ配置されている
   排気熱回収装置。
2. 前記ハニカム構造体は、同ハニカム構造体に設けられている複数の前記排気用通路のうち、一部の排気用通路を前記規定方向における一方に向けて排気が流れ、当該一部の排気用通路以外の他の排気用通路を前記規定方向における他方に向けて排気が流れる態様で、複数の前記直線通路に跨って配置されている
   請求項１に記載の排気熱回収装置。
3. 前記冷却水循環室の内部に前記ハニカム構造体が配置されている
   請求項２に記載の排気熱回収装置。
4. 複数の前記直線通路に、別々の前記ハニカム構造体が設けられており、
   １つの前記冷却水循環室の内部に、複数の前記ハニカム構造体が配置されている
   請求項１に記載の排気熱回収装置。
5. 前記冷却水循環室への機関冷却水の入口である冷却水入口は、複数の前記直線通路のうち、排気の流れ方向において最下流の直線通路に位置する排気用通路の外周側に配置されており、
   前記冷却水循環室からの機関冷却水の出口である冷却水出口は、複数の前記直線通路のうち、排気の流れ方向において最上流の直線通路に位置する排気用通路の外周側に配置されている
   請求項３又は請求項４に記載の排気熱回収装置。
6. 前記排気熱回収装置は車両に搭載される装置であり、
   複数の前記直線通路のうち、排気の流れ方向において最上流の直線通路は、他の直線通路よりも車両上方に配置されるようになっており、
   前記冷却水循環室からの機関冷却水の出口である冷却水出口は、前記最上流の直線通路よりも車両上方に配置されている
   請求項３〜請求項５のうち何れか一項に記載の排気熱回収装置。

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