JP6354811B2 - エンジンの排熱回収装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの気筒内で生成された排気熱を回収して加熱必要部位を昇温させるエンジンの排熱回収装置に関する。

エンジンの熱効率を高める大きな要素として排気損失の低減があり、そのために従来から、様々なエンジンの排気熱回収装置が開発されている。
ヒートパイプによる熱回収装置に関する先行文献として例えば特許文献１が提案されている。

この特許文献１の排熱回収装置は、内燃機関の排気通路に設置される触媒を昇温させるためのヒートパイプ（第１ループ式ヒートパイプ）と、内燃機関の冷却水を昇温させるためのヒートパイプ（第２ループ式ヒートパイプ）との両方を併せ持つものである。

第１ループ式ヒートパイプは、排気通路に配置した触媒の下流排気通路の排気熱を回収して、その熱で触媒を外側から温め、早期に触媒を温める（活性化させる）ものであり、第２ループ式ヒートパイプは、触媒の熱を回収して、その熱でエンジン冷却水を昇温させるものである。

この特許文献１には、第１ループ式と第２ループ式のヒートパイプを備えた排熱回収装置により、触媒の高温化抑制とエンジンの暖機促進を両立することができるとされている。
なお、ヒートパイプに封入する媒体（作動流体）は、第１ループ式と第２ループ式のヒートパイプ間で特に区別することなく純水等と記載されている。

ところで、燃料噴射量が少ないエンジンの低負荷域（部分負荷領域）においては、エンジンの熱効率向上を目指して空燃比のＬｅａｎ化や、高膨張比化（高圧縮比化）の特性とするため、排気温度がさほど上昇しない。
その一方で、エンジンの高負荷域においては、トルク優先の領域であり、燃料噴射量が相対的に多くなり、空燃比のＲｉｃｈ化（λ＝１化）も伴って、排気温度が大きく上昇する。

このように、エンジンの低負荷から高負荷までの運転状態によって幅広い排気温度域で排気ガスが排出されることになるため、排気損失の低減のためにはこのような幅広い排気温度域の熱回収が望まれる。

しかし特許文献１には、第１ループ式と第２ループ式のヒートパイプを排気通路の上流側と下流側とに設置することは記載されているが、これら２種類のヒートパイプ間で共通する１種類の媒体では作動温度帯域が限られるため、幅広い排気温度域をカバーすることが困難であった。また特許文献１には、２種類のヒートパイプのレイアウトに着目して排気熱回収するという記載等について見受けられないことから、特許文献１の排熱回収装置は、幅広い排気温度域での排気熱回収することにより、ひいては熱交換の効率を高めつつ排気損失の低減を図ることについて改善の余地があった。

特開２０１０−０５９９６０号公報

そこでこの発明は、エンジンの低負荷から高負荷までの運転状態によって幅広い排気温度域で排出される排気ガスの熱を効率的に回収することができるエンジンの排熱回収装置の提供を目的とする。

この発明のエンジンの排熱回収装置は、エンジンの気筒内で生成された排気ガスを流通する排気ポートと、受熱水を収容する水収容部と、これら排気ポートと水収容部とに跨ぐように配置され、内部に媒体が封入されたヒートパイプを備え、排気ガスの熱を媒体を介して受熱水が受熱することで熱回収するエンジンの排熱回収装置であって、前記ヒートパイプは、排気ポートにおける排気方向上流側に、媒体の作動温度域の違いに応じて複数備え、前記排気ポートにおいては、高温域で作動する高温域作動媒体が封入された高温域作動ヒートパイプを、排気方向上流側に設置するとともに、前記高温域作動媒体よりも相対的に低温域で作動する低温域作動媒体が封入された低温域作動ヒートパイプを、前記高温域作動ヒートパイプよりも相対的に排気方向下流側に設置し、さらに前記水収容部においては、前記高温域作動ヒートパイプを、水流通方向下流側に設置するとともに、前記低温域作動ヒートパイプを、水流通方向上流側に設置する構成としたものである。

上記構成によれば、エンジンの低負荷から高負荷までの運転状態によって幅広い排気温度域で排出される排気ガスの熱を効率的に回収することが可能となる。

この発明の態様として、前記排気ポート内に、前記ヒートパイプを支持する支持部材が設けられ、前記支持部材は、熱伝導性を有するとともに排気ガスから受熱する受熱部を備えたものである。

上記構成によれば、支持部材に備えた受熱部によって排気ガスから受熱することができるため、支持部材自体が熱回収に寄与することができる。

さらに、前記排気ポート内において支持部材によって前記ヒートパイプを支持することにより、ヒートパイプを圧力損失の増大を抑える姿勢に保つことができる。

またこの発明の態様として、前記支持部材は金属製であることが好ましい。

上記構成によれば、熱伝導性に優れた金属製の支持部材によってヒートパイプを支持することで、支持部材を通過する排気熱を、該支持部材を介して効率的に回収することができる。

さらに耐熱性、強度に優れた金属製の支持部材により、ヒートパイプをしっかりと支持することができる。

またこの発明の態様として、前記支持部材は、複数の該ヒートパイプに対応して複数備え、前記受熱部は多孔質状に形成され、排気方向上流側の方が、排気方向下流側よりも前記受熱部の間隙空間が大きく形成されたものである。

上記構成によれば、排気方向に応じて受熱部の間隙空間の大きさ（間隙の度合い）を変化させることができるため、排気ガスからの高効率な受熱によるヒートパイプへの熱輸送を可能とし、かつ、不要な圧力損失の増加を抑制することができる。

この発明によれば、エンジンの低負荷から高負荷までの運転状態によって幅広い排気温度域で排出される排気ガスの熱を効率的に回収することができるエンジンの排熱回収装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図。 エンジン本体の概略断面図。 第１実施形態の熱回収装置の要部を模式的に示した断面図。 排気ポート内に備えた支持部材およびヒートパイプの概略構成図。 第２実施形態の熱回収装置の要部を模式的に示した断面図。 第３実施形態の熱回収装置の要部を模式的に示した断面図。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１で生成された排気を排出するための排気通路３５と、水循環装置４０と、排熱回収装置５０とを備える。

エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２を有する４気筒エンジンである。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。本実施形態のエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。

（１）エンジン本体
図２は、エンジン本体１の概略断面図である。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有している。

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、燃焼室６の天井面（シリンダヘッド４の下面）は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。

ピストン５の冠面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティ１０が形成されている。このキャビティ１０は、ピストン５が上死点まで上昇したときの燃焼室６の大部分を占める容積を有するように形成されている。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート１６と、気筒２内で生成された排気を排気通路３５に導出するための排気ポート１７とが形成されている。

吸気ポート１６は、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されており、気筒２毎に形成された２つの吸気ポート１６は途中で結合することなく気筒２側の開口まで延びている。

一方、排気ポート１７は、排気通路３５の浄化装置３６（触媒）よりも上流側に設けられており、気筒２毎に２つずつ形成された上流側流路１７Ｓａ，１７Ｓａと、その下流側においてこれら２つの上流側流路が合流するコモン部１７Ｓｂ（「合流部１７Ｓｂ」ともいう。）と、コモン部１７Ｓｂより下流側に形成された１つの下流側流路１７Ｓｃとで平面視略Ｙ字状に形成されている。また、シリンダヘッド４には、各吸気ポート１６の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１８と、各排気ポート１７の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１９とが設けられている。

シリンダヘッド４には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射装置２１が設けられている。燃料噴射装置２１は、その先端が気筒２の中心軸付近に位置してピストン５の冠面のほぼ中央を臨むように配置されている。

燃料噴射装置２１は、図外の燃料ポンプにより圧送された燃料を気筒２内に噴射する。本実施形態では、全運転領域において燃料と空気との混合気を予め混合させて、この混合気を圧縮上死点（ＴＤＣ）付近で自着火させる予混合圧縮自着火燃焼が実施されるよう構成されている。これに伴い、図２に示した例では、エンジン本体１に気筒２内のガスに点火するための点火プラグが設けられていないが、冷間始動時等において混合気の適正な燃焼のために点火が必要な場合等には、適宜エンジン本体１に点火プラグを設けてもよい。

燃料噴射装置２１からは、エンジン本体１の運転状態に応じたタイミングでこの運転状態に応じた量の燃料が気筒２内に噴射される。例えば、エンジン負荷が比較的低い領域では、圧縮上死点前に一括して燃料が噴射され、エンジン負荷が比較的高い領域では、圧縮上死点前において３段に分割されて燃料が気筒２内に噴射される。

シリンダヘッド４には、さらに、気筒２内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置２２が設けられている。図２に示すように、水噴射装置２２は、サイド噴射方式で水を燃焼室６内に噴射するようにシリンダヘッド４に取り付けられており、その先端が燃焼室６の内周面から燃焼室６内を臨むように配置されている。

また、水噴射装置２２は、排気ポート１７に隣接して配置されている。本実施形態では、排気ポート１７の下方に水噴射装置２２が配置されている。水噴射装置２２としては、例えば、従来のエンジンに用いられる、燃料を気筒２内に噴射するための装置を適用することができ、その詳細な構造の説明は省略する。なお、水噴射装置２２は、例えば、２０ＭＰａ程度で気筒２内に超臨界水を噴射する。

超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射するのはエンジン性能を高めるためである。

具体的には、気筒２内に水を噴射すれば、この水を作動ガスとしてこの水に膨張仕事を行わせることができる。従って、水を気筒２内に噴射すれば、仕事量すなわちエンジン出力を同じとしながら気筒２内に供給する燃料の量を少なくすることができ、燃費性能を高めることができる。また、気筒２内に水を噴射することでノッキング防止に寄与することができる。このようにノッキングを防ぐことで点火のタイミングを早めてピストン５を押し下げるベストなタイミングでの燃焼を実現できるため、トルクを高めることができる。

水として超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射するのは、エンジン本体１の熱効率および燃費性能をより確実に高くするためである。すなわち、通常の気体の水（水蒸気）よりも密度の高い超臨界水または亜臨界水を気筒内に噴射していることで、気体の水を噴射する場合に比べて多量の水を効率よく気筒内に導入することができる。そのため、気筒内に存在して仕事を行うガスの量ひいてはエンジン本体の出力を効率よく増大させることができる。また、潜熱（エンタルピー）を必要としないまたは潜熱が小さい超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射していることで、通常の液体の水を噴射する場合に比べてこの潜熱に伴う気筒内の大幅な温度低下および熱効率の悪化を回避することができる。そのため、熱効率を高くすることができる。

具体的には、水の臨界点が、温度：６４７．３Ｋ，圧力：２２．１２ＭＰａの点であるのに対して、超臨界水は温度圧力がこれら以上すなわち温度が６４７．３Ｋ以上かつ圧力が２２．１２ＭＰａ以上の水である。

さらに超臨界水の密度は５０ｋｇ／ｍ^３から５００ｋｇ／ｍ^３程度と液体の水に近い値であって気体の密度よりも非常に高い値となっている。

従って、この密度の高い超臨界水を気筒２内に噴射すれば、気体の水を噴射する場合に比べて多量の水を効率よく気筒２内に導入することができる。

なお、エンジンシステムにて生成して気筒２内に噴射する超臨界水としては、密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上の超臨界水を用いるのが好ましい。

ここで本実施形態では、前記のように超臨界水を気筒２内に噴射するが、超臨界水に代えて温度が６００Ｋ以上、密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上の亜臨界水を生成および気筒２内に噴射してもよい。

（２）吸気通路
吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１と、スロットルバルブ３２とが設けられており、エアクリーナ３１およびスロットルバルブ３２を通過した後の空気がエンジン本体１に導入される。

スロットルバルブ３２は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ３２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路３０を遮断する。

（３）排気通路
排気通路３５には、上流側から順に、排気を浄化するための浄化装置３６、熱交換器３７、コンデンサー（凝縮器）３８、排気シャッターバルブ３９が設けられている。熱交換器３７およびコンデンサー３８は、水循環装置４０の一部を構成するものである。浄化装置３６は、例えば、三元触媒からなる。

排気シャッターバルブ３９は、ＥＧＲガスの吸気通路３０への還流を促進するためのものである。

すなわち、本実施形態のエンジンシステムでは、吸気通路３０のうちスロットルバルブ３２よりも下流側の部分と、排気通路３５のうち浄化装置３６よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路７が設けられており、排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流される。排気シャッターバルブ３９は、排気通路３５を開閉可能なバルブであり、ＥＧＲを実施する場合であって排気通路３５の圧力が低い場合に閉弁側に操作されることでＥＧＲ通路７の上流側の部分の圧力を高めてＥＧＲガスの還流を促進する。

ＥＧＲ通路７には、これを開閉するＥＧＲバルブ８が設けられており、ＥＧＲバルブ８の開弁量によって吸気通路３０に還流されるＥＧＲガスの量が調整される。また、本実施形態では、ＥＧＲ通路７に、これを通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９が設けられており、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ９にて冷却された後吸気通路３０に還流される。

ＥＧＲバルブ８は、例えば、エンジン負荷が比較的低い領域において開弁され、この領域においてＥＧＲガスが気筒２内に導入される。

（４）水循環装置
水循環装置４０は、排気の熱エネルギーを利用して後述する排熱回収装置５０と協働して超臨界水を生成するものである。

水循環装置４０は、熱交換器３７およびコンデンサー３８に加えて、水噴射装置２２とコンデンサー３８とを接続する水供給通路４１と、上流側水タンク（受熱水タンク）４２と、低圧ポンプ４３と、高圧ポンプ４４と下流側水タンク４５とを備えている。

コンデンサー３８は、排気通路３５を通過する排気ガス中の水（水蒸気）を凝縮するためのものであり、コンデンサー３８で凝縮した水は、熱交換器３７や下流側水タンク４５を通過することにより受熱され昇温された状態で水噴射装置２２に供給される。このように、本実施形態では、排気ガス中の水が気筒２内に噴射される水（受熱水Ｗ）として利用される。コンデンサー３８で生成された水は、水供給通路４１を介して上流側水タンク４２に導入され上流側水タンク４２内で貯留される。

低圧ポンプ４３は、上流側水タンク４２内の水を熱交換器３７に送り込むためのポンプであり、水供給通路４１のうち上流側水タンク４２と熱交換器３７との間に配置されている。

熱交換器３７は、低圧ポンプ４３から圧送された水と、排気通路３５を通過する排気ガスとの間で熱交換を行わせるためのものであり、水供給通路４１のうち熱交換器３７を通過する水は、排気通路３５を通過する排気ガスにより昇温される。熱交換器３７は、排気通路３５のうち浄化装置３６の下流側の部分に配置されている。なお、水供給通路４１は、熱交換器３７において排気通路３５の内側に挿通され、該排気通路３５の内側から抜出すまでの間部分に熱交換通路３７ａを有している。

熱交換器３７によって排気ガスから受熱した水は、高圧ポンプ４４によって水噴射装置２２に向けて圧送される。この高圧ポンプ４４は、熱交換器３７で昇温された水を加圧して超臨界水としながら水噴射装置２２に送り込む。高圧ポンプ４４は、水供給通路４１のうち熱交換器３７と下流側水タンク４５との間に配置されている。

このように、本実施形態では、基本的には、熱交換器３７と高圧ポンプ４４とによって水供給通路４１内の水が昇温昇圧され、この後で説明する排熱回収装置５０によってさらに昇温されて超臨界水が生成され、水噴射装置２２に供給される。
そのため、水供給通路４１のうち高圧ポンプ４４よりも下流側の高圧の超臨界水が流通する部分には、高圧用の配管が用いられる。

（５）第１実施形態の熱回収装置
図２に示すように、第１実施形態の排熱回収装置５０は、排気ポート１７と、受熱水Ｗ（水）が流通する下流側水タンク４５と、内部に媒体Ｓが封入されたヒートパイプ５１（５１Ｈ，５１Ｌ）と、排気ポート１７内においてヒートパイプ５１を支持する支持部材２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）を備え、水噴射装置２２に水供給前に、排気通路３５を通過する排気ガスの熱を、ヒートパイプ５１を介して高圧ポンプ４４から圧送された受熱水Ｗにより回収して該受熱水Ｗをさらに昇温する装置である。

ヒートパイプ５１は、ストレート状に形成されるとともに、排気ポート１７と下流側水タンク４５とに跨ぐように配置されている。

ヒートパイプ５１は、排気ポート１７の排気流路１７Ｓ（内部空間１７Ｓ）におけるコモン部１７Ｓｂよりも下流側に設けられた下流側流路１７Ｓｃに取り付けられており、本実施形態では、１つの排気ポート１７にそれぞれ１つのヒートパイプ５１が取り付けられており、１つの気筒２に１つのヒートパイプ５１が配置されている。

本実施形態では、ヒートパイプ５１は、所定の方向に延びる略円柱状の外形を有する。図３は、ヒートパイプ５１の動作を説明するための概略断面図である。この図３および図２に示すように、ヒートパイプ５１は、熱伝導性の高い材料（例えば金属）で形成されたパイプ部材であり、その内側は真空にされた状態で媒体Ｓ（Ｓｈ，Ｓｌ）が液体状態で封入されている。ヒートパイプ５１の内壁には、多孔質部材５１ａ（例えば金属製の網）が設けられており、いわゆるウィックとよばれる毛細管構造が形成されている。

ヒートパイプ５１は、その長手方向の一端が排気ポート１７に挿通されて、該排気ポート１７の排気流路１７Ｓに突き出すとともに、他端が下流側水タンク４５に挿通されて、下流側水タンク４５内の水流通路４８で突出すように配置されている。これにより、ヒートパイプ５１は、その長手方向の一端が排気ポート１７の排気流路１７Ｓの排気ガスと接触するように配置され、他端が下流側水タンク４５内の受熱水Ｗと接触するように配置されている。

ここでヒートパイプ５１の長手方向の一端側、すなわち排気ポート１７への挿通部分を受熱側端部５２（５２ｈ，５２ｌ）に設定するとともに、ヒートパイプ５１の長手方向の他端側、すなわち下流側水タンク４５への挿通部分を放熱側端部５３（５３ｈ，５３ｌ）に設定する。

このヒートパイプ５１では、受熱側端部５２が排気ガスの熱により温められ、その温度が所定の温度以上になると、媒体Ｓが蒸発し、図３の矢印Ｙ１に示すように、放熱側端部５３に向かって拡散していく。そして、媒体Ｓの蒸気は、放熱側端部５３において下流側水タンク４５内の水流通路４８に放熱して凝縮し、再び液体に戻る。このとき、下流側水タンク４５内の水流通路４８を流れる受熱水Ｗは媒体Ｓから熱エネルギーを受けて昇温される。再び液体に戻った媒体Ｓは、直線状のヒートパイプ５１のヒートパイプ毛細管現象により、図３の矢印Ｙ２に示すように、受熱側端部５２に戻り、再度排気ガスから熱エネルギーを奪うことで再び蒸気となり、この熱エネルギーを下流側水タンク４５内の水流通路４８を流れる受熱水Ｗに付与する。

このように、本実施形態では、ヒートパイプ５１によって、排気ガスの温度が所定温度以上の高温になり媒体Ｓの温度が沸点以上になると、排気ポート１７の排気流路１７Ｓの排気ガスの熱エネルギーが下流側水タンク４５内の水流通路４８を流れる受熱水Ｗに付与されて該水が昇温される。

ヒートパイプ５１は、高温域で作動する高温域媒体Ｓｈとしてのナトリウム（作動温度域：６００℃〜１２００℃）が封入された高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと、低温域で作動する低温域媒体Ｓｌとしての水（作動温度域：３０℃〜２５０℃）が封入された低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとの２本を備えている。

ここで、本実施例の排熱回収装置５０は、作動温度域が異なる２種類の媒体Ｓｈ，Ｓｌを組み合わせた構成としたが、例えば水の代わりにナフタレン（作動温度域：１５０℃〜４００℃）とする、或いはナトリウムの代わりにセシウム（作動温度域：４５０℃〜９００℃）とするなど、作動温度域の違いに応じて媒体Ｓｈ，Ｓｌの組み合わせを設定することができる。また、作動温度域が異なる２種類の媒体Ｓｈ，Ｓｌに対応して２本のヒートパイプ５１Ｌ，５１Ｈを備えた構成に限定せず、作動温度域が異なる３種類以上の媒体Ｓに対応して３本以上のヒートパイプ５１を備えた構成としてもよい。

これら高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとは、互いに平行に配置されるとともに、上述したように、共に排気ポート１７と下流側水タンク４５とに跨ぐように配置されている。

排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいては、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの受熱側端部５２ｈを、排気方向Ｄｇ上流側に設置するとともに、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの受熱側端部５２ｌを、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの受熱側端部５２ｈよりも相対的に排気方向Ｄｇ下流側に設置している。

具体的に、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとは、共に受熱側端部５２ｈ，５２ｌが排気方向Ｄｇと略平行になるように配置されている。そして高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの受熱側端部５２ｈは、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの受熱側端部５２ｌよりも排気方向Ｄｇ上流側端部が、排気方向Ｄｇ上流側に位置するように排気ポート１７の排気流路１７Ｓに延びており、これにより、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの受熱側端部５２ｌを、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの受熱側端部５２ｈの少なくとも上流側端よりも相対的に排気方向Ｄｇ下流側に設置している。

また、排気ポート１７の排気流路１７Ｓには、ヒートパイプ５１を支持する支持部材２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）が設けられており、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとは、共に上記のような配置になるように排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて支持部材２５によって支持されている。

支持部材２５は、金属製であり、熱伝導性を有するとともに排気ガスから受熱する多孔質状（ポーラス状）の受熱部２６を備えている。本実施例における支持部材２５は、その略全体が間隙空間を有した金属製の網によりで略円筒状に形成されている。すなわち支持部材２５は、その略全体が受熱部２６として形成されている。

図２、図３に示すように、支持部材２５は、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとを支持可能に３つ備えている。具体的には、排気方向Ｄｇ上流側に配置された高温域作動ヒートパイプ５１Ｈを支持する上流側支持部材２５ａと、相対的に排気方向Ｄｇ下流側に配置された高温域作動ヒートパイプ５１Ｈおよび低温域作動ヒートパイプ５１Ｌを支持する下流側支持部材２５ｃと、さらに排気方向Ｄｇにおいて上流側支持部材２５ａと下流側支持部材２５ｃとの間に位置し、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈを支持する中間支持部材２５ｂと、を備えている。

支持部材２５は、略円筒状に形成され、その外壁部と排気ポート１７の内壁部とが互いに密着した状態となるように排気ポート１７の内壁部に嵌着される。すなわち、支持部材２５は、排気ポート１７の排気方向Ｄｇにおける嵌着部位において、排気ポート１７の排気流路１７Ｓの排気方向Ｄｇの直交断面形状と略同じ直交断面形状で形成されており、排気ポート１７の排気流路１７Ｓを該支持部材２５によって塞ぐように設置され、支持部材２５の外周面が排気ポート１７の内壁に接合固定されている。

支持部材２５には、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈと低温域作動ヒートパイプ５１Ｌとを挿通可能に排気方向Ｄｇに貫通するパイプ挿通孔２７（２７ｈ，２７ｌ）が夫々形成され、該パイプ挿通孔２７には、ヒートパイプ５１が挿通され、ヒートパイプ５１は、パイプ挿通孔２７に挿通された状態で該パイプ挿通孔２７の内壁部とヒートパイプ５１の外壁部とが接合固定されている。これにより、ヒートパイプ５１の受熱側端部５２は、支持部材２５によって支持されている。

上流側支持部材２５ａ、中間支持部材２５ｂ、下流側支持部材２５ｃは、何れも高温域作動ヒートパイプ５１Ｈを挿通するパイプ挿通孔２７として高温域作動側パイプ挿通孔２７ｈが１つずつ形成されている。下流側支持部材２５ｃは、高温域作動側パイプ挿通孔２７ｈに加えて低温域作動ヒートパイプ５１Ｌを支持する低温域作動側パイプ挿通孔２７ｌが１つ形成されており、合計２つのパイプ挿通孔２７ｈ，２７ｌが形成されている。

支持部材２５は、排気方向Ｄｇ上流側の方が、排気方向Ｄｇ下流側よりも受熱部２６の間隙空間が大きく形成されている。具体的には、上流側支持部材２５ａは中間支持部材２５ｂよりも受熱部２６が「粗」に形成されるとともに下流側支持部材２５ｃは中間支持部材２５ｂよりも受熱部２６が「密」に形成され、これにより、上流側支持部材２５ａと中間支持部材２５ｂと下流側支持部材２５ｃとは、この順に受熱部２６の間隙空間が大きく形成されている。

また、図１、図２に示すように、下流側水タンク４５は、水供給通路４１の途中に介在して配置され、水循環装置４０の一部としても構成されている。下流側水タンク４５は、水流方向Ｄｗの一端側の壁部に、水入口部４６が形成されるとともに、該下流側水タンク４５の水流方向Ｄｗの他端側の壁部に、水出口部４７が形成されている。さらに下流側水タンク４５の内部には、水入口部４６と水出口部４７との間において水供給通路４１と連通する水流通路４８が形成されている。すなわち、水流通路４８は水供給通路４１の一部を構成している。

水入口部４６は、高圧ポンプ４４により圧送された受熱水Ｗが水流通路４８に流入する流入部であり、水出口部４７は、水噴射装置２２へ供給される受熱水Ｗが水流通路４８から流出する流出部である。すなわち、水入口部４６は水流通路４８の上流側端に形成されるとともに、水出口部４７は水流通路４８の下流側端に形成されている。

この水流通路４８は、途中で他の流通路と結合したり分岐部したりせずに延びる１本路で形成されている。

水入口部４６と水出口部４７とは共に、互いに平行に延びる一組のヒートパイプ５１の長手方向に直交する方向に向けた開口方向となるように設置されており、さらにヒートパイプ５１の長手方向において互いにずらして設置されている。

水流通路４８は、図３に示すように、上流側に有する上流側水流通路部４８ａと、下流側に有する下流側水流通路部４８ｃと、これらを連結する連結水流通路部４８ｂとを備え、水入口部４６から水出口部４７に向けて上流側水流通路部４８ａ、連結水流通路部４８ｂ、下流側水流通路部４８ｃとをこの順に直列に設けている。

本実施形態では、水流通路４８は、上流側水流通路部４８ａから下流側水流通路部４８ｃへ連結水流通路部４８ｂを介してヒートパイプ５１の長手方向に迂回する経路で形成されている。

高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの放熱側端部５３ｈは、下流側水タンク４５の排気ポート１７側の側壁から挿通され、水流通路４８における下流側水流通路部４８ｃにおいて突き出した状態で配置される。これにより、下流側水流通路部４８ｃは、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの配置領域としている。そして、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの放熱側端部５３ｈは、その長手方向が下流側水流通路部４８ｃの水流方向Ｄｗに直交する方向となるように配置されている。

一方、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの放熱側端部５３ｌは、下流側水タンク４５の排気ポート１７側の側壁から挿通され、水流通路４８における上流側水流通路部４８ａにおいて突き出した状態で配置される。これにより、上流側水流通路部４８ａは、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの配置領域としている。そして、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの放熱側端部５３ｌは、その長手方向が上流側水流通路部４８ａの流水方向に直交する方向となるように配置されている。
これにより、水流通路４８を流れる受熱水Ｗを低温域作動ヒートパイプ５１Ｌ側から高温域作動ヒートパイプ５１Ｈ側へ流す構成としている。

（６）第１実施形態の熱回収装置の作用等
上述した本実施例のエンジンの排熱回収装置５０は、エンジン本体１の気筒２内で生成された排気ガスが流通する排気ポート１７と、受熱水Ｗが流通する下流側水タンク４５内の水流通路４８（図３参照）と、これら排気ポート１７と水流通路４８とに跨ぐように配置され、内部に媒体Ｓが封入されたヒートパイプ５１を備え、排気ポート１７の排気流路１７Ｓの排気ガスの熱をヒートパイプ５１を介して水流通路４８を流通する受熱水Ｗにより受熱して熱回収するエンジンの排熱回収装置であって（図１参照）、ヒートパイプ５１は、媒体Ｓの作動温度域の違いに応じて複数備え、排気ポート１７においては、高温域で作動する高温域媒体Ｓｈとしてのとしてのナトリウムが封入された高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの放熱側端部５３ｈを、排気方向Ｄｇ上流側に設置するとともに、高温域媒体Ｓｈよりも相対的に低温域で作動する低温域媒体Ｓｌとしての水が封入された低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの放熱側端部５３ｌを、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈよりも相対的に排気方向Ｄｇ下流側に設置し、さらに水流通路４８においては、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈの受熱側端部５２ｈを水流方向Ｄｗ下流側に設置するとともに、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌの受熱側端部５２ｌを水流方向Ｄｗ上流側に設置する構成としたものである（図２、図３参照）。

上記構成によれば、エンジンの低負荷から高負荷までの運転状態によって幅広い排気温度域で排出される排気ガスの熱を効率的に回収することができる。

具体的には、エンジンは低負荷領域から高負荷領域までの運転が求められることから例えば、約２００℃から約８００℃までの幅広い排気温度域となる。このため、従来の排熱回収装置のように１種類の媒体の温度域作動により排熱回収しようとしても、この幅広い排気温度域をカバーしきれず、詳しくは媒体の作動温度域外の排気温度を有する排気熱を回収しきれず、効率的な熱回収を行う点で改善の余地があった。

これに対して本実施形態の排熱回収装置５０は、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈを排気方向Ｄｇ上流側に設置するとともに、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌを相対的に排気方向Ｄｇ下流側に設置することにより、エンジンの気筒２内から排出された高温の排気熱を高温域作動ヒートパイプ５１Ｈによって回収することができ、その後、高温域作動ヒートパイプ５１Ｈによって熱回収しきれなかったが相対的に低温化した排気熱を、その温度帯域に適した低温域作動ヒートパイプ５１Ｌによって極力取りこぼすことなく回収することができる。

一方、下流側タンク内の水流通路４８においては、該水流通路４８を流れる受熱水Ｗは、低温域作動ヒートパイプ５１Ｌ側から高温域作動ヒートパイプ５１Ｈ側へ流通させることができることにより、受熱水Ｗによって効率よく熱回収することができる。

以上より、本実施形態の排熱回収装置５０は、エンジンの低負荷運転領域から高負荷運転領域までの広範囲の運転状態に伴って排気温度域が幅広くなるが、このような幅広い排気温度域の排気熱を高温域と低温域との夫々の温度帯域に見合ったヒートパイプ５１Ｈ，５１Ｌにより幅広い温度状態で排気熱を効率的に回収することが可能となる。

この発明の態様として、排気ポート１７の排気流路１７Ｓに、ヒートパイプ５１を支持する支持部材２５が設けられ、支持部材２５は、熱伝導性を有して排気ガスから受熱する受熱部２６を備えたものである（図３、図４参照）。

上記構成によれば、支持部材２５に備えた受熱部２６によって排気ガスから受熱することができるため、支持部材２５自体が熱回収に寄与することができる。

さらに、排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて支持部材２５によってヒートパイプ５１を支持することにより、ヒートパイプ５１を圧力損失の増大を抑える姿勢に保つことができる。

この発明の態様として、支持部材２５は金属製としたものである。

上記構成によれば、熱伝導性に優れた金属製の支持部材２５によってヒートパイプ５１を支持することで、支持部材２５を通過する排気ガスの熱を、該支持部材２５を介してヒートパイプ５１へより効率的に回収することができる。

さらに耐熱性、強度に優れた金属製の支持部材２５により、しっかりとヒートパイプ５１を支持することができる。

この発明の態様として、支持部材２５は、排気方向Ｄｇの上流側の方が下流側よりも受熱部２６の間隙空間が大きく形成されたものである。すなわち、上流側支持部材２５ａ、中間支持部材２５ｂ、下流側支持部材２５ｃは、この順に受熱部２６の間隙空間が大きく形成されたものである（図３、図４参照）。

上記構成によれば、排気方向Ｄｇに応じて受熱部２６の間隙空間の大きさ（間隙の度合い）を変化させることができるため、排気ガスからの高効率な受熱によるヒートパイプ５１への熱輸送を可能とし、かつ、不要な圧力損失の増加を抑制することができる。

詳しくは、排気ガスは、高温になる程低密度になり、さらに低密度になる程流速が速くなる特性を有する。すなわち、排気ガスは高温になる程熱伝達率が高くなる特性を有する。
換言すると、排気ガスは、低温になる程高密度になり、さらに高密度になる程流速が遅くなる特性を有する。すなわち、排気ガスは低温になる程熱伝達率が低くなる特性を有する。

このような排気ガスの特性より、温度が相対的に高い排気方向Ｄｇの上流側では、排気ガスの流速、熱伝達率が相対的に高く（速く）なるとともに、温度が相対的に低い排気方向Ｄｇの下流側では、排気ガスの流速、熱伝達率が相対的に低く（遅く）なる。

ここで、熱交換量、圧力損失は次式により概略計算することができる。

・（熱交換量）＝（熱伝達率）×（伝達面積）×（（排ガス温度）−（受熱部２６壁温度））
・（圧力損失）∝（密度）×（流速）^２
以上により、支持部材２５は、排気方向Ｄｇの上流側の方が下流側よりも受熱部２６の間隙空間を大きくする（「粗」にする）ことで、例えば上流側支持部材２５ａを流速が速い排気方向Ｄｇ上流側に配置しても圧力損失増加を抑制することができつつ、上流側支持部材２５ａの間隙空間が大きくても排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおける排気ガス温度が高いが故に大きな熱交換量を確保することができる。一方、支持部材２５は、排気方向Ｄｇの下流側の方が上流側よりも受熱部２６の間隙空間を小さくする（「密」にする）ことで、例えば下流側支持部材２５ｃの伝達面積を確保して受熱量を増やし、熱交換量を増やすことができる。

また本実施形態のヒートパイプ５１は、その長手方向の一端に受熱側端部５２（５２ｈ，５２ｌ）を備えるとともに、ヒートパイプ５１の長手方向の他端に放熱側端部５３（５３ｈ，５３ｌ）を備えたストレート状に形成したものである（図３、図４参照）。

上記構成によれば、毛細管現象を利用して排気ポート１７の排気流路１７Ｓと下流側タンク内の水流通路４８との間で媒体Ｓを循環させることができるため、媒体Ｓを介して排気熱を受熱水Ｗによって熱回収することができる。また、排気ガスの排気方向Ｄｇと極力平行になるように配置し易くなるため、圧力損失の増加の抑制を図ることができる。

（７）第２実施形態の熱回収装置
図５は、第２実施形態の熱回収装置の模式図を示している。以下、この第２実施形態の排熱回収装置５０Ａについて説明するが、上述した第１の実施形態の排熱回収装置５０と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

下流側水タンク４５Ａは、排気ポート１７の周辺部分であって排気ポート１７の上部に設けられており、下流側水タンク４５Ａの水流通路４８には排気ポート１７の延びる方向に沿って形成されている。すなわち、本実形態では、下流側水タンク４５Ａは、排気ポート１７の延びる方向と略平行に配設されている。

このような下流側水タンク４５Ａには、排気ポート１７の排気方向Ｄｇの下流側端に対応する部位に水入口部４６が設けられるとともに、排気ポート１７の排気方向Ｄｇの上流側端に対応する部位に水出口部４７が設けられている。
すなわち、本実施形態では、下流側水タンク４５Ａの水流通路４８においては、排気ガスの排気方向Ｄｇと逆方向（対向方向）に受熱水Ｗを流す構成としたものである。

また、本実施形態のヒートパイプ５１Ａについても、ナトリウムが封入された高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨと、水が封入された低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬとの２種類を備えており、共に略矩形状の枠状、すなわちループ状に形成され、互いに同形状および同サイズに形成されている。なお、これらヒートパイプ５１Ａの内壁には、上述したストレート状のヒートパイプ５１のような毛細管構造が形成されていない。

これらヒートパイプ５１Ａは、上述したストレート状のヒートパイプ５１と同様に、排気ポート１７と下流側水タンク４５Ａとに跨ぐように配置されている。

但し、ループ状のヒートパイプ５１Ａは、その周方向の略下側部分が排気ポート１７の排気流路１７Ｓに突き出して該排気流路１７Ｓの排気ガスと接触するように配置されているとともに、その周方向の略上側部分が下流側水タンク４５Ａの水流通路４８に突き出して水流通路４８の受熱水Ｗと接触するように配置されている。
ここで、ヒートパイプ５１Ａの周方向の略下側部分、すなわち排気ガスとの接触部分を受熱側部５２Ａ（５２Ａｈ，５２Ａｌ）に設定するとともに、ヒートパイプ５１Ａの周方向の略上側部分、すなわち受熱水Ｗとの接触部分を放熱側部５３Ａ（５３Ａｈ，５３Ａｌ）に設定する。

さらに、受熱側部５２Ａのうち、略矩形をしたループ状のヒートパイプ５１Ａの下側長辺部に相当する部位を、該受熱側部５２Ａの主要部を成す受熱側長辺部５４（５４ｈ，５４ｌ）に設定するとともに、放熱側部５３Ａのうち、略矩形をしたループ状の上側長辺部に相当する部位を、該放熱側部５３Ａの主要部を成す放熱側長辺部５５（５５ｈ，５５ｌ）に設定する。

ヒートパイプ５１Ａは、受熱側長辺部５４と放熱側長辺部５５との一端部同士と、他端同士とが夫々短辺部５６ａ，５６ｂを介して一体に連結されている。

ヒートパイプ５１Ａの短辺部５６ａ，５６ｂの中間部は、排気ポート１７と下流側水タンク４５Ａとの間部分、すなわち、排気ポート１７の上側部位および下流側水タンク４５Ａの下側部位に挿通されている。この挿通部位における、排気ポート１７および下流側水タンク４５Ａの各内周部と、ヒートパイプ５１Ａの短辺部５６ａ，５６ｂの外周部とが接合固定されている。

受熱側長辺部５４と、短辺部５６ａ，５６ｂの挿通部位よりも下側部分とで受熱側部５２Ａが構成され、放熱側長辺部５５と、短辺部５６ａ，５６ｂの挿通部位よりも上側部分とで放熱側部５３Ａが構成されている。

受熱側長辺部５４は略直線状に形成され、排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて排気方向Ｄｇと略平行に配置されている。放熱側長辺部５５は略直線状に形成され、下流側水タンク４５Ａの水流通路４８において水流方向Ｄｗと略平行に配置されている。
また上記構成により、本実施形態のヒートパイプ５１Ａは、放熱側長辺部５５が受熱側長辺部５４よりも上側に配置された位置関係となる。

低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬは、高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨよりも排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて受熱側部５２Ａが排気方向Ｄｇ下流側に配置されている。換言すると、低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬは、高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨよりも下流側水タンク４５Ａの水流通路４８において放熱側部５３Ａが流水方向上流側に配置されている。

これにより、排気ポート１７の排気流路１７Ｓを流れる排気ガスは、高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨ側から低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬ側へ流れる一方で、下流側水タンク４５Ａの水流通路４８を流れる受熱水Ｗは低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬ側から高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨ側へ流れる構成としている。

本実施形態においては、高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨと低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬとは排気流路１７Ｓの排気方向Ｄｇおよび水流通路４８の水流方向Ｄｗにおいて互いにオーバーラップせずに離間して配設されている。高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨと低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬとは、中間支持部材２５ｂを跨ぐように該中間支持部材２５ｂに対して排気流路１７Ｓの排気方向Ｄｇの上流側と下流側とに配設されている。

また、上流側支持部材２５ａには、受熱側長辺部５４ｈを挿通する１つの高温域作動側パイプ挿通孔２７ｈのみが形成され、下流側支持部材２５ｃには、受熱側長辺部５４ｌを挿通する１つの低温域作動側パイプ挿通孔２７ｌのみが形成され、中間支持部材２５ｂには、パイプ挿通孔２７（２７ｈ，２７ｌ）が形成されていない。

これにより、高温域作動ヒートパイプ５１ＡＨは、排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて受熱側長辺部５４ｌが上流側支持部材２５ａによってのみ支持されるとともに、低温域作動ヒートパイプ５１ＡＬは、排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて受熱側長辺部５４ｌが下流側支持部材２５ｃによってのみ支持されている。

（８）第２実施形態の熱回収装置の作用等
上記構成によれば、本実施形態の排熱回収装置５０Ａは、作動温度帯域が異なる媒体ｓｈ，ｓｌに応じた２種類のストレート状のヒートパイプ５１Ｈ，５１Ｌを備えた第１実施形態の排熱回収装置５０と同様に、エンジンの低負荷運転領域から高負荷運転領域までの広範囲の運転状態に伴って排気温度域が幅広くなるが、このような幅広い排気温度域の排気熱を高温域と低温域との夫々の温度帯域に見合ったヒートパイプ５１ＡＨ，５１ＡＬにより幅広い温度状態で排気熱を効率的に回収することが可能となるという効果を奏することができる。

さらに本実施形態において下流側水タンク４５Ａは、排気ポート１７の上部に設けられている。さらにループ状のヒートパイプ５１Ａは、放熱側長辺部５５が受熱側長辺部５４よりも上側に位置する関係となるように配置されたたものである。これにより、受熱側部５２Ａにおいて排気ガスの熱を受熱して蒸発した媒体Ｓの上昇気流を利用して、該媒体Ｓを上方に有する放熱側部５３Ａへ拡散させることができるため、ヒートパイプ５１Ａの内部においてよりＹ１方向の循環を促進することができる。

さらに、第２実施形態のヒートパイプ５１Ａは、排気ポート１７の排気流路１７Ｓを媒体Ｓが流れる受熱側長辺部５４と、下流側水タンク４５Ａの水流通路４８を媒体Ｓが流れる放熱側長辺部５５と、受熱側長辺部５４と放熱側長辺部５５との一端部同士と、他端同士とを一体に連結する短辺部５６ａ，５６ｂとでループ状に形成されたものである（図５参照）。

上記構成によれば、ヒートパイプ５１をループ状に形成することで媒体Ｓがヒートパイプ５１内において一方向（Ｙ１方向）（図５に示す断面視で時計と反対回り）に循環させることができるため、例えば、受熱側長辺部５４を受熱路（移送路）として、放熱側長辺部５５を放熱路（還流路）として適用し易くなる。すなわち、ループ状のヒートパイプ５１の内部において媒体Ｓを時計と反対回りに循環させることにより、受熱側部５２Ａにおいて排気ガスの排気方向Ｄｇと逆方向へ媒体Ｓを流動させることができるとともに、排気方向Ｄｇと逆方向である受熱水Ｗの水流方向Ｄｗと逆方向へ放熱側部５３Ａにおいて媒体Ｓを流動させることができるため、受熱水Ｗは、媒体Ｓを介して排気ガスの熱を効率よく回収することができる。

また、本実施形態のヒートパイプ５１Ａは、受熱側長辺部５４が、排気ポート１７の排気流路１７Ｓにおいて排気方向Ｄｇに平行に延びているため、排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる。

（９）第３実施形態の熱回収装置
図６は、第３実施形態の熱回収装置の模式図を示している。以下、この第３実施形態の排熱回収装置５０Ｂについて説明するが、上述した第１、第２の実施形態の排熱回収装置５０，５０Ａと同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、ヒートパイプ５１Ｂに接触するように受熱水Ｗを流す構造として、下流側水タンク４５，４５Ａの代わりにシリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケット４５Ｂ（４５ＢＵ，４５ＢＤ）を適用している。

ウォータジャケット４５Ｂは、排気ポート１７周辺部分に排気ポート１７の延びる方向に沿って配設されており、下流側水タンク４５，４５Ａと同様に、その内部に水入口４６から水出口４７まで受熱水Ｗが流れる水流通路４８が形成されている。

ここで、 本実施形態の排熱回収装置５０Ｂに備えたウォータジャケット４５Ｂは、排気ポート１７よりも車両上側部位に設けられた上側ウォータジャケット４５ＢＵと、排気ポート１７よりも車両下側部位に設けられた下側ウォータジャケット４５ＢＤとを備えている。

水供給通路４１は、シリンダヘッド４内部に形成されたウォータジャケット４５ＢＤの水流通路４８と連通するように、シリンダヘッド４の内部においても形成されている。水供給通路４１の途中には、上側ウォータジャケット４５ＢＵと下側ウォータジャケット４５ＢＤの各水流通路４８がこの順に介在している。

具体的には、上流側水タンク４２と上側ウォータジャケット４５ＢＵの水入口部４６との間、上側ウォータジャケット４５ＢＵの水出口部４７と下側ウォータジャケット４５ＢＤの水入口部４６との間、下側ウォータジャケット４５ＢＤの水出口部４７と水噴射装置２２との間は、何れも水供給通路４１を介して互いに連通している。

このうち、上側ウォータジャケット４５ＢＵの水出口部４７と下側ウォータジャケット４５ＢＤの水入口部４６との間を連通する水供給通路４１は、シリンダヘッド４内部において、排気ポート１７のポート軸方向視で排気ポート１７よりも径外側（図６の紙面に対して直交方向）へ迂回しながら排気ポート１７の上方に位置する上側ウォータジャケット４５ＢＵから排気ポート１７の下方に位置する下側ウォータジャケット４５ＢＤまで延びている。

また、低温域作動ヒートパイプ５１ＢＬは、排気ポート１７と上側ウォータジャケット４５ＢＵとに跨ぐように配置されている。

低温域作動ヒートパイプ５１ＢＬは、ループ状に形成されたその周方向の略下側部分が排気ポート１７内に突き出して排気ポート１７内の排気ガスと接触するように配置されるとともに、その周方向の略上側部分が上側ウォータジャケット４５ＢＵ内の水流通路４８に突き出して該水流通路４８の受熱水Ｗと接触するように配置されている。
低温域作動ヒートパイプ５１ＢＬの周方向の略下側部分を受熱側部５２Ｂｌに設定するとともに、ヒートパイプ５１Ｂの周方向の略上側部分を放熱側部５３Ｂｌに設定する。

高温域作動ヒートパイプ５１ＢＨは、排気ポート１７と下側ウォータジャケット４５ＢＤとに跨ぐように配置されている。

高温域作動ヒートパイプ５１ＢＨは、ループ状に形成されたその周方向の略上側部分が排気ポート１７内に突き出して排気ポート１７内の排気ガスと接触するように配置されるとともに、その周方向の略下側部分が下側ウォータジャケット４５ＢＤ内の水流通路４８に突き出して該水流通路４８の受熱水Ｗと接触するように配置されている。
高温域作動ヒートパイプ５１ＢＨの周方向の略下側部分を受熱側部５２Ｂｈに設定するとともに、ヒートパイプ５１Ｂの周方向の略上側部分を放熱側部５３Ｂｈに設定する。

上述した高温域作動ヒートパイプ５１ＢＨの受熱側部５２Ｂｈは、低温域作動ヒートパイプ５１ＢＬの受熱側部５２Ｂｌよりも排気方向Ｄｇの上流側に配置されている。

また、上側ウォータジャケット４５ＢＵと下側ウォータジャケット４５ＢＤは、夫々の水流通路４８を流れる受熱水Ｗが共に、ヒートパイプ５１ＢＨ，５１ＢＬの放熱側部５３Ｂｈ，５３Ｂｌ内の媒体Ｓの流動方向Ｙ１，Ｙ２と逆方向に流れる構成としている（図６中の矢印Ｄｗ参照）。すなわち、水流通路４８を流れる受熱水Ｗは、放熱側部５３Ｂｈ，５３Ｂｌの低い温度の媒体Ｓが存在する媒体流動方向Ｙ１，Ｙ２の下流側から高い温度の媒体Ｓが存在する媒体流動方向Ｙ１，Ｙ２の上流側へ流れる構成としている。なお図６に示すヒートパイプ５１Ｂ内部の符号Ｌが示すラインは、全ての媒体Ｓが蒸発前の液体の状態で存在する場合におけるその液面を示す。

上記構成によれば、受熱水Ｗが水噴射装置２２へ供給される過程において、上側ウォータジャケット４５ＢＵと下側ウォータジャケット４５ＢＤの各水流通路４８，４８を通過することで、夫々のヒートパイプ５１ＢＨ，５１ＢＬ内の媒体Ｓから受熱することで昇温されるため、より効率的に排気熱を回収して超臨界水を生成することが可能となる。

なお、本実施形態の排気ポート１７内には、ヒートパイプ５１Ｂを支持する支持部材２５を備えていないが、上述した実施形態と同様に支持部材２５を備えてもよい。

この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

例えば、水噴射装置２２は、上述した実施形態のようにサイド噴射方式に限らず、燃料噴射装置２１の側方に並べる等して配設したセンター噴射方式の水噴射装置を採用してもよい。この場合には、例えば、図６に示した第２実施形態の排熱回収装置５０Ａのように、水タンク４５Ａの水出口部４７と水噴射装置２２との間で連通する水供給通路４１を、排気ポート１７を迂回するように設ける必要がなく、水噴射装置２２まで最短経路で繋げることができる。すなわち、水供給通路４１のレイアウト性を高めることができる。

また、本実施形態の水流通路４８を流通することで昇温させた受熱水Ｗは、気筒２内に噴射する超臨界水又は亜臨界水として用いるものであるが、それ以外にもエンジン本体１の気筒２や浄化装置３６（触媒）の暖機に用いてもよく、さらにはエアコンのヒータパーツの暖機のために用いてもよい。

さらにまた、ヒートパイプ５１の受熱側端部５２、ヒートパイプ５１Ａ，５１Ｂの各受熱側端部５２には、適宜伝熱面積を増やすために不図示のスタックフィン等のフィンを設けてもよい。

以上説明したように、本発明は、エンジンの気筒内で生成された排気ガスを流通する排気ポートと、受熱水を収容する水収容部と、これら排気ポートと水収容部とに跨ぐように配置され、内部に媒体が封入されたヒートパイプを備え、排気ガスの熱を媒体を介して受熱水が受熱することで熱回収するエンジンの排熱回収装置について有用である。

１…エンジン本体
２…気筒
１６…排気ポート
２５…支持部材
２５ａ…上流側支持部材
２５ｂ…中間支持部材
２５ｃ…下流側支持部材
２６…受熱部
４５，４５Ａ…下流側水タンク（水収容部）
４５Ｂ…ウォータジャケット（水収容部）
５０，５０Ａ，５０Ｂ…排熱回収装置
５１，５１Ａ，５１Ｂ…ヒートパイプ
５１Ｈ…高温域作動ヒートパイプ
５１Ｌ…低温域作動ヒートパイプ
Ｓ…媒体
Ｓｈ…高温域作動媒体
Ｓｌ…低温域作動媒体
Ｗ…受熱水
Ｄｇ…排気方向

Claims (4)

1. エンジンの気筒内で生成された排気ガスを流通する排気ポートと、受熱水を収容する水収容部と、これら排気ポートと水収容部とに跨ぐように配置され、内部に媒体が封入されたヒートパイプを備え、排気ガスの熱を媒体を介して受熱水が受熱することで熱回収するエンジンの排熱回収装置であって、前記ヒートパイプは、排気ポートにおける排気方向上流側に、媒体の作動温度域の違いに応じて複数備え、前記排気ポートにおいては、高温域で作動する高温域作動媒体が封入された高温域作動ヒートパイプを、排気方向上流側に設置するとともに、前記高温域作動媒体よりも相対的に低温域で作動する低温域作動媒体が封入された低温域作動ヒートパイプを、前記高温域作動ヒートパイプよりも相対的に排気方向下流側に設置し、さらに前記水収容部においては、前記高温域作動ヒートパイプを、水流通方向下流側に設置するとともに、前記低温域作動ヒートパイプを、水流通方向上流側に設置する構成とした
   エンジンの排熱回収装置。
2. 前記排気ポート内に、前記ヒートパイプを支持する支持部材が設けられ、
   前記支持部材は、熱伝導性を有するとともに排気ガスから受熱する受熱部を備えた
   請求項１に記載のエンジンの排熱回収装置。
3. 前記支持部材は金属製である
   請求項２に記載のエンジンの排熱回収装置。
4. 前記支持部材は、複数の該ヒートパイプに対応して複数備え、
   前記受熱部は多孔質状に形成され、
   排気方向上流側の方が、排気方向下流側よりも前記受熱部の間隙空間が大きく形成された
   請求項２又は３に記載のエンジンの排熱回収装置。
   

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