JP2010059960A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気熱回収装置１８において、内燃機関１の排気通路４に設けられる触媒５の昇温促進処理や、内燃機関１の冷却水の昇温促進処理とを、必要に応じて実行可能とする。
【解決手段】排気熱回収装置１８は、第１、第２ループ式ヒートパイプ２０，３０を含む。第１ループ式ヒートパイプ２０は、内燃機関１の排気通路４において触媒５より下流側の排気熱を取り込んで触媒５との間で熱交換させる。第２ループ式ヒートパイプ３０は、触媒５の熱を取り込んで内燃機関１から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気熱を利用して自動車等の車両において加熱必要部位の昇温を促進可能にした排気熱回収装置に関する。

従来から、自動車等の車両に搭載される内燃機関の排気ガスの熱を、ヒートパイプでもって回収し、触媒の活性化を促進させるためや、内燃機関の暖機運転を促進させるため等に利用することが知られている（特許文献１，２参照。）。

特許文献１に係る従来例は、ヒートパイプの一端を、内燃機関の排気通路において触媒装置より下流側に取り付けて加熱部（受熱部に相当）とするとともに、ヒートパイプの他端を、排気通路において触媒装置より上流側に取り付けて冷却部（放熱部に相当）とし、触媒装置よりも上流側の排気ガスを加熱昇温させることで、触媒装置を間接的に昇温させるような構成になっている。

この従来例に示すヒートパイプは、その内部空間に純水等の作動流体を密封し、一端側を加熱して作動流体を蒸発させることで他端側に送り、他端側で蒸気からなる作動流体の熱を放出させることで凝縮させて一端側へ戻すような構成になっている。

特許文献２に係る従来例は、内燃機関の排気通路の排気熱を回収して作動流体を蒸発させる蒸発部（受熱部に相当）と、この蒸発させた作動流体を凝縮させる凝縮部（放熱部に相当）とを隣り合わせに配置した状態で一体化し、それらを閉ループに接続した構成の排熱回収装置であり、前記凝縮部に内燃機関の冷却水流路の一部を近接配置させることにより、この冷却水と気体状の作動流体との間で熱交換を行わせるようにしている。

この従来例では、蒸発部と凝縮部とを隣り合わせに一体化したタイプのループ式ヒートパイプが用いられており、排気通路を横切らせるように前記蒸発部を配置するようになっている。

この他、ループ式ヒートパイプの受熱部と凝縮部（放熱部に相当）とを離隔配置するものとして、例えば特許文献３が知られている。この特許文献３に係る従来例では、内燃機関の排気通路において触媒より下流側にループ式ヒートパイプの受熱部を設置し、内燃機関の冷却水を一旦引き出してから戻す冷却水通路の途中に設置される温風ヒータのヒータコアの近傍に、前記ループ式ヒートパイプの凝縮部を設置した構成になっている。

実開昭６３−２２３２１号公報 特開２００８−１４３０４号公報 実開平２−７６５０８号公報

上記従来例の排気熱回収装置は、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と、内燃機関の冷却水を昇温させるためのヒートパイプとのうちの片方しか備えておらず、両方を併せ持つものがない。

このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを、必要に応じて実行可能とすることを目的としている。

本発明は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱を取り込んで前記触媒との間で熱交換させる第１ループ式ヒートパイプと、前記触媒の熱を取り込んで前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させる第２ループ式ヒートパイプとを含む、ことを特徴としている。

この構成では、第１ループ式ヒートパイプにより排気熱を取り込んで触媒を外側から加熱して触媒の昇温を促進することが可能になり、また、第２ループ式ヒートパイプにより触媒の熱を取り込んで触媒を冷却しつつ内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

このように、内燃機関に付設される触媒の昇温や、内燃機関の冷却水の昇温を効率よく行うことが可能になる。

好ましくは、前記第１ループ式ヒートパイプは、前記排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に密封される作動流体を気化させる第１受熱部と、前記触媒における上流領域に付設されかつ前記第１受熱部から移送される作動流体と触媒との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とを含み、前記第２ループ式ヒートパイプは、前記触媒における下流領域に付設されかつ当該触媒の熱により内部に密封される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とを含む、ものに特定することができる。

ここでは、第１、第２ループ式ヒートパイプの構成をそれぞれ特定しており、この特定により、排気熱回収装置を具現化することが容易となる。

好ましくは、前記第１還流路または第１移送路には第１弁装置が設けられ、前記第２還流路または第２移送路には第２弁装置が設けられる。

この構成によれば、第１弁装置を開閉することによって第１ループ式ヒートパイプによる熱循環を実行または停止させることが可能になる。また、第２弁装置を開閉することによって第２ループ式ヒートパイプによる熱循環を実行または停止させることが可能になる。そのため、例えば触媒の暖機が必要な場合に、第１ループ式ヒートパイプのみを用いることによって、排気熱を利用して触媒の暖機を優先的に行うことが可能になる。また、例えば触媒暖機が済んで内燃機関の暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみを用いることによって、触媒の熱を取り込んで触媒を冷却しつつ内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

なお、第１、第２弁装置を第１、第２還流路に設けた場合において第１、第２弁装置を閉塞すると、第１、第２放熱部内で凝縮した作動流体を第１、第２受熱部に戻せなくなって、第１、第２ループ式ヒートパイプによる熱循環が停止される。また、第１、第２弁装置を第１、第２移送路に設けた場合において第１、第２弁装置を閉塞すると、第１、第２受熱部内で蒸発した作動流体を第１、第２放熱部に移送できなくなって、第１、第２ループ式ヒートパイプによる熱循環が停止される。

好ましくは、前記第１放熱部と第２受熱部とには連通路が接続され、この連通路には第３弁装置が設けられる。

この構成によれば、第３弁装置を閉塞すると、第１放熱部と第２受熱部とが別々の熱交換部として機能する形態になり、また、第３弁装置を開放すると、第１放熱部と第２放熱部とが単一の大容量の熱交換部として機能する形態になる。

例えば触媒の暖機が必要な場合に、第１ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させるとともに、第３弁装置を閉塞すると、排気熱を利用して触媒における上流領域を加熱することが可能になる。また、例えば触媒暖機が済んで内燃機関の暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させるとともに、第３弁装置を開放すると、触媒における全域の熱を取り込んで触媒を冷却しつつ内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

好ましくは、前記第１、第２、第３弁装置は、それぞれコントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に、前記第１弁装置を開放して前記第２、第３弁装置を共に閉塞する第１対処手段と、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記第２、第３弁装置を共に開放する第２対処手段とを含む、構成にすることができる。

この構成によれば、第１〜第３弁装置の開閉動作をコントローラにより適宜のタイミングで制御することが可能になる。この第１〜第３弁装置を内燃機関の冷却水温度や触媒の温度に基づいて開閉することによって、第１ループ式ヒートパイプと、第２ループ式ヒートパイプとを最適に使い分けることが可能になる。

例えば触媒を活性化温度にまで昇温させる場合には、第１ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させることによって、排気熱を利用して触媒の暖機を優先的に行うことが可能になる。また、例えば触媒暖機が済んで内燃機関の暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させることによって、触媒を冷却しつつ、触媒の熱を利用して内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

好ましくは、前記コントローラは、前記触媒が活性化している状態において昇温上限に到達していないと判定し、かつ、前記冷却水の暖機が済んでいる状態において昇温上限に到達していないと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記第２、第３弁装置を共に開放する第３対処手段と、前記触媒が昇温上限に到達したと判定しかつ前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１、第２弁装置を共に閉塞して前記第３弁装置を開放する第４対処手段とをさらに含む、構成とすることができる。

この場合、さらに、触媒温度や内燃機関の水温が過剰に上昇しようとする状況においては、第１、第２ループ式ヒートパイプによる熱循環を共に停止させるようにする。これにより、前記触媒の過剰加熱による機能低下や内燃機関のオーバーヒートを未然に回避することが可能になる。

好ましくは、前記第１還流路または第１移送路には第１弁装置が設けられ、前記第２移送路と第２還流路とには前記第２放熱部をバイパスするバイパス路が接続され、このバイパス路において前記第２移送路との接続部には第２移送路から第２放熱部へ向かう熱交換経路あるいは第２移送路からバイパス路へ向かうバイパス経路を必要に応じて確保するための切替弁が設けられる。

この構成では、第１弁装置を開閉することによって第１ループ式ヒートパイプによる熱循環を実行または停止させることが可能になる。また、切替弁で熱交換経路を確保すると、第２ループ式ヒートパイプによる熱循環を実行させることが可能になり、切替弁でバイパス経路を確保すると、第２ループ式ヒートパイプによる熱循環を停止させることが可能になる。そのため、例えば触媒の暖機が必要な場合に、第１ループ式ヒートパイプのみを用いることによって、排気熱を利用して触媒の暖機を優先的に行うことが可能になる。また、例えば触媒の暖機が済んで内燃機関の冷却水の暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみを用いることによって、触媒の熱を回収して触媒を冷却しつつ内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

好ましくは、前記第１弁装置は、コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記切替弁は、前記コントローラで切り替え制御されるアクチュエータ駆動タイプの三方弁とされ、前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を開放して前記切替弁でバイパス経路を確保する第１対処手段と、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を閉塞して前記切替弁で熱交換経路を確保する第２対処手段と、前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記切替弁でバイパス経路を確保する第３対処手段とを含む。

この構成では、第１弁装置の開閉動作と切替弁の切り替え動作とをコントローラにより適宜のタイミングで制御することが可能になる。この第１弁装置と切替弁とを内燃機関の冷却水の温度や触媒の温度に基づいて制御することによって、第１ループ式ヒートパイプと、第２ループ式ヒートパイプとを最適に使い分けることが可能になる。

好ましくは、前記第１放熱部と第２受熱部とには連通路が接続され、この連通路には第３弁装置が設けられる。

この構成によれば、第３弁装置を閉塞すると、第１放熱部と第２受熱部とが別々の熱交換部として機能する形態になり、また、第３弁装置を開放すると、第１放熱部と第２放熱部とが単一の大容量の熱交換部として機能する形態になる。

例えば触媒の暖機が必要な場合に、第１ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させるとともに、第３弁装置を閉塞すると、排気熱を利用して触媒における上流領域を加熱することが可能になる。また、例えば触媒暖機が済んで内燃機関の暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させるとともに、第３弁装置を開放すると、触媒における全域から熱を回収して内燃機関の冷却水を加熱させることが可能になる。触媒からの熱の回収に伴い当該触媒が冷却されるようにもなる。

好ましくは、前記第１弁装置は、コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記切替弁は、前記コントローラで切り替え制御されるアクチュエータ駆動タイプの三方弁とされ、前記第３弁装置は、前記コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を開放、前記第３弁装置を閉塞、さらに前記切替弁でバイパス経路を確保する第１対処手段と、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を閉塞、前記第３弁装置を開放、さらに前記切替弁で熱交換経路を確保する第２対処手段と、前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞、前記第３弁装置を開放、さらに前記切替弁でバイパス経路を確保する第３対処手段とを含む。

この構成によれば、第１弁装置、切替弁、第３弁装置の動作をコントローラにより適宜のタイミングで制御することが可能になる。この第１弁装置、切替弁、第３弁装置の動作を内燃機関の水温や触媒の温度に基づいて制御することによって、第１ループ式ヒートパイプと、第２ループ式ヒートパイプとを最適に使い分けることが可能になる。

例えば触媒を活性化温度にまで昇温させる場合には、第１ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させることによって、排気熱を利用して触媒の暖機を優先的に行うことが可能になる。また、例えば触媒暖機が済んで内燃機関の冷却水暖機が必要な場合に、第２ループ式ヒートパイプのみの熱循環を実行させることによって、触媒を冷却しつつ、触媒の熱を利用して内燃機関の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。

この場合、さらに、触媒の温度や内燃機関の冷却水温度が過剰に上昇しようとする状況においては、第１、第２ループ式ヒートパイプの熱循環を共に停止させるようにする。これにより、前記触媒の過剰加熱による機能低下や内燃機関のオーバーヒートを未然に回避することが可能になる。

好ましくは、前記第１弁装置〜第３弁装置は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとすることができる。

そして、前記自己作動タイプの第１弁装置は、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に開放し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合に閉塞する、構成とすることができる。

また、前記自己作動タイプの第２弁装置は、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に閉塞し、前記触媒が活性化したという条件が成立した場合に開放する、構成とすることができる。あるいは、前記第２弁装置は、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合あるいは前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に閉塞し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合に開放する、構成とすることができる。

さらに、前記自己作動タイプの第３弁装置は、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に閉塞し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合あるいは前記冷却水が昇温上限に到達したという条件が成立した場合に開放する、構成とすることができる。

このように、第１弁装置〜第３弁装置を自己作動タイプとすれば、コントローラによる制御系統（例えば制御プログラムや配線等）が不要となり、設備コストを低減するうえで有利となる。

好ましくは、前記第１放熱部は、前記触媒における上流領域を包囲するように設けられかつ内部環状空間に前記第１移送路および第１還流路が連通連結される第１中空スリーブと、この第１中空スリーブの内周壁に設けられる径方向外向きのフィンとを含み、前記第２受熱部は、前記触媒における下流領域を包囲するように設けられかつ内部環状空間に前記第２移送路および第２還流路が連通連結される第２中空スリーブと、この第２中空スリーブの内周壁に設けられる径方向外向きのフィンとを含み、前記両中空スリーブは、軸方向隣り合わせに接合され、この接合部に前記連通路が設けられる、構成とすることができる。

ここでは、第１放熱部、第２受熱部の外形形状について、それぞれ触媒を包囲するような環状としており、この特定により、触媒に熱を効率よく移送したり、触媒の熱を効率よく取り込んだり、することが可能になる。

好ましくは、前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第２放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される、ものに特定することができる。

ここでは、要するに、内燃機関から排気通路への振動伝達が、振動伝達減衰手段により減衰されるようになっており、それによって排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域に第１、第２のループ式ヒートパイプの各受熱部と各放熱部とを設置するようにしている。

これはつまり、排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域が振動すると、第１、第２のループ式ヒートパイプの各受熱部と各放熱部とがすべて略同期して動くことになるので、それらに連通連結される移送路や還流路の付け根に、前記振動による曲げ応力が作用しにくくなることを意味している。

そのため、第１、第２ループ式ヒートパイプが経時的な疲労破損を起こしにくくなる等、長寿命化を達成することが可能になる。ここで、前記曲げ応力が作用するようになっている場合では、移送路や還流路の板厚や外径サイズを大きくして剛性アップを図ったり、あるいは移送路や還流路をフレキシブルパイプで形成したりするといった対策が必要になるが、本発明の場合には、そのような対策が不要となる。

本発明の排気熱回収装置では、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを、必要に応じて実行することが可能になる。

本発明に係る排気熱回収装置の実施形態１を示す概略構成図である。 図１の球面継手を示す断面図である。 図１の排気熱回収装置の具体構成を示す断面図である。 図１の排気熱回収装置の動作説明に用いるフローチャートである。 本発明に係る排気熱回収装置の他実施形態を示す概略構成図である。 図５の第２弁装置の具体構成を示す断面図である。 本発明に係る排気熱回収装置の実施形態２を示す概略構成図である。 図７の第２弁装置の具体構成を示す断面図である。 図７の排気熱回収装置の動作説明に用いるフローチャートである。 本発明に係る排気熱回収装置の実施形態３を示す概略構成図である。 図１０の排気熱回収装置の動作説明に用いるフローチャートである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）図１から図４に本発明の実施形態１を示している。この実施形態１では、車両に搭載される内燃機関に適用される排気熱回収装置を例に挙げている。

図１を参照して、排気熱回収装置の概略構成を説明する。図中、１は水冷式の内燃機関であり、この内燃機関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なる混合気を内燃機関１の燃焼室に供給して燃焼させた後、燃焼室内の排気ガスを排気系から大気放出させるようになっている。

排気系は、内燃機関１に取り付けられる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を介して接続される排気管４とを少なくとも有する構成である。エキゾーストマニホールド２と排気管４とが、排気通路を構成している。

球面継手３は、図２に示すように、エキゾーストマニホールド２の下流側開口端に設けられた径方向外向きの平坦フランジ３ａと、排気管４の上流側開口端に設けられた半球状フランジ３ｂと、平坦フランジ３ａと半球状フランジ３ｂとの間に挟持されたガスケット３ｃと、平坦フランジ３ａと半球状フランジ３ｂとを締結するためのボルト３ｄおよびナット３ｅと、ボルト３ｄと平坦フランジ３ａとの間に圧縮状態で介装されたコイルスプリング３ｆとを含んだ構成になっている。

ガスケット３ｃは、平坦フランジ３ａに当たる側が平面に形成されており、半球状フランジ３ｂの内面に当たる側がそれに倣う半球面形状に形成されている。このガスケット３ｃは、コイルスプリング３ｆの弾性復元力により平坦フランジ３ａとの当接面および半球状フランジ３ｂとの当接面をシールする。エキゾーストマニホールド２と排気管４とが揺動中心３ｇを中心に互いに揺動するような外力が作用したときには、ガスケット３ｃと半球状フランジ３ｂとの間で摺動することによって、前記揺動を無理なく許容するようになっている。つまり、この球面継手３は、内燃機関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もので、請求項に記載の振動伝達減衰手段として機能する。

排気管４には、２つの触媒５，６が直列に設置されており、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、上流側触媒と言うことにし、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ト（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、下流側触媒と言うことにする。

これらの触媒５，６は、共に、例えば三元触媒と呼ばれるものとすることができる。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、浄化作用を発揮するものである。

内燃機関１には、その内部に封入されるロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷媒（以下、単に冷却水と言う）が冷却水取り出し路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を経て内燃機関１に戻される。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流路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。例えば暖機時においてはバイパス流路１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進され、ラジエータ７による冷却水の過冷却が防止される。

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、前記の冷却水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１７内に導入されるようになっている。なお、前記のヒータコア１４とブロアファン１５とで温風ヒータ１６が構成されている。ヒータ流路１３においてヒータコア１４より下流側領域を流れる冷却水の温度は、ヒータコア１４からの放熱により低温になる。

このような構成の内燃機関１の排気系には、排気熱回収装置１８が付設されている。

この排気熱回収装置１８は、内燃機関１から排出される排気ガスの熱を取り込んで例えば上流側触媒５の昇温を促進させる処理や、上流側触媒５の熱を取り込んでヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水の昇温を促進させる処理を行うことを可能としたもので、主として、２つのループ式ヒートパイプ２０，３０と、コントローラ４０とを含んで構成されている。

第１ループ式ヒートパイプ２０は、主として、第１受熱部２１、第１放熱部２２、第１移送路２３、第１還流路２４、第１弁装置２５を含んで構成されている。第２ループ式ヒートパイプ３０は、主として、第２受熱部３１、第２放熱部３２、第２移送路３３、第２還流路３４、第２弁装置３５を含んで構成されている。

これらのループ式ヒートパイプ２０，３０の内部全体には、真空状態とされた状態で作動流体が封入されている。この作動流体は、例えば純水等とされる。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、ループ式ヒートパイプ２０，３０内を減圧（例えば０．０１気圧）しているため、沸点は、例えば５〜１０℃となる。なお、作動流体は、純水の他に、例えばアルコール、フロロカーボン、フロン等とすることが可能である。また、ループ式ヒートパイプ２０，３０の主要構成要素は、例えば高耐食性を備えるステンレス材で形成されている。

コントローラ４０は、一般的に公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と同様、双方向性バスによって相互に接続した中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）、バックアップメモリ（不揮発性ＲＡＭ）等から構成されており、少なくとも排気熱回収装置１８の動作を制御する。

次に、第１ループ式ヒートパイプ２０の構成要素について、図３を参照して詳細に説明する。

第１受熱部２１は、排気管４において下流側触媒６より下流側に設置されており、内部に密封される液状の作動流体が排気熱を受けて蒸発することにより気化熱として熱を取り込むように構成されている。

具体的に、受熱部２１は、排気管４に対してその排気ガス通過方向と直交する方向に設置されるものであって、上部タンク２１ａと下部タンク２１ｂとを複数本のチューブ２１ｃ・・・で連通させて、隣り合う各チューブ２１ｃの対向隙間に、各チューブ２１ｃの外壁面それぞれに接合されるフィン２１ｄ・・・を配置させたような構成になっている。

前記隣り合う各チューブ２１ｃの対向隙間が、排気管４内を流通する排気ガスの流通路になっている。この対向隙間に配置されるフィン２１ｄは、前記対向隙間を通過する排気ガスとの熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン２１ｄとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって波形に成形したものである。要するに、排気ガスの熱をフィン２１ｄが吸収してチューブ２１ｃ内を流通する作動流体を加熱、気化させるようになっている。したがって、チューブ２１ｃとフィン２１ｄとが、熱交換器となっている。

第１放熱部２２は、上流側触媒５における上流領域に付設されており、第１受熱部２１から移送される蒸気からなる作動流体でもって、上流側触媒５を加熱させることで作動流体を凝縮させるように構成されている。

具体的に、第１放熱部２２は、上流側触媒５における上流領域を包囲するような中空スリーブ２２ａと、この中空スリーブ２２ａの内周壁に接合される径方向外向きのフィン２２ｂ・・・とを含んだ構成とすることができる。

このフィン２２ｂは、中空スリーブ２２ａの内部空間を通過する蒸気からなる作動流体との熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン２２ｂとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって円周方向に波形に成形したものである。

第１移送路２３は、第１受熱部２１で気化された作動流体を第１放熱部２２へ移送するための配管である。この第１移送路２３は、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）の近傍に沿うように適宜のクリアランスを介して配置されている。

具体的に、第１移送路２３と、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）との離隔距離は、第１移送路２３内を移送される蒸気からなる作動流体を凝縮させない温度を保つのに必要な寸法とされる。その寸法は、第１移送路２３の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。

このような第１移送路２３の配置を実現するために、第１移送路２３の途中の複数箇所（この実施形態では２箇所）を、下流側触媒６の外壁と排気管４とに対し、ブラケット２６ａ，２６ｂを介して支持させている。このブラケット２６ａ，２６ｂは、熱伝導性の高い材料（例えばステンレス鋼等）とすることが好ましい。

第１還流路２４は、第１放熱部２２で凝縮された作動流体を第１受熱部２１へ戻すための配管である。この第１還流路２４は、前記した第１移送路２３とは逆に、第１還流路２４を流れる液状の作動流体が再び気化することがないように排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）や第１移送路２３から可及的に遠くへ離れた位置に配置されている。しかも、この第１還流路２４は、凝縮されて液状となった作動流体を受熱部２１へ還流させやすくするために適宜の下り勾配がつけられている。

具体的に、第１還流路２４と、排気通路（排気管４、上流側触媒５ならびに下流側触媒６）との離隔距離は、排気通路側からの輻射熱によって第１還流路２４を流れる液状の作動流体が再蒸発しない状態を保つのに必要な寸法とされる。その寸法は、第１還流路２３の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。また、前記の下り勾配は、例えば６度程度とすることができるが、任意である。

この第１還流路２４の途中には、第１弁装置２５が設けられている。この第１弁装置２５は、第１放熱部２２から第１受熱部２１への作動流体の流通を、許容する開放状態と禁止する閉塞状態とに切り替えられるようなもので、例えば電磁弁とされている。

なお、コントローラ４０により第１弁装置２５の開度を無段階に制御することにより、第１放熱部２２から第１受熱部２１に作動流体を戻す量を調節するように設定することも可能である。

次に、第２ループ式ヒートパイプ３０の構成要素について、図３を参照して詳細に説明する。

第２受熱部３１は、上流側触媒５における下流領域に付設されており、内部に密封される液状の作動流体が上流側触媒５の熱を受けて蒸発することにより気化熱として熱を取り込むように構成されている。

具体的に、第２受熱部３１は、上流側触媒５における下流領域を包囲するような中空スリーブ３１ａと、この中空スリーブ３１ａの内周壁に接合される径方向外向きのフィン３１ｂ・・・とを含んだ構成とすることができる。このフィン３１ｂは、中空スリーブ３１ａの内部空間を通過する蒸気からなる作動流体との熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン３１ｂとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって円周方向に波形に成形したものである。

第２放熱部３２は、上流側触媒５と球面継手３との間で球面継手３寄りに付設されており、第２受熱部３１から移送される蒸気からなる作動流体でもって、ヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水を加熱させることにより作動流体を凝縮させるように構成されている。

具体的に、第２放熱部３２は、内部が密閉されたケース３２ａに第２移送路３３の下流端および第２還流路３４の上流端がそれぞれ接続された構成になっており、このケース３２ａの内部空間には、ヒータ流路１３においてヒータコア１４より下流側領域が挿入されている。このヒータ流路１３においてケース３２ａ内に挿入される領域は、その外周にフィン１３ａが設けられており、熱交換面積が拡大されている。動作としては、要するに、この第２放熱部３２に、第２受熱部３１で気化される作動流体が第２移送路３３を経て移送されてくると、この作動流体の熱がフィン１３ａで吸収されて、この吸収された熱がヒータ流路１３内を流通する冷却水を加熱するようになっている。

第２移送路３３は、第２受熱部３１で気化された作動流体を第２放熱部３２へ移送するための配管である。第２還流路３４は、第２放熱部３２で凝縮された作動流体を第２受熱部３１へ戻すための配管である。

この第２還流路３４の途中には、第２弁装置３５が設けられている。この第２弁装置３５は、第２放熱部３２から第２受熱部３１への作動流体の流通を、許容する開放状態と禁止する閉塞状態とに切り替えられるようなもので、例えば電磁弁とされている。

なお、コントローラ４０により第２弁装置３５の開度を無段階に制御することにより、第２放熱部３２から第２受熱部３１に作動流体を戻す量を調節するように設定することも可能である。

この実施形態１では、図３に示すように、第１ループ式ヒートパイプ２０の第１放熱部２２と第２ループ式ヒートパイプ３０の第２受熱部３１とを、排気ガス通過方向に横並びに一体化した構造としている。

具体的に、第１放熱部２２の中空スリーブ２２ａと第２受熱部３１の中空スリーブ３１ａとが軸方向に隣り合わせに接合されている。この接合部には、連通路３６が設けられており、この連通路３６には、第３弁装置３７が設けられている。

この第３弁装置３７は、第１放熱部２２から第２受熱部３１への作動流体の流通を、許容する開放状態と禁止する閉塞状態とに切り替えられるようなもので、弁ケース３７ａと、弁体３７ｂと、駆動源としてのアクチュエータ３７ｃとを含んだ構成になっている。

なお、アクチュエータ３７ｃの動作はコントローラ４０により制御される。例えばコントローラ４０は第３弁装置３７の開度を無段階に制御することにより、第１放熱部２２から第２受熱部３１に作動流体を流通させる量を調節するようになっている。

次に、内燃機関１の動作に関連した排気熱回収装置１８の動作について、まず簡単に説明する。

要するに、内燃機関１を冷間始動する場合、上流側触媒５および下流側触媒６、内燃機関１の冷却水のすべてが低温になっているが、内燃機関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が内部から排気ガスで昇温されることになる一方、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス流路１２を経て内燃機関１へ戻されることによって暖機運転されることになる。

そこで、前記冷間始動時には、第２ループ式ヒートパイプ３０を休止させることによりヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水の加熱を休止しておいて、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能を有効にさせることにより、下流側触媒６を通過した排気熱でもって上流側触媒５を外側から加熱することを優先する。これにより、上流側触媒５が内側および外側の両方から加熱されるので、その昇温が促進されることになり、早期に活性化されることになる。なお、下流側触媒６は、上流側触媒５で浄化されることに伴い高温化する排気ガスによって昇温するようになる。

こうして、上流側触媒５が活性化温度にまで昇温すると、第１ループ式ヒートパイプ２０を休止させることにより排気熱による上流側触媒５の加熱を休止しておいて、第２ループ式ヒートパイプ３０の機能を有効にさせることにより、上流側触媒５の熱を回収してヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水を加熱する。これにより、上流側触媒５を冷却しつつ、内燃機関１の暖機運転が促進されるようになる。

この実施形態１では、排気熱回収装置１８の第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環の実行要否の制御を主としてコントローラ４０と第１弁装置２５とによって行うようにして、排気熱回収装置１８の第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環の実行要否の制御を主としてコントローラ４０と第２弁装置３５とによって行うようにしている。

次に、図４に示すフローチャートを参照して、排気熱回収装置１８の動作について詳細に説明する。

図４に示すフローチャートは、コントローラ４０の動作を主体とするものであり、エントリーされると、まず、ステップＳ１において、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。なお、上流側触媒５の温度Ｔｓｃは、例えば上流側触媒５の触媒床温度を検出するセンサ（図示省略）からの検出出力に基づいて認識することができる。また、第１閾値Ｔ１は、例えば上流側触媒５が活性化する温度（例えば３００〜４００℃）に基づいて適宜に設定される。

要するに、前記のステップＳ１では、上流側触媒５が活性化しているか否か、つまり上流側触媒５の暖機が必要であるか否かを調べているのである。

ここで、前記ステップＳ１で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが上流側触媒５の活性化温度に到達していない場合には、上流側触媒５の暖機が必要であるとして、ステップＳ２に移行する。

このステップＳ２では、第１弁装置２５を開放することにより第１ループ式ヒートパイプ２０の機能を有効、つまり熱循環を実行させて、第２弁装置３５を閉塞することにより第２ループ式ヒートパイプ３０の機能を休止、つまり熱循環を停止させる。そして、第３弁装置３７を閉塞することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを非連通にする。

まず、第１弁装置２５を開放すると、第１受熱部２１と第１放熱部２２との間での作動流体の循環が許容されるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が有効となるのである。これにより、内燃機関１から排気管４に排出された排気ガスが２つの触媒５，６を経て第１ループ式ヒートパイプ２０の第１受熱部２１に到達し、この第１受熱部２１内の作動流体が前記排気ガスの熱により蒸発され、この蒸気からなる作動流体が第１移送路２３を経て第１放熱部２２へ移送される。このとき、第３弁装置３７が閉塞されることによって第１放熱部２２と第２受熱部３１とが非連通となっているので、第１放熱部２２内の蒸気からなる作動流体で上流側触媒５における上流領域が集中的に加熱されることになる。この加熱によって当該作動流体が凝縮されると、この凝縮された作動流体が第１還流路２４を経て第１受熱部２１に戻される。なお、上流側触媒５の昇温に伴い、その排気ガスの浄化作用によりその下流側の下流側触媒６も昇温されることになる。

その一方で、第２弁装置３５を閉塞すると、第２放熱部３２で液化された作動流体を第２受熱部３１へ戻せなくなるので、第２受熱部３１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。そのため、第２受熱部３１から第２放熱部３２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、第２ループ式ヒートパイプ３０の機能が休止状態になるのである。これにより、上流側触媒５の熱が回収されないので、上流側触媒５の昇温の妨げにならない。

このような状態においては、第１受熱部２１を通過する排気ガスの熱が回収されるので、この排気ガスのボリュームが減って、排気音が低減することになる。

ところで、前記ステップＳ１で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが上流側触媒５の活性化温度以上になっている場合には、上流側触媒５の暖機が不要で、むしろ上流側触媒５の過剰昇温防止のための冷却が必要であるとして、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、内燃機関１から取り出される冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２未満であるか否かを判定する。なお、冷却水温度Ｔｗは、例えば内燃機関１から冷却水取り出し路８の上流側の温度を検出する水温センサ（図示省略）からの検出出力に基づいて認識することができる。また、第２閾値Ｔ２は、暖機運転が済んだ通常運転時の冷却水温度範囲（例えば６０〜８０℃）の下限温度よりも低い温度、つまり暖機運転が必要な温度として、例えば４０℃に設定することができる。

要するに、前記のステップＳ３では、内燃機関１の暖機運転が必要であるか否かを調べているのである。

ここで、前記ステップＳ３で肯定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度よりも低い場合には、内燃機関１の暖機運転が必要であるとして、ステップＳ４に移行する。

このステップＳ４では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０の機能を休止、つまり熱循環を停止させて、第２弁装置３５を開放することにより第２ループ式ヒートパイプ３０の機能を有効、つまり熱循環を実行させる。そして、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で液化された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、換言すれば熱の移送ができなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が休止状態になるのである。

その一方で、第２弁装置３５を開放すると、第２受熱部３１と第２放熱部３２との間での作動流体の循環が許容されるので、第２ループ式ヒートパイプ３０の機能が有効となるのである。このとき、第３弁装置３７を開放するので、第１放熱部２２が第２受熱部３１に連通した状態になり、そのために、第１放熱部２２と第２受熱部３１とが同体化して単一の受熱用熱交換部として機能するようになるので、第２受熱部３１の受熱容量が大きくなったことになる。

このような状態においては、上流側触媒５の熱を回収してヒータコア１４から内燃機関１へ戻される冷却水を加熱するので、上流側触媒５が冷却されることになる。

一方、前記ステップＳ３で否定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度範囲に収まっている場合には、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１より大きい第３閾値Ｔ３以上であるか否かを判定する。なお、第３閾値Ｔ３は、例えば上流側触媒５の耐熱温度（例えば８００〜９００℃）に基づいて適宜に設定される。

要するに、前記のステップＳ５では、上流側触媒５が過剰に昇温しているか否かを調べているのである。

前記ステップＳ５で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰に昇温していない場合には、前記したステップＳ４に移行する。つまり、上流側触媒５が活性化温度に到達してから過剰に昇温するまでの間は、第２ループ式ヒートパイプ３０のみの機能を有効として、上流側触媒５の熱を奪うようにしているのである。

ところで、前記ステップＳ５で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰に昇温している場合には、ステップＳ６に移行して、さらに冷却水温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２より大きい第４閾値Ｔ４以上であるか否かを判定する。

なお、第４閾値Ｔ４は、通常運転時の冷却水温度範囲（例えば６０〜８０℃）の上限温度より大きくかつオーバーヒート温度（例えば１１０℃）より小さい範囲で適宜に設定される。このように、第４閾値Ｔ４をオーバーヒート温度とせずに、それよりも小さい値に設定しているのは、オーバーヒートに至るまでの時間的な余裕を持たせるためである。

要するに、前記のステップＳ６では、内燃機関１の冷却水がオーバーヒートしそうな傾向であるか否かを調べているのである。

前記ステップＳ６で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰昇温していて、しかも冷却水温度Ｔｗが過剰昇温している状況であるので、上流側触媒５の暖機や冷却水の暖機を中止するために、ステップＳ７に移行する。

このステップＳ７では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０の機能を休止、つまり熱循環を停止させるとともに、第２弁装置３５を閉塞することにより第２ループ式ヒートパイプ３０の機能を休止、つまり熱循環を停止させたうえで、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で液化された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が休止状態になるのである。

また、第２弁装置３５を閉塞すると、第２放熱部３２で液化された作動流体を第２受熱部３１へ戻せなくなるので、第２受熱部３１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第２受熱部３１から第２放熱部３２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、第２ループ式ヒートパイプ３０の機能が休止状態になるのである。

それに加えて、第３弁装置３７を開放しているので、第１放熱部２２が第２受熱部３１に連通した状態になり、その結果、第１放熱部２２内の一部の作動流体が第２受熱部３１へ流入し、第１放熱部２２と第２受熱部３１との両方で前記作動流体が蒸発されるようになって、第２放熱部３２に移送されて貯留されることになる。そのためには、第２弁装置３５を、第３弁装置３７の開放後に閉塞するのが好ましい。

このような状態が形成されると、上流側触媒５の加熱と、ヒータコア１４から内燃機関１へ戻される冷却水の加熱とが中止されることになる。

一方、前記ステップＳ６で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰昇温しているが、冷却水温度Ｔｗが過剰昇温していない状況であるので、冷却水暖機が不要であるとして、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０の機能を休止、つまり熱循環を停止させて、第２弁装置３５を開放することにより第２ループ式ヒートパイプ３０の機能を有効、つまり熱循環を実行させる。そして、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で液化された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、換言すれば熱の移送ができなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環が停止されるのである。

その一方で、第２弁装置３５を開放すると、第２受熱部３１と第２放熱部３２との間での作動流体の循環が許容されるので、第２ループ式ヒートパイプ３０の機能が有効となるのである。このとき、第３弁装置３７を開放するので、第１放熱部２２が第２受熱部３１に連通した状態になり、そのために、第１放熱部２２と第２受熱部３１とが同体化して単一の受熱用熱交換部として機能するようになるので、第２受熱部３１の受熱容量が大きくなったことになる。

このような状態においては、下流側触媒６の下流の排気熱が上流側触媒５へ移送されなくなって、しかも、上流側触媒５の熱が第２放熱部３２へ移送されることになるので、上流側触媒５が冷却されることになる。このとき、内燃機関１へ戻される冷却水の加熱は上流側触媒５の熱を利用して継続される。

なお、上述したステップＳ１〜Ｓ８の動作を制御するコントローラ４０が、請求項５，６に記載の第１〜第４対処手段として機能する。ステップＳ１，Ｓ２が請求項５に記載の第１対処手段に相当し、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４が請求項５に記載の第２対処手段に相当し、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８が請求項６に記載の第３対処手段に相当し、ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７が請求項６に記載の第４対処手段に相当する。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態１では、第１ループ式ヒートパイプ２０を用いることにより内燃機関１から排出される排気ガスの熱を取り込んで上流側触媒５を外側から加熱してその昇温を促進することが可能になり、また、第２ループ式ヒートパイプ３０を用いることにより上流側触媒５の熱を取り込んで当該上流側触媒５を冷却しつつ内燃機関１の冷却水の昇温を促進させることが可能になる。このように、内燃機関１に付設される触媒５，６の暖機や、内燃機関１の冷却水の暖機を効率よく行うことが可能になる。

しかも、上流側触媒５の温度や内燃機関１の水温が所定の上限値より上昇しようとするような状況においては、第１、第２ループ式ヒートパイプ２０，３０を共に休止させるようにし、それによって、上流側触媒５の過剰加熱による機能低下や、内燃機関１のオーバーヒートを未然に回避することが可能になる。

なお、この実施形態１に示した第２弁装置３５は、例えば図５に示すように、第２移送路３３に設置することも可能である。この場合の動作については、基本的に上記実施形態１と同じにできる。また、上記実施形態１に示した第１弁装置２５についても、図示していないが、第１移送路２３に設置することも可能である。この場合の動作については、基本的に上記実施形態１と同じにできる。

さらに、前記のように第２移送路３３に設置する第２弁装置３５は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとすることができる。この自己作動タイプの第２弁装置３５は、例えば図６に示すように、シリンダケース３５ａと、弁体３５ｂと、ダイアフラムスプリング３５ｃとを備えている。

シリンダケース３５ａのシリンダ室３５ｄの周壁には、作動流体の導入口３５ｅが設けられており、シリンダ室３５ｄの一端壁には、作動流体の排出口３５ｆが設けられている。第２移送路３３の途中を分断して、この分断された第２移送路３３の第２受熱部３１側の端部が導入口３５ｅに連通連結されており、前記分断された第２移送路３３の第２放熱部３２側の端部が排出口３５ｆに連通連結されている。

シリンダ室３５ｄ内には、弁体３５ｂが排出口３５ｆを開放または閉塞するようにスライド可能に収納配置されている。シリンダ室３５ｄの内周壁には、弁体３５ｂのスライド動作をガイドするためのガイド壁３５ｇが設けられている。

弁体３５ｂのバルブステムエンドは、ダイアフラムスプリング３５ｃを介してシリンダ室３５ｄの他端内壁面３５ｈに取り付けられている。このダイアフラムスプリング３５ｃは、上流側触媒５の温度Ｔｓｃと相関関係を持つシリンダ室３５ｄの内圧の変化によって弾性変形して伸びた形状になったり弾性復元して湾曲した形状になったりするものであり、この弾性変形や弾性復元に伴い弁体３５ｂをスライドさせることで排出口３５ｆを開閉させるようになっている。

この自己作動タイプの第２弁装置３５の動作を説明する。まず、上流側触媒５の活性化が必要であるという条件が成立した場合、つまりシリンダ室３５ｄの内圧が規定値未満である場合には、図６（ａ）に示すように、ダイアフラムスプリング３５ｃが湾曲した自然形状になって弁体３５ｂが排出口３５ｆを閉塞する。これにより、第２受熱部３１内で蒸発された作動流体を第２放熱部３２へ移送できなくなるので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。なお、前記規定値は、例えば上流側触媒５の活性化温度（第１閾値Ｔ１）と相関関係を持つ圧力値に設定される。

一方、上流側触媒５が活性化したという条件が成立した場合、つまりシリンダ室３５ｄの内圧が前記規定値以上になった場合には、図６（ｂ）に示すように、ダイアフラムスプリング３５ｃが伸びる形状に弾性変形して弁体３５ｂが排出口３５ｆを開放する。これにより、第２受熱部３１内で蒸発された作動流体を第２放熱部３２へ移送できるようになるので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が実行される。

（実施形態２）
図７から図９に本発明の実施形態２を示している。この実施形態２では、排気熱回収装置１８の基本的な構成を上記実施形態１と同じにしているが、上記実施形態１で示したアクチュエータ駆動タイプの第２弁装置３５を、自己作動タイプの第２弁装置５０に変更したうえで、この第２弁装置５０を第２移送路３３に設置している。

この実施形態２では、排気熱回収装置１８の第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環の実行要否の制御を主としてコントローラ４０と第１弁装置２５とによって行うようにし、排気熱回収装置１８の第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環の実行要否の制御を主として自己作動タイプの第２弁装置５０のみによって行うようにしている。

自己作動タイプの第２弁装置５０は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、単一のシリンダケース５１と、２つの弁体５２，５３と、ダイアフラムスプリング５４，５５とを備えている。シリンダケース５１は、横長形状とされ、その内部には、３つのシリンダ室５６，５７，５８が設けられている。

第２移送路３３の途中を分断して、この分断された第２移送路３３の第２受熱部３１側の端部が第１シリンダ室５６に連通連結されており、前記分断された第２移送路３３の第２放熱部３２側の端部が第３シリンダ室５８に連通連結されている。そして、第１シリンダ室５６と第２シリンダ室５７とを仕切る仕切り壁には、前記両シリンダ室５６，５７を連通するための第１連通路５１ａが設けられている。また、第２シリンダ室５７と第３シリンダ室５８とを仕切る仕切り壁には、前記両シリンダ室５７，５８を連通するための第２連通路５１ｂが設けられている。

第１シリンダ室５６には、第１弁体５２が第１連通路５１ａを開放または閉塞するようにスライド可能に収納配置されている。この第１シリンダ室５６内には、第１弁体５２のスライド動作をガイドするためのガイド壁５１ｃが設けられている。第１弁体５２のバルブステムエンドは、第１ダイアフラムスプリング５４を介して第１シリンダ室５６の端壁面５１ｄに取り付けられている。この第１ダイアフラムスプリング５４は、上流側触媒５の温度Ｔｓｃと相関関係を持つ第１シリンダ室５６の内圧の変化によって弾性変形して伸びた形状になったり弾性復元して湾曲した形状になったりするものであり、この弾性変形や弾性復元に伴い第１弁体５２をスライドさせることで第１連通路５１ａを開閉させるようになっている。

第３シリンダ室５８には、第２弁体５３が第２連通路５１ｂを開放または閉塞するようにスライド可能に収納配置されている。第２弁体５３のバルブステムエンドは、第２ダイアフラムスプリング５５を介して第３シリンダ室５８の端壁面５１ｅに取り付けられている。この第２ダイアフラムスプリング５５は、内燃機関１から取り出される冷却水の温度と相関関係を持つ第２シリンダ室５７の内圧の変化によって弾性復元して湾曲した形状になったり弾性変形して伸びた形状になったりするものであり、第２弁体５３をスライドさせることで第２連通路５１ｂを開閉させるようになっている。

次に、自己作動タイプの第２弁装置５０の動作を説明する。

まず、上流側触媒５の活性化つまり暖機が必要であるという条件が成立した場合、つまり第１シリンダ室５６の内圧が第１作動値未満である場合には、図８（ａ）に示すように、第１ダイアフラムスプリング５４が弾性復元力で湾曲形状になって、第１弁体５２が第１連通路５１ａを閉塞する位置にスライドされる。この状態では、第２移送路３３と第１シリンダ室５６とが非連通になるので、第２弁体５３の開閉状態に関係なく、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。なお、前記第１作動値は、例えば上流側触媒５の活性化温度（第１閾値Ｔ１）と相関関係を持つ圧力値に設定される。

しかし、上流側触媒５が活性化したという条件が成立した場合、つまり第１シリンダ室５６の内圧が前記第１作動値以上になった場合には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１ダイアフラムスプリング５４が弾性復元力に抗して伸びた形状に弾性変形して、第１弁体５２が第１連通路５１ａを開放する位置にスライドされる。この状態では、第２移送路３３と第１シリンダ室５６とが連通するので、第２弁体５３が開放していれば第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が実行され、第２弁体５３が閉塞していれば第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。

また、内燃機関１から取り出される冷却水の加熱つまり暖機が必要でかつ昇温上限に到達していないという条件が成立した場合、つまり第２シリンダ室５７の内圧が第２作動値以上で第３作動値未満であると、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２ダイアフラムスプリング５５が弾性復元力で湾曲した形状になって、第２弁体５３が第２連通路５１ｂを開放する位置にスライドされる。この状態では、第２、第３シリンダ室５７，５８と第２放熱部３２とが連通する。このときに、第１弁体５２が開放していれば第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が実行されるが、第１弁体５２が閉塞していれば第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。なお、前記第２作動値は、内燃機関１から取り出される冷却水の温度Ｔｗが昇温必要温度（第２閾値Ｔ２）と相関関係を持つ圧力値に設定される。前記第３作動値は、内燃機関１から取り出される冷却水の温度Ｔｗが昇温上限温度（第４閾値Ｔ４）と相関関係を持つ圧力値に設定される。

しかし、内燃機関１から取り出される冷却水が昇温上限に到達したという条件が成立した場合、つまり第２シリンダ室５７の内圧が前記第３作動値以上になると、図８（ｃ）に示すように、第２ダイアフラムスプリング５５が弾性復元力に抗して伸びた形状に弾性変形して、第２弁体５３が第２連通路５１ｂを閉塞する位置にスライドされる。この状態では、第２、第３シリンダ室５７，５８と第２放熱部３２とが非連通になるので、第１弁体５２の開閉状態に関係なく、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。

次に、図９を参照してコントローラ４０の動作について詳細に説明する。図９に示すフローチャートは、コントローラ４０による第１ループ式ヒートパイプ２０の制御動作を主体とするものである。

このフローチャートにエントリーされると、まず、ステップＳ１１において、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。なお、上流側触媒５の温度Ｔｓｃは、例えば上流側触媒５の触媒床温度を検出するセンサ（図示省略）からの検出出力に基づいて認識することができる。また、第１閾値Ｔ１は、例えば上流側触媒５が活性化する温度（例えば３００〜４００℃）に基づいて適宜に設定される。

ここで、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１未満である場合、前記ステップＳ１１で肯定判定して、ステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２では、第１弁装置２５を開放することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を実行させて、第３弁装置３７を閉塞することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを非連通にする。このとき、自己作動タイプの第２弁装置５０については、図８（ａ）に示すように、第１ダイアフラムスプリング５４が湾曲形状になって第１弁体５２が第１連通路５１ａを閉塞するとともに、第２ダイアフラムスプリング５５が湾曲状態になって第２弁体５３が第２連通路５１ｂを開放する状態になるので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。この結果、第２ループ式ヒートパイプ３０で上流側触媒５の熱を回収せずに、第１ループ式ヒートパイプ２０で下流側触媒６を通過した排気熱を回収して上流側触媒５を加熱させることができるので、上流側触媒５の昇温を促進することが可能になる。

一方、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１以上である場合、前記ステップＳ１１で否定判定して、ステップＳ１３において、内燃機関１の暖機運転が必要であるか否かを調べる。ここでは、内燃機関１から取り出される冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２未満であるか否かを判定する。

ここで、前記ステップＳ１３で肯定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度よりも低い場合には、内燃機関１の暖機運転が必要であるとして、ステップＳ１４に移行する。

このステップＳ１４では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。このとき、自己作動タイプの第２弁装置５０については、図８（ｂ）に示すように、第２ダイアフラムスプリング５５が湾曲形状になって第２弁体５３が第２連通路５１ｂを開放する状態になり、しかも、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１以上になっていることに伴い、第１ダイアフラムスプリング５４が伸びた形状になって第１弁体５２が第１連通路５１ａを開放しているので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が行われるようになる。これらの結果、第１ループ式ヒートパイプ２０による上流側触媒５の加熱が停止されたうえで、第２ループ式ヒートパイプ３０で上流側触媒５の熱を回収してヒータ流路１３内の冷却水を加熱するようになるので、この冷却水の昇温を促進しながら、上流側触媒５を冷却することが可能になる。

その際、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させて単一の大容量空間を作っているから、この大容量空間内に存在する作動流体によって上流側触媒５の熱を効率良く回収して第２放熱部３２へ移送することが可能になる。

一方、前記ステップＳ１３で否定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度範囲に収まっている場合には、ステップＳ１５に移行する。

このステップＳ１５では、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１より大きい第３閾値Ｔ３以上であるか否かを判定する。なお、第３閾値Ｔ３は、例えば上流側触媒５の耐熱温度（例えば８００〜９００℃）に基づいて適宜の昇温上限として設定される。このステップＳ１５では、要するに、上流側触媒５が過剰に昇温しているか否かを調べているのである。

前記ステップＳ１５で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰に昇温していない場合には、前記したステップＳ１４に戻る。つまり、上流側触媒５が活性化温度に到達してから過剰に昇温するまでの間は、第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環が停止されて第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が実行されるから、上流側触媒５を冷却することが可能になる。

ところで、前記ステップＳ１５で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰に昇温している場合には、ステップＳ１６に移行して、さらに冷却水温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２より大きい第４閾値Ｔ４以上であるか否かを判定する。

なお、第４閾値Ｔ４は、通常運転時の冷却水温度範囲（例えば６０〜８０℃）の上限温度より大きくかつオーバーヒート温度（例えば１１０℃）より小さい範囲で適宜に昇温上限として設定される。このように、第４閾値Ｔ４をオーバーヒート温度とせずに、それよりも小さい値に設定しているのは、オーバーヒートに至るまでの時間的な余裕を持たせるためである。

要するに、前記のステップＳ１６では、内燃機関１の冷却水がオーバーヒートしそうな傾向であるか否かを調べているのである。

前記ステップＳ１６で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰昇温していて、しかも冷却水温度Ｔｗが過剰昇温している状況であるので、上流側触媒５の暖機や冷却水の暖機を中止するために、ステップＳ１７に移行する。

このステップＳ１７では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。このとき、自己作動タイプの第２弁装置５０については、図８（ｃ）に示すように、第１ダイアフラムスプリング５４が伸びた形状になって第１弁体５２が第１連通路５１ａを開放する状態になるとともに、第２ダイアフラムスプリング５５が伸びた形状になって第２弁体５３が第２連通路５１ｂを閉塞する状態になるので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が停止される。これらの結果、第１ループ式ヒートパイプ２０による上流側触媒５の加熱が停止されるとともに、第２ループ式ヒートパイプ３０による冷却水の加熱が停止されるので、上流側触媒５およびヒータ流路１３内の冷却水が過剰に昇温することをそれぞれ防止することが可能になる。

その際、第３弁装置３７を開放することによって第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させて単一の大容量空間を形成しているから、この大容量空間内に存在する作動流体によって上流側触媒５の熱を効率良く回収して大気に放熱することが可能になる。

一方、前記ステップＳ１６で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが過剰昇温しているが、冷却水温度Ｔｗが過剰昇温していない状況であるので、冷却水暖機が不要であるとして、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通している。このとき、自己作動タイプの第２弁装置５０については、図８（ｂ）に示すように、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第３閾値Ｔ３以上になっていることに伴い第１弁体５２が第１連通路５１ａを開放しており、また、冷却水温度Ｔｗが第４閾値Ｔ４未満であることに伴い第２弁体５３が第２連通路５１ｂを開放しているので、第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環が実行される。これらの結果、第１ループ式ヒートパイプ２０による上流側触媒５の加熱が停止されたうえで、第２ループ式ヒートパイプ３０により上流側触媒５の熱を回収してヒータ流路１３内の冷却水を加熱するようになる。これにより、上流側触媒５が冷却される結果になる。

その際、第３弁装置３７を開放することによって第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させて単一の大容量空間を作っているので、前記大容量空間内に存在する作動流体で上流側触媒５の熱を効率良く回収して大気に放熱できるようになって、上流側触媒５の冷却作用が高められる。

以上説明したように、この実施形態２では、上記実施形態１と同様の作用、効果が得られる他、自己作動タイプの第２弁装置５０を用いることによって上記実施形態１に比べて構成簡素化、設備コストの低減を図ることが可能になる。

（実施形態３）
図１０および図１１に本発明の実施形態３を示している。この実施形態３では、排気熱回収装置１８の基本的な構成を上記実施形態１と同じにしているが、上記実施形態１で示した第２弁装置３５を無くし、その代わりに第２ループ式ヒートパイプ２０にバイパス路６１と切替弁６２と大気放熱タンク６３とを新たに設置している。

この実施形態３では、排気熱回収装置１８の第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環の実行要否の制御を主としてコントローラ４０と第１弁装置２５とによって行うようにして、排気熱回収装置１８の第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達の実行要否の制御を主としてコントローラ４０と切替弁６２とによって行うようにしている。

バイパス路６１は、第２移送路３３と第２還流路３４とに第２放熱部３２をバイパスするように接続されている。

切替弁６２は、コントローラ４０で切り替え制御されるアクチュエータ駆動タイプの三方弁とされており、バイパス路５１において第２移送路３３との接続部に設けられている。この切替弁６２は、第２移送路３３と第２放熱部３２とを連通する熱交換経路Ｘ、あるいは第２移送路３３とバイパス路５１とを連通するバイパス経路Ｙを必要に応じて確保するように切り替えられる。

大気放熱タンク６３は、バイパス路６１の途中に設けられ、バイパス路５１から導入される気相状の作動流体と大気とで熱交換させることにより凝縮させるものである。この大気放熱タンク６３は、この実施形態３において、第２放熱部３２と隣り合わせに設置されている。

そして、切替弁６２で熱交換経路Ｘを確保すると、第２ループ式ヒートパイプ３０による冷却水への熱伝達が実行されるようになり、また、切替弁６２でバイパス経路Ｙを確保すると、第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達が停止されるようになる。

次に、図１１のフローチャートを参照して、この実施形態３による排気熱回収装置１８の動作を説明する。図１１に示すフローチャートは、コントローラ４０の動作を主体とするものである。

このフローチャートにエントリーされると、まず、ステップＳ２１において、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。なお、上流側触媒５の温度Ｔｓｃは、例えば上流側触媒５の触媒床温度を検出するセンサ（図示省略）からの検出出力に基づいて認識することができる。また、第１閾値Ｔ１は、例えば上流側触媒５が活性化する温度（例えば３００〜４００℃）に基づいて適宜に設定される。

要するに、前記のステップＳ２１では、上流側触媒５が活性化しているか否か、つまり上流側触媒５の活性化つまり暖機が必要であるか否かを調べているのである。

ここで、前記ステップＳ２１で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが上流側触媒５の活性化温度に到達していない場合には、上流側触媒５の活性化つまり暖機が必要であるとして、ステップＳ２２に移行する。

このステップＳ２２では、第１弁装置２５を開放することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を実行させて、切替弁６０でバイパス経路Ｙを確保することにより第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達を停止させる。そして、第３弁装置３７を閉塞することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを非連通にする。

まず、第１弁装置２５を開放すると、第１受熱部２１と第１放熱部２２との間で作動流体が相転移しながら循環するようになるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が有効となるのである。これにより、内燃機関１から排気管４に排出された排気ガスが２つの触媒５，６を経て第１ループ式ヒートパイプ２０の第１受熱部２１に到達し、この第１受熱部２１内の作動流体が前記排気ガスの熱により蒸発され、この蒸気からなる作動流体が第１移送路２３を経て第１放熱部２２へ移送される。その際、第３弁装置３７を閉塞することによって第１放熱部２２と第２受熱部３１とを非連通にしているので、第１放熱部２２内の蒸気からなる作動流体で上流側触媒５における上流領域が集中的に加熱されることになる。この加熱によって当該作動流体が凝縮されると、この凝縮された作動流体が第１還流路２４を経て第１受熱部２１に戻される。なお、上流側触媒５の昇温に伴い、その排気ガスの浄化作用による反応熱で下流側触媒６も昇温されることになる。

その一方で、切替弁６２でバイパス経路Ｙを確保すると、第２受熱部３１で蒸発された作動流体が第２放熱部３２へ導入されずに大気放熱タンク６３に導入されることになるので、第２放熱部３２からヒータ流路１３内の冷却水に熱を伝達できなくなる。このようにして第２ループ式ヒートパイプ３０による冷却水への熱伝達が停止されるので、冷却水が加熱されなくなる。これにより、上流側触媒５が優先的に昇温される。

しかも、このような状態においては、第１受熱部２１を通過する排気ガスの熱が回収されるので、この排気ガスのボリュームが減って、排気音が低減することになる。

ところで、前記ステップＳ２１で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが上流側触媒５の活性化温度以上になっている場合には、上流側触媒５の暖機が不要で、むしろ上流側触媒５の過剰昇温防止のための冷却が必要であるとして、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３では、内燃機関１から取り出される冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２未満であるか否かを判定する。なお、冷却水温度Ｔｗは、例えば内燃機関１から冷却水取り出し路８の上流側の温度を検出する水温センサ（図示省略）からの検出出力に基づいて認識することができる。また、第２閾値Ｔ２は、暖機運転が済んだ通常運転時の冷却水温度範囲（例えば６０〜８０℃）の下限温度よりも低い温度、つまり暖機運転が必要な温度として、例えば４０℃に設定することができる。

要するに、前記のステップＳ２３では、内燃機関１の冷却水の暖機つまり加熱が必要であるか否かを調べているのである。

ここで、前記ステップＳ２３で肯定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度よりも低い場合には、内燃機関１の冷却水の暖機が必要であるとして、ステップＳ２４に移行する。

このステップＳ２４では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、切替弁６２で熱交換経路Ｘを確保することにより第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達を実行させる。そして、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で液化された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、換言すれば熱の移送ができなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が休止される。

その一方で、切替弁６２で熱交換経路Ｘを確保すると、第２受熱部３１で蒸発された作動流体が第２放熱部３２へ導入されることになるので、第２放熱部３２内の気相状の作動流体とヒータ流路１３内の冷却水との間で熱交換が行われるようになる。つまり、第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達が実行される。その際、第３弁装置３７を開放して第１放熱部２２と第２受熱部３１とを同体化させて単一の大容量空間を作っているので、この大容量空間内に存在する作動流体によって上流側触媒５の熱を効率良く回収して第２放熱部３２へ移送することが可能になる。そのため、第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水の加熱能力が高められることになるので、冷却水の昇温を促進するうえで有利となるとともに、上流側触媒５の過剰昇温を抑制するうえで有利となる。

一方、前記ステップＳ２３で否定判定された場合、つまり冷却水温度Ｔｗが通常運転時の温度範囲に収まっている場合には、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５では、上流側触媒５の温度Ｔｓｃが第１閾値Ｔ１より大きい第３閾値Ｔ３以上であるか否かを判定する。なお、第３閾値Ｔ３は、例えば上流側触媒５の耐熱温度（例えば８００〜９００℃）に基づいて適宜に設定される。

要するに、前記のステップＳ２５では、上流側触媒５が過剰に昇温して昇温上限に到達しているか否かを調べているのである。

前記ステップＳ２５で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが昇温上限に到達していない場合には、前記したステップＳ２４に戻る。つまり、上流側触媒５が活性化温度に到達してから昇温上限に到達するまでの間は、第２ループ式ヒートパイプ３０により上流側触媒５の熱を回収して冷却水へ伝達させるようにする。

ところで、前記ステップＳ２５で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが昇温上限に到達した場合には、ステップＳ２６に移行して、さらに冷却水温度Ｔｗが第２閾値Ｔ２より大きい第４閾値Ｔ４以上であるか否かを判定する。

なお、第４閾値Ｔ４は、通常運転時の冷却水温度範囲（例えば６０〜８０℃）の上限温度より大きくかつオーバーヒート温度（例えば１１０℃）より小さい範囲で適宜に設定される。このように、第４閾値Ｔ４をオーバーヒート温度とせずに、それよりも小さい値に設定しているのは、オーバーヒートに至るまでの時間的な余裕を持たせるためである。

要するに、前記のステップＳ２６では、内燃機関１の冷却水がオーバーヒートしそうな傾向であるか否かを調べているのである。

前記ステップＳ２６で肯定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが昇温上限に到達していて、しかも冷却水の温度Ｔｗが昇温上限に到達している状況であるので、上流側触媒５の暖機や冷却水の暖機を中止するために、ステップＳ２７に移行する。

このステップＳ２７では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、切替弁６２でバイパス経路Ｙを確保することにより第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達を停止させる。そして、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で液化された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が休止状態になって、上流側触媒５の加熱が中止されることになる。

また、切替弁６２でバイパス経路Ｙを確保すると、第２受熱部３１で蒸発された作動流体が第２放熱部３２へ導入されずに大気放熱用タンク６３に導入されることになる。これにより、第２放熱部３２からヒータ流路１３内の冷却水に熱が伝達できなくなり、しかも、大気放熱用タンク６３内に導入された気相状の作動流体の熱が大気に放熱されることになる。つまり、第２ループ式ヒートパイプ３０により上流側触媒５の熱を回収するもののヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達が停止されることになるから、冷却水を加熱せずに上流側触媒５の温度を低下させることが可能になる。なお、大気放熱用タンク６３内では、気相状の作動流体の熱が大気に放熱されることによって凝縮され、この凝縮された作動流体が第２還流路３４を経て第２受熱部３１に戻される。

その際、第３弁装置３７を開放して第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させて単一の大容量空間を作っているから、この大容量空間内に存在する作動流体によって上流側触媒５の熱を効率良く回収することが可能になる等、上流側触媒５の冷却作用を高めるうえで有利になる。

一方、前記ステップＳ２６で否定判定された場合、つまり上流側触媒５の温度Ｔｓｃが昇温上限に到達しているが、冷却水の温度Ｔｗが昇温上限に到達していない状況であるので、ステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２８では、第１弁装置２５を閉塞することにより第１ループ式ヒートパイプ２０による熱循環を停止させて、切替弁６２で熱交換経路Ｘを確保することにより第２ループ式ヒートパイプ３０によるヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達を実行させる。そして、第３弁装置３７を開放することにより第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させる。

まず、第１弁装置２５を閉塞すると、第１放熱部２２で凝縮された作動流体を第１受熱部２１へ戻せなくなるので、第１受熱部２１で作動流体を蒸発させることができない状態となる。これにより、第１受熱部２１から第１放熱部２２へ蒸気からなる作動流体を移送できなくなるので、換言すれば熱の移送ができなくなるので、第１ループ式ヒートパイプ２０の機能が休止状態になって、上流側触媒５の加熱が停止される。

その一方で、切替弁６２で熱交換経路Ｘを確保すると、第２受熱部３１で蒸発された作動流体が第２放熱部３２へ導入されることになるので、第２放熱部３２内の気相状の作動流体とヒータ流路１３内の冷却水との間で熱交換が行われるようになる。つまり、第２ループ式ヒートパイプ３０による冷却水への熱伝達が実行される。その際、第３弁装置３７を開放して第１放熱部２２と第２受熱部３１とを連通させて単一の大容量空間を作っているので、この大容量空間内に存在する作動流体によって上流側触媒５の熱を効率良く回収して第２放熱部３２へ移送することが可能になる。そのため、上流側触媒５が冷却されることになる。

以上説明したように、この実施形態３では、上記実施形態１と同様の作用、効果が得られる他、例えばバイパス経路Ｙを確保して第２ループ式ヒートパイプ３０による熱循環を実行させたままヒータ流路１３内の冷却水への熱伝達を停止させる状態とすれば、冷却水を加熱することなく上流側触媒５を冷却することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。

（１）上記各実施形態において、内燃機関１はガソリンエンジンやディーゼルエンジン、その他のエンジンに限定されるものではない。ディーゼルエンジンとする場合には、触媒５，６を例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＤＰＮＲ（Diesel Particulate -NOx Reduction system）等とすることができる。

なお、ディーゼルエンジンの場合において、上流側触媒５をＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：NOx storage reduction）として、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。

（２）上記各実施形態では、２つの触媒５，６を備える場合の例を挙げているが、触媒の数は限定されるものではなく、例えば１個、あるいは３個以上であってもよい。

（３）上記各実施形態では、上流側触媒５に付設する第１放熱部２２および第２受熱部３１の外形について上流側触媒５を包囲するような環状とした例を挙げているが、第１放熱部２２や第２受熱部３１の外形形状は、特に限定されるものではない。第１放熱部２２や第２受熱部３１の外形形状は、例えば上流側触媒５の外壁面における一部領域に付設されるように湾曲した形状とすることも可能である。

（４）上記各実施形態では、第２ループ式ヒートパイプ３０の第２放熱部３２を球面継手３から上流側触媒５までの間に付設した例を挙げているが、第２放熱部３２の設置場所は、特に限定されるものではない。例えば第２放熱部３２は、排気通路（２，４）から離れた内燃機関１の冷却水取り出し路８寄りに設置することも可能である。

（５）上記各実施形態では、第２ループ式ヒートパイプ３０の第２放熱部３２について温風ヒータ１６のヒータコア１４から内燃機関１へ戻す冷却水を加熱するのに用いるようにした例を挙げているが、本発明は、それに限定されるものではない。

例えば第２放熱部３２により加熱する対象について、ヒータコア１４へ導入する冷却水とすることも可能である。この場合、内燃機関１の暖機運転時に温風ヒータ１６を作動させている状況において、ヒータコア１４に導入する冷却水の昇温を促進させることが可能になるから、暖機運転での早期暖房が可能になる。

また、第２放熱部３２により加熱する対象について、バイパス流路１２を流通する冷却水とすることも可能である。前記のバイパス流路１２は、そもそも内燃機関１の暖機運転時等、冷却水を昇温させる必要がある場合に使用される流路である。したがって、バイパス流路１２を流れる冷却水を第２放熱部３２により昇温促進させることが可能になるから、内燃機関１の暖機運転を迅速に終了させることが可能になる。

いずれの形態においても、加熱対象の昇温促進が不要な場合には、第２弁装置３５を閉塞して、排気熱回収を休止状態にすればよい。

（６）上記各実施形態では、第３弁装置３７について、アクチュエータ３７ｃを駆動源とするタイプとしてコントローラ４０で開度を制御するようにした例を挙げているが、この第３弁装置３７は、詳細に図示していないが、ダイアフラムスプリングを駆動源として弁体を開閉させる自己作動タイプとすることも可能である。

このダイアフラムスプリングを用いるタイプの弁装置は、例えば常温時に閉塞していて、第１放熱部２２の内圧が所定の設定温度相当の圧力にまで高くなったときに、この圧力でダイアフラムスプリングを弾性変形させることによって弁体を変位させて開放させるような構成とすることができる。

（７）上記各実施形態では、第１放熱部２２や第２受熱部３１としてそれぞれ中空スリーブ２２ａ，３１ａを用いる構成とした例を挙げているが、本発明はこれに限定されず、例えば図示していないが、中空スリーブ２２ａ，３１ａを用いずに、当該中空スリーブ２２ａ，３１ａの内周壁を無くしたようなケースを用いることが可能である。その場合、フィン２２ｂ，３１ｂを上流側触媒５の外装ケースの外径側に設けるようにすればよい。

（８）上記各実施形態において、図１には第１還流路２４や第２還流路３４を第１移送路２３や第２移送路３３より上側に配置したような例を挙げているが、本発明はこれに限定されず、例えば図示していないが、第１還流路２４や第２還流路３４を排気管４より下側に配置することも可能である。

１ 内燃機関
２ エキゾーストマニホールド
３ 球面継手
４ 排気管
５ 上流側触媒
６ 下流側触媒
７ ラジエータ
８ 冷却水取り出し路
９ 冷却水還流路
１０ ウォータポンプ
１３ ヒータ流路
１４ ヒータコア
１６ 温風ヒータ
１８ 排気熱回収装置
２０ 第１ループ式ヒートパイプ
２１ 第１受熱部
２２ 第１放熱部
２３ 第１移送路
２４ 第１還流路
２５ 第１弁装置
３０ 第２ループ式ヒートパイプ
３１ 第２受熱部
３２ 第２放熱部
３３ 第２移送路
３４ 第２還流路
３５ 第２弁装置
３６ 連通路
３７ 第３弁装置

Claims (16)

1. 内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱を取り込んで前記触媒との間で熱交換させる第１ループ式ヒートパイプと、前記触媒の熱を取り込んで前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させる第２ループ式ヒートパイプとを含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
2. 請求項１に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１ループ式ヒートパイプは、前記排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に密封される作動流体を気化させる第１受熱部と、前記触媒における上流領域に付設されかつ前記第１受熱部から移送される作動流体と触媒との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第１放熱部と、前記第１受熱部から前記第１放熱部へ作動流体を移送するための第１移送路と、前記第１放熱部から前記第１受熱部へ作動流体を戻すための第１還流路とを含み、
   前記第２ループ式ヒートパイプは、前記触媒における下流領域に付設されかつ当該触媒の熱により内部に密封される作動流体を気化させる第２受熱部と、前記第２受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第２放熱部と、前記第２受熱部から前記第２放熱部へ作動流体を移送するための第２移送路と、前記第２放熱部から前記第２受熱部へ作動流体を戻すための第２還流路とを含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
3. 請求項２に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１還流路または第１移送路には第１弁装置が設けられ、前記第２還流路または第２移送路には第２弁装置が設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
4. 請求項３に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１放熱部と第２受熱部とには連通路が接続され、この連通路には第３弁装置が設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
5. 請求項４に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１、第２、第３弁装置は、それぞれコントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、
   前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に、前記第１弁装置を開放して前記第２、第３弁装置を共に閉塞する第１対処手段と、
   前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記第２、第３弁装置を共に開放する第２対処手段とを含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
6. 請求項５に記載の排気熱回収装置において、
   前記コントローラは、前記触媒が活性化している状態において昇温上限に到達していないと判定し、かつ、前記冷却水の暖機が済んでいる状態において昇温上限に到達していないと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記第２、第３弁装置を共に開放する第３対処手段と、
   前記触媒が昇温上限に到達したと判定しかつ前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１、第２弁装置を共に閉塞して前記第３弁装置を開放する第４対処手段とをさらに含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
7. 請求項２に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１還流路または第１移送路には第１弁装置が設けられ、
   前記第２移送路と第２還流路とには前記第２放熱部をバイパスするバイパス路が接続され、このバイパス路において前記第２移送路との接続部には第２移送路から第２放熱部へ向かう熱交換経路あるいは第２移送路からバイパス路へ向かうバイパス経路を必要に応じて確保するための切替弁が設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
8. 請求項７に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１弁装置は、コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記切替弁は、前記コントローラで切り替え制御されるアクチュエータ駆動タイプの三方弁とされ、
   前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を開放して前記切替弁でバイパス経路を確保する第１対処手段と、
   前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を閉塞して前記切替弁で熱交換経路を確保する第２対処手段と、
   前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞して前記切替弁でバイパス経路を確保する第３対処手段とを含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
9. 請求項７に記載の排気熱回収装置において、
   前記第１放熱部と第２受熱部とには連通路が接続され、この連通路には第３弁装置が設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
10. 請求項９に記載の排気熱回収装置において、
    前記第１弁装置は、コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、前記切替弁は、前記コントローラで切り替え制御されるアクチュエータ駆動タイプの三方弁とされ、前記第３弁装置は、前記コントローラで開度制御されるアクチュエータ駆動タイプとされ、
    前記コントローラは、前記触媒の活性化が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を開放、前記第３弁装置を閉塞、さらに前記切替弁でバイパス経路を確保する第１対処手段と、
    前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であると判定した場合に前記第１弁装置を閉塞、前記第３弁装置を開放、さらに前記切替弁で熱交換経路を確保する第２対処手段と、
    前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に、前記第１弁装置を閉塞、前記第３弁装置を開放、さらに前記切替弁でバイパス経路を確保する第３対処手段とを含む、ことを特徴とする排気熱回収装置。
11. 請求項３または７に記載の排気熱回収装置において、
    前記第１弁装置は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとされ、かつ、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に開放し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合に閉塞する、ことを特徴とする排気熱回収装置。
12. 請求項３に記載の排気熱回収装置において、
    前記第２弁装置は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとされ、かつ、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に閉塞し、前記触媒が活性化したという条件が成立した場合に開放する、ことを特徴とする排気熱回収装置。
13. 請求項３に記載の排気熱回収装置において、
    前記第２弁装置は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとされ、かつ、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合あるいは前記冷却水が昇温上限に到達したと判定した場合に閉塞し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合に開放する、ことを特徴とする排気熱回収装置。
14. 請求項４または９に記載の排気熱回収装置において、
    前記第３弁装置は、予め設定される作動条件に従い自動的に開度を制御する自己作動タイプとされ、かつ、前記触媒の活性化が必要であるという条件が成立した場合に閉塞し、前記触媒が活性化している状態において前記冷却水の加熱が必要であるという条件が成立した場合あるいは前記冷却水が昇温上限に到達したという条件が成立した場合に開放する、ことを特徴とする排気熱回収装置。
15. 請求項４，５，６，９，１０のいずれか１つに記載の排気熱回収装置において、
    前記第１放熱部は、前記触媒における上流領域を包囲するように設けられかつ内部環状空間に前記第１移送路および第１還流路が連通連結される第１中空スリーブと、この第１中空スリーブの内周壁に設けられる径方向外向きのフィンとを含み、
    前記第２受熱部は、前記触媒における下流領域を包囲するように設けられかつ内部環状空間に前記第２移送路および第２還流路が連通連結される第２中空スリーブと、この第２中空スリーブの内周壁に設けられる径方向外向きのフィンとを含み、
    前記両中空スリーブは、軸方向隣り合わせに接合され、この接合部に前記連通路が設けられる、ことを特徴とする排気熱回収装置。
16. 請求項２から１５のいずれか１つに記載の排気熱回収装置において、
    前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第２放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される、ことを特徴とする排気熱回収装置。

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