6608857 排熱回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6608857

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】排熱回収装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 5/02 20060101AFI20191111BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20191111BHJP

   F01N 13/14 20100101ALI20191111BHJP

   F28F 27/00 20060101ALI20191111BHJP

   F28F 27/02 20060101ALI20191111BHJP

【ＦＩ】

   F01N5/02 B

   F01N5/02 G

   F01N13/08 B

   F01N13/14

   F28F27/00 511F

   F28F27/02 B

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-18640(P2017-18640)

(22)【出願日】2017年2月3日

(65)【公開番号】特開2017-190770(P2017-190770A)

(43)【公開日】2017年10月19日

【審査請求日】2018年9月11日

(31)【優先権主張番号】特願2016-78874(P2016-78874)

(32)【優先日】2016年4月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390010227

【氏名又は名称】株式会社三五

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】村田 登志朗

(72)【発明者】

【氏名】中川 正

(72)【発明者】

【氏名】松浦 一成

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０７７７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１０５７５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５４−１４８９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２６６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４４５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１１−００６２８２１（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５６７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３１７９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ５／０２

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０１Ｎ １３／１４

Ｆ２８Ｆ ２７／００

Ｆ２８Ｆ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンからの排気ガスが流通される第１配管と、
前記第１配管と連通され、前記第１配管を迂回する第２配管と、
前記第２配管の内部に配置され、内部を循環する冷却水と前記排気ガスとの間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、
前記第１配管と前記第２配管との接続部に設けられ、前記第１配管から前記第２配管への熱の伝達を抑制する伝熱抑制機構と、
を備え、
前記第１配管における前記第２配管との接続部には、前記第１配管の内部と前記第２配管の内部とを連通させる連通孔が形成されており、
前記伝熱抑制機構は、
前記第１配管の前記連通孔の周縁部に形成された第１フランジと、
前記第２配管における前記第１配管との接続部に形成され、前記第１フランジとレーザ溶接によって接続された第２フランジと、
を含んで構成されている排熱回収装置。

【請求項2】

前記第２配管の上流側端部及び下流側端部が前記第１配管に接続されている請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項3】

前記伝熱抑制機構が、前記上流側端部と前記第１配管との接続部及び前記下流側端部と前記第１配管との接続部にそれぞれ設けられている請求項２に記載の排熱回収装置。

【請求項4】

エンジンからの排気ガスが流通される第１配管と、
前記第１配管から分岐されて開口された第２配管と、
ヘッダプレートを有するとともに該ヘッダプレート側から前記第２配管の開口に装着されて該開口を閉塞し、内部を循環する冷却水と前記排気ガスとの間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、
前記第２配管と前記熱回収器との接続部に設けられ、前記第２配管から前記熱回収器への熱の伝達を抑制する伝熱抑制機構と、
を備え、
前記熱回収器は、外周部に冷却水が通る流路を有し、
前記伝熱抑制機構は、前記流路を構成し、かつ前記冷却水が接触する内壁面と表裏反対側の外壁面に前記第２配管の開口端部と共に溶接された前記ヘッダプレートの外周部を含んで構成されている排熱回収装置。

【請求項5】

前記ヘッダプレートの外周部は、前記熱回収器の前記第２配管の開口への装着方向上流側へ向かって延在している請求項４に記載の排熱回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排熱回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に記載の排熱回収装置は、エンジンの排気ガスが流通される第１流路（第１配管）と、第１流路から分岐された第２流路（第２配管）と、第２流路内に配置された熱回収器と、を含んで構成されている。また、熱回収器は、熱回収器の上流側を流れる冷却水が熱回収器の下流側を流れる冷却水に比べて多くなるようにするための排出孔を有している。これにより、熱回収器内の冷却水を、冷却水の温度勾配に合わせて流すことができるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２４７１３２号公報

【特許文献2】特開２００９−２５０１０７号公報

【特許文献3】特開２００９−０２３６０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記排熱回収装置では、第１流路内を流通する排気ガスによって第１流路が熱せられるため、第１流路の熱が第２流路に伝達されて、熱回収器内の冷却水の温度が上昇する。特に、例えばエンジンが停止したときなどでは、熱回収器内における冷却水の循環が停止されるため、熱回収器内に冷却水が滞留して、熱回収器内の冷却水が沸騰する可能性がある。この場合には、冷却水が沸騰することによる異音が熱回収器において発生するおそれがある。このため、排熱回収装置では、熱回収器内における冷却水の沸騰を抑制できる構造にすることが望ましい。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮して、熱回収器内における冷却水の沸騰を抑制できる排熱回収装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載された排熱回収装置は、エンジンからの排気ガスが流通される第１配管と、前記第１配管と連通され、前記第１配管を迂回する第２配管と、前記第２配管の内部に配置され、内部を循環する冷却水と前記排気ガスとの間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、前記第１配管と前記第２配管との接続部に設けられ、前記第１配管から前記第２配管への熱の伝達を抑制する伝熱抑制機構と、を備え、前記第１配管における前記第２配管との接続部には、前記第１配管の内部と前記第２配管の内部とを連通させる連通孔が形成されており、前記伝熱抑制機構は、前記第１配管の前記連通孔の周縁部に形成された第１フランジと、前記第２配管における前記第１配管との接続部に形成され、前記第１フランジとレーザ溶接によって接続された第２フランジと、を含んで構成されている。

【0007】

上記構成の排熱回収装置では、エンジンからの排気ガスが流通される第１配管に、第２配管が連通されて、第２配管が第１配管を迂回している。この第２配管の内部には、熱回収器が配置されている。

【0008】

これにより、熱回収器内を循環する冷却水と排気ガスとの間で熱交換して、排気ガスの熱を熱回収器によって回収することができる。

【0009】

ところで、第１配管には、エンジンの排気ガスが流通しているため、第１配管が排気ガスによって熱せられる。

【0010】

このため、第１配管の熱が、第１配管に接続された第２配管へそのまま伝達されると、第２配管へ伝達された熱によって熱回収器内の冷却水の温度が上昇する。

【0011】

ここで、第１配管と第２配管との接続部には、伝熱抑制機構が設けられているため、第１配管から第２配管への熱の伝達が伝熱抑制機構によって抑制される。

【0012】

具体的には、第１配管の内部と第２配管の内部とを連通させる連通孔が第１配管の接続部に形成されている。この連通孔の周縁部には、伝熱抑制機構を構成する第１フランジが形成されており、第２配管の接続部には、伝熱抑制機構を構成する第２フランジが形成されている。

【0013】

そして、第１フランジに第２フランジがレーザ溶接によって接続されている。

【0014】

したがって、アーク溶接によって接合する場合よりも溶接幅を細くすることができ、第１配管と第２配管との接続部における伝熱抵抗を高くすることができる（伝熱性を低くすることができる）。

【0015】

これにより、第１配管の熱が第２配管へ伝達され難くなり、第１配管の熱による第２配管の過度な温度上昇が抑制されるため、熱回収器内における冷却水の沸騰を抑制することができる。

【0016】

また、請求項２に記載された排熱回収装置は、請求項１に記載の排熱回収装置であって、前記第２配管の上流側端部及び下流側端部が前記第１配管に接続されている。

【0017】

上記構成の排熱回収装置では、第２配管の上流側端部及び下流側端部が第１配管に接続されているため、第２配管を第１配管に対して並列に接続するように構成することができる。これにより、第２配管及び熱回収器が第１配管の外側に環状に配置された構造と比べて、熱回収器に対して第１配管の輻射熱による影響を受け難くすることができる。したがって、熱回収器内における冷却水の沸騰を抑制することに対して、有効な配置構造にすることができる。

【0018】

また、請求項３に記載された排熱回収装置は、請求項２に記載の排熱回収装置であって、前記伝熱抑制機構が、前記上流側端部と前記第１配管との接続部及び前記下流側端部と前記第１配管との接続部にそれぞれ設けられている。

【0019】

上記構成の排熱回収装置では、第１配管の熱が第２配管の上流側及び下流側から熱回収器へ伝達されることが抑制される。これにより、熱回収器内における冷却水の沸騰をより一層抑制することができる。

【0020】

また、本発明に係る請求項４に記載された排熱回収装置は、エンジンからの排気ガスが流通される第１配管と、前記第１配管から分岐されて開口された第２配管と、ヘッダプレートを有するとともに該ヘッダプレート側から前記第２配管の開口に装着されて該開口を閉塞し、内部を循環する冷却水と前記排気ガスとの間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、前記第２配管と前記熱回収器との接続部に設けられ、前記第２配管から前記熱回収器への熱の伝達を抑制する伝熱抑制機構と、を備え、前記熱回収器は、外周部に冷却水が通る流路を有し、前記伝熱抑制機構は、前記流路を構成し、かつ前記冷却水が接触する内壁面と表裏反対側の外壁面に前記第２配管の開口端部と共に溶接された前記ヘッダプレートの外周部を含んで構成されている。

【0021】

上記構成の排熱回収装置では、エンジンからの排気ガスが流通される第１配管から分岐されて開口された第２配管に、その開口を閉塞するように熱回収器が装着されている。これにより、熱回収器内を循環する冷却水と排気ガスとの間で熱交換して、排気ガスの熱を熱回収器によって回収することができる。

【0022】

ところで、第１配管及び第２配管には、エンジンの排気ガスが流通しているため、第１配管及び第２配管が排気ガスによって熱せられる。このため、第１配管及び第２配管の熱が、第２配管に接続された熱回収器へそのまま伝達されると、その熱によって熱回収器内の冷却水の温度が上昇する。

【0023】

ここで、第２配管と熱回収器との接続部には、第２配管から熱回収器への熱の伝達を抑制する伝熱抑制機構が設けられている。すなわち、熱回収器の外周部には、冷却水が通る流路が設けられており、その流路を構成し、かつ冷却水が接触する内壁面と表裏反対側の外壁面に、第２配管の開口端部と共にヘッダプレートの外周部が溶接されている。

【0024】

したがって、その溶接部分から熱回収器内における冷却水までの伝熱経路を長く設定することができ、第２配管の熱による冷却水の過度な温度上昇を抑制することができるため、その冷却水の沸騰を抑制することができる。また、その溶接部分の溶接直後の温度を冷却水によって低減させることができるため、その溶接部分における接合強度の低下を抑制することができる。

【0025】

また、請求項５に記載された排熱回収装置は、請求項４に記載の排熱回収装置であって、前記ヘッダプレートの外周部は、前記熱回収器の前記第２配管の開口への装着方向上流側へ向かって延在している。

【0026】

上記構成の排熱回収装置では、ヘッダプレートの外周部が、熱回収器の第２配管の開口への装着方向上流側へ向かって延在している。このため、ヘッダプレートの外周部が、熱回収器の第２配管の開口への装着方向上流側へ向かって延在していない構成に比べて、上記溶接部分から冷却水までの伝熱経路を長く設定することが効率よくできるとともに、熱回収器内における冷却水の沸騰を効果的に抑制することができる。

【発明の効果】

【0027】

以上、説明したように、本発明の排熱回収装置によれば、熱回収器内における冷却水の沸騰を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１の実施の形態に係る排熱回収装置の要部を示す断面図である。

【図2】図１に示される排熱回収装置の全体構成を説明するための説明図である。

【図3】図１に示される伝熱抑制機構の変形例を示す図１に対応する断面図である。

【図4】第２の実施の形態に係る排熱回収装置の要部を示す断面図である。

【図5】第３の実施の形態に係る排熱回収装置の要部を示す断面図である。

【図6】図１に示される伝熱抑制機構を他の排熱回収装置に適用した例を示す断面図である。

【図7】第４の実施の形態に係る排熱回収装置の要部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

（第１の実施の形態）
以下、図１及び図２を用いて、第１の実施の形態に係る排熱回収装置１０について説明し、次いで、排熱回収装置１０に適用された伝熱抑制機構５０について説明する。なお、以下において、排気ガスの流通方向上流側及び下流側を、それぞれ単に「上流側」及び「下流側」という場合がある。

【0030】

（排熱回収装置１０について）
図２に示されるように、排熱回収装置１０は、自動車のエンジン１２の排気ガスの熱を、後述する熱回収器４０内の冷却水との熱交換によって回収して、エンジン１２の暖気促進等に利用する装置である。

【0031】

図１に示されるように、排熱回収装置１０は、パイプ状の第１配管２０を有している。この第１配管２０は、本実施の形態では、第１配管２０の周方向において分割（例えば２分割）された部材を、溶接等によって接合することで、パイプ状に形成されている。なお、第１配管２０の外形形状は、円形状であってもよいし、矩形状であってもよく、本実施の形態では、第１配管２０が矩形パイプ状に形成されている。このため、第１配管２０は、４箇所の側壁２０Ｓを含んで構成されている。

【0032】

また、図２に示されるように、第１配管２０は、エンジン１２に接続されて、エンジン１２から流出された排気ガスの排気経路を構成している。なお、図２では、第１配管２０内の排気ガスの流れを矢印Ａで示している。この第１配管２０の上流側には、触媒コンバータ１４が設けられており、触媒コンバータ１４は、内蔵した触媒によって通過する排気ガスを浄化するように構成されている。

【0033】

また、第１配管２０には、触媒コンバータ１４に対して下流側の分岐部２０Ａにおいて、パイプ状の第２配管３０が接続されている。すなわち、第２配管３０は、分岐部２０Ａにおいて第１配管２０から分岐されており、第２配管３０は、第１配管２０における分岐部２０Ａの下流側の合流部２０Ｂにおいて、第１配管２０に接続されている。そして、第２配管３０が、第１配管２０に並列に接続されて、第１配管２０を迂回する排気経路を構成している。

【0034】

なお、図１に示されるように、第１配管２０の分岐部２０Ａには、４箇所の側壁２０Ｓのうちの１箇所の側壁２０Ｓにおいて、第１配管２０の内部と第２配管３０の内部と連通させる「連通孔」としての分岐孔２２が形成されている。また、第１配管２０の合流部２０Ｂには、第１配管２０の内部と第２配管３０の内部と連通させる「連通孔」としての合流孔２４が形成されている。

【0035】

図２に示されるように、第２配管３０の内部には、第２配管３０の中間位置において、熱回収器４０が設けられている。この熱回収器４０には、熱回収器４０とエンジン１２との間で冷却水を循環させる冷却水循環路１６が接続されている。そして、エンジン１２の動力によって駆動される図示しないウォータポンプの作動によって、冷却水循環路１６内を冷却水が循環されるようになっている（図２では、冷却水の流れを矢印Ｂで示している）。これにより、熱回収器４０が、排気ガスと冷却水との熱交換によって排気ガスの熱を冷却水に回収させて、その熱をエンジン１２の暖気促進等に利用する構成になっている。

【0036】

なお、例えば、エンジン１２の始動直後や、自動車のイグニッションスイッチがオフにされてエンジン１２が停止したときには、冷却水循環路１６において冷却水が循環しない構成になっている。また、例えば、排熱回収装置１０がハイブリット車の自動車に適用された場合では、エンジン１２の間欠運転によってエンジン１２が停止しているときには、冷却水循環路１６において冷却水が循環しない構成になっている。

【0037】

また、第１配管２０内には、分岐部２０Ａと合流部２０Ｂとの間において、第１配管２０内の流路を開閉するための流路切替バルブ１８（広義には、「流路切替弁」として把握される要素である）が設けられている。流路切替バルブ１８は、図示しないＥＣＵ（制御装置）によって制御される構成になっている。

【0038】

そして、ＥＣＵの制御によって流路切替バルブ１８が作動することで、分岐部２０Ａと合流部２０Ｂとの間の流路を流路切替バルブ１８によって開閉するようになっている。例えば、エンジン１２の暖気を促進させる場合などでは、分岐部２０Ａと合流部２０Ｂとの間の流路を流路切替バルブ１８によって閉じて、熱回収器４０において排気ガスと冷却水との熱交換を行う排気熱回収モードになる構成とされている（図１及び図２において２点鎖線にて示される流路切替バルブ１８の位置を参照）。

【0039】

一方、排気熱回収モード以外のときには、分岐部２０Ａと合流部２０Ｂとの間の流路を流路切替バルブ１８によって開けて、排気ガスが、その流路を通過するノーマルモードになる構成とされている（図１及び図２において実線にて示される流路切替バルブ１８の位置を参照）。

【0040】

（伝熱抑制機構５０について）
次に、本発明の要部である伝熱抑制機構５０について説明する。

【0041】

図１に示されるように、伝熱抑制機構５０は、第１配管２０と第２配管３０との接続部に適用されており、第１配管２０と第２配管３０との接続部において、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを抑制するようになっている。この伝熱抑制機構５０は、第２配管３０に形成された「第２フランジ」としての第２配管フランジ３２と、第２配管３０を第１配管２０に締結固定させるための複数のボルト５２及び「ナット」としてのウェルドナット５４と、断熱材５６と、を含んで構成されている。

【0042】

第２配管フランジ３２は、第２配管３０の上流側端部３０Ａ及び下流側端部３０Ｂにそれぞれ形成されている。具体的には、第２配管フランジ３２は、第２配管３０の外側へ略直角に屈曲されるとともに、第２配管３０の周方向全周に亘って形成されている。そして、第２配管３０の上流側端部３０Ａに形成された第２配管フランジ３２が、第１配管２０の外側において、第１配管２０における分岐孔２２の周縁部に対向して配置され、第２配管３０の下流側端部３０Ｂに形成された第２配管フランジ３２が、第１配管２０の外側において、第１配管２０における合流孔２４の周縁部に対向して配置されている。

【0043】

ウェルドナット５４は、第１配管２０の内部において、側壁２０Ｓの板厚方向を軸方向として第１配管２０における分岐孔２２の周縁部に設けられるとともに、分岐孔２２の周方向に所定の間隔を空けて配置されている。また、ウェルドナット５４は、第１配管２０の内部において、側壁２０Ｓの板厚方向を軸方向として第１配管２０における合流孔２４の周縁部に設けられるとともに、合流孔２４の周方向に所定の間隔を空けて配置されている。そして、第１配管２０には、ウェルドナット５４と対応する位置において、挿通孔２６が貫通形成されている。さらに、前述した第２配管フランジ３２にも、ウェルドナット５４と対応する位置において、挿通孔３２Ａが貫通形成されている。

【0044】

断熱材５６は、セラミックファイバーやグラスウールなどで構成されるとともに、第２配管３０の第２配管フランジ３２の形状に対応して、枠状に形成されている。また、断熱材５６は、第１配管２０における分岐孔２２の周縁部と第２配管フランジ３２との間、及び第１配管２０における合流孔２４の周縁部と第２配管フランジ３２との間にそれぞれ配置されている。すなわち、第２配管フランジ３２が断熱材５６を介して第１配管２０に接続される構成になっている。

【0045】

また、断熱材５６には、ウェルドナット５４と対応する位置において、挿通孔５６Ａが貫通形成されている。そして、ボルト５２が、第１配管２０の外側から、第２配管フランジ３２の挿通孔３２Ａ内、断熱材５６の挿通孔５６Ａ内、及び第１配管２０の挿通孔２６内に挿通されて、ウェルドナット５４に螺合されている。これにより、第２配管フランジ３２が断熱材５６を介して第１配管２０に締結され、第２配管３０の上流側端部３０Ａ及び下流側端部３０Ｂがそれぞれ第１配管２０に接続されている。

【0046】

次に、本実施の形態の作用及び効果について説明する。

【0047】

上記のように構成された排熱回収装置１０では、ＥＣＵの制御によって流路切替バルブ１８が分岐部２０Ａと合流部２０Ｂとの間の流路を閉じると、排気ガスが第１配管２０の分岐孔２２から第２配管３０内に流入される。そして、第２配管３０内に流入された排気ガスの熱が、熱回収器４０内の冷却水と熱交換される。これにより、排気ガスの熱が熱回収器４０によって回収される。

【0048】

ところで、第１配管２０には、エンジン１２の排気ガスが流通しているため、第１配管２０が排気ガスによって熱せられる。そして、第１配管２０の熱が、第１配管２０に接続された第２配管３０にそのまま伝達されると、第２配管３０内に設けられた熱回収器４０内の冷却水が、その熱によって暖められて、熱回収器４０内における冷却水の温度が上昇する。このとき、仮に熱回収器４０内の冷却水が沸騰すると、冷却水が沸騰することによる異音が熱回収器４０において発生するおそれがある。

【0049】

ここで、排熱回収装置１０では、第１配管２０と第２配管３０との接続部に伝熱抑制機構５０が設けられている。この伝熱抑制機構５０は断熱材５６を有しており、断熱材５６が、第２配管３０の上流側端部３０Ａ及び下流側端部３０Ｂに形成された第２配管フランジ３２と第１配管２０との間に介在されている。

【0050】

このため、第１配管２０と第２配管３０との接続部において、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを断熱材５６によって抑制することができる。これにより、第１配管２０の熱による第２配管３０の過度な温度上昇を抑制することができるとともに、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することができる。その結果、冷却水が沸騰することによる熱回収器４０の異音の発生を抑制することができる。

【0051】

特に、冷却水循環路１６における冷却水の循環が停止される場合（エンジン１２の停止後やハイブリット車におけるエンジン１２の間欠運転時等）では、冷却水が熱回収器４０内に滞留する。このため、この場合には、第１配管２０から第２配管３０へ伝達された熱によって、熱回収器４０内の冷却水の温度が上昇し易くなる傾向にある。

【0052】

これに対して、本実施の形態の排熱回収装置１０では、上述のように、第１配管２０と第２配管３０との接続部に、伝熱抑制機構５０の断熱材５６が設けられているため、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを抑制することができるとともに、熱回収器４０内に滞留された冷却水の過度の温度上昇を抑制することができる。したがって、冷却水の循環が停止された場合に対して、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を効果的に抑制することができる。

【0053】

また、上述のように、伝熱抑制機構５０では、第２配管３０の第２配管フランジ３２と第１配管２０との間に、断熱材５６を介在させることで、第１配管２０と第２配管３０との接続部における熱の伝達を抑制している。このため、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を簡易な構成で抑制することができる。

【0054】

また、排熱回収装置１０では、第２配管３０が第１配管２０に対して並列に配置されており、第２配管３０の内部に熱回収器４０が設けられている。すなわち、排熱回収装置１０は、熱回収器４０が第１配管２０に対してパラレルに配置された所謂パラレル構造を成している。

【0055】

このため、仮に、第２配管及び熱回収器を、第１配管２０の外側において、環状に配置する同軸構造を成す排熱回収装置と比べて、熱回収器４０に対する第１配管２０の輻射熱による影響を低くすることができる。これにより、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することに対して、排熱回収装置１０を有効な配置構造にすることができる。

【0056】

さらに、排熱回収装置１０では、伝熱抑制機構５０が、第２配管３０の上流側端部３０Ａと第１配管２０との接続部、及び第２配管３０の下流側端部３０Ｂと第１配管２０との接続部に、それぞれ適用されている。このため、伝熱抑制機構５０を、第２配管３０の上流側端部３０Ａと第１配管２０との接続部及び第２配管３０の下流側端部３０Ｂと第１配管２０との接続部の何れか一方に適用した場合と比べて、第１配管２０の熱が第２配管３０の上流側及び下流側から熱回収器４０へ伝達されることを抑制することができる。これにより、熱回収器４０内における冷却水の沸騰をより一層抑制することができる。

【0057】

（第１の実施の形態における伝熱抑制機構５０の変形例）
前述した第１の実施の形態では、伝熱抑制機構５０が断熱材５６を含んで構成されているが、本変形例では、図３に示されるように、伝熱抑制機構５０において断熱材５６が省略されている。すなわち、本変形例では、ボルト５２及びウェルドナット５４によって、第２配管３０の第２配管フランジ３２を第１配管２０に直接締結固定させて、第２配管３０を第１配管２０に接続させている。

【0058】

ここで、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制するという観点からすると、第１の実施の形態のように、断熱材５６を介して第２配管３０の第２配管フランジ３２を第１配管２０に接続することが好ましい。しかしながら、伝熱抑制機構５０において断熱材５６が省略した場合でも、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することに対して寄与できることが確認された。以下、この点について説明する。

【0059】

本変形例のように、第２配管３０の第２配管フランジ３２を、ボルト５２及びウェルドナット５４によって、第１配管２０に直接締結固定した場合には、第２配管フランジ３２における第１配管２０との締結部位が、第１配管２０に局所的に略密着される。すなわち、第２配管フランジ３２と第１配管２０との締結部位の密着性は高くなるものの、第２配管フランジ３２と第１配管２０との締結されていない部位の密着性は比較的低くなる。

【0060】

これは、例えば部品の寸法精度などに起因して、第２配管フランジ３２における第１配管２０との対向面の全体を、第１配管２０の外周面に当接させることは事実上困難であり、第２配管フランジ３２と第１配管２０の外周面との間には、微小な隙間が形成されることによるものと考えられる。

【0061】

このため、本変形例では、第２配管フランジ３２と第１配管２０との締結されていない部位の伝熱性が比較的低くなり、第１配管２０の熱が、主として、ボルト５２及びウェルドナット５４によって締結された締結部位を介して第２配管３０へ伝達されるように作用する。逆に言えば、第２配管フランジ３２と第１配管２０との締結されていない部位において、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを抑制することができる。

【0062】

これにより、第１配管２０と第２配管３０との接続部における伝熱抵抗を比較的高く構成することができる。その結果、ボルト５２及びウェルドナット５４によって第２配管３０の第２配管フランジ３２を第１配管２０に直接締結固定した場合でも、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することができる。したがって、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を、一層簡易な構成で抑制することができる。

【0063】

（第２の実施の形態）
以下、図４を用いて、第２の実施の形態の排熱回収装置６０について説明する。第２の実施の形態の排熱回収装置６０は、伝熱抑制機構５０を除いて、第１の実施の形態の排熱回収装置１０と同様に構成されている。以下、排熱回収装置６０の伝熱抑制機構５０について説明する。なお、図４では、第１の実施の排熱回収装置１０と同様に構成された部品には、同一の符号を付している。

【0064】

排熱回収装置６０の伝熱抑制機構５０では、断熱材５６、ボルト５２、及びウェルドナット５４が省略されており、第２配管３０の第２配管フランジ３２が、レーザ溶接によって第１配管２０に直接接合されている。なお、図４では、レーザ溶接によって接合された第２配管フランジ３２と第１配管２０との溶接部５８の溶接幅Ｗ１を理解し易くするために、便宜上、溶接部５８を第１配管２０及び第２配管フランジ３２の板厚方向に連続的に記載したドットにて模式的に図示している。そして、溶接部５８は、第２配管フランジ３２の周方向全周に亘って形成されている。

【0065】

ところで、一般に、排熱回収装置では、第２配管を第１配管にアーク溶接によって接合して、両者を接続する構造を成している（以下、この装置を比較例の排熱回収装置とする）。例えば、図４の拡大図において２点鎖線にて示される溶接部６２のように、比較例では、第２配管３０の第２配管フランジ３２が、第２配管フランジ３２の全周において、アーク溶接によって形成された溶接部６２によって第１配管２０に接合される。

【0066】

そして、アーク溶接による溶接では、一般に溶接部６２の溶接幅Ｗ２が比較的広くなる傾向にある（例えば、溶接部６２の溶接幅Ｗ２が略５ｍｍ以上になる）。このため、比較例では、第１配管２０の熱が、溶接幅の比較的広い溶接部６２を介して、第２配管３０の第２配管フランジ３２の全周から第２配管３０に伝達されるように作用する。

【0067】

これに対して、第２の実施の形態では、第２配管フランジ３２が、第２配管フランジ３２の周方向全周において、溶接部５８によって第１配管２０に接合されるものの、前述した比較例と比べて、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを抑制することができる。すなわち、溶接部５８は、レーザ溶接によって形成されているため、前述した比較例の溶接部６２における溶接幅Ｗ２よりも、溶接部５８の溶接幅Ｗ１を細くすることができる（例えば、溶接部５８の溶接幅Ｗ１を１ｍｍ程度にすることができる）。

【0068】

このため、上記比較例と比べて、第１配管２０と第２配管３０との接続部における伝熱抵抗を高くすることができる（伝熱性を低くすることができる）。つまり、第２の実施の形態では、上記比較例と比べて、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達され難くなる。したがって、第２の実施の形態においても、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することができる。

【0069】

（第３の実施の形態）
以下、図５を用いて、第３の実施の形態の排熱回収装置７０について説明する。第３の実施の形態の排熱回収装置７０は、伝熱抑制機構５０を除いて、第１の実施の形態の排熱回収装置１０と同様に構成されている。以下、排熱回収装置７０の伝熱抑制機構５０について説明する。なお、図５では、第１の実施の排熱回収装置１０と同様に構成された部品には、同一の符号を付している。

【0070】

排熱回収装置７０の伝熱抑制機構５０では、断熱材５６が省略されている。また、排熱回収装置７０の伝熱抑制機構５０は、第１配管２０に形成された「第１フランジ」としての第１配管フランジ２８を有しており、第１配管フランジ２８は、第１配管２０の分岐孔２２及び合流孔２４の周縁部にそれぞれ形成されている。

【0071】

そして、分岐孔２２の周縁部に形成された第１配管フランジ２８と合流孔２４の周縁部に形成された第１配管フランジ２８とは、同様に構成されている。このため、以下の説明では、分岐孔２２の周縁部に形成された第１配管フランジ２８について説明し、合流孔２４の周縁部に形成された第１配管フランジ２８についての説明は省略する。

【0072】

第１配管フランジ２８は、第１配管２０の外側において、分岐孔２２の周縁部から分岐孔２２の外側へ折り返されるように屈曲されている。具体的には、第１配管フランジ２８は、分岐孔２２の周縁部から第１配管２０の外側へ略直角に屈曲されたベース部２８Ａと、ベース部２８Ａの先端部から分岐孔２２の外側へ延出された接続フランジ部２８Ｂと、を含んで構成されている。また、第１配管フランジ２８は、分岐孔２２の周方向全周に亘って形成されている。

【0073】

さらに、接続フランジ部２８Ｂは、分岐孔２２が形成された側壁２０Ｓと略平行に配置されており、第２配管３０の第２配管フランジ３２と対向して配置されている。そして、ウェルドナット５４は、接続フランジ部２８Ｂにおける第１配管２０の外周面と対向する対向面に設けられるとともに、接続フランジ部２８Ｂの周方向に所定の間隔を空けて配置されている。

【0074】

また、第１配管２０の挿通孔２６が、接続フランジ部２８Ｂにおけるウェルドナット５４に対応する部位に形成されている。そして、ボルト５２が、第２配管フランジ３２の挿通孔３２Ａ内及び接続フランジ部２８Ｂの挿通孔２６内に挿通されて、ウェルドナット５４に螺合されている。これにより、第２配管フランジ３２が接続フランジ部２８Ｂに締結されて、第１配管２０が第２配管３０に接続されている。

【0075】

このように、第３の実施の形態では、第１配管２０の分岐孔２２及び合流孔２４の周縁部に、第１配管フランジ２８が形成されており、第１配管フランジ２８が、第１配管２０の外側において、分岐孔２２の周縁部から分岐孔２２の外側へ折り返されるように屈曲されている。そして、第１配管フランジ２８の接続フランジ部２８Ｂに第２配管３０の第２配管フランジ３２がボルト５２及びウェルドナット５４によって締結固定されている。

【0076】

このため、図３に示される第１の実施の形態の変形例のような、第１配管２０の分岐孔２２及び合流孔２４の周縁部に第２配管フランジ３２を直接締結固定する場合と比べて、第１配管２０から第２配管３０への熱の伝達経路を、第１配管フランジ２８分だけ長くすることができる。これにより、第１配管２０及び第２配管３０の接続部において、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを抑制することができるとともに、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を効果的に抑制することができる。

【0077】

なお、第３の実施の形態では、第２配管フランジ３２が第１配管フランジ２８の接続フランジ部２８Ｂに直接接続される構成になっている。これに代えて、第１の実施の形態と同様に、第２配管フランジ３２と接続フランジ部２８Ｂとの間に、断熱材５６を介在させてもよい。これにより、第１配管２０及び第２配管３０の接続部において、第１配管２０の熱が第２配管３０へ伝達されることを一層効果的に抑制することができるとともに、熱回収器４０内の冷却水の沸騰を一層効果的に抑制することができる。

【0078】

また、第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、パラレル構造を成す排熱回収装置１０、６０、７０に伝熱抑制機構５０を適用したが、図６に示されるように、第１配管２０の外側において、環状を成す第２配管３０及び熱回収器４０が配置された排熱回収装置８０に、伝熱抑制機構５０を適用してもよい。

【0079】

この排熱回収装置８０について簡単に説明すると、排熱回収装置８０では、第１配管２０に分岐孔２２のみが形成されている。また、第２配管３０は、環状を成すとともに、第１配管２０の外側に配置されている。さらに、第２配管３０は、その周方向から見た断面視で、第１配管２０側へ開口された略「Ｕ」字形に形成されている。そして、第２配管３０の開口端部に、第２配管フランジ３２が形成されている。また、第２配管３０の内部には、パイプ状のインナ配管８２が配置されており、インナ配管８２が図示しない位置で第１配管２０に連結されている。

【0080】

さらに、熱回収器４０が、環状に形成されて、インナ配管８２の径方向外側に配置されている。そして、この排熱回収装置８０では、第２配管フランジ３２と第１配管２０との接続部に、第１の実施の形態の伝熱抑制機構５０が適用される。すなわち、第２配管フランジ３２と第１配管２０の間に断熱材５６が介在されて、第２配管３０がボルト５２及びウェルドナット５４によって第１配管２０に締結されている。

【0081】

したがって、排熱回収装置８０においても、第２配管３０の過度な温度上昇を抑制することができるとともに、熱回収器４０内における冷却水の沸騰を抑制することができる。なお、図６では、図示は省略しているが、排熱回収装置１０等と同様に、流路切替バルブ１８が第１配管２０内に設けられている。

【0082】

また、第１の実施の形態及び第３の実施の形態では、ウェルドナット５４が第１配管２０に設けられており、ウェルドナット５４にボルト５２を螺合させることで、第２配管３０を第１配管２０に締結固定している。これに代えて、図示は省略するが、第１配管２０の外側へ突出されるスタッドボルトとしてのボルトを第１配管２０に設けて、そのボルトにナットを螺合させることで、第２配管３０を第１配管２０に締結固定させてもよい。

【0083】

また、第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、伝熱抑制機構５０が、第２配管３０の上流側端部３０Ａと第１配管２０との接続部、及び第２配管３０の下流側端部３０Ｂと第１配管２０との接続部に、それぞれ適用されている。これに代えて、伝熱抑制機構５０を、第２配管３０の上流側端部３０Ａと第１配管２０との接続部及び第２配管３０の下流側端部３０Ｂと第１配管２０との接続部の何れか一方に適用させてもよい。

【0084】

（第４の実施の形態）
以下、図７を用いて、第４の実施の形態の排熱回収装置９０について説明する。第４の実施の形態の排熱回収装置９０は、第２配管３０及び伝熱抑制機構５０を除いて、第１の実施の形態の排熱回収装置１０と同様に構成されている。以下、排熱回収装置９０の第２配管としての分岐配管３４及び伝熱抑制機構５０について説明する。なお、図７では、第１の実施の排熱回収装置１０と同様に構成された部品には、同一の符号を付している。

【0085】

図７に示されるように、排熱回収装置９０は、第１配管２０と、第１配管２０から一体的に分岐されて開口された分岐配管３４と、その分岐配管３４の開口を閉塞するように、その開口に装着された熱回収器４２と、を備えている。熱回収器４２は、その熱回収器本体４３の外周部に、冷却水が通る流路４４を有しており、この流路４４には、冷却水循環路１６が連通接続されている。

【0086】

そして、熱回収器４２の分岐配管３４の開口への装着方向（矢印Ｃで示す）下流側には、伝熱抑制機構５０を構成する略トレイ状のヘッダプレート４６が取り付けられている。つまり、熱回収器４２は、ヘッダプレート４６側から分岐配管３４の開口内に装着されて、その開口を閉塞する構成になっている。なお、分岐配管３４の開口端部３４Ａ側は、熱回収器４２（ヘッダプレート４６）を内側に装着可能なように拡開されている（屈曲部３６が形成されている）。

【0087】

ヘッダプレート４６には、排気ガスが流入可能な上流側開口部（図示省略）と、排気ガスを流出可能な下流側開口部（図示省略）と、が形成されている。そして、第１配管２０内に設けられた流路切替バルブ１８によって、ヘッダプレート４６の下流側開口部が開閉可能になっている。

【0088】

すなわち、流路切替バルブ１８は、ヘッダプレート４６の中央部分（分岐配管３４の軸心部分）に対応する位置に配置されており、図７における２点鎖線で示すように、ヘッダプレート４６の下流側開口部を閉じたときには、ノーマルモードとなって、排気ガスが第１配管２０を通過するようになっている。

【0089】

一方、流路切替バルブ１８が、ヘッダプレート４６の中央部分（分岐配管３４の軸心部分）において、第１配管２０の流路を閉じたときには、排気熱回収モードとなって、排気ガスが第１配管２０から分岐配管３４を通ってヘッダプレート４６の上流側開口部から熱回収器本体４３内へ流入するようになっている。

【0090】

そして、ヘッダプレート４６の上流側開口部から熱回収器本体４３内へ流入した排気ガスは、熱回収器本体４３内を流れる冷却水と熱交換され、その熱交換された排気ガスが、ヘッダプレート４６の下流側開口部から流出されるようになっている。なお、ヘッダプレート４６の下流側開口部から流出された排気ガスは、分岐配管３４を通って第１配管２０へ戻されるようになっている。

【0091】

以上のような構成とされた排熱回収装置９０における伝熱抑制機構５０は、分岐配管３４と熱回収器４２との接続部に設けられており、分岐配管３４から熱回収器４２への熱の伝達を抑制するようになっている。詳細に説明すると、ヘッダプレート４６の外周部には、熱回収器４２の分岐配管３４の開口への装着方向上流側へ向かって延在するフランジ部４８が、全周に亘って一体に形成されている。

【0092】

このフランジ部４８は、流路４４を構成する熱回収器本体４３における外壁面４５に外側から接触して、その外壁面４５の一部を被覆する構成になっている。そして、この外壁面４５に、ヘッダプレート４６のフランジ部４８における先端部４８Ａと、その先端部４８Ａと面一に配置された分岐配管３４の開口端部３４Ａと、が共にアーク溶接によって接合されている（以下、その溶接部分を「溶接部６４」とする）。

【0093】

このため、ヘッダプレート４６よりも上流側に配置されている分岐配管３４の屈曲部３６から溶接部６４までの距離Ｌを長く設定することができ、溶接部６４から熱回収器４２の流路４４内における冷却水（熱回収器本体４３のヘッダプレート４６側の端部４３Ａ）までの伝熱経路Ｒを長く設定することができる。これにより、分岐配管３４の熱による熱回収器４２内における冷却水の過度な温度上昇を抑制することができ、その冷却水の沸騰を抑制することができる。

【0094】

特に、ヘッダプレート４６のフランジ部４８は、熱回収器４２の分岐配管３４の開口への装着方向上流側へ向かって延在しているため、そのフランジ部４８が、熱回収器４２の分岐配管３４の開口への装着方向上流側へ向かって延在していない構成に比べて、溶接部６４から熱回収器４２内における冷却水までの伝熱経路Ｒを長く設定することが効率よくできるとともに、熱回収器４２内における冷却水の沸騰を効果的に抑制することができる。

【0095】

また、その溶接部６４は、冷却水が通る流路４４を構成する熱回収器本体４３における外壁面４５に設けられているため、その溶接部６４の溶接直後の温度を冷却水によって低減させることができる。したがって、その溶接部６４における接合強度の低下を抑制することができる。

【0096】

なお、第４の実施の形態における伝熱抑制機構５０（ヘッダプレート４６のフランジ部４８）は、アーク溶接によって接合される構成に限定されるものではない。例えば、第２の実施の形態と同様に、レーザ溶接によって接合される構成になっていてもよい。また、ヘッダプレート４６におけるフランジ部４８の先端部４８Ａと、分岐配管３４の開口端部３４Ａと、は面一に配置されていればよく、図示の位置よりも更に長く延在されていてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１０ 排熱回収装置
１２ エンジン
２０ 第１配管
２２ 分岐孔（連通孔）
２４ 合流孔（連通孔）
２８ 第１配管フランジ（第１フランジ）
３０ 第２配管
３０Ａ 第２配管の上流側端部
３０Ｂ 第２配管の下流側端部
３２ 第２配管フランジ（第２フランジ）
３４ 分岐配管（第２配管）
４０ 熱回収器
４２ 熱回収器
４４ 流路
４５ 外壁面
４６ ヘッダプレート
４８ フランジ部（外周部）
５０ 伝熱抑制機構
５２ ボルト
５４ ウェルドナット（ナット）
５６ 断熱材
６０ 排熱回収装置
７０ 排熱回収装置
８０ 排熱回収装置
９０ 排熱回収装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】