JP2010138982A - 圧力弁及びそれを備えた排熱回収器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を１つの圧力弁で実現する。
【解決手段】反転板３を備える圧力弁１００において、同一の反転板３に、ダイヤフラム部３ａと、このダイヤフラム部３ａの作動圧よりも高い圧力によって破裂する破裂部３ｂとを同心円上に設けることで、１つの圧力弁１００に、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を持たせる。このような圧力弁１００を排熱回収器に適用することで、高圧ガス保安法に対応しなくて済む上、凝縮部の小型化を図ることができる。これによって排熱回収器を車両の床下やエンジンルームなどに容易に搭載することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧力によって作動するダイヤフラムを有する圧力弁、及び、そのような圧力弁を備えた排熱回収器に関する。

近年、ヒートパイプの原理を利用して車両のエンジンの排気系から排気ガスの排気熱をエンジン冷却水に回収して、この回収した熱を暖機促進などに利用する技術が知られている。

ヒートパイプの原理を利用した排熱回収器として、ループ型ヒートパイプ式排熱回収器が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。ループ型ヒートパイプ式排熱回収器（以下、ヒートパイプ式排熱回収器ともいう）は、例えば、排気ガスの熱によって内部に封入された熱媒体（例えば純水）を蒸発させる蒸発部、この蒸発部で蒸発した熱媒体をエンジン冷却水によって冷却する凝縮部、及び、前記蒸発部と凝縮部とを連通させる連通部などによって構成されるヒートパイプを備えており、そのヒートパイプに封入した熱媒体を利用して、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行うことによって排気熱を冷却水に回収している。

このようなヒートパイプ式排熱回収器において、排気ガスの熱を常時回収すると、エンジン冷却水をラジエータで冷却しきれなくなるので冷却水が沸騰してしまう。これを回避するために、熱回収／非回収を制御する圧力弁を凝縮部に設けている（例えば、特許文献１及び２参照）。圧力弁としては、例えばダイヤフラム式圧力弁が用いられている。このダイヤフラム式圧力弁は、通常時の開弁状態から熱回収側の内圧が、例えば第１圧力以上に上昇した時点でダイヤフラムが反転して閉弁状態となり、凝縮部で凝縮された熱媒体を蒸発部に戻す流路を遮断し（非回収状態）、この閉弁状態から熱回収側の圧力が低下して第２圧力以下（第２圧力＜第１圧力）に低下した時点で、ダイヤフラムが反転して開弁状態となって、熱媒体を蒸発部に戻す還流路を開放する（回収状態）という回収／非回収特性（スイッチ特性）を有している。
特開２００８−０５１４７９号公報 特開２００８−２８０８９４号公報

ところで、ヒートパイプ式排熱回収器においては、不具合（圧力上昇）が生じるような場合でも、内圧が１ＭＰａ（ゲージ圧）を超えないように設計すれば、高圧ガス保安法に対応しなくて済むので、１ＭＰａ以下で圧力を開放する安全弁を凝縮部に設けている。

しかし、ヒートパイプ式排熱回収器の凝縮部には、上記した熱回収／非回収を制御するための圧力弁が設けられており、この圧力弁とは別に安全弁を設けると、凝縮部に圧力弁及び安全弁の２つの部品（円形の部品）を設置するスペースが必要となり、凝縮部の体格が必要以上（熱交換効率を得るのに必要なスペース以上）に大きくなってしまうため、機器全体が大型になる。また、圧力弁及び安全弁の２つの部品を使用することによるコスト上の問題が発生する可能性もある。

なお、ヒートパイプ式排熱回収器のほか、例えば、据置式のヒートポンプ給湯器などの密閉系の機器（回路）、あるいは、蓄圧タンクや圧縮空気ボンベなどの開放系の機器（回路）においても、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能を持たせるために、圧力弁及び安全弁の２つの部品を使用する場合がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を兼ね備えた圧力弁を提供すること、及び、そのような圧力弁を備えた排熱回収器を提供することを目的する。

本発明の圧力弁は、流体圧力によって作動するダイヤフラムを備えた圧力弁であって、前記ダイヤフラムの作動圧よりも高い圧力によって破裂する破裂部が前記ダイヤフラム部と同心円上に設けられていることを特徴としている。より具体的には、ダイヤフラム（以下、ダイヤフラム部という）と破裂部とが同一の反転板に同心円上に設けられていることを特徴とする。

本発明の圧力弁によれば、高い圧力が作用したときに破裂する破裂部をダイヤフラム部と同心円上に設けているので、１つの圧力弁に、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を持たせることができる。これによって、圧力弁に加えて安全弁を別途設ける必要がなくなるので、例えば排熱回収器などの機器（回路）への搭載性が向上する。また、コスト面においても優れている。

本発明の圧力弁の具体的な構成について説明する。

まず、ダイヤフラム部を内側に設け、そのダイヤフラム部の外周側に破裂部を同心円上に設けるという構成を挙げることができる。この場合、破裂性能の安定性を重視した圧力弁を提供することができる。また、破裂部を内側に設け、その破裂部の外周側にダイヤフラムを同心円上に設けるという構成を挙げることができる。この場合、ダイヤフラム部の作動径を大きくとることができるので、スイッチ特性を維持しつつ、反転板の径を小さくすることが可能となり、当該圧力弁の小型化を図ることができる。

他の具体的な構成として、前記破裂部は、流体圧力が作用する側に向けて傾くテーパ部を有する屈曲部であり、流体圧力によって前記テーパ部が反転することにより、当該破裂部が破裂するという構成を挙げることができる。

本発明の排熱回収器は、内燃機関（エンジン）の排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収する排熱回収器であって、上記した特徴を有する圧力弁を備えていることを特徴としている。

具体的には、排熱回収器が、内燃機関の排気ガスの熱によって内部に封入された熱媒体を蒸発させる蒸発部と、この蒸発部で蒸発した熱媒体を、内燃機関の冷却水によって冷却する凝縮部と、それら蒸発部と凝縮部とを連通させる連通部とを備えたループ式のヒートパイプを有する排熱回収器であって、前記蒸発部（具体的には、蒸発部の凝縮水還流側）に前記圧力弁が設けられていることを特徴とする。

このような構成の排熱回収器によれば、上記した特徴を有する圧力弁、つまり、ダイヤフラム部の反転による圧力スイッチ機能と、破裂部による圧力開放機能の２つの機能を有する圧力弁を凝縮器に設けているので、圧力弁と安全弁とを凝縮部に個別に設置する場合と比較して凝縮部の小型化を達成できる。これによって、搭載スペースが制限される車両の床下やエンジンルームなどに排熱回収器を容易に搭載することが可能になる。

なお、本発明の圧力弁は、上記した排熱回収器のほか、例えば、据置式のヒートポンプ給湯器、エアコンディショナまたは冷蔵庫などの密閉系の機器（回路）、あるいは、例えば、蓄圧タンク、圧縮空気ボンベまたは天然ガス等の大型貯蔵タンクなどの開放系の機器（回路）にも適用可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
図１は本発明の圧力弁１００の一例を示す断面図である。

この例の圧力弁１００は、本体１、蓋体２、反転板３、弁体４、バルブガイド５、バルブシート６、導出パイプ７、圧縮コイルばね８，１０、ばね受け９、ばね座１１、支持プレート１２、及び、ダストキャップ１３などを備えている。

本体１は、円筒部１ａとフランジ１ｂとが一体形成された部材で、円筒部１ａに流体（例えば純水等の熱媒体）の流入孔１ｃが設けられている。本体１の円筒部１ａには略円環状の支持プレート１２が取り付けられている。蓋体２は、円筒部２ａとフランジ２ｂとが一体形成された部材であり、円筒部２ａの内面に雌ねじ２ｃが形成されている。

本体１のフランジ１ｂと蓋体２のフランジ２ｂとの間には反転板３の周縁部が挟み込まれており、これら本体１及び蓋体２によって反転板３が保持されている。反転板３は、例えば、ステンレス薄板をプレス加工したものであって、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部３ａと破裂部３ｂとが同心円上に形成されており、破裂部３ｂがダイヤフラム部３ａの外周側に配置されている。

反転板３の受圧側（本体１側）に、弁体４及びバルブガイド５が本体１の軸心に沿って配置されている。

弁体４は、大径部４ａと小径部４ｂとからなる段付き円筒状の部材であって、その大径部４ａと小径部４ｂとの間の段部が弁面４ｃとなっている。弁体４の大径部４ａの端部（導出パイプ７側の端部）は開口している。また、弁体４には流体の通過が可能な連通孔４ｄが形成されている。連通孔４ｄは弁体４の一部を開放する貫通孔であって、弁体４の弁面４ｃが、後述するバルブシート６から離れた状態（図１の状態）で連通孔４ｄは開放され、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６に当接（着座）しているときには、そのバルブシート６によって連通孔４ｄは閉鎖される。

バルブガイド５は円筒状の部材であって、一端部（反転板３側の端部）にバルブシート６が一体形成されている。バルブガイド５は本体１のボス穴１ｄに嵌め込まれている。また、バルブガイド５の他端部には導出パイプ７が連結されている。導出パイプ７の他端部の外周面には、後述するバルブケース２０の雌ねじ２０ｆに噛み合う雄ねじ７ａが形成されている。

弁体４の大径部４ａはバルブガイド５の内部に摺動自在に配設されており、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６に対して接近離反する向きに変位自在となっている。弁体４と導出パイプ７の端面（反転板３側の端面）との間に圧縮コイルばね８が挟み込まれており、この圧縮コイルばね８の弾性力によって、弁体４が反転板３に押圧された状態で当接している。なお、圧縮コイルばね８の先端部（直巻部分）は弁体４の小径部４ｂ内に収容されている。

そして、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６から離れているときに、バルブシート６の弁開口６ａが開放され（開弁状態）、本体１の内部と導出パイプ７の内部とが、バルブシート６の弁開口６ａ及び弁体４の連通孔４ｄを通じて連通する。この開弁状態から、弁体４が反転板３側に向けて変位して弁面４ｃがバルブシート６に当接（着座）したときに、バルブシート６の弁開口６ａが閉鎖されて閉弁状態となる。

一方、蓋体２の内部には、反転板３側から順に、ばね受け９、圧縮コイルばね１０、及び、ばね座１１が配置されている。圧縮コイルばね１０は、ばね受け９とばね座１１との間に圧縮された状態で挟み込まれており、この圧縮コイルばね１０の弾性力によって、ばね受け９が反転板３に押圧された状態で当接している。

ばね座１１の外周面には、蓋体２の雌ねじ２ｃと噛み合う雄ねじ１１ａが形成されており、このばね座１１のねじ込み量を調節することにより、圧縮コイルばね１０の弾性力を調節することができ、後述する第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２を調節することができる。また、ばね座１１の中央部には、蓋体２内部を大気に開放するための通気孔１１ｂが設けられている。なお、蓋体２の円筒部２ａには、防塵用のダストキャップ１３が装着されている。

以上の圧力弁１００はバルブケース２０に装着される。バルブケース２０は、図１に示すように、大径部２０ａと小径部２０ｂとを有する段付き円筒状の部材であって、大径部２０ａの端部周縁にフランジ２０ｃが一体形成されている。バルブケース２０の大径部２０ａには流体の流入口２０ｄが設けられており、小径部２０ｂの開口端が流出口２０ｅとなっている。

そして、このようなバルブケース２０への圧力弁１００の装着は、まず、圧力弁１００の導出パイプ７をバルブケース２０の大径部２０ａ内に挿入する。次に、導出パイプ７の雄ねじ７ａをバルブケース２０の小径部２０ｂの雌ねじ２０ｆにねじ込んでいき、圧力弁１００の支持プレート１２がバルブケース２０のフランジ２０ｃにある程度の押圧力で当接させ、この状態で、支持プレート１２とバルブケース２０のフランジ２０ｃとを溶接するという要領で行う。この装着状態で、図１に示すように、本体１の内部とバルブケース２０の内部とが本体１に形成した流入孔１ｃを通じて連通し、これによってバルブケース２０の内部に流入した流体（例えば凝縮水）は流入孔１ｃを通過して本体１の内部（本体１と反転板３とで区画される空間内）に流入し、その流体の圧力が反転板３に作用する。

なお、図１に示す圧力弁１００において、ダイヤフラム部３ａの本体１側の面に、当該ダイヤフラム部３ａの変位を規制するためのストッパを設けておいてもよい。

次に、以上の圧力弁１００の動作について図３及び図４を参照して説明する。

まず、圧力弁１００は通常時は開弁状態である。圧力弁１００が開弁状態であるときには、図１及び図３（ａ）に示すように、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６から離座しており、バルブシート６の弁開口６ａが開放されている。この開放状態では、本体１の内部（バルブケース２０の内部）と導出パイプ７の内部とが、バルブシート６の弁開口６ａ及び弁体４の連通孔４ｄを通じて連通する。これにより、バルブケース２０の流入口２０ｄからケース内部に流入した流体は、［本体１の流入孔１ｃ］→［本体１の内部］→［バルブシート６の弁開口６ａ］→［弁体４の連通孔４ｄ］を順次通過して導出パイプ７の内部に流入し、バルブケース２０の流出口２０ｅから流出する。

このような開弁状態から、図４に示すように、本体１内部の内圧（本体１と反転板３とで区画される空間の内圧）が上昇した場合、その内圧がＰ１以上となった時点で、圧力弁１００は閉弁状態となる。具体的には、本体１の内圧がＰ１に達した時点で、図３（ｂ）に示すように、圧力弁１００の反転板３のダイヤフラム部３ａが反転する。このダイヤフラム部３ａの反転により、弁体４が蓋体２側に変位し、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６に当接（着座）した時点で、バルブシート６の弁開口６ａが閉鎖されて圧力弁１００が閉弁状態となる。

ここで、ダイヤフラム部３ａはスナップアクション式に反転動作する反転板であって、上記した第１圧力Ｐ１以上の圧力が作用したときに、図３（ｂ）に示す向きに反転し、その第１圧力よりも小さい圧力に低下したときに元の位置（図３（ａ）の位置）に反転（復帰）するというヒステリシス特性を持った反転板である。従って、図４に示すように、本体１内部の圧力（内圧）が第１圧力Ｐ１以上の状態から低下していき、その第１圧力Ｐ１以下となっても直ぐには、ダイヤフラム部３ａは反転せず、第２圧力Ｐ２にまで低下した時点でダイヤフラム部３ａが反転し、圧縮コイルばね１０の弾性力によって弁体４がバルブシート６から離れる向きに変位して開弁状態（図３（ａ）の状態）に戻る。なお、これら第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２は、上記したように、蓋体２へのばね座１１のねじ込み量を調節することにより調節することができる。

次に、反転板３に設けた破裂部３ｂについて説明する。破裂部３ｂは、図２に示すように、本体１の内部側に向けて傾斜するテーパ部３１ｂを有する屈曲部であり、反転板３の本体１内部側の面に、ダイヤフラム部３ａの作動圧よりも高い圧力（上記した第１圧力Ｐ１以上）で、かつ、例えば１ＭＰａ（ゲージ圧））よりも低い圧力（開放圧力Ｐｓ）が作用したときに、図５に示すように、破裂部３ｂのテーパ部３１ｂが座屈反転し、この反転時に屈曲部の頂部Ａが破断して開口するように設定されている。

そして、このような破裂部３ｂを、ダイヤフラム部３ａと同一の反転板３に同心円上に設けておくことにより、１つの圧力弁１００に、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を持たせることができる。これによって、圧力弁に加えて安全弁を別途設ける必要がなくなるので、例えば排熱回収器などの機器（回路）への搭載性が向上する。また、コスト面においても優れている。

なお、この例の圧力弁１００では、破裂部３ｂの破裂性能の安定性を重視し、頻繁に反転を繰り返すダイヤフラム部３ａを内側に設け、そのダイヤフラム部３ａの外周側に破裂部３ｂを設けている。

＜実施形態２＞
次に、本発明の圧力弁２００の他の例を図６〜図８を参照して説明する。

この例の圧力弁２００は、上記した＜実施形態１＞に対し、反転板２０３の構成のみが相違しており、その他の構成、つまり、本体１、蓋体２、弁体４、バルブガイド５、バルブシート６、導出パイプ７、圧縮コイルばね８，１０、ばね受け９、ばね座１１、支持プレート１２、及び、ダストキャップ１３などの構成は、上記した＜実施形態１＞と基本的に同じである。

この例の圧力弁２００に用いる反転板２０３は、図７に示すように、破裂部２０３ｂが内側に形成され、その破裂部２０３ｂの外周側にダイヤフラム部２０３ａが同心円上に形成されている。なお、破裂部２０３ｂは、図２に示す反転板３と同様に、本体１の内部側に向けて傾斜するテーパ部２３１ｂを有する屈曲部である。

そして、この例の圧力弁２００においても通常時は開弁状態であり、圧力弁２００が開弁状態であるときには、図６及び図８（ａ）に示すように、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６から離座しており、バルブシート６の弁開口６ａが開放されている。この開放状態では、本体１の内部（バルブケース２０の内部）と導出パイプ７の内部とが、バルブシート６の弁開口６ａ及び弁体４の連通孔４ｄを通じて連通する。これにより、バルブケース２０の流入口２０ｄからケース内部に流入した流体は、［本体１の流入孔１ｃ］→［本体１の内部］→［バルブシート６の弁開口６ａ］→［弁体４の連通孔４ｄ］を順次通過して導出パイプ７の内部に流入し、バルブケース２０の流出口２０ｅから流出する。

このような開弁状態から、図４に示すように、本体１の内圧が上昇した場合、その内圧が第１圧力Ｐ１以上となった時点で圧力弁２００は閉弁状態となる。具体的には、本体１の内圧が第１圧力Ｐ１に達した時点で、図８（ｂ）に示すように圧力弁２００の反転板２０３のダイヤフラム部２０３ａが反転する。このダイヤフラム部２０３ａの反転により、弁体４が蓋体２側に変位し、弁体４の弁面４ｃがバルブシート６に当接（着座）した時点で、バルブシート６の弁開口６ａが閉鎖されて圧力弁２００が閉弁状態となる。

この閉弁状態（内圧が第１圧力Ｐ１以上の状態）から、本体１の内圧が低下していき、その第１圧力Ｐ１以下となっても圧力弁２００は閉じず、本体１の内圧が第２圧力Ｐ２にまで低下した時点でダイヤフラム部２０３ａが反転（復帰）し、圧縮コイルばね１０の弾性力によって弁体４がバルブシート６から離れる向きに変位して、図８（ａ）に示す開弁状態に戻る。

また、この例の圧力弁２００においても、反転板２０３に破裂部２０３ｂを設けているので、反転板２０３の本体１内部側の面に、ダイヤフラム部２０３ａの作動圧よりも高い圧力（上記した第１圧力Ｐ１以上）で、かつ、例えば１ＭＰａよりも低い圧力（開放圧力Ｐｓ）が作用したときに、図５と同様なメカニズムにより、破裂部２０３ｂが破裂するので、１つの圧力弁２００に、上記したダイヤフラム部２０３ａの反転による圧力スイッチ機能と、破裂部２０３ｂによる圧力開放機能の２つの機能を持たせることができる。これによって、圧力弁に加えて安全弁を別途設ける必要がなくなるので、例えば排熱回収器などの機器（回路）への搭載性が向上する。また、コスト面においても優れている。

ここで、この例の圧力弁２００に用いる反転板２０３では、破裂部２０３ｂの外周側にダイヤフラム部２０３ａを設けているので、ダイヤフラム部２０３ａの作動径を大きくとることができる。これによって、スイッチ特性を維持しながら、図２に示す反転板３よりも反転板２０３の径を小さくすることが可能となり、圧力弁２００の小型化を図ることができる。

＜排熱回収器＞
本発明を適用する排熱回収器の一例について図９〜図１２を参照して説明する。

この例の排熱回収器３００は、エンジンの排気通路４００に組み込まれる蒸発部３０２、連通路３０４、排気通路４００の外部に配置される凝縮部３０３、バルブケース２０、上述した圧力弁１００、及び、還流パイプ３０５などが順次接続されてなるループ式のヒートパイプ３０１を備えている。

ヒートパイプ３０１には封入部（図示せず）が設けられており、この封入部からヒートパイプ３０１内が減圧（真空引き）され、熱媒体が封入された後に封入部は封止されている。この例では熱媒体として純水を用いている。

蒸発部３０２は、図１２に示すように、チューブ３２１、フィン３２２、上部ヘッダ３２３、及び、下部ヘッダ３２４などによって構成されている。チューブ３２１は、上下方向に沿って延びる細長の管部材であって、排気ガス流れと交差する方向（図１２の左右方向）に所定ピッチで複数配列されているとともに、排気ガス流れの方向（図９の左右方向）に沿って所定ピッチで複数配列されている。

各チューブ３２１の間には熱交換部材としてのフィン３２２が配設されており、これらフィン３２２はそれぞれチューブ３２１の外壁面（表面）に接合されている。フィン３２２は、排気ガスとの熱交換面積を拡大するものであり、この例では、薄肉の帯板材からローラ加工によって波形に成形されたコルゲートタイプのフィンを用いている。これらチューブ３２１とフィン３２２とによって蒸発部３０２の熱交換部が形成されている。

各チューブ３２１の上端は、蒸発部３０２の上部に配置された上部ヘッダ３２３内に開口している。また、各チューブ３２１の下端は、蒸発部３０２の下部に配置された下部ヘッダ３２４内に開口している。

そして、蒸発部３０２には上流側接続ダクト３００ａ及び下流側接続ダクト３００ｂが設けられており、これら上流側接続ダクト３００ａ及び下流側接続ダクト３００ｂを用いて、当該蒸発部３０２をエンジンの排気通路４００に組み込みことができる。

凝縮部３０３の内部は、図９及び図１２に示すように、仕切壁３３１によって２層に区画されており、その仕切壁３３１の内側の層が凝縮室３３２となっている。この凝縮室３３２の内部は連通路３０４を通じて蒸発部３０２の上部ヘッダ３２３内に連通している。また、仕切壁３３１の外側の層は冷却水流路３３３となっている。この冷却水流路３３３には冷却水導入パイプ３０３ａ及び冷却水導出パイプ３０３ｂが接続されている。

凝縮部３０３では、冷却水導入パイプ３０３ａから冷却水流路３３３に導入されたエンジン冷却水と、蒸発部３０２から連通路３０４を通じて凝縮室３３２に導かれた蒸気との間で熱交換が行われ、そのエンジン冷却水との熱交換により熱を奪われた蒸気が気相から液相に凝縮される。また、この凝縮部３０３において蒸気と熱交換されたエンジン冷却水は、冷却水流路３３３から冷却水導出パイプ３０３ｂを通じて凝縮部３０３外部に流出する。

凝縮部３０３の下部にバルブケース２０（図１参照）が配置されている。バルブケース２０には、図１〜図３に示す圧力弁１００が上記した要領で取り付けられている。なお、バルブケース２０の円筒部２０ａ及びフランジ２０ｃの各一部は凝縮部３０３の壁体に溶接によって接合されている。

バルブケース２０の流入口２０ｄは凝縮部３０３の凝縮室３３２に接続されており、バルブケース２０の流出口２０ｅは還流パイプ３０５を介して蒸発部３０２の下部ヘッダ３２４に接続されている。これにより、［凝縮部３０３の凝縮室３３２］→［バルブケース２０の流入口２０ｄ］→［バルブケース２０内部］→［圧力弁１００の本体１内部］の流路が形成され、また、［圧力弁１００の導出パイプ７内部（バルブガイド５内部）］→［バルブケース２０の流出口２０ｅ］→［還流パイプ３０５］→［蒸発部３０２の下部ヘッダ３２４］の流路が形成されている。

以上の排熱回収器３００においては、ヒートパイプ３０１の内圧（圧力弁１００の本体１内部の圧力）が上昇していく過程おいて、上記した第１圧力Ｐ１よりも低い状態にある場合は、圧力弁１００は開弁状態となる（図４参照）。この状態では、ヒートパイプ３０１内の純水（熱媒体）は、蒸発部３０２において排気ガスから受熱して沸騰気化し、蒸気となってチューブ３２１内を上昇する。この上昇蒸気はチューブ３２１から流出した後に上部ヘッダ３２３及び連通路３０４を経て凝縮部３０３の凝縮室３３２に流入する。凝縮室３３２内に流入した蒸気は、冷却水流路３３３内を流れるエンジン冷却水によって冷却されて凝縮水となり、この凝縮水が、バルブケース２０、開弁状態の圧力弁１００及び還流パイプ３０５を通過して蒸発部３０２の下部ヘッダ３２４に還流する。

このように、排気ガスの熱が熱媒体（純水）に伝達されて蒸発部３０２から凝縮部３０３へ輸送され、この凝縮部３０３で蒸気が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、凝縮部３０３を流れるエンジン冷却水が積極的に加熱される。つまり、エンジンの暖機が促進されることになるので、エンジンのフリクションロスの低減、低温始動性の向上を達成することができ、燃料消費率（燃費）の向上を図ることができる。

そして、図４に示すように、ヒートパイプ３０１の内圧（圧力弁１００の本体１内部の圧力）が第１圧力Ｐ１を超えると圧力弁１００が閉弁し、凝縮部３０３から蒸発部３０２への凝縮水の還流が阻止されて排気熱の回収が停止される。これによってエンジン冷却水が過剰に加熱されることを回避することができ、オーバヒートを回避することができる。なお、圧力弁１００の閉弁により排気熱回収が停止されると、ヒートパイプ３０１の内圧が低下していき、この内圧が第２圧力Ｐ２（図４参照）にまで低下した時点で圧力弁１００が開弁状態に復帰し、排気熱の回収が再開される。

ここで、この例の排熱回収器３００に用いる圧力弁１００は、上述したように、第１圧力Ｐ１以上の圧力が作用したときにダイヤフラム部３ａが、図３（ｂ）に示す向きに反転し、その第１圧力Ｐ１よりも小さい第２圧力Ｐ２に低下したときにダイヤフラム部３ａが元の位置（図３（ａ）の位置）に復帰（反転）する、というヒステリシス特性を有しているので、ヒートパイプ３０１の内圧（圧力弁１００の本体１内部の圧力）の微小変動に対して、圧力弁１００が開弁状態と閉弁状態との間でハンチングすることを防止することができる。これによって、安定した熱回収、または、熱回収の停止が可能になる。この例において、圧力弁１００が閉弁状態となる第１圧力Ｐ１は、例えば、エンジンの暖機温度に相当する圧力を考慮して設定する。

また、この例の排熱回収器３００に用いる圧力弁１００は、上記した熱回収／非回収を制御するダイヤフラム部３ａに加えて反転板３に破裂部３ｂ（図２及び図５参照）を設けているので、ヒートパイプ３０１の内圧が開放圧力Ｐｓ（第１圧力Ｐ１以上で１ＭＰａよりも低い圧力）に達したときには、破裂部３ｂが破裂して圧力弁１００の本体１の内部つまりヒートパイプ３０１の内部が大気に開放されるので、高圧ガス保安法に対応しなくて済む。

ここで、圧力弁１００の開放圧力Ｐｓは、高圧ガス保安法に対応するため１ＭＰａを上限とし（Ｐｓ＜１ＭＰａ）、反転板３の破裂部３ｂの繰返し荷重による疲労割れを回避することが可能な圧力を設定する。なお、開放圧力Ｐｓの下限については、上記した疲労割れを回避する点を考慮して、例えば、通常時のヒートパイプ３０１の内圧（圧力弁１００の本体１内部の圧力）の上限値の２倍以上を開放圧力Ｐｓの下限とする。

この例の排熱回収器３００によれば、ダイヤフラム部３ａの反転による圧力スイッチ機能と、破裂部３ｂによる圧力開放機能の２つの機能を有する圧力弁１００を凝縮部３０３の凝縮水還流側に設けているので、圧力弁と安全弁とを凝縮部３０３に個別に設置する場合と比較して凝縮部３０３の小型化を達成できる。これによって、排熱回収器３００を、搭載スペースが制限される車両の床下やエンジンルームなどに容易に搭載することができる。

なお、この例の排熱回収器３００では、図１に示す圧力弁１００を用いているが、これに替えて、図６に示す圧力弁２００を用いてもよい。

また、以上の例では、圧力スイッチ機能及び圧力開放機能の２つの機能を有する圧力弁１００（または圧力弁２００）を、ループ型ヒートパイプ式排熱回収器に適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、他の機器（回路）にも適用可能である。

例えば、据置式のヒートポンプ給湯器、エアコンディショナまたは冷蔵庫など、熱交換器の異常圧力上昇を防止する必要がある密閉系の機器（回路）に、上記した圧力弁１００（または圧力弁２００）を適用してもよい。また、例えば蓄圧タンク、圧縮空気ボンベまたは天然ガス等の大型貯蔵タンクなどの開放系の機器（回路）の危機管理用に、上記した圧力弁１００（または圧力弁２００）を適用してもよい。

本発明の圧力弁の一例を示す縦断面図である。 図１の圧力弁に用いる反転板の正面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）を併記して示す図である。 図１の圧力弁の作動説明図である。 図１の圧力弁の開閉作動を示すグラフである。 図１の圧力弁の圧力開放時の様子を模式的に示す図である。 本発明の圧力弁の他の例を示す縦断面図である。 図６の圧力弁に用いる反転板の正面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）を併記して示す図である。 図６の圧力弁の作動説明図である。 本発明の排気回収器の一例を示す正面図である。 図９の排気回収器の平面図である。 図９の排気回収器の側面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

１００，２００ 圧力弁
１ 本体
１ｃ 流入孔
２ 蓋体
３，２０３ 反転板
３ａ，２０３ａ ダイヤフラム部
３ｂ、２０３ｂ 破裂部
４ 弁体
４ｃ 弁面
４ｄ 連通孔
６ バルブシート
６ａ 弁開口
２０ バルブケース
３００ 排熱回収器
３０１ ヒートパイプ
３０２ 蒸発部
３２１ チューブ
３２２ フィン
３２３ 上部ヘッダ
３２４ 下部ヘッダ
３０３ 凝縮部
３３１ 仕切壁
３３２ 凝縮室
３３３ 冷却水流路
３０４ 連通路
３０５ 還流パイプ
４００ エンジンの排気通路

Claims (7)

1. 流体圧力によって作動するダイヤフラムを備えた圧力弁であって、
   前記ダイヤフラムの作動圧よりも高い圧力によって破裂する破裂部が前記ダイヤフラムと同心円上に設けられていることを特徴とする圧力弁。
2. 請求項１記載の圧力弁において、
   前記破裂部は前記ダイヤフラムの外周側に設けられていることを特徴とする圧力弁。
3. 請求項１記載の圧力弁において、
   前記破裂部は前記ダイヤフラムの内周側に設けられていることを特徴とする圧力弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧力弁において、
   前記ダイヤフラム及び破裂部が、同一の反転板に設けられていることを特徴とする圧力弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の圧力弁において、
   前記破裂部は、流体圧力が作用する側に向けて傾くテーパ部を有する屈曲部であり、流体圧力によって前記テーパ部が反転することにより、当該破裂部が破裂するように構成されていることを特徴とする圧力弁。
6. 内燃機関の排気ガスの熱を機関冷却水に回収する排熱回収器であって、請求項１〜５のいずれか１つに記載の圧力弁を備えていることを特徴とする排熱回収器。
7. 請求項６記載の排熱回収器において、
   当該排熱回収器が、内燃機関の排気ガスの熱によって内部に封入された熱媒体を蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部で蒸発した熱媒体を、前記内燃機関の冷却水によって冷却する凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを連通させる連通部とを備えたループ式のヒートパイプを有する排熱回収器であって、前記蒸発部に前記圧力弁が設けられていることを特徴とする排熱回収器。

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