JP4726709B2 - 差圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁体が弁開口を開く開弁圧と、弁体が弁開口を閉じる閉弁圧との開閉差圧（開閉のヒステリシス）を意図的に作り出すことのできる差圧弁に関する。

（従来技術）
差圧弁が用いられる装置の一例として、例えば特許文献１に開示したものが知られている。特許文献１は、熱媒体を加熱して蒸発させる蒸発器、および熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器を備えるループ式のヒートパイプの運転を、差圧弁の開閉により制御するものである。
このヒートパイプに用いられる差圧弁は、ヒートパイプの内圧が、大気圧（外圧の一例）に対して予め設定された閉弁圧に上昇すると、内外差圧により弁体が変位して凝縮器で凝縮された熱媒体を蒸発器に戻す熱媒体戻し通路を閉塞する。これにより、蒸発器における熱媒体が不足して蒸発が抑えられ、内圧が所定の安全圧力以下に抑えられる。

熱媒体戻し通路が差圧弁により閉塞されると、蒸発器における熱媒体が不足して蒸発が抑えられるとともに、凝縮器で熱媒体が凝縮されることで、ヒートパイプの内圧が低下する。そして、ヒートパイプの内圧が、大気圧に対して予め設定された開弁圧（上記閉弁圧より低く設定された圧力）に下降すると、内外差圧により弁体が変位して熱媒体戻し通路を開く。これにより、蒸発器に再び熱媒体が供給されてヒートパイプが作動する。

ここで、上述した閉弁圧と開弁圧の開閉差圧が小さいと、差圧弁がハンチングを起こしてしまう。そこで、差圧弁には、閉弁圧と開弁圧の開閉差圧を意図的に大きくするヒステリシス手段が設けられている。
従来の差圧弁のヒステリシス手段は、金属薄板よりなるダイヤフラムを用いたものであり、このダイヤフラムは、内圧と外圧とを区画する区画壁を兼ねるものであった。

ヒステリシス手段としてダイヤフラムを用いる差圧弁の構造例を、図９を参照して説明する。以下では、後述する実施例と同一の機能物は、実施例と同一の符号を付して説明を行う。なお、図９に示す差圧弁は、ヒステリシス手段としてダイヤフラムを用いる一例として開示するものであり、周知構造のものではない。
図９の差圧弁は、流体が通過可能な弁開口３８を備えたハウジング３１と、このハウジング３１内において軸方向に変位可能に支持されるとともに、内圧と外圧の内外差圧に応じた変位力が与えられ、内外圧差に応じて弁開口３８の開閉を行う弁体３２と、弁体３２を開弁方向へ付勢するリターンスプリング３３と、弁体３２が弁開口３８を開く開弁圧と弁体３２が弁開口３８を閉じる閉弁圧との開閉差圧を作り出すヒステリシス手段とを具備する。

ヒステリシス手段は、金属薄板製のダイヤフラムＡであり、ダイヤフラムＡが反転して切り替わるのに必要な力（反転力）を利用して、閉弁圧と開弁圧の開閉差圧を大きくするものである。
また、ダイヤフラムＡは、ハウジング３１内において内圧と外圧を区画するとともに、内圧と外圧の内外差圧を受けて、内外差圧に応じた変位力を弁体３２に与えるものである。

（従来技術の問題点）
ヒステリシス手段として用いられるダイヤフラムＡは、軸方向へ切り替わった状態で保持力を発生する目的で、薄い金属板を用いる必要がある。このため、ヒステリシスを設けたことにより、弁体３２の切り替わり回数が抑えられるものであっても、長期に使用されると金属疲労によりダイヤフラムＡが破損する懸念がある。

また、ダイヤフラムＡは、内周が弁体３２に固定され、外周がハウジング３１に固定される構造を採用するが、内圧の漏れを防ぐ目的で、ダイヤフラムＡと弁体３２の結合部分と、ダイヤフラムＡとハウジング３１の結合部分において、確実なシールを行わせる必要がある。
内周におけるダイヤフラムＡと弁体３２の結合は、弁体３２とワッシャＢとの間でダイヤフラムＡを挟み、弁体３２の一部をワッシャＢにカシメ付けることで実施していた。
外周におけるダイヤフラムＡとハウジング３１の固定は、ハウジング３１を構成する部品のうちの２つの部材（ボディＣとカバーＤ）の間でダイヤフラムＡを挟み、３者（ダイヤフラムＡ、ボディＣ、カバーＤ）を溶接により接合する構造を採用していた。

このように、従来の差圧弁は、３者（ダイヤフラムＡ、ボディＣ、カバーＤ）の溶接が可能な装置へ部品を輸送する必要があり、輸送コストによって差圧弁のコストが上昇する不具合がある。また、溶接を実施するには、溶接を実施する装置や、溶接時間が必要となり、溶接を行うこと自体がコスト上昇の要因になっている。
特開平４−４５３９３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイヤフラムを用いることなく、開弁圧と閉弁圧の開閉差圧を意図的に作り出すことのできる差圧弁の提供にある。即ち、溶接を用いることなく、開閉のヒステリシスを意図的に作り出すことのできる差圧弁の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する差圧弁は、軸方向へ変位可能な弁体（３２）が内外差圧を受ける。これにより、ダイヤフラム（Ａ）を用いなくても、内外差圧に応じた軸力が弁体（３２）に作用する。
また、請求項１の手段を採用する差圧弁は、弁体（３２）とハウジング（３１）のクリアランスが、弁体（３２）とハウジング（３１）との間に配した環状のゴムリング（４４）によってシールされる。これにより、溶接を用いることなく、ゴムリング（４４）により内外の漏れを防ぐことができる。

さらに、請求項１の手段を採用する差圧弁のヒステリシス手段は、弁体（３２）またはハウジング（３１）の一方に設けられ、軸方向に向かって径寸法が変化する径寸法変化部（４５）と、弁体（３２）またはハウジング（３１）の他方に設けられ、径寸法変化部（４５）に径方向の加圧力を与える径方向加圧手段（４６、４９）とを備えるものであり、弁体（３２）の軸方向位置に対して、径方向加圧手段（４６、４９）による径寸法変化部（４５）の保持力が変化することによりヒステリシスが作り出され、閉弁圧（Ｐｃ）と開弁圧（Ｐｏ）の開閉差圧を意図的に大きくできる。
即ち、請求項１の手段を採用する差圧弁は、溶接を用いることなく、ヒステリシスを意図的に作り出すことができ、差圧弁の製造コストを抑えることが可能になる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する差圧弁は、熱媒体を加熱して蒸発させる蒸発器（１３）、および熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器（１５）を備えるループ式のヒートパイプに用いられる。
そして、ヒートパイプの内圧が、外圧に相当する大気圧に対して所定の閉弁圧（Ｐｃ）より上昇すると、凝縮器（１５）で凝縮された熱媒体を蒸発器（１３）に戻す通路を閉塞する。また、ヒートパイプの内圧が、外圧に相当する大気圧に対して閉弁圧（Ｐｃ）より低く設定された所定の開弁圧（Ｐｏ）より下降すると、凝縮器（１５）で凝縮された熱媒体を蒸発器（１３）に戻す通路を開く。
これにより、ヒートパイプに用いられる差圧弁の製造コストを抑えることができ、結果的にヒートパイプのコストを抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する差圧弁は、ヒートパイプに用いられるものであり、このヒートパイプは、自動車の排熱回収を行う排熱回収装置（７）に適用される。そして、蒸発器（１３）は、燃料の燃焼により出力を発生するエンジンの排気ガスの熱によって熱媒体を加熱蒸発させるものであり、凝縮器（１５）は、エンジンの冷却水と熱交換して熱媒体を冷却凝縮するものである。
これにより、排熱回収装置（７）に用いられる差圧弁の製造コストを抑えることができ、結果的に排熱回収装置（７）のコストを抑えることができる。

差圧弁は、例えば自動車の排熱を回収する排熱回収装置（７）に搭載される。この排熱回収装置（７）は、蒸発器（１３）と凝縮器（１５）を用いたループ式のヒートパイプを用いて、エンジンの排気ガスの熱によりエンジンの冷却水を加熱するものであり、差圧弁は内圧の変化に基づいてヒートパイプの作動を制御する。
差圧弁は、熱媒体（流体の一例）が通過可能な弁開口（３８）を備えたハウジング（３１）と、このハウジング（３１）内において軸方向に変位可能に支持されるとともに、内圧（ヒートパイプの内圧）と外圧（例えば、大気圧）の内外差圧に応じた変位力が与えられ、内外圧差に応じて弁開口（３８）の開閉を行う弁体（３２）と、弁体（３２）が弁開口（３８）を開く開弁圧（Ｐｏ）と弁体（３２）が弁開口（３８）を閉じる閉弁圧（Ｐｃ）との開閉差圧を作り出すヒステリシス手段とを具備する。

弁体（３２）は、ハウジング（３１）内において内圧と外圧を区画して、内圧と外圧の内外差圧を受ける。
また、弁体（３２）とハウジング（３１）のクリアランスは、弁体（３２）とハウジング（３１）との間に配した環状のゴムリング（４４）によってシールされる。

ヒステリシス手段は、弁体（３２）またはハウジング（３１）の一方に設けられ、軸方向に向かって径寸法が変化する径寸法変化部（４５）と、弁体（３２）またはハウジング（３１）の他方に設けられて、径寸法変化部（４５）に径方向の加圧力を与える径方向加圧手段（４６、４９）とを備え、弁体（３２）の変位に対する径方向加圧手段（４６、４９）の加圧力の変化により、開閉差圧を作り出す。
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施例との対応関係を示すものである。

排熱回収装置のヒートパイプに搭載される差圧弁に本発明を適用した実施例１を図１〜図４を参照して説明する。なお、以下の実施例１では、先ず「熱回収装置の基本構成」を説明し、その後で「実施例１の特徴」を説明する。

〔熱回収装置の基本構成〕
熱回収装置を図３、図４を参照して説明する。
車両に搭載される水冷式のエンジン（内燃機関）１は、燃料の燃焼により車両走行用の回転出力を発生するものであり、エンジン１の発熱を抑える冷却水回路と、燃料を燃焼させた後の排気ガスを大気中に放出する排気管２とを備える。
冷却水回路は、ラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５が設けられている。
排気管２には、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータ６および排熱回収装置７が設けられている。

（冷却水回路の説明）
ラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５を説明する。
ラジエータ回路３は、ウォータポンプ８により循環される冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ９を備える。また、ラジエータ回路３には、ラジエータ９を迂回して冷却水を流すラジエータバイパス１０が設けられている。さらに、ラジエータ回路３には、サーモスタット１１が設けられている。
このサーモスタット１１は、ラジエータ９を通過する冷却水量と、ラジエータバイパス１０を通過する冷却水量との割合を調整して、冷却水の温度を所定の温度範囲（例えば８０℃〜１００℃）に保つものであり、例えば暖機時など冷却水温度が低い状態においてラジエータバイパス１０側の冷却水量を増加させて、暖機を促進するようになっている。

ヒータ回路４は、ラジエータ回路３のエンジン出口部とは異なる部位から冷却水が流出して、排熱回収回路５の下流側に合流する回路となっている。ヒータ回路４の途中には、ヒータコア１２が設けられている。ヒータコア１２は、車室内空調用のダクト内に配置されて、ダクト内を流れる空気と冷却水とを熱交換し、車室内に吹き出される空気を加熱するようになっている。

排熱回収回路５は、ラジエータ回路３のエンジン出口部から分岐して、ウォータポンプ８に接続される冷却水回路であり、ウォータポンプ８の作動により冷却水が循環するようになっている。排熱回収回路５の途中には、排熱回収装置７における水タンク１４（後述する）が接続されている。

（排熱回収装置７の説明）
排熱回収装置７は、熱媒体の蒸発と凝縮によって熱の運搬を行うループ式のヒートパイプを用いて、触媒コンバーダ６を通過した後の排気ガスの熱で、排熱回収回路５を流れる冷却水を加熱するものであり、ループ式のヒートパイプを成す蒸発器１３および水タンク１４内に収容される凝縮器１５を一体的に設け、内圧に応じてヒートパイプの作動を制御する差圧弁１６を組付けたものである。
ここで、蒸発器１３と、水タンク１４内に収容される凝縮器１５は、耐腐食性を備える部材（ステンレス等）をろう付け等の接合技術で一体化したものであり、接合後に差圧弁１６が排熱回収装置７に組付けられる。

なお、この実施例では、凝縮器１５を蒸発器１３の側面（車両搭載時の水平方向の隣部）に接合する例を示すが、凝縮器１５が蒸発器１３の上部（車両搭載時の天地方向の上部）に接合されるものであっても良い。
また、この実施例では、凝縮器１５を蒸発器１３に接合して一体化させる例を示すが、蒸発器１３と凝縮器１５を別々に車両に搭載し、断熱配管等で接続する構造であっても良い。

排熱回収装置７には、図示しない封入部が設けられている。この封入部は、排熱回収装置７内を真空引き（減圧）し、熱媒体を封入した後に封止したものである。
この実施例では、熱媒体の一例として水を使用している。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、排熱回収装置７内が減圧（例えば、０．０１気圧）されて、沸点が５℃〜１０℃にされている。なお、熱媒体として、水の他に、アルコール、フロロカーボン、フロン等を用いても良い。

蒸発器１３は、排気管２を通過する排気ガスと、内部の水との熱交換を行う熱交換器（例えば、積層型の熱交換器）であり、熱交換部１７、下タンク１８および上タンク１９を備える。
熱交換部１７は、例えば直線状に伸びるチューブとフィンとを交互に積層したものであり、車両搭載時にはチューブの長手方向が天地方向に向けられる。なお、排気効率を高める目的や、耐久性を高める目的でフィンを無くしても良い。
下タンク１８は、熱交換部１７の下部（車両搭載時における下側）に設けられて、差圧弁１６を介して供給される凝縮水を各チューブに分配するものである。
上タンク１９は、熱交換部１７の上部（車両搭載時における上側）に設けられて、各チューブ内を上昇した蒸気を収集して凝縮器１５に導くものである。

凝縮器１５は、冷却水が流れる水タンク１４の内部に配置されるものであり、図４中において破線で示される。
水タンク１４は、蒸発器１３との間を冷却水が流れる容器であり、例えば蒸発器１３の側面に接合される水タンクプレートと、凝縮器１５を収容する水タンクカップとを接合した構造を採用している。この水タンク１４には、冷却水を水タンク１４内に導く冷却水導入パイプ２１と、水タンク１４内を通過した冷却水を排出する冷却水排出パイプ２２とが接合されている。

凝縮器１５は、蒸発器１３から供給される蒸気と、水タンク１４内を流れる冷却水の熱交換を行う熱交換器（例えば、ドロンカップタイプの熱交換器）であり、熱交換部２３、上流タンク２４および下流タンク２５を備える。
熱交換部２３は、例えば直線状に伸びるチューブを所定の間隙（冷却水が通過する間隙）を隔てて積層したものであり、車両搭載時にはチューブの長手方向が天地方向に向けられる。なお、冷却水の加熱効率を高める目的でチューブ間にフィンや凹凸を設けても良い。
上流タンク２４は、熱交換部２３の上部（車両搭載時における上側）に設けられて、蒸発器１３の上タンク１９から供給される蒸気を各チューブに分配するものである。
下流タンク２５は、熱交換部２３の下部（車両搭載時における下側）に設けられて、各チューブ内で液化凝縮した凝縮水を収集して差圧弁１６に導くものである。

差圧弁１６は、排熱回収装置７の内圧が上昇した際に、蒸発器１３の下タンク１８と凝縮器１５の下流タンク２５の連通を遮断して排熱回収装置７の昇圧破損を防ぎ、排熱回収装置７の内圧が低下すると蒸発器１３の下タンク１８と凝縮器１５の下流タンク２５とを連通させて排熱回収を再開させるものである。
具体的に、差圧弁１６は、排熱回収装置７の内圧と、大気圧（外圧の一例）との差圧に基づいて、凝縮器１５における下流タンク２５と、蒸発器１３における下タンク１８との連通、あるいは遮断を行う開閉弁であり、大気圧が一定と仮定すると、（１）排熱回収装置７の内圧が所定の閉弁圧Ｐｃに達すると、蒸発器１３の下タンク１８と凝縮器１５の下流タンク２５の連通を遮断し、（２）排熱回収装置７の内圧が所定の開弁圧Ｐｏ（閉弁圧Ｐｃより低い値）に低下すると、蒸発器１３の下タンク１８と凝縮器１５の下流タンク２５とを連通させる。なお、差圧弁１６の詳細は後述する。

（排熱回収装置７の作動説明）
エンジン１が始動すると、それに伴いウォータポンプ８が作動し、冷却水がラジエータ回路３、ヒータ回路４および排熱回収回路５を循環する。一方、エンジン１の燃焼に伴い生成された排気ガスは、排気管２を流れ、触媒コンバータ６および排熱回収装置７の蒸発器１３を経て大気中に放出される。

排気ガスが蒸発器１３を通過する際に、蒸発器１３内の水を加熱する。蒸発器１３内の水は、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を上昇し、上タンク１９で収集されて、凝縮器１５の上流タンク２４内に導かれる。凝縮器１５に導かれた蒸気は、水タンク１４内を流れる冷却水により冷却されて凝縮水となる。
ここで、始動直後において、排熱回収装置７の内圧が閉弁圧Ｐｃに達していない場合、差圧弁１６が開いているため、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水は差圧弁１６を介して蒸発器１３の下タンク１８内に戻され、上記排熱回収サイクルを繰り返す。

排気ガスの熱は、蒸発器１３内の水に伝達されて、蒸気となって凝縮器１５へ輸送され、凝縮器１５で蒸気が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、排熱回収回路５を流れる冷却水を積極的に加熱する。なお、排気ガスの熱の一部は、蒸発器１３および凝縮器１５を構成する部材を熱伝導して排熱回収回路５を流れる冷却水を加熱する。
この結果、エンジン１の暖機が促進されることになり、エンジン１のフリクション低減がなされるとともに、エンジン暖機促進のための燃料増量期間の短縮等が図られて燃費性能が向上する。

エンジン１の始動後、エンジン負荷が増加するなどして排気ガスの温度が上昇すると、蒸発器１３における水の加熱が増すため、蒸発器１３で発生する蒸気量が増えて排熱回収装置７内の内圧が上昇する。
排熱回収装置７の内圧が閉弁圧Ｐｃに達すると、差圧弁１６が閉じ、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水は蒸発器１３に戻らなくなる。すると、蒸発器１３では水が補充されなくなるため、蒸発が減少して排熱回収サイクルが停止する。一方、凝縮器１５では蒸気の凝縮が進むため、排熱回収装置７の内圧が低下する。

排熱回収装置７の内圧が開弁圧Ｐｏまで低下すると、差圧弁１６が再び開き、凝縮器１５で液化凝縮した凝縮水が差圧弁１６を介して蒸発器１３の下タンク１８内に戻され、再び蒸発器１３内で水が蒸発を開始して、排熱回収サイクルが再開される。

〔実施例１の特徴〕
差圧弁１６を図１〜図２を参照して説明する。
差圧弁１６は、ハウジング３１、弁体３２、リターンスプリング３３およびヒステリシス手段を備える。
ハウジング３１は、弁体３２を軸方向に移動可能に支持する筒部と、この筒部の周囲に形成されたフランジ３４とからなる。
筒部の図１（ａ）の左側は、排熱回収装置７に挿入される挿入筒３５であり、この挿入筒３５におけるフランジ３４側の外周には、差圧弁１６を排熱回収装置７に固定するための雄ネジ３６が形成されている。この雄ネジ３６の図１（ａ）の左隣部には、凝縮器１５の下流タンク２５内と挿入筒３５の内部を連通するサイドポート３７が形成されており、凝縮器１５の下流タンク２５内と蒸発器１３の下タンク１８とは、サイドポート３７および挿入筒３５の内穴を介して連通可能になっている。
挿入筒３５の内穴は、図１（ａ）の左側に向かって大径となる段差部を備えており、この段差部の内側に凝縮水が通過可能な弁開口３８が形成される。即ち、段差部の内径部が、弁体３２が着座する弁シートとなっている。

筒部の図１（ａ）の右側は、内部にリターンスプリング３３を収容するバネ収容筒３９であり、このバネ収容筒３９の内周面には、バネ座４０をねじ込む雌ネジ４１が形成されている。
フランジ３４は、挿入筒３５を排熱回収装置７に螺合した際に、排熱回収装置７の外面に当接するシール蓋であり、フランジ３４における熱回収装置７の当接面には、シール用のＯリングを配置する環状の溝３４ａが形成されている。

弁体３２は、ハウジング３１内において軸方向に変位可能に支持されるものであり、バルブシャフト４２およびピストン４３を結合してなる。なお、バルブシャフト４２とピストン４３が一体のものであっても良い。
バルブシャフト４２は、ピストン４３によって筒部の内部で支持され、ピストン４３の移動に伴って弁開口３８を開閉する弁傘４２ａを備える。
ピストン４３は、筒部の内側において軸方向に移動可能に支持されるものであり、内圧と大気圧の内外差圧に応じた軸方向の変位力（軸力）が与えられる。
即ち、弁体３２は、ハウジング３１内において軸方向に変位可能に支持されるとともに、内圧と外圧の内外差圧に応じた変位力が与えられて軸方向へ移動し、弁傘４２ａが弁開口３８の開閉を行うものである。

リターンスプリング３３は、ピストン４３とバネ座４０の間に圧縮配置されたコイルスプリングであり、リターンスプリング３３の復元力により弁体３２を図１（ａ）の左側（開弁方向）に付勢する。
バネ座４０は、上述したように、バネ収容筒３９の内部に螺合するものであり、そのねじ込み量を調整することで、リターンスプリング３３の付勢力、即ち開弁圧Ｐｏおよび閉弁圧Ｐｃを調整可能となっている。また、バネ座４０は、軸方向に貫通する大気導入穴４０ａを備えており、この大気導入穴４０ａによってバネ収容筒３９内が大気圧になる。なお、大気導入穴４０ａには、バネ座４０をハウジング３１に締結させる際の工具締結部（例えば、六角穴）が形成されている。この工具締結部は、大気導入穴４０ａとは別に設けるものであっても良い。

ここで、差圧弁１６は、排熱回収装置７の内圧が上昇した際に、凝縮器１５の下流タンク２５と蒸発器１３の下タンク１８との連通を遮断して排熱回収装置７の昇圧破損を防ぎ、排熱回収装置７の内圧が低下すると凝縮器１５と凝縮水還流チューブとを連通させて排熱回収を実施させるものである。
このため、差圧弁１６が閉じる閉弁圧Ｐｃと、差圧弁１６が開く開弁圧Ｐｏとの開閉差圧が小さいと、差圧弁１６がハンチングを起こしてしまう。そこで、差圧弁１６には、閉弁圧Ｐｃと開弁圧Ｐｏの開閉差圧を意図的に大きくするためのヒステリシス手段が設けられている。

ヒステリシス手段は、図１（ｃ）に示すように、排熱回収装置７の内圧が閉弁圧Ｐｃに達すると弁体３２が弁開口３８を閉じ、排熱回収装置７の内圧が開弁圧Ｐｏに低下すると弁体３２が弁開口３８を開くものである。
閉弁圧Ｐｃの具体的な一例を示すと、閉弁圧Ｐｃは、冷却水の温度が暖機が完了する直前の温度（例えば７０℃）で、エンジン１の運転負荷が中負荷の時（ハーフスロットル）の排熱回収装置７の内圧に設定されている。
開弁圧Ｐｏの具体的な一例を示すと、開弁圧Ｐｏは、冷却水の温度が暖機が完了する直前の温度（例えば７０℃）で、エンジン１がアイドリング時（無負荷運転時）の排熱回収装置７の内圧に設定されている。

（実施例１の背景）
従来のヒステリシス手段は、金属薄板製のダイヤフラムＡ（符号、図９参照）を用いたものであり、ダイヤフラムＡが反転して切り替わるのを利用して、閉弁圧Ｐｃと開弁圧Ｐｏの開閉差圧を大きくするものであった。このため、従来の差圧弁１６は、長期に使用されると金属疲労によりダイヤフラムＡが破損する懸念があるとともに、溶接技術を用いてシールを行うことで製造コストが高くなる不具合がある。

（上記不具合を解決する技術）
そこで、上記の不具合を回避するために、この実施例の差圧弁１６は次の技術を採用している。
（１）弁体３２は、ハウジング３１内において内圧と大気圧を区画するものであり、弁体３２が内圧と大気圧の内外差圧を受ける。
具体的に、バルブシャフト４２およびピストン４３の図１（ａ）の左側の面が排熱回収装置７の内圧を受け、ピストン４３の図１（ａ）の右側の面が大気圧を受ける構造になっており、内圧と大気圧との内外差圧を弁体３２が直接受ける構造になっている。

（２）弁体３２とハウジング３１のクリアランスは、弁体３２とハウジング３１との間に配した環状のゴムリング（Ｏリング）４４によってシールされる。
具体的に、ピストン４３は、略円柱形状を呈しており、ピストン４３を移動可能に収容するハウジング３１の内径は、ピストン４３の外径より僅かに大径に設けられている。ピストン４３の外周には、ゴムリング４４を配置する環状溝が設けられており、その環状溝に配置したゴムリング４４がピストン４３とハウジング３１との間で径方向に圧縮されて配置される。
ゴムリング４４は、ピストン４３とハウジング３１との間において径方向に圧縮されて、ピストン４３とハウジング３１の間をシールするものであり、ハウジング３１の内周面と軸方向に摺動する。ここで、ハウジング３１においてゴムリング４４が摺接する面は、平滑面に設けられている。なお、ゴムリング４４は耐熱性、耐摺動性に優れた弾性変形可能なゴム材料よりなる。

（３）ヒステリシス手段は、弁体３２に設けられた径寸法変化部４５と、ハウジング３１に設けられて、径寸法変化部４５に径方向の加圧力（緊縛力）を与えるクリップスプリング４６（径方向加圧手段の一例）とを備え、弁体３２の軸方向の移動に伴うクリップスプリング４６の加圧力の変化により、開閉差圧（閉弁と開弁のヒステリシス）を作り出すものである。
具体的に、ピストン４３には、リターンスプリング３３の端部を収容する被圧迫筒４７が一体に設けられている。この被圧迫筒４７は、クリップスプリング４６によって径方向に加圧力が与えられるものであり、弁体３２が弁開口３８を開閉動作する際に、バネ収容筒３９の内部において軸方向に移動するものである。そして、被圧迫筒４７の外周面には、図示右側に向かって「小径部４５ａ→連続的に径寸法が増加するテーパ部４５ｂ→小径部４５ａより径寸法が大きい大径部４５ｃ」よりなる径寸法変化部４５が設けられている。

一方、ハウジング３１には、バネ収容筒３９の内径方向に自由端が弾性変形する板バネ製のクリップスプリング４６が取り付けられている。このクリップスプリング４６は、バネ収容筒３９の外部にネジ等の固定手段を用いて固定されたものであり、バネ収容筒３９の側面において対向形成された貫通窓３９ａを介してクリップスプリング４６の自由端（径寸法変化部４５に内径方向の加圧力を与える部分）が径寸法変化部４５に当接するようになっている。なお、クリップスプリング４６における径寸法変化部４５の当接部は、内径方向に向かって突出した凸部４６ａに設けられている。
さらに具体的に説明すると、弁体３２が弁開口３８を閉塞する状態では、図１（ｂ）の実線に示すようにクリップスプリング４６の凸部４６ａが小径部４５ａ（または、テーパ部４５ｂの小径側）に当接し、弁体３２が弁開口３８を開く状態では、図１（ｂ）の破線に示すようにクリップスプリング４６の凸部４６ａが大径部４５ｃに当接するようになっている。

（ヒステリシス手段の作動説明）
エンジン１の始動前は、蒸発器１３は加熱されておらず、排熱回収装置７内は低圧になっており、内外差圧による軸力およびリターンスプリング３３の付勢力によって、差圧弁１６は開弁状態になっている。この開弁状態では、クリップスプリング４６は径寸法変化部４５の大径部４５ｃにより押し広げられた状態となり、図２（ａ）の左図に示すように、クリップスプリング４６の凸部４６ａが強い加圧力で大径部４５ｃを保持する。
エンジン１が運転されて、蒸発器１３が加熱されて内圧が上昇するにつれて、弁体３２に係る閉弁方向の軸力が大きくなるが、内圧が閉弁圧Ｐｃに達するまではクリップスプリング４６の凸部４６ａが強い加圧力で大径部４５ｃを保持するため、開弁状態が保たれる。

蒸発器１３の加熱量が増して内圧が上昇し、弁体３２に加わる閉弁方向の軸力が、クリップスプリング４６による大径部４５ｃの保持力を上回る閉弁圧Ｐｃに達すると、弁体３２は閉弁方向へ移動を開始する。
弁体３２が閉弁方向へ移動を開始した後、凸部４６ａがテーパ部４５ｂにかかると、図２（ａ）の右図に示すように、凸部４６ａの加圧力がテーパ部４５ｂに作用して弁体３２に閉弁力を付与する。これにより、弁体３２が素早く閉弁方向へ移動する。
そして、弁体３２が弁開口３８に当接することで、弁体３２の移動が停止するとともに、弁開口３８が閉塞される。即ち、差圧弁１６が閉弁状態になる。

差圧弁１６が閉弁され、蒸発器１３における水の蒸発が低下して内圧が下降する。内圧の下降に伴って弁体３２に加わる開弁方向の軸力が大きくなるが、内圧が開弁圧Ｐｏに達するまでは、図２（ｂ）の左図に示すように、凸部４６ａがテーパ部４５ｂに作用して弁体３２の移動を阻止し、閉弁状態が保たれる。
そして、さらに内圧が下降し、弁体３２に係る開弁方向の軸力が、クリップスプリング４６によるテーパ部４５ｂの保持力を上回る開弁圧Ｐｏに達すると、図２（ｂ）の右図に示すように、テーパ部４５ｂがクリップスプリング４６を径方向に押し広げながら、弁体３２が開弁方向へ移動を開始する。即ち、差圧弁１６が開弁状態になる。

（実施例１の効果）
排熱回収装置７に搭載される差圧弁１６は、軸方向へ変位可能な弁体３２が内圧と大気圧とを直接に受ける。即ち、弁体３２自身が内外差圧を受ける。これにより、ダイヤフラムＡ（符号、図９参照）を用いなくても、内外差圧に応じた軸力が弁体３２に与えられる。
また、弁体３２とハウジング３１のクリアランスが、弁体３２とハウジング３１との間に配した環状のゴムリング４４によってシールされる。これにより、溶接技術を用いることなく、ゴムリング４４により内外の漏れを防ぐことができる。

さらに、差圧弁１６は、ヒステリシス手段として、径寸法変化部４５と、径寸法変化部４５に径方向の加圧力を与えるクリップスプリング４６とを備え、弁体３２の軸方向位置に対するクリップスプリング４６による弁体３２の保持力の変化により、閉弁圧Ｐｃと開弁圧Ｐｏの開閉差圧を意図的に作り出す。
即ち、実施例１の差圧弁１６は、溶接を用いることなく、ヒステリシスを意図的に作り出すことができ、差圧弁１６の製造コストを抑えることが可能になる。
また、差圧弁１６のコストを抑えることができるため、結果的に差圧弁１６を搭載した排熱回収装置７のコストを抑えることができる。
さらに、ダイヤフラムＡを用いないため、長期使用によりダイヤフラムＡが破損して漏れが生じる不具合がない。

実施例２を図５を参照して説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、リターンスプリング３３の内側の空間に、径寸法変化部４５とクリップスプリング４６を設けたものである。
具体的に、この実施例２の径寸法変化部４５は、ピストン４３の端部においてピストン４３と一体的に形成された突起部４８に設けられており、この突起部４８の外周面には実施例１における被圧迫筒４７と同様、図示右側に向かって「小径部４５ａ→連続的に径寸法が増加するテーパ部４５ｂ→小径部４５ａより径寸法が大きい大径部４５ｃ」からなる径寸法変化部４５が設けられている。

一方、この実施例２の径方向加圧手段は、バネ座４０にネジ４０ｂ等で固定された金属製の板バネよりなるクリップスプリング４６であり、閉弁状態では、図５（ｂ）の実線に示すように、クリップスプリング４６の自由端がテーパ部４５ｂの小径側を両側から挟み付け、開弁状態では、図５（ｂ）の破線に示すように、クリップスプリング４６の自由端が大径部４５ｃを両側から挟み付けるように設けられている。

この実施例２の構成を採用することで、実施例１と同様、径寸法変化部４５とクリップスプリング４６によってヒステリシスが作り出され、実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例２では、径寸法変化部４５とともにクリップスプリング４６がハウジング３１の内部に収容されるため、外力によってクリップスプリング４６が変形する不具合が生じない。さらに、外部から付着する不純物（油汚れ等）による径寸法変化部４５とクリップスプリング４６の固着が防がれるとともに、クリップスプリング４６の腐食が防がれる。

実施例３を図６を参照して説明する。
この実施例３は、実施例１で示した被圧迫筒４７を軸方向の途中で切断した形状を呈する。即ち、実施例３の被圧迫筒４７は、実施例１に開示した小径部４５ａのみで構成され、実施例１において設けられていたテーパ部４５ｂおよび大径部４５ｃは設けられていないものである。
そして、この実施例３の径寸法変化部４５は、小径部４５ａと、被圧迫筒４７の端部との切り替わりで構成される。

一方、実施例３の径方向加圧手段は、ハウジング３１に支持されて小径部４５ａを圧迫可能なゴム部材４９よりなる。この実施例３におけるゴム部材４９はＯリングであり、バネ収容筒３９の内周面に形成されたリング溝内に組付けられている。
具体的に、閉弁状態では、図６（ｂ）の実線に示すように、ゴム部材４９が被圧迫筒４７を外周側から圧迫し、開弁状態では、図６（ｂ）の破線に示すように、ゴム部材４９が被圧迫筒４７から軸方向に外れて開放されるものである。

このように設けられることにより、開弁状態から閉弁状態に切り替わる際に、被圧迫筒４７の端部がゴム部材４９の内側に入り込むための閉弁軸力が必要になるとともに、閉弁状態から開弁状態に切り替わる際に、被圧迫筒４７のゴム部材４９の圧迫力に抗して被圧迫筒４７が開弁方向に移動するための開弁軸力が必要になることで、ヒステリシスが得られる。
これによって、実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例３では、実施例２と同様に、径方向加圧手段に相当するゴム部材４９が径寸法変化部４５とともにハウジング３１の内部に収容されるため、外部から付着する不純物（油汚れ等）による径寸法変化部４５とゴム部材４９の固着が防がれる。

実施例４を図７を参照して説明する。
この実施例４は、径方向加圧手段を弁体３２に設け、径寸法変化部４５をハウジング３１に設けるものである。
具体的に、ハウジング３１の内周面に径寸法変化部４５に相当する段差部を設け、その段差部の内側のピストン４３に、径方向加圧手段として機能するゴム部材４９（Ｏリング）を設けたものである。
閉弁状態では、図７（ｂ）の実線に示すように、ゴム部材４９が段差部の大径側に位置して弁体３２に対する圧迫を弱め、開弁状態では、図７（ｂ）の破線に示すように、ゴム部材４９が段差部の小径側に位置して弁体３２に対する圧迫を強める。
また、段差部には小径側から大径側に径寸法が連続的に拡大するテーパ部４５ｂが設けられており、閉弁状態から開弁状態に切り替わる際に、ゴム部材４９がテーパ部４５ｂによる縮径によって大きな摺動抵抗を受けるようになっている。

このように設けられることにより、開弁状態から閉弁状態に切り替わる際に、ゴム部材４９の圧迫力に抗してピストン４３が閉弁方向に移動するための閉弁軸力が必要になるとともに、閉弁状態から開弁状態に切り替わる際に、ピストン４３に設けられたゴム部材４９が段差部の小径側に入り込むための開弁軸力が必要になることで、ヒステリシスが得られる。
これによって、実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例４では、シール用のゴムリング４４の他に、径方向加圧手段として作用するゴム部材４９もシール部材として働くため、弁体３２とハウジング３１の間のシール箇所が２カ所に増えることになり、差圧弁１６のシール性を向上させることができる。

実施例５を図８を参照して説明する。
この実施例５は、実施例１の差圧弁１６の構造に対して、さらにシール構造を追加したものである。具体的に、ピストン４３の外周に平板円盤形状のフランジ５０を設け、ハウジング３１がフランジ５０を軸方向へ移動可能な状態で挟み、フランジ５０の軸方向の両側に、フランジ５０とハウジング３１との間で挟まれるＯリング５１、５２を配置した構造を採用するものである。

ピストン４３は、２つのＯリング５１、５２の圧縮範囲内において軸方向へ変位可能であり、この変位範囲内において弁体３２が弁開口３８の開閉を実行可能に設けられている。
なお、ハウジング３１は、２つのＯリング５１、５２を介してフランジ５０を軸方向から挟み付けるために、軸方向に２つに分割されており、ネジ等の図示しない軸方向の締結手段により、分割されたハウジング３１が一体化されている。
このように、摺動するゴムリング４４に加え、フランジ５０を挟み付けるＯリング５１、５２が追加されることで、差圧弁１６のシール性が向上する。

〔変形例〕
上記の実施例では、ループ式のヒートパイプの作動切換を行う差圧弁１６に本発明を適用する例を示したが、ヒートパイプ以外に用いられる差圧弁１６に本発明を広く適用可能なものである。
上記の実施例では、内圧が上昇すると閉弁し、逆に内圧が低下すると開弁する差圧弁１６に本発明を適用したが、内圧が上昇すると開弁し、逆に内圧が低下すると閉弁する差圧弁１６に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では外圧を大気圧とする例を示したが、外圧として所定の圧力を与えても良い。

差圧弁の断面図、差圧弁の要部拡大図、内圧の変化に対する開閉動作を示すグラフである（実施例１）。 差圧弁の作動説明図である（実施例１）。 排熱回収装置にかかる車両構成図である（実施例１）。 排熱回収装置の概略図である（実施例１）。 差圧弁の断面図および要部拡大図である（実施例２）。 差圧弁の断面図および要部拡大図である（実施例３）。 差圧弁の断面図および要部拡大図である（実施例４）。 差圧弁の断面図である（実施例５）。 差圧弁の断面図である（参考例）。

１ エンジン
７ 排熱回収装置（ヒートパイプ）
１３ 蒸発器
１５ 凝縮器
１６ 差圧弁
３１ ハウジング
３２ 弁体
３８ 弁開口
４４ ゴムリング
４５ 径寸法変化部
４６ クリップスプリング（径方向加圧手段）
４９ ゴム部材（径方向加圧手段）
Ｐｃ 閉弁圧
Ｐｏ 開弁圧

Claims (3)

1. 流体が通過可能な弁開口（３８）を備えたハウジング（３１）と、
   このハウジング（３１）内において軸方向に変位可能に支持されるとともに、内圧と外圧の内外差圧に応じた変位力が与えられ、内外圧差に応じて前記弁開口（３８）の開閉を行う弁体（３２）と、
   この弁体（３２）が前記弁開口（３８）を開く開弁圧（Ｐｏ）と前記弁体（３２）が前記弁開口（３８）を閉じる閉弁圧（Ｐｃ）との開閉差圧を作り出すヒステリシス手段と、
   を具備する差圧弁において、
   （ａ）前記弁体（３２）は、前記ハウジング（３１）内において内圧と外圧を区画して、内圧と外圧の内外差圧を受けるものであり、
   （ｂ）前記弁体（３２）と前記ハウジング（３１）のクリアランスは、前記弁体（３２）と前記ハウジング（３１）との間に配した環状のゴムリング（４４）によってシールされるものであり、
   （ｃ）前記ヒステリシス手段は、前記弁体（３２）または前記ハウジング（３１）の一方に設けられ、軸方向に向かって径寸法が変化する径寸法変化部（４５）と、前記弁体（３２）または前記ハウジング（３１）の他方に設けられ、前記径寸法変化部（４５）に径方向の加圧力を与える径方向加圧手段（４６、４９）とを備え、
   前記弁体（３２）の変位に対する前記径方向加圧手段（４６、４９）の加圧力の変化により、開閉差圧を作り出すことを特徴とする差圧弁。
2. 請求項１に記載の差圧弁において、
   この差圧弁は、熱媒体を加熱して蒸発させる蒸発器（１３）、および熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器（１５）を備えるループ式のヒートパイプに用いられ、
   このヒートパイプの内圧が、外圧に相当する大気圧に対して所定の閉弁圧（Ｐｃ）より上昇すると、前記凝縮器（１５）で凝縮された熱媒体を前記蒸発器（１３）に戻す通路を閉塞し、
   前記ヒートパイプの内圧が、外圧に相当する大気圧に対して前記閉弁圧（Ｐｃ）より低く設定された所定の開弁圧（Ｐｏ）より下降すると、前記凝縮器（１５）で凝縮された熱媒体を前記蒸発器（１３）に戻す通路を開くことを特徴とする差圧弁。
3. 請求項２に記載の差圧弁において、
   前記ヒートパイプは、自動車の排熱回収を行う排熱回収装置（７）に適用されるものであり、
   前記蒸発器（１３）は、燃料の燃焼により出力を発生するエンジンの排気ガスの熱によって熱媒体を加熱蒸発させ、
   前記凝縮器（１５）は、前記エンジンの冷却水と熱交換して熱媒体を冷却凝縮することを特徴とする差圧弁。

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