以上説明したように、燃料電池発電システムは種々の機能を持つ多くの機器や部品によって構成されており、その中には高温にさらされる機器もある。これらの機器間を様々な性状、温度及び圧力の液体又はガス体が連続して流動するために、大小の配管が縦横に複雑に設けられている。更に、燃料電池システムを常に正常に運転するためのセンサー類や制御機器も設けられ、これらに必要な配線類等が数多く張りめぐらされている。特に、車載用等を目的として輸送可能に一体化して組み立てられた燃料電池発電システムでは、装置の小型化が強く要求されるため、狭隘なスペースの中に数多くの機器、部品、配管などを高密度に配置する努力がなされている。
しかしながら、先に述べた各構成機器、センサー類及び各制御機器などを狭い空間に配置して、更に、これらの間を配管によって連結することは装置の小型化を困難にしている。
また、狭隘なスペースでの配管作業は作業効率が悪く、手間がかかり、多くの時間を要することになり、また、狭いスペースでの無理な配管は継ぎ目などから水素等の流体が漏れ出す可能性が高い等、多くの問題があった。
従って、本発明は上記のような事情に鑑み、複雑な配管や一部の部品及び配線などをプレート内に内蔵せしめて、組み立てを容易にし、安全でしかも装置の小型化を可能にした、燃料電池発電システムの装置等のロジックプレートを提供することを課題とする。
上記課題を解決する第1発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、前記溝の表面に防蝕層を形成したことを特徴とする。
また、第2発明のロジックプレートは、第1発明のロジックプレートにおいて、前記プレートの接合面にも防蝕層を形成したことを特徴とする。
また、第3発明のロジックプレートは、第1又は第2発明のロジックプレートにおいて、
前記防蝕層はフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニングを施すことにより形成したものであることを特徴とする。
また、第4発明のロジックプレートは、第1又は第2発明のロジックプレートにおいて、
前記防蝕層は酸化アルミニウム皮膜処理を施すことにより形成したものであることを特徴とする。
また、第5発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、前記溝の周囲を囲む溶接線の位置で前記プレートを溶接し、この溶接線部において前記溝を流動する流体をシールするようにしたことを特徴とする。
また、第6発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、複数組備え、これら複数組のロジックプレートの背面同士を合わせた状態で同複数組のロジックプレートを一体的に固定することにより立体モジュールとしたことを特徴とする。
また、第7発明のロジックプレートは、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に断熱材を介設することにより断熱立体モジュールとしたことを特徴とする。
また、第8発明のロジックプレートは、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に離隔材を介設することにより断熱立体モジュールとしたことを特徴とする。
また、第9発明のロジックプレートは、第8発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面と前記離隔材との間に断熱材を介設したことを特徴とする。
また、第10発明のロジックプレートは、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に装置の構成機器又は部品を介設したことを特徴とする。
また、第11発明のロジックプレートは、第10発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面と、前記背面間に介設した構成機器又は部品との間に断熱材を介設したことを特徴とする。
また、第12発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、複数組備え、これら複数組のロジックプレートを断熱間隔を保って同一架台上に配設したことを特徴とする。
また、第13発明のロジックプレートは、第12発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートと前記架台との間に断熱材を介設したことを特徴とする。
また、第14発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、高温機器又は部品を配設した高温ゾーンと、低温機器又は部品を配設した低温ゾーンとの間に熱遮断溝を設けたことを特徴とする。
また、第15発明のロジックプレートは、第14発明のロジックプレートにおいて、前記熱遮断溝に断熱材を充填したことを特徴とする。
また、第16発明のロジックプレートは、第14発明のロジックプレートにおいて、前記熱遮断溝に冷媒を流すようにしたことを特徴とする。
また、第17発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、装置を構成する機器、部品、制御機器又は電気配線などを前記プレートの何れか、又は、全部に内蔵したことを特徴とする。
また、第18発明のロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを1組又は複数組備え、前記溝の一部又は全部に耐蝕性配管を収めて、この耐蝕性配管に腐食性流体を流すように構成したことを特徴とする。
また、第19発明のロジックプレートは、第18発明のロジックプレートにおいて、前記耐蝕性配管の材料として可撓性を有するものを用いたことを特徴とする。
また、第20発明のロジックプレートは、第18又は第19発明のロジックプレートにおいて、前記耐蝕性配管の端部は、内周面に円錐面を形成した貫通孔を有する第1接合部材と、外周面に円錐面を形成した第2接合部材とを用い、前記第1接合部材の円錐面で前記端部の外径側を支持し、前記第2接合部材の円錐面で前記端部の内径側を支持するようにして接合したことを特徴とする。
また、第21発明のロジックプレートは、第20発明のロジックプレートにおいて、前記第1接合部材はプレートと一体に形成したことを特徴とする。
また、第22発明のロジックプレートは、第20発明のロジックプレートにおいて、前記第2接合部材は機器又は部品と一体に形成したことを特徴とする。
また、第23発明のロジックプレートは、第20発明のロジックプレートにおいて、前記第1接合部材はプレートと一体に形成し、且つ、前記第2接合部材は機器又は部品と一体に形成したことを特徴とする。
また、第24発明のロジックプレートは、第20又は第22発明のロジックプレートにおいて、前記第1接合部材は複数に分割したことを特徴とする。
また、第25発明のロジックプレートは、3枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備えことを特徴とする。
また、第26発明のロジックプレートは、第25発明のロジックプレートにおいて、各プレート接合面に形成した複数段の溝を、高温ゾーンと低温ゾーンとに分けたことを特徴とする。
また、第27発明の燃料電池発電システムに用いられるロジックプレートは、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に燃料電池発電システムの構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備えて構成したことを特徴とする。
第1発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、前記溝の表面に防蝕層を形成したため、従来の配管に相当する流路がロジックプレート内にあり、燃料電池発電システム等の装置全体を容易にモジュール化でき、しかも小型化できる。また、各構成機器や部品を予め決められた所定位置に組み付けるのみであり、狭いスペースでの複雑な配管作業がないため、組立作業が容易で作業の効率アップになる。更に、継ぎ目が少なく流体が漏れる危険性も少なくなる。そして、溝を流れる流体による腐食を防蝕層により防止して、ロジックプレートの長寿命化を図ることができる。
また、第2発明のロジックプレートによれば、第1発明のロジックプレートにおいて、前記プレートの接合面にも防蝕層を形成したことにより、プレートを接合する接着剤中の成分による腐食を防蝕層により防止して、ロジックプレートの長寿命化を図ることができる。
また、第3又は第4発明のロジックプレートにおいても、第1又は第2発明のロジックプレートにおいて、防蝕層をフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニングを施すことにより形成し、又は、酸化アルミニウム皮膜処理を施すことにより形成したため、溝を流れる流体や接着剤中の成分による腐食を防蝕層により防止して、ロジックプレートの長寿命化を図ることができる。
また、第5発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、前記溝の周囲を囲む溶接線の位置で前記プレートを溶接し、この溶接線部において前記溝を流動する流体をシールするようにしたため、流体のシールを確実に行うことができる。
また、第6発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、複数組備え、これら複数組のロジックプレートの背面同士を合わせた状態で同複数組のロジックプレートを一体的に固定することにより立体モジュールとしたため、更に装置の小型化が可能となり、流体の流路や制御系を短くすることができ、応答が速く制御が容易になる。
また、第7発明のロジックプレートによれば、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に断熱材を介設することにより断熱立体モジュールとしたため、何れかのロジックプレートに配設した高温機器に接近して、制御機器等の低温機器を他のロジックプレートに配設することが可能となる。
また、第8発明のロジックプレートによれば、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に離隔材を介設することにより断熱立体モジュールとしたことによって、高温機器を配設した高温側のロジックプレートと、低温機器を配設した低温側のロジックプレートとを離隔材によって分離できるため、相互に熱影響を避けることができる。
また、第9発明のロジックプレートによれば、第8発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面と前記離隔材との間に断熱材を介設したため、更に断熱効果が向上する。
また、第10発明のロジックプレートによれば、第6発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面間に装置の構成機器又は部品を介設したことにより、ロジックプレート間が有効利用されて、更に装置を小型化することができる。また、構成機器又は部品によってロジックプレート間を離隔するため、断熱効果も期待できる。
また、第11発明のロジックプレートによれば、第10発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートの背面と、前記背面間に介設した構成機器又は部品との間に断熱材を介設したため、断熱効果が顕著となる。
また、第12発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、複数組備え、これら複数組のロジックプレートを断熱間隔を保って同一架台上に配設したため、これらのロジックプレートは相互に熱影響を無視(防止)することができる。
また、第13発明のロジックプレートによれば、第12発明のロジックプレートにおいて、前記複数組のロジックプレートと前記架台との間に断熱材を介設したため、更に断熱効果が向上する。
また、第14発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、高温機器又は部品を配設した高温ゾーンと、低温機器又は部品を配設した低温ゾーンとの間に熱遮断溝を設けたため、高温ゾーンからの熱を遮断して低温ゾーンに熱の影響を及ぼさないようにすることができる。
また、第15発明のロジックプレートによれば、第14発明のロジックプレートにおいて、前記熱遮断溝に断熱材を充填したため、高温ゾーンと低温ゾーンとの間の熱遮断効果が更に大きくなる。
また、第16発明のロジックプレートによれば、第14発明のロジックプレートにおいて、前記熱遮断溝に冷媒を流すようにしたため、高温ゾーンと低温ゾーンとの間の熱遮断効果を更に大きくすることができる。
また、第17発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備え、装置を構成する機器、部品、制御機器又は電気配線などを前記プレートの何れか、又は、全部に内蔵したため、燃料電池発電システム等の装置全体を更に小型化することなどが可能となる。
また、第18発明のロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを1組又は複数組備え、前記溝の一部又は全部に耐蝕性配管を収めて、この耐蝕性配管に腐食性流体を流すように構成したことにより、溝(流路)が多数で複雑であっても、高度な加工技術を要することなく容易に腐食性流体に対する耐蝕性を確保することができる。また、腐食性流体の性状に合わせた材質の耐蝕性配管を選定して使用することができるため、耐蝕性能の信頼性が向上する。また、腐食性流体の流路に限定して耐蝕処理(耐蝕性配管による流路形成)を行えばよいため、加工工数の削減となり、安価にロジックプレートを提供できる。更には、経年変化によって耐蝕性能が低下した場合、ロジックプレートの交換ではなく、ロジックプレート内に収めてある耐蝕性配管のみを交換することで耐蝕性能を復元できるので維持費を低減することができる。
また、第19発明のロジックプレートによれば、第18発明のロジックプレートにおいて、前記耐蝕性配管の材料として可撓性を有するものを用いたことにより、ロジックプレートを一体化した後に耐蝕性配管を溝に挿入したり、耐蝕性配管の交換をすることもできるため、作業性の向上などを図ることができる。
また、第20発明のロジックプレートによれば、第18又は第19発明のロジックプレートにおいて、前記耐蝕性配管の端部は、内周面に円錐面を形成した貫通孔を有する第1接合部材と、外周面に円錐面を形成した第2接合部材とを用い、前記第1接合部材の円錐面で前記端部の外径側を支持し、前記第2接合部材の円錐面で前記端部の内径側を支持するようにして接合したことにより、容易に耐蝕性配管の接合作業を行うことができ、且つ、確実に流体の漏れを防止することができる。
また、第21、第22又は第23発明のロジックプレートによれば、第20発明のロジックプレートにおいて、前記第1接合部材はプレートと一体に形成したことにより、或いは、前記第2接合部材は機器又は部品と一体に形成したことにより、或いは、前記第1接合部材はプレートと一体に形成し、且つ、前記第2接合部材は機器又は部品と一体に形成したことにより、部品点数が低減し、接合作業も容易となる。
また、第24発明のロジックプレートによれば、第20又は第22発明のロジックプレートにおいて、前記第1接合部材は複数に分割したため、特に、剛性の高い材質の耐蝕性配管を用いた場合や配管経路が複雑な場合には、接合作業効率を向上させることができる。
また、第25発明のロジックプレートによれば、3枚以上のプレートを接合してなるロジックプレートであって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に装置の構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備えことにより、多数の機器や部品に対応して多数の溝を設ける場合にも、溝の配置をシンプルにして、機器や部品をコンパクトに配置することができる。
また、第26発明のロジックプレートによれば、第25発明のロジックプレートにおいて、各プレート接合面に形成した複数段の溝を、高温ゾーンと低温ゾーンとに分けたことにより、お互いの熱影響をなくすようにすることができる。
また、第27発明の燃料電池発電システムに用いられるロジックプレートによれば、2枚以上のプレートを接合してなるロジックプレート(燃料電池発電システムに用いられるロジックプレート)であって、このロジックプレートの何れか一方又は両方の表面に燃料電池発電システムの構成機器又は部品を配設するとともに、前記プレートの接合面に流体の流路となる溝を形成し、この溝によって前記機器又は部品をつなぐように構成したロジックプレートを、1組又は複数組備えて構成したことにより、燃料電池発電システムの小型化などを図ることができる。
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
<構成>
図1には本発明の実施の形態に係るロジックプレートの構成を示す。この図1に基づき、本発明の実施の形態に係るロジックプレートの構成について、燃料電池発電システムを例に挙げて、その詳細を説明する。
図1に示すように、ロジックプレート1は、プレート2とプレート3とを適当な接着剤4で接合してなるものであり、プレート3の表面(図1中上面)3aに配設された燃料電池発電システムの構成機器5を含む各構成機器や部品(図1では一点鎖線で示している)をプレート2,3とともに一体的に植え込みボルト6及びナット7等で固定して構成される。
そして、プレート2のプレート3との接合面(図1中上面)2aには、対応する流体の速度に適した所定の断面積を有し、且つ、プレート3の表面3aに配置した機器5などの各構成機器や部品の配管口の位置に対応した適当な長さと方向に溝8が形成されている。この溝8は燃料電池発電システムに必要な液体やガスが流動する配管の機能を担うものである。従って、溝8の断面積は流動する流体の性状、流速及び圧力損失等から決定され、その長さや方向はプレート3上に配置される機器5を含む各構成機器や部品の配置によって決まる。
なお、図1においてはプレート2側に溝8を設けたが、この溝8はプレート3側に設けてもよい。即ち、プレート3のプレート2との接合面(図1中下面)3aに溝8を設けてもよい。また、具体例については後述するが(図3参照)、燃料電池発電システムの各構成機器や部品は、プレート3の表面3aに限らず、プレート2の表面(図1中下面)2bに配設してもよい。即ち、各構成機器や部品はプレート2の表面2bとプレート3の表面3aの何れか一方に配設してもよく、両方に配設してもよい。
プレート2,3の材質は特に問わないが、移動用として重量の低減を目的とし、且つ、溝8の加工の容易さ等からアルミニウム板及びアルミニウム合金板が最も有効であるが、耐熱性や溝8の成形の容易さから鋳造品等も有効である。また、合成樹脂等をプレート2,3の材料として用いることで更なる軽量化を図ることもできる。
本実施の形態例ではプレート3上に機器5などの各構成機器や部品を取り付け、プレート2とプレート3を締め付けて溝8を流れる流体の漏れを防ぐために植え込みボルト6を設けているが、これに限定するものではなく、プレート3上への各構成機器や部品の固定やプレート2とプレート3の固定は、プレート2,3を貫通する貫通ボルトやその他の固定手段によって行うことも可能である。
プレート3は適当な大きさの厚みをもった平板であり、所定の位置に植え込みボルト6等を挿通するためのボルト穴9が板厚方向に貫通している。機器5などの各構成機器や部品には、植え込みボルト6を挿通するための貫通孔37が形成されている。また、プレート3には、その表面3aに取り付けられる機器5などの各構成機器や部品とプレート2の溝8とを連通して流体が流動するための連通孔10も配設されている。
かかるロジックプレート1の組み立ては、まず、プレート2とプレート3とを接着剤4を介して接着する。接着剤4としては通常市販の熱硬化型接着剤を使用するが、燃料電池に用いる燃料の種類やプレート2,3の材質などによっては、溶着やロウ付け又は溶接などの接合手段によってプレート2,3を接合する方法も有効である。
次いで、植え込みボルト6をプレート3のボルト穴9に挿通してプレート2に植え込み、この植え込みボルト6を機器5の貫通孔37に挿通した後、植え込みボルト6の端部にナット7を螺合することにより、機器5をロジックプレート1に締結する。他の構成機器や部品についても、同様の作業を順次実施して、組み立てを完了する。
図2はロジックプレートの構成を断面構造から一般的に説明したものである。なお、図2(b)は図2(a)のE−E線矢視断面図である。図2に示すロジックプレート1は、例えばA機器11及びB機器12と、プレート2及びプレート3とを、植え込みボルト6にナット7を締め付けることにより、一体的に固定して組み立てられている。
そして、A機器11とB機器12の間は、プレート2に形成された溝8とプレート3に加工された連通孔10とによって流体が流動可能になっている。即ち、A機器11とB機器12は溝8によってつながっている。プレート2とプレート3は接着剤4によって密着しているため、溝8を流れる流体はシールされている。また、各機器11,12とプレート3との間はOリング13等によってシールされている。
図3にはロジックプレートの両表面に機器を配置した例を示す。図3に示すロジックプレート1では、プレート3の表面3aに機器15,16を配設し、且つ、プレート2の表面2bにも機器106,107を配設している。プレート2の接合面2aには液体の流路となる溝8A,8B,8Cが形成され、また、プレート2及びプレート3にはこれらの溝8A,8B,8Cと機器105,106,107,108とを連通するための連通孔10が形成されている。即ち、プレート3側の機器105とプレート2側の機器107とを溝8Aによってつなぎ、プレート2側の機器107,108を溝8Bによってつなぎ、プレート3側の機器106とプレート2側の機器108とを溝8Cによってつないでいる。
なお、図示は省略するが、プレート3の表面3aには機器や部品を設けず、プレート2の表面2bにのみ機器や部品を配設することもできる。
図4には表面処理を施して防蝕層を形成したロジックプレートの例を示す。なお、図4(b)は図4(a)のF−F線矢視断面図である。図4に示すロジックプレート1では、プレート2とプレート3の接合面(接着面)2a,3b、流体の流路となる溝8及び連通孔10の表面にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニング、或いは、酸化アルミニウム皮膜処理などを施すことにより、防蝕層29を形成している。このように防蝕層29を形成することによって、溝8や連通孔10を流動する流体や、接着剤4中の成分による腐食を防止することができ、ロジックプレート1の長寿命化を図ることができる。
図5及び図6にはプレート2とプレート3とを溶接した例を示す。なお、図6は図5のA−A線矢視断面図である。図5に実線で示すように、プレート2に形成された溝8に沿って、溝8から適当な間隔を保った状態で溝8の周囲を囲む溶接線30を、電磁力制御のハイブリッド溶接法等により、順次、プレート2とプレート3とを強圧把持した状態で溶接する。この結果、図6に示すように溶接線30の位置でプレート2とプレート3とが溶接され、この溶接線30の部分において、溝8を流動する流体を確実にシールすることができる。
図7には上記ロジックプレートの応用例として立体モジュールの例を示す。図7に示す立体モジュール15は、2組のロジックプレート1A,1Bの背面を合わせた状態、即ち、一方のロジックプレート1Aにおけるプレート2の表面2bと、他方のロジックプレート1Bにおけるプレート2の表面2bとを合わせた状態で、これら2組のロジックプレート1A,1B(プレート2,3全体)を貫通する貫通孔101に貫通ボルト14を挿通し、且つ、この貫通ボルト14の両端部にナット102を螺合して、2組のロジックプレート1A,1Bを一体的に固定することにより立体化したものである。
図7では図中上側のロジックプレート1Aに設けた各機器11,12の背面に位置するように、その補助部品又は補助機器26a,26b等を図中下側のロジックプレート1Bに配設して立体化しており、このことによって大幅に小型化が可能である。
なお、ロジックプレート1において、プレート3の表面3aには機器や部品を配置せず、プレート2の表面2bに機器や部品を配置した場合には、勿論、プレート3の表面3aがロジックプレート1の背面となり、この面が他のロジックプレート1との結合面となる。
また、図7では2組のロジックプレート1A,1Bを一体化しているが、勿論これに限定するものではなく、3組、4組など任意の複数組のロジックプレートの背面同士を合わせた状態で同複数組のロジックプレートを一体化(立体化)してもよい。
例えば、図8に示す立体モジュール15Aの例では、機器109,110,111,112を配設した比較的大きなロジックプレート1Aを図中上側に配置し、機器113,114と機器115,116と機器117,118とをそれぞれ配設した比較的小さなロジックプレート1B,1C,1Dを図中下側に配置して、これら4組のロジックプレート1A,1B,1C,1Dの背面2b同士を合わせた状態で同4組のロジックプレート1A,1B,1C,1Dを一体的に固定することにより立体化している。
また、図9に示す立体モジュール15Bの例では、機器119,120と機器121,122と機器123,124とをそれぞれ配設した大小のロジックプレート1A,1B,1Cを図中上側に配置し、機器125,126と機器127,128,129とをそれぞれ配設した大小のロジックプレート1D,1Eを図中下側に配置して、これら5組のロジックプレート1A,1B,1C,1D,1Eの背面2b同士を合わせた状態で同5組のロジックプレート1A,1B,1C,1D,1Eを一体的に固定することにより立体化している。
図10には上記ロジックプレートの応用例として断熱立体モジュールの例を示す。図10に示す断熱立体モジュール18Aは、2組のロジックプレート1A,1Bの背面(各ロジックプレート1A,1Bにおけるプレート2の表面)2b同士を合せ、且つ、これらの背面2b間に適当な断熱材16a等を介設した状態で、これら2組のロジックプレート1A,1B(プレート2,3全体)を貫通する貫通孔103に貫通ボルト17を挿通し、且つ、この貫通ボルト17の両端部に断熱材16bを介してナット104を螺合することにより、2組のロジックプレート1A,1Bを一体的に固定して立体化したものである。
この断熱立体モジュール18Aでは、断熱材16a,16bを介して2組のロジックプレート1A,1Bを結合することにより、断熱層を有することから、図中上側のロジックプレート1Aに配設した高温機器27a,27bの熱が図中下側のロジックプレート1Bに伝わるのを遮断することができるため、ロジックプレート1Aに配設した高温機器27a27bに近接して他の低温機器28a,28bをロジックプレート1Bに配設することができる。
なお、この場合にも、2組のロジックプレート1A,1Bに限定するものではなく、任意の複数組のロジックプレートを一体化することができる。例えば、図示は省略するが、図8に示すロジックプレート1Aとロジックプレート1B,1C,1Dとの背面2b間に断熱材を介設したり、図9に示すロジックプレート1A,1B,1Cとロジックプレート1D,1Eとの背面2b間に断熱材を介設してもよい。
図11には上記ロジックプレート1の応用例として他の断熱立体モジュールの例を示す。図11に示す断熱立体モジュール18Bは、2組のロジックプレート1の背面(各ロジックプレート1A,1Bにおけるプレート2の表面)2b同士を合わせ、且つ、これらの背面2b間に適当な長さの離隔材31を介設して、2組のロジックプレート1A,1Bを前記離隔材31により一体的に連結固定して立体化したものである。また、離隔材31とロジックプレート1A,1Bとの間には断熱材130を介設している。
この断熱立体モジュール18Bでは、離隔材31によって2組のロジックプレート1A,1Bの間に適当な間隔を保持することにより、高温部(高温機器27a,27b)と低温部(低温機器28a,28b)とを熱的に遮断すると同時に装置を立体化して小型化することができる。また、ロジックプレート1A,1Bと離隔材31との間に断熱材130を介設することによって、更に断熱効果を上げることができる。
つまり、離隔材31を介設するだけでも十分な断熱効果が得られれば、必ずしも断熱材130を設ける必要はないが、離隔材31を介して伝わる熱も遮断する必要がある場合には、離隔材31とロジックプレート1A,1Bとの間に断熱材130を介設する。なお、離隔材31とロジックプレート1Aの間又は離隔材31とロジックプレート1Bの間の何れか一方にのみ断熱材130を設けるようにしてもよい。
この場合にも、2組のロジックプレート1A,1Bに限定するものではなく、任意の複数組のロジックプレートを一体化することができる。例えば、図12に示す断熱立体モジュール18Bの例では、高温機器131a,131b,132a,132bを配設した比較的大きなロジックプレート1Aを図中上側に配置し、低温機器133a,133bと低温機器134a,134bとをそれぞれ配設した比較的小さなロジックプレート1B,1Cを図中下側に配置して、これら3組のロジックプレート1A,1B,1Cの背面2b同士を合せ、且つ、これらの背面2b間に離隔材31を介設して、3組のロジックプレート1A,1B,1Cを前記離隔材31により一体的に連結固定して立体化している。
図13には離隔材に代えて機器をロジックプレート間に介設した例を示す。図13に示す立体モジュール18Cでは、図11に示す立体モジュール18Bにおいて、離隔材31の代わりに機器139,140をロジックプレート1A,1Bの背面2b間に介設している。なお、図示は省略するが、これらの機器139,140も、ロジックプレート1A又はロジックプレート1Bに設けた溝によってつなぐようにしてもよい。
この場合にも、離隔材31を介設した場合と同様、機器139,140によってロジックプレート1A,1B間を離隔するため、断熱効果が期待できる。特に、図示のように機器139,140とロジックプレート1A,1Bとの間に断熱材130を介設することによって顕著な断熱効果が得られる。しかも、この場合にはロジックプレート1A,1B間にも機器139,140を配置することにより、ロジックプレート1A,1B間を有効利用しているため、更に装置を小型化することができる。
また、この場合にも、勿論、2組のロジックプレート1A,1Bに限定するものではなく、任意の複数組のロジックプレートを一体化することができる。例えば、図12に示す断熱立体モジュール18Bにおいて、離隔材31の代わりに構成機器や部品を介設してもよい。
図14には上記ロジックプレートの応用例として同一架台上に複数組のロジックプレートを配設した例を示す。図14では、高温機器27a,27bを配設したロジックプレート1Aと、低温機器28a,28bを配設したロジックプレート1Bとを同じ架台32上に適当な断熱間隔Lを保って配設している。架台32へのロジックプレート1A,1Bの固定は、図示せざるボルトや溶接など適宜の固定手段によって行う。また、ロジックプレート1A,1Bと架台32との間には断熱材145を介設している。
このように断熱間隔Lを保って2組のロジックプレート1A,1Bを配設することにより、これらのロジックプレート1は相互に熱影響を無視(防止)することができる。また、ロジックプレート1A,1Bと架台32との間に断熱材145を介設することにより、更に断熱効果を高めることができる。
この場合にも、勿論、2組のロジックプレート1A,1Bに限定するものではなく、任意の複数組のロジックプレートを同一の架台上に配設することができる。例えば、図15に示す例では、4組のロジックプレート1A,1B,1C,1D、即ち、高温機器141a,141bを配設したロジックプレート1Aと、低温機器142a,142bを配設したロジックプレート1Bと、高温機器143a,143bを配設したロジックプレート1Cと、低温機器144a,144bを配設したロジックプレート1Dとを同一架台32上に断熱間隔Lを保って配置している。
図16及び図17には同一のロジックプレートに高温機器と低温機器とを配設した例を示す。なお、図17は図16のB−B線矢視断面図である。図16及び図17に示すロジックプレート1では、同一のロジックプレート1において、高温機器33a,33b,33c等の各高温機器や部品を配設した高温ゾーンと、低温機器34a,34b等の各低温機器や部品を配設した低温ゾーンとの間に熱遮断溝35を設けている。熱遮断溝35はプレート2に形成されており、また、この熱遮断溝35の両端部に通じる連通孔36がプレート3に形成されている。
このロジックプレート1によれば、熱遮断溝35が空気による断熱層を形成し、高温ゾーンから低温ゾーンへの熱伝導の大きな抵抗となる。従って、同一のロジックプレート1において、高温機器33a,33b,33c等に近接して低温機器34a,34b等を配設しても、その熱影響を受けることがない。
また、熱遮断溝35内に適当な断熱材を充填することも、熱影響を防止する有効な手段である。
更に、この熱遮断溝35の効果を大ならしめるためには、図示せざる冷媒還流手段により、熱遮断溝35の両端部に設けられている連通孔36のうちの一方の連通孔36から他方の連通孔36へ向かって熱遮断溝35内に冷却空気又は冷却水等の冷媒を流して冷却する構成としてもよい。
図18,図19及び図20には電磁弁19等の部品、プリントチップ等の制御機器20及び電気配線21等をロジックプレート1内に内蔵して省スペース化を図った例を示す。なお、図19は図18のC−C線矢視断面図、図20は図18のD−D線矢視断面図である。
これらの図に示すように、ロジックプレート1に配設したC機器22とD機器23はプレート2に設けた溝8によってつながっており、この溝8を流れる流体を圧力をプレート3内に埋め込んだ圧力センサー25aで検出し、この圧力センサー25aの検出信号をプレート3内に埋め込んだ制御機器20に伝え、更に、この制御機器20から、プレート3内に埋め込んだ電気配線21を介してプレート3に埋め込んだ電磁弁19に制御信号を伝送することにより、電磁弁19を作動させるようになっている。同様に、溝8を流れる流体の流量を検出する流量センサー25b及び同流体の温度を検出する温度センサー25cもプレート3内に埋め込み、これらのセンサー25b,25cの検出信号も電気配線(図示省略)を介して制御機器20に取り込むようになっている。
このように電磁弁19、制御機器20及び電気配線21等をロジックプレート1に内蔵することにより、更に省スペース化を図ることができる。スイッチ等の電気部品もロジックプレート1に内蔵するようにしてもよい。なお、制御装置20としてはプレート3内に埋め込み可能なプリントチップ(プリント基板)を用いるのがよい。また、一部の部品などはプレート2内に内蔵させることもできる。この場合、部品の組立や点検等のためにプレート3は開口部にしておくのがよい。即ち、装置を構成する機器、部品、制御機器又は電気配線などをプレート2,3の何れか一方に内蔵してもよく、プレート2,3の両方に内蔵してもよい。
ところで、先にも述べたように燃料電池発電システムなどにおいて、その流路となる溝8を流れる流体は多種多様であり、高温のものや低温のもの、また、腐食性の物質を含んだものもある。なかでも、腐食性の物質を含んだ流体(以下、「腐食性流体」という)に対しては、その流路について特別の配慮が必要となる。そこで上記では、図4に基づいて説明したように、溝8などの表面にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニング、或いは、酸化アルミニウム皮膜処理などを施して防蝕層29を形成することにより、溝8などが腐食性流体に対して耐蝕性を有するようにした。
しかしながら、この防蝕層を設けるという技術は、溝8(流路)の配置が複雑なときには適用し難い場合がある。つまり、図40に示すような多数の機器や部品で構成された燃料電池発電システムのユニットにおいては、この多数の機器や部品を溝8でつなぐため、また、バルブ等の小型機器やセンサー、スイッチ等の電気部品及び電気配線をプレート内に組み込むために、例えば図21に示すように溝8の数が非常に多数となり、且つ、溝8同士の干渉を防ぐために一部の溝8(流路)を迂回させたりする必要がある。このため、多数の溝8(流路)が複雑に交錯して迷路のような状態とならざるを得ない場合が多い。
このような溝8に対してフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニング、或いは、酸化アルミニウム皮膜処理などを施すという作業は、高度な加工技術を必要とするとともに、その加工工数は多大なものとなる。更に、溝8(流路)が複雑な形状になると、製品の精度や信頼性に疑問がもたれる場合も出てくる。そこで、このような場合には溝8に防蝕層29を形成する代わりに耐蝕性配管を設けることが有効である。
図22は耐蝕性配管を設けたロジックプレートの構成図である。図23(a)は図22のG部拡大平面図、図23(b)は図23(a)のH−H線矢視断面図、図24(a)は図22のI部拡大平面図、図24(b)は図24(a)のJ−J線矢視断面図である。また、図25は前記ロジックプレートの断面構造図、図26は図25のK−K線矢視拡大断面図である。
図22に示すロジックプレート1は、プレート2とプレート3とを接着剤4などで接合して構成したものである。プレート2とプレート3の接合面(図示例ではプレート2の上面2a)には溝8を加工している。そして、プレート3の上面3a(即ち、ロジックプレート1の表面)には燃料電池発電システムを構成する各種の構成機器191や部品192(図22では一点鎖線でも示している)を配置しており、これらの機器191や部品192をプレート3に形成した連通孔10によって溝8に接続する。このことにより、機器191や部品192を溝8によってつなぐ。機器191や部品192とプレート3との間は図示しないOリングなどのシール材によってシールしている。これらの構成は図1に示すロジックプレート1の場合と同様である。
そして、図22に示すロジックプレート1では、腐食性流体を流す溝8については、その断面積を、溝8に直接流体を流す場合の所要断面積よりも大きくして、この溝8にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂管などの耐蝕性配管151を収めることにより、この耐蝕性配管151を腐食性流体の流路としている。なお、耐蝕性配管151としては、フッ素樹脂管に限らず、腐食性流体の性質に合わせて、他の耐蝕性材料(塩化ビニール、合成ゴム、その他の合成樹脂など)からなる配管を用いてもよい。但し、ロジックプレート1を一体化した後に耐蝕性配管151を所定の溝8に挿入する場合や、耐蝕性配管151を交換する場合もあるため、耐蝕性配管151の材料としては可撓性を有するものを選定するのが好ましい。
溝8に収容した耐蝕性配管151の両端部は、第1接合部材としての受金152と、第2接合部材としての独楽形部品153とによって接合する。独楽形部品153は、外周面に円錐面153aを形成した円錐台状の本体部(接合部)153bを有し、また、この本体部153b上には頭部153cとを有しており、全体の形状が独楽のようになっている。
図23及び図24に示すように、受金152は1本の耐蝕性配管151に対して1つの受金152を用いる場合や(図23)、複数本(図示例では2本)の耐蝕性配管151に対して1つの受金152を用いる場合などがある。これらの受金152は、プレート3に設けた嵌合孔3fに嵌め込み、ねじ155によってプレート2に固定している。受金152の外周面には段部152aを形成し、この段部152aが嵌合孔3fの内周面に形成した段部3gに当接するようになっている。そして、受金152の中央部には貫通孔152bを形成し、この貫通孔152bの内周面の一部に円錐面152cを形成している。更に、円錐面152cの上部には貫通孔152bの内周面を更に拡幅して段部152dを形成している。また、受金152は分割線位置において2分割している。
そして、この受金152と独楽形部品153とによって、図25及び図26に示すように耐蝕性配管151の両端部を接合(固定)する。即ち、耐蝕性配管151の端部を受金152の貫通孔152bに挿入した状態とし、この耐蝕性配管151の端部内に独楽形部品153の本体部153bを挿入して加圧することにより、本体部153bの円錐面153aで耐蝕性配管152の端部を押し広げ、且つ、本体部153bの円錐面153aを受金152の円錐面152cに嵌合する。その結果、耐蝕性配管151の端部は、外径側が受金152の円錐面152cで支持され、内径側が独楽形部品153の円錐面153aで支持された状態で接合(固定)される。なお、このとき独楽形部品153の頭部153cは受金152の段部152dに嵌合する。かくして、機器191と部品192の間で腐食性流体が耐蝕性配管151内を流れ、且つ、このときに腐食性流体が耐蝕性配管151の端から漏れるのを防止することができる。
また、受金152は通常は一体に成形するのが好ましいが、剛性の高い材質の耐蝕性配管151を用いる場合には図27に示すように耐蝕性配管151の端部が倒れた状態となり、複数の耐蝕性配管151を1つの受金152で接合するよう場合には耐蝕性配管151の端部の方向が不揃いな状態となるため、一体の受金152では耐蝕性配管151の端部の接合作業が難しい(耐蝕性配管151を長めにし、受金152に挿入した後で耐蝕性配管151の端部をカットするという方法もあるが、カット位置が受金152の内部であるため、困難な作業となる)。このような場合には、本実施の形態のように受金152を2分割にして、まず、片側の受金152を嵌合孔3fに挿入した後、残る片側の受金152を嵌合孔3fに挿入することにより、接合作業効率が向上する。なお、この場合、受金152の分割数は2分割に限定するものではなく、3分割以上であってもよい。
図28及び図29には耐蝕性配管151の端部の別の接合例を示す。これらは配管経路(溝8)が単純な場合や、剛性の低い材質の耐蝕性配管151を用いた場合に適用して有用なものである。
図28に示すロジックプレート1では、図26に示す受金152とプレート3とを一体に成形した構成となっている。即ち、プレート3には貫通孔3cを形成し、この貫通孔3cの内周面の一部に円錐面3dを形成している。円錐面3dの上部には貫通孔3cの内周面を更に拡幅して段部3eを形成している。
この場合には、耐蝕性配管151の端部をプレート3の貫通孔3cに挿入した状態とし、この耐蝕性配管151の端部内に独楽形部品153の本体部153bを挿入して加圧することにより、本体部153bの円錐面153aで耐蝕性配管152の端部を押し広げ、且つ、本体部153bの円錐面153aをプレート3の円錐面3dに嵌合する。なお、このとき独楽形部品153の頭部153cはプレート3の段部3eに嵌合する。かくして、耐蝕性配管151の端部は、外径側がプレート3の円錐面3dで支持され、内径側が独楽形部品153の円錐面153aで支持された状態で流体が漏れないように強固に接合される。
図29に示すロジックプレート1では、図26に示す受金152とプレート3とを一体に成形し、且つ、独楽形部品153と機器191又は部品192とを一体に成形した構成となっている。即ち、プレート3には貫通孔3cを形成し、この貫通孔3cの内周面の一部に円錐面3dを形成しており、且つ、機器191又は部品192の下面には、外周面に円錐面154aを形成した円錐台状の接合部154を機器191又は部品192と一体に成形している。
この場合には、耐蝕性配管151の端部をプレート3の貫通孔3cに挿入した状態とし、この耐蝕性配管151の端部内に機器191又は部品192の接合部154を挿入して加圧することにより、接合部154の円錐面154aで耐蝕性配管152の端部を押し広げ、且つ、接合部154の円錐面154aをプレート3の円錐面3dに嵌合する。かくして、耐蝕性配管151の端部は、外径側がプレート3の円錐面3dで支持され、内径側が接合部154の円錐面154aで支持された状態で流体が漏れないように強固に接合される。
また、先にも述べたように、図40に示すような多数の機器や部品で構成された燃料電池発電システムのユニットにおいては、この多数の機器や部品を溝8でつなぐため、例えば図21に示すように溝8の数が非常に多数になるとともに、溝8と溝8との交差や接触を避けるために一部の溝8を大きく迂回する必要がある。しかも、これらの溝8(流路)はその用途に合わせて適正な流速を確保するようにその断面積を計算して設計される。従って、幅の広い溝8を必要とする場合も生じ、この場合には幅の広い溝8を形成するための十分なスペースを確保する必要がある。更には、これらの溝8(流路)を流れる流体の中には温度の異なるものもあるため、お互いに熱影響を及ぼさないように適正な離隔寸法を確保する必要もある。
このため、溝8(流路)は複雑となり、迷路のような配置とならざるを得ない場合が多く、この場合にはロジックプレートの設計や製作(溝の加工)が煩雑となり、更には、溝8を迂回させたり、溝8の幅を広くするためにプレートの大きさ、即ち、ロジックプレートの大きさが非常に大きくなる場合がある。そこで、以下では、かかる場合にも、溝8(流路)の配置をシンプルにしてコンパクトにすることができる立体型ロジックプレートの構成を、図30〜図35に基づいて説明する。
図30は立体型ロジックプレートの構成図、図31は図30のM−M線矢視断面図、図32は図30のN−N線矢視断面図であり、また、図33は他の立体型ロジックプレートの構成図、図34は図33のO−O線矢視断面図、図35は図33のP−P線矢視断面図である。
図30では、プレート2とプレート3との間に中間プレート161を設け、これら3枚のプレート2,3,161を接着剤4などで接合して一体化することにより、立体型のロジックプレート1を構成している。この立体型ロジックプレート1の一方の表面(プレート3の外側面)には燃料電池発電システムの部品162A、機器162B及び機器162Cを配置して図示しない植え込みボルトとナットなどの固定手段により固定し、立体型ロジックプレート1の他方の表面(プレート2の外側面)には燃料電池発電システムの部品162D、部品162E及び機器162Fを配置して図示しない植え込みボルトとナットなどの固定手段により固定している。
そして、プレート3と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート3の接合面)と、プレート2と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート2の接合面)とに流体の流路となる溝8をそれぞれ形成し、これらの溝8と部品162A、機器162B、機器162C、部品162D、部品162E及び機器162Fとをプレート2,3,161に形成した連通孔10によって接続している。即ち、2箇所のプレート接合面に形成した上下2段の溝8によって立体的に部品162A、機器162B、機器162C、部品162D、部品162E及び機器162Fをつないでいる。溝8の断面積は流体ごとに適正に計算して決定する。
図30,図31及び図32では、流体供給口164→部品162A→機器162F→機器162B→機器162C→部品162E→部品162D→流体排出口165のような経路となる溝8と、連通孔10と、部品162A、機器162B、機器162C、部品162D、部品162E及び機器162Fの配置関係を例示している。この経路を図31及び図32に基づいて詳述すると、経路は、流体供給口164→溝8A→連通孔10A→部品162A→連通孔10B→溝8B→連通孔10C→溝8C→連通孔10D→機器162F→連通孔10E→溝8D→連通孔10F→機器162B→連通孔10G→溝8E→連通孔10H→機器16C→連通孔10I→溝8F→連通孔10J→溝8G→連通孔10K→部品162E→連通孔10L→溝8H→連通孔10M→部品162D→連通孔10N→溝8I→流体排出口165のようになっている。
図33では、プレート2とプレート3との間に中間プレート161を設け、これら3枚のプレート2,3,161を接着剤4などで接合して一体化することにより立体型のロジックプレート1を構成しており、立体型ロジックプレート1の一方の表面(プレート3の外側面)にのみ燃料電池発電システムの部品166A、機器166B、機器166C、部品166D、部品166E及び機器166Fを配置して図示しない植え込みボルトとナットなどの固定手段により固定している。
そして、プレート3と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート3の接合面)と、プレート2と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート2の接合面)とに流体の流路となる溝8をそれぞれ形成し、これらの溝8と部品166A、機器166B、機器166C、部品166D、部品166E及び機器166Fとをプレート2,3,161に形成した連通孔10によって接続している。即ち、2箇所のプレート接合面に形成した2段の溝8によって立体的に部品166A、機器166B、機器166C、部品166D、部品166E及び機器166Fをつないでいる。溝8の断面積は流体ごとに適正に計算して決定する。
図33,図34及び図35では、流体供給口167→部品166A→機器166F→機器166B→機器166C→部品166E→部品166D→流体排出口168のような経路となる溝8と、連通孔10と、部品166A、機器166B、機器166C、部品166D、部品166E及び機器166Fの配置関係を例示している。この経路を図34及び図35に基づいて詳述すると、経路は、流体供給口167→溝8A→連通孔10A→部品166A→連通孔10B→溝8B→連通孔10C→機器166F→連通孔10D→溝8C→連通孔10E→機器166B→連通孔10F→溝8D→連通孔10G→機器166C→連通孔10H→溝8E→連通孔10I→部品166E→連通孔10J→溝8F→連通孔10K→部品166D→連通孔10L→溝8G→流体排出口168のようになっている。
比較のため、図36には、図30に示した部品162A、機器162B、機器162C、部品162D、部品162E及び機器162Fを、2枚のプレートを接合してなるロジックプレート1に配置した場合の例を示し、図37には、図33に示した部品166A、機器166B、機器166C、部品166D、部品166E及び機器166Fを、2枚のプレートを接合してなるロジックプレート1に配置した場合の例を示す。
図36では、流体供給口169→溝8A→連通孔A→部品162A→連通孔B→溝8162B→連通孔10C→機器162F→連通孔10D→溝8C→連通孔E→機器162B→連通孔F→溝8D→連通孔10G→機器162C→連通孔10H→溝8E→連通孔10I→部品162E→連通孔10J→溝8F→連通孔K→部品162D→連通孔10L→溝8G→流体排出口170の経路なっている。図37では、流体供給口171→溝8A→連通孔A→部品166A→連通孔B→溝8162B→連通孔10C→機器166F→連通孔10D→溝8C→連通孔E→機器166B→連通孔F→溝8D→連通孔10G→機器166C→連通孔10H→溝8E→連通孔10I→部品166E→連通孔10J→溝8F→連通孔K→部品166D→連通孔10L→溝8G→流体排出口172の経路なっている。
このように2枚のプレートを接合したロジックプレート1では、1平面内に全ての溝8(流路)を形成するため、溝8(流路)を迂回せざるを得ない場合があり、また、溝8を迂回させるためにロジックプレート1のサイズを大きくせざるを得ない場合もある。
図36及び図37では機器及び部品の数が少なく溝8(流路)も少ないため、その差があまり顕著ではないが、実際には、図40に示すような多数の機器や部品をつなぐなために図21のように溝8(流路)も多数となり、迷路のようになるため、必要な流路断面積の確保や、温度の異なる流体間の離隔寸法を確保しつつコンパクトに納めることは困難な場合が多い。これに対して、図30〜図35の立体型ロジックプレート1では、2段の溝8(流路)によって立体的に機器や部品をつなぐため、溝8の配置をシンプルして、機器や部品をコンパクトに配設することができる。なお、図30〜図35ではプレート2側の接合面と、プレート3側の接合面とに溝8を設けているが、中間プレート161側の接合面に溝8を形成してもよい。
また、図38及び図39には立体型ロジックプレートを用いて高温ゾーンと低温ゾーンとに区分した場合の構成例を示す。
図38では立体型ロジックプレート1の一方の表面(プレート3の表面)に燃料電池発電システムの低温・高温混合機器181、低温機器182、低温・高温混合機器183及び高温機器184を配設している。そして、これらの機器をつなぐ溝8を、プレート3と中間プレートの接合面(図示例では中間プレート161の接合面)と、プレート2と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート2の接合面)に2段に形成し、且つ、上段の溝8を低温流体が流れる低温ゾーンとし、下段の溝8を高温流体が流れる高温ゾーンとしている。
図39では立体型ロジックプレート1の一方の表面(プレート3の表面)に燃料電池発電システムの低温・高温混合機器185、低温機器186及び低温・高温混合機器187を配設し、他方の表面(プレート2の表面)に高温機器188及び高温機器189を配設している。そして、これらの機器をつなぐ溝8を、プレート3と中間プレート161の接合面(図示例では中間プレート161の接合面)と、プレート2と中間プレート161の接合面(図示例ではプレート2の接合面)とに2段に形成し、且つ、上段の溝8を低温流体が流れる低温ゾーンとし、下段の溝8を高温流体が流れる高温ゾーンとしている。
なお、この場合、図示は省略するが、プレート2と中間プレート161との間に断熱材を設けることも有効である。
また、上記ではプレート2とプレート3との間に1枚の中間プレート161を設けた場合について説明したが、勿論、これに限定するものではなく、2枚以上の中間プレートを、プレート2とプレート3との間に設けてもよい。即ち、4枚以上のプレートを接合して立体型ロジックプレートを構成してもよい。中間プレートを2枚以上設ける場合には、中間プレートと中間プレートとの接合面にも溝8(流路)を形成して、更に多くの溝8(流路)にも対応することができる。
<作用・効果>
以上のように、本発明の実施の形態に係るロジックプレートによれば、各構成機器や部品をプレート2又はプレート3に設けた溝8でつなぐため、従来の配管に相当する流路がロジックプレート内にあり、また、バルブ等の小型機器、センサー、スイッチ等の電気部品及び電気配線もプレート2又はプレート3或いはプレート2及びプレート3内に組み込み可能である。このため、燃料電池発電システム等の装置全体を容易にモジュール化でき、しかも小型化できる。また、各構成機器や部品を予め決められた所定位置に組み付けるのみであり、狭いスペースでの複雑な配管作業がないため、組立作業が容易で作業の効率アップになる。更には、継ぎ目が少なく流体が漏れる危険性も少なくなる。
また、プレート2とプレート3の接合面2a,3bや溝8などにポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂コーティング又はフッ素樹脂ライニング、或いは、酸化アルミニウム皮膜処理などを施して防蝕層29を形成することにより、溝8を流れる腐食性流体による溝8の腐食や、接着剤4中の成分によるプレート接合面の腐食を防止して、ロジックプレート1の長寿命化を図ることができる。なお、この防蝕層を設けるという技術は、勿論、1組のロジックプレートに限らず、複数組のロジックプレートを備える場合にも適用することができる。例えば、図示は省略するが、図7〜図13の立体モジュールにおける溝やプレート接合面に防蝕層を設けたり、図12の架台モジュールにおける溝やプレート接合面に防蝕層を設けるようにしてもよい。更には、図30〜図35や図38及び図39に示すような中間プレートを設けた立体型ロジックプレートにおいても、その溝やプレート接合面に防蝕層を施すことができる。
また、溝8の周囲を囲む溶接線30の位置でプレート2とプレート3とを溶接することにより、この溶接線30の部分において溝8を流動する流体を確実にシールすることができる。なお、この溶接シール技術も、勿論、図5に示すような構成のロジックプレートに限らず、図示は省略するが、例えば図7〜図13に示す立体モジュール、図12に示す架台モジュール、図30に示す立体型ロジックプレートなど、何れの構成のロジックプレートにも適用することができる。
また、各々の構成部品や機器を組み付けた複数組のロジックプレート1(1A,1B等)の背面同士を合わせて立体的にモジュール化することにより、更に小型化が可能となり、流体の流路や制御系を短くすることができ、応答が速く制御が容易になる。
また、断熱材16aを介して複数組のロジックプレート1(1A,1B等)を一体的に固定することによって断熱立体モジュール18Aを構成することにより、例えばロジックプレート1Aに配設した高温機器27a,27b等に接近して、制御機器等の低温機器28a,28bをロジックプレート1Bに配設することが可能となる。
また、離隔材31を介して複数組のロジックプレート1(1A,1B等)を一体的に連結固定することによって断熱立体モジュール18Bを構成することにより、例えば高温機器27a,27b等を配設した高温側のロジックプレート1Aと、低温機器28a,28b等を配設した低温側のロジックプレート1とを離隔材31によって分離できるため、相互に熱影響を避けることができる。しかも、複数組のロジックプレート1(1A,1B等)の背面2bと離隔材と31の間に断熱材130を介設したことにより、更に断熱効果が向上する。
また、複数組のロジックプレート1(1A,1B等)の背面2b間に装置の構成機器139,140を介設することにより、ロジックプレート間が有効利用されて、更に装置を小型化することができる。また、構成機器139,140によってロジックプレート間を離隔するため、断熱効果も期待でき、特に、機器139,140とロジックプレート1A,1Bとの間に断熱材130を介設することによって断熱効果が顕著となる。
また、複数組のロジックプレート1(1A,1B等)を断熱間隔Lを保って同一架台32上に配設したことにより、これらのロジックプレート1(1A,1B等)は相互に熱影響を無視(防止)することができる。ロジックプレート1(1A,1B等)と架台32との間に断熱材145を介設した場合には、更に断熱効果が向上する。
また、同一のロジックプレート1において、高温機器33a,33b,33c等を配設した高温ゾーンと、低温機器34a,34b等を配設した低温ゾーンとの間に熱遮断溝35を設けることにより、高温ゾーンからの熱を遮断して低温ゾーンに熱の影響を及ぼさないようにすることができる。更に、熱遮断溝35に断熱材を充填したり、空気や水等の冷媒を流すことにより、その熱遮断効果は非常に大となる。
また、溝8に防蝕層を形成する代わりに、耐蝕性配管151を溝8に収めて、この耐蝕性配管151に腐食性流体を流すようにすることにより、溝8(流路)が多数で複雑であっても、高度な加工技術を要することなく容易に腐食性流体に対する耐蝕性を確保することができる。また、腐食性流体の性状に合わせた材質の耐蝕性配管151を選定して使用することができるため、耐蝕性能の信頼性が向上する。また、腐食性流体の流路に限定して耐蝕処理(耐蝕性配管による流路形成)を行えばよいため、加工工数の削減となり、安価にロジックプレート1を提供できる。更には、経年変化によって耐蝕性能が低下した場合、ロジックプレート1の交換ではなく、ロジックプレート1内に収めてある耐蝕性配管151のみを交換することで耐蝕性能を復元できるので維持費を低減することができる。
また、耐蝕性配管151の材料として可撓性を有するものを用いた場合には、ロジックプレート1を一体化した後に耐蝕性配管151を溝8に挿入したり、耐蝕性配管151の交換をすることもできるため、作業性の向上などを図ることができる。
また、内周面に円錐面152cを形成した貫通孔152bを有する受金152と、外周面に円錐面153aを形成した独楽形部品153とを用いて、耐蝕性配管151の端部を接合することにより、容易に耐蝕性配管151の接合作業を行うことができ、且つ、確実に流体の漏れを防止することができる。更には、図28に示すように受金152とプレート3と一体に形成した構成とし、また、図29に示すように機器191又は部品192と独楽形部品153とを一体に形成した構成とすることにより、部品点数が低減し、接合作業も容易となる。また、剛性の高い材質の耐蝕性配管151を用いた場合や配管経路が複雑な場合には、受金152を複数に分割しすることによって、接合作業効率を向上させることができる。
また、3枚以上のプレート2,3,161を接合して立体型ロジックプレート1を構成し、プレート2と中間プレート161の接合面、プレート3と中間プレート161の接合面、更に、中間プレート161を2枚以上設ける場合には中間プレート161と中間プレート161の接合面に溝8を形成するとにより、多数の機器や部品に対応して多数の溝8を設ける場合にも、溝8の配置をシンプルにして、機器や部品をコンパクトに配置することができる。また、この立体型ロジックプレート1において、図38や図39に例示するように複数段の溝8を高温ゾーンと低温ゾーンとに分けることにより、お互いの熱影響をなくすようにすることができる。
なお、上記では機器や部品の取付ボルトとして植え込みボルト6を用いているが、これに限定するものではなく、一般のボルトや通しボルト等を用いてもよい。また、上記では機器や部品のシールにOリング13を用いているが、これに限定するものではなく、ガスケット等を用いてもよい。
また、上記では燃料電池発電システムについて説明したが、これに限定するものではなく、本発明は一般産業用の空気又は油圧制御装置や燃焼装置等のように配管・配線等を装置内に組み込んだ固定式ユニット、及び、組立輸送可能に一体化したユニットなど、各種の装置にも有効なものである。
また、上記では種々の構成のロジックプレートについて説明したが、これらの構成は、適宜、組み合わせてもよい。