JP2006071080A - Resin integral pipe - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂集積配管に関し、さらに詳しくは、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、複雑な配管を単純化して省スペース化、軽量化が可能であり、流路を流通する流体の温度変化を抑制できる樹脂集積配管に関するものである。 The present invention relates to a resin integrated pipe, and more specifically, is less susceptible to corrosion and material alteration by a fluid flowing through a flow path, and can simplify a complicated pipe to save space and reduce weight. The present invention relates to a resin integrated pipe that can suppress a temperature change of a fluid flowing through a flow path.
従来、流体を流通させる多くの配管を備えた機械装置、例えば空調装置や冷凍装置等には、太さや長さの異なる配管が縦横に複雑に入り組んで配置されていた。そのため、これらの配管にセンサーや制御装置など様々な機器、部品を取り付けるのは、スペース的な制約が多く、メンテナンス等の点においても問題があった。 Conventionally, pipes having different thicknesses and lengths are arranged in a complicated manner vertically and horizontally in a mechanical apparatus having many pipes for circulating a fluid, such as an air conditioner or a refrigeration apparatus. For this reason, attaching various devices and parts such as sensors and control devices to these pipes has many space restrictions, and there are problems in terms of maintenance.
そこで、複数の配管をユニットにして単純化し、小型化する金属製の集積配管が提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1においては、一対の金属プレートにそれぞれ流路を形成する所定形状の凹部をプレス成形して、互いの金属プレートをろう付け接合して集積配管を製造するようにしている。 In view of this, there has been proposed a metal integrated pipe that simplifies and downsizes a plurality of pipes as a unit (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, a concave portion having a predetermined shape for forming a flow path is formed on a pair of metal plates, and the integrated pipes are manufactured by brazing and joining the metal plates.
また、別の提案では、流路となる溝をプレス加工や精密鋳造加工によって形成した金属製の第1プレートと、取り付けられる機器等に通じる連通孔を形成した金属製の第2プレートとを溶接等で接合して、集積配管を製造するようにしている(特許文献2参照)。 In another proposal, a metal first plate in which a groove serving as a flow path is formed by pressing or precision casting and a metal second plate in which a communication hole leading to a device to be attached is formed are welded. The integrated pipes are manufactured by joining them together (see Patent Document 2).
しかしながら、これら両提案では、集積配管の母材として金属プレートを使用していて、流路となる部分が金属となる。このような金属製の集積配管を例えば、燃料電池、化学プラント、食品製造ライン、半導体製造ラインなどに用いられる装置、機器に使用すると集積配管の流路を流れる流体によって腐食したり、化学的影響を受けて侵される(例えば、配管の流路部分の金属イオンが溶出するなど)ことがある。そのため、短期間で使用不能になり、頻繁に集積配管を交換しなければならないという問題や流路を流れる流体の成分が変化するなどの不具合が生じる。その他、重量が重くなるという問題もある。 However, in both of these proposals, a metal plate is used as the base material of the integrated piping, and the portion that becomes the flow path is made of metal. When such metal integrated pipes are used in, for example, devices and equipment used in fuel cells, chemical plants, food production lines, semiconductor production lines, etc., they are corroded by the fluid flowing through the flow paths of the integrated pipes, or have chemical effects. (For example, metal ions in the flow path portion of the piping are eluted). For this reason, it becomes unusable in a short period of time, resulting in problems such as frequent replacement of the integrated piping and changes in the fluid component flowing through the flow path. In addition, there is a problem that the weight increases.
また、金属製の集積配管では、熱伝導率が比較的高いので、流路を流れる流体が、流路の外部の温度によって、温度変化を生じやすく、特に、流路と流路とが近接して設けられている場合は、隣の流路を流れる流体の温度による影響を受けやすくなる。そのため、流体を所定の温度範囲にする必要がある場合は、流路と流路との間隔を小さくできずに設備が大型化してしまうなどの問題があった。そこで、外部からの影響を最小限にして温度変化を抑制して流体を流通させることのできる集積配管が求められていた。
本発明の目的は、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、複雑な配管を単純化して省スペース化、軽量化ができ、流路を流通する流体の温度変化を抑制できる樹脂集積配管を提供することにある。 The object of the present invention is that the fluid flowing through the flow path is not easily affected by corrosion, material deterioration, etc., and the complicated piping can be simplified to save space and weight, and the temperature change of the fluid flowing through the flow path It is providing the resin integrated piping which can suppress this.
上記目的を達成するため本発明の樹脂集積配管は、樹脂製のプレートを積層して接合し、該積層したプレート間に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を有し、前記プレートの少なくとも一方が、前記流路を形成する溝部を有し、前記流路の内部と外部とを断熱する断熱部を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the resin integrated pipe of the present invention is a resin integrated pipe in which resin plates are laminated and joined, and a flow path is formed between the laminated plates, from the plate to the flow path. It has an external communication hole that communicates, and at least one of the plates has a groove part that forms the flow path, and a heat insulating part that insulates the inside and the outside of the flow path is provided. is there.
本発明の樹脂集積配管によれば、樹脂製のプレートを積層して接合し、この積層したプレート間に流路を形成した樹脂集積配管であって、プレートから流路に連通する外部連通孔を有し、プレートの少なくとも一方が、流路を形成する溝部を有する構造としたので、流路となる部分が樹脂となり、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、長期間使用ができる。樹脂製なので、軽量化を図ることも可能となる。 According to the resin integrated pipe of the present invention, resin plates are laminated and joined, and a flow path is formed between the stacked plates, and the external communication hole communicating from the plate to the flow path is formed. And at least one of the plates has a structure that has a groove part that forms a flow path, so that the part that becomes the flow path becomes resin, and is less susceptible to corrosion or material alteration by the fluid flowing through the flow path, Can be used for a long time. Since it is made of resin, it is possible to reduce the weight.
また、複雑な配管をユニットにして単純化、省スペース化が可能となり、プレートの少なくとも一方に溝部を設けるようにしたので、様々な方法でプレートを製造することができる。 In addition, it is possible to simplify and save space by making complicated piping into a unit, and since the groove is provided in at least one of the plates, the plate can be manufactured by various methods.
さらに、プレートから流路に連通する外部連通孔を介して、外付け装置と流路とを連通させる際に、一方または両方のプレートに外付け装置を装着でき、外付け装置のレイアウトの自由度も増すことになる。 Furthermore, when connecting the external device and the flow path through the external communication hole communicating from the plate to the flow path, the external device can be attached to one or both plates, and the degree of freedom of the layout of the external device Will also increase.
加えて、流路の内部と外部とを断熱する断熱部を設けたので、流路を流通する流体が、流路外部の温度に影響されにくくなり、流体の温度変化を抑制することができる。 In addition, since the heat insulating portion that insulates the inside and the outside of the flow path is provided, the fluid flowing through the flow path is hardly affected by the temperature outside the flow path, and the temperature change of the fluid can be suppressed.
以下、本発明の樹脂集積配管を図に示した実施形態に基づいて説明する。図1は第1の実施形態の平面図、図2は図1におけるA−A断面図、図3は図2におけるB部の拡大図である。 Hereinafter, the resin integrated piping of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. 1 is a plan view of the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG.
この樹脂集積配管1は、樹脂製のプレート2を積層して接合し、積層したプレート2a、2b間に流路5を有する構造となっている。
The resin integrated pipe 1 has a structure in which
図2において上側のプレート2aは、一方面から他方面に貫通する外部連通孔6と断熱部の一例として断熱孔8とを所定位置に有していて、ほぼ均一の厚みの平面状となっている。下側のプレート2bは、一方面に凹状をした流路5を形成する溝部4と断熱孔8とを所定位置に有し、ほぼ均一の厚みとなっている。
In FIG. 2, the
下側のプレート2bの凹状の溝部4が設けられている面を上側のプレート2aに向けて、溝部4を塞ぐように、積層して接合することによって、溝部4と上側のプレート2aに囲まれて流路5が形成される。
The surface of the
この際に、上側のプレート2aの所定位置の外部連通孔6および下側のプレート2bの溝部4(即ち、流路5)とが連通する位置で接合される。また、両プレート2a、2bの断熱孔8が連通する位置で接合される。外部連通孔6および断熱孔8は、両プレート2a、2bを積層した後に設けるようにしてもよい。
At this time, the
このように構成された樹脂集積配管1の上側のプレート2aの表面には、図1に示すように、外部連通孔6の位置に外付け装置である延設チューブ12a、12bや、センサ12c、電磁弁12dが装着され、これらの外付け装置12a〜12dと流路5とが外部連通孔6を介して連通され、流路5と流路5との間には、断熱孔8が配置される。
On the surface of the
両プレート2a、2bはそれぞれ、単層の樹脂で成形することもできるが、図3に示すように二層構造として、接合面側を通常の樹脂(非発泡樹脂)S、外面側を発泡樹脂Pとすることもできる。これによって、流路5となる部分は、通常の樹脂Sとなり、流路5を覆う部分は、発泡樹脂Pとなる。発泡樹脂Pとしては、例えば、発泡ウレタン、発泡スチロール、発泡ポリエチレンなどを用いることができる。
Each of the
この樹脂集積配管1の構造では、流路5は樹脂となるので、金属配管で問題となるような、流路を流れる流体によって生じる腐食や金属イオンの溶出等の材質の変質を防ぐことができる。したがって、金属配管では流通が困難であった流体にも対応ができ、長期間使用することができ、樹脂による軽量化を図ることもできる。
In the structure of the resin integrated pipe 1, since the
プレート2に用いる樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン46、芳香族ナイロン等のポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、トラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド等を用いることができる。
Examples of the resin used for the
流路5を流通する流体が強酸や強アルカリ等の腐食性流体の場合は、耐腐食性に優れたポリオレフィン、フッ素樹脂を用いるのが好ましい。また、純水や食料・飲料用途の流体の場合は、流路5を形成する素材成分の低溶出性が求められるので、ポリオレフィン、フッ素樹脂を用いるのが好ましい。
When the fluid flowing through the
流路5の内圧等に対して機械的強度が不足する場合は、プレート2に用いる樹脂に樹脂補強材を混入して、強度を上げることもできる。この場合の樹脂補強材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO(ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維等の繊維状充填剤、カーボン、炭酸カルシウム、クレイ、シリカ等の粉末状充填剤、マイカ、タルク、黒鉛等の平板状充填剤、ガラスバルーン、シラスバルーン等の球状充填剤を例示することができる。耐熱性(高温時の剛性)が必要な場合は、上記の繊維状充填剤が好ましい。
When the mechanical strength is insufficient with respect to the internal pressure or the like of the
また、この構造により複雑な配管をユニット化して、より単純化して、省スペース化や低コスト化を図ることができ、配管の集積度を上げることもでき、流路5の短縮化により、流路5による流体圧力の低下を防ぐこともできる。プレート2の少なくとも一方に溝部4を設けることで、様々な方法でプレート2を製造することが可能となるとともに、一方または両方のプレート2に外付け装置12a〜12dを装着することができるので、外付け装置12a〜12dのレイアウトが自由になるなどの効果もある。
In addition, this structure makes it possible to unitize complicated piping, further simplifying it, saving space and reducing costs, increasing the degree of integration of piping, and shortening the
さらに、流路5の間に設けられた断熱孔8によって、隣接する流路5間の熱伝導が妨げられて、それぞれの流路5を流通する流体は、互いに温度の影響を受けにくくなる。この実施形態では、両プレート2a、2bを貫通する断熱孔8を設けているが、貫通させずに断熱溝とすることもできる。また、流路5を覆う発泡樹脂Pによって、流路5の内部と外部とが断熱されて、外部環境による流路5を流れる流体の温度変化を抑制することができる。
Furthermore, heat conduction between the
たとえば、燃料電池の配管においては、一部の配管に飽和に近い水蒸気を含む流体が流通するので、隣接する配管を流れる流体や外気によって、冷却されると結露が発生して、システムの効率低下や安定性に支障が生じることがある。このような断熱構造であると、流路5をより隣接して配置することができ、省スペース化、集積度の向上が可能となる。
For example, in fuel cell piping, fluid containing water vapor close to saturation circulates in some piping, so condensation occurs when cooled by fluid or outside air flowing in adjacent piping, reducing system efficiency. And stability may be affected. With such a heat insulating structure, the
さらに、燃料電池の集積配管では、流路5に金属イオンを溶出させる流体が流通し、軽量化、コンパクト化が強く求められるので、以上の効果を有している構造の樹脂集積配管1を好適に用いることができる。
Further, in the fuel cell integrated pipe, a fluid that elutes metal ions flows through the
プレート2は、射出成形、プレス成形、真空成形、圧空成形等の一般的な樹脂成形方法で製造することができ、プレート2の外部連通孔6、断熱孔8は、樹脂成形時に一緒に形成することも樹脂成形後に形成することもできる。
The
樹脂成形方法として、真空成形や圧空成形を用いると金型投資を大幅に削減することができ、大幅なコストダウンが可能となる。これによって、少量多品種生産や頻繁な設計変更に容易に対応できるようになる。 If vacuum molding or pressure molding is used as the resin molding method, the investment in the mold can be greatly reduced, and the cost can be greatly reduced. As a result, it is possible to easily cope with small-lot and multi-product production and frequent design changes.
この実施形態に示す構造だけでなく、溝部4は両プレート2a、2bに設けてもよい。また、図3に示したプレート2a、2bの外側となる層を発泡樹脂Pの他に、断熱効果のあるガラスバルーン、シラスバルーン等の球状充填剤含有樹脂、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO(ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維等の繊維層、真空空気層とすることもできる。
In addition to the structure shown in this embodiment, the
プレート2a、2bの少なくとも一方を押出し成形によって成形された気密性のある表面薄層を有する発泡樹脂を用いて、この表面薄層を流路5表面となるようにすると流路抵抗が小さく、かつ、低コストで樹脂集積配管1を製造することができる。
Using a foamed resin having an airtight surface thin layer formed by extruding at least one of the
また、プレート2a、2bの少なくとも一方を樹脂複層体とすることもできる。樹脂複層体とするときは、押出し成形によって一度に複層に成形しても、単層体を後で複層体にしてもよい。
Further, at least one of the
この樹脂複層体の構造としては、流路5となる接合する側を発泡していない通常の樹脂層とし、その外側に発泡樹脂層を設ける構造とする他に、樹脂の種類、発泡倍率を変えた発泡樹脂層によって複層にすることもできる。少なくとも、この複層体に発泡樹脂層を設けることで断熱性を高めることができる。
As the structure of this resin multilayer body, in addition to a structure in which the side to be joined that becomes the
また、流路5の内圧に対して機械的強度が不足する場合は、流路5となる接合する側の樹脂層の外側に、この樹脂層よりも弾性率および降伏応力の高い樹脂層を設けるようにしてもよい。
Further, when the mechanical strength is insufficient with respect to the internal pressure of the
発泡樹脂の製造方法としては、一般的な化学発泡、物理発泡、CO2等の超臨界流体を用いる方法を採用することができる。
As a method for producing the foamed resin, a general chemical foaming, physical foaming, or a method using a supercritical fluid such as
第2の実施形態について、図4〜6に基づいて説明する。図4は第2の実施形態の樹脂集積配管の平面図、図5は図4におけるC−C断面図、図6は図5におけるD部の拡大図である。この樹脂集積配管1は、樹脂製の仕切りプレート3の両面を樹脂製のプレート2で積層して接合し、仕切りプレート3の両面に流路5を有する構造となっている。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a plan view of the resin integrated pipe of the second embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of a portion D in FIG. The resin integrated pipe 1 has a structure in which both sides of a
図5において上側のプレート2aは、一方面に凹状をした流路5を形成する溝部4と、一方面から他方面に貫通する外部連通孔6と、断熱孔8とを所定位置に有していて、ほぼ均一の厚みとなっている。そして、図6に拡大して示すように、接合する側を通常の樹脂(非発泡樹脂)Sとして、その外側を発泡樹脂Pとしている。仕切りプレート3は、ほぼ均一厚みの平板状をしていて、一方面から他方面に貫通する貫通孔7と、外部連通孔6と、断熱孔8とを所定の位置に有している。下側のプレート2bは、一方面に凹状をした流路5を形成する溝部4と、断熱孔8とを所定位置に有し、ほぼ均一の厚みとなっている。そして、図6に拡大して示すように、接合する側を通常の樹脂(非発泡樹脂)Sとして、その外側を発泡樹脂Pとしている。
In FIG. 5, the
詳しい組立て状況を図7に示すと、それぞれのプレート2a、2bは、凹状の溝部4が設けられている面を仕切りプレート3に向けて、溝部4を塞ぐように仕切りプレート3の両面に接合されて、溝部4と仕切りプレート3によって、図5に示すように流路5が形成される。
When the detailed assembly state is shown in FIG. 7, each
上側のプレート2aと仕切りプレート3とは、仕切りプレート3の所定位置の貫通孔7と、上側のプレート2aの所定位置の溝部4(即ち、流路5)とが、そして外部連通孔6どうし、断熱孔8どうしが、連通する位置で接合される。下側のプレート2bと仕切りプレート3とは、仕切りプレート3の所定位置の貫通孔7と、下側のプレート2bの所定位置の溝部4(即ち、流路5)とが、そして、断熱孔8どうしが、連通する位置で接合される。
The
このように構成された樹脂集積配管1の上側のプレート2aの表面には、図4に示すように、外部連通孔6の位置に延設チューブ12a、12bや、センサ12c、電磁弁12dが装着され、これらの外付け装置12a〜12dと流路5とが外部連通孔6を介して連通される。
As shown in FIG. 4, the
この構造の樹脂集積配管1は、第1の実施形態で示した樹脂、樹脂成形方法、発泡樹脂の製造方法、樹脂積層体の構造を採用することができ、樹脂成形方法については、ブロー成形を用いて、効率的に断熱性に優れた樹脂集積配管1を製造することができ、その一例を図8に基づいて説明する。 The resin integrated pipe 1 having this structure can employ the resin, resin molding method, foamed resin manufacturing method, and resin laminate structure shown in the first embodiment. The resin molding method is blow molding. It is possible to efficiently manufacture the resin integrated pipe 1 having excellent heat insulation, and an example thereof will be described with reference to FIG.
ブロー成形の際に、仕切りプレート3を一対の金型10の間に設置しておき、内周側を通常の樹脂(非発泡樹脂)Sとし、その外側を発泡樹脂Pとした二重構造のパリソン11を上方から押出し、パリソン11の内部を半分に仕切るように長手方向に挿入させる。仕切りプレート3が内部に挿入された状態のパリソン11を、両側に配置された金型10で型締めして、パリソン11の上下を閉じてから、パリソン11内部の仕切りプレート3の両側に空気を吹き込む。これによってパリソン11が膨らみ、金型10の内面に押し付けられて、パリソン11と仕切りプレート3とによって、図5に示すような縦断面形状をした樹脂集積配管1が、外部貫通孔7および貫通孔6が未だ形成されてない状態で製造される。内周側の樹脂Sと仕切りプレート3の樹脂は同種の熱可塑性樹脂を用いると容易に強固な接合が可能となる。
At the time of blow molding, the
この樹脂集積配管1が冷却した後、脱型して、外部連通孔6、断熱孔8を設ける。流路5どうしを連通する貫通孔7を設ける場合は、仕切りプレート3にあらかじめ貫通孔7を設けてから、ブロー成形する。
After the resin integrated pipe 1 is cooled, it is removed from the mold, and
この方法によると、第1の実施形態と同様の効果に加えて、流路5の形成と仕切りプレート3とプレート2との接合が同時にでき、効率よく断熱に優れた樹脂発泡層を有した樹脂集積配管1を製造することができる。また、厚みがほぼ均一なプレート2を容易に製造することができ、さらに軽量化、コストダウンを図ることができる。
According to this method, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the resin having a foamed resin layer that can form the
なお、本発明の樹脂集積配管1は、燃料電池に限らず、金属に対して腐食等、化学的影響を大きく与える流体を流通させる必要のある化学プラント、食品製造ライン、半導体製造ライン等に使用される各種装置、機器に用いることができる。 The resin integrated pipe 1 of the present invention is not limited to a fuel cell, but is used in a chemical plant, a food production line, a semiconductor production line, etc. that need to circulate a fluid having a large chemical influence such as corrosion on metal. It can be used for various devices and devices.
1 樹脂集積配管
2、2a、2b プレート
3 仕切りプレート
4 溝部
5 流路
6 外部連通孔
7 貫通孔
8 断熱孔
10 金型
11 パリソン
12a、12b 延設チューブ
12c センサ、12d 電磁弁
P 発泡樹脂
S 通常の樹脂(非発泡樹脂)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin integrated
Claims (6)
A resin integrated pipe in which resin plates are laminated and joined, and a flow path is formed between the laminated plates, the resin integrated pipe having an external communication hole communicating with the flow path from the plate, and at least one of the plates However, it has a groove part which forms the said flow path, and at least one of the said plates is a resin multilayer body, This resin multilayer body contains a foamed resin layer, The resin integrated piping characterized by the above-mentioned.
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