JP4539245B2

JP4539245B2 - 樹脂集積配管およびその製造方法

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Publication number: JP4539245B2
Application number: JP2004258894A
Authority: JP
Inventors: 哲郎高野; 畑中　　進
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2006071080A

Description

本発明は、樹脂集積配管およびその製造方法に関し、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およびその製造方法に関するものである。

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。

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。

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）。

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。

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。
特開平１１−７５９号公報特開２００３−７４５１９号公報

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およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の樹脂集積配管は、樹脂製の仕切りプレートの両面に積層して接合された樹脂製のプレートを備え、この仕切りプレートの両面に、それぞれの樹脂プレートに設けられた溝部で形成された流路を有する樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートの一方面側の樹脂製のプレートに離間して設けられた溝部と、他方面側の樹脂製のプレートに設けられた溝部とが、前記仕切りプレートに形成された貫通孔を介して連通して形成された流路と、前記離間して設けられた溝部の間に配置されて前記一方面側の樹脂製のプレートに設けられ、かつ、これら離間して設けられた溝部と連通した前記他方面側に設けられた溝部に対して交差するように配置された溝部により形成された流路とを有し、前記樹脂製のプレートの表面に装着される外付け装置と前記流路とを連通させる外部連通孔を設けるとともに、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。
また、本発明の樹脂集積配管の製造方法は、請求項１に記載の樹脂集積配管を製造する方法であって、予め貫通孔を設けた樹脂製の仕切りプレートを、一対の金型の間に設置しておき、この仕切りプレートを、上方から押出したパリソンの内部を半分に仕切るようにパリソンの長手方向に挿入させ、前記仕切りプレートが内部に挿入された状態のパリソンを、両側に配置された前記金型で型締めして、パリソンの上下を閉じてから、パリソン内部の仕切りプレートの両側に空気を吹き込んでパリソンを膨張させて前記金型の内面に押し付けることにより、パリソンを仕切りプレートの両側の樹脂製のプレートとして仕切りプレートに接合させるとともに流路を形成し、このブロー成形した樹脂集積配管が冷却した後、脱型して外部連通孔を設けるようにしたことを特徴とするものである。

本発明の樹脂集積配管によれば、樹脂製の仕切りプレートの両面に積層して接合された樹脂製のプレートを備え、この仕切りプレートの両面に、それぞれの樹脂プレートに設けられた溝部で形成された流路を有する樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートの一方面側の樹脂製のプレートに離間して設けられた溝部と、他方面側の樹脂製のプレートに設けられた溝部とが、前記仕切りプレートに形成された貫通孔を介して連通して形成された流路と、前記離間して設けられた溝部の間に配置されて前記一方面側の樹脂製のプレートに設けられ、かつ、これら離間して設けられた溝部と連通した前記他方面側に設けられた溝部に対して交差するように配置された溝部により形成された流路とを有し、前記樹脂製のプレートの表面に装着される外付け装置と前記流路とを連通させる外部連通孔を設けたので、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。

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。

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。

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。

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は本発明の参考形態の平面図、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。この参考形態では、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。

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。

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。

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。

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。

この参考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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態について、図４〜６に基づいて説明する。図４は本発明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。

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。

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。

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。

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。

この構造の樹脂集積配管１は、参考形態で示した樹脂、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、その一例である本発明の製造方法を図８に基づいて説明する。

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、貫通孔７および外部連通孔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。

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。

この方法によると、参考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。

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。

本発明の樹脂集積配管の参考形態を示す平面図である（外付け装置が装着されている状態）。図１のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ部周辺拡大図である。本発明の樹脂集積配管の実施形態を示す平面図である（外付け装置が装着されている状態）。図４のＣ−Ｃ断面図である。図５のＤ部周辺拡大図である。図４における樹脂集積配管の部品構成とその組立ての一例を示す組立図である。本発明の樹脂集積配管の製造方法を示す説明図である。

符号の説明

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）

Claims

樹脂製の仕切りプレートの両面に積層して接合された樹脂製のプレートを備え、この仕切りプレートの両面に、それぞれの樹脂プレートに設けられた溝部で形成された流路を有する樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートの一方面側の樹脂製のプレートに離間して設けられた溝部と、他方面側の樹脂製のプレートに設けられた溝部とが、前記仕切りプレートに形成された貫通孔を介して連通して形成された流路と、前記離間して設けられた溝部の間に配置されて前記一方面側の樹脂製のプレートに設けられ、かつ、これら離間して設けられた溝部と連通した前記他方面側に設けられた溝部に対して交差するように配置された溝部により形成された流路とを有し、前記樹脂製のプレートの表面に装着される外付け装置と前記流路とを連通させる外部連通孔を設けるとともに、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樹脂集積配管。
前記断熱部が、前記樹脂製の仕切りプレートおよびそれぞれの樹脂製のプレートに設けられた断熱孔どうしを連通させて形成され、隣り合う流路間に配置されたものである請求項１に記載の樹脂集積配管。
前記断熱部が、前記流路の全部または一部を覆う発泡樹脂層、球状充填剤含有樹脂層、繊維層または真空空気層のいずれかである請求項１に記載の樹脂集積配管。
前記発泡樹脂層が、発泡ウレタン、発泡スチロール、発泡ポリエチレンのいずれかである請求項３に記載の樹脂集積配管。
請求項１に記載の樹脂集積配管を製造する方法であって、予め貫通孔を設けた樹脂製の仕切りプレートを、一対の金型の間に設置しておき、この仕切りプレートを、上方から押出したパリソンの内部を半分に仕切るようにパリソンの長手方向に挿入させ、前記仕切りプレートが内部に挿入された状態のパリソンを、両側に配置された前記金型で型締めして、パリソンの上下を閉じてから、パリソン内部の仕切りプレートの両側に空気を吹き込んでパリソンを膨張させて前記金型の内面に押し付けることにより、パリソンを仕切りプレートの両側の樹脂製のプレートとして仕切りプレートに接合させるとともに流路を形成し、このブロー成形した樹脂集積配管が冷却した後、脱型して外部連通孔を設けるようにしたことを特徴とする樹脂集積配管の製造方法。
前記パリソンが、内周側を非発泡樹脂、その外側を発泡樹脂とした二重構造である請求項５に記載の樹脂集積配管の製造方法。