JP4887609B2

JP4887609B2 - 樹脂集積配管

Info

Publication number: JP4887609B2
Application number: JP2004258891A
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: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2006069179A

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、複雑な配管をより単純化して省スペース化や配管の集積度を上げることができ、軽量化が可能な樹脂集積配管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。

さらに特許文献２においては、上述した金属製の第１プレートと金属製第２プレートとを接合して製造した集積配管を２つ用いて、互いの第１プレート側を接合することで一体化したものが提案されている。この構造によって、両第２プレート、即ち、一体化した両外側面に機器等を配置可能として、システムをコンパクト化するようにしている。

しかしながら、この構造は単に２つの集積配管を積層し、接合して一体化したものなので、一体化する前の２つの集積配管と比較して、一体化によるコストダウン効果やコンパクト化（省スペース）効果が生じない。
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、複雑な配管をより単純化して省スペース化や配管の集積度を上げることができ、軽量化が可能な樹脂集積配管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樹脂製の平板状のアウタープレートを積層して接合し、前記仕切りプレートの両面に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートが両面に溝部を有し、これら溝部が両面のアウタープレートにより塞がれて前記流路を形成し、前記仕切りプレートの一方面側に離間して設けられた溝部と、他方面側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に設けられ、かつ、前記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上下に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、前記アウタープレートから前記流路に連通する外部連通孔を有することを特徴とするものである。

ここで、前記仕切りプレートが、耐熱性を有する芯材を熱可塑性樹脂で被覆して構成され、前記アウタープレートが前記芯材を被覆した同種の熱可塑性樹脂からなる仕様にすることもできる。前記アウタープレートおよび前記仕切りプレートを形成する樹脂に、樹脂補強材を混入した仕様にすることもできる。前記アウタープレートおよび前記仕切りプレートを形成する樹脂が、ポリオレフィンまたはフッ素樹脂である仕様にすることもできる。

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樹脂製の平板状のアウタープレートを積層して接合し、前記仕切りプレートの両面に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートが両面に溝部を有し、これら溝部が両面のアウタープレートにより塞がれて前記流路を形成し、前記仕切りプレートの一方面側に離間して設けられた溝部と、他方面側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に設けられ、かつ、前記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上下に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。

そして、１枚の仕切りプレートを挟んで、その両面に流路を形成するので、単純に集積配管を２つ積層するよりも省スペース化や低コスト化を図ることができる。

さらに、アウター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、仕切りプレートの一方面側の流路と他方面側の流路とを立体的に交差させて流体を流通させることができるので、複雑な配管でも大きく迂回させることなく、より単純化して、配管の集積度を上げることが可能となり、アウタープレートの一方面または両面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。

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の参考形態の樹脂集配管の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図１における樹脂集積配管１の部品構成とその組立て状況を示す組立図である。

この樹脂集積配管１は、樹脂製の仕切りプレート３の両面を樹脂製のアウタープレート２ａ、２ｂで挟んで接合し、仕切りプレート３の両面に流路５を有し、流路５と外付け装置１２ａ〜１２ｄとを連通させる外部連通孔６と仕切りプレートの両面の流路５を連通させる貫通孔７を有する構造となっている。

図２における上側のアウタープレート２ａは、図２、図３に示すように、一方面に凹状をした流路を形成する溝部４と、一方面から他方面に貫通して外部連通孔６の一部を形成する連通孔６ａ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。仕切りプレート３は、図２、図３に示すように、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し、仕切りプレート３の両面の流路５を連通する貫通孔７と、外部連通孔６の一部を形成する連通孔６ｂを所定の位置に有している。下側のアウタープレート２ｂは、図２、図３に示すように、一方面に凹状をした流路を形成する溝部４を所定位置に有し、ほぼ均一の厚みとなっている。

図３に示すように、それぞれのアウタープレート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２に示すように流路５ａ、５ｂが形成される。

より詳しくは、上側のアウタープレート２ａと仕切りプレート３とは、仕切りプレート３の所定位置の連通孔６ｂおよび貫通孔７と、上側のアウタープレート２ａの所定位置の連通孔６ａおよび溝部４（即ち、流路５）とが連通する位置で接合される。ここで、連通孔６ａと６ｂとによって外部連通孔６が形成される。

下側のアウタープレート２ｂと仕切りプレート３とは、仕切りプレート３の所定位置の連通孔６ｂおよび貫通孔７と、下側のアウタープレート２ｂの所定位置の溝部４（即ち、流路５）とが連通する位置で接合される。ここで、貫通孔７によって仕切りプレート３の両面の溝部４（即ち、流路５）が連通される。

このように構成された樹脂集積配管１のアウタープレート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、センサー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。

また、図２に示すように仕切りプレート３の両面に流路５ａ、５ｂが形成されるので、単純に集積配管を２つ積層するよりも省スペース化や低コスト化を図ることができ、複雑な配管をより単純化して、配管の集積度を上げることもできる。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。

さらに、一方の流路５ａが他方の流路５ｂを跨ぐように立体的に交差させることができ、図２に示すように、上側のアウタープレート２ａに装着された延設チューブ１２ａを流れる流体Ｌは、流路５ａを通って、仕切りプレート３の上側および下側を流通して、仕切りプレート３の下側の流路５ｂを跨ぐようにして立体的に横断して流通することができる。これによって、配管を大きく迂回させる必要がなく、複雑な配管をさらに単純化し、コンパクトにできる。外付け装置１２ａ〜１２ｄのレイアウトの自由度も大きくなる。

上記のような効果を得ることができるので、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燃料電池の集積配管としては、好適に用いることができる。

アウタープレート２、仕切りプレート３を形成する樹脂としては、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。

また、流路５の内圧等に対して機械的強度が不足する場合は、アウタープレート２、仕切りプレート３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、仕切りプレート３を図４に示すように、耐熱性を有する芯材８を熱可塑性樹脂からなる被覆材９で被覆するとともに、アウタープレート２ａ、２ｂをこの被覆材９と同種の熱可塑性樹脂として構成すると、アウタープレート２ａ、２ｂと仕切りプレート３とを熱溶着して強固に接合できる。また、仕切りプレート３は、耐熱性のある芯材３によって、接合時に金型で押し付ける際に仕切りプレート３が逃げることなく、溶着面が密着して強固に接合でき、また熱変形しにくくなり、そのままの形状を維持することができる。この芯材８としては、例えば、金属、セラミック、熱硬化性樹脂、高耐熱の熱可塑性樹脂を用いる。

アウタープレート２および仕切りプレート３は、射出成形等の一般的な樹脂成形方法で製造することができ、各成形方法に適した樹脂を選択する。

アウタープレート２ａに設けられる連通孔６ａ、仕切りプレート３に設けられる連通孔６ｂおよび貫通孔７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。

樹脂成形法として、真空成形や圧空成形を用いると射出成形やプレス成形に比べて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。

また、ブロー成形によって、仕切りプレート３の両面に流路５を有する樹脂集積配管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。

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、上方から押出されてきたパリソン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の樹脂によって図２のような、流路を形成する溝部４を有するアウタープレート２ａ、２ｂが形成される。それとともに、このアウタープレート２ａ、２ｂが仕切りプレート３に熱溶着して仕切りプレート３の両面に流路５が形成され、図２に示すような縦断面形状をした樹脂集積配管１が、外部連通孔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。ブロー成形の場合は、仕切りプレート３を上記したように耐熱性を有する芯材８を熱可塑性樹脂の被覆材９で被覆した構造とし、アウタープレート２となるパリソン１１には、この被覆材９と同種の熱可塑性樹脂を用いるのがよい。

この樹脂集積配管１が冷却した後、脱型して、一方側のアウタープレート２から仕切りプレート３を挟んで他方側に形成された流路５に連通するように、所定の位置に外部連通孔６を設ける。このようにすると、仕切りプレート３の両面に流路を有し、流路５を立体的に交差して流体Ｌを流通させる樹脂集積配管１を製造することができる。

仕切りプレート３にあらかじめ貫通孔７を設けてから、上記と同様のブロー成形すると図２と同様の縦断面形状をした樹脂集積配管１を製造することができる。即ち、貫通孔７を介して仕切りプレート３の両面の流路５を連通させることができ、仕切りプレート３の両面を連通する流路５が形成され、流路５を立体的に交差して流体Ｌを流通させる樹脂集積配管１を製造することができる。

この方法によると、流路５の形成と仕切りプレート３とアウタープレート２との接合が同時にでき、効率よく製造をすることができる。また、厚みがほぼ均一なアウタープレート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。金型費も射出成形やプレス成形に比べて、大幅に削減することが可能となる。

第２の参考形態について、図５に基づいて説明する。図５は、図２のように樹脂集積配管１の縦断面図を示している。この樹脂集積配管１は、貫通孔７を有する仕切りプレート３と、一方面に流路を形成する溝部４を有するアウタープレート２で構成され、溝部４を塞ぐようにアウタープレート２ａ、２ｂで仕切りプレート３の両面を挟んで接合して、仕切りプレート３の両面に流路５ａ〜５ｃを有する構造となっている。

アウタープレート２には、流路５に連通する外部連通孔６が設けられ、仕切りプレート３には、仕切りプレート３の両面に形成された流路５を連通する貫通孔７が設けられている。これによって、仕切りプレート３の上下を通じて形成された流路５ａと、仕切りプレート３の下面側を通る流路５ｂとを立体的に交差させることができ、流体Ｌを上側のアウタープレート２ａの外部連通孔６から流路５ａを介することによって、立体的に流路５ｂを横断して、上側のアウタープレート２ａの別の外部連通孔６に流通させることができる。

また、両アウタープレート２の表面が平面状となっているので、外部連通孔６の位置に外付け装置を装着するのが容易となっている。

この構造により、第１の参考形態と同様に複雑な配管のさらなる単純化することが可能となる。また、同様に流路５の短縮化による流体圧力の低下の防止、金属配管では流通が困難であった流体への適用、軽量化が可能になる。アウタープレート２および仕切りプレート３は、一般的な樹脂成形方法で製造することができる。

また、流路５ｃ、５ｄと貫通孔７を介して上側のアウタープレート２ａから下側のアウタープレート２ｂの外部連通孔６へ流体Ｌを流通させることもできる。

図６のように、外部連通孔６を一方のアウタープレート２ａ表面から仕切りプレート３を貫いて、他方のアウタープレート２ｂの流路５に連通させてもよい。これによって、流体Ｌを上側のアウタープレート２ａの外部連通孔６から流路５ａを介して、立体的に流路５ｂを横断して、上側のアウタープレート２ａの別の外部連通孔６まで流通させることができる。

この参考形態では、仕切りプレート３に貫通孔７を設けているが、貫通孔７を設けずに仕切りプレート３で両面の流路５を完全に隔てて、それぞれの面で流路５を形成することもできる。

本発明の実施形態について、図７に基づいて説明する。図７は、図２のように樹脂集積配管１の縦断面図を示している。

この樹脂集積配管１は、両面に流路を形成する溝部４を有する樹脂製の仕切りプレート３と、樹脂製のアウタープレート２で構成され、溝部４を塞ぐようにアウタープレート２ａ、２ｂで仕切りプレート３の両面を挟んで接合して、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。

アウタープレート２には、流路５に連通する外部連通孔６が設けられ、仕切りプレート３には、仕切りプレート３の両面に形成された流路５を連通する貫通孔７が設けられている。これによって、仕切りプレート３の上下を通じて形成された流路５ａと、仕切りプレート３の下面側を通る流路５ｂとを立体的に交差させることができ、流体Ｌを上側のアウタープレート２ａの外部連通孔６から流路５ａを介して、立体的に流路５ｂを横断して、上側のアウタープレート２ａの別の外部連通孔６に流通させることができる。

また、流路５ｃ、５ｄと貫通孔７を介して上側のアウタープレート２ａから下側のアウタープレート２ｂの外部連通孔６へ流体Ｌを流通させることもできる。外部連通孔６を一方のアウタープレート２ａ表面から仕切りプレート３を貫いて、他方のアウタープレート２ｂの流路５に直接、連通させてもよい。

この実施形態では、仕切りプレート３に貫通孔７を設けているが、参考形態として、貫通孔７を設けずに仕切りプレート３で両面の流路５を完全に隔てて、それぞれの面で流路５を形成することもできる。

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Ｌ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、機器に好適に用いることができる。

本発明の樹脂集積配管の第１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１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。図２のＢ部周辺拡大図である。本発明の樹脂集積配管の第２の参考形態を示す縦断面図である。第２の実施形態の変形例を示す縦断面図である。本発明の樹脂集積配管の実施形態を示す縦断面図である。樹脂集積配管の製造方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

１樹脂集積配管
２、２ａ、２ｂアウタープレート
３仕切りプレート
４溝部
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ流路
６外部連通孔
６ａ、６ｂ連通孔
７貫通孔
８芯材
９被覆材
１０金型
１１パリソン
１２ａ、１２ｂ延設チューブ
１２ｃセンサ、１２ｄ電磁弁
Ｌ流体

Claims

樹脂製の仕切りプレートの両面に樹脂製の平板状のアウタープレートを積層して接合し、前記仕切りプレートの両面に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記仕切りプレートが両面に溝部を有し、これら溝部が両面のアウタープレートにより塞がれて前記流路を形成し、前記仕切りプレートの一方面側に離間して設けられた溝部と、他方面側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に設けられ、かつ、前記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上下に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、前記アウタープレートから前記流路に連通する外部連通孔を有することを特徴とする樹脂集積配管。
前記仕切りプレートが、耐熱性を有する芯材を熱可塑性樹脂で被覆して構成され、前記アウタープレートが前記芯材を被覆した同種の熱可塑性樹脂からなる請求項１に記載の樹脂集積配管。
前記アウタープレートおよび前記仕切りプレートを形成する樹脂に、樹脂補強材を混入した請求項１または２に記載の樹脂集積配管。
前記アウタープレートおよび前記仕切りプレートを形成する樹脂が、ポリオレフィンまたはフッ素樹脂である請求項1〜３のいずれかに記載の樹脂集積配管。