KR20050090023A - 일체형 배관 플레이트 - Google Patents

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하레타로 히다카
미치오 츠카모토
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

다수의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트(201)의 가공 방법으로서, 일체형 배관 플레이트(201)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며, 상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈(208)과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍(210)에 의해, 상기 기기 및 부품, 또는 상기 기기, 또는 상기 부품을 연결한다. 상기 가공 방법은 상기 플레이트의 접합면을 상기 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주 주위에 예를 들어, FSW 용접 기계(225)에 의해 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합한다. 상기 플레이트의 접착제에 의한 접합에 비하여, 가공 방법은 플레이트 접합부의 내구성을 증대시키고, 내압성을 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 방법은 작업 효율을 증대시키고 일체형 배관 파이프를 보다 더 소형화할 수 있다.

Description

일체형 배관 플레이트{INTEGRATED PIPING PLATE}
본 발명은 배관, 배선 등을 장치내에 내장한 고정식 유닛이나, 수송 가능하게 일체화된 유닛에 사용하기 위한 일체형 배관 플레이트(integrated piping plate)와, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치 및 일체형 배관 플레이트의 가공 설비에 관한 것이다.
일체형 배관 플레이트는, 배관, 배선 등을 장치내에 내장한 고정식 유닛 및 수송 가능하게 일체화된 유닛의 서브시스템으로서 이용되며, 상기 유닛에 사용되는 유체의 공급 및 배출 등을 제어하는 데 주로 책임을 지고 있다.
상기 유닛은 여러가지 기기, 구성부품, 배관 및 배선 등으로 구성되어 있다. 이들 기기 사이에서 여러가지 특성, 온도 및 압력의 액체 또는 기체가 연속으로 유동하도록 크고 작은 배관 라인이 종횡으로 복잡하게 설치된다. 또한, 장치의 제어를 위한 센서 및 제어 기기도 제공되며, 이들에 필요한 많은 상호 연결부가 놓여있다. 특히, 경량화를 포함한 소형화가 강력하게 요구되는 장치로서, 협소한 공간에 많은 기기, 구성부품, 배관 등을 고밀도로 배치하는 노력이 이루어지고 있다. 일체형 배관 플레이트는 배관, 배선 등을 장치내에 내장한 고정식 유닛이나, 수송 가능하게 일체화된 유닛을 구성하기 위한 수단으로서 적용된다.
도 50a 및 도 50b는 종래의 일체형 배관 플레이트의 구성도의 예를 도시한다.
도 50a 및 도 50b에 도시된 바와 같이, 종래의 일체형 배관 플레이트는 홈(531)과, 그내에 가공된 연통 구멍(534)을 갖는 플레이트(521, 524)로 구성되며, 홈(531)과 같은 복잡한 유로는 주조에 의해 형성된다. 홈(531)은 엔드 밀(end mill), 밀링 기계, 또는 드릴링 기계로 절삭하는 것을 포함하는 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 플레이트(524)와 접촉하고 있는 플레이트의 표면에 있어서, 대응하는 유체의 속도에 적합한 소정의 단면적을 갖고 또한 연통 구멍(534)의 위치에 대응하는 적합한 방향 및 길이를 갖는 홈(531)은 플레이트(524)상에 배열된 기기(525) 및 구성부품(525a)을 연결하는 유로로서 형성된다. 따라서, 기기(525) 및 구성부품(525a)은 연통 구멍(534)에 의해 연통되어 있다. 홈(531) 및 연통 구멍(534)은 유체 또는 가스가 유동하는 배관의 기능을 담당한다.
상기 방법에 의해 가공된 플레이트(521) 및 플레이트(524)는 접착제에 의해 홈(531)을 밀봉하도록 접합되어 있다. 구체적으로, 플레이트(521, 524)의 접합면에 접착제를 도포한 후, 볼트(526)를 플레이트(524)의 볼트 구멍(527)에 통해서 플레이트(521)의 나사 구멍(528)내로 나사 결합된다. 플레이트(521, 524)를 서로 접합하는 방향으로 압력을 인가한다. 또한, 홈(531)을 밀봉하도록 플레이트를 가열하여 접착하고 있다.
플레이트(524)상에 배치된 기기(525) 및 구성부품(525a)은 볼트(도시하지 않음)를 밀봉 재료를 거쳐서, 플레이트(524)의 나사 구멍(529)내로 나사 결합함으로써 장착된다. 이들 기기(525) 및 구성부품(525a)은, 연통 구멍(534)을 통하여 홈(531)내로 유동하는 유체를 제어한다. 플레이트(521)상에는, 유체를 공급 및 배출하기 위한 파이프 커넥터(522)가 장착되어 있어, 홈(531) 및 연통 구멍(534)을 통하여 기기(525) 및 구성부품(525a)에 유체의 공급 및 배출을 하고 있다.
이러한 일체형 배관 플레이트는, 예를 들어 일본 특허 공개 공보 제1974-13651 호에 개시되어 있다.
상술된 종래의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 일체형 배관 플레이트를 구성하는 플레이트는 단순한 주형에 의해 주조하여 성형되거나, 또는 절삭 가공에 의해 성형된다. 따라서, 여분의 중량이 남아있는 부분이 남아, 일체형 배관 플레이트의 경량화, 소형화의 관점에서 문제점이 있다. 홈이 유체용의 유로로서 기능하기 위해서, 홈 부분의 표면 처리를 실행하는 단계가 요구되지만, 이것은 대량 생산에 적절한 방법은 아니다.
또한, 플레이트를 접합하는데 접착제를 사용하고 있다. 이에 의해, 작업 효율이 저하하고, 대량 생산에 매우 적합하지 않다. 플레이트의 고정을 위한 볼트는 일체형 배관 플레이트의 소형화를 저해하고 있다.
배관의 기능을 갖는 홈의 주위에는, 플레이트의 여분의 벽 두께가 존재한다. 따라서, 홈을 통하여 유동하는 유체를 플레이트를 거쳐서 냉각하고 싶은 경우에도, 냉각 효율을 향상시키는 것이 어렵다.
상기 과제에 부가하여, 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트는, 예를 들어 연료 전지 발전 시스템의 일부를 구성하고 있다. 일체형 배관 플레이트에 대한 기술적 요구는 연료 전지 발전 시스템의 경우에서와 같이 양산화, 저렴화를 요구하고 있다. 또한, 경량화를 포함한 소형화 및 제어시의 양호한 응답성이 요구되고 있다. 시장에서는 상기 시스템의 빠른 양산화 및 저렴화를 요망하고 있다. 실제의 양산화 및 저렴화 등, 향후의 수요와 관련된 요구조건을 만족하는데 적지 않은 과제가 있다.
따라서, 상기 사정에 비추어서, 본 발명의 목적은 연료 전지 발전 시스템 등의 장치용의 일체형 배관 플레이트를 제공하는 것이며, 복잡한 배관이나 일부의 구성부품 및 배선 등을 플레이트내에 내장함으로써 조립을 용이하게 하는 일체형 배관 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플레이트 접합부의 내구성 및 내압성의 향상, 작업 효율의 향상, 및 보다 소형화를 도모할 수 있는 일체형 배관 플레이트의 가공 방법, 가공 장치 및 가공 설비를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 양산화 및 저렴화를 실현할 수 있고, 경량화를 포함한 소형화를 실현할 수 있는 일체형 배관 플레이트 및 그 가공 방법을 제공한다.
상술된 문제를 해결하기 위한 제 1 발명은, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
각각의 상기 홈의 표면상에 내식층을 형성하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 1 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 종래의 배관에 상당하는 유로가 일체형 배관 플레이트내에 존재하며, 연료 전지 발전 시스템 등의 장치 전체를 용이하게 모듈화할 수 있고 소형화할 수 있다. 또한, 각 구성 기기나 부품을 소정 위치에 조립하기 충분하며, 좁은 공간에서의 복잡한 배관 작업이 필요 없다. 따라서, 조립 작업이 용이하고 작업 효율이 향상된다. 더욱이, 이음매가 적어 유체 누설의 위험성이 감소된다. 그리고, 홈의 표면상에 내식층을 형성하기 때문에, 홈을 통해 유동하는 유체에 의한 부식을 내식층에 의해 방지하여, 일체형 배관 플레이트의 수명을 증진시킬 수 있다.
제 2 발명의 일체형 배관 플레이트는, 각각의 상기 플레이트의 접합면상에도 내식층을 형성하는, 제 1 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 2 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 플레이트의 접합면상에도 내식층을 형성한다. 따라서, 플레이트를 접합하는 접착제중의 성분에 의한 부식을 내식층에 의해 방지하여, 일체형 배관 플레이트의 수명을 증진시킬 수 있다.
제 3 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 내식층은 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝에 의해 형성되는, 제 1 또는 제 2 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 4 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 내식층은 산화알루미늄 피막의 적용에 의해 형성되는, 제 1 또는 제 2 일체형 배관 플레이트이다.
또한, 제 3 발명 또는 제 4 발명의 일체형 배관 플레이트에 있어서, 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝에 의해, 또는 산화알루미늄 피막의 적용에 의해 내식층을 형성한다. 따라서, 홈을 통해 유동하는 유체, 또는 접착제중의 성분에 의한 부식을 내식층에 의해 방지하여, 일체형 배관 플레이트의 수명을 증진시킬 수 있다.
제 5 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
각각의 상기 홈의 외주를 둘러싸는 용접선의 위치에서 각각의 상기 플레이트를 용접하며,
상기 용접선 부분에서 상기 홈을 통해 유동하는 각각의 유체를 밀봉하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 5 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 홈의 외주를 둘러싸는 용접선의 위치에서 상기 플레이트를 용접하여, 이 용접선 부분에서 상기 홈을 통해 유동하는 유체를 밀봉한다. 따라서, 유체의 밀봉을 신뢰성있게 수행할 수 있다.
제 6 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 다수 제공되며,
상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면을 중첩한 상태로, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트를 일체형으로 고정함으로써 3차원 모듈을 구성하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 6 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면을 중첩한 상태로, 이 다수의 일체형 배관 플레이트를 일체형으로 고정함으로써 3차원 모듈을 구성한다. 따라서, 장치의 소형화를 한층 더 달성할 수 있고, 유체용 유로나 제어 시스템을 짧게 할 수 있고, 응답이 빠르고 제어가 용이하게 된다.
제 7 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에 단열재를 개재함으로써 단열 3차원 모듈을 구성하는, 제 6 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 7 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에 단열재를 개재함으로써 단열 3차원 모듈을 구성한다. 따라서, 하나의 일체형 배관 플레이트상에 배치된 고온 기기에 근접하여, 제어 기기 등의 저온 기기를 다른 일체형 배관 플레이트상에 배치할 수 있다.
제 8 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에 격리재를 개재함으로써 단열 3차원 모듈을 구성하는, 제 6 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 8 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에 격리재를 개재함으로써 단열 3차원 모듈을 구성한다. 따라서, 고온 기기를 배치한 고온측의 일체형 배관 플레이트와, 저온 기기를 배치한 저온측의 일체형 배관 플레이트를 격리재에 의해서 분리할 수 있기 때문에, 서로로부터의 열 영향을 피할 수 있다.
제 9 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면의 하나 또는 전부와 상기 격리재 사이에 단열재를 개재하는, 제 8 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 9 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면과 격리재 사이에 단열재를 개재한다. 따라서, 단열 효과가 더욱 향상된다.
제 10 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 개재하거나, 또는 기기를 개재하거나, 또는 부품을 개재하는, 제 6 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 10 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면 사이에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 개재하거나, 또는 기기를 개재하거나, 또는 부품을 개재한다. 따라서, 일체형 배관 플레이트 사이의 공간을 효과적으로 이용하며, 장치를 더욱 소형화할 수 있다. 또한, 구성 기기 및/또는 부품이 일체형 배관 플레이트를 격리하여, 단열 효과도 기대할 수 있다.
제 11 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면과, 상기 배면 사이에 개재된 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품 사이에 단열재를 개재하는, 제 10 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 11 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트의 배면과, 상기 배면 사이에 개재된 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품 사이에 단열재를 개재한다. 따라서, 단열 효과가 현저하여 진다.
제 12 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 다수 제공되며,
상기 다수의 일체형 배관 플레이트를, 단열 간격을 서로 유지하면서 동일 받침대상에 배치하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 12 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트를, 단열 간격을 서로 유지하면서 동일 받침대상에 배치한다. 따라서, 이들 일체형 배관 플레이트는 서로 열 영향을 무시(방지)할 수 있다.
제 13 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 다수의 일체형 배관 플레이트와 상기 받침대 사이에 단열재를 개재하는, 제 12 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 13 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 일체형 배관 플레이트와 받침대 사이에 단열재를 개재한다. 따라서, 단열 효과가 더욱 향상된다.
제 14 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
고온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 고온에 기기를 배치하거나, 또는 고온에 부품을 배치한 고온 영역과, 저온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 저온에 기기를 배치하거나, 또는 저온에 부품을 배치한 저온 영역 사이에 열 차단 홈을 제공하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 14 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 고온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 고온에 기기를 배치하거나, 또는 고온에 부품을 배치한 고온 영역과, 저온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 저온에 기기를 배치하거나, 또는 저온에 부품을 배치한 저온 영역 사이에 열 차단 홈을 제공한다. 따라서, 고온 영역으로부터의 열을 차단하여, 저온 영역에 열의 영향이 미치지 않도록 할 수 있다.
제 15 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 열 차단 홈내로 단열재를 충전하는, 제 14 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 15 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 열 차단 홈내로 단열재를 충전한다. 따라서, 고온 영역과 저온 영역 사이의 열 차단 효과가 더욱 증대할 수 있다.
제 16 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 열 차단 홈을 통해 냉매를 유동하는, 제 14 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 16 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 열 차단 홈을 통해 냉매를 유동한다. 따라서, 고온 영역과 저온 영역 사이의 열 차단 효과가 더욱 증대할 수 있다.
제 17 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
상기 장치를 구성하는 기기 또는 부품, 제어 기기, 또는 전기 배선을 상기 플레이트의 하나 또는 전부에 내장하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 17 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 장치를 구성하는 기기 또는 부품, 제어 기기, 또는 전기 배선을 상기 플레이트의 하나 또는 전부에 내장한다. 따라서, 연료 전지 발전 시스템 등의 장치 전체를 더욱 소형화할 수 있다.
제 18 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
상기 홈의 일부 또는 전부에 내식성 배관을 수용하며,
상기 내식성 배관을 통해 부식성 유체를 유동하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 18 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 홈의 일부 또는 전부에 내식성 배관을 수용하며, 내식성 배관을 통해 부식성 유체를 유동한다. 따라서, 홈(유로)이 다수이고 복잡하더라도, 고도의 가공 기술이 필요 없이, 부식성 유체에 대한 내식성을 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 부식성 유체의 성상에 맞는 재질의 내식성 배관을 선정하여 사용하는 것이 가능하여, 내식 성능의 신뢰성이 향상된다. 더욱이, 내식 처리(내식성 배관을 사용하여 유로 형성)가 부식성 유체용 유로에 한정될 수 있다. 따라서, 가공 공수(man-hour)가 줄고, 저가로 일체형 배관 플레이트를 제공할 수 있다. 게다가, 경시 변화로 인해 내식 성능이 저하한 경우, 일체형 배관 플레이트를 교환하는 것이 아니라, 일체형 배관 플레이트내에 수용된 내식성 배관만을 교환함으로써 내식 성능을 단순하게 복원할 수 있다. 따라서, 유지비를 저감할 수 있다.
제 19 발명의 일체형 배관 플레이트는, 내식성 배관용 재료로서 가요성 재료를 사용하는, 제 18 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 19 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 내식성 배관용 재료로서 가요성 재료를 사용한다. 일체형 배관 플레이트를 일체화한 후에, 내식성 배관을 홈내로 삽입할 수 있거나, 내식성 배관을 교환할 수 있다. 따라서, 작업성을 향상시킬 수 있다.
제 20 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 내식성 배관의 각 단부는, 그 내주면에 원추형 표면을 형성한 관통 구멍을 갖는 제 1 접합 부재와, 그 외주면에 원추형 표면을 형성한 제 2 접합 부재를 이용하여 접합되고, 그에 의해
상기 제 1 접합 부재의 원추형 표면에 의해 상기 단부의 외경측을 지지하며,
상기 제 2 접합 부재의 원추형 표면에 의해 상기 단부의 내경측을 지지하는, 제 18 또는 제 19 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 20 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 내식성 배관의 접합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 유체의 누설을 신뢰성있게 방지할 수 있다.
제 21 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 제 1 접합 부재는 상기 플레이트와 일체형으로 형성되는, 제 20 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 22 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 제 2 접합 부재는 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 일체적으로 형성되는, 제 20 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 23 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 제 1 접합 부재는 상기 플레이트와 일체형으로 형성되며,
상기 제 2 접합 부재는 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 일체적으로 형성되는, 제 20 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 21 발명, 제 22 발명 또는 제 23 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 제 1 접합 부재는 플레이트와 일체형으로 형성되거나, 또는 제 2 접합 부재는 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 일체적으로 형성되거나, 또는 제 1 접합 부재는 플레이트와 일체형으로 형성되며, 제 2 접합 부재는 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 일체적으로 형성된다. 따라서, 부품수가 저감하고, 접합 작업이 용이하게 된다.
제 24 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 제 1 접합 부재는 다수의 부분으로 분할되는, 제 20 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 25 발명의 일체형 배관 플레이트는, 상기 제 1 접합 부재는 다수의 부분으로 분할되는, 제 22 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 24 발명 또는 제 25 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 제 1 접합 부재는 다수의 부분으로 분할된다. 따라서, 특히 강성이 높은 재질의 내식성 배관을 사용하는 경우, 또는 배관 경로가 복잡한 경우에, 접합 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
제 26 발명의 일체형 배관 플레이트는, 3개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 26 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 기기나 부품에 대응하여 다수의 홈을 제공하는 경우에도, 홈의 배치를 단순화하고, 기기나 부품을 콤팩트하게 배치할 수 있다.
제 27 발명의 일체형 배관 플레이트는, 각 플레이트 접합면에 형성된 다수의 스테이지의 홈을, 고온 영역과 저온 영역으로 나누는, 제 26 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 27 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 다수의 스테이지의 홈을, 고온 영역과 저온 영역으로 나눈다. 결과적으로, 서로의 열 영향을 제거할 수 있다.
제 28 발명의 일체형 배관 플레이트는, 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된, 연료 전지 발전 시스템에 사용하는 일체형 배관 플레이트에 있어서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 연료 전지 발전 시스템을 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 28 발명에 기술된 연료 전지 발전 시스템에 사용하는 일체형 배관 플레이트에 따르면, 연료 전지 발전 시스템의 소형화를 실현할 수 있다.
제 1 발명 내지 제 28 발명의 실시예는 하기의 제 1 실시예에서 주로 설명될 것이다.
제 29 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 발명은, 다수의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 방법으로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법에 있어서,
상기 플레이트의 접합면을 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합하는 단계를 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 30 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주를 따라 연장되도록 상기 플레이트에 용접 개선용 홈을 형성하는 단계와,
계속해서 상기 용접 개선용 홈을 용접함으로써, 상기 유체 유로용 홈의 전체 원주 주위에 상기 플레이트의 접합면을 용접하여 상기 플레이트를 접합하는 단계를 더 포함하는, 제 29 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 31 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 장치는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 장치로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치에 있어서,
상기 유체 유로용 홈의 전체 외주를 따라 연장되도록 상기 플레이트에 용접 개선용 홈을 형성하는 용접 개선 가공 수단과,
상기 용접 개선 가공 수단에 의한 상기 용접 개선용 홈의 가공에 이어서, 상기 용접 개선용 홈을 용접함으로써, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 상기 플레이트의 접합면을 용접하여 상기 플레이트를 접합하는 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치이다.
제 29 발명, 제 30 발명 및 제 31 발명의 가공 방법 및 가공 설비에 따르면, 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 플레이트의 접합면을 용접하여 플레이트를 접합한다. 이러한 유형의 용접은 플레이트를 접착제로 접합하는 경우에 비하여, 플레이트 접합부의 내구성을 향상시키고 견고한 용접 구조체를 구성하여, 내압성을 향상시킨다. 또한, 플레이트용 결합 볼트가 불필요하게 되어, 일체형 배관 플레이트 전체를 더욱 소형화할 수 있다. 또한, 이 가공 방법은 접합 처리의 라인 작업을 용이하게 하며, 그에 따라 작업 효율을 향상시킬 수 있어, 비용 절감에 공헌할 수 있다.
제 32 발명의 일체형 배관 플레이트의 기계 설비는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 설비로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비에 있어서,
미리 상기 유체 유로용 홈, 또는 상기 연통 구멍, 또는 상기 유체 유로용 홈 및 상기 연통 구멍이 형성된 상기 플레이트를 공급하는 플레이트 공급 수단과,
상기 플레이트 공급 수단에 의해 공급된 상기 플레이트에, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접 개선용 홈을 형성하는 용접 개선 가공 수단과,
상기 용접 개선 가공 수단에 의한 상기 용접 개선용 홈의 가공에 이어서, 상기 용접 개선용 홈을 용접함으로써, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 상기 플레이트의 접합면을 용접하여 상기 플레이트를 접합하는 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비이다.
제 33 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 설비는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 설비로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비에 있어서,
상기 플레이트를 공급하는 플레이트 공급 수단과,
상기 플레이트 공급 수단에 의해 공급된 상기 플레이트에 상기 유체 유로용 홈, 또는 상기 연통 구멍, 또는 상기 유체 유로용 홈 및 상기 연통 구멍을 형성하는 가공 수단과,
상기 가공 수단에 의해 가공된 상기 플레이트에, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접 개선용 홈을 형성하는 용접 개선 가공 수단과,
상기 용접 개선 가공 수단에 의한 상기 용접 개선용 홈의 가공에 이어서, 상기 용접 개선용 홈을 용접함으로써, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 상기 플레이트의 접합면을 용접하여 상기 플레이트를 접합하는 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비이다.
제 32 발명 및 제 33 발명의 가공 설비에 따르면, 플레이트 공급 수단과, 용접 개선 가공 수단과, 용접 수단이 제공되거나, 또는 플레이트 공급 수단과, 유체 유로용 홈이나 연통 구멍의 가공 수단과, 용접 개선 가공 수단과, 용접 수단에 제공된다. 따라서, 일체형 배관 플레이트를 구성하는 플레이트의 일관 가공(coherent machining)을 용이하게 실행할 수 있고, 그에 따라 작업 효율을 향상시키고, 더욱 더 비용 절감에 공헌할 수 있다.
제 34 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에, 상기 플레이트의 접합면을 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합하는 단계를 더 포함하는, 제 29 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 35 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 장치는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 장치로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치에 있어서,
상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 상기 플레이트의 접합면을 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합하는 마찰 교반 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치이다.
제 34 발명 및 제 35 발명의 가공 방법 및 가공 장치에 따르면, 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 플레이트의 접합면을 용접하여 플레이트를 접합한다. 따라서, 이러한 유형의 용접은 플레이트를 접착제로 접합하는 경우에 비하여, 플레이트 접합부의 내구성을 향상시키고, 견고한 용접 구조체를 구성하여 내압성을 향상시킨다. 또한, 플레이트용 결합 볼트가 불필요하게 되어, 일체형 배관 플레이트 전체를 더욱 소형화할 수 있다. 또한, 이 가공 방법은 접합 처리의 라인 작업을 용이하게 하며, 그에 따라 작업 효율을 향상시킬 수 있어, 비용 절감에 공헌할 수 있다. 더욱이, 마찰 교반 용접의 채용에 의해, 용접 개선용 홈의 가공이 불필요하게 되어, 더욱 더 비용 절감을 달성할 수 있다.
제 36 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 설비는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 설비로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치에 있어서,
미리 상기 유체 유로용 홈, 또는 상기 연통 구멍, 또는 상기 유체 유로용 홈 및 상기 연통 구멍이 형성된 상기 플레이트를 공급하는 플레이트 공급 수단과,
상기 플레이트 공급 수단에 의해 공급된 상기 플레이트의 접합면을 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합하는 마찰 교반 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비이다.
제 37 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 설비는, 다수의 플레이트를 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트의 가공 설비로서,
상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
상기 플레이트의 접합면에 형성된 유체 유로용 홈과, 상기 플레이트에 형성된 연통 구멍에 의해, 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 장치에 있어서,
상기 플레이트를 공급하는 플레이트 공급 수단과,
상기 플레이트 공급 수단에 의해 공급된 상기 플레이트에 상기 유체 유로용 홈, 또는 상기 연통 구멍, 또는 상기 유체 유로용 홈 및 상기 연통 구멍을 형성하는 가공 수단과,
상기 가공 수단에 의해 가공된 상기 플레이트의 접합면을 상기 유체 유로용 홈의 전체 외주 주위에 용접함으로써, 상기 플레이트를 접합하는 마찰 교반 용접 수단을 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 설비이다.
제 36 항 및 제 37 항의 가공 설비에 따르면, 일체형 배관 플레이트를 구성하는 플레이트의 일관 가공을 용이하게 실행할 수 있으며, 그에 따라 작업 효율을 향상시키고, 더욱 더 비용 절감에 공헌할 수 있다. 더욱이, 마찰 교반 용접 수단의 채용에 의해, 용접 개선용 홈의 가공이 불필요하게 되어, 더욱 더 비용 절감을 달성할 수 있다.
제 38 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 가공의 모방 수단(tracer means)으로서 수치 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는, 제 29, 제 30 또는 제 34의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 39 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 장치는, 가공의 모방 수단으로서 수치 제어를 수행하는 제어 수단을 더 포함하는, 제 31 또는 제 35 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 장치이다.
제 40 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 설비는, 가공의 모방 수단으로서 수치 제어를 수행하는 제어 수단을 더 포함하는, 제 32, 제 33, 제 36 또는 제 37 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 설비이다.
제 38 발명, 제 39 발명 및 제 40 발명의 가공 방법, 가공 장치 및 가공 설비에 따르면, 수치 제어에 의한 모방 제어에 의해 일체형 배관 플레이트를 구성하는 플레이트의 일관 가공을 용이하게 실행할 수 있다.
제 29 발명 내지 제 40 발명의 실시예는 하기의 제 2 실시예에서 주로 설명될 것이다.
제 41 발명의 일체형 배관 플레이트는, 일체형 배관 플레이트에 있어서,
유체용 유로로 기능하는 홈을 프레스 가공에 의해 형성한 제 1 플레이트와,
기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품이 그상에 장착되고, 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 연통하는 연통 구멍을 형성한 제 2 플레이트를 포함하며,
상기 홈과 상기 연통 구멍에 의해, 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품이 연결되도록, 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 접합하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 42 발명의 일체형 배관 플레이트는, 일체형 배관 플레이트에 있어서,
유체용 유로로서 기능하는 홈을 정밀 주조에 의해 형성한 제 1 플레이트와,
기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품이 그상에 장착되고, 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품과 연통하는 연통 구멍을 형성한 제 2 플레이트를 포함하며,
상기 홈과 상기 연통 구멍에 의해, 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품이 연결되도록, 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 접합하는, 일체형 배관 플레이트이다.
제 41 발명 및 제 42 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 일체형 배관 플레이트는 프레스 가공 또는 정밀 주조에 의해 형성된 두께가 얇은 플레이트로 구성될 수 있어, 일체형 배관 플레이트의 대폭적인 경량화가 가능해진다.
상세하게, 프레스 가공 또는 정밀 주조에 의해서 유체 유로용 홈을 갖는 플레이트를 성형함으로써, 종래의 일체형 배관 플레이트에 비하여 플레이트의 벽 두께가 얇아질 수 있으며, 대폭적인 중량 경감이 실현된다. 따라서, 경량화를 포함한 일체형 배관 플레이트의 소형화를 달성할 수 있다. 더욱이, 프레스 가공 또는 정밀 주조는 대량생산에 적합하며, 가공 단계는 종래의 일체형 배관 플레이트에 비하여 간략화될 수 있어, 대폭적인 비용 절감에 기여한다. 따라서, 일체형 배관 플레이트의 가공을 위한 작업 효율을 향상시켜, 양산화 및 비용 절감을 실현할 수 있다.
제 43 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법에 있어서,
제 1 플레이트에서 유체용 유로로서 기능하는 홈을 프레스 가공에 의해 형성하는 단계와,
제 2 플레이트상에 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품을 장착하고, 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품에 연통하는 연통 구멍을 상기 제 2 플레이트에 형성하는 단계와,
이와 같이 가공된 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를, 상기 홈과 상기 연통 구멍에 의해 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품을 연결하도록 용접함으로써, 접합하는 단계를 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 44 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법에 있어서,
제 1 플레이트에서 유체용 유로로서 기능하는 홈을 정밀 주조에 의해 형성하는 단계와,
제 2 플레이트상에 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품을 장착하고, 상기 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품에 연통하는 연통 구멍을 상기 제 2 플레이트에 형성하는 단계와,
이와 같이 가공된 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를, 상기 홈과 상기 연통 구멍에 의해 기기 및 부품, 또는 기기, 또는 부품을 연결하도록 용접함으로써, 접합하는 단계를 포함하는, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 43 발명 또는 제 44 발명의 가공 방법에 따르면, 플레이트 자체의 홈을 가공하는 방법으로서 프레스 가공 또는 정밀 주조를 이용함으로써 플레이트의 중량을 대폭적으로 경량화할 수 있는 단계로 할 수 있다. 그 결과, 경량화를 포함한 일체형 배관 플레이트의 소형화가 가능해진다.
또한, 플레이트를 접합하는 방법은 접착제를 이용하는 방법보다는 용접을 이용한다. 따라서, 일체형 배관 플레이트용 결합 볼트가 불필요하게 되고, 일체형 배관 플레이트 전체의 소형화가 가능하다. 더욱이, 접착제를 이용하는 방법과 같이, 접합 동안에 가열 및 가압 처리와 같은 여분의 단계가 불필요하게 된다. 따라서, 가공 단계는 종래의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법에 비하여 간략화될 수 있어, 대폭적인 비용 절감에 기여한다. 프레스 가공, 정밀 주조 및 용접은 대량 생산에 적합하며, 그에 따라 일체형 배관 플레이트의 가공의 작업 효율을 향상시켜, 양산화 및 비용 절감을 실현할 수 있다. 또한, 용접에 의한 결합을 채용한다. 접착제의 열화에 의한 누설에 대한 걱정이 없으며, 내구성을 향상시키고, 고온 및 고압에 대한 저항성을 부여한다.
제 45 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법은, 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트를 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 단계를 더 포함하는, 제 43 또는 제 44 발명의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법이다.
제 45 발명의 가공 방법에 따르면, 플레이트 자체의 홈을 가공하는 방법으로서 프레스 가공 또는 정밀 주조를 이용함으로써 플레이트의 중량을 대폭적으로 경량화할 수 있는 단계로 할 수 있다. 그 결과, 경량화를 포함한 일체형 배관 플레이트의 소형화가 가능해진다.
또한, 플레이트를 접합하는 방법은 접착제를 이용하는 방법보다는 마찰 교반 용접을 이용한다. 따라서, 일체형 배관 플레이트용 결합 볼트가 불필요하게 되고, 용접 개선용 홈도 불필요하게 되어, 일체형 배관 플레이트 전체의 소형화가 가능하다. 더욱이, 접착제를 이용하는 방법과 같이, 접합 동안에 가열 및 가압 처리와 같은 여분의 단계가 불필요하게 된다. 다른 용접 방법과 같은 용접 개선의 가공 수단도 불필요하게 된다. 따라서, 가공 단계는 종래의 일체형 배관 플레이트의 가공 방법에 비하여 간략화될 수 있어, 대폭적인 비용 절감에 기여한다. 프레스 가공, 정밀 주조 및 마찰 교반 용접은 대량 생산에 적합하며, 그에 따라 일체형 배관 플레이트의 가공의 작업 효율을 향상시켜, 양산화 및 비용 절감을 실현할 수 있다. 또한, 용접에 의한 결합을 채용한다. 접착제의 열화에 의한 누설에 대한 걱정이 없으며, 내구성을 향상시키고, 고온 및 고압에 대한 저항성을 부여한다.
제 46 발명의 일체형 배관 플레이트는, 유체용 유로로서 기능하는 홈을 가공한 다수의 제 1 플레이트를, 서로 대향시켜 고정하며,
서로 접촉하는 상기 플레이트의 외주를 밀봉하여 3차원 구성을 이루는, 제 41 또는 제 42 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 46 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 플레이트를 3차원 구성으로 접합하여 일체형 배관 플레이트의 정면측 및 배면측은 일체형으로 된다. 일체형 배관 플레이트의 정면측 및 배면측상에 기기 및 부품을 배치한다. 따라서, 복잡한 라인을 포함하는 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있어, 일체형 배관 플레이트의 경량화를 포함한 소형화를 실현할 수 있고, 만족스러운 응답성을 얻을 수 있다.
제 47 발명의 일체형 배관 플레이트는, 유체용 유로로서 기능하는 홈을 가공한 다수의 제 1 플레이트를, 서로 대향하도록 접촉하게 함으로써 공간부가 생성되며,
상기 공간부를 냉매의 유동용 유로로서 사용하는, 제 46 발명의 일체형 배관 플레이트이다.
제 47 발명의 일체형 배관 플레이트에 따르면, 고온에 노출된 부분을 적절하게 냉각할 수 있고, 복잡한 라인을 포함하는 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 일체형 배관 플레이트의 경량화를 포함한 소형화를 실현할 수 있다.
특히 본 발명에서는, 프레스 가공 또는 정밀 주조로 가공된 플레이트를 사용한다. 따라서, 플레이트 자체가 축열부로서 작용하는 여분의 체적을 갖지 않고, 냉매에 대한 넓은 표면적을 보장할 수 있다. 따라서, 고온의 유체를 높은 효율로 냉각할 수 있다. 이와 같은 이점 때문에, 냉각을 위한 여분의 공간이 불필요하게 되며, 복잡한 라인을 포함하는 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있다.
제 41 발명 내지 제 47 발명의 실시예는 하기의 제 3 실시예에서 주로 설명될 것이다.
본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
제 1 실시예
본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트의 상세 구성이 도 1에 근거하여 연료 전지 발전 시스템을 예로 들어 설명된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 일체형 배관 플레이트(1)는 적당한 접착제(4)에 의해 접합된 플레이트(2)와 플레이트(3)를 포함한다. 일체형 배관 플레이트(1)는 플레이트(3)의 표면(도 1에서 상부면)(3a)상에 배치되고 구성 기기(5)를 포함하는 연료 전지 발전 시스템의 각 구성 기기나 구성부품(도 1에서 일점쇄선으로 나타냄)을 플레이트(2, 3)와 일체형으로 스터드 볼트(6) 및 너트(7)에 의해 고정하여 구성된다.
플레이트(3)에 접합될 플레이트(2)의 접합면(도 1에서 상부면)에는, 대응하는 유체의 속도에 적합한 소정의 단면적을 갖고, 또한 플레이트(3)의 표면(3a)상에 배치한 기기(5) 등의 각 구성 기기나 구성부품의 배관 포트의 위치에 대응한 적당한 길이와 방향을 갖는 홈(8)이 형성되어 있다. 이 홈(8)은 연료 전지 발전 시스템에 필요한 액체나 가스가 유동하는 배관의 기능을 갖는다. 따라서, 홈(8)의 단면적은 유동하는 유체의 특성, 유속 및 압력 손실에 의해 결정되는 반면, 홈(8)의 길이나 방향은 플레이트(3)상에 배치되는 기기(5)를 포함하는 각 구성 기기나 구성부품의 배치에 의해서 결정된다.
도 1에 있어서, 플레이트(2)내에 홈(8)이 제공되었지만, 이 홈(8)은 플레이트(3)내에 제공될 수도 있다. 즉, 플레이트(2)에 접합될 플레이트(3)의 접합면(도 1에서 하부면)(3a)에 홈(8)이 제공될 수도 있다. 또한, 구체적인 예가 후술되지만(도 3 참조), 연료 전지 발전 시스템의 각 구성 기기나 구성부품은, 플레이트(3)의 표면(3a) 뿐만 아니라, 플레이트(2)의 표면(도 1에서 하부면)(2b)상에 배치될 수도 있다. 즉, 구성 기기나 구성부품은 플레이트(2)의 표면(2b)과 플레이트(3)의 표면(3a)의 어느 한쪽, 또는 양쪽 모두에 배치될 수도 있다.
플레이트(2, 3)의 재질은 제한되지는 않지만, 이동용으로서 중량의 저감을 위해, 또한 홈(8)의 가공 용이성으로 인해 알루미늄 플레이트 및 알루미늄 합금 플레이트가 가장 유효한 재질이다. 높은 내열성이나 홈(8)의 성형 용이성으로 인해 주조품도 유효하다. 또한, 합성 수지 등을 플레이트(2, 3)의 재료로서 이용함으로써 보다 더 경량화를 실현할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 플레이트(3)상에 기기(5) 등의 구성 기기나 구성부품이 장착되며, 플레이트(2)와 플레이트(3)를 클램핑하여 홈(8)을 통해 유동하는 유체의 누설을 방비하기 위해 스터드 볼트(6)가 제공된다. 그러나, 이러한 고정 방법은 제한되지 않으며, 구성 기기나 구성부품을 플레이트(3)상에 고정하거나 플레이트(2)와 플레이트(3)의 고정하는 것은 플레이트(2, 3)를 관통하는 관통 볼트 또는 다른 고정 수단에 의해 수행될 수도 있다.
플레이트(3)는 적당한 크기의 두께를 갖는 평편한 플레이트이며, 소정의 위치에 스터드 볼트(6)를 삽입하기 위한 볼트 구멍(9)이 플레이트 두께 방향으로 관통되어 있다. 기기(5)를 포함하는 각 구성 기기나 구성부품에는, 스터드 볼트(6)를 삽입하기 위한 관통 구멍(37)이 형성되어 있다. 또한, 플레이트(3)에는, 그 표면(3a)에 장착될 기기(5)를 포함하는 각 구성 기기나 구성부품과 플레이트(2)의 홈(8) 사이를 연통하여 유체가 유동하기 위한 연통 구멍(10)이 배치되어 있다.
이러한 일체형 배관 플레이트(1)의 조립을 위해, 첫번째 단계는 플레이트(2)와 플레이트(3)를 접착제(4)를 통해 접착시키는 것이다. 보통, 접착제(4)로서는 통상 시판되는 열경화성 접착제를 사용하지만, 연료 전지에 이용하는 연료의 종류나 플레이트(2, 3)의 재질에 따라서, 용착이나 땜납 또는 용접 등의 접합 수단에 의해서 플레이트(2, 3)를 접합하는 방법도 유효하다.
다음에, 스터드 볼트(6)를 플레이트(3)의 볼트 구멍(9)을 관통 삽입하여 플레이트(2)내로 박아 넣는다. 이 스터드 볼트(6)를 기기(5)의 관통 구멍(37)을 관통 삽입한 후에, 스터드 볼트(6)의 단부에 너트(7)를 나사체결하며, 그에 의해 기기(5)를 일체형 배관 플레이트(1)에 체결한다. 또한, 다른 구성 기기나 구성부품도 동일한 작업을 순차적으로 실시하여, 조립을 완료한다.
도 2a 및 도 2b는 일체형 배관 플레이트의 구성을 그 단면 구조에 근거하여 일반적으로 설명하고 있다. 도 2a 및 도 2b에 나타내는 일체형 배관 플레이트(1)는, 예를 들어 A 기기(11), B 기기(12)와, 플레이트(2) 및 플레이트(3)를, 스터드 볼트(6)와 너트(7)를 체결하는 것에 의해, 일체형으로 고정하여 조립될 수 있다.
그리고, A 기기(11)와 B 기기(12) 사이에서는, 플레이트(2)에 형성된 홈(8)과 플레이트(3)에 가공된 연통 구멍(10)에 의해 유체가 유동할 수 있다. 즉, A 기기(11)와 B 기기(12)는 홈(8)에 의해 서로 연결되어 있다. 플레이트(2)와 플레이트(3)는 접착제(4)에 의해서 접착되어, 홈(8)을 통해 유동하는 유체가 밀봉된다. 아직, 각 기기(11, 12)와 플레이트(3) 사이의 간격을 밀봉하는데 O-링(13) 등이 사용된다.
도 3은 일체형 배관 플레이트의 양 표면에 기기를 배치한 예를 도시한다. 도 3에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 플레이트(3)의 표면(3a)상에 기기(105, 106)를 배치하며, 플레이트(2)의 표면(2b)상에도 기기(107, 108)를 배치하고 있다. 플레이트(2)의 접합면(2a)에는 액체의 유로로서 기능하는 홈(8A, 8B, 8C)이 형성된다. 또한, 플레이트(2) 및 플레이트(3)에는 이들 홈(8A, 8B, 8C)과 기기(105, 106, 107, 108) 사이를 연통하기 위한 연통 구멍(10)이 형성된다. 즉, 플레이트(3)상의 기기(105)와 플레이트(2)상의 기기(107)를 홈(8A)에 의해 연결하고, 플레이트(2)상의 기기(107, 108)를 홈(8B)에 의해 연결하며, 플레이트(3)상의 기기(106)와 플레이트(2)상의 기기(108)를 홈(8C)에 의해 연결한다.
또한 도시되지는 않았지만, 플레이트(3)의 표면(3a)에는 기기나 부품을 제공하지 않고, 플레이트(2)의 표면(2b)에만 기기나 부품을 배치할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 표면 처리에 의해 내식층을 형성한 일체형 배관 플레이트의 예를 도시한다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 플레이트(2)와 플레이트(3)의 접합면(접착면)(2a, 3b), 유체의 유로로서 기능하는 홈(8) 및 연통 구멍(10)의 표면에 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 등의 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝(lining), 또는 산화알루미늄 피막 처리를 행하여, 내식층(29)을 형성한다. 이와 같이 내식층(29)을 형성함으로써, 홈(8)이나 연통 구멍(10)을 통해 유동하는 유체나, 접착제(4)중에 함유된 성분에 의한 부식을 방지할 수 있고, 일체형 배관 플레이트(1)의 긴 수명을 도모할 수 있다.
도 5 및 도 6은 플레이트(2)와 플레이트(3)를 용접하는 예를 도시한다. 도 5에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 홈(8)으로부터 적당한 간격을 유지한 상태로 플레이트(2)에 형성된 홈(8)의 외주를 둘러싸는 용접선(30)상에, 전자기력 제어식 하이브리드 용접 등에 의해, 순차적으로 플레이트(2, 3)를 강한 압력으로 파지하면서 용접을 수행한다. 이 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 용접선(30)의 위치에서 플레이트(2)와 플레이트(3)가 용접된다. 이 용접선(30)의 부분에서, 홈(8)을 통해 유동하는 유체를 신뢰성있게 밀봉할 수 있다.
도 7은 상기 일체형 배관 플레이트의 응용예로서 3차원 모듈의 예를 도시한다. 도 7에 도시된 3차원 모듈(15)은, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 하기의 방식으로 일체형으로 고정함으로써 3차원 구성으로 형성된다. 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)의 배면을 중첩한 상태, 즉 일체형 배관 플레이트(1A)에서의 플레이트(2)의 표면(2b)과 일체형 배관 플레이트(1B)에서의 플레이트(2)의 표면(2b)을 중첩한 상태로, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)[플레이트(2, 3) 전체]를 관통하는 관통 구멍(101)을 관통하여 관통 볼트(14)를 삽입하며, 관통 볼트(14)의 반대측 단부에 너트(102)를 나사 체결한다.
도 7에 있어서, 상부의 일체형 배관 플레이트(1A)상에 제공된 기기(11, 12)의 배면에 위치되도록, 그 보조 부품 또는 보조 기기(26a, 26b)를 하부의 일체형 배관 플레이트(1B)상에 배치하여, 3차원 구조체를 구성한다. 이에 의해, 대폭적인 소형화가 가능하다.
일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 플레이트(3)의 표면(3a) 보다는 플레이트(2)의 표면(2b)에 기기 또는 부품을 배치한 경우, 물론 플레이트(3)의 표면(3a)은 일체형 배관 플레이트(1)의 배면이 되며, 이러한 표면이 다른 일체형 배관 플레이트(1)에 접합될 접합면이 된다.
도 7에 있어서, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 일체화하고 있지만, 이러한 방식에만 한정되지 않는다. 3개 또는 4개의 일체형 배관 플레이트와 같은 임의의 다수의 일체형 배관 플레이트를 그들 배면을 중첩한 상태로 일체화(3차원화)될 수도 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 3차원 모듈(15A)에 있어서, 기기(109, 110, 111, 112)를 배치한 비교적 큰 일체형 배관 플레이트(1A)를 도면중 상측에 배치하는 반면, 기기(113, 114), 기기(115, 116) 및 기기(117, 118)를 각각 배치한 비교적 작은 일체형 배관 플레이트(1B, 1C, 1D)를 도면중 하측에 배치한다. 이들 4개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C, 1D)의 배면(2b)을 중첩한 상태로 4개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C, 1D)를 일체형으로 고정함으로써 3차원 구조를 형성한다.
또한, 도 9에 도시된 3차원 모듈(15B)의 경우에 있어서, 기기(119, 120), 기기(121, 122) 및 기기(123, 124)를 각각 배치한 크고 작은 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C)를 도면중 상측에 배치하는 반면, 기기(125, 126) 및 기기(127, 128, 129)를 각각 배치한 크고 작은 일체형 배관 플레이트(1D, 1E)를 도면중 하측에 배치한다. 이들 5개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C, 1D, 1E)의 배면(2b)을 중첩한 상태로 5개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C, 1D, 1E)를 일체형으로 고정함으로써 3차원 구조를 형성한다.
도 10은 상기 일체형 배관 플레이트의 응용예로서 단열 3차원 모듈의 예를 도시한다. 도 10에 도시된 단열 3차원 모듈(18A)은 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 하기의 방식으로 일체형으로 고정함으로써 3차원 구성으로 형성한다. 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)의 배면(2b)[일체형 배관 플레이트(1A, 1B)에서의 플레이트(2)의 표면]을 중첩한 상태로, 또한 적당한 단열재(16a) 등을 이들 배면(2b) 사이에 개재한 상태로, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)[플레이트(2, 3) 전체]를 관통하는 관통 구멍(103)을 관통하여 관통 볼트(17)를 삽입하며, 관통 볼트(17)의 반대측 단부에 단열재(16a)를 거쳐서 너트를 나사 체결한다.
이 단열 3차원 모듈(18A)에 있어서, 단열재(16a, 16b)를 거쳐서 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 서로 결합한다. 이러한 단열층이 있기 때문에, 도면중 상측의 일체형 배관 플레이트(1A)에 배치된 고온 기기(27a, 27b)의 열이 도면중 하측의 일체형 배관 플레이트(1B)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 일체형 배관 플레이트(1A)에 배치된 고온 기기(27a, 27b)에 근접하여 다른 저온 기기(28a, 28b)를 일체형 배관 플레이트(1B)에 배치할 수 있다.
또한, 이러한 경우에도, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)로만 한정되지 않고, 임의의 다수의 일체형 배관 플레이트를 일체화할 수 있다. 예를 들면, 이들 모드의 도시는 생략되었지만, 도 8에 도시되는 일체형 배관 플레이트(1A)와 일체형 배관 플레이트(1B, 1C, 1D)의 배면(2b) 사이에 단열재를 개재하거나, 도 9에 도시되는 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C)와 일체형 배관 플레이트(1D, 1E)의 배면(2b) 사이에 단열재를 개재할 수도 있다.
도 11은 상기 일체형 배관 플레이트(1)의 응용예로서 다른 단열 3차원 모듈의 예를 도시한다. 도 11에 도시된 단열 3차원 모듈(18B)은, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)의 배면(2b)[일체형 배관 플레이트(1A, 1B)에서의 플레이트(2)의 표면]을 중첩한 상태로, 또한 이들 배면(2b) 사이에 적당한 길이의 격리재(31)를 개재한 상태로, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 상기 격리재(31)에 의해 일체형으로 연결 고정함으로써 3차원 구성으로 형성된다. 또한, 격리재(31)와 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에는 단열재(130)를 개재한다.
이러한 단열 3차원 모듈(18B)에 있어서, 격리재(31)에 의해서 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에 적당한 간격을 유지함으로써, 고온부[고온 기기(27a, 27b)]와 저온부(저온 기기(28a, 28b)]를 서로 열적으로 차단하는 동시에, 장치를 3차원 구성으로 소형화할 수 있다. 또한, 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)와 격리재(31) 사이에 단열재(130)를 개재함으로써, 더욱 더 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
즉, 단지 격리재(31)만을 개재하는 것으로도 충분한 단열 효과를 얻을 수 있으면, 반드시 단열재(130)를 제공할 필요는 없다. 그러나, 격리재(31)를 통해서 전도되는 열을 차단할 필요가 있다면, 격리재(31)와 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에 단열재(130)를 개재한다. 대안적으로, 격리재(31)와 일체형 배관 플레이트(1A) 사이, 또는 격리재(31)와 일체형 배관 플레이트(1B) 사이중 어느 한쪽에만 단열재(130)를 제공할 수도 있다.
또한 이러한 경우에도, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)로만 한정되지 않고, 임의의 다수의 일체형 배관 플레이트를 일체화할 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 단열 3차원 모듈(18B)의 경우에 있어서, 고온 기기(131a, 131b, 132a, 132b)를 배치한 비교적 큰 일체형 배관 플레이트(1A)를 도면중 상측에 배치하고, 저온 기기(133a, 133b) 및 저온 기기(134a, 134b)를 각각 배치한 비교적 작은 일체형 배관 플레이트(1B, 1C)를 도면중 하측에 배치한다. 이들 3개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C)의 배면(2b)을 중첩한 상태로, 또한 이들의 배면(2b) 사이에 격리재(31)를 개재한 상태로, 3개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C)를 상기 격리재(31)에 의해 일체형으로 연결 고정하여 3차원 구성으로 형성하고 있다.
도 13은 격리재 대신에 기기를 일체형 배관 플레이트 사이에 개재한 예를 도시한다. 도 13에 도시된 3차원 모듈(18C)에 있어서, 도 11에 도시된 3차원 모듈(18B)에서 격리재(31) 대신에, 기기(139, 140)를 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)의 배면(2b) 사이에 개재한다. 이러한 모드의 도시는 생략되었지만, 이들 기기(139, 140)도, 일체형 배관 플레이트(1A) 또는 일체형 배관 플레이트(1B)에 제공된 홈에 의해 서로 연결될 수도 있다.
또한 이러한 경우에도, 격리재(31)를 개재한 경우에서와 같이, 기기(139, 140)에 의해서 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 서로 격리시킨다. 따라서, 단열 효과를 기대할 수 있다. 특히, 도면에 도시된 바와 같이, 기기(139, 140)와 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에 단열재(130)를 개재함으로써 현저한 단열 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 이러한 경우에 있어서, 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에 기기(139, 140)를 배치함으로써, 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이의 공간을 효과적으로 이용한다. 따라서, 장치를 더욱 소형화할 수 있다.
또한 이러한 경우에도, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)로만 한정되지 않고, 임의의 다수의 일체형 배관 플레이트를 일체화할 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 단열 3차원 모듈(18B)에 있어서, 격리재(31) 대신에 구성 기기나 부품을 개재할 수도 있다.
도 14는 상기 일체형 배관 플레이트의 응용예로서 동일 받침대상에 다수의 일체형 배관 플레이트를 배치한 예를 도시한다. 도 14에 있어서, 고온 기기(27a, 27b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1A)와, 저온 기기(28a, 28b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1B)를 동일 받침대(32)상에 적당한 단열 간격(L)으로 배치한다. 받침대(32)에 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 고정하는 것은, 볼트나 용접 등 적절한 고정 수단(도시되지 않음)에 의해서 수행된다. 또한, 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)와 받침대(32) 사이에 단열재(145)를 개재한다.
이와 같이 단열 간격(L)을 유지한 상태로 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)를 배치함으로써, 이들 일체형 배관 플레이트(1)는 서로 열 영향을 무시(방지)할 수 있다. 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)와 받침대(32) 사이에 단열재(145)를 개재함으로써, 단열 효과를 더욱 더 높일 수 있다.
또한 이러한 경우에도, 2개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B)로만 한정되지 않고, 임의의 다수의 일체형 배관 플레이트를 동일 받침대상에 배치할 수 있다. 예를 들면, 도 15에 도시된 예에 있어서, 4개의 일체형 배관 플레이트(1A, 1B, 1C, 1D), 즉 고온 기기(141a, 141b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1A)와, 저온 기기(142a, 142b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1B)와, 고온 기기(143a, 143b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1C)와, 저온 기기(144a, 144b)를 배치한 일체형 배관 플레이트(1D)를 동일 받침대(32)상에 단열 간격(L)으로 배치하고 있다.
도 16 및 도 17은 동일한 일체형 배관 플레이트에 고온 기기와 저온 기기를 배치한 예를 도시한다. 도 16 및 도 17에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)로서는, 동일한 일체형 배관 플레이트(1)상에 있어서, 고온 기기(33a, 33b, 33c) 등의 고온 기기나 부품을 배치한 고온 영역과, 저온 기기(34a, 34b) 등의 저온 기기나 부품을 배치한 저온 영역 사이에 열 차단 홈(35)을 제공한다. 열 차단 홈(35)은 플레이트(2)에 형성되고, 열 차단 홈(35)의 양 단부와 연통하는 연통 구멍(36)은 플레이트(3)에 형성된다.
이러한 일체형 배관 플레이트(1)에 따르면, 열 차단 홈(35)이 공기에 의한 단열층을 형성하여, 고온 영역에서 저온 영역으로의 열전도의 큰 저항을 나타낸다. 따라서, 동일한 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 고온 기기(33a, 33b, 33c)에 근접하여 저온 기기(34a, 34b)를 배치하더라도, 열 영향을 전혀 받지 않는다.
또한, 열 차단 홈(35)내에 적당한 단열재를 충전하는 것도 열 영향을 방지하는 효과적인 수단이다.
열 차단 홈(35)의 효과를 높이기 위해, 냉매 환류(reflux) 수단(도시되지 않음)에 의해, 열 차단 홈(35)의 양 단부에 형성된 연통 구멍(36)중 하나의 연통 구멍(36)으로부터 다른 연통 구멍(36)을 향하여 열 차단 홈(35)내로 냉각 공기 또는 냉각수 등의 냉매를 유동시켜 열 차단 홈(35)을 냉각하는 구성이 될 수도 있다.
도 18, 도 19 및 도 20은 전자 밸브(19) 등의 부품, 프린트 칩 등의 제어 기기(20) 및 전기 배선(21)을 일체형 배관 플레이트(1)내에 내장하여 공간 절약화를 달성하는 예를 나타낸다.
이들 도면에 도시되는 바와 같이, 일체형 배관 플레이트(1)에 배치된 C 기기(22)와 D 기기(23)는 플레이트(2)에 형성된 홈(8)에 의해 연결된다. 이 홈(8)을 통하여 유동하는 유체는 플레이트(3)내에 매설된 압력 센서(25a)에 의해 검출되며, 압력 센서(25a)에서의 검출 신호를 플레이트(3)내에 매설된 제어 기기(20)에 전송하며, 제어 기기(20)에서의 제어 신호를 플레이트(3)내에 매설된 전기 배선(21)을 거쳐서 플레이트(3)에 매설된 전자 밸브(19)에 전송함으로써, 전자 밸브(19)를 작동시킨다. 마찬가지로, 홈(8)을 통해 유동하는 유체의 유량을 검출하는 유량 센서(25b) 및 이 유체의 온도를 검출하는 온도 센서(25c)도 플레이트(3)내에 매설되며, 이들 센서(25b, 25c)에서의 검출 신호도 제어 기기(20)로 전송된다.
이러한 방식에 있어서, 전자 밸브(19), 제어 기기(20) 및 전기 배선(21)을 일체형 배관 플레이트(1)에 내장함으로써, 더욱 더 공간 절약화를 실현할 수 있다. 또한, 스위치 등의 전기 부품도 일체형 배관 플레이트(1)에 내장될 수도 있다. 제어 장치(20)로서는 플레이트(3)내에 매설될 수 있는 프린트 칩(프린트 회로 기판)을 이용할 수 있다. 일부 부품은 플레이트(2)내에 내장될 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 부품의 조립, 검사 등을 위해 플레이트(3)는 개구부를 가져야 한다. 즉, 장치를 구성하는 기기, 부품, 제어 기기 또는 전기 배선 등을 플레이트(2, 3)중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 내장할 수도 있다.
이전에 기술된 바와 같이, 연료 전지 발전 시스템 등에 있어서, 유로로서 홈(8)을 유동하는 유체는 고온 유체, 저온 유체, 부식성 물질을 함유하는 유체 등의 다양한 종류가 있다. 그 중에서도, 부식성 물질을 함유한 유체(이하, "부식성 유체"라고 함)는 그 유로에 대한 특별한 배려가 필요하다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에 근거하여 설명된 바와 같이, 홈(8)의 표면에 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝, 또는 산화알루미늄 피막 처리를 실시하여 내식층(29)을 형성함으로써, 홈(8)이 부식성 유체에 대한 내식성을 갖는다.
그러나, 내식층을 형성하는 이러한 기술은, 홈(8)(유로)의 배치가 복잡한 경우에 적용하기 어려울 수 있다. 즉, 도 49에 도시된 다수의 기기 및 부품으로 구성된 연료 전지 발전 시스템의 유닛에 있어서, 이들 다수의 기기나 부품을 홈(8)에 의해 연결하거나, 또는 밸브 등의 소형 기기나, 센서, 스위치 등의 전기 부품, 및 전기 배선을 플레이트내에 내장할 수 있다. 따라서, 도 21에 도시된 바와 같이, 홈(8)의 개수가 매우 많고, 홈(8)간의 간섭을 방지하기 위해 일부의 홈(8)(유로)을 우회시킬 필요가 있다. 따라서, 다수의 홈(8)(유로)이 종종 복잡하게 미로와 같이 되는 경우가 있다.
이러한 홈(8)에 대하여 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝, 또는 산화알루미늄 피막 처리를 실시하는 작업은, 고도의 가공 기술 및 그 가공을 위한 막대한 공수를 필요로 한다. 또한, 홈(8)(유로)이 복잡한 형상이 되면, 제품의 정밀도나 신뢰성이 문제가 될 수 있다. 이러한 경우에, 홈(8)에 내식층(29)을 형성하는 대신에 내식성 배관을 제공하는 것이 효과적이다.
도 22에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)는 접착제(4) 등에 의해 플레이트(2)와 플레이트(3)를 접합하여 구성된다. 플레이트(2)와 플레이트(3) 사이의 접합면[도시된 예에서 플레이트(2)의 상부면(2a)]에는 홈(8)이 가공된다. 플레이트(3)의 상부면(3a)에는 연료 전지 발전 시스템을 구성하는 각종 구성 기기(191)나 부품(192)(도 22에서 일점쇄선으로 표시됨)을 배치한다. 이들 기기(191)나 부품(192)을 플레이트(3)에 형성된 연통 구멍(10)에 의해서 홈(8)에 접속한다. 이에 의해, 기기(191)나 부품(192)을 홈(8)에 의해 연결한다. 기기(191)나 부품(192)과 플레이트(3) 사이의 공간은 O-링(도시되지 않음) 등의 밀봉재로 밀봉된다. 이들 특징부는 도 1에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에서와 동일하다.
도 22에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 부식성 유체가 유동하는 홈의 단면적은 홈(8)에 직접 유체를 유동하는 경우의 필요 단면적 보다 크게 하며, 이 홈(8)에 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지 파이프 등의 내식성 배관(151)을 제공하여, 부식성 유체용 유로로서 이 내식성 배관(151)을 사용한다. 내식성 배관(151)은 불소 수지 파이프에만 한정되지 않고, 부식성 유체의 성질에 맞는 다른 내식성 재료(염화비닐, 합성 고무, 그 밖의 합성 수지 등)로 제조된 배관을 이용할 수도 있다. 그러나, 일체형 배관 플레이트(1)를 일체화한 후에 내식성 배관(151)을 소정의 홈(8)에 삽입할 수 있거나, 또는 내식성 배관(151)을 교환할 수도 있다. 따라서, 내식성 배관(151)용 재료로서는 가요성 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
홈(8)에 수용된 내식성 배관(151)의 양 단부는, 제 1 접합 부재로서의 받침부(bearer)(152)와, 제 2 접합 부재로서의 팽이형 부품(top-shaped component)(153)에 접합된다. 팽이형 부품(153)은, 그 외주면에 원추형 표면(153a)을 형성한 절두 원추형의 본체부(접합부)(153b)를 갖고, 이 본체부(153b)상에는 헤드부(153c)를 갖는다. 팽이형 부품(153)의 전체 형상이 팽이와 같이 되어 있다.
도 23a, 도 23b, 도 24a 및 도 24b에 도시되는 바와 같이, 1개의 내식성 배관(151)에 대하여 1개의 받침부(152)를 이용하는 경우(도 23a, 도 23b)와, 다수 라인(도시된 예에서는 2개)의 내식성 배관(151)에 대하여 1개의 받침부(152)를 이용하는 경우(도 24a, 도 24b)가 있다. 이들 받침부(152)는, 플레이트(3)에 형성된 피팅 구멍(fitting hole)(3f)에 각각 끼워맞춰지며, 스크루(155)에 의해 플레이트(2)에 고정하고 있다. 받침부(152)의 외주면에는 단차부(152a)를 형성하며, 이러한 단차부(152a)가 피팅 구멍(3f)의 내주면에 형성된 단차부(3g)에 접촉한다. 받침부(152)의 중앙부에는 관통 구멍(152b)을 형성하며, 이 관통 구멍(152b)의 내주면의 일부에 원추형 표면(152c)을 형성하고 있다. 또한, 원추형 표면(152c)의 상부에는 관통 구멍(152b)의 내주면을 더 넓힘으로써 단차부(152d)를 형성한다. 받침부(152)는 분할선의 위치에서 2분할하고 있다.
도 25 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 이 받침부(152)와 팽이형 부품(153)에 의해 내식성 배관(151)의 양 단부를 접합(고정)한다. 즉, 내식성 배관(151)의 단부를 받침부(152)의 관통 구멍(152b)내로 삽입하며, 이 내식성 배관(151)의 단부내에 팽이형 부품(153)의 본체부(153b)를 압입한다. 이에 의해, 본체부(153b)의 원추형 표면(153a)에 의해 내식성 배관(152)의 단부를 확대하며, 본체부(153b)의 원추형 표면(153a)을 받침부(152)의 원추형 표면(152c)에 끼워맞춘다. 그 결과, 내식성 배관(151)의 단부는, 그 외경측이 받침부(152)의 원추형 표면(152c)에 의해 지지되고, 그 내경측이 팽이형 부품(153)의 원추형 표면(153a)에 의해 지지된 상태로 접합(고정)된다. 이때에, 팽이형 부품(153)의 헤드부(153c)는 받침부(152)의 단차부(152d)내에 끼워맞춰진다. 따라서, 기기(191)와 부품(192) 사이의 내식성 배관(151)을 통해 부식성 유체가 유동한다. 이때에, 부식성 유체가 내식성 배관(151)의 단부로부터 누설하는 것을 방지할 수 있다.
받침부(152)는 통상 일체형으로 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 강성이 높은 재질의 내식성 배관(151)을 이용하는 경우에, 도 27에 도시된 바와 같이 내식성 배관(151)의 단부가 기울어진 상태로 있다. 다수의 라인의 내식성 배관(151)을 1개의 받침부(152)로 접합하는 경우에, 내식성 배관(151) 라인의 단부가 불규칙한 방향으로 있다. 일체형의 받침부(152)는 내식성 배관(151) 라인의 단부를 접합하는 작업에 있어서 어려움을 야기한다[내식성 배관(151)을 길게 하고, 받침부(152)내에 삽입한 후에 내식성 배관(151)의 단부를 절단하는 방법도 있지만, 절단 위치가 받침부(152)의 내부이기 때문에, 이것은 어려운 작업이 된다]. 이러한 경우에 있어서, 본 실시예에서와 같이 받침부(152)를 2분할하고, 한쪽의 받침부(152)를 피팅 구멍(3f)내로 삽입한 후, 다른쪽의 받침부(152)를 피팅 구멍(3f)내로 삽입함으로써, 접합 작업의 효율을 향상시킨다. 이러한 경우, 받침부(152)의 분할수는 2분할에만 한정되지 않고, 3분할 또는 그 이상일 수도 있다.
도 28 및 도 29는 내식성 배관(151)의 단부의 다른 접합예를 도시한다. 이들은 배관 경로[홈(8)]가 단순한 경우이거나, 또는 강성이 낮은 재질의 내식성 배관(151)을 사용한 경우에 적용하기 유용하다.
도 28에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에 따르면, 도 26에 도시된 받침부(152)와 플레이트(3)를 일체형으로 성형한다. 즉, 플레이트(3)에는 관통 구멍(3c)을 형성하며, 이 관통 구멍(3c)의 내주면의 일부에 원추형 표면(3d)을 형성한다. 원추형 표면(3d)의 상부에는 관통 구멍(3c)의 내주면을 더욱 넓힘으로써 단차부(3e)를 형성한다.
이러한 경우에 있어서, 내식성 배관(151)의 단부를 플레이트(3)의 관통 구멍(3c)에 삽입하며, 이 내식성 배관(151)의 단부내에 팽이형 부품(153)의 본체부(153b)를 압입한다. 이렇게 하여, 본체부(153b)의 원추형 표면(153a)에 의해서 내식성 배관(152)의 단부를 확대하며, 본체부(153b)의 원추형 표면(153a)을 플레이트(3)의 원추형 표면(3d)에 끼워맞춘다. 이때에, 팽이형 부품(153)의 헤드부(153c)는 플레이트(3)의 단차부(3e)에 끼워맞춰진다. 그 결과, 내식성 배관(151)의 단부는, 그 외경측이 플레이트(3)의 원추형 표면(3d)에 의해 지지되고, 그 내경측이 팽이형 부품(153)의 원추형 표면(153a)에 의해 지지된 상태로, 유체의 누설 없이 견고하게 접합된다.
도 29에 도시된 일체형 배관 플레이트(1)에 따르면, 도 26에 도시된 받침부(152)와 플레이트(3)를 일체형으로 성형하며, 팽이형 부품(153)과 기기(191) 또는 부품(192)을 일체형으로 성형한다. 즉, 플레이트(3)에는 관통 구멍(3c)을 형성하며, 이 관통 구멍(3c)의 내주면의 일부에 원추형 표면(3d)을 형성한다. 또한, 기기(191) 또는 부품(192)의 하부면에는, 외주면에 원추형 표면(154a)을 형성한 절두 원추형의 접합부(154)를 기기(191) 또는 부품(192)과 일체형으로 성형한다.
이러한 경우에 있어서, 내식성 배관(151)의 단부를 플레이트(3)의 관통 구멍(3c)내로 삽입하며, 이 내식성 배관(151)의 단부내에 기기(191) 또는 부품(192)의 접합부(154)를 압입한다. 이렇게 함으로써, 접합부(154)의 원추형 표면(154a)에 의해 내식성 배관(151)의 단부를 확대하며, 접합부(154)의 원추형 표면(154a)을 플레이트(3)의 원추형 표면(3d)에 끼워맞춘다. 따라서, 내식성 배관(151)의 단부는, 그 외경측이 플레이트(3)의 원추형 표면(3d)에 의해 지지되고, 그 내경측이 접합부(154)의 원추형 표면(154a)에 의해 지지된 상태로, 유체를 누설하지 않도록 견고하게 접합된다.
이전에 기술된 바와 같이, 도 49에 도시된 바와 같은 다수의 기기나 부품으로 구성된 연료 전지 발전 시스템의 유닛에 있어서, 이들 다수의 기기나 부품을 홈(8)에 의해 연결한다. 따라서, 도 21에 도시된 바와 같이, 홈(8)의 개수가 매우 많고, 홈(8)간의 교차나 간섭을 방지하기 위해서 일부의 홈(8)을 크게 우회시킬 필요가 있다. 더욱이, 이들 홈(8)(유로)은 그 용도에 맞는 적정한 유속을 확보하도록 그 단면적을 계산하여 설계된다. 따라서, 폭이 넓은 홈(8)이 필요할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 폭이 넓은 홈(8)을 형성하기에 충분한 공간을 확보할 필요가 있다. 게다가, 이들 홈(8)(유로)을 통해 유동하는 유체의 일부는 온도가 상이하므로, 서로 열 영향을 미치지 않도록 적정한 격리 치수를 확보할 필요도 있다.
이 때문에, 다수의 홈(8)(유로)이 종종 복잡하게 미로와 같이 되는 경우가 있다. 이러한 경우에 있어서, 일체형 배관 플레이트의 설계나 제작(홈의 가공)이 번잡하게 된다. 더욱이, 홈(8)을 우회시키거나, 홈(8)의 폭을 넓히기 위해서 플레이트의 크기, 즉 일체형 배관 플레이트의 크기가 매우 커질 수 있다. 이러한 관점에서, 이러한 경우에도 홈(8)(유로)의 배치를 간단하고 콤팩트하게 할 수 있는 3차원의 일체형 배관 플레이트의 구성을 도 30 내지 도 35에 근거하여 설명한다.
도 30에 있어서, 플레이트(2)와 플레이트(3) 사이에 중간 플레이트(161)를 제공하며, 이들 3개의 플레이트(2, 3, 161)를 접착제(4) 등으로 접합하여 일체화함으로써, 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)를 구성한다. 이 3차원의 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면[플레이트(3)의 외측면]에는 연료 전지 발전 시스템의 부품(162A), 기기(162B) 및 기기(162C)를 배치하여 스터드 볼트와 너트 등의 고정 수단(도시되지 않음)에 의해 고정한다. 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)의 다른쪽 표면[플레이트(2)의 외측면]에는 연료 전지 발전 시스템의 부품(162D), 부품(162E) 및 기기(162F)를 배치하여 스터드 볼트와 너트 등의 고정 수단(도시되지 않음)에 의해 고정한다.
플레이트(3)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(3)의 접합면]과, 플레이트(2)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(2)의 접합면]에는 유체의 유로로 기능하는 홈(8)을 각각 형성한다. 이들 홈(8)과 부품(162A), 기기(162B), 기기(162C), 부품(162D), 부품(162E) 및 기기(162F)를 플레이트(2, 3, 161)에 형성된 연통 구멍(10)에 의해 접속하고 있다. 즉, 2개의 위치에서 플레이트 접합면의 상부 스테이지 및 하부 스테이지에 제공된 홈(8)에 의해 3차원적으로 부품(162A), 기기(162B), 기기(162C), 부품(162D), 부품(162E) 및 기기(162F)를 연결한다. 홈(8)의 단면적은 각 유체에 대해 적정하게 계산되어 결정된다.
도 30, 도 31 및 도 32는, 유체 공급구(164) → 부품(162A) → 기기(162F) → 기기(162B) → 기기(162C) → 부품(162E) → 부품(162D) → 유체 배출구(165)와 같은 경로를 규정하는 홈(8)과, 연통 구멍(10)과, 부품(162A), 기기(162B), 기기(162C), 부품(162D), 부품(162E) 및 기기(162F) 사이의 배치 관계를 나타내고 있다. 이 경로를 도 31 및 도 32에 근거하여 상세하게 설명하면, 이 경로는, 유체 공급구(164) → 홈(8A) → 연통 구멍(10A) → 부품(162A) → 연통 구멍(10B) → 홈(8B) → 연통 구멍(10C) → 홈(8C) → 연통 구멍(10D) → 기기(162F) → 연통 구멍(10E) → 홈(8D) → 연통 구멍(10F) → 기기(162B) → 연통 구멍(10G) → 홈(8E) → 연통 구멍(10H) → 기기(16C) → 연통 구멍(10I) → 홈(8F) → 연통 구멍(10J) → 홈(8G) → 연통 구멍(10K) → 부품(162E) → 연통 구멍(10L) → 홈(8H) → 연통 구멍(10M) → 부품(162D) → 연통 구멍(10N) → 홈(8I) → 유체 배출구(165)를 따른다.
도 33에 있어서, 플레이트(2)와 플레이트(3) 사이에는 중간 플레이트(161)가 제공되며, 이들 3개의 플레이트(2, 3, 161)를 접착제(4) 등으로 접합하여 일체화함으로써 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)를 구성한다. 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)의 한쪽 표면[플레이트(3)의 외측면]에만 연료 전지 발전 시스템의 부품(166A), 기기(166B), 기기(166C), 부품(166D), 부품(166E) 및 기기(166F)를 배치하여 스터드 볼트와 너트 등의 고정 수단(도시되지 않음)에 의해 고정한다.
플레이트(3)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(3)의 접합면]과, 플레이트(2)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(2)의 접합면]에는 유체의 유로로서 기능하는 홈(8)을 각각 형성한다. 이들 홈(8)과 부품(166A), 기기(166B), 기기(166C), 부품(166D), 부품(166E) 및 기기(166F)를 플레이트(2, 3, 161)에 형성된 연통 구멍(10)에 의해 접속한다. 즉, 2개의 위치에서 플레이트 접합면의 2개의 스테이지에 제공된 홈(8)에 의해 3차원적으로 부품(166A), 기기(166B), 기기(166C), 부품(166D), 부품(166E) 및 기기(166F)를 연결한다. 홈(8)의 단면적은 각 유체에 대해 적정하게 계산되어 결정된다.
도 33, 도 34 및 도 35는, 유체 공급구(167) → 부품(166A) → 기기(166F) → 기기(166B) → 기기(166C) → 부품(166E) → 부품(166D) → 유체 배출구(168)와 같은 경로를 규정하는 홈(8), 연통 구멍(10), 부품(166A), 기기(166B), 기기(166C), 부품(166D), 부품(166E) 및 기기(166F) 사이의 배치 관계를 나타내고 있다. 이 경로를 도 34 및 도 35에 근거하여 상세하게 설명하면, 이 경로는, 유체 공급구(167) → 홈(8A) → 연통 구멍(10A) → 부품(166A) → 연통 구멍(10B) → 홈(8B) → 연통 구멍(10C) → 기기(166F) → 연통 구멍(10D) → 홈(8C) → 연통 구멍(10E) → 기기(166B) → 연통 구멍(10F) → 홈(8D) → 연통 구멍(10G) → 기기(166C) → 연통 구멍(10H) → 홈(8E) → 연통 구멍(10I) → 부품(166E) → 연통 구멍(10J) → 홈(8F) → 연통 구멍(10K) → 부품(166D) → 연통 구멍(10L) → 홈(8G) → 유체 배출구(168)를 따른다.
비교를 위해, 도 36은 도 30에 도시된 부품(162A), 기기(162B), 기기(162C), 부품(162D), 부품(162E) 및 기기(162F)를, 2개의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트(1)에 배치한 경우의 예를 도시한다. 도 37은 도 33에 도시된 부품(166A), 기기(166B), 기기(166C), 부품(166D), 부품(166E) 및 기기(166F)를, 2개의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트(1)에 배치한 경우가 예를 도시한다.
도 36은, 유체 공급구(169) → 홈(8A) → 연통 구멍(10A) → 부품(162A) → 연통 구멍(10B) → 홈(8B) → 연통 구멍(10C) → 기기(162F) → 연통 구멍(10D) → 홈(8C)-→ 연통 구멍(10E) → 기기(162B) → 연통 구멍(10F) → 홈(8D) → 연통 구멍(10G) → 기기(162C) → 연통 구멍(10H) → 홈(8E) → 연통 구멍(10I) → 부품(162E) → 연통 구멍(10J) → 홈(8F) → 연통 구멍(10K) → 부품(162D) → 연통 구멍(10L) → 홈(8G) → 유체 배출구(170)를 따르는 경로를 나타낸다.
도 37은, 유체 공급구(171) → 홈(8A) → 연통 구멍(10A) → 부품(166A) → 연통 구멍(10B) → 홈(8B) → 연통 구멍(10C) → 기기(166F) → 연통 구멍(10D) → 홈(8C) → 연통 구멍(10E) → 기기(166B) → 연통 구멍(10F) → 홈(8D) → 연통 구멍(10G) → 기기(166C) → 연통 구멍(10H) → 홈(8E) → 연통 구멍(10I) → 부품(166E) → 연통 구멍(10J) → 홈(8F) → 연통 구멍(10K) → 부품(166D) → 연통 구멍(10L) → 홈(8G) → 유체 배출구(172)를 따르는 경로를 나타낸다.
이와 같이 2개의 플레이트를 서로 접합한 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 하나의 평면내에 모든 홈(8)(유로)을 형성하고, 홈(8)(유로)을 우회하여야 하는 경우가 있다. 홈(8)을 우회시키기 위해서, 일체형 배관 플레이트(1)의 크기를 증대시켜야 할 경우도 있다.
도 36 및 도 37에 있어서, 기기 및 부품의 개수가 적고, 홈(8)(유로)의 개수도 적어서, 그 차이가 매우 현저하지 않다. 그러나 실제로, 도 49에 도시된 바와 같은 다수의 기기나 부품을 서로 연결한다. 따라서, 도 21에 도시된 바와 같이 홈(8)(유로)도 많아져, 미로와 같이 된다. 그 결과, 필요한 유로 단면적을 확보하거나, 또는 온도가 다른 유체 사이의 격리 치수를 확보하면서 콤팩트한 방식으로 기기 및 부품을 수용하는 것이 곤란한 경우가 많다. 도 30 내지 도 35의 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 2개의 스테이지의 홈(8)(유로)에 의해서 기기나 부품을 3차원적으로 연결하기 때문에, 홈(8)의 배치를 간략화하고, 기기나 부품을 콤팩트한 상태로 배치할 수 있다. 도 30 내지 도 35에 있어서, 플레이트(2)의 접합면과, 플레이트(3)의 접합면에는 홈을 제공하지만, 중간 플레이트(161)의 접합면에도 홈(8)을 형성할 수 있다.
도 38 및 도 39는 3차원의 일체형 배관 플레이트를 이용하여 고온 영역과 저온 영역을 구분한 경우의 구성예를 도시한다.
도 38에 있어서, 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)의 한쪽 표면[플레이트(3)의 표면]에 저온/고온 혼합 기기(181), 저온 기기(182), 저온/고온 혼합 기기(183) 및 고온 기기(184)를 배치하고 있다. 이들 기기를 연결하는 홈(8)은, 플레이트(3)와 중간 플레이트의 접합면[도시된 예에서는 중간 플레이트(161)의 접합면]과, 플레이트(2)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(2)의 접합면]에 2개의 스테이지로 형성되며, 상부-스테이지의 홈(8)은 저온 유체가 유동하는 저온 영역을 규정하는 반면에, 하부-스테이지의 홈(8)은 고온 유체가 유동하는 고온 영역을 규정한다.
도 39에 있어서, 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)의 한쪽 표면[플레이트(3)의 표면]에 저온/고온 혼합 기기(185), 저온 기기(186) 및 저온/고온 혼합 기기(187)를 배치하며, 다른쪽 표면[플레이트(2)의 표면]에 고온 기기(188) 및 고온 기기(189)를 배치하고 있다. 이들 기기를 연결하는 홈(8)은, 플레이트(3)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 중간 플레이트(161)의 접합면]과, 플레이트(2)와 중간 플레이트(161)의 접합면[도시된 예에서는 플레이트(2)의 접합면]에 2개의 스테이지로 형성되며, 또한, 상부-스테이지의 홈(8)은 저온 유체가 유동하는 저온 영역을 규정하는 반면에, 하부-스테이지의 홈(8)은 고온 유체가 유동하는 고온 영역을 규정한다.
이러한 경우에 있어서, 도시되지는 않았지만, 플레이트(2)와 중간 플레이트(161) 사이에 단열재를 제공하는 것도 효과적이다.
상술된 바와 같이, 플레이트(2)와 플레이트(3) 사이에 하나의 중간 플레이트(161)를 제공한 경우를 설명하였다. 그러나, 이것은 비제한적이며, 2개 또는 그 이상의 중간 플레이트를 플레이트(2)와 플레이트(3) 사이에 제공할 수도 있다. 즉, 4개 또는 그 이상의 플레이트를 접합하여 3차원의 일체형 배관 플레이트를 구성할 수도 있다. 2개 또는 그 이상의 중간 플레이트를 제공하는 경우, 중간 플레이트간의 접합면에도 홈(8)(유로)을 형성하여, 훨씬 많은 홈(8)(유로)을 제공할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트에 따르면, 구성 기기나 부품을 플레이트(2) 또는 플레이트(3)에 형성된 홈(8)에 의해 연결한다. 따라서, 종래의 배관에 상당하는 유로가 일체형 배관 플레이트내에 존재하고, 밸브 등의 소형 기기, 센서 또는 스위치 등의 전기 부품, 및 전기 배선도 플레이트(2), 또는 플레이트(3), 혹은 플레이트(2) 및 플레이트(3)내에 조립될 수 있다. 따라서, 연료 전지 발전 시스템 등의 장치 전체를 용이하게 모듈화할 수 있고, 소형화할 수 있다. 더욱이, 각 구성 기기나 부품을 소정 위치에 조립하기 충분하며, 좁은 공간에서의 복잡한 배관 작업이 필요 없다. 따라서, 조립 작업이 용이하고 작업 효율이 향상된다. 더욱이, 이음매가 적어 유체 누설의 위험성이 감소된다.
게다가, 플레이트(2)와 플레이트(3)의 접합면(2a, 3b)이나 홈(8)에 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지 코팅 또는 불소 수지 라이닝, 또는 산화알루미늄 피막 처리 등을 실시하여 내식층(29)을 형성한다. 그렇게 함으로써, 홈(8)을 통해 유동하는 부식성 유체에 의한 홈(8)의 부식이나, 접착제(4)중에 함유된 성분에 의한 플레이트 접합면의 부식을 방지하여, 일체형 배관 플레이트(1)의 긴 수명을 도모할 수 있다. 물론, 내식층을 제공하는 이러한 기술은 하나의 일체형 배관 플레이트에만 한정하지 않고, 다수의 일체형 배관 플레이트에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 이들 모드의 도시는 생략되었지만, 도 7 내지 도 13의 3차원 모듈에 있어서의 홈 또는 플레이트 접합면에 내식층을 제공할 수도 있고, 도 14의 받침대 모듈에 있어서의 홈 또는 플레이트 접합면에 내식층을 제공할 수도 있다. 더욱이, 도 30 내지 도 35 또는 도 38 및 도 39에 도시된 바와 같은 중간 플레이트를 갖는 3차원의 일체형 배관 플레이트에 있어서도, 그 홈 또는 플레이트 접합면에 내식층을 제공할 수도 있다.
게다가, 홈(8)의 외주를 둘러싸는 용접선(30)의 위치에서 플레이트(2)와 플레이트(3)를 용접함으로써, 이 용접선(30)의 부분에 있어서 홈(8)을 통해 유동하는 유체를 신뢰성있게 밀봉할 수 있다. 물론, 이러한 용접 밀봉 기술도, 도 5에 도시된 바와 같은 구성의 일체형 배관 플레이트에 한하지 않고, 이들 응용예의 도시는 생략되었지만, 예를 들어 도 7 내지 도 13에 도시된 3차원 모듈, 도 14에 도시된 받침대 모듈, 도 30에 도시된 3차원의 일체형 배관 플레이트 등의 모든 구성의 일체형 배관 플레이트에도 적용될 수 있다.
또한, 각각의 구성 기기나 부품을 조립하는 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)는 그 배면을 중첩한 상태로 3차원적으로 모듈화된다. 그렇게 함으로써, 더욱 더 소형화가 달성될 수 있으며, 유체용 유로나 제어 시스템을 짧게 할 수 있고, 응답이 빨라질 수 있고, 제어를 용이하게 한다.
또한, 단열재(16a)를 거쳐서 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)를 일체형으로 고정함으로써 단열 3차원 모듈(18A)을 구성한다. 이에 의해, 예를 들어 일체형 배관 플레이트(1A)에 배치된 고온 기기(27a, 27b)에 근접하여, 제어 기기 등의 저온 기기(28a, 28b)를 일체형 배관 플레이트(1B)에 배치하는 것이 가능해진다.
또한, 격리재(31)를 거쳐서 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)를 일체형으로 연결 고정함으로써 단열 3차원 모듈(18B)을 구성한다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 고온 기기(27a, 27b)를 배치한 고온측의 일체형 배관 플레이트(1A)와, 저온 기기(28a, 28b)를 배치한 저온측의 일체형 배관 플레이트(1)를 격리재(31)에 의해 분리할 수 있다. 따라서, 서로 열 영향을 피할 수 있다. 더욱이, 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)의 배면(2b)과 격리재(31) 사이에 단열재(130)를 개재함으로써, 단열 효과를 더욱 더 향상시킨다.
또한, 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)의 배면(2b) 사이에 장치의 구성 기기(139, 140)를 개재함으로써, 일체형 배관 플레이트 사이의 공간을 효과적으로 사용할 수 있고, 장치를 더욱 더 소형화할 수 있다. 더욱이, 구성 기기(139, 140)에 의해 일체형 배관 플레이트를 서로 격리하여, 단열 효과를 기대할 수 있다. 특히, 기기(139, 140)와 일체형 배관 플레이트(1A, 1B) 사이에 단열재(130)를 개재한 경우에, 단열 효과가 현저해진다.
또한, 다수의 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)를 단열 간격(L)으로 동일 받침대(32)상에 배치함으로써, 이들 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)는 서로 열 영향을 무시(방지)할 수 있다. 일체형 배관 플레이트(1)(1A, 1B 등)와 받침대(32) 사이에 단열재(145)를 개재한 경우에, 단열 효과를 더욱 더 향상시킨다.
또한, 동일한 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 고온 기기(33a, 33b, 33c)를 배치한 고온 영역과, 저온 기기(34a, 34b)를 배치한 저온 영역 사이에 열 차단 홈(35)을 제공한다. 따라서, 고온 영역으로부터의 열을 차단하여 저온 영역에 열의 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 또한, 열 차단 홈(35)내에 단열재를 충전하거나, 열 차단 홈(35)내에 공기나 물 등의 냉매를 유동시킴으로써, 그 열 차단 효과는 매우 커진다.
또한, 홈(8)에 내식층을 형성하는 대신에, 내식성 배관(151)을 홈(8)에 제공하며, 내식성 배관(151)을 통해 부식성 유체를 유동시킨다. 이렇게 함으로써, 홈(8)(유로)이 많고 복잡한 경우에도, 고도의 가공 기술이 필요 없이 용이하게 부식성 유체에 대한 내식성을 확보할 수 있다. 또한, 부식성 유체의 성상에 맞는 재질의 내식성 배관(151)을 선정하여 사용할 수 있으므로, 내식 성능의 신뢰성을 향상시킨다. 따라서, 가공 공수가 줄고, 저가로 일체형 배관 플레이트(1)를 제공할 수 있다. 게다가, 경시 변화로 인해 내식 성능이 저하한 경우, 일체형 배관 플레이트(1)를 교환하는 것이 아니라, 일체형 배관 플레이트(1)내에 수용된 내식성 배관(151)만을 교환함으로써 내식 성능을 단순하게 복원할 수 있다. 따라서, 유지비를 저감할 수 있다.
또한, 내식성 배관(151)용 재료로서 가용성 재료를 사용하는 경우에, 일체형 배관 플레이트(1)를 일체화한 후에 내식성 배관(151)을 홈(8)내에 삽입하거나, 내식성 배관(151)을 교환할 수도 있다. 따라서, 작업성이 향상될 수 있다.
또한, 그 내주면에 원추형 표면(152c)을 형성한 관통 구멍(152b)을 갖는 받침부(152)와, 그 외주면에 원추형 표면(153a)을 형성한 팽이형 부품(153)을 이용하여, 내식성 배관(151)의 단부를 접합한다. 이렇게 함으로써, 내식성 배관(151)의 접합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 유체의 누설을 신뢰성있게 방지할 수 있다. 더욱이, 도 28에 도시된 바와 같이, 받침부(152)와 플레이트(3)를 일체형으로 형성하거나, 또는 도 29에 도시된 바와 같이 기기(191) 또는 부품(192)과 팽이형 부품(153)을 일체형으로 형성한다. 이렇게 함으로써, 부품수가 저감하여, 접합 작업도 용이하게 된다. 또한, 강성이 높은 재질의 내식성 배관(151)을 사용하는 경우나, 또는 배관 경로가 복잡한 경우, 받침부(152)를 다수의 부분으로 분할함으로써, 접합 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 3개 또는 그 이상의 플레이트(2, 3, 161)를 접합하여 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)를 구성한 경우일 수 있으며, 플레이트(2)와 중간 플레이트(16l)의 접합면과, 플레이트(3)와 중간 플레이트(161)의 접합면과, 또한 2개 또는 그 이상의 중간 플레이트(161)를 제공한 경우에는 중간 플레이트(161)와 중간 플레이트(161)의 접합면에 홈(8)을 형성하며, 다수의 기기나 부품에 대응하여 다수의 홈(8)을 제공한다. 이러한 경우에서도, 홈(8)의 배치를 단순화하고 기기나 부품을 콤팩트하게 배치할 수 있다. 더욱이, 이러한 3차원의 일체형 배관 플레이트(1)에 있어서, 도 38 및 도 39에 나타내는 바와 같이 다수의 스테이지의 홈(8)을 고온 영역과 저온 영역과 나눈다. 그 결과, 서로의 열 영향을 없앨 수 있다.
상기에서, 기기나 부품용 고정 볼트로서 스터드 볼트(6)를 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않으며, 일반 볼트 또는 관통 볼트를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 예에 있어서, 기기 또는 부품을 밀봉하는데 O-링(13)을 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않으며, 개스킷 등을 사용할 수도 있다.
상기에서, 연료 전지 발전 시스템을 설명하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 본 발명은 일반 산업용의 공기 또는 유압 제어 장치나 연소 장치 등과 같이 배관 및 배선을 장치내에 내장한 고정식 유닛, 및 조립 수송 가능하도록 일체화된 유닛 등, 각종의 장치에 대해서도 유효하다.
상기 예에 있어서, 여러 구성의 일체형 배관 플레이트에 대하여 설명하였다. 이들 구성은 적절하게 조합될 수 있다. 이것은 후술될 일체형 배관 플레이트에서도 마찬가지이다.
제 2 실시예
본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트(201)의 가공 방법을 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 근거하여 설명한다. 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 도시된 바와 같이, 플레이트(202)와 플레이트(203)를 접합하여 일체화하는 경우에, 제 1 단계는 플레이트(202)와 플레이트(203)를 중첩하는 것이다. 플레이트(202)에 있어서, 유체(액체 또는 가스)용 유로로서 기능하는 홈(208)을 미리 가공하였다. 플레이트(203)에 있어서, 연료 전지 발전 시스템 등의 장치를 구성하는 기기 또는 부품과 유체 유로용 홈(208)을 연통하는 연통 구멍(10)을 미리 가공하였다. 이러한 중첩 상태에서, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접 개선으로 작용하는 홈(221)을 플레이트(203)에 가공한다. 다음에, 이 용접 개선용 홈(221)을 용접한다.
또, 유체 유로용 홈(208)은 플레이트(202)의 접합면(202a)에만 한정되지 않고, 플레이트(203)의 접합면(203b)에 형성될 수도 있으며, 연통 구멍(210)도 플레이트(203)에만 한정되지 않고, 플레이트(202)에 형성될 수도 있다. 기기나 부품은 플레이트(203)의 표면(203a)에만 한정되지 않고, 플레이트(202)의 표면(202b)에 형성될 수 있거나, 또는 양 플레이트(202, 203)의 표면(202b, 203a)에 형성될 수도 있다. 즉, 일체형 배관 플레이트(201)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 기기나 부품을 제공할 수 있다. 또한, 용접 개선용 홈(221)도 플레이트(203)에만 한정되지 않고, 상기 홈(221)이 플레이트(202)에 형성될 수도 있다.
도 40a, 도 40b 및 도 40c는 가공 도중의 상태를 도시한다. 이들 도면에 있어서, (Ⅰ) 부분은 용접 개선용 홈(221)이 가공되고 용접되어 플레이트(202, 203)가 일체화된 부분을 나타낸다. (Ⅱ) 부분은 용접 개선용 홈(221)이 가공되고, 플레이트(202, 203)를 일체화하기 위해 용접될 예정인 부분을 나타낸다. (Ⅲ) 부분은 플레이트(202, 203)를 일체화하기 위해 용접 개선용 홈(221)을 가공하고 용접할 예정인 부분을 나타낸다. 실제로, 플레이트(202)에 형성되는 유체 유로용 홈(208)의 형상은 도 21에 도시된 바와 같이 복잡하지만, 도 40 내지 도 45에 있어서는 설명의 편의성을 위해 단순화된 방식으로 도시되어 있다.
이러한 가공 방법을 보다 상세하게 설명할 것이다. 유체 유로용 홈(208)을 가공한 플레이트(202)에 연통 구멍(210)을 가공한 플레이트(203)를 중첩한다. 다음에, 유체 유로용 홈(208)의 가공 데이터(수치 제어 데이터)에 근거하는 수치 제어(모방 제어)에 따라, 용접 개선 가공기(weld groove machining tool)(22)를 도 40a에서 화살표(X)로 지시하는 바와 같이 유체 유로용 홈(208)의 외주에 모방 이동시킨다. 이에 의해, 플레이트(202)에 용접 개선용 홈(221)을 형성한다. 즉, 도 40b에 도시된 유체 유로용 홈(208)의 주위를 용접할 때에는, 해당 유체 유로용 홈(208)을 플레이트(202)에 가공할 때에 얻어진 가공 데이터에 근거하여, 도 40c에 도시된 바와 같이 해당 유체 유로용 홈(208)으로부터 적당한 거리(e)에 해당 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접선을 형성한다. 이러한 용접선을 따라 용접 개선 가공기(222)를 주행시켜 용접 개선용 홈(221)을 가공한다.
용접 개선용 홈(221)을 형성한 후에, 용접기(223)를 도 40a에 화살표(X)로 지시된 바와 같이 유체 유로용 홈(208)의 외주에 모방(상기 용접선을 따라) 이동시킴으로써, 용접 개선용 홈(221)을 용접하여 플레이트(202)와 플레이트(203)를 일체화한다. 이때에, 용접기(223)의 주행 제어(용접 위치의 제어)는, 용접 개선 가공기(222)의 경우에서와 같이 유체 유로용 홈(208)의 가공 데이터(수치 제어 데이터), 또는 용접 개선 가공기(222)의 가공 데이터(수치 제어 데이터)에 근거하는 수치 제어(모방 제어)에 따라서 수행된다. 용접 개선 가공과 용접은 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 도시된 바와 같이 연속적으로 하나의 스테이션상에서 수행된다. 즉, 용접 개선 가공에 이어서 용접을 개시한다.
이와 같이 용접 개선 가공에 이어서 용접을 개시하는 이유(용접 개선 가공의 완료전에 용접을 개시하는 이유)는 다음과 같다. 용접 개시전에 용접 개선 가공을 완료하면, 이 용접 개선 가공으로 형성된 용접 개선용 홈(221)에 둘러싸인 섬 형상의 부분이 자유롭게 되며, 이 부분을 고정 위치에 유지할 수 없기 때문이다. 용접개시의 타이밍은, 용접 개선 가공의 개시 직후일 수 있거나, 또는 용접 개선 가공을 개시후 소정 시간이 경과한 후일 수도 있다. 이러한 타이밍은 적절하게 설정될 수 있다.
도 40a, 도 40b 및 도 40c는 플레이트(203)의 표면(203a)까지 용접 개선용 홈(221)을 용접한 상태를 나타낸다. 그러나, 이러한 모드에만 한정되지 않고, 플레이트(202)와 플레이트(203) 접합을 유지할 수 있는 레그 길이내에서 용접을 멈출 수도 있다. 용접 개선용 홈(221)의 용접 방법으로서, MIG 용접(metal inert gas sealed welding)나 TIG 용접(tungsten Inert gas sealed welding)이 적합하지만, 다른 용접 방법을 이용할 수도 있다.
본 실시예의 가공 방법에 따르면, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접하여 플레이트(202, 203)를 접합한다. 이러한 유형의 용접은 플레이트(202, 203)를 접착제로 접합하는 경우에 비하여, 플레이트 접합부의 내구성을 향상시키며, 견고한 용접 구조체를 구성하여, 내압성도 향상시킨다. 또한, 플레이트(202, 203)용 결합 볼트도 불필요하게 되므로, 일체형 배관 플레이트 전체가 더욱 더 소형화될 수 있다. 또한, 이러한 가공 방법은 결합 처리의 라인 작업을 용이하게 하며, 그에 따라 작업 효율을 향상시켜, 비용 절감에 공헌할 수 있다.
유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203a)을 용접하는 것은, 도 41a에 도시된 바와 같이 각 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접하는 경우에만 한정되지 않고, 도 41b 및 도 41c에 도시된 바와 같이 인접하는 용접 유로용 홈(208) 사이에서 하나의 용접선(250)[용접선 공용부(250a)]을 공용하는 경우도 포함한다. 도 41b 및 도 41c에 있어서, 인접하는 유체 유로용 홈(208)이 좁은 간극(d)으로 서로 근접하여 있다. 따라서, 이들 유체 유로용 홈(208)에 대해서, 한쪽의 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되는 용접선(50)[용접선 공용부(250a)]을 하나만 형성하며, 이 용접선 공용부(250a)는 다른쪽의 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되는 용접선(50)과 공용되어 있다. 물론, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접 개선용 홈(221)을 형성하는 것도, 도 41a에 도시된 바와 같이 각 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접 개선용 홈(221)을 형성하는 경우에만 한정되지 않고, 도 41b 및 도 41c에 도시된 바와 같이 인접하는 유체 유로용 홈(208) 사이에서 하나의 용접 개선용 홈(221)[용접 개선용 홈을 공용하는 부분(221a)]을 공용하는 경우도 포함한다.
도 42a, 도 42b 및 도 42c에 근거하여 일체형 배관 플레이트(201)의 다른 가공 방법에 대하여 설명한다. 도 42a, 도 42b 및 도 42c는 일본 특허 공보(일본 특허 제 2792233 호 및 제 2712838 호)에 의해서 공지의 용접 기술인 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; 이하 FSW로 불림)을 이용하여 플레이트(202)와 플레이트(203)를 일체화하는 방법을 도시한다.
도 42a에 도시된 바와 같이, 유체 유로용 홈(208)을 가공한 플레이트(202)에 연통 구멍(210)을 가공한 플레이트(203)를 중첩한다. 다음에, 도 42b에 도시된 바와 같이, 플레이트(202)의 유체 유로용 홈(208)의 주위를 용접한다. 즉, 도 42c에 도시된 바와 같이, 해당 유체 유로용 홈(208)으로부터 적당한 거리(f)에서 해당 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접하여 플레이트(202)와 플레이트(203)를 용접한다. 이러한 모드는 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 도시된 가공 방법과 동일하며, 따라서 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 도시된 가공 방법과 다른 부분에 대하여 하기에서 상세하게 설명한다.
도 42a, 도 42b 및 도 40c에 도시된 가공 방법에서는, 용접 개선용 홈의 가공은 실행하지 않는다. 우선, FSW 용접을 위한 FSW 용접기(225)의 선단 공구(225a)가 용접을 개시하는 개시 지점에 위치된다. 선단 공구(225a)의 회전을 개시하며, 축방향 압력을 선단 공구(225a)에 인가하여 일체화에 적합한 높이 방향의 위치까지 플레이트(3)내로 삽입한다. 선단 공구(225a)의 회전을 개시함으로써, 마찰열을 발생시킨다. 또한, 도 42a에서 화살표(Y)로 나타낸 바와 같이 선단 공구(225a)를 유체 유로용 홈(208)의 외주에 모방 이동시켜, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접한다. 이때에, FSW 용접기(225)의 주행 제어(용접 위치의 제어)는, 용접기(223)의 주행 제어와 마찬가지로 유체 유로용 홈(208)의 가공 데이터(수치 제어 데이터)에 근거하는 수치 제어(모방 제어)에 따라 수행된다.
도 42a, 도 42b 및 도 42c는 가공 도중의 상태를 나타낸다. 도 42a, 도 42b 및 도 42c에 있어서, (Ⅰ) 부분은 용접에 의해 플레이트(202, 203)가 일체화된 부분을 나타낸다 (Ⅱ) 부분은 플레이트(202, 203)를 일체화하기 위해 용접이 수행될 예정인 부분을 나타낸다.
FSW 용접의 개시 지점의 위치에 선단 공구(225a)의 삽입용의 구멍을 미리 가공함으로써, 플레이트(203)내에 선단 공구(225a)를 삽입하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 이러한 구멍이 필요 조건은 아니다. 삽입은 플레이트(203)에만 한정되지 않고, 플레이트(202)에 선단 공구(225a)를 삽입하여, 플레이트(202)에서 용접을 수행할 수도 있다.
본 실시예의 가공 방법에 따르면, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록[각 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접하는 경우에 한정되지 않고, 인접하는 용접 유로용 홈(208) 사이에서 하나의 용접선(용접선 공용부)을 공용하는 경우도 포함함], 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접하여 플레이트(202, 203)를 접합한다. 이러한 유형의 용접은 플레이트를 접착제로 접합하는 경우에 비하여, 플레이트 접합부의 내구성을 향상시키고, 견고한 용접 구조체를 구성하여, 내압성도 향상시킨다. 또한, 플레이트(202, 203)용 결합 볼트도 불필요하게 되어, 일체형 배관 플레이트 전체를 더욱더 소형화할 수 있다. 또한, 이러한 가공 방법은 결합 처리의 라인 작업을 용이하게 하여, 작업 효율을 향상시키고, 비용 절감에 공헌할 수 있다. 더욱이, FSW 용접의 채용에 의해, 용접 개선용 홈을 가공하는 것이 불필요하게 되어, 훨씬 더 비용 절감을 달성할 수 있다.
도 40a, 도 40b 및 도 40c에 도시된 일체형 배관 플레이트의 가공 방법을 수행하는 가공 라인에 대하여 설명한다. 도 43a 및 도 43b에 도시된 바와 같이, 일체형 배관 플레이트의 가공 라인(가공 설비)은, 도면중의 화살표(K1) 방향으로 일렬로 배치된 플레이트 공급 장치(231), 홈 가공 장치(232), 용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)를 포함하며, 또한 이 용접 개선 가공기(222)의 측방향으로 화살표(K1) 방향과 직교하는 방향[화살표(L1) 방향]으로 배치된 플레이트 공급 장치(234)를 구비한다. 용접 개선 가공기(222)와 용접기(223)는 동일한 단계에서 제공된다.
플레이트 공급 장치(231)상에 포개어진 다수의 플레이트(202)가 대기 상태로 있다. 이들 플레이트(202)는, 적절하게 플레이트 공급 장치(231)에 의해 하나씩 화살표(K1) 방향으로 공급되며, 다음 단계의 홈 가공 장치(232)로 운반된다. 플레이트 공급 장치(231)에 대기중인 플레이트(202)에는, 가공 기준면(235), 또는 가공 기준점(236), 또는 가공 기준면(235) 및 가공 기준점(236)이 제공되며, 이들 모두는 플레이트(202)에 미리 가공되어 있다.
홈 가공 장치(232)에 있어서, 플레이트 공급 장치(231)로부터 공급된 플레이트(202)에 대하여, 가공 기준면(235), 또는 가공 기준점(236), 또는 가공 기준면(235) 및 가공 기준점(236)에 근거한 수치 제어에 의해 유체 유로용 홈(208)을 가공한다. 또한 플레이트(202)에 연통 구멍(210)을 형성하는 경우에 있어서도, 이 홈 가공 장치(232)에 의해 플레이트(202)에 연통 구멍(210)도 가공할 수 있다. 홈 가공 장치(232)로서, 밀링 가공 장치, 레이저 절삭 장치 또는 엔드밀 가공 장치가 사용된다. 도 43a 및 도 43b에 있어서, 하나의 홈 가공 장치(232)가 하나의 단계로 유체 유로용 홈(208) 및/또는 연통 구멍(210)을 가공한다. 가공량에 따라서는, 다수의 홈 가공 장치(232)를 제공하여 다수의 단계로 유체 유로용 홈(208) 및 연통 구멍(210)을 가공하는 것이 바람직하다.
유체 유로용 홈(208) 및/또는 연통 구멍(210)이 가공된 플레이트(202)는, 홈 가공 장치(232)로부터 화살표(K1) 방향으로 공급되고, 용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)가 배치된 다음 단계로 공급된다. 도 43a 및 도 43b에 도시된 가공 라인과는 다른 장소에 제공된 홈 가공 장치에 의해 미리 유체 유로용 홈(208) 및 연통 구멍(210)이 가공된 플레이트(202)를, 플레이트 공급 장치(231)로부터, 용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)가 배치된 단계로 공급한다. 이러한 방식으로, 도 43a 및 도 43b에 도시된 가공 라인으로부터 홈 가공 장치(232)를 생략할 수도 있다.
플레이트 공급 장치(234)에는 다수의 플레이트(203)가 대기 상태로 포개져 있다. 이 플레이트 공급 장치(234)에 대기중인 이들 플레이트(203)에도, 미리 가공된 가공 기준면(237), 또는 가공 기준점(238), 또는 가공 기준면(237) 및 가공 기준점(238)이 제공된다. 플레이트(203)에는, 미리 연통 구멍(210)이 가공되어 있다. 홈 가공 장치(232)[홈 가공 장치(232)를 생략한 경우에는 플레이트 공급 장치(23l)]로부터, 용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)가 배치된 단계로 플레이트(202)가 공급되면, 플레이트 공급 장치(234)도 플레이트(203)를 화살표(L1) 방향으로 이러한 단계로 공급한다.
플레이트(203)의 접합면(203b)에 유체 유로용 홈(208)을 형성하는 경우에는, 플레이트 공급 장치(234)를 배치한 단계와, 용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)를 배치한 단계 사이에 유체 유로용 홈(208)을 형성하기 위한 홈 가공 장치를 제공할 수도 있다. 또한, 이러한 홈 가공 장치에 의해 연통 구멍(210)도 형성할 수 있다.
용접 개선 가공기(222) 및 용접기(223)가 배치된 단계에 있어서, 한쪽 방향에서 공급된 플레이트(203)는 다른쪽 방향에서 공급된 플레이트(202)상에 가공 기준면(235, 237)을 정렬한 상태로 중첩되어, 양 플레이트(202, 203) 사이의 위치 관계를 고정한다. 다음에, 도 40a, 도 40b 및 도 40c에 근거하여 설명된 접합 방법을 실시한다. 즉, 용접 개선 가공기(222)에 의해 용접 개선용 홈(221)의 가공을 개시한다. 계속해서, 용접기(223)에 의해 용접 개선용 홈(221)의 용접을 개시하여, 유체 유로용 홈(208)의 전체 외주를 따라 연장하도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접한다. 용접 개선 가공 장치(222)로서, 밀링 가공 장치, 레이저 절삭 장치 또는 엔드밀 가공 장치가 사용된다. 또한, 용접기(223)로서는, MIG 용접기 또는 TIG 용접기가 사용된다.
플레이트 공급 장치(231), 홈 가공 장치(232), 용접 개선 가공기(222), 용접기(223) 및 플레이트 공급 장치(234)는, 중앙 제어반(241)으로부터의 지시에 따라서 제어반, 즉 플레이트 공급 장치 제어반(242), 홈 가공 장치 제어반(243), 용접 개선 가공기 제어반(244), 용접기 제어반(245) 및 플레이트 공급 장치 제어반(246)에 의해 제어되도록 되어 있다. 즉, 이들 제어반(242, 243, 244, 245, 246)은, 플레이트(202)에 형성된 가공 기준면(235) 또는 가공 기준점(236), 또는 가공 기준면(235) 및 가공 기준점(236)에 근거하거나, 또는 플레이트(203)에 형성된 가공 기준면(237) 또는 가공 기준점(238), 또는 가공 기준면(237) 및 가공 기준점(238)에 근거하여, 중앙 제어반(41)의 명령에 의해 플레이트(202) 또는 플레이트(203)의 가공이나 위치의 모방 제어를 수행한다.
본 실시예의 가공 라인에 따르면, 일체형 배관 플레이트(201)를 구성하는 플레이트(202, 203)의 일관 가공을 용이하게 수행할 수 있어, 설비의 비용 절감에 공헌할 수 있다.
다음에, 도 42a, 도 42b 및 도 42c에 도시된 일체형 배관 플레이트의 가공 방법을 수행하는 가공 라인에 대하여 도 44a 및 도 44b에 근거하여 설명한다.
도 44a 및 도 44b에서의 가공 라인과 도 43a 및 도 43b에서의 가공 라인 사이의 차이점은, 도 43a 및 도 43b에 도시된 용접 개선 가공기(222), 용접기(223), 용접 개선 가공기 제어반(244) 및 용접기 제어반(245) 대신에, 도 44a 및 도 44b에 도시된 FSW 용접기(225) 및 FSW 용접기 제어반(246)을 장착하고 있다는 것이다. 따라서, 이러한 차이점에 대하여 설명하며, 다른 특징에 대하여는 설명을 생략한다.
도 44a 및 도 44b에 도시된 바와 같이, 홈 가공 장치(232)[홈 가공 장치(232)를 생략한 경우에는 플레이트 공급 장치(231)]로부터, FSW 용접기(225)로 플레이트(202)가 공급되면, 플레이트 공급 장치(234)로부터도 플레이트(203)가 FSW 용접기(225)로 공급된다.
이 FSW 용접기(225)에 있어서, 한쪽 방향에서 공급된 플레이트(203)는 다른쪽 방향에서 공급된 플레이트(202)상에 가공 기준면(235, 237)을 정렬한 상태로 중첩되어, 양 플레이트(202, 203) 사이의 위치 관계를 고정한다. 다음에, 도 42a, 도 42b 및 도 42c에 근거하여 설명된 접합 방법을 수행한다. 즉, FSW 용접기(225)의 선단 공구(225a)에 의해, 유체 유로용 홈(208)의 전체 원주를 따라 연장되도록 플레이트(202, 203)의 접합면(202a, 203b)을 용접한다.
플레이트 공급 장치(231), 홈 가공 장치(232), FSW 용접기(225) 및 플레이트 공급 장치(234)는, 중앙 제어반(248)으로부터의 지시에 따라 제어반, 즉 플레이트 공급 장치 제어반(242), 홈 가공 장치 제어반(243), FSW 용접기 제어반(247) 및 플레이트 공급 장치 제어반(246)에 의해 제어되도록 되어 있다. 즉, 이들 제어반(242, 243, 247, 246)은, 플레이트(202)에 형성된 가공 기준면(235) 또는 가공 기준점(236), 또는 가공 기준면(235) 및 가공 기준점(236)에 근거하거나, 플레이트(203)에 형성된 가공 기준면(237) 또는 가공 기준점(238), 또는 가공 기준면(237) 및 가공 기준점(238)에 근거하여, 중앙 제어반(248)으로부터의 지령에 의해, 플레이트(202) 또는 플레이트(203)의 가공이나 위치의 모방 제어를 수행한다.
본 실시예의 가공 라인에 따르면, 일체형 배관 플레이트(201)를 구성하는 플레이트(202, 203)의 일관 가공을 용이하게 수행할 수 있어, 설비의 비용 절감에 공헌할 수 있다. 더욱이, FSW 용접기(225)의 채용에 의해, 용접 개선용 홈의 가공이 불필요하게 되어, 더욱 더 비용 절감을 달성할 수 있다.
본 발명의 가공 방법(접합 방법)은 반드시 2개의 플레이트(202, 203)를 접합하는 경우에 한정되지 않고, 3개 또는 그 이상의 플레이트를 접합하는 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어 3개의 플레이트를 접합하기 위해, 본 발명의 가공 방법(접합 방법)에 의해 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 접합할 수 있고, 계속해서 제 2 플레이트와 제 3 플레이트를 상기 방법에 의해 접합할 수 있다.
또한, 본 발명은 연료 전지 발전 시스템에 이용되는 일체형 배관 플레이트의 가공 뿐만 아니라, 각종의 장치에 이용되는 일체형 배관 플레이트의 가공에 적용할 수 있다.
제 3 실시예
도 45a는 유체 유로로 기능하는 소정 형상의 오목부[이하 홈(301)으로 칭함]를, 알루미늄 플레이트이나 알루미늄 합금 플레이트를 프레스 가공에 의해 형성함으로써 제조된 플레이트(302)를 나타낸다.
프레스 가공은, 높은 소성을 갖는 금속 재료의 금속 플레이트를, 임의의 형상을 갖는 금형을 이용하여, 압력을 가하여 소성 가공함으로써 수행된다. 이것은 치수 정밀도 및 우수한 양산성을 갖는 가공 기술이다. 이러한 기술은 가공 대상으로서 내식성 재료를 선택하는 것도 가능하다.
도 45b는 도 45a의 플레이트(302)의 A1-A1 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 45b에 도시된 바와 같이, 홈(301)의 횡단면 형상은 적당한 폭(L2)과 적당한 깊이(H2)를 갖는 직사각형의 오목부이다. 용이한 프레스 가공을 위해, 코너부(301a)는 적당한 반경(R)을 갖고, 홈(301)의 측벽부(301b)는 적당히 경사져 있다.
홈(301)을 통해 유동하는 유체의 유속을 소정의 속도로 유지하기 위해, 홈(301)의 단면적을 각각의 홈(301)에 따라 변화할 필요가 있다. 이때에, 조립상의 관점에 있어서, 홈(301)의 깊이(H2)를 일정하게 하고, 그 폭(L2)을 필요에 따라 변경하여 소정의 단면적을 확보하는 것이 유리하다.
홈(301)의 바닥부에서의 코너부(301c)가 적절한 반경(R)을 갖기 때문에, 유체의 중심부와 홈(301)의 코너부(301c)와 접촉하는 유체의 주변부 사이의 유속의 차이를 최소화할 수 있어, 유체의 체류를 감소시킬 수 있다.
도 45c는, 다른 예를 나타내는 것으로, 도 45a의 플레이트(302)의 A1-A1 선을 따라 절취한 단면도이다. 도 45c에 도시된 바와 같이, 홈(301)의 횡단면 형상은 홈(301)의 바닥부가 적당한 반경(R1)을 갖는 원호형의 홈으로 되어 있다.
이러한 아크형 홈의 특징 및 기능은 도 45b에 설명된 직사각형 홈(301)과 마찬가지이다. 용이한 프레스 가공을 위해, 원호형 홈의 코너부(301d)는 적당한 반경(R)을 갖고, 홈(301)의 단면적을 각각의 홈(301)에 따라 변경하여, 홈(301)을 통해 유동하는 유체의 유속을 소정의 속도로 유지한다.
홈(301)의 바닥부가 반경(R1)을 갖는 원호형 홈이기 때문에, 유체의 중심부와 홈(301)과 접촉하는 유체의 주변부 사이의 유속의 차를 최소화할 수 있어, 유체의 체류를 감소시킬 수 있다.
도 45a, 45b 및 도 45c는 프레스 가공에 의해 제조된 예를 도시한다. 그러나, 유체 유로용 홈을 갖는 플레이트(302)의 제조 방법은 프레스 가공으로만 한정하지 않고, 정밀 주조에 의해 성형될 수도 있다. 이러한 가공 방법은, 주형을 형성하고, 그 주형내에 임의의 합금 등을 주입함으로써 재질의 균질하고 치수 정밀도가 높은 주물, 즉 유체 유로용 홈을 갖는 플레이트를 제작할 수 있다. 정밀 주조에서는, 프레스 가공과는 달리, 플레이트의 재료로서 알루미늄 등의 높은 소성을 갖는 재료 이외의 재료를 선택할 수도 있고, 프레스 가공과 마찬가지로 내식성 재료를 선택하는 것도 가능하다. 또한, 주형을 사용하여, 복잡한 형상의 플레이트를 성형할 수 있고, 그 표면을 프레스 가공에서와 같이 평활하게 할 수 있다. 따라서, 유체의 유동용 홈에 여분의 저항(컨덕턴스)을 증가시키지 않고 홈을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 방법에 의해서도, 도 45b 및 도 45c에서와 같은 홈을 형성할 수 있다.
플레이트의 용접은, 유체 유로용 홈(301)을 형성한 플레이트(302)상에, 연통 구멍(311)을 가공한 플레이트(303)를 중첩하고, 유체 유로용 홈(301)의 전체 외주를 따라 연장되도록 유체 유로용 홈(301)으로부터 적당한 간격으로 용접 개선용 홈을 플레이트(303)에 가공하며, 다음에 용접 개선용 홈을, 전자기력 제어의 하이브리드 용접 등에 의해, 플레이트를 강한 압력으로 파지한 상태로 용접함으로써 수행된다. 이 결과, 플레이트를 용접하고, 이 용접 개선용 홈의 부분에서 유체 유로용 홈을 통해 유동하는 유체를 신뢰성있게 밀봉할 수 있다. 용접 개선용 홈의 용접 방법은 MIG 용접, TIG 용접이나 또는 다른 용접 방법을 이용할 수 있다.
도 46a, 46b, 46c는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트의 접합 방법의 다른 예를 도시한다. 마찰 교반 용접에 의해 플레이트(302)와 플레이트(303)를 접합하여 일체화하는 방법을 하기에 나타낸다.
전술된 바와 같이, 마찰 교반 용접(FSW법)은 일본 특허 제 2792233 호 등에 의해 공지된 용접 방법이다. FSW 법은, 접합될 모재보다 경질인 재료를 프로브[도 46b에서 선단 공구(308a)]로서 이용하고, 상기 프로브를 접합될 모재에 가압하며, 프로브를 모재에 대한 회전 운동 등에 의해 주기적으로 움직여서, 마찰열을 발생시키는 것이다. 그 결과, 모재를 용융시켜 가소성의 영역을 생성한다. 가소성 영역이 다른 접합될 모재와 함께 용융 및 응고하여, 양 모재가 용접된다.
FSW 법은, 다른 용접법과 달리, 용접시에 반드시 용접 개선용 홈을 필요로 하지 않고 모재를 용접할 수 있다. 따라서, FSW 법은 가공 작업의 효율화에 적합하다. FSW 법에 수반되는 장치는 큰 입력 전력을 필요로 하지 않고, 고효율로 용접할 수 있다. 따라서, 이러한 방법은 경제적이며, 비용 절감에 공헌할 수 있다. 또한, 상기 방법은 제어가 용이하고, 위치 정밀도가 높기 때문에, 자동화, 양산화에도 적합하다.
도 46a 및 도 46b에 도시된 바와 같이, FSW 법에 따르면, 홈(301)을 가공한 플레이트(302)에, 연통 구멍(311)을 가공한 플레이트(303)를 중첩한다. 다음에, 도 46c에 도시된 바와 같이, 플레이트(302)의 홈(301)의 주위를 적당한 거리(f)로 이격된 위치에, 홈(301)의 전체 외주를 따라 연장되도록 용접하여 접합을 수행한다.
구체적으로, 용접을 개시하는 개시 지점에 FSW 법의 용접기(308)의 선단 공구(308a)를 세팅한다. 이러한 지점에서 시작하여, 선단 공구(308a)를 회전시킴으로써 마찰열을 발생시켜 플레이트(303)를 용융한다. 이러한 과정 동안에, 선단 공구(308a)는 소정의 깊이까지 가압 삽입된다. 플레이트(303)의 용융 영역이 플레이트(302)와 함께 용융 및 응고하여, 플레이트(302)와 플레이트(303)를 용접하여 일체화한다.
도 46a에 있어서, 화살표(①)로 나타낸 영역은 FSW 용접에 의해 일체화된 플레이트(303)의 부분을 나타내며, 화살표(②)로 나타낸 영역은 용접에 의해 일체화되기 전의 플레이트(303)의 부분을 나타낸다. 참조 부호(③)는 FSW 법에 의해 용융 및 응고된 플레이트(302, 303)의 부분을 나타낸다.
후술하는 도 47c에 도시된 바와 같이, 플레이트(302)에 FSW 법에 의해 접합을 수행할 수도 있다.
도 47a, 도 47b, 도 47c 및 도 47d는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트의 일례를 도시한다.
도 47a는 플레이트(302)와 플레이트(303)를 FSW 용접에 의해서 접합한 일체형 배관 플레이트(304)의 측면도를 도시한다. 플레이트(303)상에 위치된 기기(305)의 브래킷 및 부품(305a) 자체는, 플레이트(303)에 매설된 스터드 볼트(306) 및 너트(307)에 의해 O-링 등의 밀봉재(10)를 거쳐서 고정된다. 플레이트(303)상에 고정된 기기(305) 및 부품(305a)은 연통 구멍(311)을 통해서 적당한 단면적을 갖는 홈(301)에 의해서 서로 연통하고 있어, 고온·고압의 유체가 유동 가능하게 한다.
도 47b는 FSW 용접에 의한 플레이트(303)에서 플레이트(302)로의 접합을 나타내는 반면, 도 47c는 FSW 용접에 의한 플레이트(302)에서 플레이트(303)로의 접합을 나타낸다. FSW 용접은 용접 개선용 홈이 불필요하기 때문에, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 가공시의 자유도가 높다. 도 47d는 기기(305)와 부품(305a)이 연통 구멍(311)을 통하여 홈(301)에 의해 연결되는 것을 평면도로서 나타낸다.
도 48a 및 도 48b는 3차원적인 일체형 배관 플레이트의 일례를 도시한다.
도 48a는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트를 3차원적으로 구성한 일례의 측면도이다. 2개의 일체형 배관 플레이트(304, 304')를 상하로 서로 대향하여 장착하고, 플레이트(302, 302')의 단부는 밀봉재를 거쳐서 볼트(312) 및 너트(313)에 의해 밀봉되어 3차원의 일체형 배관 플레이트를 구성한다. 본 구조에서와 같이 일체형 배관플레이트를 상하로 대향시켜 3차원적으로 할 뿐만 아니라, 예를 들어 일체형 배관 플레이트를 수직 관계로 위치시켜 3차원의 일체형 배관 플레이트를 형성할 수도 있다. 이렇게 함으로써, 공간을 낭비없이 사용할 수 있어, 매우 콤팩트한 구성이 된다. 또한, 상하의 일체형 배관 플레이트(304, 304')의 플레이트(302, 302')에 의해 형성된 공간(Q)을 통해 공기 등의 냉매를 유동시켜, 홈(301)을 통해 유동하는 고온 유체를 냉각할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 플레이트(302, 302')가 프레스 가공 또는 정밀 주조에 의해 성형되기 때문에, 플레이트(302, 302')가 축열부로서 작용하는 여분의 부분을 갖지 않는다. 더욱이, 냉매에 대한 표면적이 넓어 고효율로 냉각을 실행할 수 있다.
일체형 배관 플레이트(304, 304')와 대향하는 플레이트(302, 302')의 접합은, 상기 볼트(312) 및 너트(313)를 사용할 뿐만 아니라, 도 48b에 도시된 바와 같이 FSW 법에 의해 수행될 수도 있다.
다음에, 배관, 배선 등을 장치내에 내장하는 고정식 유닛이나, 수송 가능하게 일체화된 유닛을 사용하는 일체형 배관 플레이트의 적용예로서, 연료 전지 발전 시스템을 예로 들어 설명한다.
도 49는 통상의 연료 전지 발전 시스템의 계통도의 일례를 나타낸다.
도 49에 도시된 바와 같이, 메탄올 등의 액체 연료(441a)는 기화기(442)에 의해 개질기(reformer)(449)의 폐열 등을 이용하여 기화되어, 열교환기(443)에 의해 가열된다. 다음에, 이 증기는 CO 컨버터(446)로부터의 수소가 풍부한 가스의 일부와 함께 탈황 장치(444)내로 도입되어, 유황 성분이 제거된다. 한편, 천연 가스 등의 기체 연료(441b)는 기화기(442)를 바이패스하여, 열교환기(443)에 직접 공급된다. 유황 성분이 적은 연료를 이용하는 경우, 탈황 장치(444)가 생략될 수 있다.
탈황된 연료 가스는, 수증기 분리기(445)에 의해 생성된 수증기(447)와 함께 열교환기(448)에 의해 가열된 후에 개질기(449)에 공급된다. 개질기(449)에 있어서, 연료 가스가 개질되어, 수소가 풍부한 개질 가스가 생성된다. 개질기(449)로부터의 개질 가스는 열교환기(450)에 의해 냉각된 후에, CO 컨버터(446)에서 개질 가스중의 일산화탄소가 이산화탄소에 변환된다.
CO 컨버터(446)로부터의 개질 가스는 열교환기(451)에 의해 추가로 냉각된 후에, 응축기(452)내로 도입되어, 미반응의 수증기가 응축 제거된다. 응축기(452)로부터 분리된 응축물은 수증기 분리기(445)로 보내지고, 다시 수증기(447)로서 개질기(449)에 다시 공급된다. 응축기(452)로부터 나간 개질 가스는 열교환기(453)에 의해 가열된 후에 연료 전지 본체(454)로 공급되며, 여기서 개질 가스중의 수소가 전지 반응에 사용된다.
산화제로서 공급된 공기(458)는 열교환기(459)에서 가열되며, 연료 전지 본체(454)에 도입되며, 여기서 공기(458)중의 산소를 전지 반응에 사용한다.
연료 전지 본체(454)로부터의 배기 가스는 열교환기(460)에서 냉각되며, 응축기(461)내로 가져가 거기서 생성된 물을 응축시에 제거한 후에, 시스템 외측으로 배출된다. 생성된 물도 수증기 분리기(445)에 공급되어, 수증기(447)로서 사용된다. 연료 전지 본체(454)에 있어서의 전지 반응은 발열 반응이기 때문에, 연료 전지 본체(454) 및 주변 기기에는 일반적으로 냉매로서 물 또는 공기를 사용하는 냉각 장치(462)가 설치된다.
연료 전지 본체(454)부터의 다른측의 미반응 수소를 포함하는 배기 가스는 분류기(splitting machine)(472)를 통과하고, 흡열 반응을 수행하는 개질기(449)의 가열 연료(467)로서 외부 공기(468)와 함께 사용된다. 나머지의 배기 가스는 버너(473)로 처리된 후 배출된다. 이때에, 가열 연료(467)가 부족한 경우에는, 탈황 장치(444)로부터의 출구 가스의 일부를 보조 연료(476)로서 사용한다. 개질기(449)로부터의 연소 배기 가스는 기화기(442)의 열원으로서 부분적으로 이용한다. 나머지는 열교환기(474)에서 냉각된 후, 응축기(475)로 공급되고 생성된 물을 분리한 후에 대기중에 방출한다. 생성된 물은 수증기 분리기(445)로 복귀된다.
다음에, 이 연료 전지 발전 시스템에 있어서의 제어의 개요에 대하여 설명한다. 우선, 연료 전지 본체(454)로 공급될 개질 가스 유량은, 부하(466)에 대한 부하 전류를 전류계(Ⅰ)에서 검출하여, 그 신호를 제어 장치(469)로 전송하고, 제어 장치(469)로부터의 신호에 근거하여 유량 조정 밸브(470a 또는 470b)를 개폐함으로써 제어된다. 연료 가스의 개질에 필요한 수증기(447)의 공급량은, 연료 가스의 유량을 유량계(477)에 의해 검출하고, 제어 장치(469)로부터의 신호에 근거하여 수증기 유량 조정 밸브(471)를 개폐 제어함으로써 제어된다. 개질기(449)내의 온도는 온도 센서(T)에 의해 항상 모니터링되며, 연료(441a, 441b)의 유량 조정 밸브(471a, 470b)에 의해서 제어된다.
상술된 바와 같이, 연료 전지 발전 시스템에 있어서는 여러가지 기기, 부품, 배선 및 제어 기기가 배치되고 있다. 이들 장치 사이를 여러가지 성상, 온도 및 압력을 갖는 액체 또는 기체가 유동하도록, 크고 작은 배관이 복잡하게 설치된다. 특히, 차량 탑재용의 수송 가능한 일체화된 시스템에 있어서, 소형화를 위해 좁은 공간에 수많은 기기 및 배관을 고밀도로 배치하는 노력이 행해지고 있다. 그러한 목적을 위한 수단으로써, 일체형 배관 플레이트가 적용된다. 도 49에 도시된 연료 전지 발전 시스템의 연료 공급계에 있어서, 연료 공급용 배관을 플레이트(302)에 있어서의 홈(301)으로 하고, 유량 제어를 위한 유량 조정 밸브(470a, 470b)나 유량계(477)를 플레이트(303)상에 배치한다. 이들에 의해, 홈(301)을 통해 유동하는 연료의 유량을 제어하는 일체형 배관 플레이트로 할 수 있다.
상기 예에 있어서, 연료 전지 발전 시스템을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 연료 전지 발전 시스템에 이용되는 일체형 배관 플레이트 뿐만 아니라, 각종의 장치에 이용되는 일체형 배관 플레이트에 적용 가능하다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 배관, 배선 등을 장치내에 내장한 고정식 유닛이나, 수송 가능하게 일체화된 유닛에 사용하기 위한 일체형 배관 플레이트와, 일체형 배관 플레이트의 가공 방법, 가공 장치 및 가공 설비에 관한 것이다. 본 발명은 연료 전지 발전 시스템 등의 각종 장치에 사용하기 위한 일체형 배관 플레이트에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트의 단면 구조도,
도 2b는 도 2a의 E-E 선을 따라 절취한 단면도,
도 3은 정면측 및 배면측의 양면에 기기를 배치한 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 4a는 표면 처리를 실시한 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 4b는 도 4a의 F-F 선을 따라 절취한 단면도,
도 5는 용접 구조를 갖는 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 6은 도 5의 A-A 선을 따라 절취한 단면도,
도 7은 3차원 모듈의 구성도,
도 8은 4개의 일체형 배관 플레이트로 구성된 3차원 모듈의 구성도,
도 9는 5개의 일체형 배관 플레이트로 구성된 3차원 모듈의 구성도,
도 10은 단열층을 갖는 단열 3차원 모듈의 구성도,
도 11은 고온측의 일체형 배관 플레이트와 저온측의 일체형 배관 플레이트를 서로 분리한 단열 3차원 모듈의 구성도,
도 12는 3개의 일체형 배관 플레이트로 구성된 단열 3차원 모듈의 구성도,
도 13은 일체형 배관 플레이트 사이에 기기를 개재한 3차원 모듈의 구성도,
도 14는 고온부와 저온부를 동일 받침대상에서 분리한 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 15는 동일 받침대상에 4개의 일체형 배관 플레이트를 배치한 경우의 구성도,
도 16은 열 차단 홈을 갖는 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 17은 도 16의 B-B 선을 따라 절취한 단면도,
도 18은 제어 기기를 내장한 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 19는 도 18의 C-C 선을 따라 절취한 단면도,
도 20은 도 18의 D-D 선을 따라 절취한 단면도,
도 21은 다수의 홈을 갖는 일체형 배관 플레이트의 예를 나타내는 평면도,
도 22는 내식성 배관이 제공된 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 23a는 도 22의 G 부분의 확대 평면도,
도 23b는 도 23a의 H-H 선을 따라 절취한 단면도,
도 24a는 도 22의 I 부분의 확대 평면도,
도 24b는 도 24a의 J-J 선을 따라 절취한 단면도,
도 25는 상기 일체형 배관 플레이트의 단면 구조도,
도 26은 도 25의 K-K 선을 따라 절취한 확대 단면도,
도 27은 고강성 재료로 제조된 내식성 배관을 이용한 경우의 설명도,
도 28은 내식성 배관의 단부에 접합하는 다른 예를 나타내는 단면도,
도 29는 내식성 배관의 단부에 접합하는 또 다른 예를 나타내는 단면도,
도 30은 3차원의 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 31은 도 30의 M-M 선을 따라 절취한 단면도,
도 32는 도 30의 N-N 선을 따라 절취한 단면도,
도 33은 다른 3차원의 일체형 배관 플레이트의 구성도,
도 34는 도 33의 O-O 선을 따라 절취한 단면도,
도 35는 도 33의 P-P 선을 따라 절취한 단면도,
도 36은 도 30에 도시된 기기 및 구성부품을 하나의 평면내에 형성된 홈에 의해 연결한 경우의 설명도,
도 37은 도 33에 도시된 기기 및 구성부품을 하나의 평면내에 형성된 홈에 의해 연결한 경우의 설명도,
도 38은 3차원의 일체형 배관 플레이트를 이용하여 고온 영역과 저온 영역을 구분한 경우의 구성도,
도 39는 3차원의 일체형 배관 플레이트를 이용하여 고온 영역과 저온 영역을 구분한 경우의 다른 구성도,
도 40a는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트의 가공 방법을 나타내는 단면도(도 40b의 C1-C1 선을 따라 절취한 단면도),
도 40b는 도 40a의 D1 방향에서 취한 도면(평면도),
도 40c는 도 40b의 E1-E1 선을 따라 절취한 단면도,
도 41a는 용접 개선용 홈에 대하여 각 홈의 전체 둘레를 둘러싸도록 용접하는 경우의 설명도,
도 41b는 인접한 용접 개선용 홈 사이에서 용접선을 공용하는 경우의 설명도,
도 41c는 도 41b의 N1-N1 선을 따라 절취한 단면도,
도 42a는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 배관 플레이트의 다른 가공 방법을 나타내는 단면도(도 42b의 F1-F1 선을 따라 절취한 단면도),
도 42b는 도 42a의 G1 방향에서 취한 도면(평면도),
도 42c는 도 42b의 H1-H1 선을 따라 절취한 단면도,
도 43a는 도 40a 내지 도 40c에 도시된 가공 방법을 실현하는 일체형 배관 플레이트의 가공 라인의 구성도(평면도),
도 43b는 도 43a의 J1 방향에서 취한 도면(측면도),
도 44a는 도 42a 내지 도 42c에 도시된 가공 방법을 실현하는 일체형 배관 플레이트의 가공 라인의 구성도(평면도),
도 44b는 도 44a의 M1 방향에서 취한 도면(측면도),
도 45a는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트의 실시예를 나타내는 평면도,
도 45b는 도 45a의 A1-A1 선을 따라 절취한 단면도,
도 45c는 도 45a의 A1-A1 선을 따라 절취한 단면도,
도 46a는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트의 실시예의 접합 방법을 나타내는 일체형 배관 플레이트의 평면도,
도 46b는 도 46a의 B1-B1 선을 따라 절취한 단면도,
도 46c는 도 46a의 C2-C2 선을 따라 절취한 단면도,
도 47a는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트의 실시예를 나타내는 일체형 배관 플레이트의 측면도,
도 47b는 도 47a의 D2-D2 선을 따라 절취한 단면도,
도 47c는 도 47a의 D2-D2 선을 따라 절취한 단면도,
도 47d는 도 47a의 E2-E2 선을 따라 절취한 도면,
도 48a는 본 발명에 따른 일체형 배관 플레이트를 3차원적으로 구성한 실시예를 나타내는 일체형 배관 플레이트의 측면도,
도 48b는 도 48a의 F2 부분의 확대도,
도 49는 일반적인 연료 전지 발전 시스템의 시스템도,
도 50a 및 도 50b는 종래의 일체형 배관 플레이트의 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 일체형 배관 플레이트 2, 3 : 플레이트
4 : 접착제 5 : 기기
8 : 홈 9 : 볼트 구멍
10 : 연통 구멍 19 : 전자 밸브
20 : 제어 기기 21 : 전기 배선
30 : 용접선 31 : 격리재
35 : 열 차단 홈 151 : 내식성 배관
152 : 받침부 181, 183 : 저온/고온 혼합 기기
182 : 저온 기기 184 : 고온 기기
202, 203 : 플레이트 221 : 홈
223 : 용접기 225 : FSW 용접기
232 : 홈 가공 장치

Claims (3)

  1. 2개 또는 그 이상의 플레이트를 서로 접합하여 구성된 일체형 배관 플레이트에 있어서,
    상기 일체형 배관 플레이트의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에, 장치를 구성하는 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 기기를 배치하거나, 또는 부품을 배치하며,
    유체용 유로로서 기능하는 홈이 상기 플레이트의 접합면에 형성되며,
    상기 홈에 의해 상기 기기 및 부품을 연결하거나, 또는 상기 기기를 연결하거나, 또는 상기 부품을 연결하며,
    상기 일체형 배관 플레이트가 하나 또는 다수 제공되며,
    고온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 고온에 기기를 배치하거나, 또는 고온에 부품을 배치한 고온 영역과, 저온에 기기 및 부품을 배치하거나, 또는 저온에 기기를 배치하거나, 또는 저온에 부품을 배치한 저온 영역 사이에 열 차단 홈을 제공하는
    일체형 배관 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 차단 홈내로 단열재를 충전하는
    일체형 배관 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 차단 홈을 통해 냉매를 유동하는
    일체형 배관 플레이트.
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