JP2009048823A - 家庭用燃料電池における配管接続装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】組み付けが容易且つコスト低減効果のある家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する配管接続装置を提供する。
【解決手段】スリーブ12は、円筒部12aと径太の軸部12dとからなり、その外周中間部には本体側の係合部10b端面に当接する垂直面12eを有する段差が形成されている。軸部には径太の係合部12bが形成されその左側に段差部12cが形成され、係合部材本体18により挟まれた状態で一対の係合部は垂直面を介して対向配置されている。外径Aのパイプ14がスリーブの内周面に圧着固定されている。スリーブ内周面に位置するパイプ部分14aの外径は圧着工程に伴い外径Aより大きい。圧着部分から右方に延設したパイプ部分は、Oリングの収納部Xを構成する。この収納部は、Oリングの左側面に接する屈曲部14b、Oリング内径部と接する管路部14cおよび、Oリングの抜け落ち防止用のフレア14dを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】スリーブ12は、円筒部12aと径太の軸部12dとからなり、その外周中間部には本体側の係合部10b端面に当接する垂直面12eを有する段差が形成されている。軸部には径太の係合部12bが形成されその左側に段差部12cが形成され、係合部材本体18により挟まれた状態で一対の係合部は垂直面を介して対向配置されている。外径Aのパイプ14がスリーブの内周面に圧着固定されている。スリーブ内周面に位置するパイプ部分14aの外径は圧着工程に伴い外径Aより大きい。圧着部分から右方に延設したパイプ部分は、Oリングの収納部Xを構成する。この収納部は、Oリングの左側面に接する屈曲部14b、Oリング内径部と接する管路部14cおよび、Oリングの抜け落ち防止用のフレア14dを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する装置に係り、特にOリングを使用するタイプの配管接続装置に関する。
省エネ性、環境性を兼ね備えた定置用燃料電池コジェネレーションシステムの本格的市場化に向けた見通しと課題およびその解決に向けた取組みについて経済産業省資源エネルギー庁主導の下で進められている「定置用燃料電池市場化戦略検討会報告書(2005年4月11日)」において詳しく述べられている。(非特許文献1)
同報告書では、前記燃料電池の普及にあたっては、システムコストの低減が大きな課題となり、その中でも周辺機器(補機類)のコストダウンが重要であって、国が取り組むべき事項として「燃料電池用の補機に必要とされるスペックの公表を行い、コストダウンにとって重要な課題である補機供給に新規企業の参入を促すべき。」と提言している。
同報告書では、前記燃料電池の普及にあたっては、システムコストの低減が大きな課題となり、その中でも周辺機器(補機類)のコストダウンが重要であって、国が取り組むべき事項として「燃料電池用の補機に必要とされるスペックの公表を行い、コストダウンにとって重要な課題である補機供給に新規企業の参入を促すべき。」と提言している。
経済産業省では、同報告書の提言に基づいて、ポンプ、センサーなど家庭用燃料電池システム(出力1kw〜700w)用の周辺機器(補機類)に求められる仕様(スペック)について、システムメーカーへのアンケート調査等の結果から取りまとめ、2005年4月21日に公表し、その後の状況変化を踏まえつつ、さらに共通化を推進するために、あらためて要求スペックを精査し、ほぼ一本化された「共通仕様」が公表されている。(非特許文献2)
図6は、非特許文献2に記載された定置用燃料電池コジェネレーションシステムの概要である。同図6に示されるように、このシステムには、G1(原燃料昇圧ポンプ)、B1(燃焼バーナー用空気ブロワ)、B2(CO除去器用空気ブロワポンプ)、B3(電池反応空気ブロワ)、W1(改質用水ポンプ)、W2(電池冷却水ポンプ)、W3(貯湯水量制御ポンプ)気化器、バーナー、排熱回収装置、脱硫器、改質器、CO変成器、CO除去器、燃料極、空気極、冷却器、冷却水タンク、熱交換器、水処理装置、貯湯槽各ユニット等の各ユニットの間を接続する配管部分が数多く必要であり、システムの普及すなわち、システム全体のコスト低減のためこれら接続配管部分の組み付け作業を含むコスト低減が大きな課題となっている。そのため、前記各ユニット側においては従来雌のテーパネジであったものを図7に示すような構造とする事実上の規格化が採用されている。
同図7に示されるように、配管部分とのインターフェイスである開口部では3種類のOリングP7、P10、P14の使用が指定されており、それらOリングの外周と接する開口部分の内径(丸印のAで示す)は10mm、13mm、18mmである。
これら3種の内径部に配置されるOリングのシール機能を実現させるためと、配管用の市販パイプ素材が利用できることを前提にした、略図8に示す断面形状のスリーブが考えられる。
「定置用燃料電池市場化戦略検討会報告書(2005年4月11日)」:http://www.meti.go.jp/info/committee/mokuji.html 「定置用燃料電池システム関連周辺機器(補機類)の仕様リスト」資源エネルギー庁・新エネルギー部政策課 燃料電池推進室:http://www.meti.go.jp/press/20050421002/20050421002.html
これら3種の内径部に配置されるOリングのシール機能を実現させるためと、配管用の市販パイプ素材が利用できることを前提にした、略図8に示す断面形状のスリーブが考えられる。
「定置用燃料電池市場化戦略検討会報告書(2005年4月11日)」:http://www.meti.go.jp/info/committee/mokuji.html 「定置用燃料電池システム関連周辺機器(補機類)の仕様リスト」資源エネルギー庁・新エネルギー部政策課 燃料電池推進室:http://www.meti.go.jp/press/20050421002/20050421002.html
前述した図8の例では、鋼材やステンレス等の市販パイプ素材が前記指定されたOリングの内径に直接マッチする外周寸法を有するものは生産されていないという事情を考慮してスリーブSの寸法dを市販パイプの外周寸法に合わせて機械加工できるという点で利点があるものの、スリーブSのZ1部分において接続配管を溶接して固定するする方式であり、またスリーブSの機械加工がOリング溝Z2も含め加工部位が多く比較的複雑であるため製造コストの点から採用には難点があった。
本願の発明者は上記の問題を解決すべく、鋭意研究、検討、試作をおこなった結果、市販の配管用パイプ素材の外周寸法が指定されたOリングの内径とマッチしないという条件のもとで、スリーブ内周面と該パイプ外周面を圧着させると共に、該スリーブから延設したパイプ端部にOリングの収納部分を塑性変形により形成することで前記の問題が基本的に解決できることを突き止めた。
したがって、本発明の目的は、普及の障害となる溶接構造を有せず、家庭用燃料電池の据付現場での組み付けが容易且つ可及的にコスト低減効果のある家庭用燃料電池における配管接続装置を提供することにある。
前記目的を達成するための、本発明による家庭用燃料電池における配管接続装置は、
家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する装置であって、
前記各ユニットに一体的に形成され、前記管路と接続される開口部として、管路軸方向に第1の長さLで且つ第1の内径Dを有すると共にその外周端部に第1の段差部を形成した本体と、
前記本体の開口部に挿入され前記第1の長さLより短い円筒部を有し同円筒部に続いて前記開口部の端面と当接する垂直面を有すると共に外周には前記第1の段差部と対象位置となるよう配置される第2の段差部を有するスリーブと、
前記スリーブ内径部に圧着固定されると共に同圧着固定部分に続いてOリング収納部を形成した接続用管路と、
前記Oリング収納部に配置されたOリングと、
前記垂直面を介して前記本体に当接する前記スリーブが前記垂直面から離脱するのを防止するため前記第1および第2の段差部に係合する係合部材と、を備え、
前記係合部材は、
頂部からそれぞれ垂下し、互いに対向配置されるよう形成された側壁、同側壁から延設され、前記第1および第2の段差部に係合するための開口を有する一対の傾斜面からなる山部および同山部に続くフレア部とからなる弾力性を有する係合部材本体と、
両端部が前記フレア部に挿通された状態で圧着されると共に中間部に開口を有する留め金部材とからなり、同留め金部材の前記開口は、前記頂部と反対側に位置する前記第1、第2段差部に係合されるよう構成したことを特徴とする。
家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する装置であって、
前記各ユニットに一体的に形成され、前記管路と接続される開口部として、管路軸方向に第1の長さLで且つ第1の内径Dを有すると共にその外周端部に第1の段差部を形成した本体と、
前記本体の開口部に挿入され前記第1の長さLより短い円筒部を有し同円筒部に続いて前記開口部の端面と当接する垂直面を有すると共に外周には前記第1の段差部と対象位置となるよう配置される第2の段差部を有するスリーブと、
前記スリーブ内径部に圧着固定されると共に同圧着固定部分に続いてOリング収納部を形成した接続用管路と、
前記Oリング収納部に配置されたOリングと、
前記垂直面を介して前記本体に当接する前記スリーブが前記垂直面から離脱するのを防止するため前記第1および第2の段差部に係合する係合部材と、を備え、
前記係合部材は、
頂部からそれぞれ垂下し、互いに対向配置されるよう形成された側壁、同側壁から延設され、前記第1および第2の段差部に係合するための開口を有する一対の傾斜面からなる山部および同山部に続くフレア部とからなる弾力性を有する係合部材本体と、
両端部が前記フレア部に挿通された状態で圧着されると共に中間部に開口を有する留め金部材とからなり、同留め金部材の前記開口は、前記頂部と反対側に位置する前記第1、第2段差部に係合されるよう構成したことを特徴とする。
その場合、前記Oリング収納部は、外径がほぼ前記第1の内径Dに等しく形成され前記Oリング側部に接する径大部および同径大部に続き前記Oリング内径部と接する管路部を形成することができる。
またその場合、前記Oリング収納部の径大部は前記接続用管路の一部を屈曲形成することができる。
さらに、前記Oリング収納部は、前記管路部に続いて前記Oリング抜け落ち防止用のフレアを管路端部に形成することができる。
その場合、前記Oリング収納部の管路部外径は前記接続管路の素材外径よりも大きくなるよう形成することができる。
その場合、前記Oリング収納部の内径は前記スリーブに圧着固定された管路の内径部分と同一となるよう形成することができる。
またその場合、前記Oリング収納部の径大部は前記接続用管路の一部を屈曲形成することができる。
さらに、前記Oリング収納部は、前記管路部に続いて前記Oリング抜け落ち防止用のフレアを管路端部に形成することができる。
その場合、前記Oリング収納部の管路部外径は前記接続管路の素材外径よりも大きくなるよう形成することができる。
その場合、前記Oリング収納部の内径は前記スリーブに圧着固定された管路の内径部分と同一となるよう形成することができる。
本発明の家庭用燃料電池における配管接続装置は、家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する装置であって、
前記各ユニットに一体的に形成され、前記管路と接続される開口部として、管路軸方向に第1の長さLで且つ第1の内径Dを有すると共にその外周端部に第1の段差部を形成した本体と、前記本体の開口部に挿入され前記第1の長さLより短い円筒部を有し同円筒部に続いて前記開口部の端面と当接する垂直面を有すると共に外周には前記第1の段差部と対象位置となるよう配置される第2の段差部を有するスリーブと、前記スリーブ内径部に圧着固定されると共に同圧着固定部分に続いてOリング収納部を形成した接続用管路と、前記Oリング収納部に配置されたOリングと、前記垂直面を介して前記本体に当接する前記スリーブが前記垂直面から離脱するのを防止するため前記第1および第2の段差部に係合する係合部材と、を備えて構成したので、溶接部分がなく且つ、接続用管路自体でOリング収納部を形成したのでスリーブにはOリング溝等を形成する必要がなくその形状を単純化することができコスト低減に効果がある。
また、Oリング収納部の管路部外周径は塑性変形により、シール性の点で前記Oリング内径とマッチするよう形成したので、市販の接続用管路素材を利用することが可能である。
また、前記係合部材の本体および留め金具には第1、第2段差部に係合する開口をそれぞれ備えているので、現場での組み付け作業が容易である。
前記各ユニットに一体的に形成され、前記管路と接続される開口部として、管路軸方向に第1の長さLで且つ第1の内径Dを有すると共にその外周端部に第1の段差部を形成した本体と、前記本体の開口部に挿入され前記第1の長さLより短い円筒部を有し同円筒部に続いて前記開口部の端面と当接する垂直面を有すると共に外周には前記第1の段差部と対象位置となるよう配置される第2の段差部を有するスリーブと、前記スリーブ内径部に圧着固定されると共に同圧着固定部分に続いてOリング収納部を形成した接続用管路と、前記Oリング収納部に配置されたOリングと、前記垂直面を介して前記本体に当接する前記スリーブが前記垂直面から離脱するのを防止するため前記第1および第2の段差部に係合する係合部材と、を備えて構成したので、溶接部分がなく且つ、接続用管路自体でOリング収納部を形成したのでスリーブにはOリング溝等を形成する必要がなくその形状を単純化することができコスト低減に効果がある。
また、Oリング収納部の管路部外周径は塑性変形により、シール性の点で前記Oリング内径とマッチするよう形成したので、市販の接続用管路素材を利用することが可能である。
また、前記係合部材の本体および留め金具には第1、第2段差部に係合する開口をそれぞれ備えているので、現場での組み付け作業が容易である。
図1は本発明の実施の形態に基づく実施例の配管接続装置であって、同図(a)は接続部分の要部を示す軸方向上半分の縦断面図、同図(b)は、(a)の平面図、同図(c)は、(b)の軸方向から見た左側面図である。
図1(a)において、参照符号10は、燃料電池システムを構成する1つのユニットに一体的に形成された接続用の本体であって、同本体10の左端部分は、内径Dで長さLの円筒部10aを有する開口SPが形成されている。
円筒部10aの左端部分は径太に形成された係合部10bであって、同係合部10bの右側には段差部10cが形成されている。前記段差部10cに続く円筒部10aの外周は後述する係合部材本体18の取付け空間である。
図1(a)において、参照符号10は、燃料電池システムを構成する1つのユニットに一体的に形成された接続用の本体であって、同本体10の左端部分は、内径Dで長さLの円筒部10aを有する開口SPが形成されている。
円筒部10aの左端部分は径太に形成された係合部10bであって、同係合部10bの右側には段差部10cが形成されている。前記段差部10cに続く円筒部10aの外周は後述する係合部材本体18の取付け空間である。
参照符号12は、前記開口SPに挿入されたスリーブである。同スリーブ12は、前記本体10の円筒部10aの長さLより短い長さを有する円筒部12aと同円筒部12aより径太の軸部12dとからなり、その外周中間部には本体10側の係合部10b端面に当接する垂直面12eを有する段差が形成されている。前記垂直面12e左側の軸部12dには径太の係合部12bが形成されその左側には段差部12cが形成され、図示のように、係合部材本体18により挟まれた状態で係合部10b、12bは垂直面12eを介して対向配置されている。
参照符号14は、外径Aを有する市販のステンレス製パイプであってスリーブ12の内周面に圧着固定されている。スリーブ12の内周面に位置するパイプ部分14aの外径は圧着工程に伴い外径Aより大きくなっている。圧着部分から右方に延設したパイプ部分は、図示のように、Oリング16の収納部Xを構成している。この収納部Xは、Oリング16の左側面に接する屈曲部14b、Oリング16の内径部と接する管路部14cおよび、Oリング16の抜け落ち防止用のフレア14dからなっている。なお、屈曲部14bは、スリーブ12の端面に当接しており、したがって、パイプ14のスリーブ12からの抜け止め機能を有する。また、この屈曲部14bは、予めパイプ部分14aを所定形状の型を用いて軸方向両側から圧縮し半径方向にのみ塑性変形するようにして形成することができる。また、管路部14cの外周部は、Oリング16の内径部を押圧接触する状態となるような外周径に予め塑性変形される。なお、上記の圧着部分およびOリング収納部Xの塑性変形加工は、予め専用のパイプ端末加工機、例えば(株)オスガーマシンの加工機械で遂行することができる。
図1(b)は、(a)を上方から見た平面図であって、対向配置された一対の係合部10bおよび12bの一部分(4箇所)が係合部材本体18の開口部18a、18bへ嵌まり込み、一対の係合部側面に開口部18a、18bの稜線が接触し軸方向への移動を規制するよう係合されていることを示す。
図1(c)は、係合部材本体18を係合部に取付けた状態を軸方向から見た図であり、係合部材本体18は、矢視イで示すように、単体の自然状態よりも押し広げられており、それにより矢視ロの方への弾発力が作用しているので、係合部材本体18が下方に抜け落ちることはない。上記の係合部材本体18はステンレス製のクリップ部材として市販されており、例えば大陽ステンレススプリング(株)製のジョイントクリップ(商品名)を挙げることができる。
図2は、係合部材本体18の開口部18a、18bを通る縦断面を示す。同図において、係合部材本体18の頂部18cからは、互いに対向配置されるよう形成されたそれぞれ側壁18e、18e、同側壁18e、18eから延設され、前記段差部10c、12cに係合するための開口18b、18aを有する一対の傾斜面18f、18gからなる山部および、同山部に続くフレア部18dとからなり、弾力性を有する部材で構成されている。
図3は、係合部材本体18を取り付けた図1(c)の状態で、さらにフレア部18dへ開口部を有する止め金具20を組み付けるための操作手順を示す。同図3(a)は係合部材本体18のフレア部18dに係合する止め金具20を、同図右側に示すように、側方から挿入した状態を示す。図3(b)は、止め金具20を上方から押し下げ塑性変形させることによりその開口部から段差部が突き出した状態を示す。
図3(c)、(d)は、ラジオペンチ等の工具22を用いてフレア部18dに止め金具20の両端部を圧着し固定した状態をそれぞれ示す。
図3(c)、(d)は、ラジオペンチ等の工具22を用いてフレア部18dに止め金具20の両端部を圧着し固定した状態をそれぞれ示す。
図4は、止め金具20の組み付け直前の状態を示す図であって、図4(a)は、図1(a)、(c)に対応する、係合部本体18を実際の配管接続部に取り付けた状態を示し、図4(b)は止め金具20をその右横に配置した状態を示す。
図5は、係合部材本体18に止め金具20を組み付けた状態を示す図であって、図5(a)は、係合部材本体18に止め金具20を組み付けた実際の配管接続部の状態を示し、図5(b)は止め金具20の組付け状態のその底面側から見た図を示す。
図5は、係合部材本体18に止め金具20を組み付けた状態を示す図であって、図5(a)は、係合部材本体18に止め金具20を組み付けた実際の配管接続部の状態を示し、図5(b)は止め金具20の組付け状態のその底面側から見た図を示す。
次に、本発明による配管接続装置の組み付けおよび取り外しについて説明する。組み付けの作業は、家庭用燃料電池の各ユニットがほぼ定位置に設置されており、それら各ユニットを配管接続するものである。現場での組み付け作業に先行して、予め、スリーブ12に対しパイプ14を圧着固定および端部にOリング収納部Xがパイプ端末加工機等で形成される。現場での組み付けの際には所定のOリング16を収納部Xに搭載した状態でスリーブ12を本体10の開口SPへ挿入し、垂直面12eが係合部10bの端面に当接した状態で係合部材本体18の開口部18a、18bと係合部10b、12bの軸方向位置を一致させて、係合部材本体18の頂部18cをスリーブ12の中心Qに向け押すことによりフレア部18d、18dが押し広げられつつ移動し、係合部10b、12bが4箇所で開口部18a、18bへ嵌まり込ませることにより係合部材本体18の取り付けが終了する。
次いで、図3(a)、(b)、(c)、(d)の操作手順により止め金具20を組み付けることで配管接続部の組付け作業が完了する。
取り外しの作業は、フレア部18dに圧着固定されている止め金具20を、図3(a)、(b)、(c)、(d)の操作手順と逆の手順で工具22等を用いて係合部材本体18から離脱した後、係合部材本体18の頂部18cをスリーブ12の中心Qから離れるよう引っ張ることにより締結を解除することができ、このように組み付け、取り外しの現場での作業は単純化される。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれら例示された内容に限定されるものではなく、当業者であればそれらに基づいて種々の変形例を実施することが可能である。例えば、止め金具20の代わりに、両フレア部18d、18dの間に板材等を取り付けてボルト、ナットで固定することによりフレア部が押し広がるのを防止することができる。
10 本体
10a 円筒部
10b 係合部
10c 段差部
12 スリーブ
12a 円筒部
12b 係合部
12c 段差部
12d 軸部
12e 垂直面
14 パイプ
14a 圧着部分
14b 屈曲部
14c 管路部
14d フレア
16 Oリング
18 係合部材本体
18a 開口部
18b 開口部
18c 頂部
18d フレア部
20 止め金具
22 工具
SP 開口
X Oリング収納部
10a 円筒部
10b 係合部
10c 段差部
12 スリーブ
12a 円筒部
12b 係合部
12c 段差部
12d 軸部
12e 垂直面
14 パイプ
14a 圧着部分
14b 屈曲部
14c 管路部
14d フレア
16 Oリング
18 係合部材本体
18a 開口部
18b 開口部
18c 頂部
18d フレア部
20 止め金具
22 工具
SP 開口
X Oリング収納部
Claims (6)
- 家庭用燃料電池の各ユニットを管路により接続する装置であって、
前記各ユニットに一体的に形成され、前記管路と接続される開口部として、管路軸方向に第1の長さLで且つ第1の内径Dを有すると共にその外周端部に第1の段差部を形成した本体と、
前記本体の開口部に挿入され前記第1の長さLより短い円筒部を有し同円筒部に続いて前記開口部の端面と当接する垂直面を有すると共に外周には前記第1の段差部と対象位置となるよう配置される第2の段差部を有するスリーブと、
前記スリーブ内径部に圧着固定されると共に同圧着固定部分に続いてOリング収納部を形成した接続用管路と、
前記Oリング収納部に配置されたOリングと、
前記垂直面を介して前記本体に当接する前記スリーブが前記垂直面から離脱するのを防止するため前記第1および第2の段差部に係合する係合部材と、を備え、
前記係合部材は、
頂部からそれぞれ垂下し、互いに対向配置されるよう形成された側壁、同側壁から延設され、前記第1および第2の段差部に係合するための開口を有する一対の傾斜面からなる山部および同山部に続くフレア部とからなる弾力性を有する係合部材本体と、
両端部が前記フレア部に挿通された状態で圧着されると共に中間部に開口を有する留め金部材とからなり、同留め金部材の前記開口は、前記頂部と反対側に位置する前記第1、第2段差部に係合されるようにしたことを特徴とする家庭用燃料電池における配管接続装置。 - 前記Oリング収納部は、外径がほぼ前記第1の内径Dに等しく形成され前記Oリング側部に接する径大部および同径大部に続き前記Oリング内径部と接する管路部を形成したことを特徴とする請求項1に記載された家庭用燃料電池における配管接続装置。
- 前記Oリング収納部の径大部は前記接続用管路の一部を屈曲形成したことを特徴とする請求項2に記載された家庭用燃料電池における配管接続装置。
- 前記Oリング収納部は、前記管路部に続いて前記Oリング抜け落ち防止用のフレアを管路端部に形成したことを特徴とする請求項2または3に記載された家庭用燃料電池における配管接続装置。
- 前記Oリング収納部の管路部外径は前記接続管路の素材外径よりも大きくなるよう形成したことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載された家庭用燃料電池における配管接続装置。
- 前記Oリング収納部の内径は前記スリーブに圧着固定された管路の内径部分と同一となるよう形成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載された家庭用燃料電池における配管接続装置。
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JP2007212536A Pending JP2009048823A (ja) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | 家庭用燃料電池における配管接続装置 |
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JP (1) | JP2009048823A (ja) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2007
- 2007-08-17 JP JP2007212536A patent/JP2009048823A/ja active Pending
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