JP7502213B2 - Pipe joint, radiator, and fuel cell device - Google Patents
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Description
本開示は、配管接合体、ラジエータ、及び燃料電池装置に関するものである。 This disclosure relates to a piping joint, a radiator, and a fuel cell device.
例えば、ラジエータのように、ファンにより冷却される流路に流体を通過させることにより内部流体を冷却する装置が知られている。このような装置において、流路は、伝熱性の観点から、銅を主成分とする材料により形成されることが一般的である。また、このような装置の製造では、複数の配管を連結することにより全体の流路が形成される。配管の連結には、多様な連結方法を採用し得るが、ろう付けによる連結が広く採用されている(特許文献1参照)。 For example, there is known a device that cools an internal fluid by passing the fluid through a flow path that is cooled by a fan, such as a radiator. In such devices, the flow path is generally made of a material whose main component is copper, from the viewpoint of heat transfer. In addition, in the manufacture of such devices, the entire flow path is formed by connecting multiple pipes. Various connection methods can be used to connect the pipes, but brazing is widely used (see Patent Document 1).
ろう付けによる連結箇所からの流体の漏洩の可能性を低減することが求められていた。 There was a need to reduce the possibility of fluid leakage from brazed connections.
従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、ろう付けによる連結箇所からの流体の漏洩の可能性を低減させる配管接合体、ラジエータ、及び燃料電池装置を提供することにある。 Therefore, the purpose of this disclosure, which has been made in consideration of the problems of the conventional technology described above, is to provide a pipe joint, a radiator, and a fuel cell device that reduce the possibility of fluid leakage from joints made by brazing.
上述した諸課題を解決すべく、第1の観点による配管接合体は、
銅を主成分とした材料から形成される第1の配管及び第2の配管と、
前記第1の配管に前記第2の配管の先端が挿入された状態で、前記第1の配管と前記第2の配管の先端とは離れており、前記第1の配管における前記第2の配管の挿入方向に対して反対側に位置する先端側から前記第2の配管の先端側に向かって延在し、前記第2の配管の先端よりも前記第1の配管の先端側において終端して前記第1の配管及び前記第2の配管に接合する接合部と、を備え、
前記第2の配管の先端位置における前記第1の配管の最大銅結晶粒度は、前記第1の配管の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい。
In order to solve the above-mentioned problems, a pipe joint according to a first aspect of the present invention comprises:
A first pipe and a second pipe formed from a material mainly composed of copper;
a joint portion that is spaced apart from the first pipe when the tip of the second pipe is inserted into the first pipe, extends from a tip side of the first pipe that is opposite to the insertion direction of the second pipe toward the tip side of the second pipe, and terminates on the tip side of the first pipe relative to the tip of the second pipe to be joined to the first pipe and the second pipe ,
The maximum copper grain size of the first pipe at the tip of the second pipe is smaller than the maximum copper grain size at the tip of the first pipe.
第2の観点によるラジエータは、
銅を主成分とした材料から形成される第1の配管及び第2の配管と、前記第1の配管に前記第2の配管の先端が挿入された状態で、前記第1の配管と前記第2の配管の先端とは離れており、前記第1の配管における前記第2の配管の挿入方向に対して反対側に位置する先端側から前記第2の配管の先端側に向かって延在し、前記第2の配管の先端よりも前記第1の配管の先端側において終端して前記第1の配管及び前記第2の配管に接合する接合部と、を有し、前記第2の配管の先端位置における前記第1の配管の最大銅結晶粒度は、前記第1の配管の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい配管接合体を備える。
A radiator according to a second aspect of the present invention comprises:
The pipe joint includes a first pipe and a second pipe formed from a material mainly composed of copper, and a joint portion that, when the tip of the second pipe is inserted into the first pipe, is spaced from the tip of the first pipe and extends from a tip side of the first pipe that is located on the opposite side of the insertion direction of the second pipe toward the tip side of the second pipe and terminates on the tip side of the first pipe relative to the tip of the second pipe to be joined to the first pipe and the second pipe , and the maximum copper crystal grain size of the first pipe at the tip position of the second pipe is smaller than the maximum copper crystal grain size at the tip position of the first pipe.
第3の観点による燃料電池装置は、
銅を主成分とした材料から形成される第1の配管及び第2の配管と、前記第1の配管に前記第2の配管の先端が挿入された状態で、前記第1の配管と前記第2の配管の先端とは離れており、前記第1の配管における前記第2の配管の挿入方向に対して反対側に位置する先端側から前記第2の配管の先端側に向かって延在し、前記第2の配管の先端よりも前記第1の配管の先端側において終端して前記第1の配管及び前記第2の配管に接合する接合部と、を含み、前記第2の配管の先端位置における前記第1の配管の最大銅結晶粒度は、前記第1の配管の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい配管接合体を有するラジエータを備える。
A fuel cell device according to a third aspect comprises:
The radiator includes a first pipe and a second pipe formed from a material mainly composed of copper, and a pipe joint including : a first pipe and a second pipe formed from a material mainly composed of copper; and a joint portion, which, when a tip of the second pipe is inserted into the first pipe, is spaced from the tip of the first pipe and extends from a tip side of the first pipe that is located on the opposite side of the insertion direction of the second pipe toward the tip side of the second pipe and terminates on the tip side of the first pipe relative to the tip of the second pipe to be joined to the first pipe and the second pipe, and wherein the maximum copper grain size of the first pipe at the tip position of the second pipe is smaller than the maximum copper grain size at the tip position of the first pipe.
上記のように構成された本開示に係る配管接合体、ラジエータ、及び燃料電池装置によれば、ろう付けによる連結箇所からの流体の漏洩の可能性が低減する。 The pipe joint, radiator, and fuel cell device according to the present disclosure configured as described above reduce the possibility of fluid leakage from the brazed connection points.
以下、本開示を適用した配管接合体の実施形態について、図面を参照して説明する。 Below, an embodiment of a pipe joint to which the present disclosure is applied is described with reference to the drawings.
図1に示すように、本開示の一実施形態に係る配管接合体10は、第1の配管11及び第2の配管12と、接合部13とを含む。
As shown in FIG. 1, a pipe joint 10 according to one embodiment of the present disclosure includes a
第1の配管11及び第2の配管12は、銅を主成分とした材料から形成される。銅を主成分とした材料とは、配管としての機能を向上させるための、錫、鉄、ニッケル、アルミニウム、マンガン等の他の金属がその機能を発揮する量で銅に添加された材料を意味してよい。銅を主成分とした材料とは、配管を構成する材料のうち銅が最も多く含まれており、例えば銅が59%以上含まれているものを意味してよい。
The
第1の配管11には、第2の配管12の先端が挿入されている。第1の配管11は、管状の本体14の少なくとも一端に雌型嵌合部15を有してよい。雌型嵌合部15は、本体14よりも内径が大きく、本体14と同軸を有するように連結していてよい。雌型嵌合部15は、挿入される第2の配管12の先端と嵌合してよい。
The tip of the
雌型嵌合部15の軸方向の長さは、挿入される第2の配管12の先端として定められる長さと実質的に同じであってよい。雌型嵌合部15の軸方向の長さは、後述するように、製造時に接合部13が軸方向において第2の配管12の先端よりも第1の配管11の先端側において終端するように定められてよい。雌型嵌合部15は、本体14とは軸方向の反対側に、先端に向かうにつれて拡径する受部16を有してよい。
The axial length of the
第2の配管12は、第1の配管11が雌型嵌合部15を有する構成においては、本体14と同径であってよい。第2の配管12は、第1の配管11が雌型嵌合部15を有さず端まで均一な内径である構成においては、第1の配管11の内径以下の外径であってよい。
In a configuration in which the
第1の配管11において、第2の配管12の第1の部分が接合された状態で、第2の配管12の先端位置における第1の配管11の最大銅結晶粒度が、第1の配管11の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい。結晶粒度の測定方法は、JIS H0501の規定に準拠して行われればよい。例えば、第1の配管11の先端位置と第2の配管12の先端位置の任意の一か所を、顕微鏡により75倍で見ることにより結晶粒度が測定比較される。または、画像処理ソフトウェアによって最大の銅結晶粒度が測定比較されてもよい。
In the
接合部13は、第1の配管11に第2の配管12の先端が挿入された状態で、第1の配管11及び当該先端に接合する。接合部13は、軸方向における第1の配管11の先端及び第2の配管12の先端の間の少なくとも一部で、径方向における第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの間に位置してよい。本明細書において、第1の配管11の先端及び第2の配管12の先端は、接合される側の端を意味してよい。
The
接合部13は、第1の配管11の先端側から第2の配管12の先端側に向かって、軸方向に沿って、延在してよい。接合部13は、軸方向において第2の配管12の先端よりも第1の配管11の先端側において終端してよい。接合部13は、軸方向において、第1の配管11の先端及び第2の配管12の先端の中央位置よりも第1の配管の先端側に多く分布してよい。
The
接合部13は、加熱により第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの間に浸込んだろう材が、冷却により固化して形成されてよい。ろう材は、例えば、銅に5~8%のリンを混合したリン銅ろうであってよい。
The
本実施形態の配管接合体10は、第2の配管12側から第1の配管11側に向かうように流体が流動するように配置されることが好ましい。
In this embodiment, the
次に本実施形態の配管接合体10の製造方法を、以下に説明する。
Next, the manufacturing method of the
図2に示すように、第1の配管11の雌型嵌合部15内に、第2の配管12が挿入される。雌型嵌合部15が鉛直上方側に位置するように第1の配管11を設置した状態で、鉛直上方から第2の配管12が挿入されてよい。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、第2の配管12が第1の配管11に挿入されている状態で、第1の配管11の先端、例えば、受部16に、ろう材17が配置される。ろう材17は、第1の配管11の周方向における全域に配置されてよい。ろう材17は、例えば、第2の配管12に挿通されるリング状であってよい。
As shown in FIG. 3, when the
図4に示すように、第1の配管11の先端付近が、バーナ18から噴出させる炎により加熱される。第1の配管11の加熱により、ろう材17が第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの間に浸込む。ろう材17の浸込み後に全体を冷却することにより、ろう材17を固化させて接合部13が形成される。接合部13の形成により第1の配管11及び第2の配管12が接合される。第1の配管11及び第2の配管12の接合により、配管接合体10が製造される。
As shown in FIG. 4, the vicinity of the tip of the
前述のように、接合部13が軸方向において第2の配管12の先端よりも第1の配管11の先端側において終端するように、第1の配管11及び第2の配管12の重なる部分である第1の部分の長さ、ろう材17の量、加熱箇所、加熱時間、第1の配管11及び第2の配管12の間の隙間等が定められる。例えば、第1の部分を長くすることにより、ろう材17の第2の配管12の先端までの到達が抑制され得る。また、軸方向において第1の部分が占める範囲の中で第2の配管12の先端側が過加熱されないように、加熱箇所及び加熱時間を調整することにより、ろう材17の第2の配管12の先端までの到達を抑制し得る。
As described above, the length of the first portion where the
上述の配管接合体10は、例えば、ラジエータ等に適用されてよい。ラジエータ21は、水等の被冷却流体の流れる流路、及び流路に送風することにより流路内の被冷却流体を冷却するファンを含んでよい。流路は、ラジエータ21における冷却領域に配置される複数の直線状の配管、及び冷却領域の外部に位置するU字状配管を含んでよい。流路は、直線状の配管をU字状配管で連結することにより全体で蛇行形状であってよい。直線状の配管及びU字状配管が、上述の配管接合体10を構成していてよい。
The above-mentioned
本実施形態において、ラジエータ21は、例えば、図5に示すように、燃料電池装置20に用いられてよい。燃料電池装置20は、燃料電池ユニット22と、貯水ユニット23を有してよい。
In this embodiment, the radiator 21 may be used in a
燃料電池ユニット22は、補機部24、発電部25、電力変換部26、排熱回収部27、制御部28、熱交換器29、循環ポンプ30、及びラジエータ21を有する。図6において、実線矢印は、ガス、空気または水等の経路を示す。点線は、電力の経路を示す。一点鎖線は、通信線を示す。
The
補機部24は、発電部25を発電させるために必要な周辺機器であり、発電部25に燃料を供給してよい。燃料は、例えば、所定割合で配合されたガス、空気、改質水等であってよい。
The
発電部25は、補機部24から供給される燃料によって電気化学反応を生起させ、直流電力を発電してよい。
The
電力変換部26は、発電部25から供給された直流電力を交流電力に変換してよい。変換された交流電力は需要家施設が備える電力負荷31に供給されてよい。
The
排熱回収部27は、発電部25における発電より生じた排熱を回収してよい。排熱回収部27は、回収した排ガスを熱交換器29に供給してよい。
The exhaust
制御部28は、燃料電池装置20全体を制御及び管理するものであり、例えば、プロセッサ等により構成してよい。また、制御部28は、記憶部に記憶しているプログラムを読み出して実行し、様々な機能を実現させてよい。
The
熱交換器29は、循環経路32を介して、例えば、貯水ユニット23に設けられる貯湯槽33と連結されてよい。貯湯槽33に貯水された水が、後述する循環ポンプ30によって、循環経路32で循環してよい。循環経路32は、貯湯槽33から流出して熱交換器29に流入する第1経路34、及び熱交換器29から流出して貯湯槽33に流入する第2経路35を含んでよい。熱交換器29には、排熱回収部27から排ガスが供給されてよい。熱交換器29は、排ガスおよび循環経路32内の水の間で熱交換してよい。例えば、熱交換器29は、比較的高温の排ガスの熱エネルギーを用いて、第1経路34を介して貯湯槽33から流入する水を加熱してよい。加熱された水は、第2経路35を介して貯湯槽33に供給されてよい。
The
循環ポンプ30は、循環経路32上の任意の位置に設けられてよい。図6に示す例では、循環ポンプ30は、第1経路34上に設けられ、貯湯槽33から流入する水を循環経路32内で循環させる。
The circulation pump 30 may be provided at any position on the
本実施形態の配管接合体を備えるラジエータ21は、第1経路34上の任意の位置に設けられる。図6に示す例では、ラジエータ21は、循環ポンプ30および貯湯槽33の間に設けられている。ラジエータ21は、例えば第1経路34内の水の温度が所定の温度以上となった場合に、第1経路34内の水を冷却してよい。
The radiator 21 having the pipe joint of this embodiment is provided at any position on the
本実施形態の燃料電池装置20では、後述する配管接合体を備えるラジエータ21を採用することにより、流体の漏洩の可能性を低減できることから、長期信頼性の向上したラジエータ21、さらには燃料電池装置20とすることができる。
In the
貯水ユニット23は、貯湯槽33及びバックアップ熱源機36を有してよい。
The
貯湯槽33は、水道局37から供給される水道水を貯水してよい。また、貯湯槽33は、第2経路35を介して熱交換器29から供給される加熱された水も貯水してよい。貯湯槽33は、貯水された水(お湯)を給湯負荷38に供給してよい。
The
バックアップ熱源機36は、貯湯槽33に貯水される水の水温が需要家の所望の水温になるように加熱してよい。
The backup
電力負荷31は、需要家施設に設置される電気機器等であってよい。また、電力負荷31は、燃料電池装置20と、電力系統39から供給される電力を消費してよい。電力負荷31は、例えば、エアコン、テレビ、冷蔵庫等であってよい。
The
給湯負荷38は、貯水ユニット23の貯湯槽33から供給される水を利用する負荷であってよい。給湯負荷37は、例えば、浴槽、または床暖房等であってよい。
The hot
以上のような構成の本実施形態の配管接合体10は、第1の配管11に第2の配管12の先端が挿入された状態で第1の配管11及び当該先端を接合する接合部13を備え、第2の配管12の先端位置における第1の配管11の最大銅結晶粒度は、第1の配管11の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい。このような構成により、配管接合体10は、第1の配管11の先端側において最大銅結晶粒度が比較的大きいので接合部13と第1の配管11及び第2の配管12の結合性を向上させる。また、配管接合体10は、第2の配管12の先端近傍の第1の配管11の最大銅結晶粒度が比較的小さいので、腐食及び侵食等に対する強度を向上させる。したがって、配管接合体10は、連結箇所からの流体の漏洩の可能性を低減する。
The
また、本実施形態の配管接合体10では、接合部13は第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの間で、第1の配管11の先端側から第2の配管12の先端側に向かって延在し、第2の配管12の先端よりも第1の配管11の先端側において終端する。一般的に、配管に用いる金属材料と異なる材料であるろう材を用いてろう付けした構造体内部に、水等の電解質が流動すると配管にガルパニック腐食が発生しうる。例えば、図6に示すように、接合部13’が、第2の配管12’の先端を超えた位置で終端する配管接合体10’においては、流体に接触し得る接合部13’の面積が比較的広く、第1の配管11‘等にガルパニック腐食が生じやすい。このような事象に対して、上述の構成を有する配管接合体10では、流体に接触する接合部13の面積が比較的小さいので、ガルパニック腐食の影響を低減する。
In the
また、本実施形態の配管接合体10では、接合部13は軸方向において第1の配管11の先端及び第2の配管12の先端の中央位置よりも第1の配管11の先端側に多く分布する。このような構成により、配管接合体10では、流体と接触せずガルパニック腐食を生じない接合部13の部分が多いので、第1の配管11及び第2の配管12を強固に固定し得る。
In addition, in the
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications or corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications or corrections are included in the scope of the present disclosure. For example, the functions included in each component or step can be rearranged so as not to cause logical inconsistencies, and multiple components or steps can be combined into one or divided. Although the embodiments of the present disclosure have been described mainly with respect to the device, the embodiments of the present disclosure can also be realized as a method including steps executed by each component of the device. The embodiments of the present disclosure can also be realized as a method, a program, or a storage medium on which a program is recorded, executed by a processor provided in the device. It should be understood that these are also included in the scope of the present disclosure.
例えば、本実施形態において、第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの隙間が受部16を除いて均一であるが、このような構成に限定されない。配管接合体10では、第2の配管12の先端近傍に、第1の配管11の内周面is及び第2の配管12の外周面osの隙間が他の部分より小さい部分が形成されていてよい。また、隙間が他の部分より小さい部分よりも、第1の配管11の先端側において接合部13が終端してよい。例えば、図7に示すように、周方向に沿って内部に陥凹する絞部19を第1の配管110に形成して、他の部分より隙間の小さな配管接合体100が形成されてよい。また、例えば、図8に示すように、先端に向かうにつれ縮径させた第2の配管121を、第1の配管11の本体14側に当接させることにより、他の部分より隙間の小さな配管接合体101が形成されてよい。このような構成を有することにより、接合部13への流体の到達の可能性が、さらに低減される。
For example, in this embodiment, the gap between the inner circumferential surface is of the
本開示において「第1」、「第2」などの記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第1」、「第2」などの記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」、「第2」などの識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。 In this disclosure, descriptions such as "first" and "second" are identifiers for distinguishing the configuration. Configurations distinguished by descriptions such as "first" and "second" in this disclosure may have their numbers exchanged. The exchange of identifiers is performed simultaneously. The configurations remain distinguished even after the exchange of identifiers. Identifiers may be deleted. Configurations from which identifiers have been deleted are distinguished by symbols. Descriptions of identifiers such as "first" and "second" in this disclosure should not be used solely to interpret the order of the configurations or to justify the existence of identifiers with smaller numbers.
10、100、101、10’ 配管接合体
11、110 第1の配管
12、121 第2の配管
13 接合部
14 本体
15 雌型嵌合部
16 受部
17 ろう材
18 バーナ
19 絞部
20 燃料電池装置
21 ラジエータ
22 燃料電池ユニット
23 貯水ユニット
24 補器部
25 発電部
26 電力変換部
27 排熱回収部
28 制御部
29 熱交換器
30 循環ポンプ
31 電力負荷
32 循環径路
33 貯湯槽
34 第1経路
35 第2経路
36 バックアップ熱源機
37 水道局
38 給湯負荷
39 電力系統
is 第1の配管の内周面
os 第2の配管の内周面
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記第1の配管に前記第2の配管の先端が挿入された状態で、前記第1の配管と前記第2の配管の先端とは離れており、前記第1の配管における前記第2の配管の挿入方向に対して反対側に位置する先端側から前記第2の配管の先端側に向かって延在し、前記第2の配管の先端よりも前記第1の配管の先端側において終端して前記第1の配管及び前記第2の配管に接合する接合部と、を備え、
前記第2の配管の先端位置における前記第1の配管の最大銅結晶粒度は、前記第1の配管の先端位置における最大銅結晶粒度より小さい
配管接合体。 A first pipe and a second pipe formed from a material mainly composed of copper;
a joint portion that is spaced apart from the first pipe when the tip of the second pipe is inserted into the first pipe, extends from a tip side of the first pipe that is opposite to the insertion direction of the second pipe toward the tip side of the second pipe, and terminates on the tip side of the first pipe relative to the tip of the second pipe to be joined to the first pipe and the second pipe ,
A pipe assembly, wherein a maximum copper grain size of the first pipe at a tip position of the second pipe is smaller than a maximum copper grain size of the first pipe at a tip position of the first pipe.
前記第2の配管の先端近傍に、前記第1の配管の内周面及び前記第2の配管の外周面の隙間が他の部分より小さい部分が形成されている
配管接合体。 The pipe joint assembly according to claim 1 ,
a portion in the vicinity of a tip of the second pipe where a gap between an inner peripheral surface of the first pipe and an outer peripheral surface of the second pipe is smaller than other portions.
前記接合部は、前記配管接合体の軸方向において、前記第1の配管の先端及び前記第2の配管の先端の中央位置よりも前記第1の配管の先端側に多く分布する
配管接合体。 The pipe joint assembly according to claim 1 or 2 ,
The joint portion is distributed more toward the tip side of the first pipe than at a center position between the tip of the first pipe and the tip of the second pipe in an axial direction of the joint portion.
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