JP2003181628A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器の製造方法

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JP2003181628A
JP2003181628A JP2001380434A JP2001380434A JP2003181628A JP 2003181628 A JP2003181628 A JP 2003181628A JP 2001380434 A JP2001380434 A JP 2001380434A JP 2001380434 A JP2001380434 A JP 2001380434A JP 2003181628 A JP2003181628 A JP 2003181628A
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aluminum
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Takeshi Kuwabara
武 桑原
Hidetaka Shinnaga
秀孝 新長
Mitsugi Iizuka
貢 飯塚
Atsushi Okubo
厚 大久保
Sotoharu Tanaka
外治 田中
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Toyo Radiator Co Ltd
Original Assignee
Toyo Radiator Co Ltd
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/04Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of rubber; of plastics material; of varnish

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池システムに用いる循環水を冷却する
アルミニュームラジエータであって、純水中にイオンが
溶け出されない熱交換器の製造方法の提供。 【解決手段】 アルミニューム製の各部品を用いて熱交
換器を組立て、フラックスを使用することなく、組み立
てられた熱交換器を高温の真空炉に挿入して真空ろう付
けする。次に、ろう付けされた熱交換器の液体流通側表
面を純水で洗浄し、次いで下地処理またはベイマイト処
理した後に、その表面に樹脂コーティングをする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の循環水
の冷却に用いるアルミニューム製熱交換器において、循
環水が純水または純水を含む液体であり、それが流通す
る液体流通側表面の内面処理を含む熱交換器の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用燃料電池等に高分子電解膜型の
ものを用い、そのスタック内に純水または純水とエチレ
ングリコール或いは純水とプロピレングリコールの混合
液を循環させ、それをアルミニューム製熱交換器により
冷却することが提案されている。この純水中に金属等の
イオンが混入すると、純水の導電率が上昇し、スタック
の冷却水である純水を通して漏れ電流が生じ、場合によ
っては触媒被毒による発電性能が低下する問題生じるの
で、従来より純水中へのイオンの混入を防止する手段が
とられていた。その第1の手段として熱交換器自体から
純水中へのイオンの流出を未然に防ぎ、第2の手段とし
て燃料電池システムの純水の循環路中にイオン除去のた
めのイオン交換器を設けて、常時、純水中のイオンを除
去し、定期的にイオン交換材を取替えていた。
【0003】特開2001−167782号公報に記載
の「燃料電池用循環水熱交換器の製造方法」は、前者の
手段であり、アルミニューム製の熱交換器において、各
部品を組み立てた後にフラックス(ノコロック:商品
名)を使用して、大気中の高温の炉内で各部品間をろう
付けする工程と、そのろう付け後にフラックスを純水で
洗浄し、次いで下地処理をし、樹脂コーティングをする
ものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようにアルミニュ
ームのろう付け後にフラックスを純水で取り除くのは、
フラックス中の金属イオンが純水に混入するので、それ
を予め取り除く必要があるからである。ところが本発明
者の実験によれば、そのようにしてフラックスを取り除
いた後にも、熱交換器の使用中に次第に純水中にイオン
が混入してくることが判った。これは純水で熱交換器の
内部を長時間かけて洗浄しても、僅かにそのフラックス
が残存しているためと思われる。また、フラックスの除
去には長時間の洗浄が必要であり、熱交換器の製造を迅
速に行なえない原因になっていた。そこで本発明は、こ
のような従来の燃料電池用熱交換器の欠点を取り除くこ
とを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニュー
ム製の多数のチューブまたはプレートを有し、内部に純
水または純水を含む液体が流通する熱交換器の製造方法
において、前記多数のチューブまたはプレートを用い
て、熱交換器を組立て、その組み立てられた熱交換器を
高温の真空炉に挿入し、その真空炉中で前記チューブ等
の各部品間に配置されたろう材により、各部品間を真空
ろう付けする工程と、真空ろう付けされた熱交換器の液
体流通側表面を、ベーマイト処理または、酸化ジルコニ
ウム、燐酸ジルコニウム等により下地処理する工程と、
次いで、ベーマイト処理または下地処理された表面に樹
脂コーティングする工程とを有する熱交換器の製造方法
である。
【0006】また、上記構成において、真空ろう付けさ
れた熱交換器の液体流通側表面を純水で洗浄し、次いで
ベーマイト処理または下地処理を行なうことができる。
何れにしても、本発明のアルミニューム製熱交換器の製
造方法は、フラックス自体を使用する必要のない真空ろ
う付けを行うので、フラックス洗浄のための長時間の洗
浄工程を不要とする。それと共に、残存するフラックス
が純水中に溶けだすおそれがない。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施の形態につき説明する。図1は本発明の製造方法で製
造されたアルミニューム製の熱交換器の一例を示す略図
であり、図2は本発明の製造方法で作られた熱交換器と
従来型の方法で作られたアルミニューム製の熱交換器と
に夫々純水を充填したとき、その経過時間に対する導電
率の変化を比較した図である。この例のアルミニューム
製の熱交換器は、図1の如く、夫々アルミニューム材よ
りなる、多数の偏平なチューブ1が並列され、各チュー
ブ1間にコルゲート型のフィン2が配置され、各チュー
ブ1の両端が一対のタンク3に連通されたものである。
タンク3は、チューブ1が貫通するチューブプレート4
と、そのチューブプレート4が開口部を閉塞するタンク
本体5とを有する。また、タンク本体5の端部にはパイ
プ6が突設されている。なお、この例はコルゲートフィ
ン型熱交換器であるが、本発明の対象はプレート型また
は積層型の熱交換器にも適用できる。
【0008】図1のようなアルミニューム製の熱交換器
は、次のようにして製造することができる。先ず、偏平
なチューブ1とフィン2とを交互に並列すると共に、そ
れらの集合体の並列方向の両側にサポート材7を配置す
る。そして夫々のチューブ1の両端をチューブプレート
4の図示しないチューブ挿通孔に挿入し、次いで、夫々
のチューブ1の両端を拡開してチューブ1をチューブプ
レート4のチューブ挿通孔に固定する。次いで、チュー
ブプレート4の周縁に形成された環状溝にタンク本体5
の開口縁を嵌着する。それと共に、パイプ6をタンク本
体5に取付け熱交換器を組み立てる。なお、互いに接触
する少なくとも一方の部品表面には、アルミニューム合
金からなる公知のろう材が被覆されたアルミニューム材
を使用する。
【0009】次いで、組み立てられた熱交換器に対し、
従来使用していたフラックスを用いることなく、組み立
てられた熱交換器を高温の真空炉内に挿入する。そして
部品表面に被覆されたろう材を溶融し、次いでそれを冷
却固化することにより各部品間を一体的に真空ろう付け
する。次いで、夫々のタンク本体5のパイプ6にホース
を接続し、加温した純水をタンク3及びチューブ1内に
循環させて内部を洗浄する。洗浄時間は、従来のフラッ
クスろう付け型熱交換器に比べて1/10以下で充分で
ある。次いで、酸化ジルコニウム或いは燐酸ジルコニウ
ム等で下地処理を行う。なお、その代わりに熱交換器の
内面側をベーマイト処理することもできる。
【0010】次いで、エポキシ樹脂等の熱硬化型の液状
の樹脂材を熱交換器の内部に流通させ、その乾燥後に熱
交換器全体を加熱して樹脂皮膜を形成させる。皮膜の厚
さは、5μm程度で充分である。なお、上記のタンクは
アルミニューム製のものであるが、それに代えて樹脂タ
ンクを用いることもできる。その場合には、上記例にお
いてタンク本体を取り除いた状態で、真空ろう付け、洗
浄、下地処理、樹脂皮膜の各工程が行なわれる。その
後、チューブプレートの周縁に設けられた、環状溝にシ
ール用のOリングを介して樹脂タンクの開口縁が嵌着さ
れ、カシメによりチューブプレートの周縁と樹脂タンク
とが固定される。
【0011】
【実施例】図1において、高さ600mm,長さ746
mm,厚さ36mmのアルミニューム製熱交換器を前記
本発明の製造方法により製造する。比較例として、同一
サイズのアルミニューム製熱交換器を、フラックスを用
いた従来のろう付け方法を用いて製造する。この従来型
熱交換器では、ろう付け時に用いるフラックスとしてフ
ルオロアルミン酸カリウム塩(商品名:トーケムフラッ
クスFF−21)を用いた。これは、Fが50%,Kが
30%,残部Al及び不可避成分からなるものである。
これを熱交換器を組み立て後に各部品表面に均一に塗布
する。次いで、組み立てられた熱交換器を大気中の高温
の炉内に挿入し、予め被覆されたろう材を溶融し各部品
間をろう付け固定する。次に、加温された純水を用いて
熱交換器を24時間以上洗浄する。次いで、前記下地処
理を行いその後に樹脂コーティングをする。コーティン
グの厚さは、5μmとした。
【0012】
【性能比較実験】本発明の前記方法によって製造された
熱交換器と、従来方法によって製造された同一形状の熱
交換器を用意し、夫々に純水50%,エチレングリコー
ル50%の混合液を充満させ、出入口パイプを閉塞して
水平に置き1秒間に1回左方向に90度回転しそれを元
に戻し、次いで次の1秒間に右側に90度回転させ元に
戻す。これを繰り返し、経過時間が6時間,12時間,
24時間,48時間,以降48時間毎に内部の液体の導
電率を夫々測定した。
【0013】図2は、横軸に経過時間(h)をとり、縦
軸に導電率(μS/cm)をとる。図において、直線A
は本発明の製造方法による熱交換器の導電率を示し、B
は従来型製造方法により製造された熱交換器の導電率を
示す。本発明の導電率は96時間経過後に略0.5μS
/cmに近づき、それ以降にはそれを越えることがなか
った。これに対し従来型の導電率は48時間経過後に既
に1μS/cmに達し、216時間後には2μS/cm
に達し、その後も増加傾向にあった。この例では、液温
を25℃としたが、純水等の使用温度の90℃程度では
さらに両者の差が広がった。
【0014】
【発明の作用・効果】本発明は、内部に純水または純水
を含む液体が流通するアルミニューム製の熱交換器の製
造方法において、熱交換器の各部品を組立て、真空炉中
で各部品間を真空ろう付けした後に、その液体流通側表
面をベーマイト処理または下地処理し、次いでその表面
に樹脂コーティングをしたものであるから、従来のフラ
ックスを用いたろう付けによるアルミニューム製熱交換
器に比べて、純水中に溶け出すイオンの量を極めて少な
く押さえることができる。それにより、純水を用いる燃
料電池用冷却システムにおいて、イオン除去のためのイ
オン交換器の容量を小さくできると共に、その寿命を長
くして燃料電池の製造コスト及びそのランニングコスト
を低く押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法により製造された熱交換器の
略図。
【図2】本発明の熱交換器の製造方法により製造された
ものと従来型の熱交換器の製造方法により製造されたも
のとに、夫々純水を充填して、その経過時間に対する導
電率の変化を比較した図。
【符号の説明】
1 チューブ 2 フィン 3 タンク 4 チューブプレート 5 タンク本体 6 パイプ 7 サポート材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01M 8/04 H01M 8/04 N 8/10 8/10 (72)発明者 飯塚 貢 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 大久保 厚 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 田中 外治 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 Fターム(参考) 3L103 AA01 BB37 CC02 CC22 DD08 DD34 DD85 5H026 AA06 5H027 AA06 CC06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニューム製の多数のチューブまた
    はプレートを有し、内部に純水または純水を含む液体が
    流通する熱交換器の製造方法において、 前記多数のチューブまたはプレートを用いて、熱交換器
    を組立て、その組み立てられた熱交換器を高温の真空炉
    に挿入し、その真空炉中で前記チューブ等の各部品間に
    配置されたろう材により、各部品間を真空ろう付けする
    工程と、 真空ろう付けされた熱交換器の液体流通側表面を、ベー
    マイト処理または、酸化ジルコニウム、燐酸ジルコニウ
    ム等により下地処理する工程と、 次いで、ベーマイト処理または下地処理された表面に樹
    脂コーティングする工程とを有する熱交換器の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記真空ろう付けされた熱交換器の前記液体流通側表面
    を純水で洗浄し、次いで前記ベーマイト処理または下地
    処理を行なうこととした熱交換器の製造方法。
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