JP2005090863A - 燃料電池自動車用の熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 純水導電率を上昇させることなく軽量化を図ることができる燃料電池自動車用の熱交換器を提供する。
【解決手段】 冷媒として純水が導入されるチューブ２と冷却フィンとを交互に積層したコア部５の両端にタンク部材６をそれぞれ設けた燃料電池自動車用の熱交換器１であって、各タンク部材６を樹脂材にて形成し、この内面にイオン溶出防止層９を形成した。このイオン溶出防止層９をタンク部材６の内面に形成することによって、タンク部材６を構成するポリアミド樹脂自体からの溶出成分が純水に溶出するのを防止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば燃料電池自動車用の熱交換器に関し、詳細には、樹脂タンクの純水への樹脂溶出を防止する技術に関する。

例えば、駆動源として燃料電池を搭載した燃料電池自動車であるＦＣＥＶ車（fuel cell electric vehicle）の冷却系には、電極等の導電性部材が燃料電池内部に多く存在するため、感電防止の観点より冷媒の導電性を低レベルにする必要があり、冷媒として極めて導電性の小さい純水が使用されている。一方、冷却系システムを構成する部品としては、導電率を悪化させないようにするために極力ステンレスを使用し、熱交換器には、軽量小型化のためにアルミニウムを使用している。

しかしながら、熱交換器をアルミニウムで形成した場合には、チューブ内を流通する純水によってアルミ材が腐食し、金属イオンが純水に混入するため、当該純水の導電率が悪化する。これを防止するために、アルミニウムからなる熱交換器の内面に、フェノール系、アクリル系、エポキシ系の熱硬化型有機樹脂を塗布した熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
特開２００１−１６７７８２号公報（第４頁及び第５頁、図１及び図２）

ところが、アルミニウムで形成した熱交換器では、樹脂成型品に比べて重量が重く、製造に際してアルミ溶接などの工程を必要とすることから工数がかかる。そこで、これらの課題を解消すべく、内燃機関エンジン冷却系で使用されている熱交換器（ラジエータ）のように、タンク部材をポリアミド樹脂材（ＰＡ）で形成することが考えられる。

しかし、ポリアミド樹脂にてタンク部材を形成すると、ポリアミド樹脂自体からの溶出成分により、純水導電率が上昇する。このため、純水を冷媒とする燃料電池自動車用の熱交換器では、ポリアミド樹脂からなるタンクの採用は困難である。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、純水導電率を上昇させることなく軽量化を図ることができる燃料電池自動車用の熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１の発明は、冷媒として純水が導入されるチューブと冷却フィンとを交互に積層したコア部の両端にタンク部材をそれぞれ設けた燃料電池自動車用の熱交換器であって、各タンク部材を樹脂材にて形成し、且つ、その内面にイオン溶出防止層を形成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池自動車用の熱交換器であって、イオン溶出防止層は、熱硬化型樹脂を塗布して形成されたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の燃料電池自動車用の熱交換器であって、イオン溶出防止層は、低イオン溶出樹脂フィルムを貼着して形成されたことを特徴とする。

熱硬化型樹脂としては、例えばフェノール系、アクリル系、エポキシ系の熱硬化型有機コーティング材が使用できる。

ここで定義する低イオン溶出樹脂フィルムは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂からなるフィルム、ポリエステル系またはエンジニアリングプラスチック系樹脂からなるフィルムである。

請求項１に記載の発明によれば、タンク部材を樹脂材で形成すると共にその内面にイオン溶出防止層を形成したので、樹脂によって熱交換器を軽量化できると共に、イオン溶出防止層によってタンク部材を構成する樹脂自体からのイオン溶出成分の純水中への溶出を防止することができ、結果として純水導電率の上昇を抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、イオン溶出防止層を熱硬化型樹脂を塗布して形成したので、このイオン溶出防止層によりタンク部材を構成する樹脂自体からのイオン溶出成分の純水中への溶出を防止することができる。また、本発明によれば、イオン溶出防止層を塗布によって形成しているので、簡単にタンク内面にイオン溶出防止層を形成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、イオン溶出防止層を低イオン溶出樹脂フィルムで形成したので、この低イオン溶出樹脂フィルムによりタンク部材を構成する樹脂自体からのイオン溶出成分の純水中への溶出を防止することができる。また、本発明によれば、イオン溶出防止層をフィルムの貼着によって形成しているので、簡単にタンク内面にイオン溶出防止層を形成することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、本発明を燃料電池自動車用の熱交換器に適用したものである。

図１〜図５は、本発明の一実施形態を示し、図１は熱交換器の正面図、図２はタンク部材の組み付け箇所の分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は各種の樹脂材を純水に浸漬し、一定時間経過後の純水の導電率を示す図、図５は熱交換器の製造方法の工程図である。

図１に示すように、燃料電池自動車用の熱交換器１は、チューブ２と冷却フィン３が交互に積層され、これら積層体の両端に一対の座板４が配置されたコア部５と、このコア部５の両端に固定された一対のタンク部材６とから主に構成されている。

コア部５は、チューブ２、冷却フィン３及び座板４の互いの接触箇所がろう付けによって固定されている。チューブ２は、アルミニウム材より偏平長尺形状を有し、内部に純水の流路が形成されている。冷却フィン３は、アルミニウム材より波形状を有し、チューブ２内の純水と周囲通過の空気との熱交換を促進させる。各座板４は、アルミニウム材より形成され、適当間隔に形成されたチューブ嵌合孔４ａ（図２、図３に示す）にチューブ２の端部を嵌合させている。

そして、チューブ２や座板４の少なくとも純水の流路になる内面には樹脂コーテング層７（図３に示す）が形成されている。具体的には、チューブ２の内部流路の内面、チューブ２の端部の外面、座板４の内面などである。樹脂コーテング層７は、純水中へのイオンの溶出が極めて少ない樹脂材より形成され、具体的には、フェノール系、アクリル系、エポキシ系等の熱硬化型有機樹脂からなる。

図２及び図３に詳しく示すように、各タンク部材６は、一面が開口された直方体形状を有し、この開口された端部側をパッキン８を介して座板４に突き当て、且つ、座板４の周縁部分を加締めることによって各座板４にそれぞれ固定されている。各タンク部材６には、パイプ１０と車両取り付けナット１１等の部品が一体成形によって付設されている。各タンク部材６は、ポリアミド樹脂を射出成形することによって形成されている。

タンク部材６をポリアミド樹脂で形成しただけでは、ポリアミド樹脂自体からの溶出成分が純水に混入するので、本実施の形態では、これらタンク部材６の内面にイオン溶出防止層９を形成している。イオン溶出防止層９は、前記樹脂コーテング層７と同様、純水中へのイオンの溶出が極めて少ない樹脂材より形成され、具体的には、フェノール系、アクリル系、エポキシフェノール系等の熱硬化型有機樹脂からなる。

また、パッキン８は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、フッ素ゴム等のイオン溶出しない素材で形成されている。

次に、上記した燃料電池自動車用の熱交換器１の製造工程を説明する。図５に示すように、熱交換器１は、第１組み付け工程（ステップＳ１）、フラックス塗布工程（ステップＳ２）、ろう付け工程（ステップＳ３）、洗浄工程（ステップＳ４）、コーテング工程（ステップＳ５）、第２組み付け工程（ステップＳ１１）が順次行われると共に、第２組み付け工程（ステップＳ１１）で使用するタンク部材６を作成するタンク樹脂成形工程（ステップＳ２０）、タンク内面へのコーテング工程（ステップＳ２１）が行われることによって製造される。

第１組み付け工程（ステップＳ１）では、アルミニウム材からなるチューブ２と、同じくアルミニウム材からなる冷却フィン３とを交互に積層し、この積層されたチューブ２の両端部にアルミニウム材からなる一対の座板４を組み付けてコア部５を仮組みする。各チューブ２の端部は、各座板４のチューブ嵌合孔４ａから外面に貫通された状態とされる。

フラックス塗布工程（ステップＳ２）では、上記コア部５にフラックス水溶液を流しかけたり、シャワーする。そして、このコア部５に熱風を吹き付けてフラックス水溶液の水分を除去し、これでフラックスの塗布が完了する。

ろう付け工程（ステップＳ３）では、上記コア部５を加熱処理して各チューブ２と各冷却フィン３と各座板４の互いの接触箇所をろう付けしてコア部５を固定する。

洗浄工程（ステップＳ４）では、例えば、上記コア部５を１００℃の純水中に２４時間浸漬することによりフラックスを除去する。

コーテング工程（ステップＳ５）では、フラックス除去したコア部５に対し、少なくとも純水の流路になる内面に樹脂コーテング液を塗布して樹脂コーテング層７を形成する。具体的には、コーテング工程は、塗布工程（ステップＳ６）、乾燥工程（ステップＳ７）及び焼き付け工程（ステップＳ８）を有している。

塗布工程（ステップＳ６）では、コーテング剤を所定の濃度で溶剤に希釈したコーテング液をコア部５内に充填した後、充填したコーテング液をコア部５内より排出することによってコア部５の内面にコーテング液を塗布する。

乾燥工程（ステップＳ７）では、チューブ２が上下方向となる方向にコア部５を配置して常温で所定時間放置し、その後にチューブ２が水平方向となる方向にコア部５を配置して常温で所定時間放置することにより、コア部５の内面に塗布されたコーテング液を乾燥させる。

焼き付け工程（ステップＳ８）では、焼き付け炉内にコア部５を入れてコア部５を焼成することによりコート剤をコア部５の内面に焼き付ける。

一方、タンク樹脂成形工程（ステップＳ２０）では、ポリアミド樹脂を射出成形してタンク部材６を成形する。

コーテング工程（ステップＳ２１）では、タンク部材６に対し、少なくとも純水の流路になる内面に樹脂コーテング液を塗布してイオン溶出防止層９を形成する。具体的には、コーテング工程（ステップＳ２１）は、塗布工程（ステップＳ２２）、乾燥工程（ステップＳ２３）及び焼き付け工程（ステップＳ２４）を有し、これらの具体的内容は上述したステップＳ６〜Ｓ８と同様であるため、省略する。

第２組み付け工程（ステップＳ１１）では、一対の座板４の外面にタンク部材６をパッキン８を介して組み付け、各座板４の周縁箇所を加締め加工してタンク部材６を固定する。以上により、熱交換器１の製造が完了する。

このように製造された熱交換器１は、一対のタンク部材６が樹脂材にて形成されているため、軽量化される。また、コア部５の内面には樹脂コーテング層７が形成されているため、腐食が防止されると共に金属イオンの溶出がない。また、タンク部材６の内面に形成したイオン溶出防止層９によって、タンク部材６を構成するポリアミド樹脂自体からの溶出成分の純水中へ溶出を防止できる。以上より、本実施の形態の熱交換器１によれば、純水導電率を上昇させることなく軽量化を図ることができる。

上記実施の形態では、タンク部材６をポリアミド樹脂にて形成したので、従来のタンク部材６の成形設備及び成形マニュアルによって作成できる。尚、タンク部材６をポリアミド樹脂以外の樹脂で成形しても良いことはもちろんであり、選択樹脂材の要件としてイオン溶出性を考慮する必要がない。従って、樹脂製のタンク部材６とする場合に、樹脂選択の自由度が広がる。

上記実施の形態では、タンク部材６のイオン溶出防止層９は、純水中へのイオンの溶出が極めて少ないフェノール系、アクリル系、エポキシ系等の熱硬化型樹脂を塗布して形成したが、低イオン溶出樹脂からなるフィルムをタンク部材６の内面に貼着して形成した、低イオン溶出樹脂フィルムをイオン溶出防止層９としても良い。

低イオン溶出樹脂フィルム材としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等のエンジニアリングプラスチック系のフィルムが使用できる。また、低イオン溶出樹脂フィルム材としては、ポリ沸化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、パーフロロアルキルビニルエーテル樹脂（ＰＦＡ）等があり、これらを適宜使用しても良い。これらイオン溶出防止層を内面に形成することによっては、図４に示すように、一定時間経過後の純水の導電率がポリアミド樹脂（ＰＡ）に対し数分の一以下を示し、純水中にほとんどイオン溶出しない。

上記実施の形態では、パッキン８をエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、フッ素ゴム等のイオン溶出しない材料で形成したので、パッキン８から純水へのイオン溶出もないため、パッキン８による純水導電率の上昇も確実に抑制される。

本発明の一実施形態を示し、熱交換器の正面図である。 本発明の一実施形態を示し、タンク部材の組み付け箇所の分解斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、各種の樹脂材を純水に浸漬し、一定時間経過後の純水の導電率を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、熱交換器の製造方法の工程図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２ チューブ
３ 冷却フィン
５ コア部
６ タンク部材
９ イオン溶出防止層

Claims (3)

1. 冷媒として純水が導入されるチューブ（２）と冷却フィン（３）とを交互に積層したコア部（５）の両端にタンク部材（６）をそれぞれ設けた燃料電池自動車用の熱交換器（１）であって、
   前記各タンク部材（６）を樹脂材にて形成し、且つ、その内面にイオン溶出防止層（９）を形成した
   ことを特徴とする燃料電池自動車用の熱交換器（１）。
2. 請求項１記載の燃料電池自動車用の熱交換器（１）であって、
   前記イオン溶出防止層（９）は、熱硬化型樹脂を塗布して形成された
   ことを特徴とする燃料電池自動車用の熱交換器（１）。
3. 請求項１記載の燃料電池自動車用の熱交換器（１）であって、
   前記イオン溶出防止層（９）は、低イオン溶出樹脂フィルムを貼着して形成された
   ことを特徴とする燃料電池自動車用の熱交換器（１）。
   

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