JP2005093227A

JP2005093227A - 燃料電池自動車用の熱交換器

Info

Publication number: JP2005093227A
Application number: JP2003324744A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tamura; 正昭田村; Tsutomu Matsuzaki; 勉松崎; Hiroshi Goi; 浩伍井
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07

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】冷媒として純水を導入させるチューブ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を低イオン溶出性樹脂にてそれぞれ形成した。低イオン溶出性樹脂からなるタンク部材６を使用することで、純水へのイオン溶出を抑えることができると共に、軽量化を図ることができる。
【選択図】図２

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、純水へのイオン溶出の抑制技術に関する。

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、極めて導電性の小さい純水が使用されている。また、冷却系システムの構成部品としては、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、熱交換器は軽量小型化のためにアルミニウムを使用するものが特許文献１に開示されている。
特開２００１−１６７７８２号公報（第４頁及び第５頁、図１及び図２）

しかしながら、熱交換器をステンレスで形成した場合に較べるとアルミニウムで形成したものは軽量化が図れるものの更なる軽量化が望まれている。

ここで、内燃機関エンジン冷却系で使用される熱交換器（ラジエータ）では、タンク部材をポリアミド樹脂材（ＰＡ）で形成したものがあり、ＦＣＥＶ車の冷却系の熱交換器にもタンク部材をポリアミド樹脂材で形成することが考えられる。しかし、ポリアミド樹脂材にてタンク部材を形成すると、当該樹脂材がイオン溶出して純水導電率が上昇するため（図４参照）、このポリアミド樹脂は熱交換器には採用できない。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、純水へのイオン溶出を抑制して純水導電率の上昇を抑え、且つ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、各タンク部材を低イオン溶出性樹脂にてそれぞれ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、低イオン溶出性樹脂は、ポリフェニレンスルフィド樹脂であることを特徴とする。

ここで定義する低イオン溶出性樹脂は、材料自体からの純水へのイオン溶出が少ない樹脂材料をいう。低イオン溶出性樹脂の一例としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのオレフィン系熱可塑性樹脂やポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）などの熱可塑性のエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。この他、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフロロアルキルビニルエーテル樹脂（ＰＦＡ）などの樹脂も使用できる。中でも、ポリフェニレンスルフィド樹脂は、純水中へのイオン溶出性が低く、一般的物性強度、耐熱性、耐加水分解性などにおいて有利である。

請求項１に記載の発明によれば、タンク部材として低イオン溶出性樹脂を使用しているので、純水中へのイオン溶出が極めて少なく抑えられると共に、軽量化を図ることができる。以上により、純水導電率を上昇させることなく軽量化を図れる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる。

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１の製造方法の工程図である。

図１に示すように、燃料電池自動車に用いられる熱交換器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、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。

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、低イオン溶出性樹脂を射出成形することによって形成されている。

低イオン溶出性樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）が使用され、その中にはガラス繊維や炭素繊維の補強材が１０％〜５０％含有されている。ガラス繊維からは若干イオン溶出があり、炭素繊維の方が望ましい。ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）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。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）は、１２０℃以上の耐熱性を有し、燃料電池自動車の冷却系に使用しても問題がない。

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）、コーティング工程（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Ｓ１０）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、アルミニウム材のチューブ２と、同じくアルミニウム材の冷却フィン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に熱風を吹きか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Ｓ１０）では、補強材が含有されたポリフェニレンスルフィド樹脂を射出成形してタンク部材６を成形する。

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、タンク部材６が軽量化される。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の内面からは、図４に示すように、純水中へのイオン溶出が極めて少なく抑えられる。以上より、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。

上記実施形態では、タンク部材６の低イオン溶出性樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）を使用したが、図４に示すように、オレフィン系のポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）を使用しても、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を使用しても良い。また、低イオン溶出樹脂としては、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、これらを使用しても良い。

上記実施形態では、タンク部材６の樹脂材に補強材を含有したので、タンク部材６としての所定の強度を得ることができる。

上記実施形態では、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素材で形成したので、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

Claims

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）を低イオン溶出性樹脂にてそれぞれ形成した
ことを特徴とする燃料電池自動車用の熱交換器（１）。
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、
低イオン溶出性樹脂は、ポリフェニレンスルフィド樹脂である
ことを特徴とする燃料電池自動車用の熱交換器（１）。