JP2005226853A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 コーティング層の膜厚が局部的に厚くなることに起因する塗膜剥がれ等の不具合と熱交換性能の悪化とを防止する。
【解決手段】 複数の並設されたチューブ２と、これら各チューブ２の両端部２ａがそれぞれ挿入された状態で連結された一対のタンク部材５ａ，５ｂとを有するコア４を備え、内部が循環水の流通路とされる上記チューブ２および上記タンク部材５ａ，５ｂの内表面にコーティング層が形成された熱交換器１であって、上記チューブ２の長手方向Ｌを上下方向とした場合、各上記チューブ２のうち、少なくとも一部のチューブ２における少なくとも下方位置となる端部２ａに傾斜部９を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば燃料電池自動車の冷却系で用いられる熱交換器に関し、内面に樹脂などの材料がコーティングされた熱交換器に適して好適なものである。

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している。

しかし、熱交換器をアルミニウムで形成した場合、純水によってアルミニウムが腐食したり、その腐食したアルミニウム金属が純水に混入して純水導電率が悪化したりすることがある。これを防止するべく、純水の流通路となるチューブおよびタンク部材の内表面に熱硬化型有機樹脂（フェノール系、アクリル系、エポキシフェノール系）のコーティング層を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１など参照）。

このコーティング層は、チューブおよびタンク部材の内表面にコーティング液を塗布し、塗布したコーティング液を乾燥させた後、コーティング液を加熱してコーティング剤を内表面に焼き付けるようにして形成されている。

前記従来のコーティング技術では、図５に示すように、コーティング液漕１００のホース１０１を熱交換器１０２の下方に位置するタンク部材１０３ａのパイプ１０４ａに接続し、コーティング液漕１００の加圧によってコーティング液１１０を熱交換器１０２の流通路の全域に注入する。つまり、コーティング液１１０の液位を、上方位置のタンク部材１０３ｂの上面まで注入する。

そして、注入後にはコーティング液漕１００を熱交換器１０２の下方位置とし、コーティング液１１０の自重により注入したコーティング液１１０を流通路より排出する。すると、チューブ１０５およびタンク部材１０３ａ，１０３ｂの内表面にはコーティング液１１０がその粘性により付着状態で残り、当該コーティング液１１０が内表面に塗布される。
特開２００１−１６７７８２号公報（第４頁および第５頁、図１および図２）

しかしながら、かかる熱交換器１０２は、図６に示すように、各チューブ１０５の端部１０５ａがタンク部材１０３ｂ内部の座板１０６とほぼ水平に形成された上、この端部１０５ａが座板１０６から突出した状態で挿入されて連結されている。なお、ここでは上方位置のタンク部材１０３ｂ側について図示するが、下方位置のタンク部材１０３ａ側においても同様に、各チューブ１０５とタンク部材１０３ａとが連結されている。

このため、上方位置のタンク部材１０３ｂ内では、チューブ１０５の突出高さｈよりコーティング液１１０の液位が高くならないと当該コーティング液１１０がチューブ１０５側に流出しない。つまり、上述した熱交換器１０２では、コーティング液１１０の液切りおよび排液が困難になり、液溜まりが発生する。

これにより、上方位置のタンク部材１０３ｂの座板１０６側に形成されるコーティング層の膜厚が、例えば１００μｍ程度と他の部分に較べて非常に厚くなり、通路抵抗の増加を招くことになりかねない。

また、コーティング層の膜厚が５０μｍ以上になると、ヒートショック性が劣化して塗膜剥がれ等の不具合が発生するとともに熱交換性能が悪化する。

さらに、コーティング液１１０を乾燥している際、チューブ１０５の内表面に塗布されたコーティング液１１０は、図７に示すように、チューブ１０５の内表面を自重によって落下して下方位置のタンク部材１０３ａに滴下する。このため、下方位置のタンク部材１０３ａの底面側に形成されるコーティング層の膜厚が他の部分に較べて非常に厚くなる。

これに加えて、チューブ１０５の端部１０５ａには液溜まりが発生し易いことから、通路抵抗の増加を招いたり、通路を塞いでしまうことになりかねない。

そこで、本発明は、コーティング層の膜厚が非常に厚くなることに起因する塗膜剥がれ等の不具合と熱交換性能の悪化とを防止できる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請求項１の発明は、複数の並設されたチューブと、これら各チューブの両端部がそれぞれ挿入された状態で連結された一対のタンク部材とを有するコアを備え、内部が循環水の流通路とされる上記チューブおよび上記タンク部材の内表面にコーティング層が形成された熱交換器であって、上記チューブの長手方向を上下方向とした場合、各上記チューブのうち、少なくとも一部のチューブにおける少なくとも下方位置となる端部に傾斜部を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱交換器であって、上記少なくとも一部のチューブにおける上方位置となる端部にも上記傾斜部を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器であって、全ての上記チューブに上記傾斜部を設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器であって、各上記チューブの上記端部が上記タンク部材における座板に挿入されており、上記傾斜部の上記座板の表面側部分が、この座板の表面とほぼ面一で連結されたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、コーティング層を形成するために注入されたコーティング液を排出する際、当該コーティング液の液面が、傾斜部に沿って（傾斜部を伝って）下方へと寄せられて排出されるため、下方位置のタンク部材側におけるチューブ端部に排液が残存することがなく、下方位置のタンク部材の底面側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを未然に回避することができる。従って、コーティング層の膜厚が局部的に厚くなることに起因する塗膜剥がれ等の不具合と熱交換性能の悪化とを防止することができる。

しかも、チューブ端部の傾斜部を伝ってコーティング液が排出され易くなるため、当該コーティング液の排液性を一段と向上させることができる。かくして、コーティング液の塗布作業を容易にすることができ、コーティング作業時間を短縮することもできる。

請求項２に記載の発明によれば、上方位置のタンク部材側におけるチューブ端部にも傾斜部を設けたことにより、上方位置のタンク部材まで注入されたコーティング液を、チューブ端部の傾斜部からスムーズに排出することができるため、上方位置のタンク部材内にチューブの突出高さに相当するコーティング液が排出されずに残存することがなく、上方位置のタンク部材の座板側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを回避することができる。

請求項３に記載の発明によれば、全てのチューブの少なくとも下方位置となる端部に傾斜部が設けられることにより、コーティング液の排液性を一段と向上させることができ、下方位置のタンク部材の底面側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのをより一層効果的に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、チューブ端部の傾斜部における座板表面側部分が、当該座板表面とほぼ面一で連結されていることから、上方位置のタンク部材側では、座板表面のコーティング液をよりスムーズに、且つ、確実にチューブ端部内へと導くことができる。このため、コーティング液を一段と円滑に排出することができ、上方位置のタンク部材内にコーティング液が排出されずに残存することを確実に回避することができる。従って、コーティング液の排液性を格段と向上させることができるとともに、上方位置のタンク部材の座板側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを確実に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明を適用した熱交換器の一実施形態を示し、図１は熱交換器１の正面図、図２は図１の熱交換器における要部（下方位置のタンク部材とチューブとの連結部分）を拡大して示す断面図、図３は図１の熱交換器における要部（上方位置のタンク部材とチューブとの連結部分）を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、熱交換器１は、チューブ２と冷却フィン３とが交互に複数積層され、これらチューブ２の両端部２ａ（後述する図２参照）が一対のタンク部材５ａ，５ｂに挿入された状態で固定されてコア４を構成している。このとき、チューブ２、冷却フィン３およびタンク部材５ａ，５ｂの互いの接触箇所は、それぞれ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とされ、内部に循環水である純水の流通路を形成している。

冷却フィン３は、アルミニウム材より波形状とされ、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できるようになっている。

タンク部材５ａ，５ｂは、アルミニウム材より平板状に形成された座板７と、同じくアルミニウム材より底面が開口された断面略コ字状に形成されたタンクカバー８とからなり、内部に純水の流通路が形成されている。座板７とタンクカバー８との間はろう付けによって固定されている。

各座板７には、図２および図３に示すように、適当間隔にチューブ嵌合孔１１が形成されている。そして、このチューブ嵌合孔１１にチューブ２の端部２ａが挿入された状態で連結され、各タンク部材５ａ，５ｂとチューブ２の互いの流通路が連通されている。

各タンク部材５ａ，５ｂには、図１に示すように、パイプ６ａ，６ｂがそれぞれ固定され、いずれか一方のパイプ６ａ（または６ｂ）が入口側パイプに、他方のパイプ６ｂ（または６ａ）が出口側パイプとされる。入口側パイプより流入した純水は、一方のタンク部材５ａ（または５ｂ）の流通路より各チューブ２内の流通路を分流し、他方のタンク部材５ｂ（または５ａ）の流通路で再び合流して出口側パイプより流出する。

また、熱交換器１の流通路を形成するチューブ２とタンク部材５ａ，５ｂの内表面には、熱硬化型有機樹脂（フェノール系、アクリル系、エポキシフェノール系）からなるコーティング液１０（図２および図３参照）が塗布されたコーティング層（図示せず）が形成されている。なお、このコーティング層の形成方法は、従来の工法を適用することができるため、ここでの説明は省略する。

本実施の形態の場合、チューブ２の長手方向Ｌを上下方向としており、図２に示すように、各チューブ２のうち、少なくとも一部のチューブ２における少なくとも下方位置となる端部２ａに傾斜部９を設けている。この実施の形態においては、傾斜部９は座板７の長手方向において右斜め上方に向けて傾斜しており、その傾斜角度Ｘは５〔°〕前後ないし、５〔°〕以上に設定されてなることが好ましい。

これにより、コーティング層を形成するために注入されたコーティング液１０を排出する際、当該コーティング液１０の液面が、傾斜部９に沿って（傾斜部９を伝って）下方へと寄せられて排出されるため、下方位置のタンク部材５ａ側におけるチューブ２端部２ａに排液が残存することがなく、下方位置のタンク部材５ａの底面側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを未然に回避することができる。

しかも、チューブ２端部２ａの傾斜部９を伝ってコーティング液１０が排出され易くなるため、当該コーティング液１０の排液性を一段と向上させることができる。従って、コーティング液１０の塗布作業を容易にすることができ、コーティング作業時間を短縮することもできる。

傾斜部９を伝ってチューブ２の先端側へと流れる余剰のコーティング液１０は、チューブ２の内部に導入されたコーティング液１０だけでなく、座板７の内表面に付着する余剰のコーティング液１０の両方である。

また、この熱交換器１では、上述した構成に加えて図３に示すように、前記複数のチューブ２のうちの少なくとも一部のチューブ２における上方位置となる端部２ａにも傾斜部９が設けられている。ここで、この傾斜部９の傾斜方向および傾斜角度Ｘは、上述した下方位置のチューブ２における傾斜部９とほぼ同様に設定されてなることから、内容が重複するため省略する。

そして、熱交換器１の流通路を形成するチューブ２とタンク部材５ａ，５ｂの内表面に前記コーティング層を形成するべくコーティング液１０を注入した後、コア４を前記チューブ２端部２ａの傾斜部９の傾斜方向に応じて傾ける。

これにより、注入したコーティング液１０のうちの余剰分のコーティング液１０を、チューブ２端部２ａからチューブ２内の流通路へと導き、最終的にチューブ先端部２ａから排出させることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、チューブ２の長手方向Ｌを上下方向とした場合に上方位置となるタンク部材５ｂまで注入されたコーティング液１１を、端部２ａに傾斜部９が設けられたチューブ２を介して排出させる。

このとき、コーティング液１０の液面（図示省略する）は、傾斜部９に沿って下方へと寄せられて排出されるため、下方位置のタンク部材５ａ側におけるチューブ２の端部２ａに排液が残存することがなく、下方位置のタンク部材５ａの底面側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを未然に回避することができる。

従って、コーティング層の膜厚が局部的に厚くなることに起因する塗膜剥がれ等の不具合と熱交換性能の悪化とを防止することができる。

しかも、チューブ２の端部２ａの傾斜部９を伝ってコーティング液１０が排出され易くなるため、当該コーティング液１０の排液性を一段と向上させることができる。かくして、コーティング液１０の塗布作業を容易にすることができ、コーティング作業時間を短縮することもできる。

また、本実施の形態では、これに加えて、上方位置のタンク部材５ｂ側におけるチューブ２の端部２ａにも傾斜部９を設けたことにより、上方位置のタンク部材５ｂまで注入されたコーティング液１０を、チューブ２の端部２ａの傾斜部９からスムーズに排出することができるため、上方位置のタンク部材５ｂ内にチューブ２の突出高さｈ１に相当するコーティング液１０が排出されずに残存することがなく、上方位置のタンク部材５ｂの座板７側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを回避することができる。

しかも、チューブ２は材料として連続している長尺状のチューブ形成用部材を所定寸法にてカットして用いていることから、下方位置となる端部２ａに傾斜部９を設けるようにカットする場合、必然的に同じ傾斜角度で対向する端部２ａに傾斜部９が設けられるため、わざわざ上方・下方双方の位置となる端部２ａ，２ａを形成する手間を省くことができ、チューブ２を作成する製造時間の増加を未然に防止することができる。

そして、本実施の形態の熱交換器では、チューブ２の端部２ａに傾斜部９を形成するだけなので、既存の冷却システムの構成を変更することなく、容易に本発明の目的を達成することができる。

なお、本発明の熱交換器として上述した実施の形態を例に取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。

例えば、図３との対応部分に同一符号を付した図４に示すように、チューブ２の端部２ａに傾斜部９を設け、この傾斜部９の座板表面７ａ側部分９ａと、当該座板表面７ａとがほぼ面一になるように連結するようにしてもよい。この場合、チューブ２の端部２ａの傾斜部９における座板表面７ａ側部分９ａが、当該座板表面７ａとほぼ面一で連結されていることから、上方位置のタンク部材５ｂ側では、座板表面７ａのコーティング液１０をよりスムーズに、且つ、確実にチューブ２内へと導くことができる。このため、コーティング液１０を一段と円滑に排出することができ、上方位置のタンク部材５ｂ内にコーティング液１０が排出されずに残存することを確実に回避することができる。従って、コーティング液１０の排液性を格段と向上させることができるとともに、上方位置のタンク部材５ｂの座板７側に形成されるコーティング層が他の部分に較べて厚くなるのを確実に防止することができる利点をも得ることができる。

また、上述した図２〜図４においては、便宜上、フィン３の図示および説明は割愛したが、本発明はこれに限ることは無く、勿論、これら図２〜図４にフィン３が構成部品として加えられる場合においても適用することができる。

さらに、上述の実施の形態においては、チューブ２の端部２ａに設けた傾斜部９を、座板７の長手方向に沿って右斜め上方に傾斜するように形成した場合について述べたが、本発明はこれに限ることなく、例えば座板７の幅方向に向かって傾斜する傾斜部でもよく、傾斜部９の傾斜方向としては、この他種々の方向を広く適用することができる。

本発明の一実施形態を示し、熱交換器の正面図である。 図１の熱交換器における要部を拡大して示す断面図である。 図１の熱交換器における要部を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施形態を示し、熱交換器の要部を拡大して示す断面図である。 従来例の塗布工程を示す図である。 従来例における上方位置のタンク部材内であって、コーティング液がタンク底面側に溜まる様子を示す断面図である。 従来例における下方位置のタンク部材内であって、コーティング液がチューブより滴下される様子を示す断面図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…チューブ
２ａ…端部
４…コア
５ａ、５ｂ…タンク部材
７…座板
７ａ…座板表面
９…傾斜部
９ａ…（座板表面側）部分
１０…コーティング液
Ｌ…チューブの長手方向
Ｘ…傾斜角度

Claims (4)

1. 複数の並設されたチューブ（２）と、これら各チューブ（２）の両端部（２ａ）がそれぞれ挿入された状態で連結された一対のタンク部材（５ａ），（５ｂ）とを有するコア（４）を備え、内部が循環水の流通路とされる上記チューブ（２）および上記タンク部材（５ａ），（５ｂ）の内表面にコーティング層が形成された熱交換器（１）であって、
   上記チューブ（２）の長手方向（Ｌ）を上下方向とした場合、
   各上記チューブ（２）のうち、少なくとも一部のチューブ（２）における少なくとも下方位置となる端部（２ａ）に傾斜部（９）を設けた
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器（１）であって、
   上記少なくとも一部のチューブ（２）における上方位置となる端部（２ａ）にも上記傾斜部（９）を設けた
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器（１）であって、
   全ての上記チューブ（２）に上記傾斜部（９）を設けた
   ことを特徴とする熱交換器。
4. 少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器（１）であって、
   各上記チューブ（２）の上記端部（２ａ）が上記タンク部材（５ａ），（５ｂ）における座板（７）に挿入されており、
   上記傾斜部（９）の上記座板（７）の表面（７ａ）側部分（９ａ）が、この座板（７）の表面（７ａ）とほぼ面一で連結された
   ことを特徴とする熱交換器。

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