JP2007005131A - 燃料電池用のラジエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池用のラジエータにおいて、冷却水チューブ等とコアプレートとを蝋付けする際に使用されるフラックスの残渣がコアプレートの表面に付着して残り、それに含まれている電解質成分が冷却水に溶出して冷却水の導電率を高めることによって発生する諸問題を回避する。
【解決手段】 冷却水チューブ２２とインサート２５に対して電解質成分を含むフラックスを使用して蝋付けされる第１コアプレート１６の表面が、タンク１４内の冷却水と接触するのを阻止するために、第１コアプレート１６を覆う位置に第２コアプレート１２を設ける。第２コアプレート１２と冷却水チューブ２２等との接合部分には、電解質成分を含まないシリコン系の接着剤のようなシール材１３が塗布される。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池に付設される放熱用のラジエータに関するものである。

自動車等に搭載されて水素のような燃料の有する化学的エネルギーを電力に変換する燃料電池は作動時に熱を発生して温度が上昇するので、発生した余分の熱を除去して燃料電池を安定に作動させるために、燃料電池の内部に形成された冷却媒体通路へ冷却媒体として例えば冷却水を流通させて熱を吸収させる。そして、温度が上昇した冷却水の熱を燃料電池に付設されたラジエータによって大気中へ放出させると共に、温度が低下した冷却水を再び燃料電池の内部へ還流させる。燃料電池に付設されるラジエータそのものの構造や作動は、通常の自動車用内燃機関に付設されるラジエータと概ね同様なものであるが、燃料電池の場合は内燃機関に比べて作動温度が低いにもかかわらず、排気ガスによる熱の排出量が少ないので、ラジエータによって放熱する必要がある熱量が多くなる結果、ラジエータに高い冷却（放熱）性能が要求される。そのため、冷却水チューブとタンクやフィン等が蝋付けされた構造の高性能で大型のラジエータが必要になる。
また、燃料電池の冷却回路においては、冷却液の導電率が上昇した際には燃料電池運転時に冷却液を通じての電力損失、燃料電池の電解膜の劣化及び万一冷却回路に人が触れた場合に感電するなどの問題が発生するため、その防止のため冷却液の導電率をある一定以下に低く抑える必要がある。導電率を上昇せしめる要因としては、冷却液そのものの劣化によるイオン化や、冷却液と接触している部位からのイオン溶出であり、イオン溶出については冷却回路を構成している燃料電池本体、配管部品、バルブなどの流量制御部品及びラジエータなどが対象となる。ここで燃料電池用ラジエータについては、ラジエータ内部で冷却液と直接接触する部位の、イオン溶出性を低く抑えることが必要である。

図２に示した具体的な従来例について説明すると、従来例の燃料電池用ラジエータ２１は、アルミニュームのような金属からなる多数の冷却水チューブ２２を相互に平行に配列させ、それら冷却水チューブ２２の各一端を共通のタンク２３に接続すると共に、隣接する冷却水チューブの間にアルミニュームのような金属の薄板からなるコルゲート形状を有するフィン２４を取り付けることにより構成される。図示していないが、冷却水チューブ２２の他端側にもタンク２３と同様なタンクが設けられる。また、ラジエータ２１の左右両側においては、冷却水チューブ２２の代わりに、強度部材として板状のインサート２５が設けられてフィン２４を支持する。

図２に示すような構造の従来のラジエータ２１において内部に一時的に冷却水を一時的に貯留する空洞状のタンク２３は、アルミニュームのような金属板に多数の冷却水チューブ２２の端部を挿入するための多数の穴２６ａを予め形成されたコアプレート２６と、コアプレート２６の周囲に対して水漏れが生じないようにパッキン２７を介してかしめ付けられる外殻部分２８とから構成される。冷却水チューブ２２やインサート２５の端部がコアプレート２６の穴に挿入された接合部分には、水漏れを防止すると共に確実に接合部分を固定して構造を強化し、更に熱の伝達を良くするためにろう付けが施される。ろう付けを行なう際には、金属の表面から酸化物被膜等を除去してろう材を金属表面に良く接着させるために、所謂フラックスが使用される。

その結果、コアプレート２６と、冷却水チューブ２２やインサート２５との接合部分の表面には接合後にフラックス残渣が多少とも残ることになる。フラックス残渣には冷却液にイオン溶出しやすい電解質成分が含まれているので、タンク２３の内側となるコアプレート２６の内面に付着していたフラックス残渣は、ラジエータ２１に冷却水が注入された時にタンク２３内の冷却水に溶出して冷却水に導電性を上昇させる。冷却液の導電率上昇は前述の燃料電池運転時における諸問題の原因になるので、ラジエータ２１のフラックス残渣の溶出によって冷却水の導電率が高くなることを抑制する必要がある。

もっとも、ラジエータ２１の製造後にその内部を洗浄してフラックス残渣を除去すればよいが、そのために特別の洗浄装置を設ける必要が生じるので、設備費や工程数が増加してコストの上昇を招くという問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、コストの上昇を可及的に抑制しながらも、導電率上昇が引き起こす漏電による電力損失や万一の場合の人体への感電などの問題を起こさないために、導電率上昇の一要因となるラジエータ内部のフラックス残渣からのイオン溶出を防止することで、導電率上昇防止に寄与する燃料電池用のラジエータを提供することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に記載された燃料電池用のラジエータを提供するものである。

請求項１の発明の燃料電池用のラジエータは、冷却水が通過するチューブがろう付けされる第１コアプレートよりも各チューブの端部側に、チューブの端部が拡管されることにより取り付けられる第２コアプレートを有することを特徴とする。これにより、少なくとも冷却水チューブと、冷却水チューブに接続して冷却水を一時的に貯留するタンクと、冷却水チューブを固定するためにそれにろう付けされる第１コアプレートとを備えていると共に、第１コアプレートがタンク内の冷却水と接触するのを阻止するために第１コアプレートを覆ってそれに重なるように配置された第２コアプレートを設けられているので、冷却水チューブと第１コアプレートがフラックスを使用してろう付けされることによって第１コアプレートの表面にフラックス残渣が付着していても、フラックス残渣がタンク内の冷却水に接触することがない。従って、フラックスに含まれている電解質成分が冷却水に溶出して冷却水の導電率を高めることが防止される。

この場合に、少なくとも冷却水チューブと第２コアプレートとの間の接合部分にイオン溶出性の低いシール材を使用すると、接合部分からの水漏れを確実に阻止することができると共に、シール材からのイオン溶出が防止できる。

更に、第２コアプレートがタンクの外壁の一部を構成するように構成すれば、第２コアプレートが第１コアプレートと冷却水の接触を阻止するだけでなく、タンクの構成部材となって構造を簡素化するために有用なものとなる。

以下、本発明の好適な実施例として図１に示されたラジエータ１１の構造を説明する。図２に示す従来のラジエータ２１との対比を容易にするために、実質的に同じ構成部分には同じ参照符号を付すことにする。従って、２２はアルミニューム等の金属からなる冷却水チューブ、２４はフィン、２５はインサート、２７はパッキン、２８はタンクの外殻部分をそれぞれ示している。１６はアルミニューム等の金属からなる第１コアプレートであり、冷却水チューブ２２及びインサート２５が挿通される挿通穴１６ａが形成されている。冷却水チューブ２２及びフィン２４を交互に積層し、最外側にインサート２５を配置してコア部を形成した後、第１コアプレート１６の挿通穴１６ａに冷却水チューブ２２及びインサート２５が挿通される。仮組みされた後、電解質成分を含むフラックスが塗布され、炉内で加熱されることによりろう付けされる。

第１コアプレート１６よりも冷却水チューブ２２の端部側には金属板からなる第２コアプレート１２が配される。この第２コアプレート１２には冷却水チューブ２２やインサート２５の端部を挿通する挿通穴１２ａが形成されている。第１コアプレート１６と冷却水チューブ２２及びインサート２５とをろう付けした後に、冷却水チューブ２２及びインサート２５の端部をそれぞれ挿通穴１６ａに挿入して嵌合し、冷却水チューブ２２の端部に口拡加工を施すことによって、第２コアプレート１２は冷却水チューブ２２に組み付けられる。第２コアプレート１２と冷却水チューブ２２の嵌合部分にシール材１３が塗布され、水漏れを防止する。シール材１３としては、例えばシリコン系の接着剤を使用することができる。そして、シール材１３が硬化した後に、図示実施例における第２コアプレート１２の周辺部分が従来のラジエータ２１におけるコアプレート２６のそれと同様に、パッキン２７を介して外殻部分２８の周囲にかしめ付けられることにより、冷却水を一時的に貯留するためのタンク１４を形成する。冷却水チューブ２２及びインサート２５の他端側にも同様なタンクを形成する。

上述した実施例によれば、第１コアプレート１６よりも冷却水チューブ２２の端部側に、それを覆うように第２コアプレート１２を設けているので、冷却水チューブ２２やインサート２５と第１コアプレート１６とのろう付け部分がタンク１４内の冷却水と接触することがない。第２コアプレート１２と冷却水チューブ２２及びインサート２５との接合部分に使用されているものはイオン溶出性の低いシール材１３だけである。そのため、ろう付けした後、第１コアプレート１６と冷却水チューブ２２、インサート２５との接合部にフラックス残渣が付着していても、そのフラックス残渣が冷却水と接触することがないので、冷却水の中へフラックス残渣の電解質成分が溶出することを確実に阻止することができることから、冷却水の導電率が上昇することがない。

実施例としてのラジエータの縦断面図である。 従来例としてのラジエータの縦断面図である。

符号の説明

１１ 実施例のラジエータ
１２ 第２コアプレート
１３ シール材
１４ タンク
１６ 第１コアプレート
２１ 従来のラジエータ
２２ 冷却水チューブ
２３ 従来のタンク
２４ フィン
２５ インサート
２６ 従来のコアプレート
２７ パッキン
２８ タンクの外殻部分

Claims (2)

1. 内部を冷却水が通過する複数のチューブと、
   前記複数のチューブと交互に積層されるフィンと、
   前記各チューブが挿通され、前記各チューブがろう付けされる第１コアプレートと、
   前記第１コアプレートよりも前記各チューブの端部側に配され、前記チューブの端部が挿通され、拡管されて取り付けられる第２コアプレートと、
   前記第２コアプレートに結合されるタンクとを有することを特徴とする燃料電池用ラジエータ。
2. 請求項１において、少なくとも前記チューブと前記第２コアプレートとの接合部分には、イオン溶出性の小さいシール材が使用されていることを特徴とする燃料電池用のラジエータ。

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