JP4252422B2 - 熱交換器のコーティング層形成方法 - Google Patents

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のコーティング層形成方法に関する。

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。又、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及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特許文献１に開示されている。

コーティング層を形成するコーティング工程は、チューブ及びタンク部材の内表面にコーティング液を塗布する塗布工程と、塗布したコーティング液を乾燥させる乾燥工程と、乾燥した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焼き付け工程とからなる。

上記従来の塗布工程では、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及びタンク部材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頁及び第５頁、図１及び図２）

しかしながら、熱交換器１０２は各チューブ１０５の端部がタンク部材１０３ａ，１０３ｂの内部に挿入された状態で連結されているので、図６に示すように、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、前記した塗布方法では、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の底面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る。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共に熱交換性能が悪化する。

また、塗布工程後の乾燥工程にあって、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のタンク部材１０３ａに滴下する。従来の塗布工程ではチューブ１０５の全域にコーティング液１１０が塗布され、その絶対量が多いために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が他の部分に較べて非常に厚くなる。特に、チューブ１０５の端部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のコーティング層形成方法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の各チューブの両端がそれぞれ内部に挿入された状態で連結された一対のタンク部材とを有し、内部が循環水の流通路とされる前記チューブ及び前記タンク部材の内表面にコーティング液を塗布する塗布工程と、塗布したコーティング液を乾燥させる乾燥工程と、乾燥した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焼き付け工程とによって前記チューブ及び前記タンク部材の内表面にコーティング層を形成する熱交換器のコーティング層形成方法であって、前記塗布工程では、前記熱交換器の向きを前記チューブの長手方向を上下方向として配置し、下方位置のタンク部材よりコーティング液を前記流通路に流入し、コーティング液の液位を上方位置の前記タンク部材よりも下方位置まで流入し、その後にコーティング液を前記流通路から排出し、次に、前記熱交換器の向きを上下逆転して配置し、下方位置のタンク部材よりコーティング液を前記流通路に流入し、コーティング液の液位を上方位置の前記タンク部より下方位置で、且つ、前回の液位を越える位置まで流入し、その後にコーティング液を前記流通路から排出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の熱交換器のコーティング層形成方法であって、各塗布工程における前記コーティング液の液位は、前記チューブの１／２高さ位置より高く、上方位置の前記タンク部材の底面高さより低い位置に設定したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、各コーティング液の塗布過程では、下方位置のタンク部材内にはコーティング液が注入されるために双方のタンク部内にコーティング液が塗布されるが、各コーティング液の塗布過程では、上方位置のタンク部材までコーティング液が注入されない。そのため、上方位置のタンク部材内では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らない。又、２回目のコーティング液の塗布過程では、チューブの全域にコーティング液が注入されずにその絶対量が少ない。従って、自重によりチューブの内表面を伝って下方位置のタンク部材に滴下されるコーティング液量が従来例に較べて少ないため、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らない。以上より、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できる。

請求項２に記載の発明によれば、２回のコーティング液の注入によって確実にチューブの全域にコーティング液を塗布できる。又、コーティング液の液位を１回目と２回目でほぼ同じ位置とすることができるため、コーティング液の塗布作業が容易になる。

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４は一実施形態を示し、図１は熱交換器１の正面図、図２は塗布工程の１回目のコーティング液１２の注入状態を示す図、図３は塗布工程の２回目のコーティング液１２の注入状態を示す図、図４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、熱交換器１は、チューブ２と冷却フィン３が交互に積層されたコア部４と、このコア部４の両端に固定された一対のタンク部材５ａ，５ｂとから成り、チューブ２、冷却フィン３及びタンク部材５ａ，５ｂ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とされ、内部に循環水である純水の流通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、適当間隔にチューブ嵌合孔（図示せず）が形成され、このチューブ嵌合孔にチューブ２の端部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（又は６ｂ）が入口側パイプに、他方のパイプ６ｂ（又は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（又は５ｂ）の流通路より各チューブ２の流通路を分流し、他方のタンク部材５ｂ（又は５ａ）の流通路で再び合流して出口側パイプより流出する。

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層（図示せず）が形成されている。

次に、上記熱交換器１の製造工程を説明する。図４に示すように、熱交換器１は、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）が行われることによって製造される。

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とを交互に積層してコア部４を組み、且つ、このコア部４の両端に一対のタンク部材５ａ，５ｂを仮組みする。具体的には、各チューブ２の端部をタンク部材５ａ，５ｂのチューブ嵌合孔（図示せず）に嵌合してコア部４とタンク部材５ａ，５ｂとを仮組みする。

フラックス塗布工程（ステップＳ２）では、仮組みした熱交換器１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、熱風で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、仮組みした熱交換器１を加熱処理して各チューブ２と各冷却フィン３と各タンク部材５ａ，５ｂの互いの接触箇所をろう付けして熱交換器１を本組みする。

洗浄工程（ステップＳ４）では、本組みした熱交換器１を例えば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。

コーティング工程（ステップＳ５）では、フラックス除去した熱交換器１に対し、少なくとも純水の流路になる内面に樹脂コーティング液を塗布してコーティング層（図示せず）を形成する。具体的には、コーティング工程は、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）とから成る。

塗布工程（ステップＳ６）では、２回に分けてコーティング液１２を熱交換器１の流通路に注入する。具体的には、図２に示すように、熱交換器１をチューブ２の長手方向Ｌを上下方向とし、且つ、一方のタンク部材５ａを下方位置に、他方のタンク部材５ｂを上方位置にして載置する。

そして、熱交換器１の下方に位置するパイプ６ａにコーティング液槽１０のホース１１を接続する。コーティング液槽１０には、コーティング剤を所定の濃度で溶剤に希釈したコーティング液１２が収容されており、さらに、コーティング液１２を加圧する手段が備えられている。

そして、コーティング液槽１０のコーティング液１２を加圧すると、コーティング液１２がホース１１を通って熱交換器１の流通路内に注入される。注入されたコーティング液１２は、下方位置のタンク部材５ａに溜まる。下方位置のタンク部材５ａが満タンになると、コーティング液１２は、各チューブ２内に流入を開始し、注入量に応じてチューブ２内を徐々に上昇する。

注入するコーティング液１２の液位は、チューブ２の長尺方向の長さをＨとすると、チューブ２の１／２高さ位置（Ｈ／２）と上方位置のタンク部材５ｂの底面高さ位置との間とする。所定の液位までコーティング液１２を注入し終わると、コーティング液槽１０を熱交換器１の下方位置に移動する等によってコーティング液１２を熱交換器１の流通路から排出する。すると、チューブ２の液位高さより下方の内表面と下方位置のタンク部材５ａの全域の内表面にはコーティング液１２がその粘性により付着状態で残りコーティング液１２が内表面に塗布される。これで、１回目のコーティング液１２の注入が完了する。

次に、図３に示すように、１回目とは熱交換器１の上下方向を逆転し、他方のタンク部材５ｂを下方位置に、一方のタンク部材５ａを上方位置にして載置する。熱交換器１の下方に位置するパイプ６ｂにコーティング液槽１０のホース１１を接続する。そして、コーティング液槽１０のコーティング液１２を加圧すると、コーティング液１２がホース１１を通って熱交換器１の流通路内に注入される。注入するコーティング液１２の液位は、熱交換器１のチューブ２の１／２高さ（Ｈ／２）位置と上方位置のタンク部材５ａの底面高さ位置との間とする。

所定の液位までコーティング液１２を注入し終わると、コーティング液槽１０を熱交換器１の下方位置に移動する等によってコーティング液１２を熱交換器１の流通路から排出する。すると、チューブ２の液位高さより下方の内表面と下方位置のタンク部材５ｂの全域の内表面にはコーティング液１２がその粘性により付着状態で残りコーティング液１２が内表面に塗布される。これで、２回目のコーティング液１２の注入が完了する。この２回のコーティング液１２の注入によって、熱交換器１の各チューブ２と各タンク部材５ａ，５ｂの内表面の全域にコーティング液１２が塗布される。

乾燥工程（ステップＳ７）では、熱交換器１をそのチューブ２の長手方向Ｌが上下方向となる姿勢、塗布工程の２回目の注入時と同じ姿勢で配置し、常温で放置する。放置時間は、１０分〜３０分の間とする。

焼き付け工程（ステップＳ８）では、熱交換器１を焼き付け炉内に配置し、熱交換器１を焼成することによりコーティング剤をチューブ２及びタンク部材５の内表面に焼き付ける。以上により、熱交換器１の製造が完了する。

上記塗布工程にあって、２回に亘る各コーティング液の注入過程では、下方位置のタンク部材５ａ，５ｂ内にはコーティング液１２が注入されるために双方のタンク部５ａ，５ｂ内にコーティング液１２が塗布されるが、各コーティング液１２の注入過程では、上方位置のタンク部材５ｂ（又は５ａ）までコーティング液１２が注入されない。

そのため、上方位置のタンク部材５ｂ（又は５ａ）内ではチューブ２の突出高さに相当するコーティング液１２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らない。又、２回目のコーティング液１２の注入過程では、チューブ２の全域にコーティング液が注入されずにその絶対量が従来例に較べて少ない。

従って、塗布工程後にあって、自重によりチューブ２の内表面を伝って下方位置のタンク部材５ｂに滴下されるコーティング液量が従来例に較べて少ないため、下方位置のタンク部材５ｂ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らない。以上より、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できる。

この実施の形態では、各注入工程におけるコーティング液１２の液位をチューブ２の１／２位置より高く、上方位置のタンク部材５ｂ（又は５ａ）の底面高さ位置より低く設定したので、２回のコーティング液１２の注入によって確実にチューブ２の全域にコーティング液１２を塗布できる。又、注入するコーティング液１２の液位を１回目と２回目でほぼ同じ位置とすることができるため、コーティング液１２の注入作業を単純化できる。

なお、１回目と２回目のコーティング液１２の液位は同じである必要がなく、２回のコーティング液１２の注入によってチューブ２の全域にコーティング液が塗布できれば良い。つまり、２回目に注入するコーティング液１２の液位を上方位置のタンク部５ａより下方位置で、且つ、１回目の液位を越える位置まで流入させ、２回のコーティング液１２の注入によってチューブ２の全域にコーティング液１２を塗布するようにすれば良い。

尚、前記実施の形態では、コーティング液槽１０のコーティング液１２を加圧によって熱交換器１の流通路に注入したが、流通路を減圧状態として（バキュームして減圧させる）コーティング液１２を注入し、且つ、減圧状態を解除してコーティング液１２を排出するようにしても良い。

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、塗布工程の１回目のコーティング液の注入状態を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、塗布工程の２回目のコーティング液の注入状態を示す図である。 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。 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
５ａ、５ｂ タンク部材
１２ コーティング液
Ｌ チューブの長手方向

Claims (2)

1. 複数の並設されたチューブ（２）とこの各チューブ（２）の両端がそれぞれ内部に挿入された状態で連結された一対のタンク部材（５ａ），（５ｂ）とを有し、内部が循環水の流通路とされる前記チューブ（２）及び前記タンク部材（５ａ），（５ｂ）の内表面にコーティング液（１２）を塗布する塗布工程と、塗布したコーティング液（１２）を乾燥させる乾燥工程と、乾燥したコーティング液（１２）を加熱してコーティング剤を内表面に焼き付ける焼き付け工程とによって前記チューブ（２）及び前記タンク部材（５ａ），（５ｂ）の内表面にコーティング層を形成する熱交換器（１）のコーティング層形成方法であって、
   前記塗布工程では、前記熱交換器（１）の向きを前記チューブ（２）の長手方向（Ｌ）を上下方向として配置し、下方位置のタンク部材（５ａ）よりコーティング液（１２）を前記流通路に流入し、コーティング液（１２）の液位を上方位置の前記タンク部材（５ｂ）よりも下方位置まで流入し、その後にコーティング液（１２）を前記流通路から排出し、次に、前記熱交換器（１）の向きを上下逆転して配置し、下方位置のタンク部材（５ｂ）よりコーティング液（１２）を前記流通路に流入し、コーティング液（１２）の液位を上方位置の前記タンク部（５ａ）より下方位置で、且つ、前回の液位を越える位置まで流入し、その後にコーティング液（１２）を前記流通路から排出することを特徴とする熱交換器（１）のコーティング層形成方法。
2. 請求項１記載の熱交換器（１）のコーティング層形成方法であって、
   各塗布工程における前記コーティング液（１２）の液位は、前記チューブ（２）の１／２高さ位置より高く、上方位置の前記タンク部材（５ａ），（５ｂ）の底面高さより低い位置に設定したことを特徴とする熱交換器（１）のコーティング層形成方法。
   

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