(57)【要約】【課題】  燃料電池から排出される循環水中に、樹脂残留イオンの溶出が起こり難い燃料電池循環水用熱交換器の提供。【解決手段】  ポリフタルアミド（ＰＰＡ）樹脂を素材として樹脂製タンク本体４を製造する。【選択図】        図１
2015098946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏平チューブ(1)とコルゲートフィン(10)とが交互に並列され、その偏平チューブ(1)の両端がヘッダープレート(2)に貫通されて、その貫通部が固定されたコア (3)と、
それぞれ一端が開口された細長い箱状に形成され、その開口縁外周に前記ヘッダープレート(2)の周縁部がカシメ固定される一対の樹脂製タンク本体(4)と、を具備する燃料電池循環水用熱交換器において、
それぞれの樹脂製タンク本体(4)をポリフタルアミド樹脂により成形することを特徴とする燃料電池循環水用熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
それぞれの樹脂製タンク本体(4)の外面には、複数のシュラウド止着用のボス部(7)が互いに離間して一体に突設され、そのボス部(7)に導風用のシュラウド(9)の端部が締結具(8)を介して止着された燃料電池循環水用熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
前記偏平チューブ(1)が水平方向に位置して並列されると共に、前記樹脂製タンク本体(4)がコア(3)の両側に配置された燃料電池循環水用熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
燃料電池(12)の発電により生成された生成水の少なくとも一部を噴霧する噴霧装置(15)を備えた燃料電池循環水用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、電気自動車に使用する燃料電池の循環水を、冷却するための燃料電池循環水用熱交換器に関し、特に、樹脂製タンク部から循環水へのイオン溶出を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の燃料電池から排出される循環水を冷却する熱交換器の改良が盛んに行なわれている。
これは、イオン溶出による燃料電池内の触媒被毒を防止するためのものである。
すなわち、循環経路中に配置される熱交換器の金属部材から金属イオンが循環水中に溶出され、その金属イオンが燃料電池内に進入したとき、燃料電池内の触媒が被毒し、発電性能が低下するおそれがある。
そのため、熱交換器から金属イオンが循環水中に溶出しないようにする必要がある。
【０００３】
熱交換器からの金属イオン溶出を抑制する手段として、特許文献１に記載の熱交換器や、特許文献２に記載の熱交換器用タンクが提案されている。
特許文献１には、アルミニウム材からなる熱交換器部品をフラックスろう材を介して組立て、高温の炉内において一体的にろう付けして、熱交換器を製造し、その後、その内部を樹脂コーティングする方法を用いている。これにより、フラックス中及び熱交換器部品からの金属イオンの流出を防止することができると記載されている。
【０００４】
特許文献２には、タンク以外の部材をアルミニウム材により成形しコアを組立て、その内部を樹脂コーティングする工程と、射出成形により樹脂製タンクを成形する工程を経た後、コアと樹脂製タンクをかしめ等により固定して熱交換器を製造している。
一般的に樹脂成形品（この例では、タンク）に使用される樹脂材料には、成形後の耐熱性や剛性を増すために、充填材（ガラス繊維、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等）が添加されている。充填材には鉱物を微粉砕した無機粉末が使用され、この無機粉末はイオンに分解し易く、樹脂材料からのイオン（例えば、珪素イオン、マグネシウムイオン等の金属イオン）の溶出を起し易い。樹脂材料からのイオン溶出の理由として、水中で樹脂の結合が加水分解を起こし、その結合により束縛されていた金属イオンが溶出されるものと考えられる。
【０００５】
上記文献２の熱交換器のタンクでは、樹脂材料中の充填材の金属イオンが熱交換器の使用により循環水中に混入することを防止するため、加水分解によるイオン溶出を比較的、起こし難いポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと記載する）樹脂を用いてタンクを製造することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６７７８２号公報
【特許文献２】特開２００５−０９３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、本願の発明者によれば、ＰＰＳ樹脂により熱交換器のタンクを試作したところ、ＰＰＳ樹脂製タンクは、もろく圧力変動に弱い欠点があり、熱交換器用タンクとして適していないことを実験により明らかにしている。また、ＰＰＳ樹脂は従来使用されている樹脂材料よりも加水分解の耐性を有するが、さらに耐性を有するものが現在では求められている。
そこで、本発明はＰＰＳ樹脂に替わり、さらに加水分解耐性を有し、圧力変動に強い樹脂製タンクを用いた燃料電池循環水用熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、偏平チューブ(1)とコルゲートフィン(10)とが交互に並列され、その偏平チューブ(1)の両端がヘッダプレート(2)に貫通されて、その貫通部が固定されたコア(3)と、
それぞれ一端が開口された細長い箱状に形成され、その開口縁外周に前記ヘッダプレート(2)の周縁部がカシメ固定される一対の樹脂製タンク本体(4)と、を具備する燃料電池循環水用熱交換器において、
その樹脂製タンク本体(4)をポリフタルアミド樹脂により成形することを特徴とする燃料電池循環水用熱交換器である。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
それぞれの樹脂製タンク本体(4)の外面には、複数のシュラウド止着用のボス部(7)が互いに離間して一体に突設され、そのボス部(7)に導風用のシュラウド(9)の端部が締結具(8)を介して止着された燃料電池循環水用熱交換器である。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
前記偏平チューブ(1)が水平方向に位置して並列されると共に、前記樹脂製タンク本体(4)がコア(3)の両側に配置された燃料電池循環水用熱交換器である。
【００１１】
請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の燃料電池循環水用熱交換器において、
燃料電池(12)の発電により生成された生成水の少なくとも一部を噴霧する噴霧装置(15)を備えた燃料電池循環水用熱交換器である。
【発明の効果】
【００１２】
本願の発明者は、樹脂製タンク本体に用いる樹脂材としてポリフタルアミド（以下、ＰＰＡと略称する）を使用したので、その樹脂自体からの純水へのイオン溶出が少ない。即ち、ＰＰＡ樹脂は高温でのイオン溶出が従来樹脂よりも起こり難いものであるため、燃料電池の触媒被毒を可及的に抑制することができる。しかも、ＰＰＡ樹脂を用いて樹脂製タンク本体が形成されると、高温使用時の物理的耐久性を有し、従来、使用されてきた樹脂製タンク本体に比較して、燃料電池循環水用熱交換器に適している。
【００１３】
上記構成に加えて、請求項２に記載のように、それぞれの樹脂製タンク本体４の外面に複数のシュラウド止着用のボス部８を一体に突設し、そのボス部７に導風用のシュラウドの端部を締結具７を介して止着した場合には、その樹脂製タンク本体４をＰＰＡ樹脂としたので、高温使用時の物理的耐久性を有し、シュラウドの荷重、および導風に伴う荷重の加わるボス部７の強度を確保し、耐久性の高い熱交換器を提供できる。
【００１４】
さらに請求項３の発明のように、偏平チューブ１が水平方向に並設されると共に、樹脂製タンク本体４がコア３の両側に配置された場合には、樹脂製タンク本体を高温使用時の物理的耐久性を有するＰＰＡ樹脂としたので、熱交換器の設置の向きに起因する強度不足を懸念することなく、熱交換器の天地方向寸法を低くすることができ、熱交換器が搭載される車両の車高を低く抑えることができる。また、燃料電池車では、ガソリン車に比べて、冷却水が低流量である為、流速を確保する必要があるが、偏平チューブ１を水平方向に並設すると共に、樹脂製タンク本体４をコア３の両側に配置したので、流路断面積が小さく抑えられ、流速が確保でき、性能向上にもなる。
【００１５】
さらに請求項４の発明のように、燃料電池で生成された生成水を噴霧する噴霧装置を備える場合には、樹脂製タンク本体を耐薬品性に優れたＰＰＡ樹脂タンクとしたので、生成水に含まれる酸性水に起因する樹脂製タンク本体の破損を懸念することなく、噴霧された生成水の気化熱による放熱性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の燃料電池循環水用熱交換器の要部正面図。
【図２】同熱交換器にシュラウド９を設けた正面図。
【図３】本発明の燃料電池循環水用熱交換器のタンク部における要部断面図。
【図４】樹脂材の導電率測定結果を示す図。
【図５】樹脂材の性能比較図。
【図６】ＰＰＳとＰＰＡの引張強度試験の結果を示す図。
【図７】ＰＰＳとＰＰＡの歪試験の結果を示す図。
【図８】本発明の燃料電池循環水の循環路の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態につき説明する。
本発明に用いられる燃料電池循環水用熱交換器のコア３は、図１、図２に示す如く、燃料電池循環水が内部に流通する偏平チューブ１と、コルゲートフィン10とが、それぞれ水平方向に位置して交互に並列されるとともに、その各偏平チューブ１の両端部が多数の貫通孔を有する一対のヘッダプレート２に貫通されてなる。
ヘッダプレート２は、プレス成形により形成され、その底部周縁に凹部2bが環状溝に形成される。この凹部2bには、後述する樹脂製タンク本体４の段付き部4aがＯリング６を介して着座する。また、ヘッダプレート２の側壁端部には、互いに離間して、多数の爪部2aが突設されている。
【００１８】
ヘッダプレート２のそれぞれの貫通孔に、各偏平チューブ１の開口端部が貫通され、各偏平チューブ１間にこの例ではコルゲートフィンが介装される。それぞれの部材間にろう材が塗布され、各部品が炉内で一体的にろう付け固定される。
燃料電池循環水用熱交換器のコア３の内部は、偏平チューブ１の内表面とヘッダプレート２の内側を図３のごとく、樹脂によるコーティング材５で被膜することにより、ヘッダープレート２、偏平チューブ１およびろう材に含まれる金属粒子の循環水中への流出を防止する。そのコーティング工程、コーティング液組成については、各種特許文献に記載の公知技術を利用することができる。
【００１９】
この樹脂製タンク本体４は、この例ではコア３の両側に一対設けられ、図３に示す如く、一方が開放された箱状に形成され、その開口縁に外側に膨出する段付き部4aが形成されるとともに、図１、図２に示す、循環水の出入口パイプ11がその側壁部に一体的に形成されている。さらに、その側壁部には互いに離間して一対のボス部７が突設形成され、その中心に雌ネジが螺刻されている。
このボス部７は、導風用のシュラウド９の端部を締結具８を介して固定するものである（図１〜図３参照）。このシュラウド９の内部には図示しないファンが配置され、シュラウド９の開口の外側には、図示しないファンモータの脚部が締結固定される。
また、このタンク本体４の段付き部4aは、図３に示す如く、ヘッダプレート２の凹部2bにＯリング６を介して着座され、ヘッダプレート２の爪部2aを折り曲げることによって、タンク本体４とコア３とをかしめ固定するものである。
【００２０】
この熱交換器は、燃料電池から排出される高温の循環水が一方の出入口パイプ11から一方の樹脂タンク本体４を介して各偏平チューブ１内に流入する。
チューブ１の外面側はファンの起風による冷却風が流通し、その冷却風と循環水と間に熱交換が行われた後、冷却風は一例としてシュラウド９の開口から外部に流出する。なお、シュラウド９側から冷却風をコア側に流通させることもできる。
偏平チューブ１を通過した循環水は、他方の樹脂タンク本体４の出入口パイプ11から流出し、燃料電池へ循環する。
本発明のようにタンクをＰＰＡ樹脂により成形すると、高温の循環水に曝露されても、今まで使用されてきた樹脂よりもイオン溶出を起こし難く、燃料電池の触媒被毒を可及的に防止するものとなる。それと共に、強度が強く、シュラウドを支持することができる。
【００２１】
次に、樹脂製タンク本体４は、ＰＰＡ樹脂を射出成形することにより、製造される。この樹脂材は、ＰＰＡの繊維中にガラス繊維が３０％〜４０％程度含まれている。
本発明の特徴は、このＰＰＡ樹脂を用いて樹脂製タンク本体４を製造することにある。
このＰＰＡ樹脂は、図６、図７に示すとおり、近年提案されているＰＰＳ樹脂よりも熱に対する物理的な耐久性（引張強度、歪み率）が高く、タンク部として良好な材料であるといえる。
【００２２】
次に、燃料電池循環水用熱交換器に用いられる材料には、樹脂材製造時に必然的に残留する金属イオンが循環水中に可能な限り溶出しないことを望む。
本発明の発明者は、図４に示すごとく、従来使用されている樹脂材料とＰＰＡ樹脂材料について導電率の測定をし、その金属イオンの溶出の程度を明らかにしている。ここで、導電率とは、樹脂材を一定時間、純水に浸漬した純水の導電率（μＳ／ｃｍ）のことをいう。
この実験では、ＰＡ６６（商品名：６６ナイロン）、ＰＡ６６とＰＡ６１２（６１２ナイロン）の合成繊維、ＰＰＳ、ＰＰＡの各樹脂にガラス繊維を３３％〜３５％を含む各樹脂繊維を５０℃の純水に７５０時間浸漬した後の導電率を測定している。
その結果、ＰＰＡは最も導電率が低く、ＰＡ６６の数十分の１、ＰＰＳ、ＰＡ６６＋ＰＡ６１２合成繊維の数分の１であることがわかり、燃料電池循環水用熱交換器のタンク材料として最適な材料であることを確認した。
図５は、図４の実験結果を考慮し、各材料の樹脂タンクとしての総合判断をしたものであり、△→○→◎の順に良好度を示す。
【００２３】
この熱交換器16は、図８に示す如く、燃料電池12を含む循環路14の途中に配置される。
その循環路14には、熱交換器16と燃料電池12、貯留タンク13、バルブ17、ポンプＰが含まれ、燃料電池を冷却する冷却水が循環する。また、燃料電池には図示しない水素と酸素の供給路が存在し、そこで生成した生成水は貯留タンク13に流入する。また、循環路14中のバルブ17を介して、配管が噴霧装置15に分岐する。この噴霧装置15は熱交換器16のコルゲートフィン10、および偏平チューブ１の外面に噴射され、熱交換を促進する。
この熱交換器16の裏面側には、同図では図示しないシュラウドが設けられ、その内部に起風用のファン18が配置されている。
【符号の説明】
【００２４】
１  偏平チューブ
２  ヘッダプレート
2a  爪部
2b  凹部
３  コア
４  樹脂製タンク本体
4a  段付き部
５  コーティング材
６  Ｏリング
７  ボス部
【００２５】
８  締結具
９  シュラウド
10  コルゲートフィン
11  出入口パイプ
12  燃料電池
13  貯留タンク
14  循環路
15  噴霧装置
16  熱交換器
17  バルブ
18  ファン
【図１】
2015098946.tif 000003
【図２】
2015098946.tif 000004
【図３】
2015098946.tif 000005
【図４】
2015098946.tif 000006
【図５】
2015098946.tif 000007
【図６】
2015098946.tif 000008
【図７】
2015098946.tif 000009
【図８】
2015098946.tif 000010