(57)【要約】      （修正有）【課題】特にチューブと座板の接合部分に付着する残渣フラックスを確実に洗浄することができ、また、短時間で残渣フラックスを洗浄することができる燃料電池用熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】チューブ１１とコルゲートフィン１２とを交互に積層した積層部に座板１７を組み付けてコア部１９を組み立てる組み付け工程と、前記コア部１９に粉体のフラックスをふりかける粉体フラックス撒布工程と、前記粉体フラックス撒布工程後、前記コア部１９を加熱処理してろう付けするろう付け工程と、前記ろう付け工程後、前記チューブ１１と前記座板１７の接合部分３５に高圧で純水を吹き付けて、当該接合部分に付着する残渣フラックスを取り除く洗浄工程と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ（１１）とコルゲートフィン（１２）とを交互に積層した積層部に座板（１７）を組み付けてコア部（１９）を組み立てる組み付け工程（Ｓ１）と、
前記コア部（１９）に粉体のフラックスをふりかける粉体フラックス撒布工程（Ｓ３）と、
前記粉体フラックス撒布工程（Ｓ３）後、前記コア部（１９）を加熱処理してろう付けするろう付け工程（Ｓ４）と、
前記ろう付け工程（Ｓ４）後、前記チューブ（１１）と前記座板（１７）の接合部分（３５）に高圧で純水を吹き付けて、当該接合部分（３５）に付着する残渣フラックスを取り除く洗浄工程（Ｓ５）と、を備えた
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、
前記洗浄工程（Ｓ５）では、純水を噴出するノズル（３２）を複数配置した洗浄用タンク（３０）を前記座板（１７）に取り付けた後、純水を前記ノズル（３２）より吹き付ける
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、
前記洗浄工程（Ｓ５）では、洗浄後の純水を回収しろ過して清浄な純水にして再び前記ノズル（３２）に供給する
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の製造方法。
【請求項４】
チューブ（１１）とコルゲートフィン（１２）とを交互に積層してなる積層部に座板（１７）を組み付けて組み立てられたコア部（１９）に、前記チューブ（１１）と前記座板（１７）の接合部分（３５）に高圧で純水を吹き付けて当該接合部分（３５）に付着する残渣フラックスを取り除くための洗浄用タンク（３０）と、
前記洗浄用タンク（３０）に純水を供給するための純水貯蔵タンク（３６）と、
前記純水貯蔵タンク（３６）から前記洗浄用タンク（３０）へと純水を供給するための供給手段（３７）と、
前記残渣フラックスを洗浄した純水を回収しろ過して清浄な純水にする浄水器（３９）と、を備えてなる
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用熱交換器の製造方法及び洗浄装置に関し、特にチューブと座板の接合部分に付着する残渣フラックスの除去技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）用の燃料電池として、例えば、高分子電解膜型の燃料電池システムが開発されている。このシステムは、燃料電池スタック内の水素燃料を、高分子電解質膜に担持したプロトン触媒の作用でプロトン化し、高分子電解質膜を隔てて存在する酸素との共働により電位発生を行うように構成されている。
【０００３】
このようなシステムでは、電極等の導電性部材が燃料電池スタック内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る。このため、極めて導電性の小さい純水が循環水（冷却水）として使用されているとともに、反応制御の必要性から、この循環水を熱交換器により冷却することが行われている。そして、このようなシステムでは、熱交換器を循環する冷却水が、プロトン触媒に直接接触するため、触媒被毒の観点から、金属等のイオンの冷却水中への混入を抑制することが要望されている。
【０００４】
ここで、ラジエータやエバポレータ等の熱交換器のコアは、波形状に成形されたアルミニウム材からなる複数個のコルゲートフィンと、扁平状に成形されたアルミニウム材（クラッド材）からなる複数個のチューブと、を交互に積層配列して構成される。そして、かかる熱交換器のコアは、その後、コア表面にフラックスが塗布され、ろう付けされた後、チューブと座板の接合部分及びチューブ内部に入り込んだ残渣フラックスを取り除く洗浄が行われることで製造される。
【０００５】
残渣フラックスは、水中に溶け込みイオンを生じるため、導電率の低い純水を使用する燃料電池用熱交換器では、特に高分子電解質膜へ悪影響を与える。そのため、残渣フラックスを十分に注意深く取り除く必要がある。
【０００６】
残渣フラックスを除去する方法としては、例えば、純水をコア部の内部に封入して加温することで除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３など参照）。
【特許文献１】特開２００５−２０３２０１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６９８８号公報
【特許文献３】特公平６−１５９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コア部の内部に封入した純水を加温して静置させた場合、残渣フラックスが純水に溶け込み難く、その結果、十分に残渣フラックスを取り除くまでには長時間を要する。また、フラックスは、チューブと座板の接合部分に多く付着するため、この接合部分に付着した残渣フラックスをかかる方法では取り除くことはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、特にチューブと座板の接合部分に付着する残渣フラックスを確実に洗浄することができ、また、短時間で残渣フラックスを洗浄することができる燃料電池用熱交換器の製造方法及び洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、チューブとコルゲートフィンとを交互に積層した積層部に座板を組み付けてコア部を組み立てる組み付け工程と、前記コア部に粉体のフラックスをふりかける粉体フラックス撒布工程と、前記粉体フラックス撒布工程後、前記コア部を加熱処理してろう付けするろう付け工程と、前記ろう付け工程後、前記チューブと前記座板の接合部分に高圧で純水を吹き付けて、当該接合部分に付着する残渣フラックスを取り除く洗浄工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、洗浄工程では、純水を噴出するノズルを複数配置した洗浄用タンクを前記座板に取り付けた後、純水を前記ノズルより吹き付けることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、洗浄工程では、洗浄後の純水を回収しろ過して清浄な純水にして再びノズルに供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、チューブとコルゲートフィンとを交互に積層してなる積層部に座板を組み付けて組み立てられたコア部に、前記チューブと前記座板の接合部分に高圧で純水を吹き付けて当該接合部分に付着する残渣フラックスを取り除くための洗浄用タンクと、前記洗浄用タンクに純水を供給するための純水貯蔵タンクと、前記純水貯蔵タンクから前記洗浄用タンクへと純水を供給するための供給手段と、前記残渣フラックスを洗浄した純水を回収しろ過して清浄な純水にする浄水器と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、残渣フラックスを取り難いチューブと座板の接合部分に高圧で純水を吹き付けることで、集中的に純水を吹き付けて残渣フラックスを洗い流すことができる。したがって、本発明によれば、残渣フラックスを取り除くための洗浄時間を大幅に短縮することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、純水を噴出するノズルを複数配置した洗浄用タンクを座板に取り付けてそのノズルから純水を吹き付けるようにしているので、チューブと座板の接合部分にノズルから集中的に純水を高圧で吹き付けることができ、洗浄力を高めることができる。また、本発明によれば、吹き付けられた純水が洗浄タンクで覆われているため、チューブ内部にも純水が流れ、当該チューブ内に付着する残渣フラックスも洗い流すことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、洗浄後の純水を回収しろ過して清浄な純水にして再びノズルに供給しているので、洗浄液としての純水を何度でも使用することができ、洗浄液の無駄を無くすことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、チューブと座板の接合部分に高圧で純水を吹き付けて当該接合部分に付着する残渣フラックスを取り除くための洗浄用タンクを有しているので、このノズルから吹き出される高圧の純水により残渣フラックスを洗い流すことができる。また、本発明によれば、浄水器を有しているため、残渣フラックスを洗浄した純水をろ過して再び清浄な純水にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
先ず、本実施の形態の燃料電池用熱交換器の製造方法について説明する前に、本発明の熱交換器が使用されるＦＣＥＶ冷却系システムについて簡単に説明する。
【００１９】
「ＦＣＥＶ冷却系システムの概略構成」
図１は、燃料電池を搭載した電気自動車の冷却系システム図である。燃料電池を駆動源とするいわゆる燃料電池自動車は、当該燃料電池を約８０〔℃〕に加温保持することで水素と酸素による反応が行われて電気を最も効率よく生成するため、加温し過ぎないように冷媒を循環させて燃料電池を冷却している。
【００２０】
この冷却系システム１では、加温された燃料電池を冷却する冷媒は、燃料電池本体２に形成された流路を流れると、ポンプ３によって熱交換器４へ送られ、発電により暖められた冷媒が熱交換器４によって冷却される。そして、冷却された冷媒は、再び燃料電池本体２へと送られ、加温された燃料電池を所定温度に保つように冷却する。このような経路を循環する冷媒には、例えば導電性の低い純水または純水に凍結防止剤であるエチレングリコールを混合したものが使用される。これは、燃料電池本体２の内部には導電性材料からなる電極などが設けられているため、その内部を循環する冷媒が導電性を持っていると、水素と酸素の反応に悪影響を与えるためである。
【００２１】
「燃料電池用熱交換器の概略構成」
次に、本発明の製造方法により製造される燃料電池用熱交換器の構成について簡単に説明する。
【００２２】
図２は本実施の形態で製造される燃料電池用熱交換器の一例を示す図である。燃料電池用熱交換器（以下、単に熱交換器という）４は、アルミニウムからなるチューブ１１とコルゲートフィン１２とが交互に積層され、コア部１９の両端に一対のヘッダタンク部（タンク部）１３、１４が配置されるとともに、これらヘッダタンク部１３、１４に入口パイプ１５、出口パイプ１６が連通して設けられている。
【００２３】
このヘッダタンク部１３、１４は、それぞれ座板１７と、この座板１７に取り付けられるタンクカバー１８とから構成され、内部にタンク室（図示省略する）が形成されている。また、座板１７には、各チューブ１１の端部に応じた嵌合孔が穿設されており、各チューブ１１の端部が嵌合孔に挿入され、前記タンク室内に突出した状態で結合されている。
【００２４】
このように構成された熱交換器４では、入口パイプ１５から流入する循環水（本実施の形態では純水）を入口側のヘッダタンク部１３において各チューブ１１へと分配配給し、下方に位置する出口側のヘッダタンク１４へと流通させる。純水は、チューブ１１を流通する過程において、コルゲートフィン１２によって冷やされたチューブ１１を介して冷却されるようになっている。
【００２５】
「燃料電池用熱交換器の製造方法」
次に、前記した熱交換器４の製造方法について説明する。図３は熱交換器の製造プロセスを示す工程図、図４は熱交換器の製造プロセスを示し、コア部を組み立てる組み付け工程を示す図、図５は熱交換器の製造プロセスを示し、座板面マスキング工程を示す図、図６は図５の要部拡大断面図、図７は熱交換器の製造プロセスを示し、粉体フラックス撒布工程を示す図、図８は熱交換器の製造プロセスを示し、コア部に洗浄用タンクを取り付ける工程を示す図、図９は熱交換器の製造プロセスを示し、コア部に洗浄用タンクを取り付けた状態を示す図、図１０は燃料電池用熱交換器の洗浄装置のシステム構成を示す図である。
【００２６】
本実施の形態の熱交換器４を製造するには、先ず、図３の工程図にある組み付け工程Ｓ１を行う。組み付け工程Ｓ１では、図４に示すように、チューブ１１とコルゲートフィン１２とを交互に積層させる。次に、そのチューブ１１とコルゲートフィン１２とからなる積層部に、ステンレスやアルミニウムなどからなる座板１７を組み付ける。これで、コア部１９が形成される。
【００２７】
座板１７には、各チューブ１１の端部を挿入させるためのスリットである嵌合孔が形成されている。この嵌合孔に挿入されたチューブ１１の端部１１ａは、座板１７の端面１７ａよりも引っ込んだ位置とされている。
【００２８】
次に、座板面マスキング工程Ｓ２を行う。座板面マスキング工程Ｓ２では、図５に示すように、座板１７の端面１７ａに布やテープ等のマスキング材２０を貼り付ける。このマスキング材２０を座板１７の端面１７ａに貼り付けることで、図６に示すように、座板１７の開口側が閉塞され、チューブ１１の端部１１ａが前記マスキング部材２０により覆われることになる。マスキング部材２０を座板１７の端面１７ａに貼り付けるには、接着剤等を使用して行う。
【００２９】
次に、粉体フラックス撒布工程Ｓ３を行う。粉体フラックス撒布工程Ｓ３では、粉体のフラックスを使用する。粉体のフラックスとしては、ろう付け後に残食残渣が残り難い塩化物系フラックスではなくフッ化物系フラックスが好適である。
【００３０】
フッ化物系フラックス粉末の代表例としては、ＡＬＣＡＮ社で開発されたノコロックフラックスが挙げられる。ノコロックフラックスの化合物形態としては、ＫＡＩＦ4とＫ2ＡＩＦ5・Ｈ2Ｏの混合物があり、例えば古河アルミニウム工業株式会社製のＦＬ７が使用できる。ノコロックフラックスの化学組成と化合物形態は、表１の通りである。
【表１】
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【００３１】
粉末フラックス撒布工程では、図７に示すように、ノズル２１の先端から粉末フラックス２２を、コア部１９の外表面にふりかける。粉末フラックス２２をコア部１９の外表面にふりかけた場合、座板１７の端面１７ａにはマスキング部材２０が貼り付けられていることから、チューブ内部への粉末フラックス２２の侵入が抑制される。
【００３２】
次に、ろう付け工程Ｓ４を行う。ろう付け工程Ｓ４では、前記マスキング部材２０を取り外した後、ろう付けされたコア部１９を炉内に入れ加熱処理してろう付けを行い、チューブ１１とコルゲートフィン１２を接合すると共にチューブ１１と座板１７とを接合する。
【００３３】
次に、コア部１９を炉から取り出し冷却した後、図８及び図９に示すように、座板１７に洗浄用タンク３０を取り付ける。洗浄用タンク３０は、座板１７を覆って装着されるタンク本体３１と、このタンク本体３１に取り付けられる複数のノズル３２を有した純水供給パイプ３３とからなる。
【００３４】
タンク本体３１は、座板１７に装着される側を開放した長方体形状をなし、パッキン３４を介して前記座板１７に装着されている。純水供給パイプ３３は、タンク本体３１の長手方向に沿ってその両側にそれぞれ配置され、複数のノズル３２をその長手方向に配置すると共に前記チューブ１１と座板１７との接合部分３５にそのノズル先端を向けている。
【００３５】
そして、前記コア部１９の上下にそれぞれ取り付けられた洗浄用タンク３０の各純水供給パイプ３３には、図１０に示すように、純水を供給するための純水貯蔵タンク３６が接続されている。純水貯蔵タンク３６内には、洗浄するのに適した温度、例えば５０℃〜８０℃とされた純水が貯蔵される。
【００３６】
純水は、純水貯蔵タンク３６から供給手段であるポンプ３７により吸い上げられ、各洗浄用タンク３０へと供給され、ノズル１０の先端から高圧で前記チューブ１１と座板１７の接合部分３５に噴出される。ノズル１０から噴出される純水は、高圧にて前記接合部分３５に吹き付けられる。
【００３７】
また、下方に配置された洗浄用タンク３０には、洗浄した純水を回収する排水パイプ３８が取り付けられている。この排水パイプ３８の途中には、洗浄して不純物を含む純水（洗浄水）をろ過して清浄な純水にする浄水器３９が設けられている。浄水器３９は、従来より公知の半透膜を利用した逆浸透膜法により、コア部１９内を洗浄した洗浄液（不純物を含む純水）を浄化して不純物を取り除き浄化した純水にする機能をする。浄水器３９で浄化された純水は、再び純水貯蔵タンク３６へと戻される。
【００３８】
そして、洗浄工程Ｓ５では、前記したように座板１７に取り付けた洗浄用タンク３０と、この洗浄用タンク３０に純水を供給する純水貯蔵タンク３６と、純水貯蔵タンク３６から洗浄用タンク３０へと純水を供給するためのポンプ３７と、残渣フラックスを洗浄した純水を回収しろ過して清浄な純水にする浄水器３９と、を備えた洗浄装置を使用して洗浄を行う。
【００３９】
前記ポンプ３７で純水貯蔵タンク３６から吸い上げられた純水は、コア部１９の上下にそれぞれ取り付けられた洗浄用タンク３０へと供給され、ノズル３２の先端から高圧でチューブ１１と座板１７の接合部分３５に吹き付けられる。この接合部分３５に付着したフラックスは、当該接合部分３５にそのノズル先端を向けたノズル３２から温度５０℃〜８０℃程度とされた純水が高圧で吹き付けられることにより洗い流される。そして、コア部１９の上側に設けられたノズル３２から噴出された純水は、各チューブ１１内に流れ込み、このチューブ１１内に付着するフラックスも洗い流す。これにより、フラックスが付着し易いチューブ１１と座板１７との接合部分３５に集中的に純水が吹き付けられるため、効果的にフラックスを洗浄することが可能となる。
【００４０】
そして、洗浄により洗い流された不純物を含む洗浄液は、排水パイプ３８を介して浄水器３９へと排水され、不純物が取り除かれて再び純水にされる。洗浄された純水は、純水貯蔵タンク３６へと戻され、再びフラックスを洗浄するための洗浄水として使用される。
【００４１】
次に、洗浄工程Ｓ５が終了したらコーティング工程Ｓ６を行う。コーティング工程Ｓ６は、ろう付けされたコア部１９の燃料電池からの循環水が流通する内表面に樹脂コーティング層を形成する塗布工程Ｓ７、乾燥工程Ｓ８及び焼き付け工程Ｓ１１からなる。
【００４２】
塗布工程Ｓ７は、コーティング液をコア部１９内から排出してコア部１９の内表面にコーティング液を塗布する。乾燥工程Ｓ８は、コア部１９の内表面に塗布されたコート剤を乾燥する工程であり、直立乾燥工程Ｓ９と水平乾燥工程Ｓ１０とからなる。直立乾燥工程Ｓ９は、チューブ１１を上下方向に位置させた状態で乾燥させる。水平乾燥工程Ｓ１０は、チューブ１１を水平方向に位置させた状態で乾燥させる。焼き付け工程Ｓ１１は、コーティング液をコア部１９の内表面に焼き付ける。
【００４３】
この焼き付け工程Ｓ１１後、前記座板１７に本来のタンクカバー１８を取り付ける。これで、図２に示した熱交換器４が完成する。このように、本実施の形態によれば、チューブ１１と座板１７の接合部分３５に付着するフラックスをノズル３２の先端から集中的に純水を吹き付けて洗い流すことができるため、高分子電解質膜に悪影響を与える残渣フラックスを確実に且つ短時間で取り除くことができる。したがって、本実施の形態によれば、残渣フラックスを取り除くための洗浄時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、純水を噴出するノズル３２を複数配置した洗浄用タンク３０を座板１７に取り付けてそのノズル３２から純水を吹き付けるようにしているので、チューブ１１と座板１７の接合部分３５にノズル先端から集中的に純水を高圧で吹き付けることができ、洗浄力を高めることができる。また、本実施の形態によれば、吹き付けられた純水が洗浄タンク３０で覆われているため、チューブ内部にも純水が流れ、当該チューブ内に付着する残渣フラックスも洗い流すことができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、洗浄後の純水を回収しろ過して清浄な純水にして再びノズル３２に供給しているので、洗浄液としての純水を何度でも使用することができ、洗浄液の無駄を無くすことができる。
【００４６】
また、本実施の形態の洗浄装置によれば、チューブ１１と座板１７の接合部分３５に高圧で純水を吹き付けて当該接合部分３５に付着する残渣フラックスを取り除くための洗浄用タンク３０を有しているので、このノズル３２から吹き出される高圧の純水により残渣フラックスを洗い流すことができる。また、本洗浄装置によれば、浄水器３９を有しているため、残渣フラックスを洗浄した純水をろ過して再び清浄な純水にすることができる。
【００４７】
なお、前記実施の形態では、チューブ１１と座板１７の接合部分３５やチューブ１１内にフラックスができる限り入り込まないように座板面マスキング工程Ｓ２を行ったが、この座板面マスキング工程Ｓ２を行わなかった場合でも本実施の形態の洗浄装置を使用して残渣フラックスを取り除くことができることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】燃料電池自動車における冷却系システムの概略構成図である。
【図２】本実施の形態で製造される燃料電池用熱交換器の一例を示す図である。
【図３】熱交換器の製造プロセスを示す工程図である。
【図４】熱交換器の製造プロセスを示し、コア部を組み立てる組み付け工程を示す図である。
【図５】熱交換器の製造プロセスを示し、座板面マスキング工程を示す図である。
【図６】図５の要部拡大断面図である。
【図７】熱交換器の製造プロセスを示し、粉体フラックス撒布工程を示す図である。
【図８】熱交換器の製造プロセスを示し、洗浄用タンクをコア部に取り付ける前の状態を示す図である。
【図９】熱交換器の製造プロセスを示し、洗浄用タンクをコア部に取り付けた状態を示す図である。
【図１０】洗浄装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…冷却系システム
２…燃料電池本体
３…ポンプ
４…熱交換器
１１…チューブ
１２…コルゲートフィン
１３、１４…タンク部
１７…座板
１９…コア部
３０…洗浄用タンク
３１…タンク本体
３２…ノズル
３３…純水供給パイプ
３５…チューブと座板の接合部分
３６…純水貯蔵タンク
３７…ポンプ（供給手段）
３９…浄水器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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