(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、チューブの腐食を防止することの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、少なくとも前記チューブと前記座板の接合部分を洗浄液３２で洗浄して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８
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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、少なくとも前記チューブ（１１）と前記座板（１７）の接合部分（３４）を洗浄液（３２）で洗浄して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、洗浄液（３２）を満たした洗浄槽（３３）に前記コア部（１９）を浸漬させ、少なくとも前記座板（１７）と前記チューブ（１１）の接合部分（３４）が前記洗浄液（３２）に浸かる位置で前記コア部（１９）の浸漬を停止させる
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、ろう付け工程（Ｓ４）後、前記座板（１７）にタンクケース（１８）を取り付けてタンク（１３）を構成し、そのタンク（１３）内に洗浄液（３２）を入れ、その洗浄液（３２）の液面（Ｌ）が前記座板（１７）と前記チューブ（１１）の接合部分（３４）を超えた時点で前記洗浄液（３２）の導入を停止する
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の製造方法。
【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、アルカリ性の薬剤をコア部の内部に満水に封入して洗浄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、コア部の内部にアルカリ性の薬剤を封入してしまうと、薬剤によりチューブ材料の腐食を増大させることになる。
【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洗浄し、チューブの腐食を防止することのできる燃料電池用熱交換器の製造方法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、少なくとも前記チューブと前記座板の接合部分を洗浄液で洗浄して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、洗浄液を満たした洗浄槽に前記コア部を浸漬させ、少なくとも前記座板と前記チューブの接合部分が前記洗浄液に浸かる位置で前記コア部の浸漬を停止させ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、ろう付け工程後、前記座板にタンクケースを取り付けてタンクを構成し、そのタンク内に洗浄液を入れ、その洗浄液の液面が前記座板と前記チューブの接合部分を超えた時点で前記洗浄液の導入を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
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を洗浄液で洗浄して残渣フラックスを取り除くため、洗浄液がチューブの内部に侵入し当該チューブを腐食させるのを回避できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、座板とチューブの接合部分が洗浄液に浸かる位置でコア部の洗浄液への浸漬を停止させるため、接合部分に付着する残渣フラックスを取り除くことができ、チューブ内への洗浄液の侵入を防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、座板にタンクケースを取り付けてタンクを構成し、そのタンク内に入れた洗浄液の液面が座板とチューブの接合部分を超えた時点で洗浄液の導入を停止するため、接合部分に付着する残渣フラックスを取り除くことができ、チューブ内への洗浄液の侵入を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
「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。
【００１８】
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。
【００１９】
「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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
「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、座板とチューブの接合部分を洗浄液に浸漬させて残渣フラックスを洗浄する洗浄工程を示す図、図９は洗浄工程において洗浄液に浸漬させて残渣フラックスを洗浄する様子を示す要部拡大断面図である。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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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【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、洗浄工程Ｓ５を行う。洗浄工程Ｓ５では、図８に示すように、座板１７が上下方向に向くようにコア部１９をクレーン（図示は省略する）で吊り上げる。コア部１９をクレーンで吊り上げるには、座板１７の両端にケーブル３０を取り付け、このケーブル３０をクレーンのフック３１に引っ掛ける。そして、コア部１９をクレーンで洗浄液３２を満たした洗浄槽３３の上方位置まで搬送する。
【００３２】
洗浄液３２には、アルカリ性の洗浄剤（例えば、日本ハ゜ーカーライシ゛ンク゛（株）製のファインクリーナー4498SKを2％溶液にする）を約60℃に加温して使用する。尚、酸性の洗浄剤（例えば、5〜15％の硝酸）を約60℃に加温して使用することもできる。
【００３３】
次に、クレーンでコア部１９を洗浄槽３３へと下降させ、該コア部１９を洗浄液３２に浸漬させる。コア部１９の浸漬は、図９に示すように、少なくとも座板１７とチューブ１１の接合部分３４が洗浄液３２に浸かる位置で停止させる。実際には、座板１７とチューブ１１の接合部分３４が洗浄液３２で確実に洗浄できるように、洗浄液３２の中に座板１７全体が浸かる程度とする。浸漬時間は、座板１７とチューブ１１の接合部分３４に付着する残渣フラックスを確実に取り除くことができる時間とする。
【００３４】
そして、一方の座板１７とチューブ１１の接合部分３４に付着する残渣フラックスが洗浄できたらコア部１９を洗浄槽３３から引き上げる。次に、コア部１９を上下反転させて洗浄していない座板１７を下向きにする。続いて、コア部１９を別の位置に配置した次の洗浄槽３３の洗浄液３２の中に浸漬させ、同様にして残渣フラックスを洗浄する。
【００３５】
これにより、上下の座板１７とチューブ１１の接合部分３４に付着する残渣フラックスは、洗浄液３２によって取り除かれる。チューブ１１内に付着した残渣フラックスは、前記接合部分３４とは違いその付着量が少ないことから所定温度の純水を満たした槽内にコア部１９全体を単に所定時間浸漬し静置することで簡単に取り除くことができる。このとき、洗浄液３２も洗い流すことができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、残渣フラックスを取り難いチューブ１１と座板１７の接合部分３４を洗浄液３２で洗浄して残渣フラックスを取り除くため、洗浄液３２がチューブ１１の内部に侵入し当該チューブ１１を腐食させるのを回避することができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、座板１７とチューブ１１の接合部分３４が洗浄液３２に浸かる位置でコア部１９の洗浄液３２への浸漬を停止させるため、接合部分３４に付着する残渣フラックスを取り除くことができ、チューブ１１内への洗浄液３２の侵入を防止することができる。
【００４１】
「残渣フラックス洗浄方法の別の例」
図１０は、熱交換器の製造プロセスを示し、タンク内に洗浄液を導入してその洗浄液の液面が座板とチューブの接合部分に達した時点で洗浄液の導入を停止させて残渣フラックスを洗浄する洗浄工程を示す図、図１１は洗浄工程においてタンク内に導入された洗浄液で残渣フラックスを洗浄する様子を示す要部拡大断面図である。
【００４２】
この例では、ろう付け後のコア部１９にタンクカバー１８を取り付けてタンク１３を構成させた後、タンク１３内に洗浄液３２を入れる。洗浄液３２は、前記した実施の形態と同様、温度を５０℃〜８０℃としたアルカリ性の洗浄剤を使用する。
【００４３】
先ず、下側のタンク１３内に洗浄液３２を入れる。洗浄液３２を入れるには、洗浄液貯蔵槽３５から配管３７を通してポンプ３６にてタンク１３内へ供給する。
【００４４】
洗浄液３２の導入は、その洗浄液３２の液面Ｌが座板１７とチューブ１１の接合部分３４を超えた時点で停止させる。洗浄液３２の液面Ｌは、液面センサ３８で確認しながら行う。実際には、座板１７とチューブ１１の接合部分３４が洗浄液３２で確実に洗浄できるように、座板１７とチューブ１１の接合部分３４よりも若干上の位置まで洗浄液３２をタンク１３内に導入させる。
【００４５】
そして、タンク１３内に洗浄液３２を導入して所定時間静置させる。静置時間は、座板１７とチューブ１１の接合部分３４に付着する残渣フラックスを確実に除去することができる時間とする。
【００４６】
次に、残渣フラックスの除去作業が終わったらタンク１３内に導入された洗浄液３２を排水した後、コア部１９にケーブル３０を取り付け、そのケーブル３０にフック３１を引っ掛ける。そして、クレーンでコア部１９を搬送させた後、コア部１９を上下反転させる。
【００４７】
次いで、上下反転させたコア部１９の未洗浄とされる側のタンク１３に、別の位置に配置した次の洗浄液貯蔵槽３５に接続される配管３７を接続させる。そして、同様に、タンク１３内に洗浄液３２を導入し、その洗浄液３２の液面（Ｌ）が座板１７とチューブ１１の接合部分３４を超えた時点で洗浄液３２の導入を停止する。この状態で所定時間静置させて残渣フラックスを取り除いた後、タンク１３内の洗浄液３２を排水させる。その後の工程は、前記した実施の形態の工程と同様であるので、その説明は省略する。
【００４８】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、前記実施の形態では、チューブ１１と座板１７の接合部分３４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】
【００５０】
【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、座板とチューブの接合部分を洗浄液に浸漬させて残渣フラックスを洗浄する洗浄工程を示す図である。
【図９】洗浄工程において洗浄液に浸漬させて残渣フラックスを洗浄する様子を示す要部拡大断面図である。
【図１０】熱交換器の製造プロセスを示し、タンク内に洗浄液を導入してその洗浄液の液面が座板とチューブの接合部分を超えた時点で洗浄液の導入を停止させて残渣フラックスを洗浄する洗浄工程を示す図である。
【図１１】洗浄工程においてタンク内に導入された洗浄液で残渣フラックスを洗浄する様子を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
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
１８…タンクカバー
１９…コア部
３０…ケーブル
３１…フック
３２…洗浄液
３３…洗浄槽
３４…チューブと座板の接合部分
３５…洗浄液貯蔵槽
３６…ポンプ
３８…液面センサー
【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】
2008171721.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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