(57)【要約】【課題】チューブ内部へのフラックスの侵入を抑制して残渣フラックス量を低減する。【解決手段】チューブ１１とコルゲートフィン１２とが交互に積層される積層部に座板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、前記チューブ１１の内部にフラックスが侵入しないように前記座板１７の端面１７ａをマスキングする座板面マスキング工程Ｓ２と、前記座板面マスキング工程Ｓ２後、前記コア部１９にフラックス粉末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とを備える。【選択図】図３
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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）とが交互に積層される積層部に座板（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、
前記チューブ（１１）の内部にフラックスが侵入しないように前記座板（１７）の端面（１７ａ）をマスキングする座板面マスキング工程（Ｓ２）と、
前記座板面マスキング工程（Ｓ２）後、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。
【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、特にチューブ内部へのフラックスの侵入を防止する技術に関する。
【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、コア表面に液体フラックスが塗布され、ろう付けされた後、チューブ内部に入り込んだフラックス残渣を取り除く洗浄が行われることで製造される。
【０００５】
ところで、フラックスは、通常、ろう付け処理後の洗浄処理時において洗い流されるが、フラックスとしてノコロックフラックスを使用した場合、ろう付け後に残渣が残り易い。また、残渣は、水中に溶け込みイオンを生じるため、導電率の低い水溶液や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の悪影響を考慮してフラックスを十分に注意深く取り除く必要がある。
【０００６】
そこで、従来においては、チューブの内部に可能な限りフラックスが付着しないようにコア外面のみにノコロックフラックス水溶液を流しかける、或いは、シャワーするようにしている。しかしながら、フラックスに水溶液を使用した場合には、コア外表面のみにフラックスをかけたとしてもチューブ内部へのフラックスの侵入を効果的に抑制することはできない。
【０００７】
例えば、図１１の矢印で示すように、ノズル１００から噴射されるフラックス１０１がチューブ１０２の端部を座板１０３に形成したチューブ挿入孔１０４に挿入させる部分からチューブ内部に侵入すると共に、フラックス１０１がコア表面から座板１０３の表面に回り込んでチューブ内部に侵入する。
【０００８】
チューブ内部に侵入したフラックスを取り除く手法としては、例えば、ろう付け後に１００℃に加熱した純水中にコアを２４時間浸漬して洗浄する方法、または、強アルカリ性のアルミニウム用脱脂剤による洗浄方法が採用されている（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６７７８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これでも細部に入り込んだフラックスを取り除くことはできず、また残渣フラックスの洗浄時間が非常に掛かる（２４時間以上掛かる）ので、残渣フラックス処理が熱交換器製造上においてネックとなっている。
【００１０】
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、特にチューブ内部へのフラックスの侵入を抑制し、残渣フラックス量を低減して残渣フラックス除去工程の短時間化を図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】
【００１１】
本発明の燃料電池用熱交換器の製造方法は、チューブとコルゲートフィンとが交互に積層される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、前記チューブの内部にフラックスが侵入しないように前記座板の端面をマスキングする座板面マスキング工程と、前記座板面マスキング工程後、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を備えたことを特徴とする。
【００１２】
座板面マスキング工程としては、チューブ端部が突出する座板面に布やテープ或いはカバーなどをかけてチューブ端部を覆うことで、チューブ内部へのフラックスの侵入を防止するようにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池用熱交換器の製造方法によれば、フラックスをふりかける前に、チューブの内部にフラックスが侵入しないように座板の端面をマスキングしておくため、フラックス撒布時にチューブ内部にフラックスが侵入するのを防止できる。このとき、フラックスとして水溶液ではなく粉体のものを使用することで、より一層チューブ内部へのフラックスの侵入を防止することができる。
【００１４】
したがって、本発明方法によれば、機械的除去が困難なチューブ内部に付着する残渣フラックス量が無くなる或いは極めて僅かになることから、その後に行う残渣フラックス除去工程である洗浄時間を大幅に短縮することができる。
【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はフラックスをシャワーして塗布したときと粉体で撒布したときのイオン溶出量を示す特性図、図９はフラックスをシャワーして塗布したときと粉体で撒布したときの洗浄時間を示す特性図、図１０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におけるカバー装着状態を示す図である。
【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、従来のような水溶液のフラックスではなく、粉体のフラックスを使用する。粉末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の侵入が防止される。特に、フラックスとして水溶液を使用した場合には、チューブ１１と座板１７の挿入部分からフラックスが侵入するが、粉体のフラックスを使用することで前記挿入部分からのフラックスの侵入を抑制することができる。
【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、コア部１９を炉から取り出し冷却した後、座板１７にタンクを取り付ける。次いで、洗浄工程Ｓ５を行う。洗浄工程Ｓ５では、コア部１９を洗浄してコア部１９の内表面から残渣フラックスを取り除く。次に、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。
【００３２】
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。
【００３３】
以上で、図２に示した熱交換器４が完成する。このように製造された熱交換器４では、図８に示すように、従来のシャワー塗布法に比べて本発明方法の粉体撒布法の方が遙かにイオン溶出量が低減できていることが判る。また、図９に示すように、洗浄時間も本発明方法の方が大幅に洗浄時間を短縮できていることが判る。つまり、本発明方法によれば、残渣フラックスの量を極めて少なくすることができるため、従来２４時間以上掛かっていた洗浄時間を僅か１時間程度に短縮できる。よって、機械的除去が困難なチューブ内部に付着する残渣フラックス量が無くなる或いは極めて僅かになることから、熱交換器４の量産化が容易になる。
【００３４】
なお、前記実施の形態では、座板面マスキング工程Ｓ２において座板１７の端面１７ａに布またはテープなどのマスキング部材２０を貼り付けたが、図１０に示すように、座板１７に仮タンク２３を取り付け、この仮タンク２３で座板１７の開口を覆うようにしてもよい。仮タンク２３を取り付けることで、チューブ１１の内部にフラックスが侵入するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】フラックスをシャワーして塗布したときと粉体で撒布したときのイオン溶出量を示す特性図である。
【図９】フラックスをシャワーして塗布したときと粉体で撒布したときの洗浄時間を示す特性図である。
【図１０】熱交換器の製造プロセスを示し、座板面マスキング工程におけるカバー装着状態を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）は水溶液のフラックスをかけたときにチューブ内部にフラックスが侵入する様子を示す図、図１１（Ｂ）は座板の要部平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
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
１７ａ…座板の端面
２０…マスキング部材
２２…粉末フラックス
【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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【図１１】
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