(57)【要約】【課題】  ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、それらカソード排気またはアノード回路の燃料と接触する部分の金属腐食が起こらない熱交換器を提供する。【解決手段】  ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器２０は、それらカソード排気またはアノード回路の燃料と接触する部分が金属基板に樹脂コーティングした材料で形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、前記カソード排気またはアノード回路の燃料と接触する部分が金属基板に樹脂コーティングした材料で形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、前記金属基板はアルミニウム若しくはその合金、または鉄であり、前記樹脂はエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とフッ素樹脂の混合物であることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、全ての部分が樹脂製であることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、熱交換器２０がタンク（又はヘッダ２２）、コルゲート型のフィン２３および偏平なチューブ２１を有し、前記カソード排気またはアノード回路の燃料と接触するタンク（又はヘッダ）２２およびチューブ２１が樹脂製で、フィン２３が金属製であることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池にはリン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）などがある。最後の固体高分子（電解質）型燃料電池は水素を燃料とし、パーフルオロスルフォン酸系ポリマーの陽イオン交換膜を用いており、近年広く研究されている。
【０００３】
しかし固体高分子型燃料電池において燃料として使用する水素は、特別な貯蔵設備を設けるか、またはメタノール等の燃料を水蒸気改質器で改質して得る必要があり、システムが複雑化して小型・軽量化が難しいという問題がある。そこで最近、固体高分子型燃料電池の燃料をメタノールとしたダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。
【０００４】
ダイレクトメタノール型燃料電池は触媒を用いて液体のメタノールを水素に変換し、その水素を燃料として発電する方式であるが、そのメタノール改質反応はＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ2 ＋３Ｈ2 になる。この式から分かるように、理論的に改質のためにメタノールと等モルの水が必要である。そこでモル比１：１のメタノール水溶液を使用するが、カソード排気に含まれる水分を回収してメタノールに加えるシステムを採用することにより、高濃度のメタノール水溶液を使用できるので、システムの小型化・軽量化を図ることができる。
【０００５】
図３はダイレクトメタノール型燃料電池のプロセスフロー図である。燃料タンク１のメタノール水溶液は配管２に設けたポンプ３で燃料電池４のアノード側に供給され、アノードから排出する未反応燃料は配管５に設けた熱交換器６で冷却してから燃料タンク１に回収する。なお、未反応燃料は直接燃料タンクに回収される場合もある。この場合には、前記熱交換器６はタンク１の後の鎖線の位置に設置される。
一方、燃料電池４のカソード側にはブロワ７を設けた配管８から空気が供給され、カソードから排出するガス（カソード排ガス）排気は配管９に設けた熱交換器１０で冷却されてから水回収タンク１１に流入する。なお、水回収タンク１１の上部にガスを排出する排気管１２が設けられる。
【０００６】
熱交換器１０はカソード排気を冷却して含有する水分を凝縮するものであり、水回収タンク１１に回収した凝縮水は配管１３を経て燃料タンク１に供給される。なお熱交換器６および熱交換器１０は水冷式であり、配管１４，１５で冷却水を循環することにより燃料および排ガスを冷却する。
【０００７】
ダイレクトメタノール型燃料電池のアノード回路の燃料やカソード排気には蟻酸、蟻酸メチル、ホルムアルデヒド等の金属を腐食する成分（副生成物として生成される）が含まれている。従って熱交換器６や熱交換器１０がアルミニウム等の金属製であると、アノード回路の燃料やカソード排気と接触する部分がこれら蟻酸等の腐食促進成分により腐食される。そして腐食により分離した金属成分はメタノール水溶液にイオンとして存在し、それがダイレクトメタノール型燃料電池に悪影響を及ぼす。
通常の固体高分子型燃料電池の場合、用いられるアルミニウム製の熱交換器の腐食対策として、液と接触する部分を樹脂コーティングすることが特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８１６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし特許文献１にはダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器の腐食対策については一切記載されていない。そこで本発明はこのようなダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器の材料腐食問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決する本発明に係る第１の発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、前記カソード排気またはアノード回路の燃料と接触する部分が金属基板に樹脂コーティングした材料で形成されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
上記熱交換器において、前記金属基板がアルミニウム若しくはその合金、または鉄である場合、前記樹脂はエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とフッ素樹脂の混合物とすることができる（請求項２）。
【００１２】
また、前記課題を解決する本発明に係る第２の発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、前記熱交換器を構成する全ての部分が樹脂製であることを特徴とする（請求項３）。
【００１３】
さらに、前記課題を解決する本発明に係る第３の発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料を冷却する熱交換器において、熱交換器がタンク（又はヘッダ）、コルゲート型のフィンおよび偏平なチューブを有する場合、前記カソード排気またはアノード回路の燃料と接触するタンク（又はヘッダ）およびチューブが樹脂製で、フィンが金属製であることを特徴とする（請求項４）。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明に係る熱交換器は、カソード排気またはアノード回路の燃料と接触する部分が金属基板に樹脂コーティングした材料で形成されているので、樹脂層により金属基板の腐食を防止できる。また金属基板がアルミニウム若しくはその合金、または鉄である場合に、前記樹脂をエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とフッ素樹脂の混合物とすることにより、該金属基板の腐食を防止できると共に、強固な樹脂層を形成して熱交換器の寿命を一層延ばすことができる。
【００１５】
第２の発明に係る熱交換器は、熱交換器を構成する全ての部分が樹脂製であるため、金属腐食の問題は起こらない。そして樹脂部分の厚さを出来る限り薄くすることにより、熱交換効率の低下を少なくできる。
【００１６】
さらに第３の発明に係る熱交換器は、熱交換器がタンク（又はヘッダ）、コルゲートフィンおよび偏平なチューブを有する場合に、カソード排気またはアノード回路の燃料と接触するタンク（又はヘッダ）、偏平なチューブを樹脂製とし、コルゲート型のフィンを金属製としたので、金属腐食の問題が生じないと共に、熱交換効率を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に図面により本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は第１の発明に係る熱交換器の１例を示す正面図である。熱交換器２０は前記の図３に示すダイレクトメタノール型燃料電池のアノード回路の燃料を冷却する熱交換器６またはカソード排気を冷却する熱交換器１０として利用できる。
【００１８】
本実施形態の熱交換器２０は全体がアルミニウム製とされる。すなわち熱交換器２０はアルミニウム材よりなる多数の偏平なチューブ２１を並列に配置し、各チューブ２１の両端に一対のアルミニウム材からなるタンク又はヘッダ２２（以下、単にタンク２２という。）をロウ付け等により連結し、各チューブ２１の間にアルミニウム材からなるコルゲート型のフィン２３を同じくロウ付け等により接合して構成される。
【００１９】
なお熱交換器２０は全体をステンレス製とすることもできる。また、本実施形態ではコルゲートフィン型熱交換器であるが、本発明はプレート型熱交換器または積層型熱交換器にも適用できる。
【００２０】
図１に示すタンク２２は、チューブ２１が貫通するチューブプレート２４と、そのチューブプレート２４が開口部を閉鎖するタンク本体２５を有する。また、タンク本体２５の端部にはパイプ２６が突設され、このパイプ２６に図３に示す配管５または配管９が接続される。さらにチューブ２１とフィン２３の並列方向の両側にアルミニウム材からなるサポート部材２７が取り付けられる。
【００２１】
熱交換器２０を構成するチューブ２１とタンク２２の内壁面は前記アノード回路の燃料またはカソード排気に接触する部分であり、その接触面は樹脂になっている。すなわちチューブ２１とタンク２２を構成するアルミニウム材からなる基板２８の内表面を樹脂コーティングすることにより樹脂層２９を形成する。図２は、偏平なチューブ２１部分の拡大断面図である。
【００２２】
図１に示す熱交換器２０を製造するには、先ず、偏平なチューブ２１とコルゲート型のフィン２３を交互に並列すると共に、それら集合体の並列方向の両側にサポート部材２７を配置する。そして各チューブ２１の両端をチューブプレート２４のチューブ挿通孔に挿入し、次いで各チューブ２１の両端を拡開してチューブ２１をチューブプレート２４の挿通孔に固定する。
【００２３】
次にチューブプレート２４の周縁に形成された環状溝にタンク本体２５の開口縁を嵌着する。それと共に、パイプ２６をタンク本体２５に取り付けて熱交換器２０を組み立てる。なお、互いに接触する少なくとも一方の部材表面には、アルミニウム合金からなる公知のロウ材が被覆されたアルミニウム材を使用する。
【００２４】
次いで組み立てた熱交換器２０を高温の真空炉内に配置し、所定の温度条件で加熱処理して部材表面に被覆したロウ材を溶融させる。次いでそれを冷却固化することにより各部材間が一体的にロウ付けされる。次に各タンク本体２５のパイプ２６に配管を接続し、加温した純水をタンク２２およびチューブ２１の内部に循環して内部を洗浄する。
【００２５】
次にエポキシ樹脂液を熱交換器２０の内部、すなわちチューブ２１およびタンク２２の内部に流通し、それらの内壁面に所定厚の層を均一に形成する。次に熱交換器２０全体を加熱して内壁面（基板２８の表面）に硬化した樹脂層２９を形成する。形成される樹脂層２９の厚みは５〜２０μｍ程度で十分である。なおコーティング用の樹脂はエポキシ樹脂とフッ素樹脂の混合物を使用することもできる。
【００２６】
上記の実施形態ではアルミニウム製の熱交換器２０の場合について説明したが、第２の発明のように全体が樹脂製の熱交換器２０とすることもできる。樹脂製の熱交換器２０の場合には、樹脂自体は非腐食性であるので、その内壁面に新たに樹脂コーティングする必要はない。この場合、各部品を別に成形し、それらを接着剤またはレーザ溶接等により接合することができる。また、ヘッダとチューブとを一体成形し、それとは別に成形されたフィンとを前記接合法等で接合する方法、その他が考えられる。
【００２７】
さらに第３の発明のように、タンク２２とチューブ２１が樹脂製でフィン２３が金属製の熱交換器２０とすることもできる。その場合もチューブ２１やタンク２２の内壁面は樹脂製であるので、新たに樹脂コーティングする必要はない。なお熱交換器２０を組み立てる際には、金属製のフィン２３とチューブ２１を複合成形し、その複合体にタンク２２等を接合する方法を採用できる。
【００２８】
さらに、熱交換器２０はタンク２２を樹脂製とし、チューブ２１とフィン２３を金属製とすることもできる。その場合にはタンク２２を除いた部分を真空ロウ付け、洗浄、樹脂皮膜成形し、その後、チューブプレート２４の周縁に設けられた環状溝にシール用のＯリングを介して樹脂製のタンク２２の開口縁を嵌着し、カシメによりチューブプレート２４の周縁とタンク２２とを固定する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の熱交換器はダイレクトメタノール型燃料電池のカソード排気またはアノード回路の燃料の冷却用として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱交換器の１例を示す正面図。
【図２】図１のチューブ２１部分の拡大断面図。
【図３】ダイレクトメタノール型燃料電池のプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００３１】
１  燃料タンク
２  配管
３  ポンプ
４  燃料電池
５  配管
６  熱交換器
７  ブロワ
８，９配管
１０  熱交換器
１１  水回収タンク
１２  排気管
【００３２】
１３，１４，１５  配管
２０  熱交換器
２１  チューブ
２２  タンク（又はヘッダ）
２３  フィン
２４  チューブプレート
２５  タンク本体
２６  パイプ
２７  サポート部材
２８  基板
２９  樹脂層                                                            
【図１】
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【図２】
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【図３】
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