(57)【要約】【課題】ろう付けを使用することによるフラックス洗浄工程を無くして生産工数を大幅に減少し、また、純粋純度の劣化防止並びにチューブと座板とのシール性を向上させる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器において、内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層１８が形成されてなるチューブ５、座板７，８、プレートフィン６及びタンク９，１０を嵌め合い公差により機械的に結合させ、さらに、タンク９，１０を座板７，８に取り付ける前に、チューブ５、座板７，８及びプレートフィン６からなるコアを本焼成して半硬化させたコーティング層１８を完全硬化させる。【選択図】図３
2007120813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層（１８）が形成されてなる複数のチューブ（５）と、
前記チューブ（５）の両端側部を挿入させこれら複数のチューブ（５）を所定間隔を置いて配列させる、少なくとも内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層（１８）が形成されてなる座板（７、８）と、
前記チューブ（５）に挿入して該チューブ（５）の長手方向に所定間隔を置いて複数配置されるプレートフィン（６）と、
前記座板（７、８）に取り付けられ、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させたコーティング層（１８）が形成されてなるタンク（９、１０）とを備え、
前記チューブ（５）、座板（７、８）、プレートフィン（６）及びタンク（９、１０）を嵌め合い公差により機械的に結合させ、さらに、前記タンク（９）を前記座板（７、８）に取り付ける前に、前記チューブ（５）、座板（７、８）及びプレートフィン（６）からなるコアを本焼成して半硬化させた前記コーティング層（１８）を完全硬化させた
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
少なくともチューブ（５）の内面と座板（７、８）の内面にコーティング液を塗布し乾燥させて半硬化させる工程と、
前記チューブ（５）の複数個を所定間隔を置いて前記一方の座板（７）にその一端側部を挿入配置させる工程と、
チューブ挿入孔（１３）が複数形成されたプレートフィン（６）を、前記チューブ（５）に挿入して該チューブ（５）の長手方向に所定間隔を置いて複数配置させる工程と、
前記チューブ（５）の他端側部に他方の座板（８）を挿入配置させる工程と、
前記チューブ（５）、座板（７、８）及びプレートフィン（６）からなるコアを本焼成する工程と、
本焼成後の前記座板（７、８）に、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させてなるタンク（９、１０）をかしめる工程とを備えた
ことを特徴とする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、例えば燃料電池自動車の冷却系で用いられる熱交換器及びその製造方法に関する。
【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）の冷却系には、電極等の導電性部材が燃料電池内部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り、極めて導電性の小さい純水が使用されている。また、冷却系システムの構成部品としては、導電率を悪化させないようにするために極力ステンレスを使用し、熱交換器は軽量小型化のためにアルミニウムを使用している。
【０００３】
しかし、熱交換器をアルミニウムで形成した場合、純水によってアルミニウムが腐食したり、その腐食したアルミニウム金属が純水に混入して純水導電率が悪化したりすることがある。これを防止するべく、純水の流通路となるチューブおよびタンク部材の内表面に熱硬化型有機樹脂（フェノール系、アクリル系、エポキシフェノール系）のコーティング層を形成する技術が考案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００４】
このコーティング層は、図７に示すように、コアを組み付ける組み付け工程Ｓ１、フラックスを塗布するフラックス塗布工程Ｓ２、ろう付けを行うろう付け工程Ｓ３、フラックスを取り除く洗浄工程Ｓ４の後に行われるコーティング工程Ｓ５で行われる。塗布工程Ｓ６では、チューブおよびタンク部材の内表面にコーティング液を塗布する。そして、次の処理である直立乾燥工程Ｓ８と水平乾燥工程Ｓ９でコアを直立または水平にしてそれぞれ乾燥させ、最後に焼き付け工程Ｓ１０でコーティング液を加熱してコーティング剤を内表面に焼き付ける。
【特許文献１】特開２００１−１６７７８２号公報（第４頁および第５頁、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この方法により製造される熱交換器では、ノコロックスフラックスを使ったろう付けを念頭においているため、高温（５００〜６００℃）での焼成ろう付けが必要であり、また残渣フラックスによる燃料電池冷却液の導電率悪化を引き起こすため事前のフラックス洗浄工程が必要であり、生産コストの高騰が避けられない。例えば、洗浄工程Ｓ６には、純粋をコアに入れてからフラックスが溶け出すのに１週間程度も掛かってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、ろう付けを使用することによるフラックス洗浄工程を無くして生産工数を大幅に減少し、また、純粋純度の劣化防止並びにチューブと座板とのシール性を向上させる熱交換器及びそ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】
【０００７】
本発明の熱交換器は、少なくとも内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層が形成されてなる複数のチューブと、前記チューブの両端側部を挿入させこれら複数のチューブを所定間隔を置いて配列させる、少なくとも内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層が形成されてなる座板と、前記チューブに挿入して該チューブの長手方向に所定間隔を置いて複数配置されるプレートフィンと、前記座板に取り付けられ、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させたコーティング層が形成されてなるタンクとを備え、前記チューブ、座板、プレートフィン及びタンクを嵌め合い公差により機械的に結合させ、さらに、前記タンクを前記座板に取り付ける前に、前記チューブ、座板及びプレートフィンからなるコアを本焼成して半硬化させた前記コーティング層を完全硬化させたことを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明の熱交換器の製造方法は、少なくともチューブの内面と座板の内面にコーティング液を塗布し乾燥させて半硬化させる工程と、前記チューブの複数個を所定間隔を置いて前記一方の座板にその一端側部を挿入配置させる工程と、チューブ挿入孔が複数形成されたプレートフィンを、前記チューブに挿入して該チューブの長手方向に所定間隔を置いて複数配置させる工程と、前記チューブの他端側部に他方の座板を挿入配置させる工程と、前記チューブ、座板及びプレートフィンからなるコアを本焼成する工程と、本焼成後の前記座板に、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させてなるタンクをかしめる工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
チューブは、内面だけでなく少なくとも座板に挿入される両端側部の外面にもコーティング液を塗布することが臨ましい。このようにすれば、本焼成時に半硬化したコーティング層が溶け出してチューブと座板間の隙間に入り込んでこれらの間をシールすることになる。
【００１０】
また、座板とタンクとの間には、これらの間をシールするためのシール部材を設けるようにする。また、チューブは、断面形状が円筒形状であっても偏平形状であっても構わない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器によれば、内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層を形成してなるいわばプレコートしたチューブ及び座板と、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させたコーティング層が形成されてなるタンクと、プレートフィンとを、嵌め合い公差により機械的に結合して組み付けることで、ろう付けを無くすことができる。したがって、本発明によれば、フラックス塗布工程並びにそのフラックスを取り除くフラックス洗浄工程を無くすことができ、生産工数を大幅に減少させることができる。
【００１２】
また、本発明の熱交換器によれば、チューブ、座板及びプレートフィンからなるコアを本焼成しているので、プリコートされた半硬化したコーティング層が溶けてチューブと座板との隙間に入り込み、これらの間をシールできる。
【００１３】
本発明の熱交換器の製造方法によれば、チューブ、座板及びプレートフィンを組み立ててコアを形成した後、そのコアを本焼成すると、内面にコーティング液が塗布され乾燥して半硬化したコーティング層がその熱で溶け出し、チューブと座板間の隙間にコーティング液が入り込み完全硬化する。そのため、本発明方法では、チューブと座板間のシール性能を高めることができ、しかも純粋純度の劣化防止を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、本実施の形態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。
【００１６】
「ＦＣＥＶ冷却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。
【００１７】
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、燃料電池本体２で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。
【００１８】
「熱交換器の概略構成」
本実施の形態の熱交換器４は、図２及び図３に示すように、複数個のチューブ５と、チューブ５に挿入して該チューブ５の長手方向に所定間隔を置いて複数配置されるプレートフィン６と、チューブ５の両端側部を挿入させこれら複数のチューブ５を所定間隔を置いて配列される座板７、８と、この座板７、８にかしめて取り付けられるタンク９、１０と、座板７、８とタンク９、１０間をシールするシール部材１１、１２とから構成される。
【００１９】
前記チューブ５、プレートフィン６及び座板７、８は、何れも軽量小型化を目的としてアルミニウムによって形成されている。チューブ５は、例えば断面円形状をなす円筒体として形成され、その内部に循環水である純水が流通する。このチューブ５の内面には、後述するがエポキシ系熱硬化型のコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層が形成されている。
【００２０】
プレートフィン６は、チューブ５内を流れる純水と周囲通過の空気との間で熱交換を促進させる冷却フィンとして機能するもので、長方形状をなすプレートとして形成されている。このプレートフィン６には、各チューブ５を挿入させるチューブ挿入孔１３が形成されている。チューブ挿入孔１３は、その内径寸法とチューブ５の外径寸法との嵌め合い公差により、該チューブ５に対して所定位置にプレートフィン６を配置した後はずれ落ちないように機械的に結合される寸法関係とされている。
【００２１】
座板７、８には、チューブ５の複数個を所定間隔を置いて挿入配置させるチューブ挿入配置孔１４、１５が形成されている。チューブ挿入配置孔１４、１５は、チューブ挿入孔１３と同様、その内径寸法とチューブ５の外径寸法との嵌め合い公差により、該チューブ５の両端側部を挿入させた後はずれ落ちないように機械的に結合される寸法関係とされている。また、この座板７、８の内面には、チューブ５と同様、エポキシ系熱硬化型のコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層が形成されている。
【００２２】
タンク９、１０には、純水を各チューブ５に供給するための冷媒導入排出パイプ１６、１７が取り付けられている。このタンク９、１０の内面には、後述するが、エポキシ系熱硬化型のコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化してなるコーティング層が形成されている。かかるタンク９、１０は、例えばより一層の軽量化を目的として炭素繊維強化樹脂にて形成されている。
【００２３】
シール部材１１、１２は、座板７、８とタンク９、１０間をシールするもので、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン三元共重合体）によって形成されている。
【００２４】
このように構成された熱交換器４では、一方の冷媒導入排出パイプ１７からタンク１０内に導入された純水がそれぞれのチューブ５を流れ、その各チューブ５を流れる過程でコアを通過する空気との間で熱交換された後、他方のタンク９に合流し、他方の冷媒導入排出パイプ１６から排出されることで、燃料電池本体２を適正な温度に保つようになっている。
【００２５】
「熱交換器の製造方法」
次に、上述した熱交換器４の製造方法について説明する。先ず、チューブ５の内面及び外面と、座板７、８の内面にコーティング液を塗布し乾燥させて半硬化させる工程を行う。コーティング液には、エポキシ系熱硬化型のコーティング液を使用する。コーティング液を塗布したら約８０℃以下の温度で乾燥させて半硬化させる。これによって、チューブ５の内面及び外面と座板７、８の内面には、プレコートされたコーティング層１８が形成される。
【００２６】
次に、チューブ５の複数個を所定間隔を置いて一方の座板７にその一端側部を挿入配置させる工程を行う。すなわち、図４（Ａ）に示すように、座板７に形成されたチューブ挿入配置孔１４のそれぞれにチューブ５の一端側部を挿入する。その結果、チューブ５と座板７、８は、それらのチューブ５の外径寸法とチューブ挿入配置孔１４の内径寸法の嵌め合い公差により機械的に結合されて固定される。
【００２７】
次に、プレートフィン６を座板７に固定されたチューブ５の他端側部より挿入して該チューブ５の長手方向に所定間隔を置いて複数配置させる。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、座板７に固定されたチューブ５の他端側部に、プレートフィン６に形成されたチューブ挿入孔１３を挿通させる。そして、プレートフィン６をチューブ５の所定高さ位置にスライドさせる。この工程を繰り返してプレートフィン６をチューブ５の長手方向に所定間隔を置いて複数配置させる。
【００２８】
次に、図５に示すように、チューブ挿入配置孔１４から座板７の内面に突き出たチューブ５の先端部（冷媒流通孔）にポンチ１９を押し込んで、当該チューブ５の先端側部を押し広げてかしめる。これにより、チューブ５と座板７との結合力が増す。
【００２９】
そして、次に、チューブ５の他端側部に他方の座板８を挿入配置させる工程を行う。この工程は、先のチューブ５の一端側部に一方の座板７を挿入配置させる工程と同様であるのでその説明は省略する。
【００３０】
次に、このように組み付けられたチューブ５、座板７、８及びプレートフィン６からなるコアを本焼成する工程を行う。本焼成は、ヒータなどの加熱手段によって約１２０℃以上の熱でコアを加熱する。すると、半硬化状態にあったコーティング層１８は、図６（Ａ）に示すように熱によって溶け出し、チューブ挿入配置孔１４、１５とチューブ５間の隙間及びチューブ挿入孔１３とチューブ５間の隙間にそれぞれ入り込んだ後、流動硬化して完全に硬化する。
【００３１】
次に、本焼成後の座板７、８に、図６（Ｂ）に示すように、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させたコーティング層１８を形成してなるタンク９、１０をかしめる工程を行う。これで、ろう付け無しで機械的結合のみで組み立てられた熱交換器４が完成する。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、内面にコーティング液を塗布し乾燥して半硬化させたコーティング層１８を形成してなるいわばプレコートしたチューブ５及び座板７、８と、内面にコーティング液を塗布し乾燥して完全硬化させたコーティング層１８が形成されてなるタンク９、１０と、プレートフィン６とを、嵌め合い公差により機械的に結合して組み付けることで、ろう付けを無くすことができる。したがって、本実施の形態によれば、フラックス塗布工程並びにそのフラックスを取り除くフラックス洗浄工程を無くすことができ、生産工数を大幅に短縮することができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、チューブ５、座板７、８及びプレートフィン６からなるコアを本焼成しているので、プリコートされた半硬化したコーティング層１８が溶けてチューブ５と座板７、８との隙間に入り込み、これらの間をシールすることができ、しかも熱交換器４を流れる純粋純度の劣化防止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】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。
【図２】本実施の形態の熱交換器の斜視図である。
【図３】本実施の形態の熱交換器の分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は一方の座板にチューブを挿入配置した状態を示す要部拡大断面図、図４（Ｂ）はプレートフィンを挿入配置した状態を示す要部拡大断面図である。
【図５】座板の内面側に突出するチューブの先端部にポンチを押し込んでチューブと座板をかしめた状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】図６（Ａ）はコアを本焼成した状態を示す要部拡大断面図、図６（Ｂ）は座板にタンクをかしめて取り付けた状態を示す要部拡大断面図である。
【図７】従来の熱交換器の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１…冷却系システム
２…燃料電池本体
３…ポンプ
４…熱交換器
５…チューブ
６…プレートフィン
７、８…座板
９、１０…タンク
１１、１２…シール部材
１３…チューブ挿入孔
１４、１５…チューブ挿入配置孔
１８…コーティング層
【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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