(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】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る積層部にアルミニウムからなる座板１７を組み付けコア部１９を組み立てる組み付け工程と、フラックスがチューブ内部に侵入しないように前記チューブの端部を密閉するチューブ密閉工程と、前記組み付け工程と前記チューブ密閉工程の後、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を備える。チューブの端部を密閉するには、密閉ブロック２２，２３でチューブ端部を塞ぐ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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る積層部にアルミニウムからなる座板（１７）を組み付けコア部（１９）を組み立てる組み付け工程と、
フラックスがチューブ内部に侵入しないように前記チューブの端部を密閉するチューブ密閉工程と、
前記組み付け工程と前記チューブ密閉工程の後、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循環水が、プロトン触媒に直接接触するため、触媒被毒の観点から、金属等のイオンの循環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ている。
【０００５】
このような熱交換器のコアは、先ず、噴射法により濃度の低いフラックス(例えば、非腐食性のノコロックフラックス）をコア全体に付着させ、次いで、浸漬法により濃度の高いフラックス（例えば、ノコロックフラックス）を部分的に付着させる。噴射法で濃度の低いフラックスを付着させる部位は、チューブとフィン間及びチューブと座板間とし、浸漬法で濃度の高いフラックスを付着させる部位は、チューブと座板間としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
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、フラックスとして前記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、水中で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。
【０００７】
そこで、さらに従来においては、フラックスが熱交換器内部に出来る限り侵入しないように、フラックスを熱交換器外部に塗布すること、チューブと座板間の嵌合クリアランスを狭めるなどの製造上の対処をすること、純水などの温水で残渣フラックスを洗浄すること、などの処理を行っている。
【特許文献１】特開２００１−１６７７８２
【特許文献２】特開２００４−２３３０１１
【特許文献３】特開２００５−２０３２０１
【特許文献４】特開２００５−１９６９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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り、熱交換器の量産化を達成し得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】
【００１０】
本発明の燃料電池用熱交換器の製造方法は、アルミニウムからなる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アルミニウムからなる座板を組み付けコア部を組み立てる組み付け工程と、フラックスがチューブ内部に侵入しないように前記チューブの端部を密閉するチューブ密閉工程と、前記組み付け工程と前記チューブ密閉工程の後、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。
【００１１】
チューブ密閉工程としては、座板から突出するチューブの両端部に密閉部材を配置し、該密閉部材にてチューブ内に形成される流路を密閉する方法と、座板から突出するチューブの両端部を加締めてチューブ内に形成される流路を密閉する方法が採用できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池用熱交換器の製造方法によれば、コア部を組み立てた後、チューブの端部を密閉しているので、このチューブ密閉工程後のろう付け工程においてフラックスがチューブ内部に侵入するのを防止することができる。したがって、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、その後に行う残渣フラックス除去工程を短時間化することができ、また燃料電池用熱交換器の量産化が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
「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。
【００１６】
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。
【００１７】
「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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１７ａが穿設されており、各チューブ１１の端部が嵌合孔１７ａ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（後述する図４参照）。
【００２０】
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。
【００２１】
「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し、コア部を組み立てる組み付け工程でのコア部全体を示す正面図、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でのチューブ端部の斜視図、図５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でのチューブ端部と座板部分の要部拡大断面図、図６は熱交換器の製造プロセスを示し、チューブの端部を密閉するチューブ密閉工程でのチューブ端部密閉装置の正面図、図７は熱交換器の製造プロセスを示し、ろう付け工程後にタンクカバーを取り付けた状態のチューブ端部の要部拡大断面図である。
【００２２】
本実施の形態の熱交換器４を製造するには、先ず、図３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からなる積層部にアルミニウムからなる座板１７を組み付ける。これで、コア部１９が形成される。
【００２３】
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１７ａが形成されている。この嵌合孔１７ａに挿入されたチューブ１１の端部１１ａは、図４及び図５に示すように、座板１７より相当量の突出量を持って突出されている。チューブ１１の端部１１ａは、少なくとも座板１７の外周枠上面１７ｂの位置よりも突出した位置にある。
【００２４】
次に、フラックスがチューブ内部（チューブ１７に形成された流路２０）に侵入しないように、該チューブ１１の端部を密閉する。チューブ端部を密閉するには、図６に示すチューブ端部密閉装置２１を使用する。
【００２５】
チューブ端部密閉装置２１は、後工程のろう付け工程でコア部構成材料のアルミニウム材との溶着を防ぐためにカーボン材料からなる密閉ブロック２２，２３と、コア部１９の上下に配置した密閉ブロック２２，２３を連結して互いの距離を近づけることでチューブ１１の流路２０を密閉する連結シャフト２４と、この連結シャフト２４に締結されるナット２５とからなる。
【００２６】
このチューブ端部密閉装置２１を使用してチューブ１１の端部を密閉するには、コア部１９の一端側（一方の座板１７側）に一方の密閉ブロック２２を配置した後、コア部１９の他端側（他方の座板１７側）に他方の密閉ブロック２３を配置する。そして、両方の密閉ブロック２２，２３に連結シャフト２４を通し、その連結シャフト２４の両端にナット２５をそれぞれ締め付ける。ナット２５を締め付けることで、座板１７から突き出たチューブ１１の端部１１ａが前記密閉ブロック２２，２３と隙間無く密着してチューブ内部の流路２０が密閉（チューブ端部が密閉）される。また、ナット２５を締めることで、コア部１９が固定されることになる。
【００２７】
そして、チューブ密閉工程後、フラックスをコア部１９にスプレーまたははけ等などを使用して塗る。このとき、チューブ１１の端部１１ａは密閉ブロック２２，２３によって隙間無く密着されているため、チューブ１１内の流路２０にフラックスが侵入するのが抑制、或いは防止される。
【００２８】
通常、残渣フラックスの付着部位は、チューブ１１と座板１７の接合部およびチューブ内面（流路２０）であるが、特に、チューブ内面に付着する残渣フラックスは機械的な除去が困難であるから極力チューブ内部へのフラックス侵入を抑制する必要がある。チューブ内部へのフラックス侵入要因は、主に炉中のフラックス分解ガス成分である。しかながら、本実施の形態では、密閉ブロック２２，２３によってチューブ内部へのフラックスの侵入を防止できることから、当該チューブ内部の残渣フラックスを無くすことができる。
【００２９】
次に、このチューブ端部密閉装置２１ごと炉内に入れて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。このとき、チューブ端部は密閉されていることから炉中のフラックス分解ガス成分のチューブ内部への侵入が防止される。そして、炉からチューブ端部密閉装置２１を取り出し、ナット２５を外してコア部１９を取り出す。そして、このコア部１９を洗浄して残渣フラックスを除去した後、座板１７に、図７に示すように、タンクカバー１８を加締めて取り付ける。これで熱交換器４が完成する。本実施の形態では、残渣フラックスの量が極めて少ないため、従来２４時間以上掛かっていた洗浄時間を１時間程度に短縮することが可能となる。
【００３０】
本実施の形態の製造方法によれば、コア部１９を組み立てた後、チューブ１１の端部１１ａを密閉しているので、このチューブ密閉工程後のろう付け工程においてフラックスがチューブ内部に侵入するのを防止することができる。したがって、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、その後に行う残渣フラックス除去工程を短時間化することができ、また熱交換器４の量産化が容易になる。
【００３１】
「その他の実施形態」
図８はチューブ密閉工程の別の例を示し、チューブ端部と座板部分の要部拡大断面図である。ここでは、座板１７から突出したチューブ１１の一部を加締めて加締め部２６を形成することで流路２０を閉塞する。そして、加締めを全てのチューブ１１に対して行った後、コア部１９をチューブ端部密閉装置２１に装着させフラックスを塗る。フラックスを塗り終えたらコア部１９をチューブ端部密閉装置２１ごと炉内に入れてろう付けし、ろう付け後、加締め部２６を切断して新たな開口を形成する。その後、洗浄して座板１７にタンクカバー１８を取り付けることで熱交換器４を完成させる。
【００３２】
この実施の形態の製造方法では、先の実施の形態と同様、チューブ端部を加締めて密閉しているので、フラックスのチューブ内部への侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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し、コア部を組み立てる組み付け工程でのコア部全体を示す正面図である。
【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でのチューブ端部の斜視図である。
【図５】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でのチューブ端部と座板部分の要部拡大断面図である。
【図６】熱交換器の製造プロセスを示し、チューブの端部を密閉するチューブ密閉工程でのチューブ端部密閉装置の正面図である。
【図７】熱交換器の製造プロセスを示し、ろう付け工程後にタンクカバーを取り付けた状態のチューブ端部の要部拡大断面図である。
【図８】チューブ密閉工程の別の例を示し、チューブ端部と座板部分の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
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…嵌合孔
１８…タンクカバー  
１９…コア部
２０…流路
２１…チューブ端部密閉装置
２２，２３…密閉ブロック
２６…加締め部
【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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