(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を流通させる多数のチューブ(2)の端部をタンク(3)に接続し、前記液体を介して燃料電池との間で熱交換を行う熱交換器(1)における液体側を表面処理する方法において、
比較的粘度の低い樹脂溶液(11)を前記チューブ(2)の内部に循環通過させてコーティングする第１処理工程と、
前記樹脂溶液(11)の循環を止め、前記熱交換器(1)を減圧状態で乾燥させる乾燥工程と、
タンク(3)に開口するチューブ(2)の端部を前記第１処理工程より高い粘度の樹脂溶液(11)でコーティングする第２処理工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の表面処理方法。
【請求項２】
第１処理工程における樹脂溶液(11)の粘度を５秒〜１００秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）の範囲、第２処理工程における樹脂溶液(11)の粘度を１０秒〜１０５秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）の範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の表面処理方法。
【請求項３】
樹脂溶液(11)がエポキシ系樹脂の溶液またはフッ素系樹脂の溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の表面処理方法。
【請求項４】
樹脂溶液(11)でコーティングする部分に前もって下地処理を施すことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換器の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属イオンが溶出すると支障を生じる液体、例えば純水，エチレングリコール水などを熱交換するための熱交換器において、その液体側を樹脂コーティングにより表面処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用の燃料電池は、高分子膜型のスタックを有し、そのスタック内には反応制御のために純水が循環される。純水はスタック内で温度上昇するため、外部の熱交換器で熱交換して冷却される。この純水はスタック内で直接接触するが、その際、純水に金属イオンが含まれると、液を通して漏電し、電池の電圧低下を招くおそれがある。そのため熱交換器は金属イオンが溶出しないものを使用する必要がある。
【０００３】
一般的な熱交換器は多数の金属チューブを並列に配列し、その両端部を金属製のチューブプレートに溶接やろう付けなどで接続し、さらに各金属チューブの外側にコルゲートフィンなどの放熱部を設けて構成される。金属チューブをステンレスチューブとした熱交換器は金属イオンが溶出しないので、純水などの熱交換用として適している。しかし、ステンレス製の熱交換器は高価であり、重量が大きく熱伝導率も低いという問題がある。
【０００４】
そこでステンレス製の熱交換器に代わるものとして、アルミニウム製またはアルミニウム合金製（以下、本発明ではこれらを単にアルミニウム製という）のチューブを使用した熱交換器を用い、その液体側（すなわちチューブの内面やタンクに開口する端部）を表面処理し、金属イオンであるアルミニウムイオンの溶出を防止する技術が開発されている。なおアルミニウム製のチューブにおける液体側の表面処理は、エポキシ系などの熱硬化性樹脂をコーティングする方法が、特開2001-167782 公報，特許第3172730 号その他として記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが種々検討した結果、チューブの内面に樹脂溶液を流通させる場合において、コーティングに使用する樹脂溶液の粘度が高いとチューブ内面にコーティングムラを生じ、それがピンホール発生の原因になることが分かった。そしてピンホールが発生するとそこからアルミニウムイオンが溶出して純水に混入するので好ましくない。
【０００６】
一方、タンクに開口するチューブの端部には、通常、鋭角なエッジ部が形成される。そして本発明者らの検討の結果、このようなエッジ部の回りを樹脂溶液でコーティングする場合において、コーティングに使用する樹脂溶液の粘度が低いとエッジ部にピンホールが発生し易くなることが分かった。
【０００７】
チューブ内面および端部の両方にピンホールを発生させないように樹脂コーティングするには、比較的粘度の低い樹脂溶液を複数回被着させる方法が考えられる。しかし該方法では樹脂コーティング層の厚さが必然的に大きくなり、熱交換効率を低下させるという別の問題が発生する。
そこで本発明は、樹脂コーティングにより熱交換器の内面側の表面処理におけるこのような問題を解決することを課題とし、そのための新しい表面処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、液体を流通させる多数のチューブの端部をタンクに接続し、前記液体を介して燃料電池との間で熱交換を行う熱交換器における液体側を表面処理する方法において、
比較的粘度の低い樹脂溶液を前記チューブの内部に循環通過させてコーティングする第１処理工程と、
前記樹脂溶液の循環を止め、前記熱交換器を減圧状態で乾燥させる乾燥工程と、
タンクに開口するチューブの端部を前記第１処理工程より高い粘度の樹脂溶液でコーティングする第２処理工程とを有することを特徴とする熱交換器の表面処理方法である（請求項１）。
【０００９】
上記表面処理方法において、第１処理工程における樹脂溶液の粘度を５秒〜１００秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）の範囲、第２処理工程における樹脂溶液の粘度を１０秒〜１０５秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）の範囲とすることが望ましい（請求項２）。即ち、ＪＩＳ−Ｋ−５６００−２−２に記載されている、フォードカップのＮｏ．４カップ（内径0.162in)で２５°Ｃにおいて、第１処理工程では100 mlの試料がオリフィスを通って流出する時間が、５〜１００秒であり、第２処理工程では１０秒〜１０５秒である。
【００１０】
上記いずれかの表面処理方法において、樹脂溶液としてエポキシ系樹脂の溶液またはフッ素系樹脂の溶液を使用することができる（請求項３）。
【００１１】
上記いずれかの表面処理方法において、樹脂溶液でコーティングする部分には前もって下地処理を施すことが望ましい（請求項４）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る熱交換器の表面処理方法の第１工程を説明する図、図２は同じく第２工程を説明する図である。この例は、タンク本体(3a)がアルミニウム材からなるものであり、タンク本体(3a)も内面被覆する必要がある場合に適用される。
【００１３】
この例の熱交換器１は、多数のアルミニウム製の並列されたチューブ２と、それらチューブ２の両端部が液密に貫通するチューブプレート３ｂおよび、そのチューブプレート３ｂが被嵌される一端開口の細長い箱状のタンク本体３ａとを有する。そしてそのチューブプレート３ｂとタンク本体３ａとでタンク３が構成される。
夫々のタンク３には出入口パイプ４，５が連通されている。なお、各チューブ２の外面にはアルミニウム製のコルゲートフィン６または図示しないプレートフィンがろう付けなどにより固定されている。
【００１４】
次にこれらの図を参照して本発明の表面処理方法を説明する。
（第１処理工程）
先ず、図１により第１処理工程を説明する。図１のように組み立てた熱交換器１の一方の出入口パイプ４と他方の出入口パイプ５を、それぞれ容器７に連通する循環配管１０に接続する。そしてポンプ９を運転すると、容器７に貯留された樹脂溶液１１は循環配管１０の一方から液体の出入口パイプ４を経てチューブ２の内部を通過して他方の出入口パイプ５から流出し、再び容器７に戻る。
【００１５】
樹脂溶液１１の循環によりチューブ２の内面にピンホールを発生しないように均一に且つ、必要最小限の厚さに樹脂コーティングを形成するには、本発明者の実験により、樹脂溶液の粘度を５秒〜１００秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）、好ましくは１０秒〜３０秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）程度の比較的低い範囲で流通させればよいことが分かっている。なお、上記の括弧内の（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）等の意味は既に述べているので省略する。
【００１６】
なお、樹脂溶液の粘度は樹脂の溶剤濃度および樹脂溶液温度を調整することにより容易に設定することができる。溶剤としては、例えばビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂の場合にはシンナー（セロスルブアセテートとノルマルブタンの混合液）などが使用される。
【００１７】
均一な樹脂コーティングが形成されたら、ポンプ９を停止して樹脂溶液１１の循環を止め、熱交換器１から循環配管１０を外した後、その内部の残留樹脂溶液を排出してから乾燥処理を行う。乾燥処理は加熱乾燥または自然乾燥でもよいが、真空ポンプにより熱交換器１の乾燥処理部分を真空もしくは減圧状態に維持して乾燥することが望ましい。このような真空もしくは減圧乾燥を行うと、ピンホールの発生をより効果的に抑制することができる。なお減圧の範囲は１０-2〜１Ｔｏｒｒ程度が望ましい。
【００１８】
（第２処理工程）
次に図２により第２処理工程を説明する。第１処理工程が終了した熱交換器１の他方のタンク３を樹脂溶液１１の貯留された容器８内に浸漬する。浸漬により樹脂溶液１１は出入口パイプ５からタンク３内に浸入し、それによってチューブ２の端部のエッジ部周りの樹脂コーティングが行われる。また、アルミニウム素材である出口パイプ５の内表面も同時にコーティングされ、ホース部からおこる隙間腐蝕を防ぐと共に、イオンの溶出も防止できる。
【００１９】
チューブ２の端部のエッジ部周りにピンホールが発生しないように均一に且つ必要最小限の厚さに樹脂コーティングを形成するには、本発明者の実験によれば、樹脂溶液の粘度を第１処理工程より高く、一般的には１０〜１０５秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）好ましくは２０〜５０秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）程度の範囲で行えばよいことが分かっている。なお、樹脂溶液の粘度は第１処理工程の場合と同様に、樹脂の溶剤濃度および樹脂溶液温度を調整することにより容易に設定することができる。
【００２０】
図２のように熱交換器１における他方のタンク３（すなわちチューブ２の他方の端部側）からの樹脂コーティング処理が終了したら、次に熱交換器１を上下反転して一方のタンク３からの樹脂コーティング処理を上記と同様な方法で行う。
次いで第１処理工程と同様に乾燥処理を行うことにより熱交換器１における液体側の表面処理が完了する。
上記各工程によりタンク３内およびチューブ端２ａは、第１処理工程および、第２処理工程により二重の樹脂コーティン層が形成される。
【００２１】
第１処理工程および第２処理工程に先立って、樹脂コーティングすべき部分には下地処理を施すことが望ましい。このような下地処理を施すと、樹脂コーティングとの密着性を向上させると共に、ピンホール発生をより確実に防止することができる。
アルミニウム製のチューブ２等の下地処理としては、従来この分野で周知のアルカリ−クロム酸塩法、ベーマイト法、クロム酸塩法、リン酸−クロム酸塩法、リン酸−亜鉛法、およびジルコン酸塩，チタン酸塩などのノンクロメート化成処理法等により行うことができる。
【００２２】
次に、タンク本体３ａが樹脂タンクの場合には、熱交換器コアのみに、前記第１処理工程と第２処理工程が順に行なわれる。図３，図４は夫々の処理工程の説明図である。
即ち、この例では、多数の並列されたチューブ２と各チューブ２間に固定された多数のコルゲートフィン６と、チューブ２両端が液密に貫通固定された一対のチューブプレート３ｂとで熱交換器コアが構成される。そこで、図３の如く、夫々のチューブプレート３ｂにコーティング剤塗布用の一対の仮タンク本体１２が被嵌され、その仮タンク本体１２を介して、図１に準じて、粘性の低い樹脂が各チューブ２の内面およびチューブプレート３ｂの内面にコーティングされる。
【００２３】
次いで、仮タンク本体１２が取り外されて、図４の如く、粘性の高い樹脂コーティング剤を有する容器８内にチューブプレート３ｂの内面およびチューブ端２ａが浸漬されて、コーティング処理される。
【００２４】
【実施例】
図１および図２に示す方法で熱交換器１におけるチューブ２の内面とその両端部に樹脂コーティングを行った。使用した樹脂溶液１１は、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂を溶剤であるシンナーに溶解して調整した。樹脂コーティングの前に樹脂コーティングすべき部分を十分に水洗処理をし、次いで前記のようなノンクロメート化成処理法により下地処理を施した。
【００２５】
上記の下地処理後、先ず図１に示す第１処理工程で主としてチューブ２の内面に樹脂コーティング処理を行った。その際、樹脂溶液を粘度１５秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）温度２０℃で循環した。樹脂コーティング処理をした後、熱交換器１の内部を減圧乾燥処理した。
【００２６】
次に図２に示す第２処理工程でチューブ２の両端部の樹脂コーティング処理を行った。その際、樹脂溶液の粘度は粘度２０秒（＃４Ｆ．ａｔ２５°Ｃ）とし、温度は２０℃とした。
第２処理を終了後、前記と同様に熱交換器１の内部を減圧乾燥処理した。処理後の熱交換器１のチューブ２の内面および端部周りには５μｍの樹脂層が均一に形成されており、且つ、ピンホールは見当たらなかった。次に、この熱交換器１に濃度０．５％、温度５０℃の食塩水を１時間循環させたが腐蝕部分は発生しなかった。
【００２７】
一方、比較のために、前記第１処理工程における樹脂濃度を前記第２処理工程の樹脂と同じような高めに設定してチューブ２の内面の樹脂コーティング処理をしたところ、樹脂コーティング層にムラが発生し、それによって複数のピンホールが散見された。また前記第２処理工程における樹脂濃度を前記第１処理工程の樹脂と同じように低めに設定してチューブ２の端部周りの樹脂コーティング処理をしたところ、エッジ部分に複数のピンホールが散見された。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る燃料電池との間で熱交換を行う熱交換器における液体側の表面処理方法は、比較的粘度の低い樹脂溶液をチューブの内部に循環通過させてコーティングする第１処理工程と、その樹脂溶液の循環を止め、熱交換器を減圧状態で乾燥させる乾燥工程と、
タンクに開口するチューブの端部を前記第１処理工程より高い粘度の樹脂溶液でコーティングする第２処理工程とを有することを特徴とする。そのためチューブ内面と端部のエッジ部のいずれにもピンホールを発生させることなく、且つ必要最小限の層厚で樹脂コーティング処理を行うことができる。
【００２９】
上記の表面処理方法において、樹脂溶液でコーティングする部分には前もって下地処理を施すことができる。このような下地処理を行うことにより、ピンホールの発生をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面処理方法における第１処理工程を説明する図。
【図２】本発明の表面処理方法における第２処理工程を説明する図。
【図３】本発明の他の例の表面処理方法における第１処理工程を説明する図。
【図４】同表面処理方法における第２処理工程を説明する図。
【符号の説明】
１  熱交換器
２  チューブ
２ａ  チューブ端
３  タンク
３ａ  タンク本体
３ｂ  チューブプレート
４  出入口パイプ
５  出入口パイプ
６  コルゲートフィン
７  容器
８  容器
９  ポンプ
１０  循環配管
１１  樹脂溶液
１２  仮タンク本体
【図１】
0004214446.tif 000002
【図２】
0004214446.tif 000003
【図３】
0004214446.tif 000004
【図４】
0004214446.tif 000005