(57)【要約】【課題】短時間でコア部内の導電率を検出可能となし、熱交換器の製造サイクルタイムを短縮す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。【解決手段】フラックス塗布後にコア部の内部に残った残渣フラックスを取り除く洗浄工程の中で、コア部内の導電率を検査するようにする。導電率検査は、純水をコア部内に注入し浸漬させた時点から２４時間経過するまでの任意時間で計測した導電率を基に、１０分後の導電率から２４時間後を、予め求めておいた実験値から予測して合否判定を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ（５）とコルゲートフィン（６）と座板（１８，１９）を組み付けて構成したコア部（２０）に、ろう付け用のフラックスを塗布するフラックス塗布工程（Ｓ２）と、
前記フラックス塗布工程（Ｓ２）でフラックスが塗布された前記コア部（２０）を加熱処理してろう付けするろう付け工程（Ｓ３）と、
前記ろう付け工程（Ｓ３）後、前記コア部（２０）の流路内にアルカリ洗浄液を注入して残渣フラックスを取り除くアルカリ洗浄工程（Ｓ５）と、
前記アルカリ洗浄工程（Ｓ５）後、前記コア部（２０）の流路内に純水を注入して残渣フラックスを取り除くと共にその洗浄時にコア部（２０）内の導電率を検査する洗浄検査工程（Ｓ６）と、
前記洗浄検査工程（Ｓ６）後、前記コア部（２０）の内面に樹脂コーティング層（１２）を形成するコーティング工程（Ｓ７）と、を有する
ことを特徴とする燃料電池用熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、
前記洗浄検査工程（Ｓ６）では、純水（４１）を満たした洗浄液槽（４０）から前記コア部（２０）の入口（１０）より純水（４１）を導入し、該コア部（２０）の出口（１１）から洗浄後の純水（４１）を排水して前記洗浄液槽（４０）に戻すことで洗浄を行い、前記コア部（２０）の出口（１１）部分及び前記洗浄液槽（４０）内に設けた導電率検出手段（４３，４４）にて導電率を検出し、該コア部（２０）の出口（１１）部分の導電率から洗浄液槽（４０）内の導電率を引いて算出する
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、詳細には、導電率検査時間の短縮を図る技術に関する。
【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。
【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】
また、洗浄後は、コア部内の導電率が所定値以下であるか否かを検査する導電率検査工程が行われる。この導電率検査工程では、純水をコア部内に２４時間浸漬した後、導電率検出センサーを用いて導電率を検査している。
【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】
【００１０】
このように、従来工程では、コア部内の導電率を検査するまでには２４時間、純水に浸して置く必要があるため、その作業に長時間を要していた。
【００１１】
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、短時間でコア部内の導電率を検出可能となし、熱交換器の製造サイクルタイムを短縮す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】
【００１２】
請求項１に記載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座板を組み付けて構成したコア部に、ろう付け用のフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、前記フラックス塗布工程でフラックスが塗布された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、前記ろう付け工程後、前記コア部の流路内にアルカリ洗浄液を注入して残渣フラックスを取り除くアルカリ洗浄工程と、前記アルカリ洗浄工程後、前記コア部の流路内に純水を注入して残渣フラックスを取り除くと共にその洗浄時にコア部内の導電率を検査する洗浄検査工程と、前記洗浄検査工程後、前記コア部の内面に樹脂コーティング層を形成するコーティング工程と、を有したことを特徴とする。
【００１３】
導電率検査は、純水をコア部内に注入し浸漬させた時点から２４時間経過するまでの任意時間で計測した導電率を基に、５〜１０分後の導電率から２４時間後を、予め求めておいた実験値から予測して合否判定を行う。
【００１４】
請求項２に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法は、請求項１に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法であって、前記洗浄検査工程では、純水を満たした洗浄液槽から前記コア部の入口より純水を導入し、該コア部の出口から洗浄後の純水を排水して前記洗浄液槽に戻すことで洗浄を行い、前記コア部の出口部分及び前記洗浄液槽内に設けた導電率検出手段にて導電率を検出し、該コア部の出口部分の導電率から洗浄液槽内の導電率を引いて算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の燃料電池用熱交換器の製造方法によれば、アルカリ洗浄後の純水によるコア部内洗浄時に導電率を検査する工程も同時に行うことで、これまで長時間要していた導電率検査時間を大幅に短縮することができる。これにより、熱交換器の製造サイクルタイムを短縮することができる。
【００１６】
請求項２に記載の燃料電池用熱交換器の熱交換器によれば、コア部の出口部分に設けた導電率検出手段と洗浄液槽内に設けた導電率検出手段によりそれぞれの部位の導電率を検出し、該コア部の出口部分の導電率から洗浄液槽内の導電率を引いて算出することで、正確な導電率を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
まず、本実施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ＦＣＥＶ冷却系システムについて簡単に説明する。
【００１９】
「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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
「燃料電池用熱交換器の構成及びその製造方法の説明」
図２は本実施形態の製造方法により製造される燃料電池用熱交換器の断面図、図３は本実施形態の製造方法を工程順に示す工程図、図４は本実施形態の製造方法における第１の組み付け工程を示す図、図５は本実施形態の製造方法における洗浄検査工程を示す図、図６（Ａ）は純水をコア部内に浸漬させたときの任意時間における導電率をプロットした実験データ図、図６（Ｂ）は（Ａ）の純水浸漬開始から１０分後の導電率を示す実験データ図、図７は導電率検査時間の比較データを示す図、図８は本実施形態の製造方法におけるコーティング工程でのコーティング手順を示す図、図９は本実施形態の製造方法における第２の組み付け工程でのタンク組み付け状態を示す図である。
【００２３】
先ず、本実施形態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。
【００２４】
この実施形態の燃料電池用熱交換器（以下、単に熱交換器という）４は、図２に示すように、アルミニウム材より偏平長尺形状とされ、内部に循環水である純水を流通させる冷媒通路１３が形成されたチューブ５と、アルミニウム材より波形状とされ、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できるようになっているコルゲートフィン６とを有し、これらチューブ５とコルゲートフィン６とを交互に複数積層することによって積層部を形成し、その積層部の上下端にアルミニウムからなるタンク部８、９を取り付けることにより構成されている。このとき、チューブ５、コルゲートフィン６およびタンク部８、９の互いの接触箇所は、それぞれろう付けによって固定されている。
【００２５】
一方のタンク部８は、燃料電池本体２から流入する純水を導入させる入口側のタンクであり、その一端側に冷媒入口パイプ１０を有している。他方のタンク部９は、熱交換器４の内部を流れて冷却された純水を排出する出口側のタンクであり、その他端側に冷媒出口パイプ１１を有している。なお、冷媒入口パイプ１０及び冷媒出口パイプ１１は、タンク部８、９の上端または下端に設けられているが側面に設けられていてもよい。そして、冷媒入口パイプ１０より流入した純水は、一方のタンク部８の冷媒通路１４より各チューブ５内の冷媒通路１３を分流し、他方のタンク部９の冷媒通路１５で再び合流して冷媒出口パイプ１１より流出する。
【００２６】
これに加えて、この熱交換器４では、内部を流れる純水によってその内面が腐食しないように、コーティング液が塗布されてなる樹脂コーティング層１２が形成されている。この樹脂コーティング層１２は、チューブ５の冷媒通路１３だけではなく、タンク部８、９の冷媒通路１４、１５、入口パイプ１０および出口パイプ１１の冷媒通路１６、１７からなる熱交換器４の内表面の全てに形成されている。
【００２７】
次に、上記構成の熱交換器４の製造方法について説明する。初めに、第１の組み付け工程Ｓ１を行う。第１の組み付け工程Ｓ１では、図４に示すように、チューブ５とコルゲートフィン６とを交互に積層して積層部を形成した後、この積層部の両端に、タンク部８，９を構成する構成部品の一つである座板１８、１９を組み付ける。このプロセスを経ることにより、コア部２０が組み立てられる。
【００２８】
次に、フラックス塗布工程Ｓ２を行う。フラックス塗布工程Ｓ２では、コア部２０にろう付け用のフラックスを塗布する。本実施形態では、フラックスにノコロック（Ａｌｃａｎの登録商標）を使用する。
【００２９】
続いて、ろう付け工程Ｓ３を行う。このろう付け工程Ｓ３では、第１の組み付け工程Ｓ１で組み立てられたコア部２０を、図示しない炉内に搬送させ、所定温度で加熱処理することによってチューブ５、コルゲートフィン６、座板１８，１９などがろう付けされる。
【００３０】
次に、ろう付け後の残渣フラックスを取り除く洗浄工程Ｓ４を行う。洗浄工程Ｓ４は、アルカリ洗浄工程Ｓ５と、その後の洗浄検査工程Ｓ６の２工程で行う。アルカリ洗浄工程Ｓ５では、座板１８、１９に仮タンクを取り付けた後、前記コア部２０内にアルカリ洗浄液を注入し、約３０分程度放置する。その後、アルカリ洗浄液をコア部２０内から抜く。
【００３１】
次に、洗浄検査工程Ｓ６を行う。洗浄検査工程Ｓ６では、図５に示すように、洗浄液槽４０に満たされた純水４１を、ポンプ４２でコア部２０の入口パイプ１０から注入し出口パイプ１１から排出させてコア部２０の内部を循環させ、出口パイプ１１から排出させた純水を再び洗浄液槽４０内に戻す。ここで洗浄液として使用する純水は、例えば８５℃程度に加温したものを使用する。
【００３２】
また、コア部２０の内部を純水４１で洗浄する工程の中でコア部２０の流路内の導電率を測定する。導電率を測定するに当たっては、導電率検出手段である導電率センサー４３、４４を、洗浄液槽４０内部とコア部２０の出口１１部分にそれぞれ設け、出口１１部分の導電率から洗浄液槽４０内の導電率を引いて算出する。このように算出するのは、洗浄液槽４０も汚れるためである。
【００３３】
導電率検査は、洗浄開始から約１０分後に行う。導電率検査を行うに当たっては、予め純水をコア部２０内に注入し浸漬させた時点から２４時間経過するまでの任意時間で計測して導電率を求めた図６（Ａ）の実験データを基に、その実験データのうち図６（Ｂ）で示す１０分後の導電率を算出して置く。この実験データから求めた洗浄開始から１０分後の導電率を基準に、２４時間後の導電率の合否判定を行う。
【００３４】
つまり、図５においてコア部２０内に純水４１を注入し浸漬させてから１０分後の導電率を求めた値を、図６（Ｂ）で予め求めておいた実験データ値と比較して、その求めた導電率が実験データ値以下であれば、導電率合格と判断する。それ以上であれば、不合格と判断する。
【００３５】
このように、純水４１による洗浄工程の中で導電率検査を行えば、純水４１による洗浄工程後に、２４時間経過した時点で始めて導電率検査を行っていた従来の検査時間を大幅に短縮することができる。本実施形態では、図７に示すように、従来検査工程に対して約９７％もの時間短縮を実現できる。
【００３６】
なお、図７において、導電率検査時間が２４時間、８０℃純水洗浄時間が２４Ｈｒ、純水洗浄時間が１０分、アルカリ洗浄時間が３０分である。
【００３７】
次に、洗浄検査工程Ｓ６を終了した後、コーティング工程Ｓ７を行う。コーティング工程Ｓ７は、大きく分けてコーティング塗布工程Ｓ８と、乾燥工程Ｓ９と、焼成工程Ｓ１０とからなり、コア部２０の内面に樹脂コーティング層１２を形成する工程である。
【００３８】
コーティング塗布工程Ｓ８は、コート剤を所定の濃度で溶剤に希釈したコーティング液を、コア部２０の内部に充満させた後、前記コーティング液をコア部２０から排出して該コア部２０の内表面にコーティング液を塗布する工程である。コア部２０の内部にコーティング液を充満させるには、下部からコーティング液を注入して上部まで充満させた後、コーティング液を排出する手法を採用する。なお、コーティング塗布工程Ｓ８は、コア部２０の向きを上下にひっくり返して２度行う。
【００３９】
具体的には、図８に示すように、コア部２０の上下に仮タンク２２Ａ，２２Ｂを取り付けた後、チューブ５の長手方向を鉛直方向に向けてコア部２０を配置し、コーティング液２３を満たしたボトル２４を昇降装置２５の昇降台２６の上に載せ、この昇降台２６を上昇させることで、ボトル２４内のコーティング液２３をホース２７を介して下端側の仮タンク２２Ｂよりコア部２０の内部に供給させる。コーティング液２３を排出するには、昇降台２６を下降させてボトル２４内の液面を前記コア部２０よりも低い位置にする。
【００４０】
コーティング液２３には、通常、この種の分野で使用されているエポキシ樹脂などの熱硬化型の樹脂材、またはシリコン樹脂などのゲル状の樹脂材が使用できる。コーティング液２３を塗布して形成する膜厚としては、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の範囲とすることが好ましい。
【００４１】
次に、乾燥工程Ｓ９を行う。乾燥工程Ｓ９は、仮タンク２２Ａ，２２Ｂの底面が水平となるように恒温機内にコア部２０を設置し、溶剤を除くための乾燥を行う。続いて、焼成工程Ｓ１０を行う。焼成工程Ｓ１０は、高温にてコーティング材の焼成を行う。この乾燥から焼成までは、コア部２０の向きを同一方向として行うようにする。
【００４２】
そして最後に、第２の組み付け工程Ｓ１１を行う。第２の組み付け工程Ｓ１１は、樹脂コーティング層１２を形成したコア部２０にタンク２９を組み付け熱交換器４を完成させる。ここでは、座板１８，１９にはタンク２９への取り付け片が形成されていないため、タンク２９に、該タンク２９からチューブ５の長手方向に延在し、該タンク２９と座板１８とを加締めるための加締めプレート３０を一体形成している。なお、座板１８，１９とタンク２９の形状は、一例であり、この形状に本発明が制限されるものではない。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、アルカリ洗浄後の純水によるコア部２０内洗浄時に導電率を検査する工程も同時に行うことで、これまで長時間要していた導電率検査時間を大幅に短縮することができる。これにより、熱交換器の製造サイクルタイムを短縮することができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、コア部２０の出口部分に設けた導電率センサー４４と洗浄液槽４０内に設けた導電率センサー４３によりそれぞれの部位の導電率を検出し、該コア部２０の出口部分の導電率から洗浄液槽４０内の導電率を引いて算出することで、正確な導電率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】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。
【図２】図２は本実施形態の製造方法により製造される燃料電池用熱交換器の断面図である。
【図３】図３は本実施形態の製造方法を工程順に示す工程図である。
【図４】図４は本実施形態の製造方法における第１の組み付け工程を示す図である。
【図５】図５は本実施形態の製造方法における洗浄検査工程を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は純水をコア部内に浸漬させたときの任意時間における導電率をプロットした実験データ図、図６（Ｂ）は（Ａ）の純水浸漬開始から１０分後の導電率を示す実験データ図である。
【図７】図７は導電率検査時間の比較データを示す図である。
【図８】図８は本実施形態の製造方法におけるコーティング工程でのコーティング手順を示す図である。
【図９】図９は本実施形態の製造方法における第２の組み付け工程でのタンク組み付け状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
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…コルゲートフィン
８，９…タンク部
１８，１９…座板
１２…樹脂コーティング層
１８…コーティング液
２０…コア部
２９…タンク
４０…洗浄液槽
４１…純水
４３，４４…導電率センサー（導電率検出手段）
【図１】
2009255152.tif 000003
【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】
2009255152.tif 000008
【図７】
2009255152.tif 000009
【図８】
2009255152.tif 000010
【図９】
2009255152.tif 000011