JP2003190880A

JP2003190880A - 熱交換器の表面処理方法

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Publication number: JP2003190880A
Application number: JP2001398226A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Iizuka; 貢飯塚; Takeshi Kuwabara; 武桑原; Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長; Sotoharu Tanaka; 外治田中; Tadamichi Aoyama; 忠道青山
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-08
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP4214446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】純水用等に使用するアルミニューム製熱交換
器であって、金属イオンの溶出を防止する内表面コーテ
ィングの信頼性を向上させること。【構成】熱交換器の表面処理方法は、液体を流通させ
る複数のチューブ２の内部を比較的粘度の低い樹脂溶液
１１でコーティングする第１処理工程と、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。

Description

【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20
01-167782 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両端部をタンクに接続し
た熱交換器における液体側を表面処理する方法である。
そしてこの方法は、前記チューブの内部を比較的粘度の
低い樹脂溶液でコーティングする第１処理工程と、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している（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．ａ
ｔ２５°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（＃４
Ｆ．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熱交換器にお
ける液体側の表面処理方法は、チューブの内部を比較的
粘度の低い樹脂溶液でコーティングする第１処理工程
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新長秀孝東京都渋谷区代々木三丁目25番３号東洋ラジエーター株式会社内 (72)発明者田中外治東京都渋谷区代々木三丁目25番３号東洋ラジエーター株式会社内 (72)発明者青山忠道東京都渋谷区代々木三丁目25番３号東洋ラジエーター株式会社内Ｆターム(参考） 4D075 AB05 AB33 AB41 AB54 BB24Z BB26Z BB67X BB73X CA31 CA43 DA15 DA19 DA23 DA34 DB07 DC13 DC16 DC19 EA07 EB16 EB34 EB56

Claims

【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) に接続した熱交換器(1) における液体
側を表面処理する方法において、前記チューブ(2) の内部を比較的粘度の低い樹脂溶液(1
1)でコーティングする第１処理工程と、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〜１
０５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。