JP2004165121A

JP2004165121A - 燃料電池の冷却装置

Info

Publication number: JP2004165121A
Application number: JP2002367638A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Yoshitoshi; 信雄吉年
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】冷媒流路内の不純物を分解でき、フィルタの負荷を低減できる燃料電池の冷却装置の提供。
【解決手段】（１）冷媒流路を備えた燃料電池の冷却装置であって、冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質３４を配置した燃料電池の冷却装置。（２）セパレータの冷媒流路２６に物質３４を形成した燃料電池の冷却装置。（３）物質３４は光触媒である。（４）光触媒に光を供給する光供給手段を有する。（５）物質３４はトルマリンである。（６）物質３４は銅化合物である。（７）物質３４は銀系抗菌剤である。（８）物質３４はアパタイトと光触媒の複合物である。（９）物質３４は吸着剤含有光触媒である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとの積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
通常、冷媒（通常、冷却水）使用中に徐々に水アカ等にて冷媒流路の汚れやぬめりが進み、冷却性能が低下し、電極の温度上昇、放電性能や耐久性に悪影響が出るため、不純物を除去したり不純物生成を抑制する対策がとられることが望まれる。
この種の対策の一例として、特開２００１−３５５１９号公報は、燃料電池の冷却水循環系に不純物をろ過するフィルタを設けることを開示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５５１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷却水内には種々の不純物が混入する可能性があるが、そのすべての種類をろ過することができるフィルタを設けることはコスト・ろ過効率の点で無駄が多く、またフィルタの負荷が大きくなるい。また、フィルタ交換を必要とするため、メンテナンスが必要である。
本発明の目的は、フィルタの負荷を低減できるかまたはフィルタの設置を不要とし、かつ、セパレータ面内の冷却水流路面・内面自体の汚れ防止を行うことができる、燃料電池の冷却装置を提供することことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）冷媒流路を備えた燃料電池の冷却装置であって、前記冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を配置した燃料電池の冷却装置。
（２）セパレータの前記冷媒流路に前記不純物生成抑制作用をもつ物質を形成した（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（３）前記不純物生成抑制作用をもつ物質が光触媒である（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（４）前記光触媒に光を供給する光供給手段を有する（３）記載の燃料電池の冷却装置。
（５）前記不純物生成抑制作用をもつ物質がトルマリンである（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（６）前記不純物生成抑制作用をもつ物質が銅化合物である（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（７）前記不純物生成抑制作用をもつ物質が銀系抗菌剤である（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（８）前記不純物生成抑制作用をもつ物質がアパタイトと光触媒の複合物である（１）記載の燃料電池の冷却装置。
（９）前記不純物生成抑制作用をもつ物質が吸着剤含有光触媒である（１）記載の燃料電池の冷却装置。
【０００６】
上記（１）の燃料電池の冷却装置では、冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を配置したので、不純物生成抑制作用をもつ物質により、冷媒流路内における不純物の生成が抑制される。その結果、フィルタの負荷を低減できあるいはフィルタを不要とすることができ、かつ、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（２）の燃料電池の冷却装置では、セパレータの冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を形成したので、最も冷却が必要な部位の、不純物による熱交換効率の低下を抑制できる。
上記（３）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質を光触媒層としたので、光触媒により、冷媒流路内の不純物の生成を抑制でき、生成した不純物を分解できる。その結果、フィルタの負荷を低減できあるいはフィルタを不要とすることができ、かつ、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（４）の燃料電池の冷却装置では、光供給手段を有するので、光供給手段で光を当てた部位の光触媒の不純物分解能力を発揮させることができる。
上記（５）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質がトルマリンであるので、トルマリンが水を電気分解し、できたＯＨ^-が水分子と結合し、ヒドロキシルイオンＨ₃Ｏ₂と呼ばれる界面活性物質に変化し、界面活性効果を発揮し、抗菌、防カビ、防汚等の浄化作用を発揮する。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（６）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質が銅化合物であるので、銅化合物がもつ強い抗菌活性により、カビ、グラム陰性菌（大腸菌など）やグラム陽性菌（黄色ブドウ菌など）などの発生を抑制し、水を浄化する。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（７）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質が銀系抗菌剤であるので、銀がイオン状態のとき、極微量で大腸菌を死滅させることができ、かつ、比較的広範囲の種類の細菌に抗菌効果を発揮する。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（８）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質がアパタイトと光触媒の複合物である。アパタイトは生体親和性に優れ、菌やカビを吸着し、光触媒は太陽光、紫外線が当たると強力な活性酸素が生成し、消臭、抗菌、防カビ、防汚、ヤニ分解などの浄化作用を発揮する。したがって、菌やカビをアパタイトで吸着し、それを効果的に光触媒で浄化できる。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
上記（９）の燃料電池の冷却装置では、不純物生成抑制作用をもつ物質が吸着剤含有光触媒であるので、菌やカビを吸着剤で吸着し、それを効果的に光触媒で浄化できる。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池の冷却装置を図１〜図６を参照して説明する。
まず、本発明の各実施例に共通する部分を、図１〜図３を参照して、説明する。
本発明の燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００８】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１〜図３に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜の一面に配置された触媒層１２を有する電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５を有する電極（カソード、空気極）１７とからなる。触媒層１２、１５とセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
【０００９】
セパレータ１８には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。流路２６、２７、２８は、入口から出口まで１回以上折り返して延びるサーペンタイン流路であってもよいし、あるいは入口から出口までストレートに延びるストレート流路であってもよい。
【００１０】
図３に示すように、セパレータ１８には、冷媒マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１が形成されている。冷媒マニホールド２９はセパレータの冷媒流路２６に連通しており、燃料ガスマニホールド３０はセパレータの燃料ガス流路２７に連通しており、酸化ガスマニホールド３１はセパレータの酸化ガス流路２８に連通している。マニホールド２９、３０、３１は矩形状セパレータ１８の対向端部に形成されており、セパレータの流路２６、２７、２８はマニホールド形成領域を除くセパレータの中央領域に形成されている。ガス流路領域２７、２８でかつ電解質膜１１の存在する領域はセルの発電領域である。
冷媒マニホールド２９はスタック外冷媒供給配管、スタック外冷媒排出配管に接続している。スタック外の冷媒供給配管および冷媒排出配管、スタック内の冷媒マニホールド２９およびセパレータの冷媒流路２６は、全体の冷媒流路を構成する。
同様に、燃料ガスマニホールド３０はスタック外燃料ガス供給配管、スタック外燃料ガス排出配管に接続している。
また、酸化ガスマニホールド３１はスタック外酸化ガス供給配管、スタック外酸化ガス排出配管に接続している。
【００１１】
セパレータ１８は、カーボン、または金属、または金属と樹脂（メタルセパレータと樹脂フレーム）、または導電性を付与された樹脂、の何れか、またはその組み合わせ、からなる。図示例はカーボンセパレータ（カーボンと樹脂バインダーとの混合物の成形品）の場合を示す。
【００１２】
図１に示すように、膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。図２において、部材３２はＭＥＡを挟んで対向するセパレータ間の接着剤兼シール剤であり、部材３３は隣接するセル間のガスケット（たとえば、ゴムガスケット）である。
【００１３】
図２に示すように、本発明では、スタック内の、冷媒マニホールド２９およびセパレータの冷媒流路２６と、スタック外の冷媒流路を含む、全体の冷媒流路には、その少なくとも一部（全部でもよい）に、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が配置（「形成」を含む）されている。
不純物生成抑制作用をもつ物質３４は、たとえば、光触媒（たとえば、酸化チタンを含むもの）、トルマリンを主成分とするもの、銅化合物を主成分とするもの、銀系抗菌剤を主成分とするもの、アパタイトと光触媒の複合物、吸着剤含有光触媒、の何れか、またはそれらのうち２種以上の組み合わせ、からなる。
全体の冷媒流路のうち、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が配置される冷媒流路部分は、望ましくはスタック内冷媒流路（冷媒マニホールド２９およびセパレータの冷媒流路２６）である。また、全体の冷媒流路のうち、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が配置される冷媒流路部分は、望ましくはセパレータの冷媒流路２６である。
【００１４】
つぎに、本発明の各実施例を説明する。
本発明の実施例１では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が光触媒からなる（光触媒、光触媒層の符合も３４とする）。光触媒は、太陽光、紫外線が当たると活性化する触媒であり、光のエネルギーによって働く触媒である。光触媒は、たとえば酸化チタンである。
酸化チタンにバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光を当てると、電子と正孔が生成し、これが水や酸素などと反応し、ＯＨラジカルやスーパーオキサイドアニオン（Ｏ₂ ^-）などの活性酸素を生成する。これらの活性酸素は非常に反応性が高く、大きなエネルギーをもち、有機化合物の炭素−炭素、炭素−窒素、炭素−水素などの結合エネルギーより大きいので、これらの結合を切断して分解する。これにより、有機化合物を完全に分解し、炭酸ガスや水などの無毒な物質に変える。これによって、光触媒酸化チタンは、抗菌、防カビ、防汚、防食、ぬめり防止、防臭、水質浄化等を果たす。ＯＨラジカルは酸化チタンに水と光が供給されると発生し続け、光触媒反応を続ける。
【００１５】
冷媒が接触する流路壁面への光触媒層３４の形成は、たとえば、光触媒酸化チタン溶液を、セパレータ１８の冷媒流路２６の溝内面に、厚さ３０ミクロンで、インクジェット方式（ただし、インクジェット方式に限るものではない）などにより、塗布、乾燥することにより形成する。光触媒酸化チタン溶液は、ＰＨ７、粒子孔１０ｎｍ、ペルオキソチタン・アモルファス超微粒子またはペルオキソチタン改質・アナターゼを使用する。乾燥膜は、水に溶解せず、強固で、容易には剥がれない。また、インクジェット方式の場合は、所望形状に塗布でき、輪郭がシャープなため、インクロスが少ない。
【００１６】
また、燃料電池の冷却装置は、光触媒層３４への光（たとえば、紫外線、あるいは紫外線を含む光）の供給のために光供給手段を有する。光供給手段は光触媒層３４が形成されている部位の全部位に対して設けられることが望ましい。光供給手段は、スタック内のように、光が当たらないかまたは当たりにくい部位に対しては、たとえば光ファイバーなどを冷媒流路内に這わすことにより行い、スタック外のように光を容易に当てることができる部位に対しては、配管の少なくとも一部を透明プラスチック配管にすることなどにより行う。ただし、他の光供給手段によってもよい。
【００１７】
つぎに、本発明の実施例１の作用を説明する。
冷媒流路の流路表面に光触媒層３４を形成したことにより、つぎの諸作用・効果が得られる。
▲１▼ 抗菌・抗カビ作用が得られる。菌類の細胞膜を分解して殺菌し、また菌が生み出す毒素も分解する。
▲２▼ 汚れやぬめりの分解作用が得られる。有機物を酸化還元し、水と二酸化炭素に分解して、汚れを自然分解させる。
▲３▼ 臭い分解作用が得られる。臭気成分が、分解される。
▲４▼ 水質浄化作用が得られる。
▲５▼ 親水性作用が得られる。
▲６▼ 上記の総合作用により、流路表面を常に浄化でき、ぬめりなどの発生を抑えるので、流路表面で良好な熱伝達性能が得られ、スタックを効率よく冷却することができる。
▲７▼ 冷媒流路には、従来から、通常、フィルタが設けられているが、光触媒層の形成により、フィルタを設けなくて済むか、または設けても、フィルタの負荷を大幅に低減できる。
【００１８】
本発明の実施例２では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４がトルマリンである（トルマリン、トルマリン層、トルマリンボールでできた有形物の符合も３４とする）。トルマリン鉱石の結晶は、冷却水を水分子をＨ⁺とＯＨ^-に電気分解し、その時できたＯＨ^-は水分子と結合し、ヒドロキシルイオンＨ₃Ｏ₂と呼ばれる界面活性物質に変化し、それが単子膜を形成し、界面活性効果を発揮する。ヒドロキシルイオンＨ₃Ｏ₂からなる界面活性物質は、水の表面張力を低下し、抗菌、防カビ、防汚等の浄化作用を発揮する。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。Ｈ⁺は、トルマリン電極に引きつけられ電子と結合し、Ｈ₂ガスとなり、放出される。
【００１９】
トルマリン３４は、冷媒流路壁面にコーティングされた層であってもよいし、あるいは、図４に示すように、セパレータ冷媒流路溝入口に配置されたトルマリン性水だまり容器３４Ａであってもよいし、冷却配管に設けられた容器に入れられたトルマリン製ボール３４Ｂ（直径が１０〜３０ｍｍのボールで、設ける個数は適宜）であってもよいし、あるいは冷却配管に設けられたトルマリン製フィルター３４Ｃであってもよいし、トルマリン製冷却配管であってもよい。
【００２０】
トルマリンコーティングは、セパレータの冷媒溝内面に塗布され、たとえばインクジェット方式等（塗布方式はインクジェット方式に限るものではない）による、薄膜の３〜５層構造の積層塗布により形成される。インクジェット方式による塗布は、本発明の実施例１に説明したものに準じる。
【００２１】
トルマリンの効用はつぎの通りである。
▲１▼ 抗菌、抗カビ作用（水の電気分解により、アルカリイオン水ができ、殺菌、また、菌が生み出す毒素も分解）がある。
▲２▼ 汚れ分解作用（水の電気分解により、アルカリイオン水ができ、汚れを分解させる）がある。
▲３▼ 水質浄化作用がある。
▲４▼ トルマリン鉱石を微粉砕するので、トルマリンの反応効率が高い。
【００２２】
本発明の実施例３では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が銅化合物（銅化合物の符合も３４とする）である。この銅化合物含有コーティング材をセパレータ冷媒流路溝表面に塗布する。銅化合物は、カビ、グラム陰性菌（大腸菌など）やグラム陰性菌（黄色ブドウ菌など）に対して、強い抗菌力をもち、浄化作用（抗菌、防カビ、防汚など）を発揮する。それにより、セパレータの複雑な冷媒流路溝の形状維持と冷却性能維持、耐候性、耐久性の向上がはかられる。
銅化合物含有コーティング材の形成は、たとえばインクジェット方式等（塗布方式はインクジェット方式に限るものではない）による、薄膜の３〜５層構造の積層塗布により形成される。インクジェット方式による塗布は、本発明の実施例１に説明したものに準じる。
【００２３】
製造例として、銅化合物３４（無機銅化合物の塩基性塩化銅、または、塩基性硫酸銅、または、それらの化合物）含有コーティング材を、セパレータの冷媒流路溝内面に、厚さ５０ミクロン、スプレー塗工、乾燥して、銅化合物含有コーティング層を形成した。
製造した無機銅化合物の品質特性はつぎの通りであった。
【００２４】

【００２５】
無機銅化合物のすぐれた効用はつぎの通りである。
▲１▼ 強い抗菌活性を有し、農業用殺菌剤に使用されている。
▲２▼ 無機銅化合物はカビ、グラム陰性菌（大腸菌など）やグラム陰性菌（黄色ブドウ菌など）に対して、強い抗菌力をもつ。
▲３▼ 水質浄化作用
▲４▼ 無機銅化合物は、水に不溶性、また不揮発性であり、高温に安定である。また、有害物質を含有しない。
【００２６】
本発明の実施例４では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が銀系抗菌剤（銀系抗菌剤の符合も３４とする）である。この銀系抗菌剤コーティング材をセパレータ冷媒流路溝表面に塗布する。銀は、グラム陰性菌（大腸菌など）に対して、強い抗菌力をもち、浄化作用（抗菌、防カビ、防汚など）を発揮する。それにより、セパレータの複雑な冷媒流路溝の形状維持と冷却性能維持、耐候性、耐久性の向上がはかられる。
銀系抗菌剤コーティング材の形成は、たとえばインクジェット方式等（塗布方式はインクジェット方式に限るものではない）による、薄膜の３〜５層構造の積層塗布により形成される。インクジェット方式による塗布は、本発明の実施例１に説明したものに準じる。
【００２７】
製造例として、銀系抗菌剤コーティング材をセパレータの冷媒流路溝表面に、厚さ１０ミクロン、スプレー塗工し、乾燥して、コーティング層を形成した。
銀系抗菌剤の抗菌力により、セパレータの複雑な冷媒流路溝の形状維持と冷却性能維持、電池性能維持がはかられる。
銀抗菌剤は、無機酸化物（シリカゲル、ゼオライト、水溶性ガラス、リン酸カルシウムなど）の担体の孔や結晶格子中に、抗菌成分である銀、銅、亜鉛のイオンやそれらの化合物、あるいは金属単体コロイドなどを担持することによって構成されている。
代表的な銀系抗菌剤の種類と名称はつぎの通りである。
【００２８】

【００２９】
銀系抗菌剤の優れた効用はつぎの通りである。
▲１▼ 細菌に対する抗菌効果が高い。
▲２▼ 抗菌効果を発揮する対象となる細菌の種類が多い。
▲３▼ 安全性が高い。
▲４▼ 効果の持続性に富み、半永久的に効果が継続する。
▲５▼ 比較的高温である樹脂成形に利用できる。
【００３０】
本発明の実施例５では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４がアパタイト３４ｂと光触媒（たとえば、酸化チタン）３４ａとの複合物（この複合物の符合も３４とする）である。
アパタイト３４ｂは、Ｍ₁₀（ＺＯ₄）₆Ｘ₂の組成をもった鉱物群の総称であり、日本名では、リン灰石とよばれている。ＭとＺの主成分は、それぞれカルシウムとリンであるが、ＭとＺとＸには、いろいろな元素が比較的容易に置換することができる。アパタイト３４ｂには、タンパク質を構成するアミノ酸の吸着能があり、脂質や過酸化脂質の吸着性、さらに、インフルエンザウイルスや大腸菌などの細菌類の吸着性、シックハウス症候群の原因となるアルデヒド類や臭い成分であるアンモニア、さらには大気汚染物質である窒素酸化物の吸着機能がある。
【００３１】
また、酸化チタン３４ａに、太陽光の紫外線が照射されると、強力な活性酸素が生成される。活性酸素は、強力な分解能があり、様々な浄化作用（消臭、抗菌、防カビ、防汚、防食、ヤニ分解など）を発生させる。
二酸化チタン光触媒は、有機塗料や繊維、プラスチック、紙などに混合すると、バインダーや基材そのものを分解するので、燃料電池に使用する場合、樹脂や接着剤などを分解するおそれがある。それを防ぐため、図５に示すように、アパタイト３４ｂと光触媒（たとえば、酸化チタン）３４ａとを複合物とし、アパタイト３４ｂを酸化チタン３４ａから突起状に突出させて金平糖状にし、酸化チタン３４ａが樹脂や接着剤などに直接当たらないようにする。
【００３２】
アパタイト３４ｂと光触媒３４ａとの複合物コーティング材の形成は、たとえばインクジェット方式等（塗布方式はインクジェット方式に限るものではない）による、薄膜の３〜５層構造の積層塗布により形成される。インクジェット方式による塗布は、本発明の実施例１に説明したものに準じる。
製造例として、アパタイト３４ｂと光触媒３４ａとの複合物コーティング材をセパレータの冷媒流路溝表面に、厚さ３０ミクロン、インクジェット方式にて塗工し、乾燥して、コーティング層を形成した。金平糖状酸化チタン複合微粒子光触媒には、昭和電工（株）製の超微粒子酸化チタン光触媒、商品名「スーパータイタニアシリーズ」の表面に数オングストロームのアパタイトをつけたもので、ジュピターという商品名で市販されているものを用いた。超微粒子酸化チタンに対するアパタイトの被覆率は約１％で、粒径は約３０ナノメートルであった。
効果としては、アパタイト３４ｂと光触媒３４ａとの複合構造によって、セパレータの複雑な冷媒流路溝の形状維持と冷却性能維持、耐候性、耐久性の向上および接着剤や電極触媒層の異臭、悪臭対策がはかられる。
【００３３】
本発明の実施例６では、不純物生成抑制作用をもつ物質３４が吸着剤３４ｃを含有した光触媒（たとえば、酸化チタン）３４ａからなる吸着剤含有光触媒（吸着剤含有光触媒の符合も３４とする）である。吸着剤含有光触媒３４を、燃料電池の冷媒流路表面、たとえばセパレータの冷媒流路表面にコーティングした。
光触媒は光が当たっていなければ反応を起こすことができない。その欠点を改善するため、吸着剤含有光触媒３４を多孔質化して、対象物を吸着できるようにした。これを用いれば、光が無いときでも、悪臭などの対象物質を吸着することができ、その後、当たってきた光で分解することができる。また、対象物質を光触媒表面に濃縮できるため、効率よく分解処理することができる。
【００３４】
吸着剤として活性炭を使用すると、活性炭は光を透過することができないため、光触媒が活性炭の陰にあると反応が起こらないという欠点があり、透明で多孔質の基材であるシリカゲルを吸着剤として用いた。シリカゲルを吸着材として用いた多孔質光触媒（光触媒シリカゲルともいう）は、処理物質を吸着し、吸着した物質を光触媒によって分解するので、自己再生型ということができる。
【００３５】
光触媒シリカゲルは、シリカゲルの細孔内部全体に酸化チタンを付けただけでなく、とくに表面近くの細孔内に高濃度に分布するように設計する。シリカゲルは透明であるため、光が内部にまで入り、しかも比表面積が１グラム当たり３００平方メートルもあって、効率よく分解処理することができ、しかもダイオキシンなどの環境汚染物質をも吸着できる。しかも、光触媒シリカゲルは、耐水性にも優れており、水処理や脱臭、排ガス処理、ダイオキシン類の分解まで可能である。さらに、光触媒シリカゲルの表面の酸化チタン膜をほとんど無くしているため、プラスチックや繊維にも、それらを分解することなく、使用可能である。
光触媒シリカゲルは、粒径が１．７〜４．０ミリメートル、０．８５〜１．７ミリメートル、７５〜５００マイクロメートル、３２〜１５０マイクロメートル、約４５マイクロメートルといろいろな大きさのものがあり、適宜選択でき、また、ハニカムに成形したものもある。
【００３６】
光触媒シリカゲルの製造例として、有機チタン溶液を含浸させたシリカゲルを６００℃で焼成して光触媒シリカゲルを得た。シリカゲルに担持された二酸化チタンは、図６に示すように、シリカゲルの空隙に超微粒子（Ｘ線結晶微粒子径は約５ｎｍ）として存在している。また、表面近傍にだけ高濃度に二酸化チタンを担持させてある。
二酸化チタンを含浸、焼成したシリカゲルをアルコールの溶媒で洗浄することにより、シリカゲル表面の二酸化チタンの量を最小限に抑えることができ、光触媒活性がほとんどない表面を有する光触媒シリカゲルを製造できる。
【００３７】
上記のようにして製造した光触媒シリカゲルの２例（品番：ＨＱＡ１１、ＨＱＡ５１）の性状例を示すとつぎの通りである。
品番ＨＱＡ１１ＨＱＡ５１
粒度１．７〜４．０ｍｍ１．７〜４．０ｍｍ
嵩密度（ｇ／ｍｌ）０．４５０．４６
二酸化チタン担持量（％）約１３約１３
比表面積（ｍ²／ｇ）３００８０
平均細孔径（ｎｍ）１０５０
細孔容積（ｍｌ／ｇ）０．８０．８
ＰＨ７７
【００３８】
製造された光触媒シリカゲルを冷媒流路表面にコーティングされたセパレータは、冷媒流路の形状維持と冷却性能維持、セパレータ接着剤の異臭対策、電極触媒層の異臭対策、耐候性、耐久性向上、導電性向上、各種塗料材料の使用量低減によるコスト低減などがはかられる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の燃料電池の冷却装置によれば、冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を配置したので、冷媒流路内における不純物の生成が抑制される。その結果、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項２の燃料電池の冷却装置によれば、セパレータの冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を形成したので、不純物による熱交換効率の低下を抑制できる。
請求項３の燃料電池の冷却装置によれば、不純物生成抑制作用をもつ物質を光触媒層としたので、光触媒により、冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項４の燃料電池の冷却装置によれば、光供給手段で光を当てた部位の光触媒の不純物分解能力を発揮させることができる。
請求項５の燃料電池の冷却装置によれば、トルマリンで冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項６の燃料電池の冷却装置によれば、銅化合物で冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項７の燃料電池の冷却装置によれば、銀系抗菌剤で冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項８の燃料電池の冷却装置によれば、アパタイトと光触媒の複合物で冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
請求項９の燃料電池の冷却装置によれば、吸着剤含有光触媒で冷媒流路面自体の汚れ防止を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池の冷却装置が適用された燃料電池スタックの側面図である。
【図２】本発明の燃料電池の冷却装置が適用された燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図３】本発明の燃料電池の冷却装置が適用された燃料電池セパレータの平面図である。
【図４】本発明の燃料電池の冷却装置が適用された燃料電池スタックと冷媒配管の一部の断面図である。
【図５】本発明の燃料電池の冷却装置のうち、アパタイトと光触媒の複合物の微粒子の拡大正面図である。
【図６】本発明の燃料電池の冷却装置のうち、光触媒シリカゲルの微粒子の拡大正面図である。
【符号の説明】
１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２、１５触媒層
１３、１６拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１９セル
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４締結部材（テンションプレート）
２５ボルト
２６冷媒流路（冷却水流路）
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
２９冷媒マニホールド
３０燃料ガスマニホールド
３１酸化ガスマニホールド
３２接着剤
３３ガスケット
３４不純物生成抑制作用をもつ物質
３４Ａトルマリン性水だまり容器
３４Ｂトルマリン製ボール
３４Ｃトルマリン製フィルター
３４ａ光触媒（たとえば、酸化チタン）
３４ｂアパタイト
３４ｃ吸着剤

Claims

冷媒流路を備えた燃料電池の冷却装置であって、前記冷媒流路に不純物生成抑制作用をもつ物質を配置した燃料電池の冷却装置。
セパレータの前記冷媒流路に前記不純物生成抑制作用をもつ物質を形成した請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質が光触媒である請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記光触媒に光を供給する光供給手段を有する請求項３記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質がトルマリンである請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質が銅化合物である請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質が銀系抗菌剤である請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質がアパタイトと光触媒の複合物である請求項１記載の燃料電池の冷却装置。
前記不純物生成抑制作用をもつ物質が吸着剤含有光触媒である請求項１記載の燃料電池の冷却装置。