JP2020087609A

JP2020087609A - 冷却液及びこれを用いた冷却回路

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Publication number: JP2020087609A
Application number: JP2018217561A
Authority: JP
Inventors: 沙織中島; Saori Nakajima; 卓哉布施; Takuya Fuse; 稲垣　孝治; Koji Inagaki; 孝治稲垣; 中村　健二; Kenji Nakamura; 健二中村; 佐藤　敬; Takashi Sato; 敬佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-06-04

Abstract

【課題】低導電性及び低温における流動性を備える冷却液を提供する。【解決手段】凝固点降下剤と、凝固点降下剤の酸化を抑制する酸化防止剤とを備える冷却液において、凝固点降下剤を低級アルコールとし、酸化防止剤を植物由来の活性酸素除去物質とする。低級アルコールは、水酸基の数が１であり、炭素数が１〜３の範囲内である。活性酸素除去物質は、アスコルビン酸及びカロテノイドの少なくともいずれかである。アスコルビン酸は、Ｌ−アスコルビン酸及びエリソルビン酸の少なくともいずれかである。カロテノイドは、βカロチン、リコピン、ルテイン及びアスタキサンチンの少なくともいずれかである。【選択図】図３

Description

本発明は、冷却液及びこれを用いた冷却回路に関する。

エネルギ変換システムを備える車両等においては、エネルギ変換の際に発生した熱を冷却液によって輸送し、系外に放出する熱輸送システムが設けられていることが多い。冷却液としてエチレングリコール水溶液が一般的に用いられているが、エチレングリコール水溶液は低温時に粘度が高くなり、放熱部や熱媒体配管等の体格の大型化や、熱媒体を流動させるための動力の増大を招く。また、リチウムイオンや燃料電池のような電気化学装置に用いられる冷却液は、液絡や漏電を防止するために低導電性が要求される。

これに対し、特許文献１では、低粘度の冷却液として、ホルムアミドもしくはメチルホルムアミドと防錆剤を含む水溶液が提案されている。また、特許文献２では、エチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液に対して、イオン性の添加剤を排除し、安定化剤を用いて導電性の上昇を抑制することが提案されている。

特開２０１５−１９３７６５号公報特開２０１４−２０３７３９号公報

しかしながら、特許文献１の冷却液は水溶液であるため、イオン性物質が添加剤として含まれていたり、コンタミネーション成分が使用中に混入することが想定され、絶縁性のレベルが低くなる。また、特許文献２の冷却液はグリコール系基油からなる液体であるため、低温での低粘性は期待できない。さらに、特許文献２の冷却液は水溶液であり、特許文献１の冷却液と同様の理由で絶縁性が低くなり、導電率は数〜数十μＳ／ｃｍのレベルに留まる。

本発明は上記点に鑑み、低導電性及び低温における流動性を備える冷却液及びこれを用いた冷却回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、凝固点降下剤と、凝固点降下剤の酸化を抑制する酸化防止剤とを備える冷却液において、凝固点降下剤は低級アルコールであり、酸化防止剤は植物由来の活性酸素除去物質である。

このように、凝固点降下剤として低級アルコールを用いることで、低温での冷却液の粘度上昇を抑制でき、低温における流動性を確保できる。さらに、冷却液に植物由来の活性酸素除去物質を酸化防止剤として添加することで、凝固点降下剤として用いている低級アルコールの酸化反応の進行を抑制できる。これにより、冷却液の導電率が上昇することを抑制でき、低導電性を確保できる。

本発明に係る実施形態の冷却システムの概念図である。低級アルコールの粘度特性を示すグラフである。酸化防止剤の酸化防止効果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の冷却液及び冷却回路を燃料電池の冷却システムに適用したものである。

図１に示すように、本実施形態の冷却システムは、冷却回路１０を流れる冷却液によって、燃料電池１１の熱をラジエータ１２へ輸送するように構成されている。

冷却回路１０は、閉回路を構成する環状の配管である。冷却回路１０の内部には熱輸送媒体としての冷却液が封入されており、冷却液が循環可能となっている。冷却液については後述する。

燃料電池１１は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する。燃料電池１１は、電気化学反応が行われる電気化学装置であり、冷却システムの冷却対象物である。本実施形態では、燃料電池１１として固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池１１は、基本単位となるセルが複数積層されたスタック構造となっている。

燃料電池１１は発電の際、電気化学反応により熱が発生する。燃料電池１１は、発電効率向上のために所定の作動温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１１内部の電解質膜は、所定温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１１を所定温度以下に保持する必要がある。

ラジエータ１２は、燃料電池１１から熱を受け取って高温となった冷却液と、外気とを熱交換させ、燃料電池１１で発生した熱を外部に放出する。これにより、燃料電池１１を冷却することができる。

ここで、本実施形態の冷却液について説明する。冷却液は、凝固点降下剤を含んだ水溶液である。

水は、冷却液の基剤であり、低電導性を確保するためにイオン化物を含んでいないことが望ましい。このため、蒸留水やイオン交換水を用いることが望ましい。

本実施形態では、凝固点降下剤として低級アルコールを用いている。低級アルコールは、低温においても低粘度を実現できる。凝固点降下剤として用いる低級アルコールは、炭素数が１〜３個であることが望ましく、水酸基が１個であることが望ましい。具体的には、凝固点降下剤として、例えばメタノール、エタノール、プロパノールのいずれかを用いることができる。

図２は、低級アルコールの一例としてエタノールの粘度特性を示している。図２では、比較のためにエチレングリコールの粘度特性を示している。図２に示すように、エチレングリコールは、温度低下に伴って粘度が急激に大きくなる。これに対し、エタノールは、低温領域（例えば−３０℃以下）においても粘度上昇を抑制でき、低粘度を維持できている。なお、メタノールやプロパノールといった他の低級アルコールにおいても、エタノールと同様の粘度特性を有している。

凝固点降下剤として用いられる低級アルコールは、低温領域でも低粘度を維持できる一方、エチレングリコール等に比べて酸化しやすい。例えば、メタノールは酸化によってギ酸が生成する。特に冷却液が使用される温度領域（例えば８０℃以上）では、酸化反応が進行しやすい。このため、本実施形態の冷却液には、凝固点降下剤の酸化反応が進行することを抑制する酸化防止剤が添加されている。

本実施形態では、冷却液に添加する酸化防止剤として、植物由来の活性酸素除去物質を用いている。活性酸素除去物質は、活性酸素種を捕捉して除去する抗酸化物質である。植物由来の活性酸素除去物質は、植物体内で合成され、植物体内の活性酸素除去機構で用いられる物質である。

植物由来の活性酸素除去物質としては、アスコルビン酸、カロテノイドの少なくともいずれかを用いることができる。アスコルビン酸としては、例えばＬ−アスコルビン酸（ビタミンＣ）、エリソルビン酸（イソアスコルビン酸）等を用いることができる。カロテノイドとしては、例えばβカロチン、リコピン、ルテイン、アスタキサンチン等を用いることができる。

図３は、冷却液に酸化防止剤を添加した場合と添加しなかった場合の冷却液におけるギ酸生成量を示している。冷却液はメタノール水溶液であり、凝固点降下剤としてメタノールを用いている。メタノール水溶液のメタノール濃度は７％とした。酸化防止剤としてＬ−アスコルビン酸を用いた。冷却液へのＬ−アスコルビン酸の添加量は０．１ｗｔ％とした。

図３に示す例では、冷却液を１２０℃に加熱して、酸素を２気圧で加圧した状態でギ酸生成量を測定した。ギ酸生成量の測定は、３００時間経過後、６００時間経過後、１０００時間経過後に行った。

図３に示すように、冷却液に酸化防止剤を添加した場合には、冷却液に酸化防止剤を添加しなかった場合に比べて、ギ酸生成量が低くなっている。冷却液に酸化防止剤を添加しなかった場合は、時間経過に伴って、ギ酸生成量の増加割合が大きくなっている。これに対し、冷却液に酸化防止剤を添加した場合は、時間経過に伴うギ酸生成量の増加割合が穏やかになっている。つまり、本実施形態の酸化防止剤を用いた場合には、長時間経過しても酸化抑制効果を維持できている。

以上説明した本実施形態によれば、凝固点降下剤として低級アルコールを用いることで、低温での冷却液の粘度上昇を抑制でき、低温における流動性を確保できる。

また、凝固点降下剤として低級アルコールを用いた冷却液に植物由来の活性酸素除去物質を酸化防止剤として添加することで、低級アルコールの酸化反応の進行を抑制できる。これにより、冷却液を長時間使用しても冷却液の導電率が上昇することを抑制でき、低導電性を確保できる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上記実施形態では、冷却システムによる冷却対象物を燃料電池１０とした例について説明したが、これに限らず、冷却対象物をリチウムイオン電池のような２次電池やその他の電気化学装置としてもよい。

（２）上記実施形態の冷却液において、酸化防止剤に加えて、防錆剤等の他の添加剤を必要に応じて含んでいてもよい。

１０冷却回路
１１燃料電池（冷却対象物、電気化学装置）
１２ラジエータ

Claims

凝固点降下剤と、前記凝固点降下剤の酸化を抑制する酸化防止剤と、を備え、
前記凝固点降下剤は低級アルコールであり、
前記酸化防止剤は植物由来の活性酸素除去物質である冷却液。
前記活性酸素除去物質は、アスコルビン酸及びカロテノイドの少なくともいずれかである請求項１に記載の冷却液。
前記アスコルビン酸は、Ｌ−アスコルビン酸及びエリソルビン酸の少なくともいずれかである請求項２に記載の冷却液。
前記カロテノイドは、βカロチン、リコピン、ルテイン及びアスタキサンチンの少なくともいずれかである請求項２または３に記載の冷却液。
前記低級アルコールは、水酸基の数が１であり、炭素数が１〜３の範囲内である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却液。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却液が循環可能になっており、
前記冷却液によって冷却対象物の熱を輸送する冷却回路。
前記冷却対象物は電気化学装置である請求項６に記載の冷却回路。