JPWO2005091413A1 - 燃料電池用冷却液組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池の冷却に使用される冷却液組成物に関し、詳細には長期の使用によっても基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、長期に渡って低導電率に維持することができる燃料電池用冷却液組成物に関する。この組成物は、基剤の酸化を抑制する目的で、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イノシトール、クエルシトール、パラチニット、ラクチトール、マルチトール、スクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、プランテオース、スタキオースの中から選ばれる少なくとも１種からなる糖アルコール類を含有することを特徴とするものである。

Description

本発明は、燃料電池、特には自動車用燃料電池の冷却に使用される冷却液組成物に関し、詳細には長期の使用によっても基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、長期に渡って低導電率に維持することができる燃料電池用冷却液組成物に関する。

燃料電池は、一般に発電単位である単セルを多数積層した構造のスタックとして構成されている。発電時にはスタックから熱が発生するので、このスタックを冷却するために数セル毎に冷却板が挿入されていた。そして、この冷却板内部には冷却液通路が形成されており、この通路を冷却液が流れることにより、スタックが冷却されるようになっていた。
このように、燃料電池の冷却液は、発電を実行しているスタック内を循環してスタックを冷却するため、冷却液の電気伝導率が高いと、スタックで生じた電気が冷却液側へと流れて電気を損失し、当該燃料電池における発電力を低下させることになる。そこで、従来の燃料電池の冷却液には、導電率が低い、換言すれば電気絶縁性が高い純水が使用されていた。
ところが、例えば自動車用燃料電池や家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池を考慮した場合、非作動時に冷却液は周囲の温度まで低下してしまう。特に氷点下での使用可能性がある場合、純水では凍結してしまい、冷却液の体積膨張による冷却板の破損など、燃料電池の電池性能を損なう恐れがあった。
このような事情から、燃料電池用冷却液には、不凍性を目的としてグリコール類やアルコール類などの基剤を使用することが考えられる。
しかし、グリコール類やアルコール類などの基剤は、これを燃料電池用の冷却液として用いた場合、燃料電池作動中に酸化して僅かではあるがイオン性物質を生成する。このため、長期に渡って使用することにより、冷却液中のイオン性物質の量も増加し、この結果、低導電率を維持できなくなるという事態を招く恐れがある。
このような不具合の発生を解消するため、燃料電池の冷却系統の経路にイオン交換樹脂を配置して、冷却液中のイオン性物質を除去して、冷却液の導電率の上昇を抑えることも考えられる。
しかし、この場合、イオン交換樹脂は、基剤の酸化により生成されるイオン性物質の除去に費やされ、当該イオン交換樹脂のイオン交換量は速やかに低下し、交換寿命が著しく低下することになる。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、長期に渡って低導電率に維持することができる燃料電池用冷却液組成物を提供することを目的とするものである。

本発明の燃料電池用冷却液組成物（以下、単に組成物という）は、基剤中に特定の糖アルコール類を含有することに特徴づけられたものである。基剤としては、低導電率であって、不凍性を有するものが望ましく、具体的には水、アルコール類、グリコール類及びグリコールエーテル類の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものが望ましい。
アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。
グリコール類としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。
グリコールエーテル類としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。
本発明の組成物は、上記基剤中に特定の糖アルコール類を含有させて、当該基剤の酸化を抑制し、これにより基剤の酸化による導電率の上昇を抑えて、燃料電池における発電力を低下させない程度の導電率（低導電率）を維持するようになっている。具体的には、組成物の導電率を１０μＳ／ｃｍ以下に維持するようになっている。また、長期に渡って使用した場合でも、組成物の導電率の変動を０〜１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持するようになっている。
このような作用効果を奏する糖アルコール類としては、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イノシトール、クエルシトール、パラチニット、ラクチトール、マルチトール、スクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、プランテオース、スタキオースの中から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。中でもソルビトール、マンニトール及びラクチトールは、いずれも酸化抑制効果に優れるとともに、取り扱い性及び入手容易性についても優れている点から好ましい。
糖アルコール類の含有量としては、基剤に対し、０．１〜２０．０重量％の範囲とするのが望ましい。上記範囲よりも糖アルコール類の含有量が少ない場合には、充分な酸化抑制効果を得ることができず、反対に上記範囲よりも糖アルコール類の含有量が多い場合には、増えた分だけの効果が得られず、不経済となる。
本発明の組成物にあっては、上記基剤及び糖アルコール類の他に、例えばｐＨ調整用の苛性アルカリ、染料、消泡剤、防腐剤等を含有させても良いし、従来公知の防錆剤である、リン酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、硼酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、カルボン酸塩、アミン塩、トリアゾール類などを当該組成物の低導電率を阻害しない範囲で併用しても良い。

以下、本発明の組成物を実施例に従いさらに詳しく説明する。下記表１には、この組成物の好ましい実施例として例１〜３を示すとともに、比較としてイオン交換水に不凍性を持たせる目的でエチレングリコールを加えたもの（比較例１）、比較例１の基剤中にグルコースを添加したもの（比較例２）、比較例１の基剤中にマンノースを添加したもの（比較例３）、比較例１の基剤中にラクトースを添加したもの（比較例４）、比較例１の基剤中にマルトースを添加したもの（比較例５）を挙げた。

上記表１に示す実施例１〜３、並びに比較例１〜５の各組成物について、酸化劣化試験後の導電率を測定した。その結果を表２に示した。尚、酸化劣化試験は、１００℃で１６８時間の条件で実施した。

表２から、実施例１〜３、並びに比較例１〜５の各組成物は、いずれも初期の導電率は０．４μＳ／ｃｍ以下と低導電率を示していたが、酸化劣化試験後の導電率を見てみると、比較例１〜５の各組成物の導電率は、いずれも４０μＳ／ｃｍを上回り、導電率が大幅に上昇していることが確認された。これに対し、実施例１〜３の各組成物については、いずれも導電率の上昇幅は小さく、それらの導電率は１０μＳ／ｃｍを下回り、低導電率が維持されていることが確認された。
［発明の効果］
本発明の組成物は、基剤の酸化を抑制する目的で、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イノシトール、クエルシトール、パラチニット、ラクチトール、マルチトール、スクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、プランテオース、スタキオースの中から選ばれる少なくとも１種からなる糖アルコール類を含有することから、長期の使用によっても基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、長期に渡って低導電率に維持することができる。

Claims (7)

1. 燃料電池を冷却する冷却液組成物であって、基剤の酸化を抑制する目的で、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イノシトール、クエルシトール、パラチニット、ラクチトール、マルチトール、スクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、プランテオース、スタキオースの中から選ばれる少なくとも１種からなる糖アルコール類を含有することを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
2. 基剤が、水、アルコール類、グリコール類及びグリコールエーテル類の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用冷却液組成物。
3. アルコール類が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用冷却液組成物。
4. グリコール類が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用冷却液組成物。
5. グリコールエーテル類が、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用冷却液組成物。
6. 糖アルコール類が０．１〜２０．０重量％の割合で含まれていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用冷却液組成物。
7. 導電率が１０μＳ／ｃｍ以下に維持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。