JPWO2005103193A1 - 熱媒体組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、例えばエンジン等の内燃機関の冷却系統、ソーラーシステムや床暖房システム、空調設備、或いは燃料電池の冷却系統に適用される熱媒体組成物に関し、詳細には基剤の酸化を効果的に抑制することで、金属腐食防止性や低導電率を長期に渡って維持することができる熱媒体組成物に関する。この組成物は、基剤中に基剤の酸化を抑制する目的で、トレハロースを含有することを特徴とするものである。

Description

本発明は、例えばエンジン等の内燃機関の冷却系統、燃料電池の冷却系統、ソーラーシステムや床暖房システム、空調設備などに適用される熱媒体組成物に関し、詳細には基剤の酸化を効果的に抑制することで、金属腐食防止性や低導電率を長期に渡って維持することができる熱媒体組成物に関する。

従来より、エンジン等の内燃機関の冷却系統、ソーラーシステムや床暖房システム、空調設備などに適用される熱媒体組成物には、グリコール類やアルコール類などを基剤とし、これに防錆剤を添加したものが知られている。
ところが、このような熱媒体組成物において、基剤として使用されるグリコール類やアルコール類は、使用時において高温、高圧の雰囲気に晒されるため、経時と共に僅かではあるが酸化し、グリコール酸などの酸に変化する。
このため、長期間の使用によって、当該熱媒体組成物における基剤の酸化はさらに進行し、これに伴って当該熱媒体組成物のｐＨ値も次第に低下し、エンジン等の内燃機関の冷却系統、ソーラーシステムや床暖房システム、空調設備などを構成する金属を腐食させる恐れがあった。
従って、当該熱媒体組成物における基剤の酸化抑制は、これらの用途に使用される熱媒体組成物において、克服すべき重要な技術課題であった。
一方、燃料電池に関しては特有の技術課題がある。すなわち燃料電池は、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。発電時にはこのスタックから熱が発生するので、これを冷却するために数セル毎に冷却板が挿入され、この冷却板内部の冷却液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る。
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、発電を実行しているスタックで生じた電気が冷却液側へと流れてしまい、当該燃料電池における発電力を低下させてしまうことになる。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。
しかし、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、純水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という技術課題があった。
本発明は、このような技術課題に鑑みなされたものであり、基剤の酸化を効果的に抑制することで、金属腐食防止性や低導電率を長期に渡って維持することができる熱媒体組成物を提供することを目的とするものである。

本発明の熱媒体組成物（以下、単に組成物という）は、基剤中に前記基剤の酸化を抑制する目的でトレハロース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、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、上記基剤中にトレハロースを含有させることで、当該基剤の酸化を抑制し、以て、基剤の酸化に起因する当該熱媒体組成物のｐＨ値の低下並びに導電率の上昇を抑えるようになっている。
尚、本発明の組成物を燃料電池の冷却液用として使用した場合、当該組成物の導電率を１０μＳ／ｃｍ以下に維持でき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トレハロースとは、２分子のＤ−グルコースが１，１結合した形の非還元性二糖類であり、α，α−トレハロース（α−Ｄ−グルコピラノシル α−Ｄ−グルコピラノシド）、α，β−トレハロース（α−Ｄ−グルコピラノシル β−Ｄ−グルコピラノシド）、β，β−トレハロース（β−Ｄ−グルコピラノシル β−Ｄ−グルコピラノシド）のいずれも使用することができる。
本発明の組成物にあっては、上記基剤及びトレハロースの他に、少なくとも１種以上の防錆剤を含ませることができる。防錆剤としては、例えば脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、トリアゾール類、ジアゾール類、チアゾール類、リン酸、珪酸、硝酸、亜硝酸、ホウ酸、モリブテン酸、それらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、およびアミン類の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
脂肪族カルボン酸としては、例えばペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ステアリン酸などの脂肪族１塩基酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピペリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸、ブラシル酸、タプチン酸などの脂肪族二塩基酸を挙げることができる。
芳香族カルボン酸としては、例えば安息香酸、ニトロ安息香酸、ヒドロキシ安息香酸などの安息香酸類、ｐ−トルイル酸、ｐ−エチル安息香酸、ｐ−プロピル安息香酸、ｐ−イソプロピル安息香酸、ｐ−ｔｅｒｔブチル安息香酸などのアルキル安息香酸、一般式ＲＯ−Ｃ_６Ｈ_４−ＣＯＯＨ（ＲはＣ_１〜Ｃ_５のアルキル基）で表されるアルコキシ安息香酸、一般式Ｒ−Ｃ_６Ｈ_４−ＣＨ＝ＣＯＯＨ（ＲはＣ_１〜Ｃ_５のアルキル基またはアルコキシ基）で表されるケイ皮酸、アルキルケイ皮酸、アルコキシケイ皮酸などを挙げることができる。
トリアゾール類としては、例えばベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、４−フェニル−１、２、３−トリアゾール、２−ナフトトリアゾール、４−ニトロベンゾトリアゾールなどを挙げることができ、ジアゾール類としては、イミダゾリン、イミダゾール、メルカプトイミダゾリン、メルカプトイミダゾール、ベンズイミダゾール、メチルイミダゾールなどを挙げることができ、チアゾール類としては、ベンゾチアゾール、メルカプトベンゾチアゾールなどを挙げることができる。
また、リン酸としては、正リン酸、ピロリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸などを挙げることができる。
尚、本発明の組成物にあっては、上記基剤、トレハロースおよび防錆剤の他に、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。
［実施例］
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、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を基剤とし、これにトレハロースを含ませたもの（実施例１）、実施例１の組成にさらに防錆剤としてトリルトリアゾールを添加したもの（実施例２）、比較として、実施例１の基剤のみからなるもの（比較例１）、実施例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２の組成にさらに防錆剤としてトリルトリアゾールを添加したもの（比較例３）を挙げた。

上記表１に示す実施例１及び２並びに比較例１〜３の各組成物について、酸化劣化試験後の導電率並びに劣化生成物量を測定した。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及び２並びに比較例１〜３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１〜３の各組成物の導電率は、いずれも３９μＳ／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及び２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。
また、劣化生成物についても、比較例１〜３の各組成物の場合、劣化試験後に大幅に増加しているのに対し、実施例１及び２の各組成物の場合には、試験後の劣化生成物量は７〜８ｍｇ／ｌと僅かな増加に留まっており、実施例１及び２に係る各組成物が劣化抑制に効果的であることが確認された。
［発明の効果］
本発明の組成物はトレハロースを含有することから、基剤の酸化を効果的に抑制して、金属腐食防止性や低導電率を長期に渡って維持することができ。

Claims (11)

1. 基剤中に前記基剤の酸化を抑制する目的でトレハロースを含有することを特徴とする熱媒体組成物。
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記載の熱媒体組成物。
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記載の熱媒体組成物。
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記載の熱媒体組成物。
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記載の熱媒体組成物。
6. 少なくとも１種以上の防錆剤を含有することを特徴とする請求項１記載の熱媒体組成物。
7. 防錆剤が脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、及びそれらの塩の中から選ばれる１種であることを特徴とする請求項６記載の熱媒体組成物。
8. 防錆剤がトリアゾール類、ジアゾール類、チアゾール類、及びそれらの塩の中から選ばれる１種であることを特徴とする請求項６記載の熱媒体組成物。
9. 防錆剤がリン酸、珪酸、硝酸、亜硝酸、ホウ酸、モリブテン酸、それらの塩、及びアミン類の中から選ばれる１種であることを特徴とする請求項６記載の熱媒体組成物。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の熱媒体組成物を使用したことを特徴とする燃料電池スタック用冷却液組成物。
11. 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１０記載の燃料電池スタック用冷却液組成物。