(57)【要約】【課題】凝固点降下剤を含んだ冷却液の性能を安定的に保つ。【解決手段】凝固点降下剤を含む冷却液に用いられる酸化防止剤において、１以上の水酸基が結合した芳香環を有するフェノール系樹脂及び塩基性を有する窒素元素を有する窒素系樹脂の少なくとも何れかの樹脂を含んでいる。フェノール系樹脂はフェノール樹脂とすることができ、窒素系樹脂はポリビニルピリジンとすることができる。樹脂は粒子状あるいは膜状とすることができる。凝固点降下剤は１〜３価のアルコール類とすることができる。冷却液による冷却対象物は電気化学装置とすることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝固点降下剤を含む冷却液に用いられる酸化防止剤であって、
１以上の水酸基が結合した芳香環を有するフェノール系樹脂又は塩基性の窒素元素を有する窒素系樹脂の少なくとも何れかの樹脂を含んでいる酸化防止剤。
【請求項２】
前記フェノール系樹脂はフェノール樹脂である請求項１に記載の酸化防止剤。
【請求項３】
前記窒素系樹脂はポリビニルピリジンである請求項１又は２に記載の酸化防止剤。
【請求項４】
前記樹脂は粒子状である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の酸化防止剤。
【請求項５】
前記樹脂は膜状である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の酸化防止剤。
【請求項６】
前記凝固点降下剤は１〜３価のアルコール類である請求項１ないし５のいずれか１つに記載の酸化防止剤。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の酸化防止剤を含んでいる冷却液。
【請求項８】
請求項７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。
【請求項９】
前記冷却対象物は電気化学装置である請求項８に記載の冷却回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化防止剤、冷却液及び冷却回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。一方、電気化学装置に用いられる冷却液として、エチレングリコールのような凝固点降下剤を含んだ不凍液を用いることが考えられるが、凝固点降下剤は熱劣化により酸化し、冷却液の導電性が上昇する。
【０００３】
これに対し、特許文献１では冷却液に酸化防止剤等を添加することが提案されており、特許文献２では導電率上昇の原因物質である冷却液中の不純物を一定濃度以下に管理することが提案されており、特許文献３ではイオン交換樹脂によって冷却液中の導電性イオンを除去することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０３７３９号公報
【特許文献２】特許第６１５４３６５号公報
【特許文献３】特開２００６−５７０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の冷却液に添加物を導入する構成は、添加量と導電率の管理が困難である。また、特許文献２の冷却液の不純物濃度を低下させて導電率を管理する構成では、コスト高や防錆能の低下が問題となる。また、特許文献３のイオン交換樹脂を用いる構成では、冷却液中のイオン化物除去はできるが、イオン化物を溶出する冷却液の酸化化合物の除去は困難である。以上のことから、各特許文献に記載の冷却液は、性能が劣化することを避けることができない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、凝固点降下剤を含んだ冷却液の性能を安定的に保つことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、凝固点降下剤を含む冷却液に用いられる酸化防止剤であって、１以上の水酸基が結合した芳香環を有するフェノール系樹脂又は塩基性を有する窒素元素を有する窒素系樹脂の少なくとも何れかの樹脂を含んでいることを特徴とする。
【０００８】
本発明の酸化防止剤を凝固点降下剤を含む冷却液に用いることで、凝固点降下剤の酸化を抑制でき、さらに酸化物中間体及び酸化物を吸着させることができる。これにより、冷却液を長時間使用した場合であっても、導電率が上昇することを抑制でき、冷却液の性能を安定的に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の冷却システムの概念図である。
【図２】粒子状の酸化防止剤を用いた場合の冷却回路の内部を示す図である。
【図３】膜状の酸化防止剤を用いた場合の冷却回路の内部を示す図である。
【図４】実施例１、２と比較例における冷却液の導電率の変化を示す図表である。
【図５】第２実施形態の冷却システムの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１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、本発明の酸化防止剤、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
凝固点降下剤としては、１〜３価のアルコール類を用いことができる。凝固点降下剤としては、例えばエチレングリコール、プロパノール等を用いることができる。
【００１９】
冷却液には、酸化防止剤が添加されている。酸化防止剤は、凝固点降下剤の酸化を抑制し、さらに凝固点降下剤の酸化反応で生成する生成物を吸着する。凝固点降下剤の酸化反応による生成物には、酸化反応の途中で生成する中間体と、酸化反応で最終的に生成する酸化物が含まれている。例えばエチレングリコールであれば、過カルボン酸からなる酸化物中間体を経て、最終的に酸化物としてギ酸が生成すると考えられる。
【００２０】
本実施形態では、冷却液に添加する酸化防止剤として、フェノール系樹脂及び窒素系樹脂を用いている。フェノール系樹脂及び窒素系樹脂をそれぞれ単独で用いてもよく、フェノール系樹脂及び窒素系樹脂を混在させて同時に用いてもよい。
【００２１】
フェノール系樹脂は、少なくとも１つの水酸基が結合した芳香族構造を有する高分子である。フェノール系樹脂としては、例えばフェノール樹脂、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、クレゾール樹脂、オルトクレゾール樹脂、ナフトール樹脂またこれらの単量体を混合した共重合体を用いることができる。特にフェノール樹脂は、水に含まれると膨潤して吸着効果が高くなるため、酸化防止剤として好適に用いることができる。
【００２２】
窒素系樹脂は、塩基性を有する窒素原子を含む高分子である。窒素系樹脂に含まれる窒素元素は酸化防止効果を発揮し、さらに窒素元素が塩基性を有していることで吸着効果を高めることができる。また、窒素系樹脂に環状炭化水素が含まれていることで、吸着効果をさらに高めることができる。窒素系樹脂としては、例えばポリビニルピリジン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリアニリン、ポリピロールを用いることができる。
【００２３】
酸化防止剤を構成する樹脂は、任意の形状とすることができ、例えば粒子状や膜状とすることができる。
【００２４】
図２は、酸化防止剤３０を粒子状とした場合の冷却回路１０の内部を示している。図３は、酸化防止剤３０を膜状とした場合の冷却回路１０の内部を示している。図２、図３では、冷却液２０に含まれる凝固点降下剤の酸化物中間体２１を白丸で示し、凝固点降下剤の酸化物２２を黒丸で示している。
【００２５】
図２に示す例では、粒子状の酸化防止剤３０が冷却液２０中に分散した状態となっている。粒子状の酸化防止剤３０は、粒子径が小さいほど、冷却液２０の圧損を小さくすることができる。また、粒子状の酸化防止剤３０は、粒子径が小さいほど、酸化防止剤３０の表面積を大きくすることができ、吸着効果を高くすることができる。このため、酸化防止剤３０を粒子状とする場合には、粒子径を２００μｍ以下とすることが望ましい。
【００２６】
図３に示す例では、膜状の酸化防止剤３０が冷却回路１０を構成する配管の内壁面に設けられている。膜状の酸化防止剤３０が設けられる部位は、冷却回路１０の全体でもよく、冷却回路１０の一部でもよい。
【００２７】
酸化防止剤３０は、冷却液中で凝固点降下剤の酸化反応が進行することを抑制できる。凝固点降下剤の酸化物中間体２１が生成した場合には、酸化防止剤３０は冷却液中の酸化物中間体２１を吸着し、更なる酸化反応の進行を抑制することができる。凝固点降下剤の酸化物２２が生成した場合には、酸化防止剤３０は冷却液中の酸化物２２を吸着し、冷却液の導電率上昇を抑制することができる。
【００２８】
ここで、冷却液の導電率の変化を実施例１、２及び比較例を用いて説明する。実施例１、２及び比較例では、プロパノール重量５０％と蒸留水重量５０％からなる冷却液を用いた。実施例１、２では、冷却液に酸化防止剤を５重量％加えた。実施例１では、冷却液に酸化防止剤として粒子状のポリビニルピリジンを浸漬させた。実施例２では、冷却液に酸化防止剤として粒子状のフェノール樹脂を浸漬させた。比較例では、酸化防止剤を用いなかった。
【００２９】
図４は、実施例１、２及び比較例の冷却液を８０℃に維持し、１時間後及び２００時間後に導電率を測定した結果を示している。
【００３０】
図４に示すように、比較例では、２００時間経過後に冷却液の導電率が大幅に上昇している。比較例の冷却液では、長時間の加熱によって凝固点降下剤の酸化反応が進行し、酸化物が増大していると考えられる。
【００３１】
これに対し、実施例１、２では、２００時間経過後においても冷却液の伝導率は上昇しなかった。つまり、実施例１、２の冷却液は、長時間加熱された場合であっても、酸化防止剤によって凝固点降下剤の酸化を抑制でき、かつ、酸化物中間体と酸化物を酸化防止剤によって吸着できており、結果として酸化物が増大していないと考えられる。
【００３２】
以上説明した本実施形態では、凝固点降下剤を有する冷却液にフェノール系樹脂または窒素系樹脂からなる酸化防止剤を添加することで、凝固点降下剤の酸化を抑制できる。また、凝固点降下剤の酸化物中間体及び酸化物が生成したとしても、これらを酸化防止剤で吸着することができる。これにより、冷却液を長時間使用した場合であっても、導電率が上昇することを抑制でき、冷却液の性能を安定的に保つことができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３４】
図５に示すように、本第２実施形態では、冷却回路１０に分岐回路１３が設けられている。分岐回路１３には、酸化防止剤収容部１４が設けられている。酸化防止剤収容部１４は、内部を冷却液が通過可能となっている。
【００３５】
酸化防止剤収容部１４には、酸化防止剤が充填されている。酸化防止剤は、酸化防止剤収容部１４から流出することなく、酸化防止剤収容部１４の内部に保持される。酸化防止剤は、例えば粒子状または膜状とすることができる。
【００３６】
酸化防止剤収容部１４は、取り外し可能となっており、新しい酸化防止剤収容部１４と取り替えることができる。このように酸化防止剤収容部１４を取り替えることで、酸化物中間体及び酸化物を吸着した酸化防止剤を新しくすることができ、凝固点降下剤の酸化防止効果を永続的に維持することができる。
【００３７】
（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。
【００３８】
（１）上記各実施形態では、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子部品としてもよい。
【００３９】
（２）上記各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。
【符号の説明】
【００４０】
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
２０    冷却液
３０    酸化防止剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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