(57)【要約】【課題】本発明は、水を基材とする冷却液に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを添加した冷却液組成物において、イオン交換樹脂の分散性を向上させる技術を提供する。【解決手段】水を基材とする冷却液に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを添加した冷却液組成物であって、陰イオン交換樹脂の平均粒径と、陽イオン交換樹脂の平均粒径とが、互いに異なる。【選択図】図１
2010260947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を基材とする冷却液に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを添加して成る冷却液組成物であって、
前記陰イオン交換樹脂の平均粒径と、前記陽イオン交換樹脂の平均粒径とが、互いに異なる、冷却液組成物。
【請求項２】
請求項１記載の冷却液組成物であって、
前記陽イオン交換樹脂の平均粒径が前記陰イオン交換樹脂の平均粒径よりも小さい、冷却液組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷却液組成物において、
前記陰イオン交換樹脂の平均粒径と、前記陽イオン交換樹脂の平均粒径との差が、２倍以上である、冷却液組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却液組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池は、発電時に発熱する。燃料電池は、過熱されると故障を生じるおそれがあるため、従来、冷却水等の冷却液を循環させて、熱交換により、燃料電池を冷却している。
【０００３】
燃料電池に用いられる冷却液には、不凍性と低導電性が要求される。例えば、燃料電池が車両に搭載され、間欠的に運転される場合がある。燃料電池の運転停止時には、冷却液の温度は周辺温度と略同一になる。周辺温度が氷点下になった場合に、冷却液が凍結すると、冷却回路が損傷するおそれがある。そこで、冷却液には、不凍性が要求される。
【０００４】
また、燃料電池において、冷却液の流路は、例えば、導電性を有するセパレータ内に設けられる。そのため、冷却液の導電性が高いと、燃料電池で発生された電気がセパレータを介して冷却液へと流れ、電気を損失するおそれがある。そこで、冷却液には低導電性が要求される。
【０００５】
そこで、従来、燃料電池では、伝熱特性の観点から水系の冷却液を採用し、絶縁性の対応としてイオン交換樹脂を添加している（例えば、特許文献１，２参照）。イオン交換樹脂を添加することにより、部品から溶出するイオン性の生成物を除去することができ、導電性を低下させることができるからである。
【０００６】
例えば、特許文献１には、イオン交換樹脂として、陰イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂)と陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）とを併用することにより、上記したイオン性の溶出物を適時に除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−５７０８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを併用すると、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とが電気的に引き合い、大きな固まりを形成する可能性がある。その結果、冷却液の流路の目詰まりが生じるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みて、水を基材とする冷却液に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを添加した冷却液組成物において、イオン交換樹脂の分散性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］  水を基材とする冷却液に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを添加した冷却液組成物であって、
前記陰イオン交換樹脂の平均粒径と、前記陽イオン交換樹脂の平均粒径とが、互いに異なる、冷却液組成物。
【００１２】
この冷却液組成物によれば、平均粒径の大きいイオン交換樹脂が、平均粒径の小さいイオン交換樹脂に包まれると考えられる。すなわち、この冷却液組成物では、平均粒径の大きいイオン交換樹脂が、平均粒径の小さいイオン交換樹脂に包まれた、イオン交換樹脂の小さな固まりが複数形成されると考えられる。その結果、イオン交換樹脂の固まりの表面が、互いに同じ極性になるため、イオン交換樹脂の固まり同士が電気的に反発すると考えられる。したがって、イオン交換樹脂の分散性が向上される。
【００１３】
［適用例２］  適用例１記載の冷却液組成物であって、
前記陽イオン交換樹脂の平均粒径が前記陰イオン交換樹脂の平均粒径よりも小さい、冷却液組成物。
【００１４】
一般に、陽イオン交換樹脂の密度は、陰イオン交換樹脂の密度よりも大きいことが多い。そのため、陽イオン交換樹脂の沈降速度は、陰イオン交換樹脂の沈降速度よりも速い。一旦、イオン交換樹脂が沈降すると、分散させるのは困難である。この適用例の冷却液組成物では、陽イオン交換樹脂の平均粒径を、陰イオン交換樹脂の平均粒径よりも小さくして、陽イオン交換樹脂の沈降速度を遅くすることにより、イオン交換樹脂の分散性がさらに向上される。
【００１５】
［適用例３］  適用例１または２に記載の冷却液組成物において、
前記陰イオン交換樹脂の平均粒径と、前記陽イオン交換樹脂の平均粒径との差が、２倍以上である、冷却液組成物。
【００１６】
このようにすると、イオン交換樹脂の凝集に対する抑制効果がさらに大きくなる。すなわち、イオン交換樹脂の分散性がさらに向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の平均粒径の組み合わせに対するイオン交換樹脂の分散状態を示す表である。
【図２】サンプル１の冷却液組成物におけるカチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎとの状態を概念的に示す説明図である。
【図３】サンプル５の冷却液組成物におけるカチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎとの状態を概念的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、冷却液にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを添加した冷却液組成物について、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の平均粒径を変化させて、イオン交換樹脂の分散性を調べた実験結果について説明する。図１は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の平均粒径の組み合わせに対する、イオン交換樹脂の分散状態を示す表である。
【００１９】
本実験例におけるサンプル１〜６は、基材としてエチレングリコール５０重量％水溶液（以下、単に「ＥＧ水溶液」とも称する。）を用いている。ＥＧ水溶液は、不凍性に優れる。各サンプルは、ＥＧ水溶液にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を、その平均粒径を変化させて添加している。全てのサンプルにおいて、カチオン交換樹脂は１．５重量％、アニオン交換樹脂は３重量％添加されている。そして、全てのサンプルにおいて、分散剤(例えば、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等)は添加されていない。
【００２０】
本実験例では、１００ｍｌビーカー内に、ＥＧ水溶液とイオン交換樹脂を入れて撹拌した後、１日放置して、ビーカー内のイオン交換樹脂の分散状態を目視にて観察している。本実験例では、イオン交換樹脂の分散状態を、「◎：凝集なし」、「○：凝集抑制傾向あり」、「▲：凝集大」の３つに分類している。
【００２１】
本実験例において、１００ｍｌビーカー内に、ＥＧ水溶液とイオン交換樹脂を入れて撹拌したとき、溶液は白濁している。１日放置して目視したときに、撹拌時と同様に溶液が白濁している場合を「◎：凝集なし」と判定している。１日放置して目視したときに、溶液が２層に分離しており、上層部が透明、下層部が粒子の大きなイオン交換樹脂の固まりが形成されている場合を、「▲：凝集大」と判定している。そして、１日放置して目視したときに、溶液が２層に分離しており、上層部が撹拌時よりも薄い(透明に近い)白濁、下層部が粒子の小さい（「▲：凝集大」よりも粒子が小さい）イオン交換樹脂の固まりが形成されている場合を、「○：凝集抑制傾向あり」と判定している。
【００２２】
サンプル１は、カチオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が２μｍである。アニオン交換樹脂の平均粒径がカチオン交換樹脂の平均粒径に対して小さく、カチオン交換樹脂の平均粒径は、アニオン交換樹脂の平均粒径の３０倍である。サンプル２は、カチオン交換樹脂の平均粒径が２μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍである。カチオン交換樹脂の平均粒径がアニオン交換樹脂の平均粒径に対して小さく、アニオン交換樹脂の平均粒径は、カチオン交換樹脂の平均粒径の３０倍である。すなわち、サンプル１，２は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の平均粒径が互いに異なり、相対的に平均粒径の大きいイオン交換樹脂の平均粒径が、相対的に平均粒径の小さいイオン交換樹脂の平均粒径の３０倍になっている。
【００２３】
サンプル３は、カチオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が３０μｍである。サンプル１と同様に、アニオン交換樹脂の平均粒径がカチオン交換樹脂の平均粒径に対して小さいが、サンプル１とは異なり、カチオン交換樹脂の平均粒径は、アニオン交換樹脂の平均粒径の２倍である。サンプル４は、カチオン交換樹脂の平均粒径が３０μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍである。サンプル２と同様に、カチオン交換樹脂の平均粒径がアニオン交換樹脂の平均粒径に対して小さいが、サンプル２と異なり、アニオン交換樹脂の平均粒径は、カチオン交換樹脂の平均粒径の２倍である。すなわち、サンプル３，４は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の平均粒径が互いに異なり、相対的に平均粒径の大きいイオン交換樹脂の平均粒径が、相対的に平均粒径の小さいイオン交換樹脂の平均粒径の２倍になっている。本実験例におけるサンプル１〜４が、請求項に記載の冷却液組成物の一実施例に相当する。
【００２４】
サンプル５は、カチオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が６０μｍである。すなわち、サンプル５は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の平均粒径が互いに等しい。サンプル６は、カチオン交換樹脂の平均粒径が２μｍ、アニオン交換樹脂の平均粒径が２μｍである。すなわち、サンプル６は、サンプル５より平均粒径が小さいものの、サンプル５と同様に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の平均粒径が互いに等しい。
【００２５】
表１に示すように、各サンプルの樹脂の分散状態は、サンプル１，２が「◎：凝集なし」、サンプル３，４が「○：凝集抑制傾向あり」、サンプル５，６が「▲：凝集大」である。その理由は、以下のように考えられる。
【００２６】
図３は、サンプル５の冷却液組成物におけるカチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎとの状態を概念的に示す説明図である。サンプル５において、カチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎの平均粒径が等しいため、両イオン交換樹脂が電気的に引き合い、大きな固まりを形成すると考えられる。サンプル６においては、サンプル５と比較して、平均粒径の小さいイオン交換樹脂を用いているが、カチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎの平均粒径が等しいため、同様に、イオン交換樹脂の大きな固まりができると考えられる。
【００２７】
図２は、サンプル１の冷却液組成物におけるカチオン交換樹脂Ｃａとアニオン交換樹脂Ａｎとの状態を概念的に示す説明図である。サンプル１において、アニオン交換樹脂Ａｎの平均粒径がカチオン交換樹脂Ｃａの平均粒径に対して小さいため、図２に示すように、カチオン交換樹脂Ｃａがアニオン交換樹脂Ａｎによって包まれる。すなわち、サンプル１では、カチオン交換樹脂Ｃａがアニオン交換樹脂Ａｎによって包まれたイオン交換樹脂の固まりが複数形成される。イオン交換樹脂の固まりの表面は、互いにアニオン交換樹脂Ａｎになるため、イオン交換樹脂の固まり同士が電気的に反発する。サンプル２〜４においても同様に、平均粒径の大きいイオン交換樹脂が平均粒径の小さいイオン交換樹脂によって包まれると考えられる。その結果、サンプル１〜４において、イオン交換樹脂の固まり同士が電気的に反発するため、サンプル５，６に比べて、イオン交換樹脂の分散性が向上されると考えられる。
【００２８】
また、表１に示すように、サンプル１，２は、サンプル３，４に比べて、よりイオン交換樹脂の分散性が向上されている。サンプル１，２のカチオン交換樹脂の平均粒径とアニオン交換樹脂の平均粒径との比は、３０倍、サンプル３，４のカチオン交換樹脂の平均粒径とアニオン交換樹脂の平均粒径との比は、２倍である。すなわち、カチオン交換樹脂の平均粒径とアニオン交換樹脂の平均粒径との比が大きいほど、イオン交換樹脂の凝集に対する抑制効果が大きいと考えられる。すなわち、カチオン交換樹脂の平均粒径とアニオン交換樹脂の平均粒径との比は、２倍以上であることが好ましい。
【００２９】
以上説明したように、ＥＧ水溶液に、平均粒径が互いに異なる、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを添加することによって、イオン交換樹脂の凝集を抑制することができる。その結果、例えば、上記した実験例のサンプル１〜４を、燃料電池を冷却する冷却液組成物として用いた場合に、冷却液組成物内のイオン交換樹脂が凝集して、冷却系流路内に詰まる可能性を抑制することができる。したがって、燃料電池における冷却性能の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｃａ…カチオン交換樹脂
Ａｎ…アニオン交換樹脂
【図１】
2010260947.tif 000003
【図２】
2010260947.tif 000004
【図３】
2010260947.tif 000005