(57)【要約】    【課題】本発明は、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、初期の導電率を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ものである。    【解決手段】本発明の燃料電池用冷却液組成物は、分子内に少なくとも１個の窒素原子を持ち、かつ少なくとも１個の窒素原子に（ａ）主鎖を構成する炭素数が３以上の炭化水素及びその誘導体、又は（ｂ）主鎖を構成する炭素数が２以上であり、かつヘテロ原子を含む炭化水素及びその誘導体からなる原子団が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類を含有することから、基剤の酸化による冷却液の導電率の上昇が効果的に抑制され、長期に渡って使用した場合でも、初期の導電率を維持することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子内に少なくとも１個の窒素原子を持ち、かつ少なくとも１個の窒素原子に以下の（ａ）又は（ｂ）からなる原子団が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類を含有していることを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
（ａ）主鎖を構成する炭素数が３以上の炭化水素及びその誘導体、
（ｂ）主鎖を構成する炭素数が２以上であり、かつヘテロ原子を含む炭化水素及びその誘導体。
【請求項２】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類におけるヘテロ原子が窒素であ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。
【請求項３】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の分子内における窒素原子の数が１〜３であることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項４】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の分子内における窒素原子に結合する原子団の炭素数が２０以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項５】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の分子内における窒素原子に結合する原子団が飽和鎖式炭化水素又は不飽和鎖式炭化水素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項６】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の分子内における窒素原子に結合する原子団が環式炭化水素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項７】
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いずれか１種若しくは２種以上の混合物からなる基剤中にアミノアルコール類又はアミノフェノール類を含有す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。
【請求項８】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の含有量が基剤１００重量部に対して０．００１〜２０重量部であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する。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、初期の導電率を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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。従来、例えば水とグリコール類の混合溶液からなる基剤と、冷却液の導電率を低導電率に維持するアミン系のアルカリ性添加剤を含む燃料電池用冷却液組成物が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６４２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の燃料電池用冷却液組成物にあっては、燃料電池作動中に冷却液中において基剤として使用されているグリコール類やアルコール類が酸化して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が増加し、この結果、初期の導電率が維持できなくなるという事態を招く恐れがあった。
【０００７】
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、長期に渡って初期の導電率を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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、分子内に少なくとも１個の窒素原子を持ち、かつ少なくとも１個の窒素原子に以下の（ａ）又は（ｂ）からなる原子団が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類を含有することで特徴づけられたものである。
【０００９】
（ａ）主鎖を構成する炭素数が３以上の炭化水素及びその誘導体、
（ｂ）主鎖を構成する炭素数が２以上であり、かつヘテロ原子を含む炭化水素及びその誘導体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の組成物は、分子内に少なくとも１個の窒素原子を持ち、かつ少なくとも１個の窒素原子に原子団（ａ）又は（ｂ）が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類を含有することから、基剤の酸化による冷却液の導電率の上昇が効果的に抑制され、長期に渡って使用した場合でも初期の導電率が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の組成物における基剤としては、低導電率であって、不凍性を有するものが望ましい。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
上記基剤の中でもエチレングリコールおよび又はプロピレングリコールは、取り扱い性、価格、入手容易性の点から好ましい。
【００１６】
上記基剤中に、分子内に少なくとも１個の窒素原子を持ち、かつ少なくとも１個の窒素原子に（ａ）主鎖を構成する炭素数が３以上の炭化水素及びその誘導体、又は（ｂ）主鎖を構成する炭素数が２以上であり、かつヘテロ原子を含む炭化水素及びその誘導体からなる原子団が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類が含まれている。これらアミノアルコール類又はアミノフェノール類中の窒素原子に結合する原子団（ａ）又は（ｂ）には、飽和鎖式炭化水素又は不飽和鎖式炭化水素からなるものと、環式炭化水素からなるものとが挙げられる。これら原子団（ａ）（ｂ）に含まれる炭素数としては２０以下、特には炭素数が２〜１０が望ましい。尚、原子団（ｂ）が結合するアミノアルコール類又はアミノフェノール類におけるヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、燐原子、珪素原子、硼素原子、弗素原子などが挙げられるが、望ましくは窒素原子である。
【００１７】
これらのアミノアルコール類又はアミノフェノール類は酸化抑制機能に優れており、これらのアミノアルコール類又はアミノフェノール類を基剤中に含有させ、当該組成物を水で希釈して所定の濃度となるように調整したとき、基剤の酸化による冷却液の導電率の上昇は効果的に抑制され、当該冷却液の初期導電率を僅かな変動域内に止めてこれを維持するようになる。
【００１８】
このような作用効果を奏するアミノアルコール類又はアミノフェノール類の中でも、分子内における窒素原子の数が１〜３のものが酸化抑制機能に優れる点で望ましい。また、基剤への溶け易さという点から、分子内における窒素原子に結合する原子団に含まれる炭素数が２０以下、特には炭素数が２〜１０のアミノアルコール類又はアミノフェノール類が望ましく、構造的には分子内の窒素原子に結合する原子団が飽和鎖式構造又は不飽和鎖式構造を持つもの、特には直鎖構造を持つ炭化水素からなるものが望ましい。
【００１９】
窒素原子に結合する原子団が飽和鎖式構造を持つアミノアルコール類としては、例えばアミノプロパノール、アミノメチルプロパノール、ジメチルアミノプロパノール、アミノエチルプロパノール、ジエチルアミノプロパノール、アミノプロパンジオール、アミノメチルプロパンジオール、アミノエチルプロパンジオール、アミノヒドロキシメチルプロパンジオール、（ジメチルアミノ）プロパンジオール、アミノブタノール、アミノメチルブタノール、ジメチルアミノブタノール、アミノエチルブタノール、アミノペンタノール、アミノヘキサノール、アミノヘプタノール、アミノオクタノール、ジメチルアミノオクタノール、（アミノエチルアミノ）エタノール、（アミノエチルアミノ）プロパノール、アミノエトキシエタノール、（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）エタノール、ジエチルアミノエトキシエタノールからなる群の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２０】
窒素原子に結合する原子団が不飽和鎖式構造を持つアミノアルコール類としては、例えばアミノプロペノール、メチルアミノプロペノール、アミノプロピノール、メチルアミノプロピノール、アミノブテノール、メチルアミノブテノール、アミノブチノール、メチルアミノブチノール、ジメチルアミノブチノール、ジエチルアミノブチノールからなる群の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２１】
窒素原子に結合する原子団が環式構造を持つアミノフェノール類としては、例えば（ベンジルアミノ）エタノール、アミノベンジルエタノール、（メチルアミノメチル）ベンジルアルコール、アミノシクロヘキサノール、アミノフェニルエタノール、アミノフェニルプロパノール、アミノクレゾール、アミノナフトール、アミノフェノール、アミノニトロフェノール、アミノメチルフェノール、ジメチルアミノフェノール、アミノエチルフェノール、ジエチルアミノフェノールからなる群の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２２】
アミノアルコール類又はアミノフェノール類の含有量としては基剤１００重量部に対して０．００１〜２０重量部の範囲が好ましい。上記範囲よりもアミノアルコール類又はアミノフェノール類の含有量が下回ると、十分な基剤の酸化抑制効果が得られず、上記範囲よりもアミノアルコール類又はアミノフェノール類の含有量が上回る場合には、含有量が分だけの効果が期待できず、不経済となる。
【００２３】
尚、本発明の組成物にあっては、上記アミノアルコール類又はアミノフェノール類を基剤として使用する形態を採ることもできる。この場合、基剤そのものが酸化し難く、酸化による冷却液の導電率の上昇を抑える機能を持つことになる。
【００２４】
また、本発明の組成物には、燃料電池に使用されている金属の腐食を効果的に抑制するため、少なくとも１種以上の腐食抑制剤を導電率に影響を与えない範囲で含ませることができる。
【００２５】
腐食抑制剤としては、リン酸及び又はその塩、脂肪族カルボン酸及び又はその塩、芳香族カルボン酸及び又はその塩、トリアゾール類、チアゾール類、ケイ酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ホウ酸塩、モリブテン酸塩、及びアミン塩のいずれか１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２６】
リン酸及び又はその塩としては、オルトリン酸、ピロリン酸、ヘキサメタリン酸、トリポリリン酸、およびそれらのアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩及びカリウム塩が挙げられる。
【００２７】
脂肪族カルボン酸及び又はその塩としては、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、２−エチルヘキサン酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン酸、ドデカン二酸、及びそれらのアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩及びカリウム塩が挙げられる。
【００２８】
芳香族カルボン酸及び又はその塩としては、安息香酸、トルイル酸、パラターシャリブチル安息香酸、フタル酸、パラメトキシ安息香酸、ケイ皮酸、及びそれらのアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩及びカリウム塩が挙げられる。
【００２９】
トリアゾール類としては、ベンゾトリアゾール、メチルベンゾトリアゾール、シクロベンゾトリアゾール、４−フェニル−１，２，３−トリアゾールが挙げられる。
【００３０】
チアゾール類としては、メルカプトベンゾチアゾール、及びそのアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩及びカリウム塩が挙げられる。
【００３１】
ケイ酸塩としては、メタケイ酸のナトリウム塩及びカリウム塩、並びに水ガラスと呼ばれるＮａ2Ｏ／ＸＳｉＯ2（Ｘは０．５から３．３）で表されるケイ酸ナトリウム塩の水溶液が挙げられ、硝酸塩としては、硝酸ナトリウムや硝酸カリウムが挙げられ、亜硝酸塩としては、亜硝酸ナトリウムや亜硝酸カリウムが挙げられる。ホウ酸塩としては、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウムが挙げられる。
【００３２】
モリブテン酸塩としては、モリブテン酸ナトリウム、モリブテン酸カリウム、モリブテン酸アンモニウムが挙げられる。
【００３３】
尚、本発明の組成物には、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのｐＨ調整剤、消泡剤、或いは着色剤などを導電率に影響を与えない範囲で適宜添加することができる。
【００３４】
尚、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲で自由に変更して実施することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の組成物の好ましい実施例を挙げ、比較例と対比しつつ、その性能を評価する。表１には実施例１〜５並びに比較例１〜５の組成物を挙げた。実施例１〜５並びに比較例１〜５の各組成物は、いずれもイオン交換水及びエチレングリコールを基剤としており、この基剤中に２−アミノ−１−フェニルエタノールを添加したものを実施例１とし、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールを添加したものを実施例２、４−アミノ−１−ブタノールを添加したものを実施例３、６−アミノ−１−ヘキサノールを添加したものを実施例４、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノールを添加したものを実施例５とした。
【００３６】
一方、上記基剤のみのものを比較例１とし、上記基剤中にベンジルアルコールを添加したものを比較例２、アセトニトリルを添加したものを比較例３、１−プロパノールを添加したものを比較例４、２−アミノエタノールを添加したものを比較例５とした。
【００３７】
【表１】
2006278197.tif 000002
表１に示す実施例１〜５並びに比較例１〜５の各組成物について、酸化劣化後の酸の生成量を測定した。その結果を表２に示した。尚、各組成物の酸化劣化は、１００℃で５００時間の条件で実施した。
【００３８】
【表２】
2006278197.tif 000003
表２から、酸化劣化後の酸の生成量を見たとき、基剤のみの比較例１の酸の生成量が２２となっているのに対し、比較例２〜４の酸の生成量は１８〜２７となっており、実質上、比較例１の組成物と比較例２〜４の各組成物の性能はほとんど同じか、むしろ悪くなるという結果が得られた。比較例５の酸の生成量については１０となっており、酸の生成が幾分抑えられていると考えられる。これに対し、実施例１〜５の各組成物の場合、それらの酸の生成量は測定困難又は２〜５と微量な量であり、酸の生成の抑制効果に優れることが確認された。