(57)【要約】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、詳細には低導電率、不凍性、及び燃料電池の冷却系統に使用されている金属、特にはアルミニウム系材料に優れた腐食防止性を有し、さらに長期の使用においても導電率が上昇しにくい燃料電池用冷却液組成物に関する。本発明の燃料電池用冷却液組成物であって、基剤と、前記冷却液組成物の導電率を低導電率に維持する添加剤とを含有しており、前記防錆添加剤が、基剤の酸化を抑制して、又は冷却システム内に溶出するイオンを封鎖して、前記冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質であることを特徴とするものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する冷却液組成物であって、基剤と、前記冷却液組成物の導電率を低導電率に維持する防錆添加剤とを含有しており、
前記防錆添加剤が、基剤の酸化を抑制して、又は冷却システム内に溶出するイオンを封鎖して、前記冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質であることを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
【請求項２】
前記基剤が、水、グリコール類、アル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。
【請求項３】
前記グリコール類が、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。
【請求項４】
前記アルコール類が、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。
【請求項５】
前記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。
【請求項６】
前記防錆添加剤は、組成物の導電率を１０μＳ／ｃｍ以下に維持す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７】
前記防錆添加剤は、長期の使用による組成物の導電率の変動を、０乃至１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持す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８】
前記基剤の酸化を抑制して、導電率の上昇を防止する物質が、フェノール化合物であることを特徴とする請求項１、６、及び７のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項９】
前記フェノール化合物が、フェノールスルホン酸、クロロフェノール、ニトロフェノール、ブロモフェノール、アミノフェノール、ジヒドロキシベンゼン、オキシン、ヒドロキシアセトフェノン、メトキシフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ｔｅｒｔ−ブチル−４−メトキシフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノール、４，４−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２−メチレンビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２−ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパンの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項８記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項１０】
前記イオンを封鎖して、導電率の上昇を防止する物質が、炭化水素カルボニル化合物、アミド化合物、イミド化合物、及びジアゾール化合物のいずれかであることを特徴とする請求項１、６及び７のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項１１】
前記炭化水素カルボニル化合物が、２，４−ペンタンジオン、３−メチル−２，４−ペンタンジオン、３−エチル−２，４−ペンタンジオン、３−プロピル−２，４−ペンタンジオン、３−ｎ−ブチル−２，４−ペンタンジオン、２，３−ヘプタンジオン、２，５−ヘキサンジオン、フタルアルデヒド、ベンズアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、ペンタノン、２−アセチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキサンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオンの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項１２】
前記アミド化合物が、ベンズアミド、メチルベンズアミド、ニコチン酸アミド、ピコリン酸アミド、アントラニルアミド、コハク酸アミド、シュウ酸ジアミド、アセトアミド、２−ピロリドン、カプロラクタムの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項１３】
前記イミド化合物が、コハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミド、グルタル酸イミド、１，８−ナフタルイミド、アロキサン、プルプル酸の中から選ばれる１種若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池用冷却液組成物。
【請求項１４】
前記ジアゾール化合物が、イミダゾリン、１，３−ジアゾール、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、メルカプトベンズイミダゾール、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、イミダゾール−４，５−ジカルボン酸、１，２−ジアゾール、メチルピラゾールの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１０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
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、詳細には長期に亘って当該冷却液組成物を低導電率に維持すると共に不凍性、防錆性に優れる燃料電池用冷却液組成物に関する。
背景技術
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。
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、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など、間欠運転型燃料電池の場合、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。
また、自動車用燃料電池等の冷却システムを考慮した場合、軽量化の観点から、冷却板や熱交換器などにはアルミ系材料が使用されることが予測される。アルミ系材料は防錆性に乏しく、腐食を発生し易く、腐食が発生した場合、導電率が上昇することになる。
このような事情から、燃料電池、特には自動車用燃料電池の冷却液には、低導電性、不凍性、及び防錆性が要求される。
本発明者は、上記要求に対応することができる燃料電池用冷却液組成物について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち本発明は、長期に亘って当該冷却液組成物を低導電率に維持すると共に、不凍性、防錆性に優れ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。
発明の開示
以下、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）をさらに詳しく説明する。本発明の組成物は基剤と防錆添加剤とを含有している。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、グリコール類、アル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種以上からなるものが好ましい。
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種以上からなるものを挙げることができる。
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種以上からなるものを挙げることができる。
本発明の防錆添加剤は、これを基剤中に添加したとき、該組成物が、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）に維持されるようになっている。具体的には、該防錆添加剤を基剤中に添加したとき、組成物の導電率を１０μＳ／ｃｍ以下に維持する。またこの防錆添加剤は、長期に亘って使用した場合でも、長期の使用による組成物の導電率の変動を、０乃至１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持する。
この防錆添加剤は、基剤の酸化を抑制して、冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質、又は冷却システム内に溶出するイオンを封鎖して、前記冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質である。
基剤の酸化を抑制して、導電率の上昇を防止する物質としては、例えばフェノールスルホン酸、クロロフェノール、ニトロフェノール、ブロモフェノール、アミノフェノール、ジヒドロキシベンゼン、オキシン、ヒドロキシアセトフェノン、メトキシフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ｔｅｒｔ−ブチル−４−メトキシフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノール、４，４−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２−メチレンビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，２−ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパンの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなるフェノール化合物を挙げることができる。
イオンを封鎖して、導電率の上昇を防止する物質としては、炭化水素カルボニル化合物、アミド化合物、イミド化合物、及びジアゾール化合物のいずれかを挙げることができる。
炭化水素カルボニル化合物としては、例えば２，４−ペンタンジオン、３−メチル−２，４−ペンタンジオン、３−エチル−２，４−ペンタンジオン、３−プロピル−２，４−ペンタンジオン、３−ｎ−ブチル−２，４−ペンタンジオン、２，３−ヘプタンジオン、２，５−ヘキサンジオン、フタルアルデヒド、ベンズアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、ペンタノン、２−アセチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキサンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオンの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなるものを挙げることができる。
アミド化合物としては、例えばベンズアミド、メチルベンズアミド、ニコチン酸アミド、ピコリン酸アミド、アントラニルアミド、コハク酸アミド、シュウ酸ジアミド、アセトアミド、２−ピロリドン、カプロラクタムの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなるものを挙げることができる。
イミド化合物としては、例えばコハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミド、グルタル酸イミド、１，８−ナフタルイミド、アロキサン、プルプル酸の中から選ばれる１種若しくは２種以上からなるものを挙げることができる。
ジアゾール化合物としては、例えばイミダゾリン、１，３−ジアゾール、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、メルカプトベンズイミダゾール、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、イミダゾール−４，５−ジカルボン酸、１，２−ジアゾール、メチルピラゾールの中から選ばれる１種若しくは２種以上からなるものを挙げることができる。
防錆添加剤の含有量としては、基剤に対し、０．００１乃至１０．０重量％の範囲とするのが望ましい。上記範囲よりも防錆添加剤の含有量が少ない場合には、充分な防錆性を得ることができず、上記範囲よりも防錆添加剤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。
なお、本発明の組成物には、前記の成分以外に例えば消泡剤、着色剤等を含有させても良いし、他の従来公知の防錆添加剤である、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、硫酸塩、硝酸塩及び安息香酸塩などを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。
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例１〜例６を示すとともに、比較として従来技術であるイオン交換水のみ（比較例１）、イオン交換水を基剤とし、これ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２）、比較例２に公知の防錆添加剤として、トリエタノールアミンを添加したもの（比較例３）を挙げた。
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上記表１に示す実施例１乃至実施例６、並びに比較例１乃至比較例３の各サンプルについて、導電率、凍結温度、及び金属腐食試験を行った。その結果を表２に示す。尚、金属腐食試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２３４  ７．８の規定に基づいて行い、この試験に供する金属には、アルミ系材料への防錆性及び長期使用を考慮し、試験片はアルミニウム鋳物（ＡＣ−２Ａ）のみを浸漬し、８８℃に加熱し、空気吹き込みの中、１０００時間実施した。
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表２から、実施例１乃至６並びに比較例１乃至３の組成物は、いずれも初期の導電率は５μＳ／ｃｍ以下と低導電率を示しているが、１０００時間の金属腐食試験後の導電率を見てみると、比較例１乃至３の組成物は、いずれも導電率が上昇し、比較例１が２５．５、比較例２が３７．８となり、比較例３に至っては７８．５と大幅に導電率が上昇している。これに対し、実施例１乃至６の組成物は、１．０乃至９．６の範囲に留まっていて低導電率が維持されていることが確認された。
また、アルミ鋳物の質量変化（ｍｇ／ｃｍ２）については、比較例１乃至３が、−０．１８、−０．１５、−０．５４と大きな質量変化を示しているのに対し、実施例１乃至６は、−０．０２乃至＋０．０２の範囲と小さく、比較例のものに比べてアルミへの防食性が優れていることが確認された。また、凍結温度については、実施例１乃至６のいずれもが氷点以下であった。
発明の効果
本発明の組成物は、基剤と、前記冷却液組成物の導電率を低導電率に維持する防錆添加剤とを含有しており、前記防錆添加剤が、基剤の酸化を抑制して、又は冷却システム内に溶出するイオンを封鎖して、前記冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質であることから、長期に亘って当該冷却液組成物を低導電率に維持すると共に、不凍性、防錆性に優れる。
【国際調査報告】
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