(57)【要約】【課題】９０℃以上の高温で駆動する燃料電池の冷却用として、アルミニウムを溶解して腐蝕させることのない安定性の高い冷媒を提供する。【構成】本発明の高温駆動型の燃料電池の冷却用冷媒は、純水にプロピレングリコールを添加して構成される。【効果】本冷媒は図２の（ａ）曲線のように９０℃以上にて一定時間を越えてもアルミニウムを溶解しないので電気伝導度が急激に上昇しない。これに対し従来の冷媒は曲線（ｂ）のように９０℃以上にて一定時間を越えると急激に上昇する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水にプロピレングリコールを添加したことを特徴とする高温駆動型の燃料電池の冷却用冷媒。
【請求項２】
請求項１において、燃料電池が９０℃以上の高温で運転されることを特徴とする高温駆動型の燃料電池の冷却用冷媒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池を冷却するために使用される冷媒に関し、特に高温駆動型の燃料電池の冷却用冷媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水素などを燃料とする燃料電池の実用化に向けての開発が加速化している。燃料電池は一般家庭用のほかに、自動車などの車両の駆動電源としての用途が極めて大きい。
【０００３】
図１は一般的な燃料電池の１例を説明する図である。燃料電池１のスタックは単電池２を多数積層したものであり、単電池２は空気極と燃料極に挟まれたマトリックス（電解質）３と、その両側に配置されたセパレータ４、５を主要な構成部材としている。そしてこの単電池２が複数積層されるごとに冷却用のセパレータ６が配置される。
【０００４】
冷却用のセパレータ６には冷媒の入口部７と出口部８が設けられ、入口部７に配管９が接続され、その配管９を通して外部の冷却装置１０から供給される冷媒が供給される。また出口部８には配管１１が接続され、その配管１１を通して熱交換により冷却された冷媒が冷却装置１０に戻される。
【０００５】
一方、冷却用のスタック６と単電池２の間には冷媒を循環させる連通路が形成され、スタック６に供給された冷媒が単電池２の内部を満遍なく流れ、熱交換して暖められた冷媒が再びスタック６に戻るようになっている。
【０００６】
車両搭載用の燃料電池は小型化、軽量化、および厳寒期でも冷却用の冷媒が凍結しないことを要求される。そこで従来から小型化、軽量化を目的として冷却用のスタック６等の構成部材を比較的強度があり軽量なアルミニウム材で構成し、凍結防止を目的として車両のラジエータ等に使用されている不凍液、すなわち純水にエチレングリコールを添加した冷媒を採用している。
【０００７】
しかし、これまで開発された車両搭載用の燃料電池では、小型化、軽量化がまだ不十分であるとして、さらなる改良が強く望まれており、その解決法の１つとして燃料電池の単位重量あたりの発電量を向上させる技術が注目されている。しかし単位重量あたりの発電量を大きくすると、各単電池に流れる電流が大きくなり、内部温度が高くなる。そこで最近の開発方向は、単電池のセパレータを構成する分離膜などの耐熱性をさらに向上することによりこの問題を解決することを目指し、実験レベルではすでに目的を達成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら本発明らの実験によれば、上記のように耐熱性を向上させた高温駆動型の燃料電池を長時間運転すると、小型化、軽量化のために採用したアルミニウム部分の腐蝕が大きくなり、それによって燃料電池の内部における電気絶縁性も大きく低下するという別の問題を生じることが判明した。
【０００９】
その原因を詳細に調査・分析したところ、純水にエチレングリコールを添加した冷媒の温度が熱交換によって上昇し、特に９０℃以上で長時間運転すると、エチレングリコールが蟻酸に変化し、アルミニウムに対する溶解性が急激に大きくなり、それによってアルミニウムの腐蝕が進行すると共に、溶解したアルミニウムにより電気伝導度が急激に上昇し、燃料電池の内部における電気絶縁性も劣化することが分かった。
そこで本発明は、このような従来の冷媒における問題を解決することを課題とし、そのための高温駆動型の燃料電池の冷却用として好適な冷媒を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る冷媒は、純水にプロピレングリコールを添加したことを特徴とする高温駆動型の燃料電池の冷却用の冷媒であり、特に９０℃以上の高温で駆動される高温駆動型の燃料電池の冷却用冷媒である。なお本発明における「純水」とは、逆浸透膜などを用いた純水製造装置で製造された純水、およびそれに順じる純度を有する水を意味する。
【００１１】
本発明に係る冷媒は、例えば９０℃以上、好適には１００℃以上の高温で運転する高温駆動型の燃料電池の冷却用として優れた効果を奏する。すなわち、本発明の冷媒を燃料電池の冷却用として使用することにより、前記のような高温領域においてもアルミニウムに対する腐蝕が著しく抑制され、それによって燃料電池の内部における電気絶縁性の低下も防止される。
【００１２】
冷媒における純水に対するプロピレングリコールの添加割合は純水１重量部当たり０．３〜１．５重量部、好ましくは０．４〜１．０重量部の範囲である。０．３重量部より少ないと耐凍結性が低下し、１．５重量部より多くしても耐凍結性がそれ程大きくならない。なお冷媒の製造方法は、従来法と同様に純水中に適量のプロピレングリコールを混入し攪拌・均一化すればよい。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の冷媒の実施例を説明する。
図１のような単電池２を複数積層して燃料電池１を組み立て、配管９，１１により外部の冷却装置１０と接続した。燃料電池１は高温駆動型であり、定格運転で運転継続したときの内部温度は最高１００℃程度に達する。なお燃料電池１の内部に形成される冷却路の大部分はアルミニウム材で構成されている。また、配管１１には冷媒温度を計測する温度計と冷媒の電気伝導度を計測する電気伝導度計を設置した。
【００１４】
冷却装置１０には貯留槽と循環ポンプが設けられ、貯留槽に貯留する冷媒は純水１重量部当たりプロピレングリコールを１重量部添加し、均一に混合して調整した。実験は先ず冷却装置１０のポンプを起動し、前記貯留部槽の冷媒を燃料電池１に循環した。次に燃料電池１へ燃料を供給して発電状態とし、その出力回路に接続した負荷設備に電力を供給した。電力の供給を継続することにより燃料電池１の内部温度は次第に上昇し、配管１１に設けた温度計の温度もそれに応じて上昇した。
【００１５】
図２に冷媒の温度を９０°Ｃ以上にて試験した場合（一例として１００°Ｃ）の試験時間と電気伝導度計で測定した電気伝導度の関係を（ａ）曲線で示す。図から分かるように、冷媒の電気伝導度は時間の経過に比例してほぼ直線的に且つ緩やかに上昇するが、Ｔ１　時間（この場合４００　〜７００　時間）　を越えても電気伝導度が急激に上昇することはない。このように電気伝導度がＴ１　時間を越えても急激に上昇しない理由は、その時間に達しても本発明に係る冷媒が安定性を有し、蟻酸に変化することなく、冷却路を構成するアルミニウム材を溶解して腐蝕する作用が著しく小さいためである。
【００１６】
【比較例】
一方、比較のために、純水にエチレングリコールを添加した従来の冷媒（例として純水１重量部にエチレングリコールを１重量部添加した不凍液）を使用して実施例と同様な方法で実験した。そのときの試験時間と電気伝導度計で測定した電気伝導度の関係を（ｂ）曲線で示す。図から分かるように、電気伝導度はＴ１　時間付近までは温度上昇に比例してほぼ直線的に且つ緩やかに上昇するが、それを越えると急激上昇することが分かる。これからエチレングリコールを添加した従来の冷媒は、９０°Ｃ以上で長時間運転するとアルミニウムを著しく溶解し腐蝕することが分かる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる冷媒は、９０℃以上、好適には１００℃以上の高温で運転する高温駆動型の燃料電池の冷却用として優れた効果を奏する。すなわち、高温領域においてもアルミニウムに対する腐蝕が著しく抑制され、それによって燃料電池の内部における電気絶縁性の低下も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な燃料電池の１例を説明する図。
【図２】本発明に係る冷媒と従来の冷媒を燃料電池の冷却用として、９０°Ｃ以上（試験温度１００°Ｃ）にて使用した場合の時間の経過に対する電気伝導度の変化を示す図。
【符号の説明】
１　燃料電池
２　単電池
３　マトリックス
４　セパレータ
５　セパレータ
６　冷却用のセパレータ
７　入口部
８　出口部
９　配管
１０　冷却装置
１１　配管
【図１】
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【図２】
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