燃料電池システムおよび燃料電池車
【課題】 冷却系統にイオン交換樹脂を設置しても、冷却液に添加した添加剤の効果を十分に発揮することができる燃料電池システムおよび燃料電池車を提供する。
【解決手段】 燃料電池システムおよび燃料電池車は、燃料電池２０と、この燃料電池２０を冷却する冷却液の循環流路２１と、この循環流路に設けられ、冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂２２とを備えている。冷却液は添加剤を含有するものであり、イオン交換樹脂は、この添加剤のイオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである。
【解決手段】 燃料電池システムおよび燃料電池車は、燃料電池２０と、この燃料電池２０を冷却する冷却液の循環流路２１と、この循環流路に設けられ、冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂２２とを備えている。冷却液は添加剤を含有するものであり、イオン交換樹脂は、この添加剤のイオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車では、燃料電池の発熱反応によって燃料電池が温度上昇するため、冷却液で燃料電池を冷却する一方、冷却液は、冷却系統中に設置したラジエータによって放熱することで、燃料電池の作動温度を最適値（例えば８０℃）に維持している。
【０００３】
燃料電池の冷却液は、燃料電池スタック内を流れているため、冷却液の導電性が高いと、電池の短絡や漏電のおそれがある。よって、冷却液としては、イオン交換水（導電率は１ｍＳ／ｍ以下）や、低導電性の不凍液（例えば、導電率１０ｍＳ／ｍ以下）が用いられる（特開２０００−２０８１５７号公報、特開２００１−１６４２４４号公報）。
【０００４】
燃料電池車の場合、気温零度以下の環境で使われることが想定され、凍結のおそれがあるイオン交換水の使用は好ましくない。よって、燃料電池の冷却液としては、自動車用不凍液の凝固点降下剤としてよく用いられるグリコール類を使用することが好ましい。しかし、このグリコール類は、熱劣化により有機酸などの腐食性物質を生成して金属部品を腐食することが知られている。したがって、グリコール類を冷却液に使用する場合、通常、防食剤や酸化防止剤などのインヒビタが冷却液に添加される（特開２００１−１６４２４４号公報、再表０３／０９４２７１号公報）。
【０００５】
また、冷却液は、このような有機酸などの熱劣化による生成物がイオン化したり、冷却系統の部品材料（ゴム、金属など）からイオンが溶出したりすることから、冷却液の導電性が高くなるという問題がある。そこで、燃料電池の冷却系統にイオン交換樹脂を設置してイオンを除去し、冷却液の導電性を低く維持することが行われている（特開２００２−１７２３９１号公報、特開２００４−１９２９５９号公報）。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の双方を混合した混床式のものが用いられている（特開２００７−２９９５７４号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０８１５７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４２４４号公報
【特許文献３】再表０３／０９４２７１号公報
【特許文献４】特開２００２−１７２３９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１９２９５９号公報
【特許文献６】特開２００７−２９９５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却液を循環利用しても、冷却液の導電性を低く維持するとともに、冷却系統の腐食を防ぐため、冷却系統にイオン交換樹脂を設置するとともに、冷却液に非導電性または低導電性のインヒビタを添加することが望ましい。しかしながら、低導電性のインヒビタを添加した冷却液とイオン交換樹脂を併用すると、理論的に期待される導電性の維持および防食性能は全く発揮されないことが判明した。
【０００８】
本願発明者らの知見によれば、インヒビタなどの冷却液の添加剤のうち、冷却液中でイオン化するものは、冷却系統に設置したイオン交換樹脂に吸着されてしまうため、このような添加剤は、冷却液に所定の濃度で加えても、十分にその添加剤の効果を発揮することができない。
【０００９】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、冷却系統にイオン交換樹脂を設置しても、冷却液に添加した添加剤の効果を十分に発揮することができる燃料電池システムおよび燃料電池車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】
上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷却液の循環流路と、この循環流路に設けられ、前記冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂とを備えた燃料電池システムであって、前記冷却液は、添加剤を含有するものであり、前記イオン交換樹脂は、前記添加剤の前記イオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである。
【００１１】
前記イオン交換樹脂の調製は、前記イオン交換樹脂に前記添加剤を含有する溶液を通液するか又は前記添加剤を含有する溶液に前記イオン交換樹脂を浸漬することによって行うことができる。
【００１２】
本発明は、別の態様として、燃料電池車であって、上述した燃料電池システムを備えたものである。本明細書において、燃料電池車とは、２輪車および４輪車を含むものである。
【発明の効果】
【００１３】
このように、イオン交換樹脂として、添加剤のイオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものを用いることで、このような添加剤を含有する冷却液をこのイオン交換樹脂に通液しても、添加剤が吸着除去されないことから、防食性や耐酸化性などの添加剤の効果を十分に発揮することができるとともに、有機酸などの熱劣化生成物のイオンや、冷却系統部品からの溶出イオンを吸着することができるので、冷却液の導電性を低く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る燃料電池車の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態を示す模式図である。
【図３】図２に示すイオン交換樹脂の調製装置の一例を示す模式図である。
【図４】冷却液の有機酸濃度に対する導電率の関係を表すグラフである。
【図５】イオン交換樹脂添加量に対するインヒビタ残留率の関係を表すグラフである。
【図６】インヒビタ残留量に対するインヒビタ吸着量の関係を表す吸着等温線である。
【図７】添加剤溶液のインヒビタ濃度に対する飽和通液量の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図１に示すように、燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０と、この燃料電池スタックを冷却する冷却液１の放熱を行うラジエータ１１を備えている。この燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０に酸素を供給するため、車外から空気２を取り込む。また、燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０に水素４を供給する水素タンク１５を備えている。
【００１６】
燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０で発電した電力３を駆動力として使うためのインバータ１２および駆動モータ１３を備えている。さらに、燃料電池車１０は、バッテリやキャパシタなどの二次電池１４を、インバータ１２に対して燃料電池スタック２０と並列に備えている。インバータ１２は、燃料電池スタック２０の発電電力のうち余剰分の電力３を二次電池１４にチャージしたり、始動時など燃料電池スタック２０の発電電力の不足分の電力３を二次電池１４から補ったりするように動作する。
【００１７】
次に、燃料電池スタック２０とその冷却系統を含む燃料電池システムについて詳しく説明する。図２に示すように、燃料電池スタック２０は、単セル３０が複数直列に積層したものである。単セル３０は、固体高分子形燃料電池を例として挙げると、膜電極接合体３１の両面にアノード側ガス拡散層３２とカソード側ガス拡散層３３を積層し、さらにその外側面にアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３５を積層したものである。単セル３０は、全体として平板状の形状を有している。
【００１８】
アノード側ガス拡散層３２に水素を供給し、カソード側ガス拡散層３３に空気を供給することで、膜電極接合体３１で電気化学反応が起こり、電気エネルギーが発生する。この発電により各単セル３０で熱が生じる。よって、この熱を冷却するため、燃料電池スタック２０には、冷却液が流れる冷却液流路２１を配設している。冷却液流路２１は、冷却液を繰り返し利用するために、循環路となっている。冷却液流路２１には、循環利用しても冷却液の導電性を維持するためのイオン交換樹脂２２と、熱をもった冷却液を冷却する熱交換器２３と、冷却液を循環させるポンプ２４を配置している。熱交換器２３は、図１に示すようにラジエータ１１でよい。冷却液流路２１は、各単セル３０を効率的に冷却するため、単セル３０間に冷却液が流れる複数の流路２１ａに分岐している。
【００１９】
冷却液の主成分である基材としては、低導電率で、不凍性を有するものが望ましく、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種以上の混合物を用いることができる。
【００２０】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２１】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２２】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２３】
これらの中でも、冷却液の基材としては、自動車用冷却液の凝固点降下剤としてよく用いられるグリコール類、特に、エチレングリコールやプロピレングリコールを用いることが好ましい。
【００２４】
本発明の冷却液は、上記の基材の他、添加剤を含有するものであるが、本発明の対象となる添加剤としては、冷却液に添加するとイオン化する添加剤である。この添加剤が有する効果は、特に限定されないが、以下に挙げるものが好ましい。
【００２５】
添加剤としては、先ず、防食剤または酸化防止剤といったインヒビタが挙げられる。冷却液は、循環利用により熱劣化または酸化して腐食性物質を生成するが、インヒビタは、この腐食性物質による金属の腐食抑制や腐食性物質の生成を抑えることができる。このようなインヒビタとして、具体的には、アゾール類、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、リン酸、ケイ酸、硝酸、亜硝酸、ホウ酸、モリブテン酸、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、並びにアミン類を挙げることができる。
【００２６】
アゾール類として、トリアゾール類、ジアゾール類、チアゾール類が挙げられる。トリアゾール類としては、例えば、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および４−フェニル−１，２，３−トリアゾールが挙げられる。ジアゾール類としては、例えば、イミダゾリン、イミダゾール、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、メチルイミダゾールなどが挙げられる。チアゾール類としては、例えば、メルカプトベンゾチアゾール、ベンゾチアゾール及びそれらのアルカリ金属塩が挙げられる。２−メルカプトベンゾチアゾールの構造およびイオン化を以下に示す。
【００２７】
【化１】
【００２８】
この化合物のイオン化は、化合物中のＳＨのイオン化に起因するものである。通常、イオン交換樹脂が吸着除去の対象にしているイオンは、腐食性生成物である有機酸イオン（カルボキシルイオン）や、冷却系統部品からの溶出イオンである金属イオンであるので、このようなＳＨなどがイオン化する添加剤についてその吸着を飽和状態にしても、有機酸や金属イオン等のイオン交換樹脂が対象とするイオンを全て吸着除去することができる。
【００２９】
脂肪族カルボン酸としては、例えば、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ステアリン酸などの脂肪族一塩基酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピペリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸、ブラシル酸、タプチン酸などの脂肪族二塩基酸が挙げられる。
【００３０】
芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、ニトロ安息香酸、ヒドロキシ安息香酸などの安息香酸類、ｐ−トルイル酸、ｐ−エチル安息香酸、ｐ−プロピル安息香酸、ｐ−イソプロピル安息香酸、ｐ−ｔｅｒｔブチル安息香酸などのアルキル安息香酸、一般式ＲＯ−Ｃ６Ｈ４−ＣＯＯＨ（ＲはＣ１〜Ｃ５のアルキル基）で表されるアルコキシ安息香酸、一般式Ｒ−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ＝ＣＯＯＨ（ＲはＣ１〜Ｃ５のアルキル基またはアルコキシ基）で表されるケイ皮酸、アルキルケイ皮酸、アルコキシケイ皮酸などが挙げられる。
【００３１】
リン酸としては、例えば、正リン酸、ピロリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸などが挙げられる。
【００３２】
また、添加剤として、分散性向上のため、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤が挙げられる。アニオン系界面活性剤としては、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などが挙げられる。カチオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン、ピリジニウム塩などが挙げられる。ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
【００３３】
さらに、添加剤として、冷却液に泡が発生するのを抑えるために、消泡剤を添加することができる。消泡剤としては、例えば、シリコン系消泡剤が挙げられる。
【００３４】
イオン交換樹脂２２は、腐食性生成物の有機酸イオンや、冷却系統用部品からの溶出イオンである金属イオンなどを幅広く除去するため、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との双方を混合して混床式としたものを用いることが好ましい。もちろん、陽イオン交換樹脂のみでも、陰イオン交換樹脂のみでもよい。
【００３５】
イオン交換樹脂２２は、冷却液に添加する添加剤の効果を長期間にわたり維持するため、この冷却液に添加する所定の添加剤の吸着を飽和状態に調製したものを用いる。このイオン交換樹脂２２の調製は、イオン交換樹脂２２に、添加剤を含有する溶液を通液することで行うことができる。
【００３６】
より詳細に説明すると、図３に示すように、イオン交換樹脂の調製用装置４０は、所定の添加剤を含有する溶液を供給する供給タンク４１と、この添加剤溶液をイオン交換樹脂２２に通液する溶液流路４２と、イオン交換樹脂に通液した後の添加剤溶液を回収する回収タンク４４とを備えている。溶液流路４２には、添加剤溶液の時間当たりの流量を測定する流量計４３と、添加剤溶液を供給タンク４１から回収タンクまで送液するポンプ４５とを配置する。添加剤溶液が接触する全ての部品には、イオン溶出の少ない材料、例えば、ホウケイ酸ガラス、オレフィン系樹脂、フッ素樹脂などを使用することが好ましい。
【００３７】
この調製用装置によれば、溶液流路４２に、調製の対象となるイオン交換樹脂２２を装着し、ポンプ４５を起動することで、イオン交換樹脂に添加剤溶液が通液する。そして、イオン交換樹脂に所定の添加剤が吸着しなくなるまで、すなわち、吸着が飽和状態になるまで通液を行う。このように添加剤由来の所定のイオンのみ、吸着を飽和させておくことで、燃料電池システムにおいて、イオン交換樹脂２２は、冷却液の熱劣化により生じる有機酸イオンや、冷却系統用部品の溶出イオンである金属イオンなどを吸着し、冷却液の導電率を低く維持することができるともに、冷却液に含まれる添加剤は吸着しないので、防食性能や耐酸化性能といったインヒビタなどの添加剤の効果を十分に発揮することができる。
【００３８】
また、有機酸生成による悪影響は、導電率の上昇のみではなく、冷却液のｐＨ低下（例えばｐＨ３程度まで低下）も招くので、ラジエータ等の冷却系部品に使われているアルミニウムを腐食する可能性がある（アルミニウムの不働態域はｐＨ４〜９であり、防食剤が無い場合、腐食が起こる可能性がある）。よって、有機酸イオンをイオン交換樹脂で吸着除去することで、防食性の効果も発揮することができる。
【００３９】
添加剤溶液の溶媒としては、添加剤がイオン化するものであれば、特に限定されないが、冷却液の主成分であるグリコール類などの基材を用いてもよいし、イオン交換水などでもよい。添加剤溶液中の添加剤濃度は、特に限定されないが、高濃度である程、イオン交換樹脂への吸着量が多いため、添加剤溶液の通液量を少なくし、また通液時間を短縮することができる。
【００４０】
添加剤溶液のイオン交換樹脂への時間当たりの通液量は、多い程、飽和状態までの通液時間を短縮することができる。但し、時間当たりの通液量が多すぎると、圧力損失も増加することから、イオン交換樹脂の体積当たりの添加剤溶液の流量である空間速度ＳＶは１０〜５０の範囲にすることが好ましい。
【００４１】
イオン交換樹脂の調製は、上述したような通液式によるものに限定されるものではなく、例えば、添加剤溶液中にイオン交換樹脂を浸漬することでも、添加剤由来の所定のイオンのみ、吸着を飽和させることができる。
【実施例】
【００４２】
（イオン交換樹脂へのインヒビタの吸着試験）
以下、添加剤としてインヒビタを用いた実施例および予備的な試験例について述べる。冷却液中のインヒビタがイオン交換樹脂に吸着され、インヒビタが減少する現象が発生しているかを確認する試験を行った。インヒビタとして２−メルカプトベンゾチアゾールを用い、初期導電率が１．５ｍＳ／ｍの冷却液（５０％ｖ／ｖ水溶液）を、１５０ｍＬの容量のイオン交換樹脂に、空間速度ＳＶ＝１０、温度２５℃で通液した。その結果、通液後の冷却液の導電率は０．５ｍＳ／ｍまで低下し、インヒビタ濃度は初期の１０％にまで減少した。これにより、インヒビタがイオン交換樹脂に吸着してしまうことが確認された。
【００４３】
（インヒビタが減少した冷却液の熱劣化性試験）
イオン交換樹脂にインヒビタが吸着した冷却液は、耐酸化性能および防食性能が低下するかを確認する試験をさらに行った。上記試験で得た冷却液を、９０℃で２０００ｈにわたり恒温槽内に保管する熱劣化試験を行った。その結果、比較として、イオン交換樹脂への通液をしなかった無処理の冷却液と比べて、表１に示すように、導電率が劇的に上昇した。
【００４４】
【表１】
【００４５】
熱劣化試験後の冷却液をイオンクロマトグラフィで分析したところ、冷却液中にギ酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオンが検出された。これら有機酸は、グリコール系の冷却液の熱劣化生成物として知られており、イオン化することで冷却液の導電率を高くする。冷却液中の各有機酸イオンの濃度と冷却液の導電率との関係を求めたところ、図４に示すように、いずれの有機酸イオンについても相関性があることを確認した。よって、表１に示すように、インヒビタが減少した冷却液は、熱劣化により多量の有機酸が発生したことから、耐酸化性能が大幅に低下していることが確認された。
【００４６】
（吸着等温線の作成試験）
ＪＩＳ Ｋ１４７４「活性炭試験方法」に基づき、２５０ｍＬの冷却液中に５〜３０ｍＬ（体積）のイオン交換樹脂を添加し、２５℃、２４ｈの振とう吸着試験を行い、試験後の冷却液中のインヒビタ残留率を求めた。その結果を図５に示す。図５に示すように、イオン交換樹脂の添加量が増加する程、冷却液中のインヒビタ残留率は減少した。また、このイオン交換樹脂添加量とインヒビタ残留率の結果から、イオン交換樹脂単位体積（１０００ｍＬ）当たりのインヒビタ吸着量を求め、吸着等温線を作成した（図６）。なお、冷却液１０００ｍＬ当たりのインヒビタ量は３００単位である。図６に示すように、飽和平衡状態の時のイオン交換樹脂単位体積当たりのインヒビタ吸着量は、イオン交換樹脂の添加量に関わらずほぼ一定であることが確認された。
【００４７】
（飽和状態のイオン交換樹脂の調製）
イオン交換樹脂として、マクロポーラス構造の陽イオン交換樹脂（ＰＵＲＯＬＩＴＥ社製のＣ１６０）とマクロポーラス構造の陰イオン交換樹脂（ＰＵＲＯＬＩＴＥ社製のＡ５００）を３：７の割合で混合して混床式のものを用いた。このイオン交換樹脂４０ｍＬを、内径１８ｍｍφのホウケイ酸ガラス製のカラムに充填した。
【００４８】
イオン交換樹脂に通液するインヒビタ溶液として、冷却液と同様の組成のものを用いた。すなわち、インヒビタ溶液は、冷却材の基材である凝固点降下剤としてプロピレングリコールを用い、濃度５０％ｖ／ｖの水溶液とした。インヒビタとして、２−メルカプトベンゾチアゾールを用いた。
【００４９】
インヒビタの濃度を１％ｖ／ｖとなるように添加したところ、添加前後で、プロピレングリコール水溶液の導電率は０．５ｍＳ／ｍから０．９ｍＳ／ｍに上昇した。そして、この初期導電率０．９ｍＳ／ｍのインヒビタ溶液を、図３に示す調製用装置を用いて、２５℃で４０ｍＬのイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表４に示す。表２に示すように、通液量が４００ｍＬ、８００ｍＬと増える毎に回収したインヒビタ溶液のインヒビタ残留率は高くなり、２４００ｍＬの時にインヒビタ残留率が１００％となった。すなわち、このイオン交換樹脂は、インヒビタの吸着が飽和状態になった（実施例１）。
【００５０】
【表２】
【００５１】
同様の条件で再び初期導電率０．９ｍＳ／ｍの冷却液を、２５℃で４０ｍＬのイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表３に示す。表３に示すように、通液量が１０００ｍＬ、１５００ｍＬ、２０００ｍＬと増える毎にインヒビタ残留率が高くなり、２５００ｍＬの時にインヒビタ残留率が１００％となった。
【００５２】
【表３】
【００５３】
インヒビタ溶液のインヒビタ（アゾール類）濃度が、表４に示すように、２、４、１０％ｖ／ｖとなるように添加したこと以外は実施例１と同様にして、イオン交換樹脂を飽和状態に調製した（実施例２〜４）。その結果を表５〜表７に示す。また、これらの結果から、インヒビタ濃度と飽和通液量との関係を示すグラフを図７に示す。図７に示すように、インヒビタ溶液の濃度が高くなる程、イオン交換樹脂を飽和状態にするまでのインヒビタ溶液の通液量は少なくなったが、その傾向は、あるインヒビタ濃度までは強く、それを超えると弱いことが確認された。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
【表７】
【００５８】
（飽和状態のイオン交換樹脂のイオン交換能）
このようにインヒビタの吸着が飽和状態に達したイオン交換樹脂のイオン交換能を確認する試験を行った。導電率が０．１ｍＳ／ｍの回収したインヒビタ溶液にギ酸カリウムを４ｍｇ添加して導電率を０．３ｍＳ／ｍとした。この溶液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表８に示す。表８に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、ギ酸イオンおよびカリウムイオンを吸着したことが確認された。
【００５９】
【表８】
【００６０】
同様に、導電率が０．１ｍＳ／ｍの回収したインヒビタ溶液にギ酸カリウムを４０ｍｇ添加して導電率を７．０ｍＳ／ｍとした。この溶液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表９に示す。表９に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、ギ酸イオンおよびカリウムイオンを吸着したことが確認された。
【００６１】
【表９】
【００６２】
燃料電池の冷却系統用のゴムホースの評価試験に使用して、導電率が５．１ｍＳ／ｍと上昇した使用済み冷却液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表１０に示す。なお、この使用済み冷却液をイオンクロマトグラフィで分析したところ、ギ酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオン、カルシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、亜鉛イオンが検出された。これらのうち、有機酸イオンは冷却液の熱劣化生成物、金属イオンは燃料電池の冷却系統用部品からの溶出物であると考えられる。表１０に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、上述の有機酸イオンおよび金属イオンを吸着したことが確認された。
【００６３】
【表１０】
【符号の説明】
【００６４】
１ 冷却液
２ 空気
３ 電気
４ 水素
１０ 燃料電池車
１１ ラジエータ
１２ インバータ
１３ 駆動モータ
１４ 二次電池
１５ 水素タンク
２０ 燃料電池スタック
２１ 冷却液流路
２２ イオン交換樹脂
２３ 熱交換器
２４ モータ
３０ 単セル
３１ 膜電極接合体
３２、３３ ガス拡散層
３４、３５ セパレータ
４０ イオン交換樹脂の調製用装置
４１ 供給タンク
４２ インヒビタ流路
４３ 流量計
４４ 回収タンク
４５ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車では、燃料電池の発熱反応によって燃料電池が温度上昇するため、冷却液で燃料電池を冷却する一方、冷却液は、冷却系統中に設置したラジエータによって放熱することで、燃料電池の作動温度を最適値（例えば８０℃）に維持している。
【０００３】
燃料電池の冷却液は、燃料電池スタック内を流れているため、冷却液の導電性が高いと、電池の短絡や漏電のおそれがある。よって、冷却液としては、イオン交換水（導電率は１ｍＳ／ｍ以下）や、低導電性の不凍液（例えば、導電率１０ｍＳ／ｍ以下）が用いられる（特開２０００−２０８１５７号公報、特開２００１−１６４２４４号公報）。
【０００４】
燃料電池車の場合、気温零度以下の環境で使われることが想定され、凍結のおそれがあるイオン交換水の使用は好ましくない。よって、燃料電池の冷却液としては、自動車用不凍液の凝固点降下剤としてよく用いられるグリコール類を使用することが好ましい。しかし、このグリコール類は、熱劣化により有機酸などの腐食性物質を生成して金属部品を腐食することが知られている。したがって、グリコール類を冷却液に使用する場合、通常、防食剤や酸化防止剤などのインヒビタが冷却液に添加される（特開２００１−１６４２４４号公報、再表０３／０９４２７１号公報）。
【０００５】
また、冷却液は、このような有機酸などの熱劣化による生成物がイオン化したり、冷却系統の部品材料（ゴム、金属など）からイオンが溶出したりすることから、冷却液の導電性が高くなるという問題がある。そこで、燃料電池の冷却系統にイオン交換樹脂を設置してイオンを除去し、冷却液の導電性を低く維持することが行われている（特開２００２−１７２３９１号公報、特開２００４−１９２９５９号公報）。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の双方を混合した混床式のものが用いられている（特開２００７−２９９５７４号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０８１５７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４２４４号公報
【特許文献３】再表０３／０９４２７１号公報
【特許文献４】特開２００２−１７２３９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１９２９５９号公報
【特許文献６】特開２００７−２９９５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却液を循環利用しても、冷却液の導電性を低く維持するとともに、冷却系統の腐食を防ぐため、冷却系統にイオン交換樹脂を設置するとともに、冷却液に非導電性または低導電性のインヒビタを添加することが望ましい。しかしながら、低導電性のインヒビタを添加した冷却液とイオン交換樹脂を併用すると、理論的に期待される導電性の維持および防食性能は全く発揮されないことが判明した。
【０００８】
本願発明者らの知見によれば、インヒビタなどの冷却液の添加剤のうち、冷却液中でイオン化するものは、冷却系統に設置したイオン交換樹脂に吸着されてしまうため、このような添加剤は、冷却液に所定の濃度で加えても、十分にその添加剤の効果を発揮することができない。
【０００９】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、冷却系統にイオン交換樹脂を設置しても、冷却液に添加した添加剤の効果を十分に発揮することができる燃料電池システムおよび燃料電池車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】
上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷却液の循環流路と、この循環流路に設けられ、前記冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂とを備えた燃料電池システムであって、前記冷却液は、添加剤を含有するものであり、前記イオン交換樹脂は、前記添加剤の前記イオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである。
【００１１】
前記イオン交換樹脂の調製は、前記イオン交換樹脂に前記添加剤を含有する溶液を通液するか又は前記添加剤を含有する溶液に前記イオン交換樹脂を浸漬することによって行うことができる。
【００１２】
本発明は、別の態様として、燃料電池車であって、上述した燃料電池システムを備えたものである。本明細書において、燃料電池車とは、２輪車および４輪車を含むものである。
【発明の効果】
【００１３】
このように、イオン交換樹脂として、添加剤のイオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものを用いることで、このような添加剤を含有する冷却液をこのイオン交換樹脂に通液しても、添加剤が吸着除去されないことから、防食性や耐酸化性などの添加剤の効果を十分に発揮することができるとともに、有機酸などの熱劣化生成物のイオンや、冷却系統部品からの溶出イオンを吸着することができるので、冷却液の導電性を低く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る燃料電池車の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態を示す模式図である。
【図３】図２に示すイオン交換樹脂の調製装置の一例を示す模式図である。
【図４】冷却液の有機酸濃度に対する導電率の関係を表すグラフである。
【図５】イオン交換樹脂添加量に対するインヒビタ残留率の関係を表すグラフである。
【図６】インヒビタ残留量に対するインヒビタ吸着量の関係を表す吸着等温線である。
【図７】添加剤溶液のインヒビタ濃度に対する飽和通液量の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図１に示すように、燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０と、この燃料電池スタックを冷却する冷却液１の放熱を行うラジエータ１１を備えている。この燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０に酸素を供給するため、車外から空気２を取り込む。また、燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０に水素４を供給する水素タンク１５を備えている。
【００１６】
燃料電池車１０は、燃料電池スタック２０で発電した電力３を駆動力として使うためのインバータ１２および駆動モータ１３を備えている。さらに、燃料電池車１０は、バッテリやキャパシタなどの二次電池１４を、インバータ１２に対して燃料電池スタック２０と並列に備えている。インバータ１２は、燃料電池スタック２０の発電電力のうち余剰分の電力３を二次電池１４にチャージしたり、始動時など燃料電池スタック２０の発電電力の不足分の電力３を二次電池１４から補ったりするように動作する。
【００１７】
次に、燃料電池スタック２０とその冷却系統を含む燃料電池システムについて詳しく説明する。図２に示すように、燃料電池スタック２０は、単セル３０が複数直列に積層したものである。単セル３０は、固体高分子形燃料電池を例として挙げると、膜電極接合体３１の両面にアノード側ガス拡散層３２とカソード側ガス拡散層３３を積層し、さらにその外側面にアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３５を積層したものである。単セル３０は、全体として平板状の形状を有している。
【００１８】
アノード側ガス拡散層３２に水素を供給し、カソード側ガス拡散層３３に空気を供給することで、膜電極接合体３１で電気化学反応が起こり、電気エネルギーが発生する。この発電により各単セル３０で熱が生じる。よって、この熱を冷却するため、燃料電池スタック２０には、冷却液が流れる冷却液流路２１を配設している。冷却液流路２１は、冷却液を繰り返し利用するために、循環路となっている。冷却液流路２１には、循環利用しても冷却液の導電性を維持するためのイオン交換樹脂２２と、熱をもった冷却液を冷却する熱交換器２３と、冷却液を循環させるポンプ２４を配置している。熱交換器２３は、図１に示すようにラジエータ１１でよい。冷却液流路２１は、各単セル３０を効率的に冷却するため、単セル３０間に冷却液が流れる複数の流路２１ａに分岐している。
【００１９】
冷却液の主成分である基材としては、低導電率で、不凍性を有するものが望ましく、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種以上の混合物を用いることができる。
【００２０】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２１】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２２】
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種以上の混合物を挙げることができる。
【００２３】
これらの中でも、冷却液の基材としては、自動車用冷却液の凝固点降下剤としてよく用いられるグリコール類、特に、エチレングリコールやプロピレングリコールを用いることが好ましい。
【００２４】
本発明の冷却液は、上記の基材の他、添加剤を含有するものであるが、本発明の対象となる添加剤としては、冷却液に添加するとイオン化する添加剤である。この添加剤が有する効果は、特に限定されないが、以下に挙げるものが好ましい。
【００２５】
添加剤としては、先ず、防食剤または酸化防止剤といったインヒビタが挙げられる。冷却液は、循環利用により熱劣化または酸化して腐食性物質を生成するが、インヒビタは、この腐食性物質による金属の腐食抑制や腐食性物質の生成を抑えることができる。このようなインヒビタとして、具体的には、アゾール類、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、リン酸、ケイ酸、硝酸、亜硝酸、ホウ酸、モリブテン酸、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、並びにアミン類を挙げることができる。
【００２６】
アゾール類として、トリアゾール類、ジアゾール類、チアゾール類が挙げられる。トリアゾール類としては、例えば、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および４−フェニル−１，２，３−トリアゾールが挙げられる。ジアゾール類としては、例えば、イミダゾリン、イミダゾール、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、メチルイミダゾールなどが挙げられる。チアゾール類としては、例えば、メルカプトベンゾチアゾール、ベンゾチアゾール及びそれらのアルカリ金属塩が挙げられる。２−メルカプトベンゾチアゾールの構造およびイオン化を以下に示す。
【００２７】
【化１】
【００２８】
この化合物のイオン化は、化合物中のＳＨのイオン化に起因するものである。通常、イオン交換樹脂が吸着除去の対象にしているイオンは、腐食性生成物である有機酸イオン（カルボキシルイオン）や、冷却系統部品からの溶出イオンである金属イオンであるので、このようなＳＨなどがイオン化する添加剤についてその吸着を飽和状態にしても、有機酸や金属イオン等のイオン交換樹脂が対象とするイオンを全て吸着除去することができる。
【００２９】
脂肪族カルボン酸としては、例えば、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ステアリン酸などの脂肪族一塩基酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピペリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸、ブラシル酸、タプチン酸などの脂肪族二塩基酸が挙げられる。
【００３０】
芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、ニトロ安息香酸、ヒドロキシ安息香酸などの安息香酸類、ｐ−トルイル酸、ｐ−エチル安息香酸、ｐ−プロピル安息香酸、ｐ−イソプロピル安息香酸、ｐ−ｔｅｒｔブチル安息香酸などのアルキル安息香酸、一般式ＲＯ−Ｃ６Ｈ４−ＣＯＯＨ（ＲはＣ１〜Ｃ５のアルキル基）で表されるアルコキシ安息香酸、一般式Ｒ−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ＝ＣＯＯＨ（ＲはＣ１〜Ｃ５のアルキル基またはアルコキシ基）で表されるケイ皮酸、アルキルケイ皮酸、アルコキシケイ皮酸などが挙げられる。
【００３１】
リン酸としては、例えば、正リン酸、ピロリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸などが挙げられる。
【００３２】
また、添加剤として、分散性向上のため、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤が挙げられる。アニオン系界面活性剤としては、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などが挙げられる。カチオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン、ピリジニウム塩などが挙げられる。ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
【００３３】
さらに、添加剤として、冷却液に泡が発生するのを抑えるために、消泡剤を添加することができる。消泡剤としては、例えば、シリコン系消泡剤が挙げられる。
【００３４】
イオン交換樹脂２２は、腐食性生成物の有機酸イオンや、冷却系統用部品からの溶出イオンである金属イオンなどを幅広く除去するため、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との双方を混合して混床式としたものを用いることが好ましい。もちろん、陽イオン交換樹脂のみでも、陰イオン交換樹脂のみでもよい。
【００３５】
イオン交換樹脂２２は、冷却液に添加する添加剤の効果を長期間にわたり維持するため、この冷却液に添加する所定の添加剤の吸着を飽和状態に調製したものを用いる。このイオン交換樹脂２２の調製は、イオン交換樹脂２２に、添加剤を含有する溶液を通液することで行うことができる。
【００３６】
より詳細に説明すると、図３に示すように、イオン交換樹脂の調製用装置４０は、所定の添加剤を含有する溶液を供給する供給タンク４１と、この添加剤溶液をイオン交換樹脂２２に通液する溶液流路４２と、イオン交換樹脂に通液した後の添加剤溶液を回収する回収タンク４４とを備えている。溶液流路４２には、添加剤溶液の時間当たりの流量を測定する流量計４３と、添加剤溶液を供給タンク４１から回収タンクまで送液するポンプ４５とを配置する。添加剤溶液が接触する全ての部品には、イオン溶出の少ない材料、例えば、ホウケイ酸ガラス、オレフィン系樹脂、フッ素樹脂などを使用することが好ましい。
【００３７】
この調製用装置によれば、溶液流路４２に、調製の対象となるイオン交換樹脂２２を装着し、ポンプ４５を起動することで、イオン交換樹脂に添加剤溶液が通液する。そして、イオン交換樹脂に所定の添加剤が吸着しなくなるまで、すなわち、吸着が飽和状態になるまで通液を行う。このように添加剤由来の所定のイオンのみ、吸着を飽和させておくことで、燃料電池システムにおいて、イオン交換樹脂２２は、冷却液の熱劣化により生じる有機酸イオンや、冷却系統用部品の溶出イオンである金属イオンなどを吸着し、冷却液の導電率を低く維持することができるともに、冷却液に含まれる添加剤は吸着しないので、防食性能や耐酸化性能といったインヒビタなどの添加剤の効果を十分に発揮することができる。
【００３８】
また、有機酸生成による悪影響は、導電率の上昇のみではなく、冷却液のｐＨ低下（例えばｐＨ３程度まで低下）も招くので、ラジエータ等の冷却系部品に使われているアルミニウムを腐食する可能性がある（アルミニウムの不働態域はｐＨ４〜９であり、防食剤が無い場合、腐食が起こる可能性がある）。よって、有機酸イオンをイオン交換樹脂で吸着除去することで、防食性の効果も発揮することができる。
【００３９】
添加剤溶液の溶媒としては、添加剤がイオン化するものであれば、特に限定されないが、冷却液の主成分であるグリコール類などの基材を用いてもよいし、イオン交換水などでもよい。添加剤溶液中の添加剤濃度は、特に限定されないが、高濃度である程、イオン交換樹脂への吸着量が多いため、添加剤溶液の通液量を少なくし、また通液時間を短縮することができる。
【００４０】
添加剤溶液のイオン交換樹脂への時間当たりの通液量は、多い程、飽和状態までの通液時間を短縮することができる。但し、時間当たりの通液量が多すぎると、圧力損失も増加することから、イオン交換樹脂の体積当たりの添加剤溶液の流量である空間速度ＳＶは１０〜５０の範囲にすることが好ましい。
【００４１】
イオン交換樹脂の調製は、上述したような通液式によるものに限定されるものではなく、例えば、添加剤溶液中にイオン交換樹脂を浸漬することでも、添加剤由来の所定のイオンのみ、吸着を飽和させることができる。
【実施例】
【００４２】
（イオン交換樹脂へのインヒビタの吸着試験）
以下、添加剤としてインヒビタを用いた実施例および予備的な試験例について述べる。冷却液中のインヒビタがイオン交換樹脂に吸着され、インヒビタが減少する現象が発生しているかを確認する試験を行った。インヒビタとして２−メルカプトベンゾチアゾールを用い、初期導電率が１．５ｍＳ／ｍの冷却液（５０％ｖ／ｖ水溶液）を、１５０ｍＬの容量のイオン交換樹脂に、空間速度ＳＶ＝１０、温度２５℃で通液した。その結果、通液後の冷却液の導電率は０．５ｍＳ／ｍまで低下し、インヒビタ濃度は初期の１０％にまで減少した。これにより、インヒビタがイオン交換樹脂に吸着してしまうことが確認された。
【００４３】
（インヒビタが減少した冷却液の熱劣化性試験）
イオン交換樹脂にインヒビタが吸着した冷却液は、耐酸化性能および防食性能が低下するかを確認する試験をさらに行った。上記試験で得た冷却液を、９０℃で２０００ｈにわたり恒温槽内に保管する熱劣化試験を行った。その結果、比較として、イオン交換樹脂への通液をしなかった無処理の冷却液と比べて、表１に示すように、導電率が劇的に上昇した。
【００４４】
【表１】
【００４５】
熱劣化試験後の冷却液をイオンクロマトグラフィで分析したところ、冷却液中にギ酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオンが検出された。これら有機酸は、グリコール系の冷却液の熱劣化生成物として知られており、イオン化することで冷却液の導電率を高くする。冷却液中の各有機酸イオンの濃度と冷却液の導電率との関係を求めたところ、図４に示すように、いずれの有機酸イオンについても相関性があることを確認した。よって、表１に示すように、インヒビタが減少した冷却液は、熱劣化により多量の有機酸が発生したことから、耐酸化性能が大幅に低下していることが確認された。
【００４６】
（吸着等温線の作成試験）
ＪＩＳ Ｋ１４７４「活性炭試験方法」に基づき、２５０ｍＬの冷却液中に５〜３０ｍＬ（体積）のイオン交換樹脂を添加し、２５℃、２４ｈの振とう吸着試験を行い、試験後の冷却液中のインヒビタ残留率を求めた。その結果を図５に示す。図５に示すように、イオン交換樹脂の添加量が増加する程、冷却液中のインヒビタ残留率は減少した。また、このイオン交換樹脂添加量とインヒビタ残留率の結果から、イオン交換樹脂単位体積（１０００ｍＬ）当たりのインヒビタ吸着量を求め、吸着等温線を作成した（図６）。なお、冷却液１０００ｍＬ当たりのインヒビタ量は３００単位である。図６に示すように、飽和平衡状態の時のイオン交換樹脂単位体積当たりのインヒビタ吸着量は、イオン交換樹脂の添加量に関わらずほぼ一定であることが確認された。
【００４７】
（飽和状態のイオン交換樹脂の調製）
イオン交換樹脂として、マクロポーラス構造の陽イオン交換樹脂（ＰＵＲＯＬＩＴＥ社製のＣ１６０）とマクロポーラス構造の陰イオン交換樹脂（ＰＵＲＯＬＩＴＥ社製のＡ５００）を３：７の割合で混合して混床式のものを用いた。このイオン交換樹脂４０ｍＬを、内径１８ｍｍφのホウケイ酸ガラス製のカラムに充填した。
【００４８】
イオン交換樹脂に通液するインヒビタ溶液として、冷却液と同様の組成のものを用いた。すなわち、インヒビタ溶液は、冷却材の基材である凝固点降下剤としてプロピレングリコールを用い、濃度５０％ｖ／ｖの水溶液とした。インヒビタとして、２−メルカプトベンゾチアゾールを用いた。
【００４９】
インヒビタの濃度を１％ｖ／ｖとなるように添加したところ、添加前後で、プロピレングリコール水溶液の導電率は０．５ｍＳ／ｍから０．９ｍＳ／ｍに上昇した。そして、この初期導電率０．９ｍＳ／ｍのインヒビタ溶液を、図３に示す調製用装置を用いて、２５℃で４０ｍＬのイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表４に示す。表２に示すように、通液量が４００ｍＬ、８００ｍＬと増える毎に回収したインヒビタ溶液のインヒビタ残留率は高くなり、２４００ｍＬの時にインヒビタ残留率が１００％となった。すなわち、このイオン交換樹脂は、インヒビタの吸着が飽和状態になった（実施例１）。
【００５０】
【表２】
【００５１】
同様の条件で再び初期導電率０．９ｍＳ／ｍの冷却液を、２５℃で４０ｍＬのイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表３に示す。表３に示すように、通液量が１０００ｍＬ、１５００ｍＬ、２０００ｍＬと増える毎にインヒビタ残留率が高くなり、２５００ｍＬの時にインヒビタ残留率が１００％となった。
【００５２】
【表３】
【００５３】
インヒビタ溶液のインヒビタ（アゾール類）濃度が、表４に示すように、２、４、１０％ｖ／ｖとなるように添加したこと以外は実施例１と同様にして、イオン交換樹脂を飽和状態に調製した（実施例２〜４）。その結果を表５〜表７に示す。また、これらの結果から、インヒビタ濃度と飽和通液量との関係を示すグラフを図７に示す。図７に示すように、インヒビタ溶液の濃度が高くなる程、イオン交換樹脂を飽和状態にするまでのインヒビタ溶液の通液量は少なくなったが、その傾向は、あるインヒビタ濃度までは強く、それを超えると弱いことが確認された。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
【表７】
【００５８】
（飽和状態のイオン交換樹脂のイオン交換能）
このようにインヒビタの吸着が飽和状態に達したイオン交換樹脂のイオン交換能を確認する試験を行った。導電率が０．１ｍＳ／ｍの回収したインヒビタ溶液にギ酸カリウムを４ｍｇ添加して導電率を０．３ｍＳ／ｍとした。この溶液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表８に示す。表８に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、ギ酸イオンおよびカリウムイオンを吸着したことが確認された。
【００５９】
【表８】
【００６０】
同様に、導電率が０．１ｍＳ／ｍの回収したインヒビタ溶液にギ酸カリウムを４０ｍｇ添加して導電率を７．０ｍＳ／ｍとした。この溶液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表９に示す。表９に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、ギ酸イオンおよびカリウムイオンを吸着したことが確認された。
【００６１】
【表９】
【００６２】
燃料電池の冷却系統用のゴムホースの評価試験に使用して、導電率が５．１ｍＳ／ｍと上昇した使用済み冷却液を、２５℃で４０ｍＬの飽和状態のイオン交換樹脂にＳＶ＝１０で通液した。その結果を表１０に示す。なお、この使用済み冷却液をイオンクロマトグラフィで分析したところ、ギ酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオン、カルシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、亜鉛イオンが検出された。これらのうち、有機酸イオンは冷却液の熱劣化生成物、金属イオンは燃料電池の冷却系統用部品からの溶出物であると考えられる。表１０に示すように、インヒビタは吸着しなかったものの、導電率が低下し、上述の有機酸イオンおよび金属イオンを吸着したことが確認された。
【００６３】
【表１０】
【符号の説明】
【００６４】
１ 冷却液
２ 空気
３ 電気
４ 水素
１０ 燃料電池車
１１ ラジエータ
１２ インバータ
１３ 駆動モータ
１４ 二次電池
１５ 水素タンク
２０ 燃料電池スタック
２１ 冷却液流路
２２ イオン交換樹脂
２３ 熱交換器
２４ モータ
３０ 単セル
３１ 膜電極接合体
３２、３３ ガス拡散層
３４、３５ セパレータ
４０ イオン交換樹脂の調製用装置
４１ 供給タンク
４２ インヒビタ流路
４３ 流量計
４４ 回収タンク
４５ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷却液の循環流路と、この循環流路に設けられ、前記冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂とを備えた燃料電池システムであって、前記冷却液が添加剤を含有するものであり、前記イオン交換樹脂が、前記添加剤の前記イオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである燃料電池システム。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂の調製が、前記イオン交換樹脂に前記添加剤を含有する溶液を通液するか又は前記添加剤を含有する溶液に前記イオン交換樹脂を浸漬することによって行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムを備えた燃料電池車。
【請求項１】
燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷却液の循環流路と、この循環流路に設けられ、前記冷却液の導電性を維持するイオン交換樹脂とを備えた燃料電池システムであって、前記冷却液が添加剤を含有するものであり、前記イオン交換樹脂が、前記添加剤の前記イオン交換樹脂への吸着を飽和状態に調製したものである燃料電池システム。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂の調製が、前記イオン交換樹脂に前記添加剤を含有する溶液を通液するか又は前記添加剤を含有する溶液に前記イオン交換樹脂を浸漬することによって行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムを備えた燃料電池車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６４３４９（Ｐ２０１２−６４３４９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５７４３（Ｐ２０１０−２０５７４３）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【出願人】（０００１９５１１１）ショーワ株式会社 (10)
【出願人】（５９６１０２８１６）日本フイルター株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【出願人】（０００１９５１１１）ショーワ株式会社 (10)
【出願人】（５９６１０２８１６）日本フイルター株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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