l¾糸田 » 熱媒体組成物 技術分野 l¾Itoda »Heat transfer medium technical field
本発明は、 例えばエンジン等の内燃機関の冷却系統、 燃料電池の冷却系 統、 ソーラーシステムや床暖房システム、 空調設備などに適用される熱媒 体組成物に関し、 詳細には基剤の酸化を効果的に抑制することで、 p H値 の低下並びに導電率の上昇を抑えることができる熱媒体組成物に関する。 背景技術 The present invention relates to a heating medium composition applied to, for example, a cooling system of an internal combustion engine such as an engine, a cooling system of a fuel cell, a solar system, a floor heating system, an air conditioner, and the like. The present invention relates to a heat medium composition capable of suppressing a decrease in pH value and an increase in electrical conductivity by suppressing the heat medium composition effectively. Background art
従来より、 エンジン等の内燃機関の冷却系統、 ソーラーシステムゃ床暖 房システム、 空調設備などに適用される熱媒体組成物には、 グリコール類 やアルコール類などを基剤とし、 これに防鲭剤を添加したものが知られて いる。 ところが、 このような熱媒体組成物において、 基剤として使用されるグ リコール類やアルコール類は、 使用時において高温、 高圧の雰囲気に晒さ れるため、 経時と共に僅かではあるが酸化し、 グリコール酸や蟻酸などの 劣化生成物に変化する。 このため、 長期間の使用によって、 当該熱媒体組成物における基剤の酸 化はさらに進行し、 これに伴って当該熱媒体組成物の p H値も次第に低下 し、 エンジン等の内燃機関の冷却系統、 ソーラーシステムや床暖房システ ム、 空調設備などを構成する金属を腐食させる恐れがあった。 従って、 当該熱媒体組成物における基剤の酸化抑制は、 これらの用途に 使用される熱媒体組成物において、 克服すべき重要な技術課題であった。
一方、 燃料電池に関しては特有の技術課題がある。 すなわち燃料電池は、 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。 発電時にはこのスタックから熱が発生するので、 これを冷却す るためにセパレー夕間に冷却液通路を設け、 この冷却液通路を冷却液が流 れることによりスタックが冷却されるようになっている。 このため、 燃料電池の冷却液の電気伝導率が高いと、 発電を実行してい るスタックで生じた電気が冷却液側へと流れてしまい、 当該燃料電池にお ける発電力を低下させてしまうことになる。 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。 しかし、 例えば自動車用燃料電池や家庭用コ一ジエ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 レ 純水の体積膨張によるセパレー夕の破損など、 燃料電池の電池性能を 損なう恐れがあった。 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ダリ コール類やアルコール類などを使用することが考えられる。 しかし、 グリ コ一ル類やアルコ一ル類などは、 これを燃料電池用の冷却液として用いた 場合、 燃料電池作動中に酸化して僅かではあるが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 量も増加し、 この結果、 低導電率を維持できなくなるという事態を招く恐 れがある。 このような不具合の発生を解消するため、 燃料電池の冷却系統の経路に イオン交換樹脂を配置して、 冷却液中のイオン性物質を除去して、 冷却液 の導電率の上昇を抑えることも考えられる。
しかし、 この場合、 イオン交換樹脂は、 基剤の酸化により生成されるィ オン性物質の除去に費やされ、 当該イオン交換樹脂のイオン交換量は速や かに低下し、 交換寿命が著しく低下するという技術課題があつた。 本発明は、 このような技術課題に鑑みなされたものであり、 基剤の酸化 を効果的に抑制することで、 p H値の低下並びに導電率の上昇を抑えるこ とができる熱媒体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 Conventionally, heat medium compositions applied to cooling systems for internal combustion engines such as engines, solar systems, floor heating systems, air conditioning equipment, etc. have been based on glycols and alcohols, etc. The addition of is known. However, in such a heating medium composition, the glycols and alcohols used as a base are exposed to a high-temperature and high-pressure atmosphere during use, and therefore oxidize slightly with the passage of time. Changes to degradation products such as formic acid. Therefore, over a long period of use, the oxidation of the base in the heat medium composition further progresses, and accordingly, the pH value of the heat medium composition also gradually decreases, and the cooling of the internal combustion engine such as an engine is cooled. Metals that make up the grid, solar system, floor heating system, and air conditioning equipment could be corroded. Therefore, suppression of oxidation of the base in the heat medium composition has been an important technical problem to be overcome in the heat medium composition used for these applications. On the other hand, fuel cells have unique technical issues. That is, a fuel cell is generally configured as a stack having a structure in which a large number of single cells, which are power generation units, are stacked. Since heat is generated from this stack during power generation, a coolant passage is provided during the separation to cool the stack, and the coolant flows through the coolant passage to cool the stack. . For this reason, if the electrical conductivity of the coolant of the fuel cell is high, the electricity generated in the stack performing power generation flows to the coolant side, and the power generated in the fuel cell decreases. Will be. Therefore, pure water having low conductivity, in other words, pure water having high electrical insulation, has been used for the cooling liquid of the conventional fuel cell. However, when considering, for example, fuel cells for automobiles and fuel cells for home cogeneration systems, the coolant will drop to ambient temperature when not in operation. In particular, if there is a possibility of use below the freezing point, pure water will freeze. Pure oil volume expansion may damage the separator and damage the fuel cell performance. Under these circumstances, it is conceivable to use darichols or alcohols for the purpose of antifreezing in the coolant for fuel cells. However, when used as a coolant for a fuel cell, glycols and alcohols oxidize during operation of the fuel cell to produce a small amount of ionic substances. Therefore, if used for a long period of time, the amount of ionic substances in the coolant will also increase, which may lead to a situation where low conductivity cannot be maintained. In order to eliminate such problems, an ion-exchange resin is placed in the cooling system path of the fuel cell to remove ionic substances in the coolant and suppress the rise in the conductivity of the coolant. Conceivable. However, in this case, the ion-exchange resin is used to remove the ionic substances generated by oxidation of the base material, and the ion-exchange amount of the ion-exchange resin quickly decreases, and the exchange life is significantly reduced. There was a technical challenge to do so. The present invention has been made in view of such technical problems, and a heat medium composition capable of suppressing a decrease in pH value and an increase in conductivity by effectively suppressing oxidation of a base. The purpose is to provide. Disclosure of the invention
本発明の熱媒体組成物 (以下、 単に組成物という) は、 基剤中に炭素同 素体またはその誘導体を含有することに特徴づけられたものである。 基剤 としては、 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、 ダリコール類及びダ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。 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、 ペン夕ノール、 へキサノール、 ヘプ夕ノール、 ォクタノ一ル 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。 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 —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 ンジォ一ル、 1 , 3—ブタンジオール、 1, 5—ペンタンジオール、 へキ 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。 グリコールエーテル-類としては、 例えばェ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、 テトラェ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ェチルエーテル、 ジエチレングリコールモノ ェチルエーテル、 トリエチレングリコールモノェチルエーテル、 テ卜ラエ チレングリコールモノェチルエーテル、 ェチレングリコールモノブチルェ 一テル、 ジエチレングリコールモノブチルェ一テル、 卜リエチレングリコ ールモノブチルェ一テル、 テトラエチレングリコールモノブチルェ一テル 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。 本発明の組成物は、 上記基剤中に炭素同素体またはその誘導体を含有さ せることで、 当該基剤の酸化を抑制し、 以て、 基剤の酸化に起因する当該 組成物の P H値の低下並びに導電率の上昇を抑えるようになつている。 このような作用効果を奏する炭素同素体としては、 グラフアイト、 ダイ ァモンド、 フラ一レン、 炭素ナノチューブを挙げることができる。 中でも、 5員環と 6員環のネットワークで閉じた中空殻状からなる、 C60、 C70、 C76、 C78、 C82、 C84、 C96などのフラーレン、 フラーレンの構造内部 に小さなフラーレンを取り込んだバッキーオニオン (C6Q@C24。@C5 40) 、 フラ一レンの構造内部に金属を取り込んだヘテロフラーレン (M@ Ceo) のいずれか 1.種若しくは 2種以上は、 基剤の酸化を効果的に抑制で きる点で好ましく、 特に C6。及び C?。フラーレンは、 入手容易性、 取り扱 い性、 価格の面でさらに望ましい。 また、 炭素同素体の誘導体としては、 炭素同素体の水酸化物、 水素化物、 フッ化物、 臭素化物などを挙げることができ、 特にフラーレンの水酸化物、 水素化物、 フッ化物、 臭素化物から選ばれる 1種若しくは 2種以上が、 入 手容易性、 取り扱い性、 価格の面で好ましい。 炭素同素体またはその誘導体の含有量としては、 基剤に対し、 0. 0 0
0 1〜1 0重量%の範囲とするのが望ましい。 上記範囲よりも炭素同素体 またはその誘導体の含有量が少ない場合には、 充分な酸化抑制効果を得る ことができず、 反対に上記範囲よりも炭素同素体またはその誘導体の含有 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。 本発明の組成物にあっては、 上記基剤及び炭素同素体の他に、 例えば p H調整用の苛性アルカリ、 染料、 消泡剤、 防腐剤等を含有させても良いし、 従来公知の防鯖剤である、 リン酸塩、 硝酸塩、 亜硝酸塩、 モリブデン酸塩、 タングステン酸塩、 硼酸塩、 ケィ酸塩、 硫酸塩、 亜硫酸塩、 カルボン酸塩、 アミン塩、 トリァゾール類などを併用しても良い。 実施例 The heat medium composition of the present invention (hereinafter, simply referred to as a composition) is characterized by containing a carbon isotope or a derivative thereof in a base. As the base, those having antifreeze properties are desirable, and specifically, those composed of one or a mixture of two or more selected from water, alcohols, daricols and dalicol ethers are desirable. Examples of alcohols include those composed of one or a mixture of two or more selected from methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, and octanol. . Glycols include, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, and hexylene glycol. And mixtures of two or more selected from the group consisting of: Glycol ethers include, for example, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol Chole monomethyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, Examples thereof include those composed of one or a mixture of two or more selected from diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, and tetraethylene glycol monobutyl ether. The composition of the present invention suppresses the oxidation of the base by including a carbon allotrope or a derivative thereof in the base, whereby the PH value of the composition caused by the oxidation of the base is reduced. The reduction and the increase in the conductivity are suppressed. Graphite, diamond, fullerene, and carbon nanotubes can be given as examples of the carbon allotrope exhibiting such effects. Among them, consisting of a closed hollow shell-like 5-membered ring and six-membered ring of the network, C 60, C 70, C 76, C 78, C 82, fullerene such as C 84, C 96, small within the structure of the fullerene bucky onion incorporating fullerene (C 6 Q @ C 24. @ C 5 40), hetero-fullerene incorporating metal within the structure of the hula one Ren (M @ Ceo) either 1. species or two or more of, It is preferable in that the oxidation of the base can be effectively suppressed, particularly C 6 . And C ?. Fullerenes are more desirable in terms of availability, handling, and price. In addition, examples of the derivative of carbon allotrope include hydroxides, hydrides, fluorides, and bromides of carbon allotropes, and are particularly selected from hydroxides, hydrides, fluorides, and bromides of fullerenes. Species or two or more species are preferable in terms of availability, handling, and price. The content of the carbon allotrope or a derivative thereof is 0.0 It is desirably in the range of 0.1 to 10% by weight. When the content of the carbon allotrope or its derivative is smaller than the above range, a sufficient oxidation suppressing effect cannot be obtained, and when the content of the carbon allotrope or its derivative is larger than the above range, The effect of the increased amount cannot be obtained, which is uneconomical. The composition of the present invention may contain, for example, caustic alkali for adjusting pH, a dye, an antifoaming agent, a preservative, and the like, in addition to the above-mentioned base and carbon allotrope. Even when used in combination with mackerel, phosphate, nitrate, nitrite, molybdate, tungstate, borate, silicate, sulfate, sulfite, carboxylate, amine salt, triazole, etc. good. Example
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、 イオン交換水に不凍性を持た せる目的でエチレングリコールを加えたものを基剤とし、 これに水酸化フ ラーレンを含ませたもの (実施例 1および 2 ) 、 比較として、 実施例 1の 基剤のみからなるもの (比較例 1 ) を挙げた。 尚、 表 1中の水酸化フラー レンには、 nanom spec t ra HX10-S (フロンティアカーボン株式会社製) を 用いた。 Hereinafter, the composition of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Table 1 below shows, as a preferred embodiment of this composition, a base obtained by adding ethylene glycol for the purpose of imparting antifreeze to ion-exchanged water, and containing a fullerene hydroxide in the base ( Examples 1 and 2) and a comparative example (Comparative Example 1) consisting only of the base material of Example 1 were mentioned. In addition, nanom spectra HX10-S (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) was used as the hydroxylated fullerene in Table 1.
(以下余白)
(Below)
表 1 table 1
*水酸化フラ-レン: nanom spect ra HX10- S (フロンティア力 ホ"ン株式会社製) 上記表 1に示す実施例 1及び 2並びに比較例 1の各組成物について、 酸 化劣化試験後の導電率並びに劣化生成物量を測定した。 その結果を表 2に 示した。 尚、 酸化劣化試験は、 上記各組成物にそれぞれ 1 0 0 °Cで 3 3 6 時間の条件で実施した。 * Hydroxyfullerene: nanom spectra HX10-S (Frontier Power Phone Co., Ltd.) Conductivity of each composition of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 shown in Table 1 above after the oxidation deterioration test The results were shown in Table 2. The oxidative deterioration test was performed on each of the above compositions at 100 ° C. for 33 hours.
(以下余白)
表 2 (Hereinafter the margin) Table 2
表 2から、 比較例 1の組成物は、 初期の導電率が 0 a S/cmであるのに対 し、 酸化劣化試験後の導電率は 8 0 S/cmとなり、 導電率が大幅に上昇し ていることが確認された。 これに対し、 実施例 1及び 2の各組成物につい ては、 初期の導電率が 2 i S/cm、 1 S/cmであるのに対し、 酸化劣化試験 後の導電率は、 4 5 x S/cm、 5 5 S/cmとなり、 いずれも導電率の上昇が 抑えられていることが確認された。 また、 酸化劣化試験後の劣化生成物について、 比較例の組成物の場合、 劣化試験後に 1 4腿 ol/ lと大幅に増加しているのに対し、 実施例 1及び 2の各組成物の場合には、 試験後の劣化生成物量は 5 imol/ 1及び 8讓 ol / 1と僅かな増加に留まっており、 実施例 1及び 2に係る各組成物が劣化 抑制に効果的であることが確認された。
発明の効果 From Table 2, the composition of Comparative Example 1 had an initial conductivity of 0 aS / cm, whereas the conductivity after the oxidation deterioration test was 80 S / cm, and the conductivity increased significantly. Was confirmed. In contrast, the initial conductivity of each of the compositions of Examples 1 and 2 was 2 iS / cm and 1 S / cm, whereas the conductivity after the oxidation deterioration test was 45 x S / cm and 55 S / cm, indicating that the increase in conductivity was suppressed in both cases. In addition, regarding the degradation products after the oxidative degradation test, in the case of the composition of the comparative example, after the degradation test, the content increased significantly to 14 tmol / l. In this case, the amount of degradation products after the test was only a slight increase of 5 imol / 1 and 8 substitution / 1, indicating that each of the compositions according to Examples 1 and 2 was effective in suppressing the degradation. confirmed. The invention's effect
本発明の組成物は、 基剤中に炭素同素体またはその誘導体を含有させる ことで、 当該基剤の酸化を効果的に抑制し、 以て、 基剤の酸化に起因する 当該熱媒体組成物の p H値の低下並びに導電率の上昇を抑えることができ る。
The composition of the present invention effectively suppresses the oxidation of the base by including a carbon allotrope or a derivative thereof in the base, whereby the heat medium composition caused by the oxidation of the base is reduced. A decrease in pH value and an increase in conductivity can be suppressed.