JP4934265B2 - 航空機、陸上車両、船舶または自立性の定置式装置内で発生した水を水処理して分配する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、陸上車両、船舶または自立性の定置式装置内で発生させた水を水処理して分配する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に航空機においては（しかし船舶または陸上車両、および自立性の定置式装置においてもそうであるが）、水はたとえば燃料電池を使用して、或いは他の適当なプロセスによって得ることができる。燃料電池或いは他のプロセスから得られる水は、ＷＣ水洗、飲料水、シャワー水、洗濯水、空調設備の加湿のために使用するに際しそれぞれ異なる水質をもっていなければならない。
−飲料水は人の飲食に適していなければならず、国内および国際的な飲料水規定の諸条件に対応していなければならない。
−シャワー水および洗濯水も、場合によっては人体に使用することがあるので、国内および／または国際的な飲料水規定による飲料水質に対応していなければならない。
−空調設備における加湿用の水は消毒して無菌状態でなければならず、沈殿を避けるために可能な限り脱塩されていなければならない。
−ＷＣ水洗用の水は消毒されていなければならず、沈殿を避けるために十分に脱塩されていなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法において、異なる水質の水を特定の条件のもとで水処理プロセスの種々の個所に誘導できるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による航空機、陸上車両、船舶または自立性の定置式装置内で発生させた水を水処理して分配する方法においては、上記課題は、温度範囲＞５００℃の高温燃料電池とタービンの組み合わせを使用して、高温燃料電池に直接組み込まれ、高温燃料電池の処理熱で作動する、燃料として炭化水素を使用した内部改質プロセス部と、内部改質プロセス部に雑排水および／または真水を配量するプロセスと、高温燃料電池の排熱で作動する、浄水プロセスとしての蒸発機／凝縮機プロセスおよび活性炭濾過プロセスと、浄水プロセス後の水を加湿／空調システムとＷＣ水洗システムと飲料水／シャワー水／洗濯水システムとに分配する配水プロセスと、飲料水、シャワー水、洗濯水を生成するため、浄水プロセス後の水を人が消費するために必要な塩分で富化する自動制御式の水加塩（Wasseraufsalzung）ユニットを設け、活性炭濾過プロセスで使用される活性炭フィルタを再生するために高温燃料電池の排熱を利用することにより解決される。
【０００５】
本発明による方法の構成は請求項２ないし２３に記載されている。
本発明による方法は、水の生成と、水の処理と、水の配分と、水の加塩とを含んだ多段階の水製造・後処理プロセスとに基づいている。この方法を実施するための設備は以下の構成要素を有している。
−水製造装置。燃料電池を使用した水製造プロセスにおいては、燃焼ガス内に、よって最終生産物にも本発明による方法により菌が全く含まれていないことにより、完全に無菌の水質が保証されている。
−浄化装置。水から望ましくない内容物を分離させるプロセス。このため、本発明によれば蒸発プロセスと、その下流側の活性炭濾過プロセスとを使用する。蒸発プロセスは高温燃料電池の排熱で行なう。活性炭フィルタは高温燃料電池の排熱を介して交互に再生させる。
−配水装置。浄化プロセス後に提供された水を容器にバッファし、次に加湿／空調システムと、ＷＣ水洗システムと、飲料水／シャワー水／洗濯水システムとに配分する。
−水加塩装置。飲料水、シャワー水、洗濯水を、配量ユニットを介して、人が使用するために必要な塩で処理する。配量ユニットにフィードバック連結されている下流側の測定プロセスまたは測定装置は、いつの時点でも申し分のない水質を保証する。塩の配量は自動的に量に依存して行なう。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて説明する。
添付の図は、本発明による方法を実施するための設備の一例を示すもので、補助装置（ＡＰＵ）としての高温燃料電池１を用いて水を発生させるための設備を示したものである。この設備にあっては、高温燃料電池１の排熱を１個または複数個のガスタービン６に利用でき、場合によってはスターリングエンジンまたは他の熱機関にも利用できる。このようにして圧縮空気２５を直接発生させることができ、圧縮空気２５は飛行機の機室を圧縮空気２５で付勢して空調のために提供されるか、或いは、飛行機の駆動機構の始動用に提供される。補助的に、液圧系の緊急供給用である液圧ポンプを接続してもよい。このためには燃料電池のために緊急燃料部を準備する必要がある。緊急燃料部はたとえばビンで携行されるメタン（天然ガス）から成ることができる。必要な冗長性は、使用する燃料電池システムの数量から判断する。
【０００７】
雑排水または汚水２６に対し必要な処理プロセスは、本設備においては高温燃料電池１の排熱を介して行う。付加的な利点は、汚水に含まれている水の成分を十分に使用でき、さらにこれに関連して軽量化を図れる点にある。発生した水は量配分を可変にして呼び出し可能であり、補助的に十分に利用でき、たとえば空調装置において加湿の目的で、シャワーにおいて温水と冷水を供給する目的に利用できる。このシステムの主要な利点は、ガスタービンプロセスとの関連で高温燃料電池の効率が著しく高くなることと、一酸化炭素や燃料の品質に依存しないことである。
高温燃料電池１の下流側に、高温燃料電池の排ガスから水を凝縮抽出させる（auskondensieren）、排ガス５の凝縮プロセス部６，７が配置されている。
凝縮プロセス部の少なくとも１段が、１個または複数個のタービン段６を備えたタービン、または、任意の数量のタービン段を備えた、互いに分離されている複数個のタービンから成っている。
凝縮プロセス部の少なくとも１段に、タービンの下流側に配置される熱交換器７が備えられている。
熱交換器７の冷媒２７，２８として、高温燃料電池で使用される２つの燃料３，４のうちの一方（たとえば空気４）が使用される。
高温燃料電池で使用される２つの燃料３，４のうちの一方（たとえば空気４）を、高温燃料電池の処理熱により予め加熱し、および／または、液状で供給される燃料成分を蒸発させる。
燃料の予加熱を、高温燃料電池の一部または全体を取り囲んでいる燃料電池冷却機１１内で行なう。
高温燃料電池１の処理熱で原子水素または分子水素が発生するように燃料処理用の内部改質プロセス部２が構成され、原子水素または分子水素は高温燃料電池１内でエネルギーおよび水を生成させるために使用し、および／または、原子水素または分子水素の一部を取り出して、たとえば分子フィルタを介して他種の消費装置（たとえばダイヤフラム型燃料電池ＰＥＭＦＣ）に供給する。
内部改質プロセス部２に、雑排水２６の代わりに、外部から提供されるか、或いは、高温燃料電池の凝縮機から取り出される真水３０をも供給してもよい。
１個または複数個のタービン段６は圧縮空気コンプレッサー８に連結している。
圧縮空気コンプレッサー８を直流モータ９でも作動させてもよい。
直流モータ９はクラッチ１０を介して圧縮空気コンプレッサー８と連結されてもよい。
燃料３も加圧されてもよい。
凝縮プロセス部６，７で生じるＣＯ_２を別個に捕集してもよい。
浄水のために蒸発機／凝縮機プロセス１４を適用する。
蒸発機／凝縮機プロセス１４の後および／または中間に活性炭濾過プロセス１５を行ってもよい。
浄水の蒸発機プロセス１４のために高温燃料電池１の排熱２９を利用する。
浄水の蒸発機／蒸発機プロセス１４のために、高温燃料電池で使用する２つの燃料３，４の一方（たとえば空気４）を冷媒２７，２８として使用する。
浄水プロセス後の水は耐カビ性で無菌状態であり、且つ塩を含んでいない。
水加塩ユニット１７の下流側に、水質を検出するための測定装置１８が設けられる。
測定装置１８によって、水の塩含有量を水の導電性を介して検出する。
測定装置１８は水加塩ユニット１７とフィードバック連結される。
水加塩ユニット１７はフィードバック部１８，１９を介して量に依存して自動化される。
水加塩ユニット１７における加塩プロセス後の水は、国内および／または国際飲料水規定による飲料水の条件を満たす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施するための設備の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 高温燃料電池
２ 内部改質プロセス部
３ 燃料
４ 空気
５ 排ガス
６ タービン（凝縮プロセス部）
７ 熱交換器（凝縮プロセス部）
８ コンプレッサー（圧縮空気コンプレッサー）
９ 直流モータ（原動機）
１０ クラッチ
１１ 燃料電池冷却機
１２ 捕水機
１３ ＣＯ_２
１４ 蒸発機／凝縮機（浄水プロセス部）
１５ 活性炭フィルタ
１６ バッファタンク
１７ 加塩（水加塩ユニット）
１８ コントローラ（測定装置）
１９ フィードバック
２０ 空気加湿用の脱塩／無菌水
２１ 飲料水
２２ ＷＣ水洗用の脱塩水
２３ ＣＯ_２
２４ 電気エネルギー
２５ 圧縮空気
２６ 雑排水

Claims (23)

1. 航空機、陸上車両、船舶または自立性の定置式装置内で生成した水を水処理して分配する方法において、温度範囲＞５００℃の高温燃料電池（１）とタービンの組み合わせを使用し、
   高温燃料電池に直接組み込まれ、高温燃料電池の処理熱で作動する、燃料として炭化水素を使用した内部改質プロセス部（２）と、
   内部改質プロセス部（２）に雑排水（２６）および／または真水を配量するプロセスと、
   高温燃料電池（１）の排熱（２９）で作動する、浄水プロセスとしての蒸発機／凝縮機プロセス（１４）および活性炭濾過プロセス（１５）と、
   浄水プロセス後の水を、加湿／空調システム（２０）と、ＷＣ水洗システム（２２）と、飲料水／シャワー水／洗濯水システム（１７，１８，１９，２１）とに分配する配水プロセス（２０，２１，２２）と、
   飲料水、シャワー水、洗濯水を生成するため、浄水プロセス後の水を人が消費するために必要な塩分で富化する自動制御式の水加塩ユニット（１７）とを含み、
   活性炭濾過プロセス（１５）で使用される活性炭フィルタを再生するために高温燃料電池（１）の排熱（２９）を利用する方法。
2. 水を生成するための高温燃料電池（１）として、酸化セラミックス型燃料電池（ＳＯＦＣ）または溶融カーボネート型燃料電池（ＭＣＦＣ）または温度スペクトルに関しこれらに比較しうるタイプのものを使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 高温燃料電池（１）の下流側に、高温燃料電池の排ガスから水を凝縮抽出させる、排ガス（５）の凝縮プロセス部（６，７）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 凝縮プロセス部の少なくとも１段が、１個または複数個のタービン段（６）を備えたタービン、または、任意の数量のタービン段を備えた、互いに分離されている複数個のタービンから成っていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 凝縮プロセス部の少なくとも１段に、タービンの下流側に配置される熱交換器（７）を備えさせることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 熱交換器（７）の冷媒（２７，２８）として、高温燃料電池で使用される２つの燃料（３，４）のうちの一方を使用することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 高温燃料電池で使用される２つの燃料（３，４）のうちの一方を、高温燃料電池の処理熱により予め加熱し、および／または、液状で供給される燃料成分を蒸発させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
8. 燃料の予加熱を、高温燃料電池の一部または全体を取り囲んでいる燃料電池冷却機（１１）内で行なうことを特徴とする、請求項１，２または７に記載の方法。
9. 高温燃料電池（１）の処理熱で原子水素または分子水素が発生するように燃料処理用の内部改質プロセス部（２）が構成され、原子水素または分子水素は高温燃料電池（１）内でエネルギーおよび水を生成させるために使用し、および／または、原子水素または分子水素の一部を取り出して、分子フィルタを介してダイヤフラム型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）に供給することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
10. 内部改質プロセス部（２）に、雑排水（２６）の代わりに、外部から提供されるか、或いは、高温燃料電池の凝縮機から取り出される真水（３０）をも供給することを特徴とする、請求項１，２または９に記載の方法。
11. １個または複数個のタービン段（６）を圧縮空気コンプレッサー（８）と連結させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
12. 圧縮空気コンプレッサー（８）を直流モータ（９）でも作動させることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 直流モータ（９）をクラッチ（１０）を介して圧縮空気コンプレッサー（８）と連結させることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 凝縮プロセス部（６，７）で生じるＣＯ_２を別個に捕集することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
15. 蒸発機／凝縮機プロセス（１４）の後および／または中間に活性炭濾過プロセス（１５）を行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
16. 浄水の蒸発機／凝縮機プロセス（１４）のために、高温燃料電池で使用する２つの燃料（３，４）の一方を冷媒（２７，２８）として使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
17. 浄水プロセス後の水が耐カビ性で無菌状態であり、且つ塩を含んでいないことを特徴とする、請求項１または１５に記載の方法。
18. 浄水プロセス後の水をバッファタンク（１６）で中間貯留することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 水加塩ユニット（１７）の下流側に、水質を検出するための測定装置（１８）を設けることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
20. 測定装置（１８）によって、水の塩含有量を水の導電性を介して検出することを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 測定装置（１８）を水加塩ユニット（１７）とフィードバック連結させることを特徴とする、請求項１または１９に記載の方法。
22. 水加塩ユニット（１７）をフィードバック部（１８，１９）を介して量に依存して自動化することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 水加塩ユニット（１７）における加塩プロセス後の水に、国内および／または国際飲料水規定による飲料水の条件を満たさせることを特徴とする、請求項１または２２に記載の方法。

Images