JP5021608B2 - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents
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Description
家庭用等の燃料電池装置を用いた発電においては、水を使用する工程、例えば、水素を製造するために都市ガス(メタンガス)やプロパンガスを水蒸気改質する工程、電極接合体(MEA)を構成するイオン交換膜の電気抵抗を下げるために加湿する工程、燃料電池装置を冷却する工程などを有している。これらの工程で使用する水には、導電率が低い純水が用いられている。
純水の供給源として水道水を用いると、純水化処理を必要とするため、燃料電池装置が大型化する上にコストが高くなる傾向にある。そのため、電池反応において生成した水や、水蒸気改質で消費されなかった水蒸気の凝縮水を使用して、外部から水を補給せずに水を自立化させることが検討されてきた。
通常、水蒸気改質では副反応によって二酸化炭素が発生するため、燃料電池装置から回収された水には、炭酸イオンが溶け込まれている。また、塩化物イオンやケイ酸イオンも溶け込まれている。
そこで、特許文献1では、燃料電池装置から回収された水を脱炭酸処理し、さらに電気式脱イオン処理装置によって脱イオン処理して、純水化する方法が提案されている。
しかしながら、濃縮水を繰り返し循環させた場合、濃縮水中の炭酸イオンについては脱炭酸処理により除去することは可能であるものの、炭酸イオン以外のイオンについては濃度が次第に高くなる。そのため、稼働時間が長くなるにつれて、電気式脱イオン装置の負荷が次第に大きくなり、消費電力量が増加する。特に、ケイ酸イオンの濃度が高くなると、消費電力量の増加は顕著になる。燃料電池装置の付帯装置の消費電力量が多いと、燃料電池装置の発電効率が低くなるため、炭酸イオン以外のイオン濃度の増加は問題である。
そのため、特許文献1に記載の方法では、濃縮水を系外に排出する流路を設けて、適宜、濃縮水を脱炭酸処理に供給する流路から切り替えて濃縮水の一部を廃棄していた。また、この濃縮水の廃棄によって燃料電池装置に供給する水の量が不足するため、水道水を純水化処理したものを補給する手段を有していた。したがって、燃料電池装置の水の自立化を実現できていなかった。
そこで、本発明は、燃料電池装置の水自立を実現し、脱イオン処理に供給される水の炭酸イオン以外のイオンの濃度増加を緩和できる水処理装置および水処理方法を提供することを目的とする。
[1] 燃料電池装置から回収された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る第1の脱炭酸処理部と、
電気式脱イオン処理装置を用いて第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水およびイオンの濃縮水を生成させる脱イオン処理部と、
前記濃縮水を回収し、前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る第2の脱炭酸処理部と、
前記第2の脱炭酸水の一部を前記第1の脱炭酸水に補給する補給部とを有することを特徴とする水処理装置。
[2] 前記補給部は、第1の脱炭酸水を貯留する第1の貯水部と、第2の脱炭酸水を貯留する第2の貯水部とを備え、
第1の貯水部と第2の貯水部とは、同じ高さにオーバーフロー口が各々設けられ、かつ、第2の脱炭酸水の位置水頭が第1の脱炭酸水の位置水頭より大きくなったときのみ開放される逆止弁を介して接続されている[1]に記載の水処理装置。
[3] 前記第1の脱炭酸処理部および/または前記第2の脱炭酸処理部が、曝気式脱炭酸塔を備える[1]または[2]に記載の水処理装置。
[4] 燃料電池装置から回収された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る工程と、
第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水および濃縮水を生成させる工程と、
前記濃縮水を回収し、前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る工程と、
第2の脱炭酸水の一部を第1の脱炭酸水に補給する工程とを有することを特徴とする水処理方法。
図1に、本実施形態例の水処理装置を示す。この水処理装置1は、燃料電池装置から凝縮された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る第1の脱炭酸処理部10と、第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水および濃縮水を生成させる脱イオン処理部20と、濃縮水を前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る第2の脱炭酸処理部30と、第2の脱炭酸水の一部を第1の脱炭酸水に補給する補給部40とを有する。
第2の脱炭酸処理部30は、第2の脱炭酸室31と、脱イオン処理部20から第2の脱炭酸室31に濃縮水を供給するための第5の配管32を備える。
ここで、曝気式脱炭酸塔とは、脱炭酸処理する水に空気を通して、水中の炭酸ガスを空気に含ませるものである。
また、第1の貯水室41中の第1の脱炭酸水と第2の貯水室42中の脱炭酸水との液面高さが同じになっているとき、第1の脱炭酸水の位置水頭が第2の脱炭酸水の位置水頭より大きくなっているときには、逆止弁43が開放されないから、第1の貯水室41から第2の貯水室42に第1の脱炭酸水が流出することはない。
陽極室51にはカチオン交換樹脂が充填され、陰極室52および脱塩室53には、アニオン交換樹脂が充填されている。
陽極室51または陰極室52と、脱塩室53とは、アニオン交換膜54によって仕切られている。
本実施形態例においては、脱塩室53に第3の配管23が接続されて第1の脱炭酸水が導入されるようになっている。また、脱塩室53から流出した脱イオン水の一部は陰極室52、陽極室51を経て、第5の配管32を介して濃縮水として排出されるようになっている。
本実施形態例における水処理方法は、燃料電池装置から回収された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る工程と、第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水および濃縮水を生成させる工程と、前記濃縮水を回収し、前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る工程と、第2の脱炭酸水の一部を第1の脱炭酸水に補給する工程とを有する。
以下、具体的に説明する。
すなわち、第3の配管23を介して脱塩室53に第1の脱炭酸水を導入して、脱塩室53内のアニオン交換体でアニオンを捕捉する。それと共に、陽極51aと陰極52aとを直流電圧で印加することで、アニオン交換体で捕捉したアニオンを陽極51a側に誘引させ、さらに、アニオン交換膜54を通過させて陽極室51内に移動させる。このように、脱塩室53にて第1の脱炭酸水を脱イオン処理することで脱イオン水を得る。また、陽極室51においては、アニオンが移動してくるため、イオン濃度が向上して濃縮水が生成する。
濃縮水は、第5の配管32を介して、第2の脱炭酸室31に供給される。
10 第1の脱炭酸処理部
11 第1の脱炭酸室
11a 空気噴出ノズル
11b 空気供給管
11c 排出口
12 第1の配管
20 脱イオン処理部
21 第2の配管
22 ポンプ
23 第3の配管
24 電気式脱イオン処理装置
30 第2の脱炭酸処理部
31 第2の脱炭酸室
31a 空気噴出ノズル
31b 空気供給管
31c 排出口
32 第5の配管
40 補給部
41 第1の貯水室
41a オーバーフロー口
42 第2の貯水室
42a オーバーフロー口
43 逆止弁
50 電気式脱イオン処理装置
51 陽極室
51a 陽極
52 陰極室
52a 陰極
53 脱塩室
54 アニオン交換膜
Claims (4)
- 燃料電池装置から回収された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る第1の脱炭酸処理部と、
電気式脱イオン処理装置を用いて第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水およびイオンの濃縮水を生成させる脱イオン処理部と、
前記濃縮水を回収し、前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る第2の脱炭酸処理部と、
前記第2の脱炭酸水の一部を前記第1の脱炭酸水に補給する補給部とを有することを特徴とする水処理装置。 - 前記補給部は、第1の脱炭酸水を貯留する第1の貯水部と、第2の脱炭酸水を貯留する第2の貯水部とを備え、
第1の貯水部と第2の貯水部とは、同じ高さにオーバーフロー口が各々設けられ、かつ、第2の脱炭酸水の位置水頭が第1の脱炭酸水の位置水頭より大きくなったときのみ開放される逆止弁を介して接続されている請求項1に記載の水処理装置。 - 前記第1の脱炭酸処理部および/または前記第2の脱炭酸処理部が、曝気式脱炭酸塔を備える請求項1または2に記載の水処理装置。
- 燃料電池装置から回収された凝縮水を脱炭酸処理して第1の脱炭酸水を得る工程と、
第1の脱炭酸水を脱イオン処理して脱イオン水および濃縮水を生成させる工程と、
前記濃縮水を回収し、前記凝縮水とは別に脱炭酸処理して第2の脱炭酸水を得る工程と、
第2の脱炭酸水の一部を第1の脱炭酸水に補給する工程とを有することを特徴とする水処理方法。
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