JPH0218872A - 高温吸着処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池の冷却水中に溶存する重金属腐蝕生成
物を高温熱水条件下で除去する高温吸着処理装置に係り
、特に重金属腐蝕生成物吸着材として二酸化マンガンを
使用するものにあって、該二酸化マンガン中に含有され
冷却水中に溶出する硫酸イオンを吸着除去し得るものに
関する。

（従来の技術） 例えばリン酸型燃料電池は、その発電効率及び安全性の
観点から、燃料電池本体の温度を１５０〜１９０℃程度
にする必要がある。その為、燃料電池本体内に冷却配管
を配設し、この冷却配管内に冷却水を流通させることに
より、発電時の反応熱をＸ！！整している。上記冷却配
管としては熱伝導率及び加工性の観点から鋼管が使用さ
れている。

ところで、運転中にあっては、冷却配管或いは他の配管
から微量の銅、あるいは鉄等の重金属腐蝕生成物が溶出
する。この溶出した重金属腐蝕生成物は燃料電池本体入
口部の冷却配管に酸化物のスケール（亜酸化銅等）とし
て付着し、それによって冷却配管が閉塞されてしまうこ
とがある。したがって従来の実プラントでは、上記閉塞
を防止するべく、循環冷却水の浄化を行なっている。

そこで第４図を参照して従来の構成を説明する。

第４図は従来の吸る処理装置の概略構成を示す構成図で
あり、図中符号１は燃料電池本体である。

上記燃料電池本体１には冷却水循環配管２が接続されて
おり、この冷却水循環配管２には気液分離器３、開閉弁
４、加圧ポンプ５、及び開閉弁６が順次介挿されている
。よって燃料電池本体１内に内蔵された冷却配管から排
出された冷却水は上記冷却水循環配管２を介して再度冷
却配管に戻される。すなわち、まず気液分離器３により
気液分離され、分離された液体としての冷却水は開閉弁
４を介して加圧ポンプ５に吸引され、この加圧ポンプ５
によって加圧されて上記開閉弁６を介して冷却配管に戻
される。尚、この冷却水の温度はおよそ１５０−１９０
℃程度である。

上記循環配管２にはバイパス配管７が並設されている。

このバイパス配管７には開閉弁８、ポンプ９、熱交換器
１０、及びイオン交換樹脂塔１１が順次介挿されている
。そして冷却水の一部は上記バイパス配管７を介して冷
却水循環配管２を迂回し、開閉弁８を介してポンプ９に
吸引され、熱交換器１０にて冷却され（約６０℃）、イ
オン交換樹脂塔１１内に導入される。このイオン交換樹
脂塔１１内にて重金属腐蝕生成物が除去される。このよ
うにして処理された冷却水は再度冷却水循環配管２に流
入し、他の冷却水と合流する。

上記構成によると次のような問題があった。すなわち、
イオン交換樹脂塔１１内に冷却水を導入する場合にはこ
れを冷却して既に述べたように６０℃程度にする必要が
ある。ところがこのように低温な状態とすると大きな熱
損失が発生して、燃料電池としての発電効率を低下させ
る原因となってしまう。したがってその処理量にも限界
があり、上記従来構成の場合にも冷却水の全てを処理す
るのではなく、その一部のみを処理する構成としている
。しかしながらそれでは前述した冷却配管の閉塞防Ｉト
を効果的に行なうことはできず、その改善が要求されて
いた。

そこで出願人にあっては種々検討した結果、高温熱水条
件下で重金属イオンを吸着可能な無機物質をつきとめた
。上記無機物質としては、酸化チタン、酸化ジルコニラ
ムラ等の金属酸化物類、あるいはリン酸ジルコニウム、
タングステン酸すず、等の金属酸化塩類がある。そして
、既に燃料電池の冷却水用高温フィルタとして出願済み
である（例えば特願昭６０−０１２５８８号）。さらに
、燃料電池の高温浄化系に適用できる高温吸着材として
二酸化マンガンが最も優れた特性を持つことを確認した
。

そこで、第５図を参照して上記二酸化マンガンを使用し
た高温吸着処理装置の構成を説明する。

第５図中符号１１は重金属腐蝕生成物吸着処理塔であり
、この重金属腐蝕生成物吸容処理塔１１内は前記冷却水
循環配管２の加圧ポンプ５の吐出側に配置されており、
重金属腐蝕生成物吸着材としての二酸化マンガン１２が
充填されている。この二酸化マンガン１２により冷却水
中の重金属腐蝕生成物が除去される。

しかしながらこのような構成にあっても次のような問題
がある。すなわち二酸化マンガンは電池用であるため、
製造工程中に硫酸を含有してしまう。よってそのまま使
用した場合には、通水初期に硫酸イオンが冷却水中に溶
出して、それによって冷却配管等の腐蝕が懸念されてい
る。よって少なくとも通水初期時に二酸化マンガンから
冷却水中に溶出した硫酸イオンを除去する必要があった
。

（発明が解決しようとする課題） 既に述べたように重金属腐蝕生成物吸着材として使用す
る二酸化マンガン中には硫酸が含有されており、この硫
酸が硫酸イオンとして冷却水中に溶出し、それによって
冷却配管等が腐蝕してしまうという問題があり、本発明
はこのような点に基づいてなされたものでその目的とす
るところは、二酸化マンガンから溶出した硫酸イオンを
除去し、配管腐蝕等の問題を解消することが可能な高温
吸着処理装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく、本願発明の第１請求項による
高温吸着処理装置は、燃料電池本体に接続され燃料電池
本体内に内蔵された冷却配管から排出された冷却水を加
圧して再度上記冷却配管こ戻ず冷却水循環系と、この冷
却水循環系に介挿され重金属腐蝕生成物吸着材としての
二酸化マンガンを収容し高温状態で重金属腐蝕生成物を
吸着する重金属腐蝕生成物吸着処理機構と、上記冷却水
循環系であって上記重金属腐蝕生成物吸着処理機構の二
次側に設けられ硫酸イオン吸着材を収容し上記二酸化マ
ンガンから冷却水中に溶出した硫酸イオンを吸着する硫
酸イオン吸着処理機構とを具備したことを特徴とするも
のである。

又、第２３１ｉ求項による高温吸着処理装置は、燃料電
池本体に接続され燃料電池本体内に内蔵された冷却配管
から排出された冷却水を加圧して再度上記冷却配管に戻
す冷却水循環系と、この冷却水循環系に介挿され重金属
腐蝕生成物吸着材としての二酸化マンガン及び硫酸イオ
ン吸着材を収容した吸着処理機構とを具備したことを特
徴とするものである。

（作用） まず第１請求項の場合には、冷却水循環系であって重金
属腐蝕生成物販（５処理機措の一次側に硫酸イオン吸着
処理機構を設けたものであり、それによって二酸化マン
ガンから冷却水中に溶出した硫酸イオンを除去し、冷却
配管等の腐蝕を防止するものである。

重金属腐蝕生成物吸着処理機構の二次側であるから、ま
ず二次側に直列的に設ける構成が考えられ、この場合に
は冷却水は常に硫酸イオン吸着処理機構を通過すること
になる。又、二次側に迂回路を設け、この迂回路に硫酸
イオン吸着処理機（ｔを設ける構成がある。この場合に
は開閉弁等により少なくとも通水初期だけは冷却水を迂
回させれば、二酸化マンガンから溶出した硫酸イオンを
除去することができる。尚、硫酸イオン吸着処理機構を
重金属腐蝕生成物吸着処理機構の直後に連続的に設ける
かあるいは離して設けるか等については任意である。

次に・第２請求項による高温吸着処理装置の場合には、
重金属腐蝕生成物吸着処理機構と硫酸イオン吸着処理機
構とを一体化させたものである。

したがってこの場合には二酸化マンガンによる重金属腐
蝕生成物の吸着、及び二酸化マンガン中の硫酸の吸着の
両方が同時になされることになる。

尚、重金属腐蝕生成物吸着材あるいは硫酸イオン吸着材
をどのように充填するか、その粒径をどの程度のものに
するか等については任意である。

（実施例） 以下第１図を蓼照して本発明の第１の実施例を説明する
。第１図は本実施例による高温吸着処理装置の構成を示
す構成図であり、従来と同一部分には同一符号を付して
示す。

重金属腐蝕生成物吸着処理塔１１の二次側の冷却水循環
配管２にはバイパス配管１０１が並設されており、この
バイパス配管１０１には硫酸イオン成否処理塔１０２が
介挿されている。この硫酸イオン眼前処理塔１０２内に
は硫酸イオン吸着月１０３が充填されている。上記硫酸
イオン吸６＋４１０３としては、例えば石灰石等の耐熱
及び耐圧性炭酸塩系統の天然石が使用されている。かか
る構成をなす硫酸イオン吸着処理塔１０２により二酸化
マンガン１２から冷却水中に溶出した硫酸イオンを吸着
除去するものである。

上記硫酸イオン吸着処理塔１０２の前後には開閉弁１０
４及び１０５が夫々介挿されており、又バイパス配管１
０１の分岐点の二次側にも開閉弁１０６が介挿されてい
る。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず電池本体１の冷却配管から排出される冷却水は、気
液分離器３で気体と液体とに分離され、開閉弁４を介し
て加圧ポンプ５に吸引され加圧される。加圧された冷却
水は重金属腐蝕生成物吸着処理塔１１内に送り込まれ、
そこで二酸化マンガン１２により重金属腐蝕生成物が除
去される。その後開閉弁１０６及び６を介して上記燃料
電池本体１に戻される。

その際既に述べたように、二酸化マンガン１２中には硫
酸が含有されており、通水初期時にその硫酸が溶解して
硫酸イオンとなって溶出することが予想され、かかる硫
酸イオンによる冷却配管等の腐蝕が懸念されていた。そ
こで通水初期時には前記硫酸イオン眼前処理塔１０２を
使った運転を行なう。

まず開閉弁１０６を閉弁して、開閉弁１０４及び１０５
を開弁する。それによって重金属腐蝕生成物吸着処理塔
１１を流出した冷却水をバイパス配管１０１側に迂回さ
せ硫酸イオン吸着処理塔１０２内に導入する。冷却水中
に溶出した硫酸イオンは上記硫酸イオン吸着処理塔１０
２内の硫酸イオン吸着材１０３により効果的に吸着され
る。

このようにして溶出した硫酸イオンを除去された冷却水
は硫酸イオン吸希処理塔１０２を流出して開閉弁１０５
及び６を介して燃料電池本体１に戻される。その後開閉
弁１０４及び１０５を閉弁して開閉弁１０６を開弁し、
通常の運転に移行する。

上記硫酸イオン吸着材としての天然石灰石１０３と硫酸
イオンとの反応は次のようなものである。

１１２　　ＳＯ４＋ＣａＳＯ３−ＣａＳＯ４＋　　１１
２　　ＣＯ３１１２ＣＯ３→　１１２０　　＋ＣＯ２↑
上記反応から明らかなように、微量の炭酸ガス（Ｃｏ□
）が発生するが、気液分離器３にてガスは分離される為
に燃料電池本体１の運転上の問題はない。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

まず重金属腐蝕生成物吸着処理塔１１内に充填されてい
る二酸化マンガン１２中に含有されていて冷却水中に溶
出した硫酸イオンは硫酸イオン吸着処理塔１０２にて確
実に吸着される。したがって少なくとも通水初期時に上
記硫酸イオン吸着処理塔１０２を使ったバイパス運転を
行なえば、硫酸が燃料電池本体１内に流入して冷却配管
等を腐蝕させるといった問題を解消することができる。

又、本実施例の場合上記硫酸の除去を高温状態のままで
行なうことができ、よって二酸化マンガン１２を使用し
た重金属腐蝕生成物吸着処理運転に同等支障を来たすこ
とはなく、熱損失の低減ひいては燃料電池本体１の効率
向上を図ることができる。

又、本実施例の場合には開閉弁１０４．１０５、及び１
０６を開閉操作するだけで硫酸イオン吸着処理運転を行
なうことができ、操作が簡単であるとともに、その構成
も簡単であり、既設の設備にも容易に適用することがで
きる。

次に第２図を参照して第２の実施例を説明する。

この実施例は硫酸イオン吸着処理塔１０２を迂回させて
設けるのではなく、冷却水循環配管２に直接介挿させた
ものである。その他の構成は前記第１実施例と同様であ
りその説明は省略する。

したがって、この場合には重金属腐蝕生成物吸着処理塔
１１を通過した冷却水は必ず硫酸イオン吸着処理塔１０
２内に流入し、前記第１の実施例の場合のように通水初
期時たけではなく常に硫酸除去がなされるものである。

よって、前記第１の実施例の場合と同様の効果を奏する
ことができるのはもとより、突発的に硫酸イオンが溶出
する場合に効果的である。又、前記第１の実施例の場合
に比べてその設備が簡単であるとともに弁操作も不要と
なる。

次に第３図を参照して第３の実施例を説明する。

この第３の実施例は、重金属腐蝕生成物吸着処理塔と硫
酸イオン成否処理塔とを一体化したものである。すなわ
ち重金属腐蝕生成物吸着処理塔１１内には二酸化マンガ
ン１２だけでなく、硫酸イオン吸着材１０３が充填され
ている。つまり二酸化マンガン１２による重金属腐蝕生
成物除去と、硫酸イオン吸着材１０３による硫酸イオン
の除去を同時に行なおうとするものである。

上記構成によると前記第１及び第２の実施例の場合と同
様の効果を奏することができるとともに、前記第２の実
施例の場合以上にその構成が簡略化されるものである。

　尚、その際二酸化マンガン１２と硫酸イオン吸着祠１
０３の充填率をどのようにするか、又は、均一に充填す
るのかあるいは流出側に硫酸イオン吸石材１０３を密に
充填するかといったことについては種々のものが考えら
れ、それらが全て本願発明の範囲内のものであことは前
述した通りである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による高温吸着処理装置によ
ると、二酸化マンガンを使用して高温状態のままで重金
属腐蝕生成物を吸着するものにおいて、二酸化マンガン
中に含有されている硫酸を効果的に除去することができ
、冷却配管をはじめとする燃料電池装置の各種機器の健
全性を確実に維持することができ、又熱損失を伴うこと
もなく燃料電池の効率向上を図る上で極めて効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による高温吸着処理装置
の構成図、第２図は第２の実施例による高温吸着処理装
置の構成図、第３図は第３の実施例による高温吸着処理
装置の構成図、第４図及び第５図は従来例を示す高温吸
着処理装置の構成図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・冷却水循環配管、３・
・・気液分離器、５・・・加圧ポンプ、１１・・・重金
属腐蝕生成物吸着処理塔（重金属腐蝕生成物吸着処理機
構）、１２・・・二酸化マンガン、１０１・・・バイパ
ス配管、１０２・・・硫酸イオン吸着処理塔（硫酸イオ
ン吸着処理機構）　、１．、０３・・・硫酸イオン吸着
材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料電池本体に接続され燃料電池本体内に内蔵さ
   れた冷却配管から排出された冷却水を加圧して再度上記
   冷却配管に戻す冷却水循環系と、この冷却水循環系に介
   挿され重金属腐蝕生成物吸着材としての二酸化マンガン
   を収容し高温状態で重金属腐蝕生成物を吸着する重金属
   腐蝕生成物吸着処理機構と、上記冷却水循環系であって
   上記重金属腐蝕生成物吸着処理機構の二次側に設けられ
   硫酸イオン吸着材を収容し上記二酸化マンガンから冷却
   水中に溶出した硫酸イオンを吸着する硫酸イオン吸着処
   理機構とを具備したことを特徴とする高温吸着処理装置
   。
2. （２）燃料電池本体に接続され燃料電池本体内に内蔵さ
   れた冷却配管から排出された冷却水を加圧して再度上記
   冷却配管に戻す冷却水循環系と、この冷却水循環系に介
   挿され重金属腐蝕生成物吸着材としての二酸化マンガン
   及び硫酸イオン吸着材を収容した吸着処理機構とを具備
   したことを特徴とする高温吸着処理装置。