JPH0817457A - 燃料電池の水処理装置 - Google Patents
燃料電池の水処理装置Info
- Publication number
- JPH0817457A JPH0817457A JP6146412A JP14641294A JPH0817457A JP H0817457 A JPH0817457 A JP H0817457A JP 6146412 A JP6146412 A JP 6146412A JP 14641294 A JP14641294 A JP 14641294A JP H0817457 A JPH0817457 A JP H0817457A
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- Japan
- Prior art keywords
- exchange resin
- water treatment
- fuel cell
- capacity
- anion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 定期交換時におけるカチオン交換樹脂の無駄
を減らし、燃料電池装置内部の省スペース化を図る。 【構成】 混床のカートリッジ（２３）の上流側に、ア
ニオン交換樹脂だけのカートリッジ（２２）を設け、ア
ニオン交換樹脂の交換容量を、全体で、カチオン交換樹
脂の交換容量の３倍以上にする。
を減らし、燃料電池装置内部の省スペース化を図る。 【構成】 混床のカートリッジ（２３）の上流側に、ア
ニオン交換樹脂だけのカートリッジ（２２）を設け、ア
ニオン交換樹脂の交換容量を、全体で、カチオン交換樹
脂の交換容量の３倍以上にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換樹脂を用い
た燃料電池の水処理装置に関する。
た燃料電池の水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池の水処理装置を図２を参
照して説明する。全体を符号１で示す燃料電池は、燃料
電極２、空気電極３、電解質マトリクス３０、冷却板４
を配設した単位セルの積層体からなり、電池冷却水回路
Ｌ１の電池冷却水Ａは、冷却水循環ポンプ５により冷却
板４から水蒸気分離器６を介して循環される。その水蒸
気分離器６の水蒸気Ｃは、改質器８に送られ原燃料ＯＦ
の水蒸気改質に利用される。水蒸気改質された原燃料Ｏ
Ｆは、燃料電池１において大部分が消費され、残りは改
質器８にて燃焼されて水蒸気改質反応の熱源となる。改
質器８からの燃焼排ガスＤは、空気電極３の排気Ｇと合
流し、凝縮器９に供給され、そこで凝縮した水分は回収
水タンク１０に回収される。
照して説明する。全体を符号１で示す燃料電池は、燃料
電極２、空気電極３、電解質マトリクス３０、冷却板４
を配設した単位セルの積層体からなり、電池冷却水回路
Ｌ１の電池冷却水Ａは、冷却水循環ポンプ５により冷却
板４から水蒸気分離器６を介して循環される。その水蒸
気分離器６の水蒸気Ｃは、改質器８に送られ原燃料ＯＦ
の水蒸気改質に利用される。水蒸気改質された原燃料Ｏ
Ｆは、燃料電池１において大部分が消費され、残りは改
質器８にて燃焼されて水蒸気改質反応の熱源となる。改
質器８からの燃焼排ガスＤは、空気電極３の排気Ｇと合
流し、凝縮器９に供給され、そこで凝縮した水分は回収
水タンク１０に回収される。
【０００３】一方、水蒸気発生によって電池冷却水系Ｌ
１を循環する冷却水中の不純物が濃縮するのを避けるた
め、ブローダウン水Ｂがブローダウン系Ｌ２、冷却用熱
交換器７を介して回収水タンク１０に導かれる。
１を循環する冷却水中の不純物が濃縮するのを避けるた
め、ブローダウン水Ｂがブローダウン系Ｌ２、冷却用熱
交換器７を介して回収水タンク１０に導かれる。
【０００４】その回収水タンク１０の回収水Ｅは、水処
理系Ｌ４によりポンプ入口フィルタ１１、ポンプ１２、
イオン交換樹脂入口フィルタ１３を介しイオン交換樹脂
装置２０Ａで処理される。そして、イオン交換樹脂装置
２０Ａで処理された処理水Ｆは、ポンプ１４により、水
蒸気発生及びブローダウンにより失われた電池冷却水量
の分だけ水蒸気分離器６に送られ、残りは回収水タンク
１０に戻される。
理系Ｌ４によりポンプ入口フィルタ１１、ポンプ１２、
イオン交換樹脂入口フィルタ１３を介しイオン交換樹脂
装置２０Ａで処理される。そして、イオン交換樹脂装置
２０Ａで処理された処理水Ｆは、ポンプ１４により、水
蒸気発生及びブローダウンにより失われた電池冷却水量
の分だけ水蒸気分離器６に送られ、残りは回収水タンク
１０に戻される。
【０００５】ここで、燃料電池１の絶縁及び防食のため
には、低電気伝導率の電池冷却水が必要である。この電
池冷却水を確保するために、水処理装置にはイオン交換
樹脂装置２０Ａを使用している。
には、低電気伝導率の電池冷却水が必要である。この電
池冷却水を確保するために、水処理装置にはイオン交換
樹脂装置２０Ａを使用している。
【０００６】図３において、イオン交換樹脂装置２０Ａ
には、上流側から活性炭カートリッジ２１と、複数（図
示の例では４塔）の混床イオン交換樹脂カートリッジ２
３Ａとが直列に設けられている。該混床イオン交換樹脂
カートリッジ２３Ａには、プラスイオン交換樹脂（カチ
オン交換樹脂）と、マイナスイオン交換樹脂（アニオン
交換樹脂）とが、例えば交換容量比１：１で混合して充
填されている場合が多い。
には、上流側から活性炭カートリッジ２１と、複数（図
示の例では４塔）の混床イオン交換樹脂カートリッジ２
３Ａとが直列に設けられている。該混床イオン交換樹脂
カートリッジ２３Ａには、プラスイオン交換樹脂（カチ
オン交換樹脂）と、マイナスイオン交換樹脂（アニオン
交換樹脂）とが、例えば交換容量比１：１で混合して充
填されている場合が多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ここで、発明者は、燃
料電池１の電池冷却水系Ｌ１の電気伝導率上昇の原因と
して、マイナスイオンである炭酸イオン及び炭酸水素イ
オンが存在することが主要な原因であることを見出だし
た。それと共に、イオン交換樹脂装置２０Ａにおいて
は、マイナスイオン交換樹脂であるアニオン交換樹脂の
交換容量が選択的に失われることも見出だした。
料電池１の電池冷却水系Ｌ１の電気伝導率上昇の原因と
して、マイナスイオンである炭酸イオン及び炭酸水素イ
オンが存在することが主要な原因であることを見出だし
た。それと共に、イオン交換樹脂装置２０Ａにおいて
は、マイナスイオン交換樹脂であるアニオン交換樹脂の
交換容量が選択的に失われることも見出だした。
【０００８】例えば従来技術に従って構成された燃料電
池装置中のイオン交換樹脂装置において、破過後の混床
イオン交換樹脂装置を水の流れに従って３等分した上流
部、中央部、下流部の樹脂の残交換容量及びアニオン交
換樹脂の捕捉イオンについて下表のような結果が得られ
た。
池装置中のイオン交換樹脂装置において、破過後の混床
イオン交換樹脂装置を水の流れに従って３等分した上流
部、中央部、下流部の樹脂の残交換容量及びアニオン交
換樹脂の捕捉イオンについて下表のような結果が得られ
た。
【０００９】 上表より、混床イオン交換樹脂の破過時においても、カ
チオン交換樹脂は交換容量を充分保有していること、ア
ニオン交換樹脂の負荷は、炭酸イオン及び炭酸水素イオ
ンであることがわかる。
チオン交換樹脂は交換容量を充分保有していること、ア
ニオン交換樹脂の負荷は、炭酸イオン及び炭酸水素イオ
ンであることがわかる。
【００１０】また、上記の結果から考えると、この場合
のイオン交換樹脂装置のイオン負荷のアニオンとカチオ
ンの比は６〜７対１となる。
のイオン交換樹脂装置のイオン負荷のアニオンとカチオ
ンの比は６〜７対１となる。
【００１１】すなわち破過時等の際は、アニオン交換樹
脂は交換の必要があっても、カチオン交換樹脂の交換容
量は十分に保有されている。
脂は交換の必要があっても、カチオン交換樹脂の交換容
量は十分に保有されている。
【００１２】ところが従来技術においては、混床カート
リッジ２３Ａ全体を交換してしまうので、交換容量を十
分に保有しているカチオン交換樹脂も交換されていた。
この様に、交換容量を十分に保有しているイオン交換樹
脂をも交換してしまうという事は、極めて不経済であ
る。
リッジ２３Ａ全体を交換してしまうので、交換容量を十
分に保有しているカチオン交換樹脂も交換されていた。
この様に、交換容量を十分に保有しているイオン交換樹
脂をも交換してしまうという事は、極めて不経済であ
る。
【００１３】また、カチオン交換樹脂が交換容量を十分
に保有したまま交換されているという事は、カチオン交
換樹脂はその必要量を遥かに上回る量が設置されている
という事を意味している。すなわち、カチオン交換樹脂
は、その必要量に対して余分な設置スペースを占有して
いるのであり、この様なスペースの浪費は燃料電池装置
においては、非常に重要な問題である。しかしながら、
この様なスペースの浪費に対して、有効な改善策は未だ
に提案されていない。
に保有したまま交換されているという事は、カチオン交
換樹脂はその必要量を遥かに上回る量が設置されている
という事を意味している。すなわち、カチオン交換樹脂
は、その必要量に対して余分な設置スペースを占有して
いるのであり、この様なスペースの浪費は燃料電池装置
においては、非常に重要な問題である。しかしながら、
この様なスペースの浪費に対して、有効な改善策は未だ
に提案されていない。
【００１４】本発明は、この様な従来技術の問題点に鑑
みて提案されたもので、十分な交換容量を保有するカチ
オン交換樹脂を交換することを防止し、且つ、カチオン
交換樹脂が必要量に対して余分な設置スペースを占有す
ることを防止することが出来る燃料電池の水処理装置の
提供を目的としている。
みて提案されたもので、十分な交換容量を保有するカチ
オン交換樹脂を交換することを防止し、且つ、カチオン
交換樹脂が必要量に対して余分な設置スペースを占有す
ることを防止することが出来る燃料電池の水処理装置の
提供を目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池の水処
理装置は、イオン交換樹脂を用いた燃料電池の水処理装
置において、混床カートリッジの上流側に、アニオン交
換樹脂床カートリッジを設け、アニオン交換樹脂の交換
容量を、全体で、カチオン交換樹脂の交換容量の３倍以
上にしたことを特徴としている。
理装置は、イオン交換樹脂を用いた燃料電池の水処理装
置において、混床カートリッジの上流側に、アニオン交
換樹脂床カートリッジを設け、アニオン交換樹脂の交換
容量を、全体で、カチオン交換樹脂の交換容量の３倍以
上にしたことを特徴としている。
【００１６】本発明の実施に際して、アニオン交換樹脂
の交換容量を、全体で、カチオン交換樹脂の交換容量の
６〜７倍にするのが好ましい。
の交換容量を、全体で、カチオン交換樹脂の交換容量の
６〜７倍にするのが好ましい。
【００１７】
【作用】上記の様に構成された本発明の燃料電池の水処
理装置によれば、アニオン交換樹脂の交換容量を、全体
で、カチオン交換樹脂の３倍以上にすることにより、炭
酸イオンの脱イオンにはアニオン交換樹脂が使われるの
で、破過時等の交換時に、交換容量を十分に保有してい
るカチオン交換樹脂までが交換されてしまう、という無
駄が防止される。
理装置によれば、アニオン交換樹脂の交換容量を、全体
で、カチオン交換樹脂の３倍以上にすることにより、炭
酸イオンの脱イオンにはアニオン交換樹脂が使われるの
で、破過時等の交換時に、交換容量を十分に保有してい
るカチオン交換樹脂までが交換されてしまう、という無
駄が防止される。
【００１８】また、カチオン交換樹脂用のスペースが節
約されるので、燃料電池装置内の省スペース化を達成す
ることが出来る。また、その分だけ、アニオン交換樹脂
を大量に配置して、イオン交換樹脂の交換頻度を減らす
ことが出来る。
約されるので、燃料電池装置内の省スペース化を達成す
ることが出来る。また、その分だけ、アニオン交換樹脂
を大量に配置して、イオン交換樹脂の交換頻度を減らす
ことが出来る。
【００１９】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００２０】図１において、図２の水処理系Ｌ４に設け
られた全体を符号２０で示す本発明のイオン交換樹脂装
置には、上流側から活性炭カートリッジ２１、複数（図
示の例では３塔）のアニオン交換樹脂床カートリッジ２
２及び混床カートリッジ２３とが直列に設けられてい
る。そして、アニオン交換樹脂の量は、その交換容量
が、全体として、カチオン交換樹脂の３倍以上（好まし
くは６〜７倍）となっている。具体的にいえば、混床カ
ートリッジ２３のアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂
の比率は例えば交換容量比１：１であり、イオン交換樹
脂装置全体ではアニオン交換樹脂の交換容量は、カチオ
ン交換樹脂の交換容量の７倍となっている。
られた全体を符号２０で示す本発明のイオン交換樹脂装
置には、上流側から活性炭カートリッジ２１、複数（図
示の例では３塔）のアニオン交換樹脂床カートリッジ２
２及び混床カートリッジ２３とが直列に設けられてい
る。そして、アニオン交換樹脂の量は、その交換容量
が、全体として、カチオン交換樹脂の３倍以上（好まし
くは６〜７倍）となっている。具体的にいえば、混床カ
ートリッジ２３のアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂
の比率は例えば交換容量比１：１であり、イオン交換樹
脂装置全体ではアニオン交換樹脂の交換容量は、カチオ
ン交換樹脂の交換容量の７倍となっている。
【００２１】以上の構成のイオン交換樹脂装置２０を用
いることにより、燃料電池１の運転時は、水処理系Ｌ４
を循環する水の脱イオンにはほとんどアニオン交換樹脂
が使用されることとなり、破過時等の交換時に交換され
るカチオン交換樹脂の量は、極めて少なく、従来に比べ
て無駄が非常に小さくなる。また、カチオン交換樹脂が
充填されているカートリッジ（混床カートリッジ２３）
が占有するスペースが従来よりも小さくなるので、燃料
電池装置で非常に重要な問題である「省スペース」の要
請にも応えることが出来る。
いることにより、燃料電池１の運転時は、水処理系Ｌ４
を循環する水の脱イオンにはほとんどアニオン交換樹脂
が使用されることとなり、破過時等の交換時に交換され
るカチオン交換樹脂の量は、極めて少なく、従来に比べ
て無駄が非常に小さくなる。また、カチオン交換樹脂が
充填されているカートリッジ（混床カートリッジ２３）
が占有するスペースが従来よりも小さくなるので、燃料
電池装置で非常に重要な問題である「省スペース」の要
請にも応えることが出来る。
【００２２】また、同一のスペースを用いて、アニオン
交換樹脂を多く充填できるので破過までの時間を延ば
し、交換頻度を削減することもできる。
交換樹脂を多く充填できるので破過までの時間を延ば
し、交換頻度を削減することもできる。
【００２３】例えば、アニオン交換樹脂の容積当りの交
換容量をカチオン交換樹脂の１／２とすると、４０Ｌの
アニオン交換樹脂床カートリッジ３本と３０Ｌの交換容
量比１対１の混床カートリッジ（２０Ｌがアニオン交換
樹脂、１０Ｌがカチオン交換樹脂）を組合せることによ
り、アニオン交換樹脂の総交換容量がカチオン交換樹脂
の総交換容量の７倍となる。（この時の樹脂量はアニオ
ン交換樹脂１４０Ｌ、カチオン交換樹脂１０Ｌ）この場
合のアニオン交換樹脂の総交換容量は、同容積のカート
リッジに交換容量比１対１の混床樹脂を充填した場合
（樹脂量はアニオン交換樹脂１００Ｌ、カチオン交換樹
脂５０Ｌ）のアニオン交換樹脂の総交換容量の１．４倍
となる。従って、イオン交換樹脂装置の破過までの時間
も１．４倍となり、交換頻度を削減することができる。
換容量をカチオン交換樹脂の１／２とすると、４０Ｌの
アニオン交換樹脂床カートリッジ３本と３０Ｌの交換容
量比１対１の混床カートリッジ（２０Ｌがアニオン交換
樹脂、１０Ｌがカチオン交換樹脂）を組合せることによ
り、アニオン交換樹脂の総交換容量がカチオン交換樹脂
の総交換容量の７倍となる。（この時の樹脂量はアニオ
ン交換樹脂１４０Ｌ、カチオン交換樹脂１０Ｌ）この場
合のアニオン交換樹脂の総交換容量は、同容積のカート
リッジに交換容量比１対１の混床樹脂を充填した場合
（樹脂量はアニオン交換樹脂１００Ｌ、カチオン交換樹
脂５０Ｌ）のアニオン交換樹脂の総交換容量の１．４倍
となる。従って、イオン交換樹脂装置の破過までの時間
も１．４倍となり、交換頻度を削減することができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。
【００２５】（１） 交換容量を十分に保有しているカ
チオン交換樹脂が、破過時等の交換時に交換されてしま
う、という無駄が防止される。
チオン交換樹脂が、破過時等の交換時に交換されてしま
う、という無駄が防止される。
【００２６】（２）カチオン交換樹脂用のスペースが節
約されるので、燃料電池装置内の省スペース化を達成す
ることが出来る。
約されるので、燃料電池装置内の省スペース化を達成す
ることが出来る。
【００２７】（３） 従来と同じスペースでアニオン交
換樹脂をより多く配置して、イオン交換樹脂の交換頻度
を減らすことが出来る。
換樹脂をより多く配置して、イオン交換樹脂の交換頻度
を減らすことが出来る。
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】従来の燃料電池装置の全体図。
【図３】従来の燃料電池装置のイオン交換樹脂装置を示
す図。
す図。
Ａ・・・冷却水 ＡＲ・・・空気 Ｂ・・・ブローダウン水 Ｃ・・・水蒸気 Ｄ・・・燃焼排ガス Ｅ・・・回収水 Ｆ・・・処理水 Ｇ・・・空気電極排気 Ｌ１・・・電池冷却水系 Ｌ２・・・ブローダウン系 Ｌ４・・・水処理系 １・・・燃料電池 ２・・・燃料電極 ３・・・空気電極 ４・・・冷却板 ５・・・冷却水循環ポンプ ６・・・水蒸気分離器 ７・・・熱交換器 ８・・・改質器 ９・・・凝縮器 １０・・・回収水タンク １１・・・ポンプ入口フィルタ １２、１４・・・ポンプ １３・・・イオン交換樹脂入口フィルタ ２０、２０Ａ・・・イオン交換樹脂装置 ２１・・・活性炭カートリッジ ２２・・・アニオン交換樹脂床カートリッジ ２３、２３Ａ・・・混床カートリッジ ３０・・・電解質マトリクス
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
Claims (1)
- 【請求項１】 イオン交換樹脂を用いた燃料電池の水処
理装置において、混床カートリッジの上流側に、アニオ
ン交換樹脂床カートリッジを設け、アニオン交換樹脂の
交換容量を、全体で、カチオン交換樹脂の交換容量の３
倍以上にしたことを特徴とする燃料電池の水処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6146412A JPH0817457A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 燃料電池の水処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6146412A JPH0817457A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 燃料電池の水処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817457A true JPH0817457A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15407116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6146412A Pending JPH0817457A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 燃料電池の水処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817457A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343388A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | 燃料電池へ供給する水の処理方法 |
| JP2005011803A (ja) * | 2003-05-23 | 2005-01-13 | Toyo Roki Mfg Co Ltd | 燃料電池用イオン除去フィルタ及びその製造方法 |
| US7303831B2 (en) | 1998-09-22 | 2007-12-04 | Ballard Powers Systems Inc. | Antifreeze cooling subsystem |
| TWI391235B (zh) * | 2005-12-07 | 2013-04-01 | Ushio Electric Inc | Light irradiation device |
-
1994
- 1994-06-28 JP JP6146412A patent/JPH0817457A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7303831B2 (en) | 1998-09-22 | 2007-12-04 | Ballard Powers Systems Inc. | Antifreeze cooling subsystem |
| JP2002343388A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | 燃料電池へ供給する水の処理方法 |
| JP2005011803A (ja) * | 2003-05-23 | 2005-01-13 | Toyo Roki Mfg Co Ltd | 燃料電池用イオン除去フィルタ及びその製造方法 |
| TWI391235B (zh) * | 2005-12-07 | 2013-04-01 | Ushio Electric Inc | Light irradiation device |
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