JPH0992315A - リン酸型燃料電池用純水製造装置 - Google Patents

リン酸型燃料電池用純水製造装置

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JPH0992315A
JPH0992315A JP7250504A JP25050495A JPH0992315A JP H0992315 A JPH0992315 A JP H0992315A JP 7250504 A JP7250504 A JP 7250504A JP 25050495 A JP25050495 A JP 25050495A JP H0992315 A JPH0992315 A JP H0992315A
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JP
Japan
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water
ion exchange
fuel cell
phosphoric acid
membrane
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Pending
Application number
JP7250504A
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English (en)
Inventor
Takeshi Yoshida
剛 吉田
Yoshiteru Misumi
好輝 三角
Koichi Yabe
江一 矢部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Kurita Water Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リン酸型燃料電池の回収水を冷却することな
く、長期間安定かつ高効率処理する。 【解決手段】 気曝装置(脱炭酸塔1)→固液分離装置
(マイクロフィルター2)→脱酸素装置3→膜分離装置
4→イオン交換装置(耐熱型CDI5)の順で処理す
る。 【効果】 気曝装置で炭酸ガス除去と、空気によるFe
2+酸化でFe(OH)3析出を行う。固液分離装置で、
Fe(OH)3 除去、脱酸素装置で、酸素除去を行う。
膜分離装置で、脱塩及び鉄除去を行い、イオン交換装置
の負荷を軽減する。イオン交換装置で、残留イオン類を
除去し、リン酸型燃料電池に必要な水質にまで向上させ
る。膜分離装置及びイオン交換装置の給水は、炭酸ガ
ス、鉄イオン、酸素が除去されているため、分離膜やイ
オン交換樹脂の経時劣化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリン酸型燃料電池用
純水製造装置に係り、特に、リン酸型燃料電池より排出
される高温の排水を処理して純水を製造し、当該電池に
送給するための純水製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、メタン、天然ガス
等の燃料に水蒸気を作用させる改質により得られる水素
ガスを主体とする燃料ガスを燃料電池の燃料極に導入
し、空気極に導入された空気と電気化学的に反応して発
電を行なうものである。
【0003】このようなリン酸型燃料電池からは、燃料
改質の際に発生する燃料系凝縮水と、燃料極及び空気極
から排出される排ガスの凝縮水と、電池冷却水系からの
ブロー水とが排出される。これらの排出水は純水製造装
置でイオン交換処理され、当該電池の冷却用水として再
利用されている。
【0004】従来、リン酸型燃料電池の排水を回収再利
用するための純水製造装置は、リン酸型燃料電池より排
出される高温の排水を一旦35℃以下に冷却し、再生型
或いは現場非再生型のイオン交換樹脂でイオン交換処理
するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の純水製造装
置では、高温のリン酸型燃料電池排水(以下「回収水」
と称す。)を直接イオン交換装置へ給水すると、該回収
水中に含有される鉄等の金属類が触媒として作用し、該
水中の溶存酸素によりイオン交換樹脂が酸化劣化する。
【0006】即ち、リン酸型燃料電池の凝縮水中には多
量の炭酸ガスが溶け込み、凝縮水のpHは低くなってい
る。このため、配管材質が炭素鋼であると、この低pH
の凝縮水に接触して配管の腐食が進み、鉄、クロム等が
多量に溶出する。配管材質がステンレスの場合であって
も、炭素鋼の場合よりも少ないものの、苛酷な通水条件
のために経時的に鉄の溶出が発生する。
【0007】しかして、このように配管から溶出した金
属類の触媒作用で、イオン交換樹脂の酸化劣化が起こ
り、処理性能が低下する。
【0008】このため、従来においては、イオン交換樹
脂の酸化劣化を低減するために、前述の如く、リン酸型
燃料電池の回収水を一旦冷却してからイオン交換装置に
給水している。
【0009】しかしながら、リン酸型燃料電池の回収水
の冷却のためには大型の冷却設備が必要であり、また、
冷却水が必要であるなど、設備コスト、処理コスト、装
置設置面積等の面で不利であった。
【0010】本発明は上記従来の問題点を解決し、リン
酸型燃料電池の回収水を冷却することなく、長期間安定
かつ高効率にて処理することができるリン酸型燃料電池
用純水製造装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のリン酸型燃料電
池用純水製造装置は、気曝装置、固液分離装置、脱酸素
装置、膜分離装置及びイオン交換装置をこの順に連絡し
たことを特徴とする。
【0012】本発明のリン酸型燃料電池用純水製造装置
においては、まず、気曝装置により回収水中に含まれる
炭酸ガスを除去する。これにより、後段の膜分離装置の
分離膜やイオン交換装置のイオン交換樹脂のイオン負荷
が低減される。また、空気の吹き込みにより、回収水中
の2価の鉄イオンが3価に酸化され、Fe(OH)3
して析出、沈殿し易くなる。
【0013】気曝装置の後段の固液分離装置では、気曝
装置で析出したFe(OH)3 を除去する。
【0014】固液分離装置の後段の脱酸素装置では、気
曝装置で溶け込んだ酸素を除去する。
【0015】脱酸素装置の後段の膜分離装置では、脱塩
及びイオン状ないしSS状の鉄を除去して、後段のイオ
ン交換装置の負荷を軽減する。
【0016】膜分離装置の後段のイオン交換装置では、
なお残留する少量のイオン類を除去し、リン酸型燃料電
池に必要な水質にまで向上させる。
【0017】このように、本発明のリン酸型燃料電池用
純水製造装置にあっては、膜分離装置の給水ないしイオ
ン交換装置の給水は、酸素を予め除去したものとなるた
め、膜分離装置の分離膜やイオン交換装置のイオン交換
樹脂の経時劣化が防止され、リン酸型燃料電池の回収水
を冷却することなく、長期にわたり、高効率で処理を行
なうことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。
【0019】図1は本発明の純水製造装置の一実施例を
示す系統図である。
【0020】本実施例のリン酸型燃料電池用純水製造装
置は、気曝装置としての脱炭酸塔1、固液分離装置とし
てのマイクロフィルター2、脱酸素装置としての脱酸素
塔3、膜分離装置としての耐熱膜分離装置4及びイオン
交換装置としての耐熱型CDI5、即ち、イオン交換膜
及びイオン交換樹脂を装填した非再生型イオン交換装置
(電気透析器)が順次連絡されたものである。11〜1
7は配管である。
【0021】CDIは図示しないが、詳しくは、複数の
アニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃
縮室と希釈室とを交互に形成してなり、前記希釈室には
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合されて充
填されている電気透析器である。被処理水が希釈室の一
端から導入され、他端から排出される間に、被処理水中
のイオンはイオン交換樹脂と反応し、濃縮室と希釈室と
を横切る電位の傾きの方向に樹脂中を移動し、更にイオ
ン交換膜を横切って移動し、すべての室において電荷の
中和が保たれ、イオン濃度は希釈室では減少し、濃縮室
では濃縮されることになる。このため、希釈室からは脱
イオン水が回収されると共に、通常のイオン交換塔のよ
うに再生剤が不要である。
【0022】本実施例のリン酸型燃料電池用純水製造装
置においては、まず、リン酸型燃料電池の回収水を冷却
することなくそのまま配管11より脱炭酸塔1に送給
し、空気の吹き込みにより、炭酸ガスを除去すると共
に、Fe2+イオンをFe3+イオンに酸化してFe(O
H)3 として析出させる。
【0023】脱炭酸塔1の流出水は次いで配管12より
マイクロフィルター2に送給し、析出したFe(OH)
3 の除去を行なう。
【0024】マイクロフィルター2の流出水は更に配管
13より脱酸素塔3に送給し、溶存酸素の除去を行な
う。
【0025】脱酸素塔3の流出水は配管14より耐熱膜
分離装置4に送給し、脱塩、イオン状ないしSS状の鉄
の除去を行なう。
【0026】膜分離装置4の濃縮水は配管15より系外
へ排出し、透過水は配管16より耐熱型CDI5に送給
する。耐熱型CDI5では、耐熱膜分離装置4の透過水
中になお残留する少量のイオン類を高度に除去し、リン
酸型燃料電池に必要な水質まで向上させて、高純度の純
水を処理水として配管17より排出する。得られた純水
は、リン酸型燃料電池の用水として再利用される。
【0027】本発明のリン酸型燃料電池用純水製造装置
において、気曝装置としては、空気吹き込みによる脱炭
酸塔の他、真空脱気塔等を用いることができる。固液分
離装置としては、マイクロフィルターの他、耐熱型UF
装置等を用いることができる。また、脱酸素装置として
は、真空脱気、膜脱気、窒素脱気、触媒樹脂脱気等のい
ずれの脱気装置でも良く、このような脱酸素装置によ
り、系内を溶存酸素0.1ppm以下の極低酸素状態と
するのが、後段の膜分離装置の分離膜及びイオン交換装
置のイオン交換樹脂の劣化防止の面で好ましい。
【0028】また、膜分離装置としては、耐熱膜分離装
置が好ましく、分離膜としてはRO(逆浸透膜)、UF
(限外濾過膜)、MF(精密濾過膜)のいずれでも良
い。特に、ROであれば、SS状鉄の除去に加えて脱
塩、イオン状鉄の除去にも有効である。
【0029】イオン交換装置としては、CDIの他、通
常の混床式イオン交換装置を用いることもできる。しか
しながら、再生が不要で連続採水が可能であり、イオン
交換能にも優れることからCDIを用いるのが最も有利
である。
【0030】このような本発明のリン酸型燃料電池用純
水製造装置は、リン酸型燃料電池の燃料極凝縮水、空気
極凝縮水及び電池冷却水のブロー水等を回収して得られ
る高温(通常は35〜90℃)で鉄イオン(Fe2+)含
有量が多い(例えば0.5ppm以上)回収水の処理に
極めて有効である。
【0031】以下に具体的な実験例及び比較実験例を挙
げて、本発明をより詳細に説明する。
【0032】実験例1 図1に示すリン酸型燃料電池用純水製造装置を用いて、
Fe2+として0.8ppmとなるように水道水にFeC
2 を注入し、80℃に加温した水を原水として処理を
行なった。
【0033】なお、脱酸素塔としては真空脱気塔を用
い、耐熱膜分離装置の分離膜としてはROを用いた。ま
た、耐熱CDIのイオン交換樹脂はダイヤイオンSKI
Bと同SA−10A(いずれも三菱化学(株)製)の混
床型とした。
【0034】耐熱膜分離装置の給水の溶存酸素量と通水
1ケ月後のイオン交換樹脂の性能を新品のイオン交換樹
脂と比較した結果を表1に示す。
【0035】比較実験例1真空脱気塔を省略したこと以
外は実験例1と同様に行なって、耐熱膜分離装置の給水
の溶存酸素量と、通水1ケ月後のイオン交換樹脂の性能
を新品のイオン交換樹脂と比較した結果を表1に示し
た。
【0036】表1より明らかなように、本発明のリン酸
型燃料電池用純水製造装置では、イオン交換樹脂の性能
低下はみられない。一方、溶存酸素の多い比較実験例1
では、カチオン交換樹脂で水分含有率が上昇し、酸化劣
化による膨潤が認められた。また、アニオン交換樹脂は
交換容量低下が認められ、いずれも性能の低下がみられ
た。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のリン酸型燃
料電池用純水製造装置によれば、高温で鉄イオン含有量
が比較的多いリン酸型燃料電池の回収水を、冷却するこ
となく、膜分離装置の分離膜やイオン交換装置のイオン
交換樹脂の酸化劣化による性能低下を防止して、長期
間、安定かつ効率的に処理することにより、高純度の純
水を製造することが可能とされる。
【0039】このように本発明では回収水の冷却設備が
不要であることから、イニシャルコスト、ランニングコ
ストの低減、装置設置面積の縮減が可能となり、工業的
に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリン酸型燃料電池用純水製造装置の一
実施例を示す系統図である。
【符号の説明】
1 脱炭酸塔 2 マイクロフィルター 3 脱酸素塔 4 耐熱膜分離装置 5 耐熱型CDI
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三角 好輝 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 矢部 江一 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗田 工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気曝装置、固液分離装置、脱酸素装置、
    膜分離装置及びイオン交換装置をこの順に連絡したこと
    を特徴とするリン酸型燃料電池用純水製造装置。
JP7250504A 1995-09-28 1995-09-28 リン酸型燃料電池用純水製造装置 Pending JPH0992315A (ja)

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