WO2006038325A1 - 燃料電池用水処理装置 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment device for a fuel cell that treats water recovered from a fuel cell with an electrodeionization device, and particularly to a water treatment for a fuel cell that is suitable when the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell. Relates to the device.
  • the fuel cell is a phosphoric acid fuel cell.
  • the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
  • a fluorine-based cation exchange membrane is used as a solid electrolyte, and the fuel cell wastewater contains a small amount of fluorine ions.
  • An object of the present invention is to provide a water treatment device for a fuel cell which is improved to sufficiently remove fluorine from water flowing into an electrodeionization device.
  • a water treatment apparatus for a fuel cell includes a fluorine adsorption unit that performs a fluorine adsorption treatment on the recovered water collected from the fuel cell, and an electrodeionization device that deionizes the water treated by the fluorine adsorption unit. And have.
  • fluorine is highly adsorbed and removed by the fluorine adsorption / removal device from the water from the fuel cell, so that the ion exchanger of the electrodeionization device is deteriorated by fluorine.
  • Water treatment can be performed.
  • FIG. 1 is a flow chart of a fuel cell water treatment device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell water treatment device of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the casing of FIG. 2 with the front cover opened.
  • FIG. 3 is also a perspective view of the state where the fluorine adsorbent resin and the metal adsorbed resin are removed.
  • FIG. 5 is a front view showing the configuration of FIG. 4.
  • FIG. 6a and FIG. 6b are perspective views of the frame in the air cleaning chamber.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view of a spiral plate in the decarbonation chamber.
  • FIG. 9 is a flow diagram of a fuel cell water treatment device according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a flow diagram of a fuel cell water treatment device according to yet another embodiment. Detailed description of preferred embodiments and forms of the invention
  • a decarboxylation means may be provided before the fluorine adsorption removal means.
  • a decarboxylation means may be provided between the fluorine adsorption removal means and the electrodeionization apparatus.
  • the fuel cell recovered water may include water recovered from exhaust gas containing a large amount of carbon dioxide gas such as exhaust gas from a fuel reformer.
  • a water treatment device When such recovered water is treated with a water treatment device, it is decarboxylated by a decarboxylation means in advance before flowing into the electrodeionization device, thereby reducing the load on the electrodeionization device. The power consumption of the device can be reduced.
  • Metal adsorption removal means may be provided between the fluorine adsorption removal means and the electrodeionization apparatus.
  • Metal adsorption removing means may be provided between the decarboxylation means and the electrodeionization apparatus.
  • a metal adsorption / removal unit may be provided between the fluorine adsorption / removal unit and the decarboxylation unit.
  • the fluorine adsorption removal means force is temporarily reduced to metal ions such as cerium and aluminum. Metal ions that flow into the electrodeionization device even if Can be reduced. As a result, the performance of the ion exchanger of the electrodeionization apparatus can be maintained high over a long period of time.
  • the fluorine adsorption / removal means is preferably a fluorine adsorption resin, an anion exchange resin or an alumina compound (eg, acid aluminum).
  • the metal adsorption removing means is preferably a metal adsorption resin, a chelate resin or a cation exchange resin.
  • the TOC elution amount of these coagulates is 200 ppb or less.
  • the electrodeionization apparatus is contaminated by the resin, and the coagulant components are mixed in the treated water of the electrodeionization apparatus. It is prevented.
  • a gas-liquid contact type or membrane type decarboxylation apparatus is suitable. It is preferable to supply air to the gas phase side of the decarboxylation device using an air supply device to the fuel cell air electrode. Specifically, the outlet force air of this air supply device is collected and supplied to the gas phase side of the decarbonation means. In the case of claim 13, part or all of the fuel cell air electrode exhaust may be supplied to the gas phase side of the decarbonation means.
  • FIG. 1 is a flow diagram of a fuel cell water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the recovered water such as condensate from the fuel cell is treated by the decarboxylation device 1, the fluorine adsorption removal device 2, the metal removal device 3 and the electrical deionization device 4, and the deionized water produced by the electrical deionization device 4 is used as fuel. Supplied to a reformer or the like.
  • a cation exchange membrane and a ion exchange membrane are arranged between an anode and a cathode to form a desalting chamber and a concentration chamber, and an ion exchanger is placed in the desalting chamber. It may be of a filled configuration.
  • the anode chamber and the cathode chamber may be provided independently, or at least one of these electrode chambers may also serve as the concentration chamber.
  • the decarboxylation device 1 is of the air aeration type.
  • the aeration air is published in the air cleaning device 5 and purified, and then blown into the water in the decarbonation device 1.
  • the air cleaning device 5 is connected to the concentration chamber or electrode chamber force of the electrodeionization device 4. Drainage is introduced. The waste water from the air cleaning device 5 is discharged out of the system.
  • fluorine is highly adsorbed and removed from the fuel cell recovered water by the fluorine adsorption / removal device 2, and therefore the ion exchanger of the electrodeionization device 4 Is prevented from being deteriorated by fluorine, and the fuel cell wastewater can be treated stably over a long period of time and used as a water source for the fuel reformer.
  • the decarbonation device, the fluorine adsorption removal device, and the metal removal device are provided with a pretreatment device arranged in a casing, and an electrodeionization device 4 attached to the pretreatment device.
  • the fuel cell water treatment apparatus will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell water treatment device as viewed from below
  • Fig. 3 is a perspective view of the casing with the front cover opened
  • Fig. 4 is a fluorine diagram from Fig. 3.
  • FIG. 5 is a front view showing the configuration of FIG. 4
  • FIG. 6 is a perspective view of the frame in the air-cleaning chamber
  • FIG. 7 is FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view of the spiral plate in the decarbonation chamber.
  • this water treatment apparatus for a fuel cell is one in which the pretreatment device 10 and the electrodeionization device 4 are integrated.
  • the casing 12 of the pretreatment device 10 has a shallow rectangular parallelepiped shape, and a front cover 14 is attached to the front.
  • waste water from the concentration chamber or electrode chamber of the electrodeionization apparatus 4 is introduced into the air cleaning chamber 20 through the transfer pipe 18 and air is cleaned.
  • the configuration of the air cleaning chamber 20 will be described in detail later.
  • the air cleaned in the air cleaning chamber 20 is introduced from the air inlet 31 into the decarbonation chamber 30, and the water used for cleaning flows out from an outflow hole (not shown) provided on the back surface of the casing 12. And discarded.
  • To-be-treated water is introduced into the upper part of the decarbonation chamber 30 from the treated water inlet (not shown) on the back surface or upper surface of the casing 12.
  • the air from the air inlet 31 rises while circling the spiral plate 32, contacts with the water to be treated, and decarboxylates.
  • the spiral passage 34 of the spiral plate 32 is filled with a packing (not shown) having a random structure in which a wire is entangled. It is configured to be fully decarboxylated.
  • the diameter of the wire is preferably about 0.05 to 0.5 mm.
  • the average diameter of the path between the wires of the filler is preferably 2-10 mm, especially 3-7 mm.
  • the spiral plate 32 is obtained by joining a metal plate with a slit and bending it in multiple stages by welding or the like, and a long and narrow partition plate is vertically passed through the spiral shaft center.
  • the height of one spiral is about 5-10mm.
  • the metal plate constituting each step of the spiral plate 32 has a rectangular shape.
  • the spiral plate has a screw shape.
  • the decarbonation chamber 30 has a height of 100 mm, a depth and a width of 50 mm. As shown in the figure, a seven-stage spiral plate 32 is arranged, and a packing having an average opening diameter of about 5 mm is filled into the spiral flow path.
  • a water temperature of 5 ° C and a carbonate concentration of 80 ppm was passed through the decarboxylation device at 40 mLZmin and the air was diffused at 200 OmLZmin, the carbonate concentration of the treated water was found to be lOppm or less. It was.
  • the decarboxylated water flows into the relay chamber 40 (Figs. 4 and 7) from the decarboxylation chamber 30 via the advection port 36 (Fig. 5) and from the relay chamber 40 to the advection port. 42 (Fig. 7) into the reservoir 50.
  • the relay chamber 40 is extended in the vertical direction behind the water storage chamber 50.
  • a water advection port 42 force S is provided at the upper part of the relay chamber 40.
  • float switches 52 and 54 for detecting the water level are provided in the water storage chamber 50. When both the float switches 52 and 54 are OFF, the pump 62 described below is stopped.
  • the water in the water storage chamber 50 is introduced into the lower portion of the first fluorine removal chamber 70 through the tube 60, the pump 62 driven by the motor 64, and the tube 66, and rises in the chamber 70. .
  • water is introduced into the upper part of the second fluorine removing chamber 72 from the upper part of the fluorine removing chamber 70 via the advection pipe 71 and descends in the chamber 72.
  • it is introduced into the lower part of the third fluorine removal chamber 74 through the advection port 73 and moves up in the chamber 74.
  • Each fluorine removal chamber 70, 72, 74 is filled with fluorine adsorption resin 76 (Fig. 3), and fluorine ions are adsorbed and removed.
  • fluorine adsorption resin 76 an alumina compound having fluorine adsorption ability such as alumina silicate can also be used.
  • the water that has reached the upper part of the third fluorine removing chamber 74 is transferred from the advancing port 78 to the upper part of the first metal removing chamber 80, and descends in the chamber 80. Next, it flows into the lower part of the second metal removal chamber 82 from the advection port 81 and ascends in the chamber 82. The water reaching the upper part of the chamber 82 is introduced into the electrodeionization apparatus 4 through the advection port 84.
  • a microfiltration membrane is disposed so as to cover the advection port 84 so that the debris does not flow into the electrodeionization device 4.
  • Each of the metal removal chambers 80 and 82 is filled with a metal adsorption resin 86, and metal ions are adsorbed and removed.
  • the water decarboxylated, fluorine-removed and metal-removed by the pretreatment device 10 is introduced into the electrodeionization device 4 through the advection port 84.
  • partition plates 90, 92, 94, 96, 98 force S are vertically extended in order to partition each removal chamber 70, 72, 74, 80, 82, Each chamber 70, 72, 74, 80, 82 extends in the vertical direction.
  • the tube 66 passes through the partition plate 90, and the advection pipe 71 passes through the partition plate 92.
  • the advection ports 73, 78, 81 are provided in the partition plates 94, 96, 98.
  • the advection port 84 is formed in the side wall of the casing 12.
  • FIGS. 6a and 6b are perspective views showing forces in opposite directions.
  • FIG. 6b the water staying in the cleaning chamber 20 is shown.
  • the air cleaning chamber 20 is formed between a pair of vertical partition plates 20a and 20b (FIG. 5) provided integrally with the casing 12.
  • Air sent from an air pump (not shown) is blown into the air cleaning chamber 20 through an air tube 21.
  • a frame 22 is installed in the air cleaning chamber 20.
  • the frame 22 includes a surrounding frame portion 23, a hanging plate 24, and a rising plate 25, and a central chamber 26, a water outflow chamber 27, and an air outflow chamber 28 are formed.
  • the end of the tube 21 is inserted into the central chamber 26.
  • Water is introduced into the central chamber 26 via the transfer pipe 18.
  • a drooping plate 24 that hangs down from the upper side of the surrounding frame portion 23 is provided between the outflow chamber 27 and the water in the central chamber 26 flows around the lower end of the drooping plate 24 to the water outflow chamber 27.
  • the central chamber 26 and the air outflow chamber 28 are partitioned by a rising plate 25 that stands up from the bottom side of the surrounding frame portion 23.
  • the air blown into the water from the tube 21 detaches from the water surface, then wraps around the upper end of the rising plate 25 and flows into the air outflow chamber 28, and the decarbonation chamber through the air introduction port 31. It is blown into 30 and used for decarboxylation as described above.
  • FIGS. 9 and 10 are flow charts of a fuel cell water treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the fluorine adsorption / removal device 2 is placed in front of the decarboxylation device 1 and processed in the order of fluorine adsorption removal ⁇ decarbonation ⁇ metal removal ⁇ electrodeionization! /
  • Other configurations are the same as those in FIG.
  • Fig. 10 in Fig. 9, the decarboxylation device 1 is arranged on the rear stage side of the metal removal device 3, and the treatment is performed in the order of fluorine adsorption removal-> metal removal-> decarboxylation-> electrodeionization.
  • the rest of the configuration is the same as in Figure 9.
  • the fluorine is highly adsorbed and removed by the fluorine adsorption / removal device 2 from the fuel cell collected water.
  • the ion exchanger of device 4 is prevented from being deteriorated by fluorine, and the fuel cell waste water can be treated stably over a long period of time and used as a water source for the fuel reformer.
  • the fluorine adsorption resin used in the fluorine adsorption removal means, the anion exchange resin, the metal adsorption resin, chelate resin, and cation exchange resin used in the metal adsorption removal means There are molecules with unstable bonds and unpolymerized molecules. When the temperature rises, the molecules with unstable bonds and unpolymerized molecules are eluted from the resin into water.
  • the temperature of the fuel cell recovered water rises to about 65 ° C, it is placed in front of the electrodeionization device! As a result, the amount of effluent from the fluorine adsorption removal means and metal adsorption removal means increases, resulting In addition to contaminating the ion exchanger of the deionizer and lowering the performance, it also flows out into the treated water, reducing the purity of the treated water.
  • the main effluent of the filler material is TOC. Therefore, it is possible to use the TOC elution amount as an indicator of the cleanliness of the filler. By using a filler with a TOC elution amount of 200 ppb or less, contamination of the electrodeionization equipment, TOC component in the treated water Can be prevented.
  • the TOC elution amount is the value obtained by (Inlet TOC concentration) (Outlet TOC concentration)
  • the metal removing device 3 may be omitted in the flows of FIGS.
  • the decarbonation means may be a gas-liquid contact type other than the aeration type as described above.
  • the decarboxylation means may be a membrane type.
  • an air supply device provided in the fuel cell power generation device to the fuel cell air electrode may be used. In this way, it is possible to reduce the size of the apparatus without the need to provide an air supply source such as a blower, a fan, or a compressor inside the water treatment apparatus.
  • an air supply source such as a blower, a fan, or a compressor inside the water treatment apparatus.
  • exhaust containing generated water generated by reaction inside the fuel cell can be used. In this case, the generated water in the exhaust gas to be used can be taken in by gas-liquid contact, so that the recovered water utilization rate of the fuel cell power generation device can be improved.

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Abstract

　燃料電池からの回収水を電気脱イオン装置によって処理する燃料電池用水処理装置において、電気脱イオン装置に流入する水からフッ素を十分に除去するよう改良された燃料電池用水処理装置が提供される。電気脱イオン装置４の陰極室からの排水が移送管１８を介して洗気室２０に導入され、空気の洗浄が行なわれる。脱炭酸室３０で脱炭酸された後、ポンプ６２を介してフッ素除去室７０，７２，７４、金属除去室８０，８２を順次に流れ、電気脱イオン装置４に供給される。

Description

明 細 書
燃料電池用水処理装置
発明の分野
[0001] 本発明は燃料電池からの回収水を電気脱イオン装置によって処理する燃料電池 用水処理装置に関するものであり、特に燃料電池が固体高分子形燃料電池である 場合に好適な燃料電池用水処理装置に関する。
発明の背景
[0002] 燃料電池から排出される凝縮水などの水を回収して処理し、燃料改質装置 (水蒸 気改質装置)の水源等として利用するために、この回収水を電気脱イオン装置で処 理することが特開平 9— 161833号公報、特開 2001— 232394号公報等に記載され ている。
[0003] 特開平 9— 161833号公報にあっては、燃料電池はリン酸形燃料電池であり、特開
2001— 232394号公報にあっては、燃料電池は固体高分子形燃料電池である。
[0004] この固体高分子形燃料電池にあっては、固体電解質としてフッ素系陽イオン交換 膜が用いられており、燃料電池排水中には微量ながらフッ素イオンが含まれる。
[0005] 特開 2001— 232394号公報では、その第 0029段落の通り、電気脱イオン装置の 前段に設けた RO装置によって溶解イオン成分の約 90%が除去されるが、それでも なお若干のフッ素イオンカ¾0装置を通って電気脱イオン装置に流入し、電気脱ィォ ン装置のイオン交換体を劣化させるおそれがある。
[0006] 本発明は、電気脱イオン装置に流入する水からフッ素を十分に除去するよう改良さ れた燃料電池用水処理装置を提供することを目的とする。
[0007] 本発明の燃料電池用水処理装置は、燃料電池から回収された回収水をフッ素吸 着処理するフッ素吸着手段と、このフッ素吸着手段で処理された水を脱イオン処理 する電気脱イオン装置とを有する。
[0008] 本発明の燃料電池用水処理装置にあっては、燃料電池からの水からフッ素がフッ 素吸着除去装置によって高度に吸着除去されるため、電気脱イオン装置のイオン交 換体がフッ素によって劣化することが防止され、長期にわたって安定して燃料電池排 水の処理を行うことができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]実施の形態に係る燃料電池用水処理装置のフロー図である。
[図 2]第 1図の燃料電池用水処理装置の下方力 見上げた状態の斜視図である。
[図 3]第 2図のケーシングのフロントカバーをあけた状態の斜視図である。
圆 4]第 3図力もフッ素吸着榭脂及び金属吸着榭脂を取り除いた状態の斜視図であ る。
[図 5]第 4図の構成を示す正面図である。
[図 6]第 6a図及び第 6b図は洗気室内のフレームの斜視図である。
[図 7]第 5図の VII-VII線断面図である。
[図 8]脱炭酸室内の螺旋板の斜視図である。
[図 9]別の実施の形態に係る燃料電池用水処理装置のフロー図である。
[図 10]さらに別の実施の形態に係る燃料電池用水処理装置のフロー図である。 発明の好ましレ、形態の詳細な説明
[0010] 本発明では、このフッ素吸着除去手段の前段に脱炭酸手段が設けられてもよい。フ ッ素吸着除去手段と電気脱イオン装置との間に脱炭酸手段が設けられてもよい。
[0011] 燃料電池回収水には、燃料改質器の排気ガスなど多量の炭酸ガスを含む排気から 回収された水を含む場合もある。このような回収水を水処理装置で処理する場合、電 気脱イオン装置に流入する前に脱炭酸手段で予め脱炭酸しておくことにより、電気 脱イオン装置の負荷を減少させ、電気脱イオン装置の消費電力を低減させることが できる。
[0012] このフッ素吸着除去手段と電気脱イオン装置との間に金属吸着除去手段が設けら れてもよい。脱炭酸手段と電気脱イオン装置との間に金属吸着除去手段が設けられ てもよい。フッ素吸着除去手段と脱炭酸手段との間に、それぞれ金属吸着除去手段 が設けられてもよい。
[0013] このようにフッ素吸着除去手段よりも後段側かつ電気脱イオン装置よりも前段側に 金属吸着除去手段を設けておくと、仮にフッ素吸着除去手段力 セリウム、アルミ- ゥム等の金属イオンが溶出した場合でも、電気脱イオン装置に流入する金属イオンを 減少させることができる。これにより、電気脱イオン装置のイオン交換体の性能を長期 にわたつて高く維持することが可能となる。
[0014] フッ素吸着除去手段は、フッ素吸着榭脂、陰イオン交換榭脂又はアルミナ化合物（ 例えば酸ィ匕アルミニウム）が好適である。
[0015] 金属吸着除去手段は、金属吸着榭脂、キレート榭脂又は陽イオン交換樹脂が好適 である。
[0016] これらの榭脂は TOC溶出量が 200ppb以下であることが好ましぐこれにより電気 脱イオン装置が榭脂によって汚染されたり、電気脱イオン装置の処理水中に榭脂成 分が混入することが防止される。
[0017] これらの榭脂を予め 65°C以上の純水で洗浄することにより、不安定な結合状態の 分子や未重合の分子を予め除去し、溶出を減少させ後段の電気脱イオン装置の汚 染を抑え長期間安定した性能を維持することができる。
[0018] 脱炭酸手段としては気液接触式又は膜式の脱炭酸装置が好適である。この脱炭酸 装置の気相側へは燃料電池セル空気極への送気装置を利用して空気を供給するの が好ましい。具体的には、この送気装置の出口力 空気を分取し、脱炭酸手段の気 相側へ供給する。なお、請求項 13の場合は、燃料電池セル空気極排気の一部又は 全量を脱炭酸手段の気相側へ供給してもよ ヽ。
[0019] 第 1図は本発明の一形態に係る燃料電池用水処理装置のフロー図である。燃料電 池の凝縮水等の回収水は、脱炭酸装置 1、フッ素吸着除去装置 2、金属除去装置 3 及び電気脱イオン装置 4によって処理され、電気脱イオン装置 4で生成する脱イオン 水が燃料改質器等に供給される。
[0020] この電気脱イオン装置は、陽極と陰極との間にカチオン交換膜とァ-オン交換膜と を配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した構成のもの であってもよい。陽極室と陰極室とが各々独立して設けられてもよぐこれら電極室の 少なくとも一方が濃縮室を兼用していてもよい。
[0021] この実施の形態では、脱炭酸装置 1は空気曝気方式のものである。曝気用の空気 は、洗気装置 5中でパブリングされて浄化処理された後、脱炭酸装置 1内の水中に吹 き込まれる。この洗気装置 5へは電気脱イオン装置 4の濃縮室あるいは電極室力 の 排水が導入されて 、る。この洗気装置 5の排水は系外に排出される。
[0022] このように構成された燃料電池用水処理装置にあっては、燃料電池回収水からフッ 素がフッ素吸着除去装置 2によって高度に吸着除去されるため、電気脱イオン装置 4 のイオン交換体がフッ素によって劣化することが防止され、長期にわたって安定して 燃料電池排水の処理を行 、、燃料改質装置の水源等として利用することができる。
[0023] フッ素吸着除去装置 2からセリウムあるいはアルミニウムイオンなどの金属イオンが 溶出しても、金属除去装置 3により除去されるので、電気脱イオン装置 4のイオン交換 体の性能を長期にわたって高く維持することが可能となる。
[0024] 次に、上記脱炭酸装置、フッ素吸着除去装置及び金属除去装置がケーシング内に 配置されてなる前処理装置と、この前処理装置に付設された電気脱イオン装置 4とを 備えてなる燃料電池用水処理装置について第 2図一第 8図を参照して説明する。
[0025] 第 2図は、この燃料電池用水処理装置の下方から見上げた状態の斜視図、第 3図 はこのケーシングのフロントカバーを開けた状態の斜視図、第 4図は第 3図からフッ素 吸着榭脂及び金属吸着榭脂を取り除いた状態の斜視図、第 5図は第 4図の構成を 示す正面図、第 6図は洗気室内のフレームの斜視図、第 7図は第 5図の VII— VII線断 面図、第 8図は脱炭酸室内の螺旋板の斜視図である。
[0026] この燃料電池用水処理装置は、前記の通り、前処理装置 10と電気脱イオン装置 4 とを一体ィ匕したものである。この前処理装置 10のケーシング 12は、浅い直方体形状 のものであり、正面にフロントカバー 14が取り付けられている。
[0027] 第 4, 5図の通り、電気脱イオン装置 4の濃縮室あるいは電極室からの排水が移送 管 18を介して洗気室 20に導入され、空気の洗浄が行なわれる。この洗気室 20の構 成については後に詳述する。
[0028] 洗気室 20で洗浄された空気は、空気導入口 31から脱炭酸室 30へ導入され、洗浄 に供された水はケーシング 12の背面に設けられた流出孔（図示略)から流出し、廃棄 される。
[0029] 脱炭酸室 30内の上部には、ケーシング 12の背面又は上面の被処理水導入口（図 示略)から被処理水が導入されている。脱炭酸室 30内において、空気導入口 31から の空気が螺旋板 32を周回しながら立ち登り、被処理水と接触し、脱炭酸を行う。 [0030] 螺旋板 32の螺旋状通路 34内にはワイヤを絡ませたランダムな構造の充填物（図示 略)が充填され、空気がゆっくりと且つ細力べ分断されながら螺旋板に沿って上昇し、 十分に脱炭酸が行われるよう構成されて 、る。
[0031] このワイヤの径は 0. 05-0. 5mm程度が好適である。充填物のワイヤ間の通路の 平均径は 2— 10mm特に 3— 7mm程度が好適である。
[0032] この螺旋板 32は、金属板にスリットを入れて折曲したものを多段に溶接等により連 結したものであり、螺旋の軸心部には細長い仕切板が縦通されている。螺旋の 1段当 りの高さは 5— 10mm程度が好適である。
[0033] この実施の形態では、脱炭酸室 30が直方体形状であるため、螺旋板 32の各段を 構成する金属板が方形状となっているが、脱炭酸室が円筒形であれば、螺旋板はス クリュ螺子状とされる。
[0034] 脱炭酸室 30の高さが 100mm、奥行き及び幅が 50mmであり、図示の通り 7段の螺 旋板 32が配置され、平均開口径が約 5mmの充填物を螺旋流路に充填してなる脱 炭酸装置に、水温 5°C、炭酸濃度 80ppmの水を 40mLZminで通水し、空気を 200 OmLZminで散気したところ、処理水の炭酸濃度は lOppm以下となることが認めら れた。
[0035] 脱炭酸処理された水は、この脱炭酸室 30から移流口 36 (第 5図）を介して中継室 4 0 (第 4, 7図）に流入し、この中継室 40から移流口 42 (第 7図）を介して貯水室 50へ 流入する。第 7図の通り、この中継室 40は貯水室 50の背後側に上下方向へ延設さ れて 、る。この中継室 40の上部に水の移流口 42力 S設けられて 、る。
[0036] 貯水室 50内には、水位を検知するためのフロートスィッチ 52, 54が設けられている 。このフロートスィッチ 52, 54のいずれもが OFFの場合には、次に説明するポンプ 6 2が停止される。
[0037] 貯水室 50内の水は、チューブ 60、モータ 64によって駆動されるポンプ 62及びチュ ーブ 66を介して第 1のフッ素除去室 70の下部に導入され、該室 70内を上昇する。 次いで、水は、このフッ素除去室 70の上部から移流管 71を介して第 2のフッ素除去 室 72の上部に導入され、該室 72内を下降する。次いで、移流口 73を介して第 3のフ ッ素除去室 74の下部に導入され、該室 74内を上昇する。 [0038] 各フッ素除去室 70, 72, 74内にはフッ素吸着榭脂 76 (第 3図）が充填されており、 フッ素イオンが吸着除去される。フッ素吸着榭脂 76の代わりに珪酸アルミナなどのフ ッ素吸着能を有するアルミナ化合物を用いることもできる。
[0039] 第 3のフッ素除去室 74内の上部に達した水は、移流口 78から第 1の金属除去室 8 0の上部に移流し、該室 80内を下降する。次いで、移流口 81から第 2の金属除去室 82の下部に流入し、該室 82内を上昇する。該室 82の上部に到達した水は、移流口 84を介して電気脱イオン装置 4に導入される。図示はしないが、この移流口 84を覆う ように精密濾過膜が配置され、榭脂の破片が電気脱イオン装置 4に流入しないよう構 成されている。
[0040] 各金属除去室 80, 82には金属吸着榭脂 86が充填されており、金属イオンが吸着 除去される。
[0041] このように、この前処理装置 10によって脱炭酸、フッ素除去及び金属除去された水 が移流口 84を介して電気脱イオン装置 4に導入される。
[0042] このケーシング 10内には、各除去室 70, 72, 74, 80, 82を区画形成するために 仕切板 90, 92, 94, 96, 98力 S上下方向に延設されており、各室 70, 72, 74, 80, 8 2は上下方向に延在している。チューブ 66は仕切板 90を貫通しており、移流管 71は 仕切板 92を貫通している。移流口 73, 78, 81は仕切板 94, 96, 98に設けられてい る。移流口 84はケーシング 12の側壁に穿設されている。
[0043] 次に、第 6a,6b図を参照して洗気室 20の構成について詳細に説明する。なお、第 6a図、第 6b図は互いに反対方向力も見た斜視図である。第 6b図では、洗気室 20内 に滞留して 、る水が示されて 、る。
[0044] この洗気室 20は、ケーシング 12に一体に設けられた 1対の上下方向の仕切板 20a 、 20b (第 5図）間に形成されている。
[0045] この洗気室 20内には、エアポンプ（図示略）から送気されてきた空気がエアチュー ブ 21を介して吹き込まれる。この洗気室 20内にはフレーム 22が設置されている。該 フレーム 22は、囲枠部 23、垂下板 24、立上板 25を備え、中央室 26、水流出室 27、 及び空気流出室 28が形成されている。チューブ 21の末端は該中央室 26内に差し 込まれている。水は前記移送管 18を介して中央室 26に導入される。中央室 26と水 流出室 27との間に、囲枠部 23の上辺から垂下する垂下板 24が設けられており、中 央室 26内の水はこの垂下板 24の下端を回り込んで水流出室 27に移流し、この水流 出室 27の上部から溢流口 29を介してケーシング 12外へ流出する。中央室 26及び 水流出室 27内には、この溢流口 29の下縁レベルにまで水が溜まっており、チューブ 21の下端はこの水中に没して!/、る。
[0046] 中央室 26と空気流出室 28とは、囲枠部 23の底辺から起立する立上板 25によって 区画されている。
[0047] チューブ 21から水中に吹き込まれた空気は、水面から離脱した後、該立上板 25の 上端を回り込んで空気流出室 28に流入し、前記空気導入口 31を介して脱炭酸室 3 0内に吹き込まれ、前記の通り脱炭酸に用いられる。
[0048] 第 9図、第 10図は本発明の別の実施の形態に係る燃料電池用水処理装置のフロ 一図である。
[0049] 第 9図では、フッ素吸着除去装置 2を脱炭酸装置 1の前段側に配置し、フッ素吸着 除去→脱炭酸→金属除去→電気脱イオンの順に処理して！/、る。その他の構成は第 1図と同一である。
[0050] 第 10図では、第 9図において、脱炭酸装置 1を金属除去装置 3の後段側に配置し 、フッ素吸着除去→金属除去→脱炭酸→電気脱イオンの順に処理している。その他 の構成は第 9図と同一である。
[0051] このように構成された第 9, 10図の燃料電池用水処理装置にあっても、燃料電池回 収水からフッ素がフッ素吸着除去装置 2によって高度に吸着除去されるため、電気脱 イオン装置 4のイオン交換体がフッ素によって劣化することが防止され、長期にわた つて安定して燃料電池排水の処理を行 ヽ、燃料改質装置の水源等として利用するこ とがでさる。
[0052] フッ素吸着除去装置 2からセリウムあるいはアルミニウムイオンなどの金属イオンが 溶出しても、金属除去装置 3により除去されるので、電気脱イオン装置 4のイオン交換 体の性能を長期にわたって高く維持することが可能となる。
[0053] フッ素吸着除去手段に使用されるフッ素吸着榭脂ゃ陰イオン交換榭脂、金属吸着 除去手段に使用される金属吸着榭脂、キレート榭脂、陽イオン交換榭脂はその内部 に不安定な結合状態の分子や未重合の分子を持っており、温度が高くなると内部の 不安定な結合状態の分子や未重合の分子は榭脂中より水中へ溶出する。
[0054] 燃料電池回収水はその水温が 65°C程度まで上昇するため電気脱イオン装置に前 置されて!、るフッ素吸着除去手段や金属吸着除去手段力 の溶出物が増加し、電 気脱イオン装置のイオン交換体を汚染し性能を低下させるほか、処理水へも流出し 処理水純度を低下させる。
[0055] 充填材カもの主な溶出物は TOCである。従って、 TOC溶出量を充填材の清浄度 の指標として使用することが可能であり、 TOC溶出量が 200ppb以下である充填材 を用いることにより、電気脱イオン装置の汚染、処理水への TOC成分の流出を防止 できる。ここで TOC溶出量は (入口 TOC濃度) （出口 TOC濃度)で求めた値である
[0056] 本発明では、第 1, 9, 10図のフローにおいて金属除去装置 3を省略してもよい。
[0057] 本発明では、脱炭酸手段は上記のような曝気式以外の気液接触式のものを用いる こともできる。例えば、塔の上部より散水し、下部力 送気する脱炭酸塔を用いること ができる。脱炭酸手段は、膜式のものであってもよい。
[0058] 脱炭酸手段に使用される空気供給源として、燃料電池発電装置内に設けられ燃料 電池セル空気極への送気装置を利用してもよい。このようにすれば、水処理装置内 部にブロワ一、ファン、コンプレッサーなどの空気供給源を設ける必要がなぐ装置の 小型化が可能である。気液接触式にお!、ては燃料電池セル内部で反応によって生 じた生成水を含む排気を利用することができる。この場合、使用する排気中の生成水 を気液接触により取り込むことができるため、燃料電池発電装置の回収水利用率を 向上させることができる。
[0059] なお、上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態 をちとりうる。

Claims

請求の範囲
[I] 燃料電池カゝら回収された回収水を脱イオン処理する電気脱イオン装置を備えた燃 料電池用水処理装置において、
該電気脱イオン装置の前段にフッ素吸着除去手段を備えたことを特徴とする燃料 電池用水処理装置。
[2] 請求項 1において、該フッ素吸着除去手段の前段に脱炭酸手段を備えたことを特 徴とする燃料電池用水処理装置。
[3] 請求項 2において、該フッ素吸着除去手段と前記電気脱イオン装置との間に金属 吸着除去手段を備えたことを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[4] 請求項 1において、該フッ素吸着除去手段と該電気脱イオン装置との間に脱炭酸 手段を備えたことを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[5] 請求項 4において、該脱炭酸手段と前記電気脱イオン装置との間に金属吸着除去 手段を備えたことを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[6] 請求項 4において、該フッ素吸着除去手段と前記脱炭酸手段との間に金属吸着除 去手段を備えたことを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[7] 請求項 1において、該フッ素吸着除去手段はフッ素吸着榭脂、陰イオン交換榭脂 又はアルミナ化合物を有することを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[8] 請求項 7において、該フッ素吸着除去榭脂又は陰イオン交換榭脂は、 TOC溶出量 が 200ppb以下のものであることを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[9] 請求項 8において、該フッ素吸着除去榭脂又は陰イオン交換榭脂は、 65°C以上の 純水で洗浄されたものであることを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[10] 請求項 3において、該金属吸着除去手段は金属吸着榭脂、キレート榭脂又は陽ィ オン交換榭脂を有することを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[II] 請求項 5において、該金属吸着除去手段は金属吸着榭脂、キレート榭脂又は陽ィ オン交換榭脂を有することを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[12] 請求項 6において、該金属吸着除去手段は金属吸着榭脂、キレート榭脂又は陽ィ オン交換榭脂を有することを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[13] 請求項 10において、該金属吸着除去手段の榭脂は、 TOC溶出量が 200ppb以下 のものであることを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[14] 請求項 11において、該金属吸着除去手段の榭脂は、 TOC溶出量が 200ppb以下 のものであることを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[15] 請求項 12において、該金属吸着除去手段の榭脂は、 TOC溶出量が 200ppb以下 のものであることを特徴とする燃料電池用水処理装置。
[16] 請求項 13において、該榭脂は、 65°C以上の純水で洗浄されたものであることを特 徴とする燃料電池用水処理装置。
[17] 請求項 14において、該榭脂は、 65°C以上の純水で洗浄されたものであることを特 徴とする燃料電池用水処理装置。
[18] 請求項 15において、該榭脂は、 65°C以上の純水で洗浄されたものであることを特 徴とする燃料電池用水処理装置。
[19] 請求項 2にお 、て、該脱炭酸手段が気液接触式であり、その気相側への空気供給 源が燃料電池発電装置内に設置された燃料電池セル空気極への送気装置であり、 その送気装置出口力 分取した空気、もしくは燃料電池セル空気極排気の一部又は 全量を該脱炭酸手段の気相側へ供給することを特徴とする燃料電池用水処理装置
[20] 請求項 2において、該脱炭酸手段が膜式であり、その気相側への空気供給源が燃 料電池発電装置内に設置された燃料電池セル空気極への送気装置であり、その送 気装置出口から分取した空気を該脱炭酸手段の気相側へ供給することを特徴とする 燃料電池用水処理装置。
[21] 請求項 1において、前記フッ素吸着除去手段の前段に、原水を脱炭酸処理する脱 炭酸装置が設けられており、
該フッ素吸着処理手段の後段かつ前記電気脱イオン装置の前段に金属除去処理 手段が設けられており、
該脱炭酸装置は、原水中に気体を吹き込んで脱炭酸処理するものであり、 該脱炭酸装置に吹き込まれる気体を浄化する洗気装置が設けられており、 該洗気装置は、該電気脱イオン装置の排水、あるいは燃料電池から発生する余剰 凝縮水に気体を接触させて浄ィ匕するものであることを特徴とする燃料電池用水処理 装置。
[22] 請求項 21において、該洗気装置は、
前記電気脱イオン装置の排水が導入されると共に該気体が水中に吹き込まれる中 央室と、
該中央室の下部に連通し、該中央室力 水が移流する水流出室と、
該水流出室の上部に設けられた水の溢流口と、
を備えてなり、該中央室内の水面を脱した気体が前記脱炭酸装置に供給されること を特徴とする燃料電池用水処理装置。
[23] 請求項 21において、前記金属除去処理手段は金属を吸着して除去することを特 徴とする燃料電池用水処理装置。
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