(57)【要約】【課題】本発明は、発電システムの系外へ排出するドレイン排出水のｐＨ値を整え環境への影響を軽減する燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】原料ガス１０を処理して水素富化燃料ガス１２に改質する燃料処理装置１４と、燃料ガス１８中の水素と、空気１６中の酸素とを電気化学的に反応させて電気５０を発生する燃料電池セルスタック２０と、電気化学的反応に伴って生成する生成水のうち、系内で再利用されずに系外へ排出されるドレイン排水４４のｐＨ調整をするｐＨ調整装置１２２と、を備える。【選択図】          図２
2004172016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを処理して水素富化燃料ガスに改質する燃料処理装置と；
前記燃料ガス中の水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電気を発生する燃料電池セルスタックと；
前記電気化学的反応に伴って生成する生成水のうち、系内で再利用されずに系外へ排出される排水のｐＨ調整をするｐＨ調整装置と；
を備える燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記ｐＨ調整装置は、前記排水に空気を接触させることによりｐＨを調整するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記排水に接触させる空気としては、前記セルスタックで水素と電気化学的反応をするために供給される空気の一部、又は、前記セルスタックで使用された後の空気を使用するように構成された、請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記ｐＨ調整装置は、前記排水をシステム外に排出する前にｐＨが６〜９の範囲の中性塩の水溶液を混合するように構成された、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記ｐＨ調整装置は、前記排水をシステム外に排出する前に水道水を混合するように構成された、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関し、特に燃料電池発電システムの運転中に系外へ排出されるドレイン排水のｐＨ値を調整する燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体高分子電解質型燃料電池システムは、燃料電池発電システム内で発生する生成水を浄化してから系内で再利用するのが一般的である。従って、燃料電池発電システムのドレイン排水の量は極く僅かであり、このドレイン排水の水質監視は行われていなかった（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７５８２６号公報（段落００１８、図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池発電システムの系外へ微量でもドレイン排水を放出する場合には、ｐＨ値を整えて環境に影響を及ぼさないように配慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、系外へ排出する排出水のｐＨ値を整え環境への影響を軽減する燃料電池発電システムを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明による燃料電池発電システムは、例えば、図１及び図２に示すように、原料ガス１０を処理して水素富化燃料ガス１２に改質する燃料処理装置１４と、燃料ガス１８中の水素と、空気１６中の酸素とを電気化学的に反応させて電気５０を発生する燃料電池セルスタック２０と、電気化学的反応に伴って生成する生成水のうち、系内で再利用されずに系外へ排出される排水４４のｐＨ調整をするｐＨ調整装置１２２と、を備える。
【０００７】
ここで、燃料電池セルスタック２０は固体高分子電解質型やリン酸型の燃料電池を使用することができる。また、ｐＨ調整装置１２２は、例えばドレイン排水４４中に空気を接触させて空気バブリング処理を行うか、炭酸カルシウム等の中性塩を含む緩衝液を回収水と混合し中和処理を行う。
【０００８】
このように構成すると、燃料電池発電システムのドレイン排水に含まれる二酸化炭素等の酸性分や、窒素酸化物等の酸性分を中和してから系外へ排出することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明による請求項１に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図２に示すように、ｐＨ調整装置１２２は、排水４４に空気を接触させることによりｐＨを調整するように構成されている。
【００１０】
このように構成すると、燃料電池発電システムから系外へ排出される排水に含まれる炭酸ガスを除去してｐＨ値を増加させ脱炭酸された排水を系外へ排出する。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明による請求項２に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図１に示すように、排水に接触させる空気としては、セルスタック２０で水素１８と電気化学的反応をするために供給される空気１６の一部、又は、セルスタック２０で使用された後の空気を使用するように構成されている。
【００１２】
ここで、セルスタック２０へ供給する空気は大気圧より高く加圧され、排水へ吹き込む程度の圧力を有する。また、セルスタック２０から排出される空気５２は電気化学的反応を経た後においても大気圧より高い圧力を有する加圧空気である。さらに、ｐＨ調整する排水は燃料電池発電システムの系統内で再使用されずに系外へ排出するドレイン排水である。
【００１３】
このように構成すると、燃料電池セルスタックに導入又は排気する加圧空気をドレイン排水に吹き込む空気として利用することができる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明による請求項１に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図２に示すように、ｐＨ調整装置１２２は、排水をシステム外に排出する前にｐＨが６〜９の範囲の中性塩の水溶液を混合するように構成されている。
【００１５】
ここで、中性塩の水溶液は炭酸カルシウム等を含む緩衝液を用いることができる。
【００１６】
このように構成すると、燃料電池発電システムのドレイン排水中の窒素酸化物ＨＮＯ３やＨ２ＳＯ４等の酸性分を中和してから系外へ排水として排出することができる。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項５にかかる発明による請求項１に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図２に示すように、ｐＨ調整装置１３４は、排水をシステム外に排出する前に水道水１３２を混合するように構成されている。
【００１８】
ここで、水道水１３２は中性に近くミネラル成分を含有する緩衝溶液として用いることができ、ドレイン排水と同量又は同量以下の水道水を混合して排水のｐＨ値を増加させることができる。
【００１９】
このように構成すると、燃料電池発電システムの排水のｐＨ値を高くし中和処理をしてから排水として系外へ排出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１から図６は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明による第１の実施の形態である燃料電池発電システムの系統図である。本実施の形態の燃料電池発電システムは、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電気を発生する燃料電池セルスタック２０と、これに燃料ガスを供給する燃料処理装置１４を備える。燃料処理装置１４は、燃焼装置としてのバーナー５４を有する。燃料電池発電システムは、さらに燃料電池セルスタック２０で発生する熱を利用して温水を製造し貯蔵する貯湯槽６８、燃料電池セルスタック２０からの熱で貯湯槽６８の温水を加熱する熱交換器６４を備える。
【００２２】
また、燃料電池セルスタック２０からの燃料極オフガス中の水分を除去する水分除去装置としての凝縮器２４、改質ガス中の水分を除去する水分除去装置としての凝縮器３０、燃料処理装置１４の燃焼排ガス中の水分を除去する水分除去装置としての凝縮器３６を備える。各凝縮器での冷却媒体は、不図示の冷却水又は空気を用いる。さらに、前記各凝縮器からの凝縮水を集めて貯水する純水タンク４２を備える。
【００２３】
燃料電池セルスタック２０と凝縮器２４とは、オフガス配管２２により接続され、凝縮器２４とバーナー５４とはオフガス配管２６により接続されている。凝縮器２４と純水タンク４２とは、凝縮水配管２８で接続されている。
【００２４】
同様に、燃料処理装置１４と凝縮器３０とは燃料ガス配管８３により接続され、凝縮器３０と燃料電池スタック２０は燃料ガス配管１８により接続され、燃料処理装置１４と凝縮器３６とは燃焼排ガス配管３４により接続され、凝縮器３６と純水タンク４２とは凝縮水配管３８で接続され、さらに凝縮器３６には燃焼排ガス排気配管４０が接続されている。また、純水タンク４２と燃料処理装置１４とは、回収水配管４６で接続され、回収水配管４６には、ポンプ４８が挿入配置されている。
【００２５】
また純水タンク４２には、貯水された回収水の一部をオーバーフロさせて排出するドレン排水配管１２０が接続され、この配管にはｐＨ調整装置１２２が接続されている（図２参照）。
【００２６】
このように構成された燃料電池発電システムの作用を以下説明する。都市ガス１０等の原料ガスは、配管７９から燃料処理装置１４に導入され、配管４６からの回収水と、配管８１からの選択酸化触媒用空気と、付帯して設けられた燃焼装置５４の燃料改質熱源により水素を主体とする水素富化燃料ガスとしての改質ガス１２に改質された後、配管８３を介して燃料電池セルスタック２０へ導入される。燃料処理装置１４の燃焼排ガスは、配管３４により凝縮器３６へ送出される。
【００２７】
改質ガス１２は、更に配管８３を介して凝縮器３０に送出され冷却処理により燃料ガスと凝縮水に分離される。水分を除去した燃料ガスは配管１８を介して燃料電池セルスタック２０の燃料極へ導入される。一方、凝縮水は配管３２により純水タンク４２へ導入され回収水として貯水される。
【００２８】
燃焼装置５４には、配管７８から都市ガス１０が導入され、配管２６から燃料電池セルスタック２０の燃料極の未反応燃料である水素を主体とする燃料極オフガスが導入され、配管８０から燃焼用空気が導入され、原料ガスとしての都市ガス１０の改質反応熱源となるように構成されている。
【００２９】
燃料電池セルスタック２０は、不図示の送風機により配管５６から空気１６がカソードの空気極へ導入され、この空気１６中の酸素と配管１８からアノードの燃料極に導入された燃料ガス中の水素とが電気化学的反応により酸化され発電が行われる。この発電された直流電気５０は電力系統へ送電され、インバータ等の直流交流変換器により商用電源周波数の交流電源を供給する。また、空気１６は送風機により加圧されているので、配管５６を分岐させてそのままｐＨ調整装置１２２（図２参照）の空気バブリング処理用に送出することができる。
【００３０】
燃料電池セルスタック２０の燃料極から燃料極オフガスが配管２２により凝縮器２４に送出され、冷却処理により未反応燃料ガスと凝縮水に分離される。水分を除去した未反応燃料ガスは配管２６を介して燃焼装置５４へ導入される。一方、凝縮水は配管２８により純水タンク４２へ導入され回収水として貯水される。
【００３１】
燃料電池セルスタック２０の空気極オフガスの空気５２は、配管を経由してｐＨ調整装置１２２（図２参照）の空気バブリング処理用に導入することができる。また、燃料電池セルスタック２０を冷却する冷却水は配管５８、ポンプ６０、熱交換器６４、及び、配管６６の順に系内を循環する。熱交換器６４にポンプ７０、配管７２、配管８２を経由して接続された貯湯槽６８は、配管７６から導入された水道水を熱交換器６４により加熱した後に保温する。貯湯槽６８に保温された湯水は配管７４から給湯する。
【００３２】
純水タンク４２は、燃料処理装置１４の燃焼排ガスからの回収水を凝縮器３６、配管３８を介して導入する。また、燃料処理装置１４の改質ガスからの回収水を凝縮器３０、配管３２を介して導入する。さらに、燃料極オフガスからの回収水を凝縮器２４、配管２８を介して導入する。
【００３３】
これら回収水は純水タンク４２へ貯水され、ポンプ４８、配管４６を通じて燃料処理装置１４内で都市ガス１０の改質処理に再利用される。一方、純水タンク４２内に所定量の回収水が貯水された段階で、再利用されない回収水を配管によりドレイン排水４４として排水するが、この回収水を次段のｐＨ調整装置により環境基準値を満たすようにｐＨ調整する。
【００３４】
燃料処理装置１４に接続された配管３４からの燃焼排ガスは、凝縮器３６で燃焼排ガスと凝縮水に分離され、燃焼排ガスは配管４０を通じて環境へ放出される。一方、窒素酸化物ＮＯｘ又は二酸化炭素ＣＯ２を吸収させた凝縮水を回収水として純水タンク４２へ回収する。
【００３５】
配管３２からの凝縮水には、改質ガス中に含まれる二酸化炭素ＣＯ２が多く溶け込んでいるため、ｐＨ値が７より低い酸性を示す。配管２８からの凝縮水もｐＨ値が７より低い酸性を示す。配管３８からの凝縮水は、燃料処理装置１４内の燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘや二酸化炭素ＣＯ２が多く溶け込んでいるためｐＨ値は７より低い酸性を示す。
【００３６】
本実施の形態では、燃料電池セルスタック２０が固体高分子電解質型燃料電池セルスタックとするとよい。固体高分子電解質型燃料電池セルスタックは、排気温度及び運転温度がリン酸型のものより低く、運転音が静かであるので家庭用の小型燃料電池として適している。本発明のようなｐＨ調整装置を備えるシステムは排水処理設備を有しない家庭用小型燃料電池発電システムに適する。
【００３７】
図２は、上記実施の形態の燃料電池発電システムに用いるｐＨ調整装置の系統図である。ｐＨ調整装置は、純水タンク４２の下流に位置し、純水タンク４２と配管１２０で接続され、配管１２０からのドレイン排水を貯水し中和処理する第１のｐＨ調整装置１２２と、第１のｐＨ調整装置１２２の下流に位置し、ｐＨ調整装置１２２と配管１３０で接続され、ｐＨ調整されたドレイン排水を貯水し中和処理する第２のｐＨ調整装置１３４と、中和処理済みのドレイン排水を第２のｐＨ調整装置１３４から系外排水系統１４０へ排出する配管１３８とを備える。
【００３８】
第１のｐＨ調整装置１２２は、円筒状又は直方体形状のタンクを含んで構成されている。タンクの上蓋部分には配管１２０が接続され、またタンクの上部には配管１３０が接続されており、該タンクをオーバーフローした水が配管１３０から流出するように構成されている。また空気配管１２４が、タンク上蓋を貫通してタンク底部付近まで延伸して設けられている。配管１２４の先端部には、この配管から空気を導入しドレイン排水中に放出するノズル形状の空気放出部１２６が形成されている。第１のｐＨ調整装置１２２内に貯水されたドレイン排水は、空気放出部１２６から気泡状に吹き込まれた空気と接触し、ドレイン排水中に含まれる二酸化炭素等の酸性成分を除去し中和処理する。
【００３９】
また、燃料電池発電システム内で使用される水は燃料処理装置１４内の改質反応や一酸化炭素変成反応により消費されるが、燃料電池セルスタック２０の電気化学的反応により生成する生成水の増加により水の回収率は１００％を超える場合が少なくない。従って、純水タンク４２から余剰の回収水をドレイン排水として連続して排出させる。ドレイン排水がアニオン成分を過剰に溶け込んで酸性を示す場合は、排出基準を満足しない可能性も在る。
【００４０】
例えば、燃料電池発電システムの純水タンク４２から本来のシステム流量の１０倍の流量で加速試験を行い、毎分３０ｃｃの水量で滴下した。この場合、ドレイン水は実際のシステムから毎分３ｃｃで排出された水を使用し、滴下するドレイン排水のｐＨ値は約４．７である。このドレイン排水を空気バブリング処理により脱炭酸処理をして中和させた場合、第１のｐＨ調整装置１２２の出口配管１２８から液送されるドレイン排水のｐＨ値は約４．９３の弱酸性を示す。この場合、空気バブリング流量は毎分０．４リットルである。
【００４１】
この空気バブリング処理に用いる脱炭酸用の空気としては、上述したように燃料電池セルスタック２０の空気極の高圧空気を用いることができ、追加の送風機（ブロア）は不用である。しかも、脱炭酸するドレイン排水は純水タンク４２に貯水する回収水に比して少量なので、脱炭酸用の空気の量も少量に抑制できるので装置の規模を小型にすることができる。
【００４２】
また、第２のｐＨ調整装置１３４は、円筒状又は直方体形状のタンクを含んで構成されている。このタンクの上部には、タンク中の水がオーバーフローして排出できるように排水配管１３８が接続されている。このように、第１のｐＨ調整装置１２２から配管１３０を通してドレイン排水を導入し、貯水したＰｈ値４．９３のドレイン排水に配管１３２を通して水道水を毎分２ｃｃの量で混合させて中和するように構成されている。混合した水道水は中性で且つ多くのミネラル成分を含有しており、第２のｐＨ調整装置１３４に貯水されたドレイン排水のｐＨ値は約６．６５の中性値に変化させる。第２のｐＨ調整装置１３４の排水配管１３８から系外排水系統１４０へ中和処理済みドレイン排水を排出する。このように、僅か毎分２ｃｃの量の水道水を配管１３２を通じてドレイン排水へ混合することによりドレイン排水のｐＨ値を増加させることができ、水道水でドレイン排水を希釈化するというよりも水道水に含まれるミネラル成分により中和させている。そして、水道水により中和したドレイン排水は外部の河川、下水等に放出しても影響を与えず、環境にやさしい排水処理を行うことができる。
【００４３】
上記水道水は、例えば、ｐＨ値７程度の中性を示すため、ｐＨ値４．３の酸性ドレイン水に混合させても単にドレイン水を希釈化させるだけで中和させることができないと考えることもできるが、本実施の形態では、総アルカリ度が１リッター当り約２８ｍｇ（２８ｍｇ／Ｌ）を有する水道水を使用することによりドレイン排水を中和させることができる。
【００４４】
ここで、総アルカリ度とは、水中に含有する炭酸水素塩、水酸化物、および炭酸塩等を中和するのに必要な酸の量に相当するアルカリ量を炭酸カルシウム（ＣａＣｏ３）のリッター当りの重量（ｍｇ／Ｌ）で表した度数であり、酸消費量と定義することもできる。
【００４５】
炭酸カルシウムを２価のアルカリと考えると、ｐＨ値４．３のドレイン排水を３０ｍｌ中和する場合、必要な水道水は２．７ｍｌとなる。すなわち、ドレイン排水に対して約１０分の１の水道水を用いるだけで中和させることができ、実験値とも合致する。
【００４６】
また、気泡を多く含む水道水の中和能力が低い理由は、水道水中で主に酸の中和に関わっている炭酸イオン（ＣＯ３２−）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）、炭酸（ＣＯ２）の反応に依存するからである。水道水（Ｈ２Ｏ）中の炭酸ガス（ＣＯ２）が気泡により減少すると水道水中のＨ２ＣＯ３が減少し、これを補うように炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）と水素イオン（Ｈ＋）が反応してＨ２ＣＯ３を生成する。この結果、水道水中の炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が減少する。これを補うように炭酸イオン（ＣＯ３２−）と水素イオン（Ｈ＋）が反応しＨ２ＣＯ３ーを生成するため、水道水のアルカリ度が低下するからである。
【００４７】
一方、炭酸カルシウムによるドレイン排水の中和処理では、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が水に溶解するとカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）に分離しイオン化する。炭酸カルシウムは水にほとんど溶解しないが、酸に対しては炭酸イオン（ＣＯ３２−）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）、炭酸（ＣＯ２）の反応により溶解する。また、バブリング処理により炭酸ガス（ＣＯ２）を水中から除去する水道水と同様にアルカリ度が低下する。
【００４８】
上述した水道水及び炭酸カルシウムによる中和は、炭酸塩緩衝と称し、ｐＨ値の調整を行う場合に用いられる。緩衝作用を用いるため、ｐＨ値が低い値に振れた場合はアルカリ度を低める反応を示しｐＨ値を上げる作用があり、ｐＨ値が高く振れた場合はアルカリ度を高める反応を示しｐＨ値を下げる作用がある。
【００４９】
次の数式１から数式３は水道水の中和能力に関する化学式である。数式４は炭酸カルシウムの中和能力に関する化学式である。数式３に示すように炭酸ガス（ＣＯ２）が減少するに伴い、数式２のＨ２ＣＯ３が減少する。このＨ２ＣＯ３を補うように数式２で示す左から右への反応が進む。この結果、ＨＣＯ３−が減少し、ＨＣＯ３−を補うように数式１で示す左から右への反応が起こるため、水道水のアルカリ度が減少する。また、数式４は、炭酸カルシウムを水に溶解させたときの化学反応式であり、酸に対しては数式１から３までに示すように溶解し酸との中和反応を生じる。
【数１】
2004172016.tif 000003
【数２】
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【数３】
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【数４】
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【００５０】
上記第１のｐＨ調整装置１２２に供給する空気の流量を毎分約０．４リットルとし、滴下するドレイン排水の量を毎分約３０ｃｃ程度に条件設定することにより上述したドレイン排水の脱炭酸処理を行うことができる。上記第２のｐＨ調整装置１３４に配管１３２を通じて供給する水道水の流量は、毎分約２ｃｃ程度でありドレイン排水の中和処理を実施することができる。従って例えば、水道水の量はドレイン排水の量に比して１０分の１以下でも良く、水道水１３２をドレイン排水と同量まで増加させることもできる。
【００５１】
さらに、第１のｐＨ調整装置１２２へ予め粒子状の炭酸カルシウムを投入し、ドレイン排水の中和処理を促進させてもよい。第１のｐＨ調整装置１２２のオーバフロー水位より上に設けられた中性塩の水溶液を投入する配管１２１から炭酸カルシウム等の中性塩の水溶液を緩衝溶液として混入させて、中和処理を促進させてもよい。上述したように、空気バブリング処理の後に中性塩の水溶液を混入する２段階の中和処理や、中性塩の水溶液を混入させた後に空気バブリング処理を施す２段階の中和処理を行うことができる。
【００５２】
図示するように、第１のｐＨ調整装置１２２により空気バブリング処理の後に、第２のｐＨ調整装置１３４により水道水混入処理を実行することもできるが、この工程の前後を組替えて、第２のｐＨ調整装置１３４により水道水混入処理の後に、第１のｐＨ調整装置１２２により空気バブリング処理若しくは中性塩の水溶液を混入させて中和処理を遂行することもできる。なお、第２のｐＨ調整装置１３４のオーバフロー水位より上に配管１２１を設けてドレイン排水中に中性塩の水溶液を投入し混合させることもできる。
【００５３】
例えば、改質ガス系に接続された凝縮器３０からの凝縮水にガラス電極法を用いてｐＨ濃度をリアルタイムに測定する。ｐＨ値が４．５未満の場合には空気バブリング処理を選択する。改質ガス系には炭酸ガスが多く含まれ、空気バブリング処理が有効に作用するためである。
【００５４】
図３は、本発明の第１の実施の形態によってｐＨ調整をしたドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。ドレイン排水中の窒素酸化物ＨＮＯ３やＨ２ＳＯ４等の酸性分を除去する中性塩を緩衝溶液としてドレイン排水に混合する中和処理を開始した時点１０５のドレイン排水のｐＨ値は、約４．２であり酸性を示しているが、中和処理が３分経過した時点１０６のドレイン排水のｐＨ値は、約４．８に達しており、ドレイン排水のｐＨ値が改善されている。同様に、中和処理を５分経過した時点１０７においてはドレイン排水のｐＨ値は、約５．０に近く、さらにドレイン排水のｐＨ値が改善されているが、環境に放出するのに適したｐＨ値５．６には達していない。
【００５５】
なお、本実施の形態で例示するｐＨ調整装置は、ｐＨ値が６乃至９の範囲を示す中性塩の水溶液を用いることができ、例えば、炭酸カルシウム等を使用することができる。
【００５６】
図４は、本発明の第２の実施の形態によってｐＨ調整をしたドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。本実施の形態では、酸性ドレイン排水を炭酸カルシウム等の中性塩で中和処理した後に、空気バブリング処理を施す２段階のｐＨ調整処理について説明をする。
【００５７】
中性塩を緩衝溶液としてドレイン排水に混合する中和処理を開始した時点１０８のドレイン排水のｐＨ値は、約４．２であり酸性を示し、中和処理が３分を経過した時点１０９のドレイン排水のｐＨ値は、約４．８に達し、中和処理が５分を経過した時点１１０においてはドレイン排水のｐＨ値は約５．０に近い。この時点で空気バブリング処理を開始して、急激にｐＨ値を増加させ中和させている。図中のｐＨ調整処理が９分経過した時点１１１ではドレイン排水のｐＨ値は、約７．０に達しており、ドレイン排水は中性を示している。
【００５８】
ここで、燃料電池発電システムのドレイン排水の量が微量でありその排水も間欠的に生じる場合を想定すると、本実施の形態で用いる中和剤の飽和溶液は中性のｐＨ値６から９の領域を示す薬品を用いることが望ましい。
【００５９】
図５は、本発明の第３の実施の形態によってｐＨ調整をしたドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。ｐＨ調整装置は、ドレイン排水を空気バブリング処理を実行し、その後、炭酸カルシウム等の中性塩を混入して中和処理をする。
【００６０】
ドレイン排水の空気バブリング処理を開始した時点１１２のドレイン排水のｐＨ値は、約４．２であり酸性を示し、空気バブリング処理が５分を経過した時点１１３のドレイン排水のｐＨ値は、約４．８に達し、空気バブリング処理が２３分を経過した時点１１４においてもドレイン排水のｐＨ値は約４．８の近傍である。この時点で中性塩の水溶液を混入する中和処理を開始する。この中性塩の混入処理により、ドレイン排水は急激にｐＨ値を増加させている。図中のｐＨ調整処理が２６分を経過した時点１１６ではドレイン排水のｐＨ値は約７．０を超え、中性を示している。
【００６１】
図６は、本発明の第４の実施の形態によってｐＨ調整をしたドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。ドレイン排水中の二酸化炭素を除去する空気バブリング処理を開始した時点１００のドレイン排水のｐＨ値は約４．４であり酸性を示している。
【００６２】
また、空気バブリング処理が７分を経過した時点１０２のドレイン排水のｐＨ値は約５．０に近くｐＨ値が改善されているが、河川、下水等の環境へ排水するレベルには達していない。同様に、空気バブリング処理を１０分経過した時点１０３や１５分を経過した時点１０４においてもドレイン排水のｐＨ値は約５．０に近くｐＨ値が改善されているが、環境にやさしい排水処理のレベルには達していない。なお、本実施の形態で例示するｐＨ調整装置は、ドレイン排水に空気を毎分０．１リットル接触させた場合のｐＨ値の変化を示すものである。
【００６３】
こうして、本発明の燃料電池発電システムによれば、純水タンク４２に回収された回収水のうち、系内で再使用されないドレイン排水中に溶存する炭酸ガス、窒素酸化物等の酸性成分を小規模な装置により除去し、低コストで連続的に効率良く中和処理して、環境に優しいドレイン排水を得ることができる。
【００６４】
尚、本発明の燃料電池発電システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜５記載の燃料電池発電システムによれば、ｐＨ値の低い酸性ドレイン排水を中和処理してから環境に放出し、環境に優しい燃料電池発電システムを提供する、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態である燃料電池発電システムの系統図である。
【図２】本発明の燃料電池発電システムに用いるｐＨ調整装置の系統図である。
【図３】第１の実施の形態によるドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。
【図４】第２の実施の形態によるドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。
【図５】第３の実施の形態によるドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。
【図６】第４の実施の形態によるドレイン排水のｐＨ調整時間とｐＨ値の相関図である。
【符号の説明】
１０      都市ガス
１２      改質ガス
１４      燃料処理装置
１６      空気
１８      燃料ガス
２０      燃料電池セルスタック
２４、３０、３６        凝縮器
４２      純水タンク
４４      ドレイン排水
４８      ポンプ
５０      電気
５２      空気
５４      燃焼装置
６０      ポンプ
６４      熱交換器
６８      貯湯槽
７０      ポンプ
１２２      ｐＨ調整装置
１２６      空気放出部
１２８      出口配管
１３２      水道水配管
１３２      ｐＨ調整装置
１３４      ｐＨ調整装置
１３８      出口配管
１４０      系外排水系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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