(57)【要約】【課題】燃料電池システム等に利用する水処理装置において、フィルター部位での閉塞によって安定な流量を長期にわたり確保するのが困難であった。【解決手段】水を貯えるタンク１１と、タンクから水をくみ出す水汲み出し手段１２ａ、１２ｂと、その汲み出された水を浄化するイオン交換手段１４と、水汲み出し手段１２ａ、１２ｂの上流側に配置され、タンク１１内に貯えられた水１６と接触しない状態で配置され、不純物を捕捉するフィルター１３とを備え、燃料電池発電装置１７で発生した凝縮水がフィルター１３を通過した後、前記タンク１１に貯えられる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯えるタンクと、
前記タンクから水をくみ出す水汲み出し手段と、
その汲み出された水を浄化するイオン交換手段と、
前記水汲み出し手段の上流側に配置され、前記タンク内に貯えられた水と接触しない状態で配置され、不純物を捕捉するフィルターとを備え、
燃料電池発電装置で発生した凝縮水が前記フィルターを通過した後、前記タンクに貯えられる水処理装置。
【請求項２】
前記イオン交換手段で浄化された水は、前記フィルタを通って前記タンクに貯えられる請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記イオン交換手段で浄化された水は、前記燃料電池発電装置で用いられた後、前記凝縮水となる請求項１記載の水処理装置。
【請求項４】
前記フィルタは前記タンクの内部に設けられている請求項１記載の水処理装置。
【請求項５】
前記フィルターは無機系の材料である請求項１記載の水処理装置。
【請求項６】
前記タンクの側面に余剰水排出用開口部が設けられ、前記タンクの底面から開口部最上部までの距離より、前記タンクの底面からフィルター最下部までの距離の方が長い請求項４記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システム等に利用する水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水処理装置はタンクに貯えられた水をポンプ等の水汲み上げ手段により汲み上げた後、イオン交換樹脂等のイオン交換装置を介してイオン成分を取り除き浄化処理するものである。このような水処理装置の一般的な構成を特開平９−１６１８３３号公報、特開平９−６３６１１号公報及び特開平７−２４８０００号公報を参酌し説明する。
【０００３】
図２は特開平９−１６１８３３号公報に開示された水処理装置を概略的に示した構成図である。図２において、貯水槽２１からポンプ２２で汲み上げられた水は有機材料で構成される中空糸製のフィルター２３を通し水の中に含まれる鉄屑等の不純物を取り除いた後、イオン交換装置２４を介して浄化される。
【０００４】
そして、イオン交換装置２４で浄化された水は、燃料電池発電装置１７で水素を発生させる水蒸気改質等に用いられる。燃料電池発電装置１７で発生した凝縮水は貯水槽２１に戻り、水２５として貯水槽２１に貯えられる。
【０００５】
図３は特開平９−６３６１１号公報に開示された水処理装置の概略を示した構成図である。
【０００６】
図３において、貯水槽３１からポンプ３２により汲み上げた水は水処理経路に浸入した菌を捕捉する目的で設けられた抗菌フィルター３３を通して抗菌処理された後、イオン交換式純水装置３４を介して浄化される。抗菌フィルター３３は抗菌剤を塗着した吸着剤を充填して構成される。
【０００７】
そして、イオン交換装置３４で浄化された水は、燃料電池発電装置１７で水素を発生させる水蒸気改質等に用いられる。燃料電池発電装置１７で発生した凝縮水は貯水槽３１に戻り、水３５として貯水槽３１に貯えられる。
【０００８】
図４は特開平７−２４８０００号公報に開示された水処理装置の概略を示した構成図である。
【０００９】
図４は、浄水場等への取水用の水処理装置であって、濁水を取水する際に用いるものである。
【００１０】
図４において、貯水槽４１の中にはポンプ４２ａの吸い込み口４２ｂが貯水槽４１の中の水４４に浸漬保持された状態で配置される。吸い込み口４２ｂには金属材料で構成されるストレーナー４３が配置される。貯水槽４１の水はストレーナー４３を介して、水の中に含まれる鉄屑等の不純物を取り除いた後、ポンプ４２ａの吸い込み口４２ｂから吸い上げられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した構成では、水処理経路において、（１）鉄屑によるポンプ部位での閉塞、（２）菌類の増殖によるフィルター部位での閉塞、（３）鉄錆等によるフィルター部位での閉塞が発生し、安定な流量を確保できないといった課題があった。
【００１２】
すなわち、図２や図３の構成では、燃料電池発電装置１７で発生した凝縮水が貯水槽２１に戻り、水２５として貯水槽２１に貯えられるため、水２５には鉄屑などの不純物を含んでしまう。この水をポンプ２２で汲み出すために、鉄屑によるポンプ２２での閉塞が起こり得る。
【００１３】
さらに、図２の構成では、フィルター２３は有機物で構成されているため水処理経路に進入した菌類の栄養源になり、菌類の繁殖によってフィルタ２３での閉塞を引き起こすことになる。
【００１４】
また、図３の構成では抗菌フィルター３３に用いられている粒子状の抗菌剤自体がフィルター部位での閉塞を引き起こす場合もある。
【００１５】
更に、図４の構成では金属材料で構成されるストレーナ４３をポンプ４２ａの吸い込み口に配置することにより上記したポンプ部位での閉塞は抑制できる。
【００１６】
しかしながら、貯水タンク内の水が酸性である場合には、金属性のストレーナー自体が酸化劣化することで鉄錆が発生し、この鉄錆がポンプ部位やストレーナー部位での閉塞を引き起こすことになる。また金属が金属イオンとして溶出した場合には、後段に設けたイオン交換装置の寿命を著しく低下させるという問題をも併発する。
【００１７】
本発明は、上記課題を考慮し、特に燃料電池等の酸性の水に利用した場合においても、鉄屑等の不純物や菌類の繁殖によって発生する水処理経路での閉塞を回避できる手段を提供し、長期にわたって安定な流量を確保し得る水処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、水を貯えるタンクと、
前記タンクから水をくみ出す水汲み出し手段と、
その汲み出された水を浄化するイオン交換手段と、
前記水汲み出し手段の上流側に配置され、前記タンク内に貯えられた水と接触しない状態で配置され、不純物を捕捉するフィルターとを備え、
燃料電池発電装置で発生した凝縮水が前記フィルターを通過した後、前記タンクに貯えられる水処理装置である。
【００１９】
また、第２の本発明は、前記イオン交換手段で浄化された水は、前記フィルタを通って前記タンクに貯えられる第１の本発明の水処理装置である。
【００２０】
また、第３の本発明は、前記イオン交換手段で浄化された水は、前記燃料電池発電装置で用いられた後、前記凝縮水となる第１の本発明の水処理装置である。
【００２１】
また、第４の本発明は、前記フィルタは前記タンクの内部に設けられている第１の本発明の水処理装置である。
【００２２】
また、第５の本発明は、前記フィルターは無機系の材料である第１の本発明の水処理装置である。
【００２３】
また、第６の本発明は、前記タンクの側面に余剰水排出用開口部が設けられ、前記タンクの底面から開口部最上部までの距離より、前記タンクの底面からフィルター最下部までの距離の方が長い第４の本発明の水処理装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の構成をその動作とともに図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を概略的に示した構成図である。
【００２５】
貯水タンク１１の内部において、フィルター１３が貯水タンク１１に保持した水１６とは接触しない状態で取りつけられている。また、貯水タンク１１の水中には水汲み出し手段としてのポンプ１２ａがその吸い込み口１２ｂが浸漬された状態で保持されている。
【００２６】
フィルター１３は無機系の材料で構成され、貯水タンク１１の側面には水面とフィルター１３の間に位置する高さの所に開口部１５が設けられている。この開口部１５は、貯水タンク１１に貯えられている水１６が増加した場合、その水１６を排出することにより、フィルタ１３の最下部まで水１６の水面が上昇することを防止するためのものである。
【００２７】
すなわち、貯水タンク１１の底面から開口部１５の最上部までの距離をＬ１とし、貯水タンク１１の底面からフィルター１３の最下部までの距離をＬ２とした場合、次の数１が成立する。
【００２８】
【数１】
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従って、貯水タンク１１内の水１６の水面が上昇した場合には、開口部１５から排出されるので、水１６の水面がフィルター１３の最下部まで到達することを防止することが出来る。
【００２９】
貯水タンク１１の中の水１６はポンプ１２ａによって汲み上げられた後、イオン交換装置１４に送られ浄化される。
【００３０】
イオン交換装置１４によって浄化された水は燃料電池発電装置１７で水蒸気改質等に用いられる。そして燃料電池発電装置１７で発生した凝縮水はフィルター１３を通って、貯水タンク１１内に戻り、貯水タンク１１内の水１６として貯えられる。
【００３１】
イオン交換装置１４で発生した凝縮水には鉄屑などの不純物が含まれるが、この凝縮水は、フィルタ１３を通過することにより、これらの不純物が取り除かれてから貯水タンク１１に水１６として貯えられる。
【００３２】
従って、ポンプ１２ａ、吸い込み口１２ｂ、イオン交換装置１４等の水処理経路における閉塞は回避され、長期にわたり安定な流量を確保できる水処理装置が実現できる。
【００３３】
これは以下の作用による。つまり鉄屑等の不純物は水汲み上げ手段としてのポンプの前段に設けたフィルターによって効率的に捕捉されるためポンプ部位での閉塞は発生しない。
【００３４】
また、フィルターは無機物で構成されているため水処理装置内に浸入した菌類の栄養分が存在しないために繁殖することなく水処理経路での閉塞は回避される。
【００３５】
更に、貯水タンク内において無機系のフィルターは水と非接触の状態で保持されているため酸化劣化することはなく、金属屑の発生は抑制され、水処理経路での閉塞は回避される。
【００３６】
なお、本実施の形態では、イオン交換装置１４で浄化された水が、燃料電池発電装置１７で使用されたのち、凝縮水として貯水タンク１１に戻るとして説明したが、これに限らず、イオン交換装置１４で浄化された水が再びフィルタ１３を通過して、貯水タンク１１に戻るような構成も可能である。この場合、燃料電池発電装置１７で水１６を使用するための水取りだし口を貯水タンク１１に別途設けておけばよい。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、フィルタ１３が貯水タンク１１の内部に設けられているとして説明したが、これに限らない。フィルタ１３を貯水タンク１１の外部に設けても構わない。
【００３８】
なお、本実施の形態の貯水タンク１１は本発明のタンクの例であり、本実施の形態のポンプ１２ａ及び吸い込み口１２ｂは本発明の水汲み出し手段の例である。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例にてより具体的に説明する。
【００４０】
（実施例１）
フィルターとして鉄製の金網（１５０メッシュ）を、イオン交換装置として混床式のイオン交換樹脂を、水汲み上げ手段としてポンプを準備し、図１の構成の水処理装置を作製した。ポンプの吐出口に圧力計と流量計を取りつけ、圧力損失と流量の経時変化を測定した。貯水タンクに水道水を供給しながら、貯水タンク内の水を浄化したが、５００００リットル処理した後にも圧力損失及び流量の変化はなく、長期にわたり安定した流量が確保できた。
【００４１】
尚、上記した実施例においてはフィルターに表面処理を施していないが、フィルター上面の水を効率よく浸透させるという観点から、フィルターの表面に親水処理を施してもよい。また、貯水タンクの開口部から出た水は再利用の観点から貯水タンクのフィルター上部から供給し水処理経路に戻して利用することが望ましいが、水処理経路に戻すことなく捨てても構わない。
【００４２】
（比較例１）
フィルターをナイロン製の有機系フィルターに代えた以外は実施例に記載したものと同じ構成で水処理装置を作製した。貯水タンクに水道水を供給しながら、貯水タンク内の水を浄化したが、５０００リットル処理した後、圧力損失は急激に上昇し、それに伴って流量は著しく低下した。フィルター部において多量の菌類が検出され、フィルターを栄養分として繁殖した菌類が水処理経路での閉塞の原因であることが解った。
【００４３】
（比較例２）
実施例１に記載したものと同じフィルターを用意し、貯水タンク内の水に浸漬した状態で使用した以外は実施例に記載したものと同じ構成で水処理装置を構成した。貯水タンクに水道水を供給しながら、貯水タンク内の水を浄化したが、５０００リットル処理した後、圧力損失は急激に上昇し、それに伴って流量は著しく低下した。フィルター部において多量の鉄屑が観測され、フィルターの酸化劣化による鉄屑が水処理経路での閉塞の原因であることが解った。
【００４４】
本発明の水処理装置は上記のように構成されており、水汲み上げ手段の部位やフィルター部位において、菌類や鉄屑等による閉塞を回避できるので、安定な流量を長期にわたり確保できる水処理装置が実現可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、特に燃料電池等の酸性の水に利用した場合においても、鉄屑等の不純物や菌類の繁殖によって発生する水処理経路での閉塞を回避できる手段を提供し、長期にわたって安定な流量を確保し得る水処理装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を概略的に示す構成図である。
【図２】従来の水処理装置を概略的に示す構成図である。
【図３】従来の水処理装置を概略的に示す構成図である。
【図４】従来の水処理装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１１　貯水タンク
１２ａ　ポンプ
１２ｂ　吸い込み口
１３　フィルター
１４　イオン交換装置
１５　開口部
１６　水
２１　貯湯槽
２２　ポンプ
２３　フィルター
２４　イオン交換装置
２５　水
３１　貯湯槽
３２　ポンプ
３３　抗菌フィルター
３４　イオン交換式純水装置
３５　水
４１　貯湯槽
４２ａ　ポンプ
４２ｂ　吸い込み口
４３　ストレーナー
４４　水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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