(57)【要約】【課題】浄水インフラ及び電力インフラの双方が整っていない地域において、容易、効率的且つ安価に浄水及び電力を供給するためのシステムを提供すること。【解決手段】正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する、浄水及び電力を供給するためのシステムであって、前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うことを特徴とする、前記システム。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する、浄水及び電力を供給するためのシステムであって、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うことを特徴とする、前記システム。
【請求項２】
前記熱交換が、
前記正浸透浄水ユニットから供給される浄水を前記燃料電池ユニットの冷却水として使用すること、及び
前記燃料電池ユニットを冷却した後の浄水を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱交換が、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間を循環する熱媒を用いて、
前記燃料電池ユニットから発生する熱を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記正浸透浄水ユニットの駆動電力が、前記燃料電池ユニットから供給される電力である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記正浸透浄水ユニットが、
浄化するべき原水が流通する供給側領域とドロー溶液が流通する引き抜き側領域とが半透膜を介して隣接する正浸透抽出部、及び
抽出後のドロー溶液から溶質を除去して浄水を分離回収する分離回収部
を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記正浸透浄水ユニットにおけるドロー溶液の溶質が、ジオール（共）重合体から成る溶質、及び揮発性カチオン源と揮発性アニオン源との組み合わせから成る溶質から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記燃料電池ユニットが、
原料ガスを改質して水素を発生する改質器、及び
前記改質器から供給される水素と、空気と、の反応により発電を行う燃料電池
を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記燃料電池が、固体高分子型燃料電池又は固体酸化物型燃料電池である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有するシステムを使用して浄水及び電力を供給するための方法であって、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行う
ことを特徴とする、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水及び電力を供給するためのシステム及び方法に関する。詳しくは、浄水、発電設備等の基本的なインフラが整っていない僻地、未開地、新興国等において、容易、効率的、且つ安価に浄水及び電力を供給するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水及び電力は、人が健康で文化的な生活を送るために重要である。特に医療現場においては、水は薬剤の調製、清潔の確保等のために；電力は照明、医療機器の動力源等として、それぞれ必須である。
生活のための基本的な設備が整っていない地域においては、水は例えば逆浸透膜を用いた海水の淡水化等により；電力は例えばディーゼル発電等により、それぞれ製造している。ここで、逆浸透膜を用いる浄水の製造では、送水ポンプの駆動電力の他に、逆浸透の駆動源となる圧力差を創出するために多大の電力を要するから、その浄水製造コストは決して安価なものではない。また、ディーゼル発電は、効率に欠けるとともに、化石燃料を使用している点で地球環境に対する負荷も大きい。
【０００３】
浄水の製造方法としては、前記の逆浸透膜を用いる方法の他、正浸透技術が知られている（特許文献１、２等）。正浸透技術は、浄化すべき原水を、水と分離可能な溶質を高濃度で含有するドロー溶液と半透膜を介して接触させ、前記原水中の水のみを前記ドロー溶液中に抽出した後に、ドロー溶液から溶質を除去することによって、浄水を得る技術である。正浸透技術を用いる浄水システムにおいては、原水からドロー溶液への水の抽出は浸透圧差によって駆動されるから、人為的な圧力差を創出するための電力は不要である。しかしながら、このような浄水技術は、インフラの整った地域（先進国、都市部等）においてはメリットが少ない。
【０００４】
一方、電力の製造方法として、燃料電池が知られている（例えば特許文献３、４等）。燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって生ずる電力を取り出す技術である。前記水素は原料ガス（例えば液化石油ガス、天然ガス等）の改質によって得ることができ、前記酸素は空気中から得ることができる。
燃料電池としては、例えば固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等が知られている。燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いる場合、７０〜１００℃程度の駆動温度を維持する必要がある。ここで、燃料電池反応は発熱反応である他、電池内の各種抵抗成分によっても熱を生ずるから、固体高分子型燃料電池を駆動させる時には冷却が必要となる。一方、固体酸化物型燃料電池の場合には、７００〜１，０００℃程度の高温稼働が前提であるため冷却は不要であるが、電池駆動によって生ずる熱を取り出して利用しないと、前記ディーゼル発電に比較した場合の効率面のメリットが希薄となる。
【０００５】
固体高分子型燃料電池の冷却用の冷媒、及び固体酸化物型燃料電池から熱を回収するための熱媒としては、通常、水が使用され、発生した熱は温水として回収される。ここで使用される冷却水は、配管内におけるファウリングの発生を可及的に抑制する要請から、浄水である必要がある。
なお、本明細書において「冷却」という用語は、以下、固体酸化物型燃料電池からの熱回収を含めた概念として使用される。
燃料電池は、環境的にクリーンな発電が可能である。しかしながら、発電容量が比較的小さいため、都市部における基幹的な発電設備としては不足である。例えば我が国における燃料電池は、電気自動車の駆動用電源、家庭用補助電源等の小規模利用がなされているに過ぎない。一方、電力インフラが整っていない地域（例えば新興国）では、燃料電池であっても、家庭用電源としての用途の他、例えば医療設備における主電源として十分に検討に値する容量を有する。しかしながら、燃料電池の駆動のために必要な冷却用浄水を安価に入手・供給することは、新興国においては容易ではない。
【０００６】
更に、従来から浄水インフラ及び電力インフラは、それぞれ別々の事業者によって開発・供給されてきた経緯がある。両事業者間に積極的な協力体制はなく、従って従来技術において浄水及び電力をセットで供給しようとする意識は希薄である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１４−５１２９５１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０７８４１５号パンフレット
【特許文献３】特開２０１３−１０１８２２号公報
【特許文献４】特開２０１４−８６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記の現状を打開しようとしてなされたものである。
本発明の目的は、浄水インフラ及び電力インフラの双方が整っていない地域において、容易、効率的、且つ安価に浄水及び電力を供給するためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記の目的を達成すべく、検討を進めた。
本発明者らは、
正浸透システムによって得られる浄水の一部を、燃料電池の冷却用浄水として利用できること；及び
正浸透システムと燃料電池との間で熱交換が可能であること
に着目して調査・研究を行ったところ、正浸透システムと燃料電池とを有機的に結合することにより、他のインフラ設備から離隔した独立のシステムとして、浄水及び電力を同時に供給可能となることを見出し、本発明に至った。また、正浸透による浄水システムが比較的小さな電力で駆動可能であることも、本発明の実施に際しての有利な条件である。
【００１０】
本発明は、以下の態様に具体化される。
［１］
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する、浄水及び電力を供給するためのシステムであって、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うことを特徴とする、前記システム。
【００１１】
［２］
前記熱交換が、
前記正浸透浄水ユニットから供給される浄水を前記燃料電池ユニットの冷却水として使用すること、及び
前記燃料電池ユニットを冷却した後の浄水を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われる、［１］に記載のシステム。
【００１２】
［３］
前記熱交換が、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間を循環する熱媒を用いて、
前記燃料電池ユニットから発生する熱を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われる、［１］に記載のシステム。
【００１３】
［４］
前記正浸透浄水ユニットの駆動電力が、前記燃料電池ユニットから供給される電力である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のシステム。
【００１４】
［５］
前記正浸透浄水ユニットが、
浄化するべき原水が流通する供給側領域とドロー溶液が流通する引き抜き側領域とが半透膜を介して隣接する正浸透抽出部、及び
抽出後のドロー溶液から溶質を除去して浄水を分離回収する分離回収部
を有する、［１］に記載のシステム。
【００１５】
［６］
前記正浸透浄水ユニットにおけるドロー溶液の溶質が、ジオール（共）重合体から成る溶質、及び揮発性カチオン源と揮発性アニオン源との組み合わせから成る溶質から選択される、［１］〜［５］のいずれか一項に記載のシステム。
【００１６】
［７］
前記燃料電池ユニットが、
原料ガスを改質して水素を発生する改質器、及び
前記改質器から供給される水素と、空気と、の反応により発電を行う燃料電池
を有する、［１］に記載のシステム。
【００１７】
［８］
前記燃料電池が、固体高分子型燃料電池又は固体酸化物型燃料電池である、［７］に記載のシステム。
【００１８】
［９］
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有するシステムを使用して浄水及び電力を供給するための方法であって、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うこと
を特徴とする、前記方法。
【発明の効果】
【００１９】
正浸透システムにより製造される浄水の一部を燃料電池の熱回収用浄水として利用することにより、浄水インフラを持たない地域においても燃料電池を効率良く稼働することが可能となる。また、燃料電池から温水の形態で回収された熱を正浸透システムの熱源として利用することにより、システム全体の稼働コストが重畳的に低廉化される。
更に、正浸透システムは比較的小さな電力で駆動することができるから、燃料電池が発電した電力の一部を正浸透システムに流用したとしても、得られた電力の大部分は、例えば新興国における家庭用電源、医療設備の主電源等として利用可能である。
そして、本発明のシステム及び方法は、他のインフラ設備から離隔した独立のシステムとして稼働して、浄水及び電力を供給することができる。従って、該システム及び方法は、浄水、発電設備等の基本的なインフラが整っていない僻地、未開地、新興国等における給水・給電に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態におけるシステムの一形態についての動作原理を説明するための概略図。
【図２】本実施の形態におけるシステムの別の形態についての動作原理を説明するための概略図。
【図３】本実施の形態におけるシステムの一態様を示す概略図。
【図４】本実施の別の形態におけるシステムの一態様を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のシステムは、
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する、浄水及び電力を供給するためのシステムであって、
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うこと
を特徴とする。
【００２２】
＜正浸透浄水ユニット＞
本実施の形態における正浸透浄水ユニットは、浄化するべき原水が流通する供給側領域と、ドロー溶液が流通する引き抜き側領域と、が半透膜を介して隣接する正浸透抽出部、及び
抽出後のドロー溶液から溶質を除去して浄水を分離回収する分離回収部
を有する。
前記の浄化するべき原水としては、例えば海水、汽水、排水、汚染水、低質水道水、及びその他の水溶液であることができる。
以下、正浸透浄水ユニットに関連するドロー溶液、半透膜、及び分離回収部について説明する。
【００２３】
［ドロー溶液］
本実施の形態で用いられるドロー溶液は、水と分離可能な溶質を高濃度で含有する。溶質は、水に高濃度で溶解することが可能であるとともに、原水から水を抽出した後には容易に水から分離できることを要する。ここでいう「分離」とは、溶液から気体として離脱することによる分離、溶液が多層化することによる分離、固体として析出することによる分離、化学結合の形成によって拘束されることによる分離等のいずれであってもよい。
従って、本実施の形態で用いられる溶質としては、溶解度の温度依存性が大きい溶質、温度変化によって拘束・遊離状態が相互に変換し得る溶質、低温においてガス化する溶質、ｐＨ変化による溶解度の差が大きい溶質、磁気の印加によって分離可能な溶質等を例示することができる。
本実施の形態においては、燃料電池から回収された熱を利用することが可能であること；及び
後述の分離回収部による溶質回収の場面におけるハンドリング性
等の観点から、溶解度の温度依存性が大きい溶質、低温においてガス化する溶質、又は温度変化によって拘束・遊離状態が相互に変換し得る溶質を使用することが好ましい。このような溶質の具体例としては、例えば以下の溶質を挙げることができる。
【００２４】
溶解度の温度依存性が大きい溶質としては、例えばジオール（共）重合体を挙げることができる。ジオール（共）重合体としては、例えば１，２−エタンジオール（エチレングリコール）、１，２−プロパンジオール（プロピレングリコール）、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、1，3−ブタンジオール、1，4−ブタンジオール、2，3−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，３−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，３−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−ヘプタンジオール、１，７−ヘプタンジオール、３，４−ヘプタンジオール、ジエチレングリコール、及びネオペンチルグリコールから成る群より選択されるジオールの単独重合体、並びに、これらジオールの２種以上の共重合体を例示することができる。これらのうち、プロピレングリコールの単独重合体、又はエチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体が好ましい。後者の場合、共重合の形式は、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等の他、これらの組み合わせであってもよい。
【００２５】
ジオール（共）重合体について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは５００〜１０，０００であり、より好ましくは５００〜５，０００であり、特に５００〜３，０００であることが好ましい。このような分子量のジオール（共）重合体は水に対する溶解度が高いから、本実施の形態において好適に使用できる高い浸透圧を示すドロー溶液を容易に調製することができる点で、好ましい。
【００２６】
これらのジオール（共）重合体は、低温においては高い水溶性を有するが、高温では水溶性が著しく下がり、水から分離して油滴を形成する。従って、原水から水を抽出した後のドロー溶液を加熱することによって、ジオール（共）重合体を分離し、浄水のみを容易に回収することが可能となる。
【００２７】
低温においてガス化する溶質としては、例えば、揮発性カチオン源と、揮発性アニオン源と、の組み合わせから成る溶質を挙げることができる。前記揮発性カチオン源としては、例えばＮＨ３、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ３−Ｎ（ここで、Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基である。）等を；
前記揮発性アニオン源としては、例えばＣＯ２、Ｈ２Ｓ等を、
それぞれ挙げることができる。
これらの揮発性溶質の組み合わせは、低温においてはカチオン−アニオン対から成る塩を形成して水に高濃度で溶解するが、高温では元の揮発性ガスに戻る。従って、原水から水を抽出した後のドロー溶液を加熱することによって、これらの揮発性ガスを分離し、浄水のみを容易に回収することが可能となる。
【００２８】
温度変化によって拘束・遊離状態が相互に変換し得る溶質としては、例えばジエン化合物等を挙げることができる。ジエン化合物は、高温においては遊離状態で溶媒中に溶解しているが、低温においてはジエノフィル（ｄｉｅｎｏｐｈｉｌｅ、親ジエン体）との間のディールスアルダー反応によって新規な結合を形成する。従って、ジエノフィルを適当な担体に担持した状態でジエン化合物と接触させることにより、ドロー溶液から該ジエン化合物を除去することができる。また、この反応は可逆であり、系を高温とすることによってジエン化合物が遊離するから、容易にドロー溶液を再生することができる。
このようなジエン化合物としては、例えばシクロペンタジエン等を；
前記ジエノフィルとしては、例えばマレイン酸等を；
前記担体としては、例えばシリカ等を、それぞれ挙げることができる。
【００２９】
本実施の形態で用いられるドロー溶液は、低温において溶質を高濃度で含有する溶液であって高温において溶液から溶質が除去される方が、高温において高濃度溶液であって低温において溶液から溶質が除去されるよりも有利である。その理由は、このような溶質は相転移によって溶解度が変化するため、溶質の分離点が明確に表れ、従ってドロー溶液からの溶質の分離が容易且つ確実・完全に行われ得るからである。このような理由により、本実施の形態で用いられるドロー溶液の溶質としては、上記のうち、溶解度の温度依存性が大きく、ただし、低温における溶解性の方が大きい溶質、又は低温においてガス化する溶質であることが好ましい。
本実施の形態で用いられるドロー溶液は、上記のような溶質以外に、例えばｐＨ調整剤、粘度調整剤、色素、防かび剤、防錆剤等のその他の成分を更に含有していてもよい。しかしながら、得られる浄水の純度を可及的に向上するためには、これらその他の成分を含有しないことが好ましい。
【００３０】
本実施の形態で用いられるドロー溶液の浸透圧は、水の抽出能力及び抽出速度を高くするとの観点から、抽出温度（例えば２５℃）において、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。一方で、浸透圧を半透膜が耐え得る範囲に抑制するために、抽出温度において、２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。ドロー溶液の浸透圧の範囲は、３０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２とすることがより好ましく、特に５０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２とすることが好ましい。
このような浸透圧を示すための溶質濃度は、溶質が例えば揮発性カチオン源と揮発性アニオン源との組み合わせから成る場合には、ｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆ式を用いる計算により、容易に求めることができる。溶質がジオール（共）重合体である場合、ドロー溶液の浸透圧は、重合体の構造及び分子量に依存して広い範囲の値を採りうる。しかしながらこの場合の適当な溶質濃度は、当業者による少しの予備実験により、容易に決定することができる。
【００３１】
［半透膜］
本実施の形態で用いられる半透膜は、例えば酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、芳香族スルホン、ポリベンゾイミダゾール、グラフェン等から成る膜であることができる。これらの半透膜は、親水性のイオン（例えばスルホン酸イオン等）によって修飾されていてもよい。
半透膜の形状としては、例えば平膜、スパイラル型平膜、中空糸膜等の適宜の形状であることができる。
半透膜は、適宜のモジュールに収納された状態で使用されることが好ましい。ここで使用されるモジュールとしては、例えば円筒形モジュール、かせ型モジュール、スタック型モジュール等を挙げることができる。
【００３２】
［分離回収部］
本実施の形態における分離回収部は、抽出後のドロー溶液から、浄水と溶質とを分離する機能を有する。
供給された原水から水を抽出した後の水リッチドロー溶液は、後述のように昇温された状態で分離回収部に供給される。昇温によってドロー溶液中の溶質は水溶性が著しく減じるから、供給液中の溶質は分離回収部内で溶液から分離する。ここで、溶質が例えばジオール（共）重合体である場合には、供給液は、溶質を実質的に含有しない水リッチな部分と、溶質を高濃度で含有する溶質リッチな部分と、が分散した状態となる。溶質が、例えば揮発性カチオン源と揮発性アニオン源とから成る場合には、昇温によって溶質は気化して、溶液から離脱する。
そこで、適当な分離回収手段により、溶質リッチな部分を（必要に応じてこれを凝集させたうえで）水リッチな部分と分離することにより、溶質及び（粗）浄水を、それぞれ回収することができる。
【００３３】
分離回収部における分離回収手段としては、例えば分離槽、コアレッサ、遠心分離器、ナノフィルター等を挙げることができる。
分離槽は、浄水と溶質とを比重差により分離する機能を有する。この分離槽は、供給液が溶質リッチ層と（粗）浄水層とに分離し、各層からの流れを生成するような大きさ及び滞留時間を持つタンクであることが好ましい。
コアレッサは、溶液から分離した溶質リッチな部分が層を形成して明確な２層をなすに至らない状態を示す場合に好ましく使用される。このような状態としては、例えば、溶質リッチな部分が（粗）浄水中に油滴として分散している状態等を挙げることができる。コアレッサとしては、溶質リッチな小滴を、（粗）浄水から分離した層を形成する程度に成長させるための油分分離フィルター（例えばガラス製のクロス、不織布等）を内包したタンク、チューブ等であることができる。このコアレッサは、水リッチドロー溶液から溶質を分離して、溶質リッチ流と（粗）浄水流とを生成するような大きさ及び滞留時間を持つように設計される。
遠心分離器は、溶質がドロー溶液から固体として析出する場合に好ましく使用される。
【００３４】
前記ナノフィルターは、例えば孔径５〜５０ｎｍの微細孔を有するフィルターから成ることが好ましい。このようなフィルターは、通過する水溶液中の溶質を捕捉して、水だけを通過させることができる。
分離回収手段としては、前記のうちのいずれか１種のみを使用してもよいし、２種以上を接続して使用してもよい。同種の分離回収手段は、１個だけを使用してもよいし、２個以上を接続して使用してもよい。複数の分離回収手段を接続して使用する場合には、直列及び並列のどちらであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。
本実施形態の正浸透浄水ユニットにおける分離回収手段としては、溶質リッチな部分の分離の状態に応じて、分離槽、コアレッサ、及び遠心分離器のいずれかを使用するか、或いはこれらのいずれかとナノフィルターとを直列に接続して使用することが好ましい。
【００３５】
［正浸透浄水ユニットの規模］
正浸透浄水ユニットにおける浄水の規模は、前記半透膜の面積によって概ね定まる。
ここで、一般的に先進的な生活をするために必要な浄水の量は、１日１世帯当たり約３００Ｌと概算されている。この量の浄水を確保するためには、１世帯当たり３０Ｌ／時間の浄水規模を要する。
本実施形態のシステムの利益を享受する地域単位の世帯数を１〜２０世帯程度と見積もると、浄水規模として３０〜６００Ｌ／時間の能力を要することとなる。また、病院使用については、本実施形態のシステムの設置が想定される地域における病院の規模を考慮すると、標準世帯の５〜１０世帯程度に相当する浄水を要すると思われるから、その浄水規模は前記の範囲に包含される。前記の規模の浄水を可能とするための半透膜の面積は、５０〜２，０００ｍ２程度と計算できる。本実施形態の正浸透浄水ユニットにおけるより好ましい半透膜の面積として、例えば８０〜１，０００ｍ２との数値範囲を例示することができる。しかしながら、所望の浄水規模に対応する半透膜の面積については、ドロー溶液及び半透膜それぞれの性能、及び両者の相性、並びに浄化すべき原水の水質レベル（例えば塩濃度）等の寄与が大きいから、上記の数値範囲に限定されるものではない。
【００３６】
＜燃料電池ユニット＞
本実施の形態における燃料電池ユニットは、
原料ガスを改質して水素を発生する改質器、及び
前記改質器から供給される水素と、空気と、の反応により発電を行う燃料電池
を有する。これら以外に、例えば脱硫器、加湿器、選択酸化器等を更に有していてもよい。
【００３７】
［改質器］
改質器は、原料ガスを改質して水素を発生する機能を有する。
原料ガスとしては、例えばメタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス、一酸化炭素ガス、石炭ガス、天然ガス、バイオガス、メタノール、エタノール等を使用することができる。これらのうち、メタンガスは都市ガスとして、その他の液化石油ガスはボンベの充填された形態で、それぞれ供給される。
このような原料ガスを改質するには、例えば水蒸気改質、部分酸化改質、オートサーマル改質、熱分解等の適宜の方法によることができる。
前記水蒸気改質は、原料ガスと水蒸気とを適当な触媒上に供給することにより、行われる。改質触媒としては、例えばニッケル、ニッケル−カリウム、貴金属（例えば白金、ロジウム、ルテニウム等）等を、適当な担体（例えばアルミナ等）に担持した触媒を挙げることができる。作動温度は、例えば７００〜１，２００℃とすることができる。
【００３８】
前記部分酸化改質は、原料ガスを適当量の酸素（空気）とともに無触媒で高温（例えば１，２００〜１，５００℃）に加熱することによって行われる。
前記オートサーマル改質は、原料ガスと水蒸気と酸化剤（酸素、空気等）とを適当な触媒上に供給することにより、行われる。この場合の触媒としては、例えばニッケル、貴金属（例えば白金、ロジウム等）等を、適当な担体（例えばアルミナ、ジルコニア、セリア等、或いはこれらの複数から成る固溶体等）に担持した触媒を挙げることができる。作動温度は、例えば１５０〜４００℃とすることができる。
このような改質を行う改質器は、１個のみを使用してもよいし、或いは複数個を並列又は直列に接続して使用してもよい。
【００３９】
［燃料電池］
本実施の形態における燃料電池は、前記の改質器から供給される水素と、酸素と、の反応により発電を行う機能を有する。この燃料電池は、
前記の改質器によって発生した水素が供給されるアノードと、
酸素が供給されるカソードと、
前記アノード及びカソードに挟持された電解質と、
を有する。前記の酸素は、空気として供給されてもよい。
本実施の形態における燃料電池は、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、アルカリ燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等の適宜の方式であることができる。これらのうち、発電量、メンテナンスの容易性、作動温度等の観点から、固体高分子型燃料電池又は固体酸化物型燃料電池を使用することが好ましい。
【００４０】
前記固体高分子型燃料電池は、電解質としてイオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）を用いる燃料電池である。本実施の態様における固体高分子型燃料電池の電解質としては、例えばスルホン化されたフッ素系ポリマー等が好ましい。具体的には、例えばスルホン化ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
固体高分子型燃料電池のアノードとしては、例えばカーボンブラック上に、白金触媒、又はルテニウム−白金合金触媒を担持したものを；
カソードとしては、例えばカーボンブラック上に白金触媒を担持したものを
それぞれ用いることができる。
固体高分子型燃料電池の作動温度としては、電池の耐久性の観点から比較的低温に設定することが好ましく、例えば７０〜１００℃とすることができ、好ましくは８０〜９０℃である。固体高分子型燃料電池をこのような温度範囲において作動させることにより、高い発電効率と、浄水・電力供給システム全体としての高い熱効率を同時に実現することができ、好ましい。
【００４１】
前記固体酸化物型燃料電池は、電解質としてイオン伝導性セラミクスを用いる燃料電池である。本実施の態様における固体酸化物型燃料電池の電解質としては、例えば安定化ジルコニア、ペロブスカイト等を挙げることができる。
固体酸化物型燃料電池のアノードとしては、例えばジルコニアサーメット（金属成分は好ましくはニッケル）等を；
カソードとしては、例えば貴金属（例えば白金等）、電子伝導性酸化物、電子・イオン伝導性セラミクス（例えばストロンチウムをドープしたランタン−マンガン複合酸化物等）を、それぞれ挙げることができる。
固体酸化物型燃料電池の作動温度は、好ましくは８００〜１，０００℃であり、より好ましくは８００〜９００℃である。
【００４２】
本実施の形態において、燃料電池は、単セルとして使用してもよいし、或いは例えばバイポーラープレートの複数を積層して成るスタックとして使用してもよい。
単セルの起電力は、固体高分子型燃料電池の場合約０．７５Ｖであり、固体酸化物型燃料電池の場合約０．８Ｖである。本実施の形態の用途においては、１５〜１００Ｖ程度の起電力が必要となることが想定されるため、２０〜１２０個程度のバイポーラープレートを積層したスタックとして使用することが好ましい。
燃料電池は、適当なマニホールド内に収納された状態で使用されることが好ましい。
【００４３】
［脱硫器］
前記した原料ガスのうち、天然由来のものは有機硫黄化合物を含有している場合がある。有機硫黄化合物は、燃料電池の触媒毒として働くことが多い。従って、燃料電池ユニットが脱硫器を備えることには意味がある。原料ガスが有機硫黄化合物を含有している場合には、前記の改質器による処理に先立って、或いは改質器による処理の後に、脱硫器によって脱硫処理されることが好ましい。
脱硫は、適当な触媒の存在下における水素化脱硫反応によって有機硫黄化合物を硫化水素に変換した後、該硫化水素を適当な吸収剤に吸収させて除去する方法によることが好ましい。水素化脱硫触媒としては、例えばニッケル−モリブデン複合酸化物、コバルト−モリブデン複合酸化物等を；
吸収剤としては、例えば酸化亜鉛等を、それぞれ挙げることができる。
【００４４】
［燃料電池ユニットの規模］
燃料電池ユニットにおける発電量の規模は、電力量（単位：Ｗｈ）で表される。
ここで、新興国における電力の必要量は、１日１世帯当たり約３００〜４００Ｗｈと見積もられている。
本実施の形態によるシステムを新興国に適用する場合、その発電量を設定する際には、新興国における以下の電力事情が考慮されるべきである。即ち、新興国の電力事情は；
（１）もともとの発電能力の絶対量が少ないこと、
（２）電力需要が多く、電力の供給が追い付かないこと、及び
（３）発電してもグリッド（電力配送システム）が脆弱であるため、効率よく送電できないこと
を特徴とする。
【００４５】
上記の理由より、電力の需給バランスが崩れ易く、従って停電が起こり易い。特に夏場は、電力需要が増大し、頻繁に長時間停電する傾向がある。新興国における停電時の対策としては、停電が復活するまで待つか、或いは電力を別ルートから得ることによっている。富裕層は、一般送電以外の電力源を持つことは可能であるが、この場合であっても、扇風機及び照明用の補助電源として鉛蓄電池を保有するにすぎない。
本実施形態のシステムは、既存の配電グリッドに頼らずに、供給が比較的安定している燃料ガスを原料とした分散発電が可能である点で優れている。そのため、一般家庭のみならず、電力を安定的に受けるべき例えば病院等に対しても、必要量の電力を安定的に供給できるのである。
【００４６】
本実施形態のシステムは、独立した戸建住宅であっても、戸建住宅がある程度集まったコニュニティーであっても、世帯が数家族集まったアパートメントであっても、発電及び浄水の必要量に合わせて規模を選択して設置すればよい。例えば、本実施形態のシステムの利益を享受する地域単位の世帯数を１〜２０世帯程度と見積もると、発電量の規模として３００〜８，０００Ｗｈ／日の能力を要することとなる。病院使用については、本実施形態のシステムの設置が想定される地域における病院の規模を考慮すると、その必要電力は標準世帯の５〜１０世帯分程度と考えられるから、前記の範囲に包含される。発電規模は、好ましくは５００〜３，０００Ｗｈ／日である。
【００４７】
＜正浸透浄水ユニットの規模と燃料電池ユニットの規模との組み合わせ＞
正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとは、これらの規模が授受する熱量の点で適合する組み合わせを選択することが好ましい。即ち、正浸透浄水ユニットは、燃料電池ユニットを十分に冷却し得る程度には大きい必要がある反面、燃料電池ユニットからの熱によって稼働し得る程度には小さい必要がある。
以下に、両者の好ましい組み合わせについて、稼働温度が異なる固体高分子型燃料電池の場合と固体酸化物型燃料電池の場合とに分けて、順に説明する。
燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いる場合、その発電能力は、正浸透浄水ユニットの浄水生産量１Ｌに対する燃料電池の発電量として、５０Ｗ以上とすることが好ましく、１，２００〜１，８００Ｗとすることがより好ましい。この場合、浄水１ｍ３当たりの発電量は、４０〜６０ｋＷｈ程度になる。
【００４８】
一方、燃料電池として固体酸化物型燃料電池を用いる場合、燃料電池ユニットの冷却は本来的に不要であるからこれと適合する正浸透浄水ユニットの規模を、冷却能力基準で考える必要はない。また、固体酸化物型燃料電池の稼働温度は十分に高いから、前記した能力（規模）の範囲内の正浸透浄水ユニット及び燃料電池ユニットの組み合わせであれば、前者の稼働に必要な熱量は確実に確保される。従ってこの場合には、燃料電池ユニットの規模を、正浸透浄水ユニットの耐熱性の観点からのみ考えれば足りる。正浸透浄水ユニットの耐熱温度は、一般には２００℃程度であるから、熱授受後の正浸透浄水ユニットがこの温度に至らない程度の組み合わせを採用することが好ましい。
【００４９】
＜本実施の形態におけるシステム＞
本実施の形態におけるシステムは、上記のような各ユニットを具備する。しかしこれら以外に、所定のポンプ、熱交換器等を具備すべきことは、当業者には自明であろう。
本実施の形態におけるシステムは、これら以外に、任意的にその他のユニットを更に有していてもよい。
前記その他のユニットとしては、例えば
供給される原水から水不溶性の固形分を除去するための濾過機、
抽出後の水リッチなドロー溶液を一時的に貯蔵しておくためのドロー溶液タンク、
得られた浄水を一時的に貯蔵しておくための貯水タンク、
熱交換器の熱量では温度が不足する場合に補助的に使用される追加加熱器、
発電された電力を所望の態様に調整するためのパワーコンディショナー（例えばＤＣ−ＤＣ昇電器、ＤＣ−ＡＣ変換器等）、
システムの動作状態を示す表示灯
等を挙げることができる。
【００５０】
前記濾過機は、供給される原水から、正浸透浄水ユニットの稼働を阻害する水不溶性の固形分を除去するために用いられる。この濾過機としては、例えば０．０１〜１μｍ程度の孔径を有するフィルターユニットであることが好ましい。フィルターユニットは、孔径の異なる複数種類のもの、又は孔径の同じ複数個のものを、直列又は並列に接続して使用してもよい。フィルターの閉塞する頻度を減少し、メンテナンスを容易化するためには、孔径の大きいフィルター、及び孔径の小さいフィルターを、この順で直列に接続して使用することが好ましく；
原水の流通量を確保するためには、孔径の同じフィルターの複数を並列に接続して使用することが好ましい。
前記追加加熱器は、安価なガスによって駆動するタイプであることが好ましい。このガスとしては、燃料電池ユニットに供給される原料ガスと同じものを使用することができる。
【００５１】
＜本実施の形態におけるシステムの動作原理＞
本実施の形態におけるシステムは、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとが相互補完的に共働する。具体的には、前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間で熱交換を行うことを特徴とする。好ましくは更に、前記正浸透浄水ユニットの駆動電力は、前記燃料電池ユニットから供給される電力である。
前記の熱交換は、
前記正浸透浄水ユニットから供給される浄水を、前記燃料電池ユニットの冷却水として使用すること、及び
前記燃料電池ユニットを冷却した後の浄水を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われるか、或いは
前記正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間を循環する熱媒を用いて、
前記燃料電池ユニットから発生した熱を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用すること
によって行われる。
【００５２】
本実施の一態様における燃料電池ユニットの冷却水は、前記正浸透浄水ユニットから供給される浄水であることができる。冷却用の浄水としては、ドロー溶液の溶質分離温度に加熱された後、コアレッサから得られた浄水を使用することが好ましい。この浄水は、配管からの放熱による自然放冷以外の冷却処理が施されていないから、前記溶媒分離温度から若干低い温度を示す。しかし、本実施の形態における好ましい溶質を使用した場合、溶媒分離温度は６５〜８０℃程度である、一方、燃料電池の駆動温度は、固体高分子型燃料電池の場合は好ましくは８０〜１００℃程度、固体酸化物型燃料電池の場合には８００〜１，０００℃程度である。従って、前記の冷却用浄水は、前記の温度のままで、燃料電池ユニットの冷却水として十分に機能するのである。
燃料電池ユニットを冷却した後の浄水は温度が上昇するから、正浸透浄水ユニットの熱源として使用することができる。ここで、正浸透浄水ユニットにおいて加熱が必要な個所は、正浸透抽出部において原水から水を抽出した後の、水リッチなドロー溶液を溶質分離温度まで昇温する箇所（のみ）である。ここで、本実施の形態の好ましい態様では、水抽出温度と溶質分離温度との差は１０〜３０℃程度と些少である。従って、前記の冷却後の浄水による加熱で十分なのである。
【００５３】
本実施の別の一態様においては、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間を循環する熱媒を用いて、両者間の熱交換を行う。具体的には、前記燃料電池ユニットから発生する熱を前記熱媒によって回収し、該熱媒を前記正浸透浄水ユニットの熱源として使用するのである。
ここで使用される熱媒としては、例えば水、オイル、シリコンオイル等の他、ダウサムＡ（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ  Ａ、ダウケミカル登録商標、ビフェニルとジフェニルエーテルとの混合物である液体、混合比概ね３:７）等を使用することができる。
この熱媒は、正浸透浄水ユニットにおける水の流れとは別個独立の配管中を循環する形態とすることが好ましい。
【００５４】
燃料電池ユニットの冷却（熱回収）のために、正浸透浄水ユニットから得た浄水の一部と、前記の熱媒とを併用してもよい。この場合であっても、熱媒は、正浸透浄水ユニットにおける水の流れとは別個独立の配管中を循環する形態とすることが好ましい。
【００５５】
本実施の態様における正浸透浄水ユニットの駆動電力は、前記燃料電池ユニットから供給される電力から得ることが好ましい。正浸透浄水ユニットの駆動に電力が必要な装置としては、送水のためのポンプが主である。この他に、本実施の形態におけるシステムが、表示灯等の他の電気設備を有する場合には、これらも電力によって駆動される。しかしながら本実施の形態における正浸透浄水ユニットは、後述するように、燃料電池ユニットを冷却した後の浄水を主たる熱源として使用する。従って、正浸透浄水ユニットを稼働させるための電力は、極めて少なくてよいのである。
例えば、送水のためのポンプの消費電力は小さいから、正浸透浄水ユニット及び燃料電池ユニットの希望が上記の好ましい範囲内であれば、正浸透浄水ユニットの稼働に必要なポンプの総電力は、燃料電池ユニットの発電量のごく一部に留まる。表示灯の使用電力も極めて小さい。
以上の通り、本実施の形態における正浸透浄水ユニットは、少ない電力で稼働することができるから、燃料電池ユニットから供給される電力の大部分を、本来企図するシステム外用途に使用することができるのである。
【００５６】
更に、燃料電池として固体高分子型燃料電池を採用する場合には、電池セパレータの加湿用水源として、正浸透浄水ユニットから得られた浄水の一部を利用してもよい。
以上説明してきたとおり、実施の形態におけるシステムは、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとが相互補完的に共働して、浄水及び電力を同時に効率的に供給することができる。
【００５７】
以下、図を参照して本実施の形態における浄水・電力供給システムの動作について説明する。
図１は、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する浄水・電力供給システムの一態様の概念図である。
正浸透浄水ユニットは、供給領域側と引き抜き側とが正浸透膜（ＦＯ膜）を介して隣接する正浸透抽出部、及び抽出後のドロー溶液から溶質を除去して浄水を分離回収する分離回収部を有する。燃料電池ユニットは、燃料電池の他、改質器を有する。この浄水・電力供給システムは、得られた浄水の一部を燃料電池の冷却水として循環するための水循環機構、及び送水に必要な複数のポンプ（図示せず）を更に有する。
原水（未精製水）は、正浸透抽出部の供給領域側に導入される。一方、正浸透抽出部の引き抜き側には、ドロー溶液が流通している。この正浸透抽出部において、原水中の水は、半透膜を通過してドロー溶液（ＤＳ）中に抽出される。この抽出の駆動源は、原水とドロー溶液との浸透圧差である。
【００５８】
水を抽出除去され、不純物が濃縮された原水は、排水処理される。一方、吸収して水リッチとなったドロー溶液は、熱交換器により溶質分離温度まで昇温されたうえで、分離回収部に送られる。ドロー溶液中の溶質は高温状態において水溶性が著しく減じている。従って、分離回収部内の適宜の分離回収手段により、水リッチドロー溶液中の浄水及び溶質が、それぞれ回収される。回収された浄水は、先ず水循環機構に送られる。そして、浄水は、その一部が燃料電池の冷却水として循環利用される他は、浄水製品として供給される。回収された溶質は、ドロー溶液の再調製に供される。
【００５９】
燃料電池のアノードには改質器によって燃料ガスから得られた水素（Ｈ２）が、カソードには空気（酸素）が、それぞれ送られ、これらを用いた燃料電池反応によって電気が発生する。この燃料電池反応は発熱反応であるから、安定運転には冷却を要する。冷却には、前記正浸透浄水ユニットから得られた浄水の一部を循環使用する。
分離回収部から得られた浄水の一部は、水循環機構によって燃料電池に送られる。燃料電池を冷却した後の浄水は、温度の高い温水となる。この温水は、熱交換器に送られて、前記水リッチドロー溶液を溶質分離温度まで昇温する熱源として用いられる。熱交換後の温水は、熱の収受がある以外は、燃料電池の動作から独立した配管中を移動するから、その水純度が劣化することはない。従って、この熱交換後の温水は、そのまま前記水循環機構に戻され、分離回収部から得られた浄水と合流することとなる。合流後の浄水は、その一部が燃料電池の冷却水として循環利用される他は、浄水製品として供給される。
【００６０】
図２は、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとを有する浄水・電力供給システムの別の一態様の概念図である。
図２のシステムは、図１のシステムと概ね同様であるが、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間の熱交換を、両システムから独立した熱媒が司る点で異なる。
図２のシステムにおいては、水リッチドロー溶液から回収され、分離回収部を通過して得られた浄水は、そのすべてが浄水製品として供給される。熱媒は、熱媒循環機構によって循環して正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間の熱交換を司る。低温で燃料電池に送られた熱媒は、燃料電池から熱を受け取って温度の高い状態となる。この温度の高い熱媒は、熱交換器に送られて、水リッチドロー溶液を溶質分離温度まで昇温する熱源として用いられる。熱交換後の温水は、再び低温となり、熱媒戻りラインに沿って前記熱媒循環機構に戻されて、循環利用されることとなる。この熱媒は、前記正浸透浄水ユニットにおける水の流れとは独立した配管中を循環するにすぎないから、正浸透浄水ユニットから得られる浄水が汚染されることはない。
【００６１】
そして、前記いずれの場合であっても、送水に必要なポンプの駆動源には、前記燃料電池から得られた電気の一部を使用することが好ましい。送水のためのポンプの消費電力は小さいから、得られた電気の一部を送水ポンプに融通したとしても、前記燃料電池は十分な量の電気を供給することができる。
このように、本実施の形態における浄水・電力供給システムは、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとが相互補完的に機能することにより、燃料ガス（通常、安価である）及び空気を用いて、浄水及び電力をそれぞれ効率的に供給することができるのである。
【００６２】
以下、本実施の形態についてより具体的に説明し、コンピュータシミュレーションによってその効果を検証する。
第一の検証例は、図３に示した浄水・電力供給システムについて行った。図３中、菱形で囲った数字は、マスバランス測定のサンプリングポイントである。これらサンプリングポイントのそれぞれから得た水試料は、以下、「試料１」等として参照する。例えば菱形囲みの数字「１」のポイントでサンプリングされた水試料は、「試料１」と呼ぶことにする。
正浸透浄水ユニットにおけるドロー溶液の溶質はポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体（第一工業製薬社製、品名「エパン４５０」、重量平均分子量２，４００）とし、正浸透抽出部（ＦＯ）入口における溶質濃度が９０．０質量％となるように調整して使用することとした。
原水として、０．３質量％の塩分を含む低質水道水（インド国ターネー（Ｔｈａｎｅ）市の上水道）を供給することとした。供給温度は２５℃とした。
【００６３】
原水は、先ず濾過機に導入され、水不溶性の固形分が除去される（試料１）。ここで、原水の供給流量が不足してシステムが不安定になることを予防するため、濾過機を通過した供給水の一部を濾過機に戻す循環を行って、供給流量が一定になるように配慮した。
濾過機通過後の原水は、次いで正浸透抽出部（ＦＯ）の供給側領域に導入される。正浸透浄水ユニット内は、供給側領域とドロー溶液が流通する引き抜き側領域とが半透膜（面積１００ｍ２）を介して隣接している。この正浸透抽出部において、原水中の水は、半透膜を通過してドロー溶液（ＤＳ）中に抽出される。ここで水流は、抽出水を含む水リッチなドロー溶液（試料２）の流れと、水の一部が抽出除去されて塩が濃縮された濃縮ブライン（試料３）の流れと、に分かれる。濃縮ブラインは排水処理される。
【００６４】
次いで、水リッチドロー溶液は、ドロー溶液タンクに送られ、後述の回収ドロー溶液（回収ＤＳ）と合流した後に次工程に送られる（試料４）。この時点の試料の温度は３７．２℃であった。水リッチドロー溶液流は、２つの熱交換器（エコマイザ１及び２）に並列に送られて加熱される。再合流後の溶液流温度は５９．０℃であった。更にドロー溶液の溶質分離温度まで加熱するための熱交換器（分離熱交）によって、７０．０℃まで加熱される。加熱後の水リッチドロー溶液は、コアレッサに導入される。
【００６５】
コアレッサ内において、水リッチドロー溶液は、
塩分が除去され、更に、溶質であるポリプロピレングリコールを実質的に含有しない上部からの流れと、
ポリプロピレングリコールを高濃度で含有する下部からの流れと、
に分離する。この下部からの流れ（試料６）は、熱交換器（エコマイザ１）に送られ、水リッチドロー溶液流を加熱するための熱を放出した後に、正浸透抽出部（ＦＯ）の引き抜き側領域に導入され、供給原水中の水の抽出に供される。
一方、コアレッサの上部からの流れ（試料５）は、塩分及びポリプロピレングリコールを実質的に含有しない粗浄水である。この粗浄水は、熱交換器（エコマイザ２）に送られ、水リッチドロー溶液流を加熱するための熱を放出した後に、ナノフィルター（ＮＦ）に送られる。
【００６６】
ナノフィルターにより、粗浄水中の残存ポリプロピレングリコールが除去されて、精製水を得る（試料７）。この精製水は、貯水タンクに送られ、一旦貯蔵された後、例えば飲料水として供給される（試料１１）他、その一部は後述のように燃料電池ユニットの冷却水に流用される。ナノフィルターから回収された、微量のポリプロピレングリコールを含む溶液（試料８）は、回収ドロー溶液としてドロー溶液タンクに送られ、前記の水リッチドロー溶液と合流する。
【００６７】
本検証例では、電解質としてスルホ系イオン交換樹脂を；
アノードとしてルテニウム−白金合金触媒を担持したカーボンブラックを；そして
カソードとして白金を担持したカーボンブラックを、
それぞれ有する固体高分子型燃料電池を使用したこととした。
燃料電池の作動温度は８０℃とし、原料ガスとしては液化プロパンガス（ＬＰＧ）及び空気を使用した。
【００６８】
液化天然ガスはニッケル系触媒を具備した改質器に送られる。該改質器によって発生した水素は燃料電池（ＰＥＦＣ）のアノード側に、空気はカソード側に、それぞれ送られて発電が行われる。
この燃料電池ユニットの冷却水としては、前記の正浸透浄水ユニットで得られた精製水の一部を使用した。冷却用精製水の温度は５８．１℃であった（試料９）。冷却用精製水は、燃料電池の発電熱を冷却した後は７５．０℃まで昇温する。冷却用精製水は、次いで、熱交換器（分離熱交）に送られ、水リッチドロー溶液流の加熱熱源として用いられた後、精製水と合流して（試料１０）貯水タンクに送られる。冷却用精製水は、熱の収受がある以外は、燃料電池の動作から独立した配管中を循環しているだけであるから、水純度が劣化することはない。従って、使用後の冷却用精製水は、そのまま精製水と合流させて使用することができるのである。
なお、このシステムは、原料ガスによって駆動する追加加熱器（Ｂｏｏｓｔ  Ｈｅａｔｅｒ）を備えているが、本検証例においては該追加加熱器を稼働させる必要はなかった。
【００６９】
以上の浄水・電力供給システムの運転条件を表１〜５に、
マスバランスを表６に、それぞれ示した。
【００７０】
【表１】
2016019944.tif 000002
【００７１】
【表２】
2016019944.tif 000003
【００７２】
【表３】
2016019944.tif 000004
【００７３】
【表４】
2016019944.tif 000005
【００７４】
【表５】
2016019944.tif 000006
【００７５】
【表６】
2016019944.tif 000007
【００７６】
上記の表及び図のとおり、本検証例における浄水・電力供給システムは、原水（低質水道水）及び０．４１ｋｇ／ｈのＬＰＧを用いて、３０ｋｇ／ｈの浄水（飲料水）と１，８３４ｋＷｈの電力とを得ることができた。
【００７７】
次に、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間を循環する熱媒を用いて熱交換を行うシステムについて、同様にコンピュータシミュレーションによる検証を行った。この検証例は、図４に示した浄水・電力供給システムについて行った。
図４のシステムは、前記の図３のシステムと概ね同様であるが、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとの間との間の熱の流れを、正浸透浄水ユニットにおける水の流れとは別個独立の配管中を循環する熱媒が司る点において異なっている。この熱媒としては、本システムの稼働とは無関係に製造された浄水を用いることとした。
コアレッサの上部から得られ、ナノフィルターを通過した精製水（試料７）は、貯水タンクに送られ、専ら所定の用途（例えば飲料水）に使用される。
【００７８】
このシステムにおける燃料電池ユニットの冷却には、独立して循環する熱媒を使用した。
この熱媒の温度は６２．７℃であった（試料９）。熱媒は、燃料電池の発電熱を冷却した後、７５．０℃まで昇温し、次いで、熱交換器（分離熱交）に送られて、水リッチドロー溶液流の加熱熱源として用いられる。分離熱交出口の熱媒温度は６３．５℃であった。この熱媒は、精製水と合流することなく、ポンプＤによって循環を継続し、燃料電池ユニットの冷却に供される。
なお、このシステムも、原料ガスによって駆動する追加加熱器（Ｂｏｏｓｔ  Ｈｅａｔｅｒ）を備えているが、本検証例においても該追加加熱器を稼働させる必要はなかった。
【００７９】
以上の浄水・電力供給システムの運転条件を表７〜１１に、
マスバランスを表１２に、それぞれ示した。
【００８０】
【表７】
2016019944.tif 000008
【００８１】
【表８】
2016019944.tif 000009
【００８２】
【表９】
2016019944.tif 000010
【００８３】
【表１０】
2016019944.tif 000011
【００８４】
【表１１】
2016019944.tif 000012
【００８５】
【表１２】
2016019944.tif 000013
【００８６】
本検証例における浄水・電力供給システムは、原水（低質水道水）及び０．２９９ｋｇ／ｈのＬＰＧを用いて、３０ｋｇ／ｈの浄水（飲料水）と１，３３９ｋＷｈの電力とを得ることができた。
【００８７】
これらの結果から理解されるように、本実施の形態における浄水・電力供給システムは、正浸透浄水ユニットと燃料電池ユニットとが相互補完的に機能し、独立したシステムとして、浄水及び電力をそれぞれ効率的に供給することができる。従って、これらの浄水・電力供給システムは、基本的なインフラが整っていない僻地、未開地、新興国等における生活基盤の確立のために有効に適用可能であることが検証された。
【図１】
2016019944.tif 000014
【図２】
2016019944.tif 000015
【図３】
2016019944.tif 000016
【図４】
2016019944.tif 000017