(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電装置のシステム内で生成する凝縮水を脱イオン処理する電気式脱イオン装置と、
前記電気式脱イオン装置に印加する電圧を制御する制御装置と、を備え、
前記電気式脱イオン装置は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されており、
前記電気式脱イオン装置の電源は、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、
前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置で脱イオン処理した処理水の電気伝導率が、あらかじめ定めた閾値以下のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を超えたらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
水処理装置を備えた燃料電池発電装置であって、
前記水処理装置は、燃料電池発電装置のシステム内で生成する凝縮水を脱イオン処理する電気式脱イオン装置と、前記電気式脱イオン装置に印加する電圧を制御する制御装置とを備え、
前記電気式脱イオン装置は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されており、
前記電気式脱イオン装置の脱塩室から排出される脱イオン水は、燃料電池本体の電池冷却水、燃料電池本体に供給する反応ガスの加湿水及び原燃料の改質反応に用いる改質水から選ばれる一種以上に用いられ、
前記電気式脱イオン装置の電源は、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、
前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置で脱イオン処理した処理水の電気伝導率が、あらかじめ定めた閾値以下のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を超えたらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン装置を備えた水処理装置及び燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池本体から排出される燃料電池排ガスや、改質装置の燃焼部から排出される燃焼排ガスは水分を含んでおり、燃料電池発電装置の系内での水自立（外部からの補給水を受けいれることなく運転を継続する状態）を維持するため、燃料電池排ガスや燃焼排ガスから凝縮水を回収し、再利用することが一般的に行われている。そして、凝縮水には、炭酸イオンや、配管から溶出した金属イオン等が含まれており、これらのイオンは、電極触媒や、改質触媒に悪影響を及ぼす恐れがあるので、凝縮水は、脱イオン処理を行った後、再利用するようにしている。
【０００３】
凝縮水の脱イオン処理方法としては、電気式脱イオン装置を用いて凝縮水を脱イオン処理する試みが近年行われており、例えば、下記特許文献１には、燃料電池発電装置から発生する電力を、電気式脱イオン装置に印加して、燃料電池発電装置の系内で生成した凝縮水を脱イオン処理して再利用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１０９６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気式脱イオン装置を長時間運転すると、装置内に充填されたイオン交換樹脂などに、被処理水中の金属イオンや異物などが付着して、スケールとして析出するおそれがあった。スケールが発生すると、その部分で電気抵抗が上昇するので、電流が流れにくくなって、イオン除去に必要な電流が流せなくなり、処理水質が低下するおそれがあった。
【０００５】
従来は、定電圧電源を用い、処理能力がある程度低下したら電気式脱イオン装置を交換するようにしていたが、電気式脱イオン装置の交換頻度が高く、メンテナンス費用がかさむ問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、被処理水を長期にわたって効率よく脱イオン処理し、メンテナンス周期を長期化できる水処理装置及び燃料電池発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の水処理装置は、燃料電池発電装置のシステム内で生成する凝縮水を脱イオン処理する電気式脱イオン装置と、前記電気式脱イオン装置に印加する電圧を制御する制御装置とを備え、前記電気式脱イオン装置は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されており、前記電気式脱イオン装置の電源は、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置で脱イオン処理した処理水の電気伝導率が、あらかじめ定めた閾値以下のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を超えたらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、電気式脱イオン装置の処理能力に応じて印加電圧を調整するので、処理能力が低下し、電気式脱イオン装置に流れる電流が低下しても、印加電圧を増加することで、電気式脱イオン装置に流れる電流を定常値にすることができ、電気式脱イオン装置の処理能力を回復できるので、メンテナンス周期を長期化できる。
【０００９】
また、電気式脱イオン装置の処理能力が低下すると、被処理水の脱イオン効率が悪化するので、電気式脱イオン装置で処理した処理水の電気伝導率が増加するが、処理水の電気伝導率に応じて印加電圧を調整するので、電気式脱イオン装置の処理能力を回復でき、良好な状態を維持し続けることができる。
【００１０】
そして、前記電気式脱イオン装置の電源が、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置で処理した処理水の電気伝導率が、あらかじめ定めた閾値以下のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を超えたらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されているので、燃料電池発電装置として、ＤＣ１２ＶとＤＣ２４Ｖの電圧源があるものを使用する場合は、新たに電源装置を追加する必要がなく、装置コストを低減できる。
【００１１】
また、本発明の水処理装置の前記制御手段は、前記電気式脱イオン装置に流れる電流値に応じて印加電圧を調整する手段からなるものであってもよい。電気式脱イオン装置に流れる電流値が低下すると、脱イオン処理能力が低下するので、該電流値に応じて印加電圧を調整することで、電気式脱イオン装置の処理能力を回復でき、良好な処理状態を維持し続けることができる。
【００１２】
そして、上記態様の場合においては、前記電気式脱イオン装置の電源が、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置に流れる電流値が、あらかじめ定めた閾値以上のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を下回ったらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されていることが好ましい。燃料電池発電装置として、ＤＣ１２ＶとＤＣ２４Ｖの電圧源があるものを使用する場合には、新たに電源装置を追加する必要がないので、装置コストを低減できる。
また、本発明の燃料電池発電装置は、水処理装置を備えた燃料電池発電装置であって、
前記水処理装置は、燃料電池発電装置のシステム内で生成する凝縮水を脱イオン処理する電気式脱イオン装置と、前記電気式脱イオン装置に印加する電圧を制御する制御装置とを備え、前記電気式脱イオン装置は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されており、前記電気式脱イオン装置の脱塩室から排出される脱イオン水は、燃料電池本体の電池冷却水、燃料電池本体に供給する反応ガスの加湿水及び原燃料の改質反応に用いる改質水から選ばれる一種以上に用いられ、前記電気式脱イオン装置の電源は、燃料電池発電装置から発生する電力であって、ＤＣ１２Ｖの出力電圧と、ＤＣ２４Ｖの出力電圧とを有し、前記制御装置は、前記電気式脱イオン装置で脱イオン処理した処理水の電気伝導率が、あらかじめ定めた閾値以下のとき、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、あらかじめ定めた閾値を超えたらＤＣ２４Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気式脱イオン装置の処理能力に応じて印加電圧を調整するので、処理能力が低下し、電気式脱イオン装置に流れる電流が低下しても、印加電圧を増加することで、電気式脱イオン装置に流れる電流を定常値にすることができる。このため、電気式脱イオン装置の処理能力を回復できるので、メンテナンス周期を長期化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の水処理装置の処理対象となる被処理水としては、特に限定はなく、燃料電池発電装置のシステム内で生成する凝縮水（燃料電池本体や改質装置から排気される排ガスから回収される水）などを好ましく用いることができる。
【００１５】
以下、図面を用いて、本発明の水処理装置について説明する。図１は、本発明の水処理装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【００１６】
この水処理装置は、電気式脱イオン装置１０と、該電気式脱イオン装置１０への印加電圧を調整する制御装置２０とで主に構成されている。そして、電気式脱イオン装置１０の脱イオン水排出側の流路Ｌ１には、電気伝導率計３０が配置されている。
【００１７】
電気式脱イオン装置１０の上流側には、被処理水の貯留タンク１が配置されており、電気式脱イオン装置１０に被処理水を供給できるように構成されている。
【００１８】
電気式脱イオン装置１０は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填された装置であって、従来公知の電気式脱イオン装置を用いることができる。
【００１９】
制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを所定に備えている。Ｉ／Ｏインターフェイスの入力側に電気伝導率計３０が接続されており、出力側に、電気式脱イオン装置１０の電源１１が接続されている。
【００２０】
電気式脱イオン装置１０による被処理水の脱イオン処理は以下のようにして行われる。すなわち、脱塩室に流入した被処理水中のイオンは、その親和力、濃度及びイオン強度に基づいてイオン交換樹脂と反応し、電位の傾きの方向に樹脂中を移動して、イオン交換膜まで達する。そして、カチオンはカチオン交換膜を透過し、アニオンはアニオン交換膜を透過して、それぞれ濃縮室に移動する。これによって被処理水が、脱イオン水と濃縮水に分離される。
【００２１】
電気式脱イオン装置１０の脱塩室から排出される脱イオン水は、必要に応じて、イオン交換樹脂などで更に脱イオン処理した後、燃料電池本体の電池冷却水、燃料電池本体に供給する反応ガスの加湿水、原燃料の改質反応に用いる改質水などに用いられる。一方、電気式脱イオン装置１０の濃縮室から排出される濃縮水は、被処理水のイオンが濃縮して含まれているので、貯留タンク１に還流して電気式脱イオン装置１０で再度脱イオン処理したり、系外に排水するなどの処理が行われる。
【００２２】
ところで、前述したように、電気式脱イオン装置１０を長時間運転すると、装置内充填されたイオン交換樹脂などに被処理水中の金属イオンや異物などが付着して電気抵抗が上昇することがあった。このため、定電圧電源を用いて電圧を印加する場合、イオン除去に必要な電流が流せなくなることがあり、脱イオン水の水質が低下するおそれがあった。
【００２３】
本発明では、電気式脱イオン装置の処理能力に応じて印加電圧を調整する。
【００２４】
以下、制御装置２０における制御の一例について、図２のフローチャート図を用いて説明する。
【００２５】
まず、ステップＳ１にて、電気伝導率計３０で測定した脱イオン水の電気伝導率を制御装置２０に入力する。
【００２６】
次に、ステップＳ２にて、入力された電気伝導率計３０の測定値が、あらかじめ設定した閾値以上かどうか判定する。閾値未満であれば制御終了となる。一方、閾値以上の場合は、ステップＳ３に移る。
【００２７】
ステップＳ３では、入力された電気伝導率計３０の測定値に応じて、電源１１に電圧増加信号を出力して、電気式脱イオン装置１０への印加電圧を増加させて制御終了となる。電圧増加信号は、入力された電気伝導率計３０の測定値に応じて段階的に増加させてもよく、比例的に増加させてもよい。印加電圧を段階的に増加させる場合は、複数の電源を用意しておき、入力された電気伝導率計３０の測定値に応じて電源を切り替えて、印加電圧を変化させる方法が好ましくあげられる。また、印加電圧を比例的に増加させる場合は、電気伝導率と印加電圧との関係をあらかじめ調べておき、入力された電気伝導率値に対応した電圧を印加するように変圧器などで電圧制御する方法などが好ましくあげられる。
【００２８】
電気式脱イオン装置１０の処理能力が低下すると、被処理水の脱イオン効率が悪化するので、脱イオン水の電気伝導率が増加する。したがって、電気伝導率計３０の測定値に応じて印加電圧を調整することで、電気式脱イオン装置１０に流れる電流を定常値にして、電気式脱イオン装置１０の処理能力を回復できる。このため、長期にわたって良好な処理状態を維持し続けることができ、水処理装置のメンテナンス周期を長期化できる。
【００２９】
本発明の水処理装置は、燃料電池発電装置に組み込んで用いることが好ましい。その場合、電気式脱イオン装置１０の電源１１は、燃料電池発電装置から発生する電力を用いることが好ましい。燃料電池発電装置は、ＤＣ１２ＶとＤＣ２４Ｖの電圧源を有していることが多いので、これらの電圧原を選択的に切り替えて使用すれば、新たに電源装置を追加する必要がなく、装置コストを低減できる。
【００３０】
その場合は、電気伝導率計３０の測定値が、あらかじめ設定した閾値以上になるまでは、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、閾値を超えた時点で印加電圧をＤＣ２４Ｖに変更することが好ましい。そして、再度閾値を超えたら電気式脱イオン装置１０を交換することが好ましい。
【００３１】
本発明の水処理装置の第二の実施形態について、図３を用いて説明する。
【００３２】
この水処理装置は、電気式脱イオン装置１０と、該電気式脱イオン装置１０への印加電圧を調整する制御装置２１とで主に構成されている。そして、電気式脱イオン装置１０には、電流計３１が配置されている。
【００３３】
以下、制御装置２１における制御の一例について、図４のフローチャート図を用いて説明する。
【００３４】
まず、ステップＳ１１にて、電流計３１で測定した電気式脱イオン装置１０の電流値を制御装置２１に入力する。
【００３５】
次に、ステップＳ１２にて、入力された電流計３１の測定値が、あらかじめ設定した閾値以下かどうか判定する。閾値を超えていれば制御終了となる。一方、閾値以下の場合は、ステップＳ１３に移る。
【００３６】
ステップＳ１３では、入力された電流計３１の測定値に応じて、電源１１に電圧増加信号を出力して、電気式脱イオン装置１０への印加電圧を増加させて制御終了となる。
【００３７】
電気式脱イオン装置１０に流れる電流値が低下すると、電気式脱イオン装置の処理能力が低下するので、被処理水の脱イオン効率が悪化する。したがって、電流計３１の測定値に応じて印加電圧を調整することで、電気式脱イオン装置１０に流れる電流を定常値にして、電気式脱イオン装置１０の処理能力を回復できる。このため、長期にわたって良好な処理状態を維持し続けることができ、水処理装置のメンテナンス周期を長期化できる。
【００３８】
この態様においても水処理装置は、燃料電池発電装置に組み込んで用いることが好ましい。その場合、電気式脱イオン装置１０の電源１１は、燃料電池発電装置から発生する電力を用いることが好ましい。燃料電池発電装置は、ＤＣ１２ＶとＤＣ２４Ｖの電圧源を有していることが多いので、これらの電圧原を選択的に切り替えて使用すれば、新たに電源装置を追加する必要がなく、装置コストを低減できる。
【００３９】
その場合は、電流計３１の測定値が、あらかじめ設定した閾値以下になるまでは、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、閾値未満となった時点で印加電圧をＤＣ２４Ｖに変更することが好ましい。そして、再度閾値未満となったら電気式脱イオン装置１０を交換することが好ましい。
【実施例】
【００４０】
燃料電池発電装置のシステム内で生成した凝縮水（電気伝導率値８．４〜８．９μＳ／ｃｍ）を被処理水として用い、電気式脱イオン装置で脱イオン処理を行った。印加電圧、電流を表１にまとめて記す。
【００４１】
【表１】
0004954926.tif 000002
【００４２】
電気式脱イオン装置での脱イオン処理を継続して行ったところ、運転初期時は、電流が０．１３Ａで良好な脱イオン性能を発揮していたが、運転時間と共に電流が減少し、運転開始から１１０９時間経過した時点では０．０１Ａまでに減少した。そこで、印加電圧を２４Ｖにしたところ脱イオン装置への電流が０．０３Ａに増加し、脱イオン性能を回復することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の水処理装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】同水処理装置に用いる制御装置で行われる制御のフローチャート図である。
【図３】本発明の水処理装置の第二の実施形態の概略構成図である。
【図４】同水処理装置に用いる制御装置で行われる制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：貯留タンク
１０：電気式脱イオン装置
１１：電源
２０，２１：制御装置
３０：電気伝導率計
３１：電流計
【図１】
0004954926.tif 000003
【図２】
0004954926.tif 000004
【図３】
0004954926.tif 000005
【図４】
0004954926.tif 000006