[发明专利]燃料电池的水处理装置

说明书

本发明是申请号为201010187604.3、申请日为2010年6月1日、发明名称为“燃料电池的水处理装置”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用离子交换树脂的燃料电池的水处理装置。

背景技术

燃料电池需要氢，而为了从城市燃气或者天然气等制造氢，又需要在改性工序中使用水，其中的水使用纯水。此外，在冷却燃料电池时或者在对固体高分子型燃料电池的高分子膜进行加湿等时也需要使用纯水。

纯水通常是通过具备离子交换树脂的水处理装置去除杂质离子而制成的。除了从自来水制造纯水的技术之外，目前已经有多种通过对从燃料电池的发电反应生成的冷凝水等进行处理，将该处理水（纯水）循环使用于燃料电池的技术。

例如，专利文献1中公开了这样一种技术：在为防止燃料电池的腐蚀而对向燃料电池供给的冷却水中的碳酸根离子及碳酸氢根离子（以下称为碳酸根离子等或者仅称为碳酸）进行处理的水处理装置中，通过将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的使用比率调整到适当的程度，减少阳离子交换树脂的量，实现装置的小型化。在专利文献2中记载了通过将阳离子交换树脂的量最佳化，以实现装置的小型化的内容，但没有对阴离子交换树脂进行探讨。

例如，专利文献2中公开了通过使用耐热性高的离子交换树脂而提高排热回收量的水处理装置。

此外，由于燃料电池是以长期使用为目标而被开发的，所以用于这样的燃料电池的水处理装置也同样需要能长期使用。但是，在燃料电池中使用的水由于与由外部气体引入的空气接触，因此根据装置的设置环境的不同，有时细菌可能通过该空气混入水处理装置内并进行繁殖。如果水处理装置内有细菌繁殖，则不仅得不到期望的水质，还有可能引起堵塞而无法稳定地供给处理水。

以往技术中已有几种抑制水处理装置内的细菌繁殖的方法（例如，参照非专利文献1及专利文献3）。

非专利文献1中提示了通过使用OH型的阴离子交换树脂能够起到抑制细菌繁殖的效果。并且，关于具有该效果的理由，提到了是由OH型的阴离子交换树脂具有强碱性带来的。此外，非专利文献1中公开了OH型和H型的混合床树脂具有比OH型的阴离子交换树脂更强的杀菌能力的内容。关于其理由，提到了是因为细菌在通过树脂内时，无序地接触OH型和H型而受到较大的pH变化的缘故。

专利文献3中公开了通过将担载有银的活性炭等抗菌剂与离子交换树脂混合来抑制细菌繁殖的技术。

专利文献1：特开平8－17457号公报

专利文献2：特开平11－204123号公报

专利文献3：特开平10－314727号公报

非专利文献1：左藤利夫等，电化学与工业物理化学，54（3），1986年，269页～273页

为实现燃料电池的长期稳定的运转，重要的是去除向燃料电池供给的水中的氯化物离子。换言之，如果含有氯化物离子的水被供给到燃料电池中，燃料电池的部件被腐蚀的危险就会很高。因此，急需一种能有效减少向燃料电池供给的水中的氯化物离子的浓度的用于燃料电池的水处理装置。

同时，也期待出现一种耐热性高、价格低廉且小型化的用于燃料电池的水处理装置。

此外，在使用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合床树脂的水处理装置中，由于阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的比重不同，因此在对该水处理装置进行搬运、安装、运转等而引起振动时，比重大的阳离子交换树脂会移动到下部，而比重小的阴离子交换树脂会移动到上部，导致两种离子交换树脂分离。如果将这样分离的混合床树脂用于经常在高温、低流量状态下使用的燃料电池的水处理装置中，则有时从阴离子交换树脂中主要溶出三甲胺，而从阳离子交换树脂中主要溶出聚苯乙烯磺酸。例如，如果将被处理的水向下方向流通，则源自下部的阳离子交换树脂的溶出成分不会被捕捉，而如果将被处理的水向上方向流通，则源自上部的阴离子交换树脂的溶出成分不会被捕捉。从而导致处理水中的TOC增加。而且，如果这些溶出成分混入处理水中，则处理水中的TOC增加，导致无法达到所要求的水的导电率，或者这些溶出成分或以这些溶出成分作为生成源的铵离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子、硫酸根离子等对燃料电池的发电性能和寿命带来坏的影响。

此外，还期待出现一种能够抑制由燃料电池的长期使用引起的细菌繁殖，保证长期正常使用的燃料电池的水处理装置。

发明内容