燃料電池用水処理装置、及び水処理方法
【課題】燃料電池からの凝縮水中の炭酸イオン等以外の成分（クラッド、ＰＳＳ、アンモニア等）を除去して、高純度の凝縮水とする。電気式脱イオン水製造装置において、高い除去効率で炭酸イオンや炭酸水素イオン等を長期間、除去する。
【解決手段】燃料電池から回収した水を処理し、電気式脱イオン水製造装置及び前処理用水処理装置を有する燃料電池用水処理装置。電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する。前処理用水処理装置は、電気式脱イオン水製造装置の前段に設置され、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填されている。前処理用水処理装置は、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有する。
【解決手段】燃料電池から回収した水を処理し、電気式脱イオン水製造装置及び前処理用水処理装置を有する燃料電池用水処理装置。電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する。前処理用水処理装置は、電気式脱イオン水製造装置の前段に設置され、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填されている。前処理用水処理装置は、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用水処理装置、及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出量が少なく、環境性能に優れた発電手段として、燃料電池が注目されるようになってきている。この燃料電池は、水素と酸素から水を生成する反応を行わせる際に発生するエネルギーを電力として取り出している。
【０００３】
燃料電池の作動時には水素と酸素の反応によって熱が発生する。このため、燃料電池本体の冷却のために循環冷却水系を設けて、この中に水を循環させることにより、燃料電池の冷却を行っている。また、燃料電池の前段部に改質器を設けて、燃料の水蒸気改質を行うことにより水素等を発生させ、これを燃料電池の燃料極（アノード）に導入している。このように燃料電池では水を使用している。
【０００４】
一方、燃料電池では、発電時に空気極（カソード）から水蒸気が発生する。また、循環冷却水系を流れる冷却水は、燃料電池の発電時の熱によって水蒸気と水の二相系となっている。このため、これらの水蒸気を回収して、凝縮器で凝縮させて水（以下、この水を「凝縮水」と記載する場合がある）としている。そして、系全体の使用水量を減らすため、この凝縮水を循環させて上記循環冷却水系や改質器等で再使用している。
【０００５】
しかし、凝縮水中には、様々なイオン成分やクラッドが存在している。このため、凝縮水を上記循環冷却水系や改質器等で再使用するためには、水処理によりこれらのイオン成分やクラッドを除去する必要がある。そこで、従来から、凝縮水中のイオン成分等を除去するための水処理装置が検討されている。この中でも、電気式脱イオン水製造装置は、イオン成分の除去効率が高く、長期間の使用が可能であるため有用である。
【０００６】
特許文献１（特開２００１−１７６５３５号公報）には、改質器と、燃料電池本体と、この燃料電池本体から生成した水蒸気および燃焼排ガス中の水蒸気の凝縮水を回収する回収水タンクと、回収水を回収水導入配管から導入して高純度にした後，純水導出配管から導出する電気式脱イオン水製造装置とを備えた燃料電池発電装置の水処理装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２（特開２００１−２３６９８１号公報）には、燃料電池で生じた生成水を水回収装置で回収し、得られた回収水をポンプにより電気式脱イオン水製造装置の脱塩室と濃縮室に送って脱イオン水と濃縮水に分離し、脱イオン水を燃料電池発電装置の冷却水とする燃料電池発電装置用水処理システムが開示されている。
【０００８】
特許文献３（特開平１１−８６８９５号公報）には、燃料電池プラントから回収したプラント回収水を蓄える水処理原水タンクと、プラント回収水の脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置と、電気式脱イオン水製造装置にて脱塩処理された処理水をプラント用補給水として燃料電池プラントへ送水する補給水ポンプとが設置された燃料電池プラント水処理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１７６５３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２３６９８１号公報
【特許文献３】特開平１１−８６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
燃料電池の凝縮水中には、様々なイオン成分や不純物が存在している。例えば、改質系燃料電池からは、炭酸イオンやアンモニウムイオンが溶出する。また、燃料電池スタックから、燃料電池の電解質として使用しているイオン交換膜に由来するＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）が水中に溶出する。更に、金属配管を使用しているため、クラッド（腐食生成物）も生成する。
【００１１】
しかし、特許文献１〜３に開示された電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合床を充填した一般的な電気式脱イオン水製造装置であり、こうした燃料電池の凝縮水の特徴を考慮したものではなかった。そのため、装置サイズが大きくなり、不経済であった。
【００１２】
ここで、アニオン成分の除去効率が高いアニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（以下、「アニオンＥＤＩ」と記載する場合がある）を用いることが考えられるが、凝縮水中のクラッド、ＰＳＳ、アンモニア等が、アニオンＥＤＩの作動に悪影響を及ぼす場合があった。特に、ＰＳＳは、アニオンＥＤＩに含まれるアニオン交換体の有機物汚染の原因となり、アニオン交換容量の低下を引き起こすため、アニオンＥＤＩによる炭酸イオン等の除去効率を大幅に低下させる場合があった。また、アニオンＥＤＩでは、カチオンであるアンモニアを除去することができず、処理水の純度低下の原因となっていた。更に、凝縮水中にクラッドが存在すると、アニオン交換体の間に詰まることによって、アニオン交換体の間を流れる凝縮水の流動抵抗となる場合があった。このため、凝縮水が安定してアニオンＥＤＩ内を流れることができなくなり、その運転に支障が生じる場合があった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の作動に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドなどの不純物を総合的に除去する前処理用水処理装置を前段に設けた燃料電池用水処理装置、及び水処理方法を提供することを目的とする。そして、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）による、炭酸イオン等の効率的な除去を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態は、
燃料電池から回収した水を処理する燃料電池用水処理装置であって、
アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の前段に設置された前処理用水処理装置と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、燃料電池用水処理装置に関する。
【００１５】
他の一実施形態は、
燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程と、
前記前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、水処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１６】
前処理用水処理装置により、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の作動に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドを総合的に除去することができる。この結果、前処理用水処理装置の下流側に設ける電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）による、炭酸イオン等の効率的な除去を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図２】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図３Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図３Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図４Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図４Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図５Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図５Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図６】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図７Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図７Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図８】本発明の燃料電池用水処理装置の一例を表す図である。
【図９】本発明の電気式脱イオン水製造装置の一例を表す図である。
【図１０】発電装置の一例を表す図である。
【図１１】実施例１で使用した前処理用水処理装置を表す図である。
【図１２】比較例１で使用した前処理用水処理装置を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（前処理用水処理装置）
前処理用水処理装置は、燃料電池から回収し、凝縮させた水（以下、「凝縮水」と記載する場合がある）を処理するアニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の前処理用として用い、電気式脱イオン水製造装置の上流側に配置されるものである。すなわち、前処理用水処理装置で前処理した凝縮水は更に、電気式脱イオン水製造装置に導入して電気式脱イオン水製造装置で処理することを目的とする。
【００１９】
この前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とを有し、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。イオン交換体としては、イオン交換樹脂、モノリス状イオン交換体を挙げることができる。なお、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜４：１が好ましい。
【００２０】
イオン交換樹脂としては、ゲル形、ＭＲ形のいずれも用いることができるが、ＭＲ形のイオン交換樹脂を用いることが好ましい。ＭＲ形イオン交換樹脂は、ＰＳＳやクラッドを効率よく捕捉することができるためである。
【００２１】
例えば、イオン交換体として、カチオン交換樹脂、モノリス状カチオン交換体を使用する場合、全カチオン交換体は、カチオン交換樹脂、モノリス状カチオン交換体、又はカチオン交換樹脂とモノリス状カチオン交換体の両方であっても良い。また、同様に、この全アニオン交換体は、アニオン交換樹脂、モノリス状アニオン交換体、又はアニオン交換樹脂とモノリス状アニオン交換体の両方であっても良い。
【００２２】
粒子状のイオン交換樹脂の体積は、タッピング法によって測定する。このタッピング法では、試料樹脂の体積より容量の大きいメスシリンダーを用い、試料樹脂を水とともにメスシリンダーに移し入れ、水を試料樹脂が水面下になるように十分に加える。ガラス棒の先端に直径約３０ｍｍのゴム栓を取り付け、メスシリンダーの側面を前記ゴム栓の部分でたたく。この操作を試料樹脂層の高さが変化しなくなるまで繰り返し、試料樹脂の高さをｍｌの単位で読み取る。試料樹脂を振り混ぜた後、再びゴム栓の部分でメスシリンダーの側面を軽くたたいて、試料樹脂層の高さをｍｌの単位で読み取る。この操作を３回繰り返し、平均値を求めて試料樹脂の湿潤体積とする。
【００２３】
また、モノリス状イオン交換体は、全体として１つの構造体を形成している。このため、モノリス状イオン交換体の体積としては、該構造体の外形部分の縦、横、高さ等の寸法を実測し、これらの値から外形部分の体積を求める。
【００２４】
水処理装置は少なくとも、最も上流側に第１のイオン交換領域を有する。この第１のイオン交換領域は、少なくともカチオン交換体を有する。すなわち、前処理用水処理装置は、第１のイオン交換領域のみから構成されていても、上流側から順に第１、第２、第３・・・のように複数のイオン交換領域から構成されていても良い。また、第１のイオン交換領域はカチオン交換体を有するか、又はカチオン交換体とアニオン交換体の両方を有する。
【００２５】
前処理用水処理装置において、各イオン交換領域が占める領域は、以下のようにして画定することができる。
モノリス状イオン交換体については、構造的に一体となった１つのイオン交換体が占める領域が、１つのイオン交換領域を構成する。なお、同種の２つのイオン交換体が隣接するように設けられている場合（例えば、モノリス状アニオン交換体とモノリス状アニオン交換体、モノリス状アニオン交換体とモノリス状カチオン交換体が隣接して設けられている場合など）、２つのイオン交換領域が存在するものとする。
【００２６】
また、粒子状のイオン交換樹脂については、イオン交換樹脂が充填された特定部分を占める領域を１つのイオン交換領域とする。なお、（ａ）アニオン交換樹脂のみが充填された領域、（ｂ）カチオン交換樹脂のみが充填された領域、（ｃ）アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混合して充填された領域が、互いに隣接して設けられている場合、（ａ）〜（ｃ）の領域がそれぞれ１つのイオン交換領域を構成する。
【００２７】
燃料電池からの凝縮水中には、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）に悪影響を及ぼすイオン成分（ＰＳＳ、アンモニア等）やクラッドが含まれている。従って、最も上流側の第１のイオン交換領域中にカチオン交換体を設けることによって、上記イオン成分のうち、後段の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で除去できないカチオン成分（アンモニア等）やクラッドを効率的に除去することができる。なお、クラッドは、イオン交換体によるイオン交換の作用によって除去されるわけではなく、イオン交換体内の細孔やイオン交換体間の空隙内にクラッドが捕捉されることによって除去される。ＭＲ形カチオン交換樹脂は、その内部に細孔を多く有するため、より効果的にクラッドを除去することができる。
【００２８】
また、前処理用水処理装置は、第１のイオン交換領域や、場合によっては第２、第３のイオン交換領域中等に、アニオン交換体を有する。これによって、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすＰＳＳやクラッド等を効率的に除去することができる。特に、凝縮水中のＰＳＳは、電気式脱イオン水製造装置のアニオン交換体に付着して交換容量の低下などの原因となる場合がある。このため、予め前処理用水処理装置のアニオン交換体でＰＳＳを除去することにより、電気式脱イオン水製造装置の高い除去効率を維持することができる。
【００２９】
なお、前処理用水処理装置のアニオン交換体では、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすＰＳＳやクラッド等を除去することを目的とする。このため、前処理用水処理装置では、炭酸イオン等は完全に除去されなくても良い。すなわち、前処理用水処理装置により前処理された水中に、炭酸イオン等が一部、溶存していても良い。
【００３０】
また、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。この体積比率は、燃料電池からの凝縮水中の、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分（炭酸イオン等を除くアニオン成分とカチオン成分）及びクラッドの濃度に対応したものとなっている。このため、これらのイオン成分やクラッドを効率的に除去することができる。この結果、前処理用水処理装置の下流側に配置する電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）において、効率的に炭酸イオン等を除去することができる。
【００３１】
更に、燃料電池からの凝縮水中には、大量の炭酸イオン等が含まれる。電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）は、その他のイオン交換体に比べて長期間、高い効率で炭酸イオン等を除去できる、という特性を有する。このように、前処理用水処理装置で電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドを除去し、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で炭酸イオン等を除去可能とするように、装置ごとに凝縮水中の特定成分を除去する。これにより、最終的に、凝縮水中の全イオン成分及びクラッドを効率的に除去する。また、装置ごとに特定成分を除去することにより、電気式脱イオン水製造装置と前処理用水処理装置で構成される装置全体を小型化、コンパクト化することが可能となる。
【００３２】
以下に、図１〜７を参照して、本発明の前処理用水処理装置の例を示す。なお、下記例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの具体例に何ら限定されるものではない。
【００３３】
図１は、本発明の前処理用水処理装置の一例を示す図である。図１中の矢印の方向が凝縮水の流れる方向を表し、矢印７ａの側が上流側、７ｂの側が下流側に相当する。なお、以下の図２〜７においても、同様に、矢印の方向が凝縮水の流れる方向を表し、矢印７ａの側が上流側、７ｂの側が下流側となる。
【００３４】
図１の前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に向かって順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、アニオン交換樹脂２が充填された第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（アニオン交換樹脂２）が充填されている。このように、第１及び第２のイオン交換領域を設けることによって、前処理用水処理装置の上流側ではカチオン成分を重点的に除去し、その下流側ではアニオン成分を重点的に除去することができる。
【００３５】
図２は、本発明の前処理用水処理装置の他の一例を示す図である。図２の前処理用水処理装置３の上流側から下流側に向かう領域中に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４が設けられている。このように、第１のイオン交換領域を設けることによって、効率的に、カチオン成分とアニオン成分を同時に除去することができる。
【００３６】
図３Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図３Ａの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００３７】
図３Ｂの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００３８】
図３Ａ及びＢの前処理用水処理装置のモノリス状アニオン交換体は表面積が大きく、イオン交換容量が大きいという特性を有する。このため、第２のイオン交換領域では、凝縮水中のアニオン成分を効率的に除去することができる。
【００３９】
図４Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図４Ａの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状カチオン交換体からなる第２のイオン交換領域５、モノリス状アニオン交換体からなる第３のイオン交換領域６が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（モノリス状カチオン交換体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００４０】
図４Ｂの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状カチオン交換体からなる第２のイオン交換領域５、モノリス状アニオン交換体からなる第３のイオン交換領域６が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体）−（モノリス状カチオン交換体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００４１】
図４Ａ及びＢのモノリス状カチオン交換体は表面積が大きいため、第２及び第３のイオン交換領域では、凝縮水中のカチオン成分及びアニオン成分を効率的に除去することができる。また、モノリス状カチオン交換体５は、前処理用水処理装置内にイオン交換樹脂を充填する際に、樹脂止めとしても利用することができ、前処理用水処理装置の組み立てが容易となる。
【００４２】
図５Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図５Ａ及びＢの前処理用水処理装置３は、図４Ａ及びＢの前処理用水処理装置の変形例であり、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体が上流側から下流側に向かって交互に３つずつ設けられている点が、図４Ａ及びＢとは異なる。なお、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換を交互に設ける個数は３つに限定されるわけではなく、２つであっても、４つ以上であっても良い。
【００４３】
図５Ａ及びＢでは、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体が交互に設けられているため、図４Ａ及びＢの効果を更に向上させることができる。すなわち、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体の積層部分では、交互にカチオン成分とアニオン成分を除去するため、この部分でのイオン成分の除去効率をより高めることができる。
【００４４】
図６は、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図６の前処理用水処理装置３は、図２の前処理用水処理装置の変形例であり、上流側に更に、モノリス状カチオン交換体からなる領域４を設けている点が、図２とは異なる。このイオン交換領域４、５がそれぞれ、第１、第２のイオン交換領域に相当する。
【００４５】
図７は、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図７Ａ及びＢの前処理用水処理装置３は、図３Ａ及びＢの前処理用水処理装置の変形例であり、上流側に更に、モノリス状カチオン交換体からなる領域４を設けている点が、図３Ａ及びＢとは異なる。このイオン交換領域４、５及び６がそれぞれ、第１、第２及び第３のイオン交換領域に相当する。
【００４６】
図６及び７の前処理用水処理装置では、このように第１のイオン交換領域を設けることによって、樹脂止めやクッションとして利用することができ、前処理用水処理装置の構造を安定化させることができる。また、表面積の大きいモノリス状カチオン交換体により、効率的にカチオン成分を除去することができる。
【００４７】
以下に、前処理用水処理装置の中で使用するイオン交換体について詳細に説明する。
カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂としては、ＭＲ形（マクロポーラス形）イオン交換樹脂を使用することが好ましい。このＭＲ形イオン交換樹脂は、モノマーの溶剤であり、かつ共重合体の沈殿剤として作用する有機溶媒の共存下で共重合を行わせることで、小さな球状ゲル粒子の集合体としての共重合体を母体構造として有し、これに官能基を導入したものである。ＭＲ形イオン交換樹脂の母体構造は、粒子間に巨大孔（マクロポア）を有する。
【００４８】
モノリス状アニオン交換体及びモノリス状カチオン交換体としては例えば、特開２００２−３０６９７６号公報、特開２００９−０６２５１２号公報、特開２００９−０６７９８２号公報、及び特開２００９−１０８２９４号公報に記載のものを用いることができる。
【００４９】
特開２００２−３０６９７６号公報に記載のイオン交換体としては、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が１〜５０ｍｌ／ｇであり、イオン交換基が均一に分布され、イオン交換容量が０．５ｍｇ当量／ｇ乾燥多孔質体以上であるものを挙げることができる。このイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有している。この連続気泡は、通常、平均径２〜５０００μｍのマクロポアとマクロポアが重なり合り、この重なる部分が共通の開口となるメソポアを有するもので、その大部分がオープンポア構造となっている。マクロポアとマクロポアの重なりは、１個のマクロポアで１〜１２個、多くのものは３〜１０個となる。
【００５０】
特開２００９−０６２５１２号公報に記載のイオン交換体としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜３００μｍの開口となる連続マクロポア構造体であり、厚み１ｍｍ以上、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇ、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．４ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体（乾燥体）の切断面のＳＥＭ画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中２５〜５０％であるものを挙げることができる。このイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径３０〜３００μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、特に３５〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体を有する。骨格部面積は好ましくは画像領域中２５〜４５％であり、イオン交換容量は好ましくは０．４〜１．８ｍｇ当量/ｍｌである。
【００５１】
特開２００９−０６７９８２号公報に記載のイオン交換体としては、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が０．３ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しているものを挙げることができる。このイオン交換体は、イオン交換基が導入された太さが１〜６０μｍ、好ましくは３〜５８μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜９０μｍ、特に２０〜８０μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体を有する。イオン交換容量は好ましくは０．４〜１．８ｍｇ当量／ｍｌである。
【００５２】
特開２００９−１０８２９４号公報に記載のイオン交換体としては、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される最大径が４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、厚み１ｍｍ以上、孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該複合構造体中に均一に分布したものを挙げることができる。この有機多孔質体としては、２種類の有機多孔質体を用いることができる。第１の有機多孔質体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径３０〜３００μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、特に３５〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体を構成する。第２の有機多孔質体は、直径が１〜５０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造を構成する。
【００５３】
また、上記の公報に記載のモノリス状イオン交換体以外に、下記のモノリス状イオン交換体を使用することができる。すなわち、このモノリス状イオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径２０〜２００μｍの開口となる厚みが１ｍｍ以上の連続マクロポア構造体であり、該連続マクロポア構造体の骨格部の表層部が多孔構造であり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．４ｍｇ当量／ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している。この重なる部分の平均直径は、２０〜１５０μｍが好ましく、２０〜１００μｍがより好ましい。また、この重なる部分の平均直径は、水湿潤状態で３０〜３００μｍが好ましく、３０〜２００μｍがより好ましく、３５〜１５０μｍが更に好ましい。モノリス状イオン交換体の比表面積は、２０ｍ2／ｇ〜７０ｍ2／ｇであることが好ましい。モノリス状イオン交換体の厚みは、３ｍｍ〜１０００ｍｍであることが好ましい。モノリス状イオン交換体の水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量は、０．４〜１．８ｍｇ当量／ｍｌであることが好ましい。
【００５４】
上記モノリス状イオン交換体において、母体構造を構成するポリマー材料としては、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリビニルベンジルクロライド等のスチレン系ポリマー及びそれらの架橋共重合体であるスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体等が好ましく用いられる。上記ポリマーは、単独のモノマーを重合させて得られるホモポリマーでも、複数のモノマーを重合させて得られるコポリマーであってもよく、また、２種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、イオン交換基の導入の容易性と機械的強度の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体を挙げることができる。
【００５５】
また、モノリス状カチオン交換体ではイオン交換基として、カルボキシル基、イミノジ酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等を用いることができる。モノリス状アニオン交換体ではイオン交換基として、四級アンモニウム基、三級アミノ基、二級アミノ基、一級アミノ基、ポリエチレンイミン、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等を用いることができる。
【００５６】
（燃料電池用水処理装置）
燃料電池用水処理装置は、上記前処理用水処理装置と、アニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）を有する。この電気式脱イオン水製造装置は、前処理用水処理装置の下流側に配置され、前処理用水処理装置によって前処理された水を処理する。電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する。このため、この電気式脱イオン水製造装置は、水中のアニオン成分のみを除去する。
【００５７】
図８は、本発明の燃料電池用水処理装置の一例を示す図である。図８に示すように、燃料電池からの凝縮水は矢印の方向に沿って流れ、まず、前処理用水処理装置３に導入される。この前処理用水処理装置３の中では凝縮水の前処理が行われ、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッド等が除去される。この前処理用水処理装置３で前処理された凝縮水は次に、電気式脱イオン水製造装置１７に導入される。電気式脱イオン水製造装置１７の中では炭酸イオン等が除去され、最終的に高純度の水を生成する。
【００５８】
このように燃料電池用水処理装置では、前処理用水処理装置３で電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッド等、電気式脱イオン水製造装置１７で炭酸イオン等を除去し、装置ごとに凝縮水中の特定の成分を除去する。この結果、装置全体として、凝縮水中の全イオン成分及びクラッドを効率的に除去できる。
【００５９】
特に、凝縮水中にクラッドが存在すると、脱塩室１３内のアニオン交換体の間に詰まることによって、脱塩室１３内を流れる凝縮水の流動抵抗となる。このため、凝縮水が安定して脱塩室１３内を流れることができなくなり、電気式脱イオン水製造装置の処理能力が低下する。また、ＰＳＳが脱塩室１３内のアニオン交換体に付着するとアニオン交換容量を低下させることとなる。前処理用水処理装置３では、このように電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすクラッドやＰＳＳ等を効率的に除去することができる。
【００６０】
また、前処理用水処理装置３では、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で除去できないアンモニアを除去することができる。この結果、電気式脱イオン水製造装置では、凝縮水中に高濃度で存在する炭酸イオン等を効率的に除去することができる。
【００６１】
また、装置ごとに凝縮水中の特定の成分を除去することにより、電気式脱イオン水製造装置と前処理用水処理装置で構成される装置全体を小型化、コンパクト化することが可能となる。
【００６２】
図９は、アニオン交換体が単床で充填された１つの脱塩室を有する、電気式脱イオン水製造装置の一例を表す図面である（以下、このように脱塩室を１つだけ有する電気式脱イオン水製造装置を、「１セル構造の電気式脱イオン水製造装置」と記載する場合がある）。図９に示すように、アニオン交換膜１６ａ、１６ｂの間に、アニオン交換体１を充填した脱塩室１３が設けられている。また、アニオン交換膜１６ａの外側に陽極室１４及び陽極１２、アニオン交換膜１６ｂの外側に陰極室１５及び陰極１８が設けられている。陽極１２及び陰極１８は直流電源１９に接続されている。
そして、脱塩室１３を凝縮水が流れ、陽極室１４及び陰極室１５を水が流れるようになっている。
【００６３】
凝縮水が脱塩室１３を流れている間に、凝縮水中の炭酸イオン等は、アニオン交換体１に捕捉される。そして、脱塩室１３を流れる凝縮液に対して、陽極１２及び陰極１８を介して電源１９から直流電流を流すことにより、アニオン交換体１に捕捉された炭酸イオン等はアニオン交換膜１６ａを通って陽極室１４まで移動し、除去される。
【００６４】
この電気式脱イオン水製造装置では、電極間に電圧を印加することによって、脱塩室１３内のアニオン交換体１に捕捉された炭酸イオン等は、随時、陽極室１４内に除去され、長時間、安定的に炭酸イオン等を除去できる。
【００６５】
図９の変形例として、陰極室にアニオン交換体を充填し、陽極室にカチオン交換体を充填しても良い。この場合、電気式脱イオン水製造装置は、陰極を備え、アニオン交換体が充填された陰極室／アニオン交換膜／アニオン交換体が充填された脱塩室／アニオン交換膜／陽極を備え、カチオン交換体が充填された陽極室の順に配列された構成となる。この電気式脱イオン水製造装置では、電極室の抵抗を下げることができる。
【００６６】
同様に、電極室の抵抗を下げる目的で、電気式脱イオン水製造装置を、陰極を備え、アニオン交換体が充填された陰極室／アニオン交換膜／アニオン交換体が充填された脱塩室／アニオン交換膜／陽極を備え、アニオン交換体が充填された陽極室の順に配列された構成としても良い。
【００６７】
電気式脱イオン水製造装置の脱塩室、電極室（陽極室、陰極室）に用いるイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換膜、イオン交換繊維、モノリス状イオン交換体を使用することができる。
【００６８】
図９のような１セル構造の電気式脱イオン水製造装置は、水量が少ない家庭用の燃料電池から生じる凝縮水を処理する場合に使用できる。この電気式脱イオン水製造装置では、１セル構造のため、複数のセルを重ね合わせた場合のように濃縮室中の炭酸イオン等が隣のセルの陰極室に移動するのを防止するためのカチオン交換膜を設ける必要がない。この結果、装置の構成を簡易化することができる。
【００６９】
（発電装置、燃料電池から回収した水の処理方法）
図１０は、本発明の燃料電池用水処理装置を備えた発電装置の一例を表す図である。図１０に示すように、発電装置では、燃料極２１、電解質膜２４、空気極２５、冷却部２９を有する燃料電池を備える。この燃料電池の発電時には、空気極２５及び冷却部２９から水蒸気が発生する。
【００７０】
これらの水蒸気は、凝縮器２３で回収、凝縮されて、凝縮水となる。この凝縮水は、前処理用水処理装置２６に供給されて前処理が行われ、凝縮水中のイオン成分（アンモニア、ＰＳＳ等）及びクラッドが除去される。この前処理用水処理装置２６は、カチオン交換体とアニオン交換体とを有し、前処理用水処理装置２６中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。また、前処理用水処理装置２６は少なくとも、最も上流側に第１のイオン交換領域を有する。この第１のイオン交換領域は、少なくともカチオン交換体を有する。この前処理後の凝縮水は、電気式脱イオン水製造装置２７に導入され、炭酸イオン等が除去される。
【００７１】
電気式脱イオン水製造装置２７で処理された凝縮水は処理水タンク２８で冷却されて冷却水となる。この冷却水は冷却部２９に供給されると共に、改質器２２の前段部分に供給されて燃料ガスと混合される。燃料ガスと混合された冷却水は、改質器２２に導入される。改質器２２の中では、燃料ガスの水蒸気改質が行われ、水素を生成させる。改質器２２の中で生成した水素は、燃料電池の燃料極２１に導入される。一方、燃料電池の空気極２５には空気が導入される。この燃料極２１に導入された水素と、空気極２５に導入された空気中の酸素の反応により、燃料電池は発電する。
【００７２】
空気極２５と冷却部２９で発生した水蒸気は上記のようにして凝縮後、前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７で再生された後、再利用される。
【００７３】
なお、上記前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７での処理工程を挙げると、下記の通りとなる。
（１）燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程、
（２）前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程。
【００７４】
なお、上記発電装置では、概念的に１セルの燃料電池を示した。しかし、必要な発電量に応じて、複数のセルを、セパレータを介して積層させたセルスタックの形態の燃料電池としても良い。また、使用する燃料電池の種類は特に限定されず、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ， Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ， Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ， Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ， Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ， Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等を使用することができる。なお、内部改質型の燃料電池の場合は、図１０の改質器を設けずに、冷却水を直接、燃料電池内に供給する。
【００７５】
上記発電装置では、改質器で発生する二酸化炭素が凝縮水中に溶けて、炭酸イオン等となっている。また、空気極２５及び冷却部２９から回収される水蒸気は高温となっている。このため、この水の配管から凝縮水中に、クラッドが溶出する。更に、燃料電池スタックにおいてセル間を分離するセパレータや、燃料電池のイオン交換膜等に由来するＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）やアンモニア等が溶出する。従って、凝縮水中には、様々なイオン成分やクラッドが存在している。
【００７６】
そこで、前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７により、凝縮水中の様々なイオン成分及びクラッドを効率的に除去することが可能となる。この結果、高純度の水を生成することができる。この水を利用することにより、改質器では高い効率で水蒸気改質を行うと共に、冷却部において安定して燃料電池を冷却することができる。
【実施例】
【００７７】
（実施例１）
表１に示す体積比率で、ＭＲ形カチオン交換樹脂：ＭＲ形アニオン交換樹脂＝９：１となるように、ＭＲ形カチオン交換樹脂とＭＲ形アニオン交換樹脂を混合し、内径５ｃｍ、高さ８ｃｍのカラム内に充填して前処理用水処理装置を製造した。なお、ＭＲ形カチオン交換樹脂とＭＲ形アニオン交換樹脂の体積は、タッピング法によって測定した。また、ＭＲ形カチオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）、ＭＲ形アニオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名）、を使用した。この前処理用水処理装置を図１１に示す。
【００７８】
この後、図１１の前処理用水処理装置の下流側に、図９の電気式脱イオン水製造装置の電極室中に更にイオン交換樹脂を充填させた電気式脱イオン水製造装置を設けた。この電気式脱イオン水製造装置の仕様を以下に示す。
脱塩室の大きさ：４０×５０×４０ｍｍ厚
脱塩室への充填樹脂：アニオン交換樹脂 ＯＨ形ＩＲＡ４０２ＢＬ−ＨＧ
陰極室への充填樹脂：アニオン交換樹脂 ＯＨ形ＩＲＡ４０２ＢＬ−ＨＧ
陽極室への充填樹脂：カチオン交換樹脂 Ｈ形ＩＲ１２０Ｂ−ＨＧ。
【００７９】
そして、前処理用水処理装置で前処理した水が、下記試験条件で、電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにした。この際、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室間に直流電流を３００ｍＡ流した時の、通水開始時（０時間）と１００時間後の電気式脱イオン水製造装置の電圧を測定した。この結果を表２に示す。
【００８０】
＜試験条件＞
流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
水：質量基準で２ｐｐｍのポリスチレンスルホン酸を含有する水（超純水中に、ＳＰ１（東ソー社製）を希釈したものを添加することによって調整）
通水温度：４０℃。
【００８１】
（比較例１）
実施例１と同形のカラム内にＭＲ形カチオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名））を充填してイオン交換カートリッジを製造した。このイオン交換カートリッジにはＭＲ形カチオン交換樹脂のみが充填されているため、表１に示すように、ＭＲ形カチオン交換樹脂：アニオン交換体＝１０：０となる。このイオン交換カートリッジを図１２に示す。次に、このイオン交換カートリッジの下流側に、実施例１と同じ仕様の電気式脱イオン水製造装置を設けた。そして、実施例１と同様の条件で、イオン交換カートリッジにより前処理した水が電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにして、電圧を測定した。この測定結果を下記表２に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
【表２】
【００８４】
表２に示すように、実施例１では通水開始電圧（０時間）と１００時間後の電圧が共に１０Ｖであるのに対して、比較例１では通水開始電圧（０時間）が１０Ｖであるのに対して１００時間後の電圧が２５Ｖに増加した。この結果から、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合にすることで、水中のポリスチレンスルホン酸による電気式脱イオン水製造装置の電圧上昇を回避して、長期間の安定運転が可能なことが分かる。
【００８５】
（比較例２）
体積基準でＭＲ形カチオン交換樹脂：ＭＲ形アニオン交換樹脂＝１：２となるように、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合し、内径５ｃｍ、高さ１００ｃｍのカラム内に充填してイオン交換カートリッジを製造した。カチオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）、アニオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名；イオン交換能１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）、を使用した。
【００８６】
このイオン交換カートリッジに下記通水条件で水を流し、水を運転時間中、１μＳ／ｃｍ2以下の純度まで処理するのに必要な樹脂体積量として算出した。この樹脂の算出方法を下記に示す。また、結果を表３に示す。
【００８７】
＜通水条件＞
水：超純水中に、アニオン負荷として１．０ｍｅｑ／ｈの炭酸、カチオン負荷として０．０１５ｍｅｑ／ｈのアンモニアを添加した水を使用した。
運転時間：４万時間
水温：５０℃。
【００８８】
＜樹脂の算出方法＞
アニオン交換樹脂の樹脂体積量
１．０×１０-3ｅｑ／ｈ（アニオン負荷）×４００００ｈ（運転時間）÷１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ（アニオン交換樹脂のイオン交換能）＝４０Ｌ
カチオン交換樹脂の樹脂体積量
カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝１：２（体積比）であるため、
４０Ｌ×０．５=２０Ｌ
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の総樹脂体積量
４０＋２０＝６０Ｌ
以上より、処理水純度１μＳ／ｃｍ2以下を保つためには、６０Ｌ以上の樹脂が必要となる。
【００８９】
（実施例２）
ＭＲ形カチオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）；イオン交換能１．７５ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）とＭＲ形アニオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名）；イオン交換能１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）とを９：１の体積比で混合し、比較例２と同形のカラム内に充填して図１１に示した前処理用水処理装置を製造した。この前処理用水処理装置の下流側に、実施例１と同じ仕様の電気式脱イオン水製造装置を設けた。そして、比較例２と同じ条件で、前処理用水処理装置により前処理した水が電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにした。この際、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室間に３００ｍＡの直流電流を流した状態で運転時間中、１μＳ／ｃｍ2以下の純度まで水を処理するのに前処理用水処理装置と電気式脱イオン水製造装置に必要な樹脂体積量を求めた。必要な樹脂体積量は、上記通水条件（アニオン／カチオン負荷、運転時間）および樹脂の交換容量から処理水質（１μＳ／ｃｍ2以下）を維持できる樹脂量として算出した。この樹脂の算出方法を下記に示す。また、結果を表３に示す。
【００９０】
＜樹脂の算出方法＞
（ａ）前処理用水処理装置
カチオン交換樹脂の樹脂体積量
０．０１５×１０-3ｅｑ／ｈ（カチオン負荷）×４００００ｈ（運転時間）÷１．７５ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ（カチオン交換樹脂のイオン交換能）＝０．３４Ｌ
アニオン交換樹脂の樹脂体積量
カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝９：１（体積比）であるため、０．３４×１÷９＝０．０３８Ｌ
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の樹脂体積量
０．３４＋０．０３８＝０．３７８Ｌ
（ｂ）電気式脱イオン水製造装置
ＳＶ１００の電気式脱イオン水製造装置を使用した場合、通水流量が６０ｍｌ／ｍｉｎ（３．６Ｌ／ｈ）であるため、樹脂体積量は３．６÷１００＝０．０３６（Ｌ）となる。
（ＳＶ；空間速度；樹脂体積Ｖ（Ｌ）に対する、通水流量Ｆ（Ｌ／ｈ）の割合Ｆ／Ｖを意味する。）。
【００９１】
（ｃ）前処理用水処理装置と電気式脱イオン水製造装置の総樹脂体積量
０．３７８Ｌ＋０．０３６Ｌ＝０．４１（Ｌ）
【００９２】
【表３】
【００９３】
表３の結果より、比較例２の場合と比べて、実施例２では樹脂体積量が１／１４６以下となった。この結果から、前処理用水処理装置とアニオンＥＤＩの併用により、装置のコンパクト化が可能なことが分かる。
【符号の説明】
【００９４】
１ カチオン交換樹脂
２ アニオン交換樹脂
３ 前処理用水処理装置
４ 第１のイオン交換領域
５ 第２のイオン交換領域
６ 第３のイオン交換領域
７ａ、７ｂ 凝縮水の流れる方向
８ 第４のイオン交換領域
９ 第５のイオン交換領域
１０ 第６のイオン交換領域
１１ 第７のイオン交換領域
１２ 陽極
１３ 脱塩室
１４ 陽極室
１５ 陰極室
１６ａ、１６ｂ アニオン交換膜
１７ 電気式脱イオン水製造装置
１８ 陰極
１９ 電源
２１ 燃料極
２２ 改質器
２３ 凝縮器
２４ イオン交換膜
２５ 空気極
２６ 前処理用水処理装置
２７ 電気式脱イオン水製造装置
２８ 処理水タンク
２９ 冷却部
３０ ＭＲ形アニオン交換樹脂
３１ ＭＲ形カチオン交換樹脂
３２ モノリス状アニオン交換体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用水処理装置、及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出量が少なく、環境性能に優れた発電手段として、燃料電池が注目されるようになってきている。この燃料電池は、水素と酸素から水を生成する反応を行わせる際に発生するエネルギーを電力として取り出している。
【０００３】
燃料電池の作動時には水素と酸素の反応によって熱が発生する。このため、燃料電池本体の冷却のために循環冷却水系を設けて、この中に水を循環させることにより、燃料電池の冷却を行っている。また、燃料電池の前段部に改質器を設けて、燃料の水蒸気改質を行うことにより水素等を発生させ、これを燃料電池の燃料極（アノード）に導入している。このように燃料電池では水を使用している。
【０００４】
一方、燃料電池では、発電時に空気極（カソード）から水蒸気が発生する。また、循環冷却水系を流れる冷却水は、燃料電池の発電時の熱によって水蒸気と水の二相系となっている。このため、これらの水蒸気を回収して、凝縮器で凝縮させて水（以下、この水を「凝縮水」と記載する場合がある）としている。そして、系全体の使用水量を減らすため、この凝縮水を循環させて上記循環冷却水系や改質器等で再使用している。
【０００５】
しかし、凝縮水中には、様々なイオン成分やクラッドが存在している。このため、凝縮水を上記循環冷却水系や改質器等で再使用するためには、水処理によりこれらのイオン成分やクラッドを除去する必要がある。そこで、従来から、凝縮水中のイオン成分等を除去するための水処理装置が検討されている。この中でも、電気式脱イオン水製造装置は、イオン成分の除去効率が高く、長期間の使用が可能であるため有用である。
【０００６】
特許文献１（特開２００１−１７６５３５号公報）には、改質器と、燃料電池本体と、この燃料電池本体から生成した水蒸気および燃焼排ガス中の水蒸気の凝縮水を回収する回収水タンクと、回収水を回収水導入配管から導入して高純度にした後，純水導出配管から導出する電気式脱イオン水製造装置とを備えた燃料電池発電装置の水処理装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２（特開２００１−２３６９８１号公報）には、燃料電池で生じた生成水を水回収装置で回収し、得られた回収水をポンプにより電気式脱イオン水製造装置の脱塩室と濃縮室に送って脱イオン水と濃縮水に分離し、脱イオン水を燃料電池発電装置の冷却水とする燃料電池発電装置用水処理システムが開示されている。
【０００８】
特許文献３（特開平１１−８６８９５号公報）には、燃料電池プラントから回収したプラント回収水を蓄える水処理原水タンクと、プラント回収水の脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置と、電気式脱イオン水製造装置にて脱塩処理された処理水をプラント用補給水として燃料電池プラントへ送水する補給水ポンプとが設置された燃料電池プラント水処理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１７６５３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２３６９８１号公報
【特許文献３】特開平１１−８６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
燃料電池の凝縮水中には、様々なイオン成分や不純物が存在している。例えば、改質系燃料電池からは、炭酸イオンやアンモニウムイオンが溶出する。また、燃料電池スタックから、燃料電池の電解質として使用しているイオン交換膜に由来するＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）が水中に溶出する。更に、金属配管を使用しているため、クラッド（腐食生成物）も生成する。
【００１１】
しかし、特許文献１〜３に開示された電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合床を充填した一般的な電気式脱イオン水製造装置であり、こうした燃料電池の凝縮水の特徴を考慮したものではなかった。そのため、装置サイズが大きくなり、不経済であった。
【００１２】
ここで、アニオン成分の除去効率が高いアニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（以下、「アニオンＥＤＩ」と記載する場合がある）を用いることが考えられるが、凝縮水中のクラッド、ＰＳＳ、アンモニア等が、アニオンＥＤＩの作動に悪影響を及ぼす場合があった。特に、ＰＳＳは、アニオンＥＤＩに含まれるアニオン交換体の有機物汚染の原因となり、アニオン交換容量の低下を引き起こすため、アニオンＥＤＩによる炭酸イオン等の除去効率を大幅に低下させる場合があった。また、アニオンＥＤＩでは、カチオンであるアンモニアを除去することができず、処理水の純度低下の原因となっていた。更に、凝縮水中にクラッドが存在すると、アニオン交換体の間に詰まることによって、アニオン交換体の間を流れる凝縮水の流動抵抗となる場合があった。このため、凝縮水が安定してアニオンＥＤＩ内を流れることができなくなり、その運転に支障が生じる場合があった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の作動に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドなどの不純物を総合的に除去する前処理用水処理装置を前段に設けた燃料電池用水処理装置、及び水処理方法を提供することを目的とする。そして、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）による、炭酸イオン等の効率的な除去を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態は、
燃料電池から回収した水を処理する燃料電池用水処理装置であって、
アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の前段に設置された前処理用水処理装置と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、燃料電池用水処理装置に関する。
【００１５】
他の一実施形態は、
燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程と、
前記前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、水処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１６】
前処理用水処理装置により、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の作動に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドを総合的に除去することができる。この結果、前処理用水処理装置の下流側に設ける電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）による、炭酸イオン等の効率的な除去を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図２】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図３Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図３Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図４Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図４Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図５Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図５Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図６】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図７Ａ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図７Ｂ】本発明の前処理用水処理装置の一例を表す図である。
【図８】本発明の燃料電池用水処理装置の一例を表す図である。
【図９】本発明の電気式脱イオン水製造装置の一例を表す図である。
【図１０】発電装置の一例を表す図である。
【図１１】実施例１で使用した前処理用水処理装置を表す図である。
【図１２】比較例１で使用した前処理用水処理装置を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（前処理用水処理装置）
前処理用水処理装置は、燃料電池から回収し、凝縮させた水（以下、「凝縮水」と記載する場合がある）を処理するアニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）の前処理用として用い、電気式脱イオン水製造装置の上流側に配置されるものである。すなわち、前処理用水処理装置で前処理した凝縮水は更に、電気式脱イオン水製造装置に導入して電気式脱イオン水製造装置で処理することを目的とする。
【００１９】
この前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とを有し、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。イオン交換体としては、イオン交換樹脂、モノリス状イオン交換体を挙げることができる。なお、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜４：１が好ましい。
【００２０】
イオン交換樹脂としては、ゲル形、ＭＲ形のいずれも用いることができるが、ＭＲ形のイオン交換樹脂を用いることが好ましい。ＭＲ形イオン交換樹脂は、ＰＳＳやクラッドを効率よく捕捉することができるためである。
【００２１】
例えば、イオン交換体として、カチオン交換樹脂、モノリス状カチオン交換体を使用する場合、全カチオン交換体は、カチオン交換樹脂、モノリス状カチオン交換体、又はカチオン交換樹脂とモノリス状カチオン交換体の両方であっても良い。また、同様に、この全アニオン交換体は、アニオン交換樹脂、モノリス状アニオン交換体、又はアニオン交換樹脂とモノリス状アニオン交換体の両方であっても良い。
【００２２】
粒子状のイオン交換樹脂の体積は、タッピング法によって測定する。このタッピング法では、試料樹脂の体積より容量の大きいメスシリンダーを用い、試料樹脂を水とともにメスシリンダーに移し入れ、水を試料樹脂が水面下になるように十分に加える。ガラス棒の先端に直径約３０ｍｍのゴム栓を取り付け、メスシリンダーの側面を前記ゴム栓の部分でたたく。この操作を試料樹脂層の高さが変化しなくなるまで繰り返し、試料樹脂の高さをｍｌの単位で読み取る。試料樹脂を振り混ぜた後、再びゴム栓の部分でメスシリンダーの側面を軽くたたいて、試料樹脂層の高さをｍｌの単位で読み取る。この操作を３回繰り返し、平均値を求めて試料樹脂の湿潤体積とする。
【００２３】
また、モノリス状イオン交換体は、全体として１つの構造体を形成している。このため、モノリス状イオン交換体の体積としては、該構造体の外形部分の縦、横、高さ等の寸法を実測し、これらの値から外形部分の体積を求める。
【００２４】
水処理装置は少なくとも、最も上流側に第１のイオン交換領域を有する。この第１のイオン交換領域は、少なくともカチオン交換体を有する。すなわち、前処理用水処理装置は、第１のイオン交換領域のみから構成されていても、上流側から順に第１、第２、第３・・・のように複数のイオン交換領域から構成されていても良い。また、第１のイオン交換領域はカチオン交換体を有するか、又はカチオン交換体とアニオン交換体の両方を有する。
【００２５】
前処理用水処理装置において、各イオン交換領域が占める領域は、以下のようにして画定することができる。
モノリス状イオン交換体については、構造的に一体となった１つのイオン交換体が占める領域が、１つのイオン交換領域を構成する。なお、同種の２つのイオン交換体が隣接するように設けられている場合（例えば、モノリス状アニオン交換体とモノリス状アニオン交換体、モノリス状アニオン交換体とモノリス状カチオン交換体が隣接して設けられている場合など）、２つのイオン交換領域が存在するものとする。
【００２６】
また、粒子状のイオン交換樹脂については、イオン交換樹脂が充填された特定部分を占める領域を１つのイオン交換領域とする。なお、（ａ）アニオン交換樹脂のみが充填された領域、（ｂ）カチオン交換樹脂のみが充填された領域、（ｃ）アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混合して充填された領域が、互いに隣接して設けられている場合、（ａ）〜（ｃ）の領域がそれぞれ１つのイオン交換領域を構成する。
【００２７】
燃料電池からの凝縮水中には、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）に悪影響を及ぼすイオン成分（ＰＳＳ、アンモニア等）やクラッドが含まれている。従って、最も上流側の第１のイオン交換領域中にカチオン交換体を設けることによって、上記イオン成分のうち、後段の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で除去できないカチオン成分（アンモニア等）やクラッドを効率的に除去することができる。なお、クラッドは、イオン交換体によるイオン交換の作用によって除去されるわけではなく、イオン交換体内の細孔やイオン交換体間の空隙内にクラッドが捕捉されることによって除去される。ＭＲ形カチオン交換樹脂は、その内部に細孔を多く有するため、より効果的にクラッドを除去することができる。
【００２８】
また、前処理用水処理装置は、第１のイオン交換領域や、場合によっては第２、第３のイオン交換領域中等に、アニオン交換体を有する。これによって、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすＰＳＳやクラッド等を効率的に除去することができる。特に、凝縮水中のＰＳＳは、電気式脱イオン水製造装置のアニオン交換体に付着して交換容量の低下などの原因となる場合がある。このため、予め前処理用水処理装置のアニオン交換体でＰＳＳを除去することにより、電気式脱イオン水製造装置の高い除去効率を維持することができる。
【００２９】
なお、前処理用水処理装置のアニオン交換体では、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすＰＳＳやクラッド等を除去することを目的とする。このため、前処理用水処理装置では、炭酸イオン等は完全に除去されなくても良い。すなわち、前処理用水処理装置により前処理された水中に、炭酸イオン等が一部、溶存していても良い。
【００３０】
また、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。この体積比率は、燃料電池からの凝縮水中の、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分（炭酸イオン等を除くアニオン成分とカチオン成分）及びクラッドの濃度に対応したものとなっている。このため、これらのイオン成分やクラッドを効率的に除去することができる。この結果、前処理用水処理装置の下流側に配置する電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）において、効率的に炭酸イオン等を除去することができる。
【００３１】
更に、燃料電池からの凝縮水中には、大量の炭酸イオン等が含まれる。電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）は、その他のイオン交換体に比べて長期間、高い効率で炭酸イオン等を除去できる、という特性を有する。このように、前処理用水処理装置で電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッドを除去し、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で炭酸イオン等を除去可能とするように、装置ごとに凝縮水中の特定成分を除去する。これにより、最終的に、凝縮水中の全イオン成分及びクラッドを効率的に除去する。また、装置ごとに特定成分を除去することにより、電気式脱イオン水製造装置と前処理用水処理装置で構成される装置全体を小型化、コンパクト化することが可能となる。
【００３２】
以下に、図１〜７を参照して、本発明の前処理用水処理装置の例を示す。なお、下記例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの具体例に何ら限定されるものではない。
【００３３】
図１は、本発明の前処理用水処理装置の一例を示す図である。図１中の矢印の方向が凝縮水の流れる方向を表し、矢印７ａの側が上流側、７ｂの側が下流側に相当する。なお、以下の図２〜７においても、同様に、矢印の方向が凝縮水の流れる方向を表し、矢印７ａの側が上流側、７ｂの側が下流側となる。
【００３４】
図１の前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に向かって順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、アニオン交換樹脂２が充填された第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（アニオン交換樹脂２）が充填されている。このように、第１及び第２のイオン交換領域を設けることによって、前処理用水処理装置の上流側ではカチオン成分を重点的に除去し、その下流側ではアニオン成分を重点的に除去することができる。
【００３５】
図２は、本発明の前処理用水処理装置の他の一例を示す図である。図２の前処理用水処理装置３の上流側から下流側に向かう領域中に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４が設けられている。このように、第１のイオン交換領域を設けることによって、効率的に、カチオン成分とアニオン成分を同時に除去することができる。
【００３６】
図３Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図３Ａの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００３７】
図３Ｂの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域５が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００３８】
図３Ａ及びＢの前処理用水処理装置のモノリス状アニオン交換体は表面積が大きく、イオン交換容量が大きいという特性を有する。このため、第２のイオン交換領域では、凝縮水中のアニオン成分を効率的に除去することができる。
【００３９】
図４Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図４Ａの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状カチオン交換体からなる第２のイオン交換領域５、モノリス状アニオン交換体からなる第３のイオン交換領域６が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１）−（モノリス状カチオン交換体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００４０】
図４Ｂの前処理用水処理装置３では、上流側から下流側に順に、カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体が充填された第１のイオン交換領域４、モノリス状カチオン交換体からなる第２のイオン交換領域５、モノリス状アニオン交換体からなる第３のイオン交換領域６が設けられている。すなわち、この前処理用水処理装置においては、上流側から下流側に向かって順に、（カチオン交換樹脂１とアニオン交換樹脂２の混合体）−（モノリス状カチオン交換体）−（モノリス状アニオン交換体）が形成されている。
【００４１】
図４Ａ及びＢのモノリス状カチオン交換体は表面積が大きいため、第２及び第３のイオン交換領域では、凝縮水中のカチオン成分及びアニオン成分を効率的に除去することができる。また、モノリス状カチオン交換体５は、前処理用水処理装置内にイオン交換樹脂を充填する際に、樹脂止めとしても利用することができ、前処理用水処理装置の組み立てが容易となる。
【００４２】
図５Ａ及びＢは、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図５Ａ及びＢの前処理用水処理装置３は、図４Ａ及びＢの前処理用水処理装置の変形例であり、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体が上流側から下流側に向かって交互に３つずつ設けられている点が、図４Ａ及びＢとは異なる。なお、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換を交互に設ける個数は３つに限定されるわけではなく、２つであっても、４つ以上であっても良い。
【００４３】
図５Ａ及びＢでは、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体が交互に設けられているため、図４Ａ及びＢの効果を更に向上させることができる。すなわち、モノリス状カチオン交換体とモノリス状アニオン交換体の積層部分では、交互にカチオン成分とアニオン成分を除去するため、この部分でのイオン成分の除去効率をより高めることができる。
【００４４】
図６は、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図６の前処理用水処理装置３は、図２の前処理用水処理装置の変形例であり、上流側に更に、モノリス状カチオン交換体からなる領域４を設けている点が、図２とは異なる。このイオン交換領域４、５がそれぞれ、第１、第２のイオン交換領域に相当する。
【００４５】
図７は、本発明の前処理用水処理装置の他の例を示す図である。図７Ａ及びＢの前処理用水処理装置３は、図３Ａ及びＢの前処理用水処理装置の変形例であり、上流側に更に、モノリス状カチオン交換体からなる領域４を設けている点が、図３Ａ及びＢとは異なる。このイオン交換領域４、５及び６がそれぞれ、第１、第２及び第３のイオン交換領域に相当する。
【００４６】
図６及び７の前処理用水処理装置では、このように第１のイオン交換領域を設けることによって、樹脂止めやクッションとして利用することができ、前処理用水処理装置の構造を安定化させることができる。また、表面積の大きいモノリス状カチオン交換体により、効率的にカチオン成分を除去することができる。
【００４７】
以下に、前処理用水処理装置の中で使用するイオン交換体について詳細に説明する。
カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂としては、ＭＲ形（マクロポーラス形）イオン交換樹脂を使用することが好ましい。このＭＲ形イオン交換樹脂は、モノマーの溶剤であり、かつ共重合体の沈殿剤として作用する有機溶媒の共存下で共重合を行わせることで、小さな球状ゲル粒子の集合体としての共重合体を母体構造として有し、これに官能基を導入したものである。ＭＲ形イオン交換樹脂の母体構造は、粒子間に巨大孔（マクロポア）を有する。
【００４８】
モノリス状アニオン交換体及びモノリス状カチオン交換体としては例えば、特開２００２−３０６９７６号公報、特開２００９−０６２５１２号公報、特開２００９−０６７９８２号公報、及び特開２００９−１０８２９４号公報に記載のものを用いることができる。
【００４９】
特開２００２−３０６９７６号公報に記載のイオン交換体としては、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が１〜５０ｍｌ／ｇであり、イオン交換基が均一に分布され、イオン交換容量が０．５ｍｇ当量／ｇ乾燥多孔質体以上であるものを挙げることができる。このイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有している。この連続気泡は、通常、平均径２〜５０００μｍのマクロポアとマクロポアが重なり合り、この重なる部分が共通の開口となるメソポアを有するもので、その大部分がオープンポア構造となっている。マクロポアとマクロポアの重なりは、１個のマクロポアで１〜１２個、多くのものは３〜１０個となる。
【００５０】
特開２００９−０６２５１２号公報に記載のイオン交換体としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜３００μｍの開口となる連続マクロポア構造体であり、厚み１ｍｍ以上、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇ、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．４ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体（乾燥体）の切断面のＳＥＭ画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中２５〜５０％であるものを挙げることができる。このイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径３０〜３００μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、特に３５〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体を有する。骨格部面積は好ましくは画像領域中２５〜４５％であり、イオン交換容量は好ましくは０．４〜１．８ｍｇ当量/ｍｌである。
【００５１】
特開２００９−０６７９８２号公報に記載のイオン交換体としては、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が０．３ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しているものを挙げることができる。このイオン交換体は、イオン交換基が導入された太さが１〜６０μｍ、好ましくは３〜５８μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜９０μｍ、特に２０〜８０μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体を有する。イオン交換容量は好ましくは０．４〜１．８ｍｇ当量／ｍｌである。
【００５２】
特開２００９−１０８２９４号公報に記載のイオン交換体としては、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される最大径が４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、厚み１ｍｍ以上、孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該複合構造体中に均一に分布したものを挙げることができる。この有機多孔質体としては、２種類の有機多孔質体を用いることができる。第１の有機多孔質体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径３０〜３００μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、特に３５〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体を構成する。第２の有機多孔質体は、直径が１〜５０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造を構成する。
【００５３】
また、上記の公報に記載のモノリス状イオン交換体以外に、下記のモノリス状イオン交換体を使用することができる。すなわち、このモノリス状イオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径２０〜２００μｍの開口となる厚みが１ｍｍ以上の連続マクロポア構造体であり、該連続マクロポア構造体の骨格部の表層部が多孔構造であり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．４ｍｇ当量／ｍｌ以上であり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している。この重なる部分の平均直径は、２０〜１５０μｍが好ましく、２０〜１００μｍがより好ましい。また、この重なる部分の平均直径は、水湿潤状態で３０〜３００μｍが好ましく、３０〜２００μｍがより好ましく、３５〜１５０μｍが更に好ましい。モノリス状イオン交換体の比表面積は、２０ｍ2／ｇ〜７０ｍ2／ｇであることが好ましい。モノリス状イオン交換体の厚みは、３ｍｍ〜１０００ｍｍであることが好ましい。モノリス状イオン交換体の水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量は、０．４〜１．８ｍｇ当量／ｍｌであることが好ましい。
【００５４】
上記モノリス状イオン交換体において、母体構造を構成するポリマー材料としては、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリビニルベンジルクロライド等のスチレン系ポリマー及びそれらの架橋共重合体であるスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体等が好ましく用いられる。上記ポリマーは、単独のモノマーを重合させて得られるホモポリマーでも、複数のモノマーを重合させて得られるコポリマーであってもよく、また、２種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、イオン交換基の導入の容易性と機械的強度の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体を挙げることができる。
【００５５】
また、モノリス状カチオン交換体ではイオン交換基として、カルボキシル基、イミノジ酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等を用いることができる。モノリス状アニオン交換体ではイオン交換基として、四級アンモニウム基、三級アミノ基、二級アミノ基、一級アミノ基、ポリエチレンイミン、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等を用いることができる。
【００５６】
（燃料電池用水処理装置）
燃料電池用水処理装置は、上記前処理用水処理装置と、アニオン除去型の電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）を有する。この電気式脱イオン水製造装置は、前処理用水処理装置の下流側に配置され、前処理用水処理装置によって前処理された水を処理する。電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する。このため、この電気式脱イオン水製造装置は、水中のアニオン成分のみを除去する。
【００５７】
図８は、本発明の燃料電池用水処理装置の一例を示す図である。図８に示すように、燃料電池からの凝縮水は矢印の方向に沿って流れ、まず、前処理用水処理装置３に導入される。この前処理用水処理装置３の中では凝縮水の前処理が行われ、電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッド等が除去される。この前処理用水処理装置３で前処理された凝縮水は次に、電気式脱イオン水製造装置１７に導入される。電気式脱イオン水製造装置１７の中では炭酸イオン等が除去され、最終的に高純度の水を生成する。
【００５８】
このように燃料電池用水処理装置では、前処理用水処理装置３で電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすイオン成分やクラッド等、電気式脱イオン水製造装置１７で炭酸イオン等を除去し、装置ごとに凝縮水中の特定の成分を除去する。この結果、装置全体として、凝縮水中の全イオン成分及びクラッドを効率的に除去できる。
【００５９】
特に、凝縮水中にクラッドが存在すると、脱塩室１３内のアニオン交換体の間に詰まることによって、脱塩室１３内を流れる凝縮水の流動抵抗となる。このため、凝縮水が安定して脱塩室１３内を流れることができなくなり、電気式脱イオン水製造装置の処理能力が低下する。また、ＰＳＳが脱塩室１３内のアニオン交換体に付着するとアニオン交換容量を低下させることとなる。前処理用水処理装置３では、このように電気式脱イオン水製造装置に悪影響を及ぼすクラッドやＰＳＳ等を効率的に除去することができる。
【００６０】
また、前処理用水処理装置３では、電気式脱イオン水製造装置（アニオンＥＤＩ）で除去できないアンモニアを除去することができる。この結果、電気式脱イオン水製造装置では、凝縮水中に高濃度で存在する炭酸イオン等を効率的に除去することができる。
【００６１】
また、装置ごとに凝縮水中の特定の成分を除去することにより、電気式脱イオン水製造装置と前処理用水処理装置で構成される装置全体を小型化、コンパクト化することが可能となる。
【００６２】
図９は、アニオン交換体が単床で充填された１つの脱塩室を有する、電気式脱イオン水製造装置の一例を表す図面である（以下、このように脱塩室を１つだけ有する電気式脱イオン水製造装置を、「１セル構造の電気式脱イオン水製造装置」と記載する場合がある）。図９に示すように、アニオン交換膜１６ａ、１６ｂの間に、アニオン交換体１を充填した脱塩室１３が設けられている。また、アニオン交換膜１６ａの外側に陽極室１４及び陽極１２、アニオン交換膜１６ｂの外側に陰極室１５及び陰極１８が設けられている。陽極１２及び陰極１８は直流電源１９に接続されている。
そして、脱塩室１３を凝縮水が流れ、陽極室１４及び陰極室１５を水が流れるようになっている。
【００６３】
凝縮水が脱塩室１３を流れている間に、凝縮水中の炭酸イオン等は、アニオン交換体１に捕捉される。そして、脱塩室１３を流れる凝縮液に対して、陽極１２及び陰極１８を介して電源１９から直流電流を流すことにより、アニオン交換体１に捕捉された炭酸イオン等はアニオン交換膜１６ａを通って陽極室１４まで移動し、除去される。
【００６４】
この電気式脱イオン水製造装置では、電極間に電圧を印加することによって、脱塩室１３内のアニオン交換体１に捕捉された炭酸イオン等は、随時、陽極室１４内に除去され、長時間、安定的に炭酸イオン等を除去できる。
【００６５】
図９の変形例として、陰極室にアニオン交換体を充填し、陽極室にカチオン交換体を充填しても良い。この場合、電気式脱イオン水製造装置は、陰極を備え、アニオン交換体が充填された陰極室／アニオン交換膜／アニオン交換体が充填された脱塩室／アニオン交換膜／陽極を備え、カチオン交換体が充填された陽極室の順に配列された構成となる。この電気式脱イオン水製造装置では、電極室の抵抗を下げることができる。
【００６６】
同様に、電極室の抵抗を下げる目的で、電気式脱イオン水製造装置を、陰極を備え、アニオン交換体が充填された陰極室／アニオン交換膜／アニオン交換体が充填された脱塩室／アニオン交換膜／陽極を備え、アニオン交換体が充填された陽極室の順に配列された構成としても良い。
【００６７】
電気式脱イオン水製造装置の脱塩室、電極室（陽極室、陰極室）に用いるイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換膜、イオン交換繊維、モノリス状イオン交換体を使用することができる。
【００６８】
図９のような１セル構造の電気式脱イオン水製造装置は、水量が少ない家庭用の燃料電池から生じる凝縮水を処理する場合に使用できる。この電気式脱イオン水製造装置では、１セル構造のため、複数のセルを重ね合わせた場合のように濃縮室中の炭酸イオン等が隣のセルの陰極室に移動するのを防止するためのカチオン交換膜を設ける必要がない。この結果、装置の構成を簡易化することができる。
【００６９】
（発電装置、燃料電池から回収した水の処理方法）
図１０は、本発明の燃料電池用水処理装置を備えた発電装置の一例を表す図である。図１０に示すように、発電装置では、燃料極２１、電解質膜２４、空気極２５、冷却部２９を有する燃料電池を備える。この燃料電池の発電時には、空気極２５及び冷却部２９から水蒸気が発生する。
【００７０】
これらの水蒸気は、凝縮器２３で回収、凝縮されて、凝縮水となる。この凝縮水は、前処理用水処理装置２６に供給されて前処理が行われ、凝縮水中のイオン成分（アンモニア、ＰＳＳ等）及びクラッドが除去される。この前処理用水処理装置２６は、カチオン交換体とアニオン交換体とを有し、前処理用水処理装置２６中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１となっている。また、前処理用水処理装置２６は少なくとも、最も上流側に第１のイオン交換領域を有する。この第１のイオン交換領域は、少なくともカチオン交換体を有する。この前処理後の凝縮水は、電気式脱イオン水製造装置２７に導入され、炭酸イオン等が除去される。
【００７１】
電気式脱イオン水製造装置２７で処理された凝縮水は処理水タンク２８で冷却されて冷却水となる。この冷却水は冷却部２９に供給されると共に、改質器２２の前段部分に供給されて燃料ガスと混合される。燃料ガスと混合された冷却水は、改質器２２に導入される。改質器２２の中では、燃料ガスの水蒸気改質が行われ、水素を生成させる。改質器２２の中で生成した水素は、燃料電池の燃料極２１に導入される。一方、燃料電池の空気極２５には空気が導入される。この燃料極２１に導入された水素と、空気極２５に導入された空気中の酸素の反応により、燃料電池は発電する。
【００７２】
空気極２５と冷却部２９で発生した水蒸気は上記のようにして凝縮後、前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７で再生された後、再利用される。
【００７３】
なお、上記前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７での処理工程を挙げると、下記の通りとなる。
（１）燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程、
（２）前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程。
【００７４】
なお、上記発電装置では、概念的に１セルの燃料電池を示した。しかし、必要な発電量に応じて、複数のセルを、セパレータを介して積層させたセルスタックの形態の燃料電池としても良い。また、使用する燃料電池の種類は特に限定されず、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ， Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ， Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ， Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ， Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ， Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等を使用することができる。なお、内部改質型の燃料電池の場合は、図１０の改質器を設けずに、冷却水を直接、燃料電池内に供給する。
【００７５】
上記発電装置では、改質器で発生する二酸化炭素が凝縮水中に溶けて、炭酸イオン等となっている。また、空気極２５及び冷却部２９から回収される水蒸気は高温となっている。このため、この水の配管から凝縮水中に、クラッドが溶出する。更に、燃料電池スタックにおいてセル間を分離するセパレータや、燃料電池のイオン交換膜等に由来するＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）やアンモニア等が溶出する。従って、凝縮水中には、様々なイオン成分やクラッドが存在している。
【００７６】
そこで、前処理用水処理装置２６及び電気式脱イオン水製造装置２７により、凝縮水中の様々なイオン成分及びクラッドを効率的に除去することが可能となる。この結果、高純度の水を生成することができる。この水を利用することにより、改質器では高い効率で水蒸気改質を行うと共に、冷却部において安定して燃料電池を冷却することができる。
【実施例】
【００７７】
（実施例１）
表１に示す体積比率で、ＭＲ形カチオン交換樹脂：ＭＲ形アニオン交換樹脂＝９：１となるように、ＭＲ形カチオン交換樹脂とＭＲ形アニオン交換樹脂を混合し、内径５ｃｍ、高さ８ｃｍのカラム内に充填して前処理用水処理装置を製造した。なお、ＭＲ形カチオン交換樹脂とＭＲ形アニオン交換樹脂の体積は、タッピング法によって測定した。また、ＭＲ形カチオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）、ＭＲ形アニオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名）、を使用した。この前処理用水処理装置を図１１に示す。
【００７８】
この後、図１１の前処理用水処理装置の下流側に、図９の電気式脱イオン水製造装置の電極室中に更にイオン交換樹脂を充填させた電気式脱イオン水製造装置を設けた。この電気式脱イオン水製造装置の仕様を以下に示す。
脱塩室の大きさ：４０×５０×４０ｍｍ厚
脱塩室への充填樹脂：アニオン交換樹脂 ＯＨ形ＩＲＡ４０２ＢＬ−ＨＧ
陰極室への充填樹脂：アニオン交換樹脂 ＯＨ形ＩＲＡ４０２ＢＬ−ＨＧ
陽極室への充填樹脂：カチオン交換樹脂 Ｈ形ＩＲ１２０Ｂ−ＨＧ。
【００７９】
そして、前処理用水処理装置で前処理した水が、下記試験条件で、電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにした。この際、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室間に直流電流を３００ｍＡ流した時の、通水開始時（０時間）と１００時間後の電気式脱イオン水製造装置の電圧を測定した。この結果を表２に示す。
【００８０】
＜試験条件＞
流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
水：質量基準で２ｐｐｍのポリスチレンスルホン酸を含有する水（超純水中に、ＳＰ１（東ソー社製）を希釈したものを添加することによって調整）
通水温度：４０℃。
【００８１】
（比較例１）
実施例１と同形のカラム内にＭＲ形カチオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名））を充填してイオン交換カートリッジを製造した。このイオン交換カートリッジにはＭＲ形カチオン交換樹脂のみが充填されているため、表１に示すように、ＭＲ形カチオン交換樹脂：アニオン交換体＝１０：０となる。このイオン交換カートリッジを図１２に示す。次に、このイオン交換カートリッジの下流側に、実施例１と同じ仕様の電気式脱イオン水製造装置を設けた。そして、実施例１と同様の条件で、イオン交換カートリッジにより前処理した水が電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにして、電圧を測定した。この測定結果を下記表２に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
【表２】
【００８４】
表２に示すように、実施例１では通水開始電圧（０時間）と１００時間後の電圧が共に１０Ｖであるのに対して、比較例１では通水開始電圧（０時間）が１０Ｖであるのに対して１００時間後の電圧が２５Ｖに増加した。この結果から、前処理用水処理装置中の（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合にすることで、水中のポリスチレンスルホン酸による電気式脱イオン水製造装置の電圧上昇を回避して、長期間の安定運転が可能なことが分かる。
【００８５】
（比較例２）
体積基準でＭＲ形カチオン交換樹脂：ＭＲ形アニオン交換樹脂＝１：２となるように、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合し、内径５ｃｍ、高さ１００ｃｍのカラム内に充填してイオン交換カートリッジを製造した。カチオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）、アニオン交換樹脂はロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名；イオン交換能１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）、を使用した。
【００８６】
このイオン交換カートリッジに下記通水条件で水を流し、水を運転時間中、１μＳ／ｃｍ2以下の純度まで処理するのに必要な樹脂体積量として算出した。この樹脂の算出方法を下記に示す。また、結果を表３に示す。
【００８７】
＜通水条件＞
水：超純水中に、アニオン負荷として１．０ｍｅｑ／ｈの炭酸、カチオン負荷として０．０１５ｍｅｑ／ｈのアンモニアを添加した水を使用した。
運転時間：４万時間
水温：５０℃。
【００８８】
＜樹脂の算出方法＞
アニオン交換樹脂の樹脂体積量
１．０×１０-3ｅｑ／ｈ（アニオン負荷）×４００００ｈ（運転時間）÷１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ（アニオン交換樹脂のイオン交換能）＝４０Ｌ
カチオン交換樹脂の樹脂体積量
カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝１：２（体積比）であるため、
４０Ｌ×０．５=２０Ｌ
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の総樹脂体積量
４０＋２０＝６０Ｌ
以上より、処理水純度１μＳ／ｃｍ2以下を保つためには、６０Ｌ以上の樹脂が必要となる。
【００８９】
（実施例２）
ＭＲ形カチオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライト２００ＣＴ（商品名）；イオン交換能１．７５ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）とＭＲ形アニオン交換樹脂（ロームアンドハース社製 アンバーライトＩＲＡ９００Ｊ（商品名）；イオン交換能１．０ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ）とを９：１の体積比で混合し、比較例２と同形のカラム内に充填して図１１に示した前処理用水処理装置を製造した。この前処理用水処理装置の下流側に、実施例１と同じ仕様の電気式脱イオン水製造装置を設けた。そして、比較例２と同じ条件で、前処理用水処理装置により前処理した水が電気式脱イオン水製造装置内を流れるようにした。この際、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室間に３００ｍＡの直流電流を流した状態で運転時間中、１μＳ／ｃｍ2以下の純度まで水を処理するのに前処理用水処理装置と電気式脱イオン水製造装置に必要な樹脂体積量を求めた。必要な樹脂体積量は、上記通水条件（アニオン／カチオン負荷、運転時間）および樹脂の交換容量から処理水質（１μＳ／ｃｍ2以下）を維持できる樹脂量として算出した。この樹脂の算出方法を下記に示す。また、結果を表３に示す。
【００９０】
＜樹脂の算出方法＞
（ａ）前処理用水処理装置
カチオン交換樹脂の樹脂体積量
０．０１５×１０-3ｅｑ／ｈ（カチオン負荷）×４００００ｈ（運転時間）÷１．７５ｅｑ／Ｌ−ｗｅｔ（カチオン交換樹脂のイオン交換能）＝０．３４Ｌ
アニオン交換樹脂の樹脂体積量
カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝９：１（体積比）であるため、０．３４×１÷９＝０．０３８Ｌ
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の樹脂体積量
０．３４＋０．０３８＝０．３７８Ｌ
（ｂ）電気式脱イオン水製造装置
ＳＶ１００の電気式脱イオン水製造装置を使用した場合、通水流量が６０ｍｌ／ｍｉｎ（３．６Ｌ／ｈ）であるため、樹脂体積量は３．６÷１００＝０．０３６（Ｌ）となる。
（ＳＶ；空間速度；樹脂体積Ｖ（Ｌ）に対する、通水流量Ｆ（Ｌ／ｈ）の割合Ｆ／Ｖを意味する。）。
【００９１】
（ｃ）前処理用水処理装置と電気式脱イオン水製造装置の総樹脂体積量
０．３７８Ｌ＋０．０３６Ｌ＝０．４１（Ｌ）
【００９２】
【表３】
【００９３】
表３の結果より、比較例２の場合と比べて、実施例２では樹脂体積量が１／１４６以下となった。この結果から、前処理用水処理装置とアニオンＥＤＩの併用により、装置のコンパクト化が可能なことが分かる。
【符号の説明】
【００９４】
１ カチオン交換樹脂
２ アニオン交換樹脂
３ 前処理用水処理装置
４ 第１のイオン交換領域
５ 第２のイオン交換領域
６ 第３のイオン交換領域
７ａ、７ｂ 凝縮水の流れる方向
８ 第４のイオン交換領域
９ 第５のイオン交換領域
１０ 第６のイオン交換領域
１１ 第７のイオン交換領域
１２ 陽極
１３ 脱塩室
１４ 陽極室
１５ 陰極室
１６ａ、１６ｂ アニオン交換膜
１７ 電気式脱イオン水製造装置
１８ 陰極
１９ 電源
２１ 燃料極
２２ 改質器
２３ 凝縮器
２４ イオン交換膜
２５ 空気極
２６ 前処理用水処理装置
２７ 電気式脱イオン水製造装置
２８ 処理水タンク
２９ 冷却部
３０ ＭＲ形アニオン交換樹脂
３１ ＭＲ形カチオン交換樹脂
３２ モノリス状アニオン交換体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から回収した水を処理する燃料電池用水処理装置であって、
アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の前段に設置された前処理用水処理装置と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、燃料電池用水処理装置。
【請求項２】
前記第１のイオン交換領域のカチオン交換体は、ＭＲ形カチオン交換樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項３】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
ＭＲ形アニオン交換樹脂を有する第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項４】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項５】
前記第１のイオン交換領域は、ＭＲ形カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合されて充填された領域であることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項６】
燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程と、
前記前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、水処理方法。
【請求項７】
前記第１のイオン交換領域のカチオン交換体は、ＭＲ形カチオン交換樹脂であることを特徴とする、請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
ＭＲ形アニオン交換樹脂を有する第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記第１のイオン交換領域は、ＭＲ形カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合されて充填された領域であることを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項１】
燃料電池から回収した水を処理する燃料電池用水処理装置であって、
アニオン交換体が単床で充填された脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の前段に設置された前処理用水処理装置と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、燃料電池用水処理装置。
【請求項２】
前記第１のイオン交換領域のカチオン交換体は、ＭＲ形カチオン交換樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項３】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
ＭＲ形アニオン交換樹脂を有する第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項４】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項５】
前記第１のイオン交換領域は、ＭＲ形カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合されて充填された領域であることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用水処理装置。
【請求項６】
燃料電池から回収した水を前処理用水処理装置で前処理する工程と、
前記前処理用水処理装置で前処理した水を電気式脱イオン水製造装置により処理する工程と、
を有し、
前記前処理用水処理装置は、カチオン交換体とアニオン交換体とが、（全カチオン交換体の体積）：（全アニオン交換体の体積）＝９：１〜２：１の割合で充填され、最も上流側に第１のイオン交換領域を有し、前記第１のイオン交換領域は少なくともカチオン交換体を有することを特徴とする、水処理方法。
【請求項７】
前記第１のイオン交換領域のカチオン交換体は、ＭＲ形カチオン交換樹脂であることを特徴とする、請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
ＭＲ形アニオン交換樹脂を有する第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記前処理用水処理装置は、上流側から下流側に向かって、
ＭＲ形カチオン交換樹脂を有する前記第１のイオン交換領域と、
モノリス状アニオン交換体からなる第２のイオン交換領域と、
を有することを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記第１のイオン交換領域は、ＭＲ形カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合されて充填された領域であることを特徴とする、請求項７に記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５９４２６（Ｐ２０１１−１５９４２６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４３３（Ｐ２０１０−１８４３３）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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