JPH0217941A - 燃料電池水冷系の高温吸着濾材 - Google Patents
燃料電池水冷系の高温吸着濾材Info
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- JPH0217941A JPH0217941A JP63167705A JP16770588A JPH0217941A JP H0217941 A JPH0217941 A JP H0217941A JP 63167705 A JP63167705 A JP 63167705A JP 16770588 A JP16770588 A JP 16770588A JP H0217941 A JPH0217941 A JP H0217941A
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- Japan
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- manganese dioxide
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- filter material
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、粒状含水二酸化マンガンを用いた燃料電池水
冷系の高温吸着濾材に関するものである。
冷系の高温吸着濾材に関するものである。
（従来の技術）
燐酸型燃料電池は、発電効率および安全性の面からセル
内温度を１５０〜１９０℃に制御する必要があり、この
ため発電時に発生する反応熱をセル内に設けた冷却管を
通る冷却水を介して除去している。
内温度を１５０〜１９０℃に制御する必要があり、この
ため発電時に発生する反応熱をセル内に設けた冷却管を
通る冷却水を介して除去している。
冷却管としては耐燐酸性、加工性、熱伝導性の点から鋼
管が用いられており、運転中に鋼管から溶出した徴証の
銅イオンが循環系を経て電極側の冷却管入口に亜鉛酸化
銅を主成分とするスケールとして析出し、冷却管を閉塞
するという不具合を発生する。
管が用いられており、運転中に鋼管から溶出した徴証の
銅イオンが循環系を経て電極側の冷却管入口に亜鉛酸化
銅を主成分とするスケールとして析出し、冷却管を閉塞
するという不具合を発生する。
実プラントにおいては、上記重金属スケールによる閉塞
を防止するために、イオン交換樹脂を用いた低温浄化系
を設け、循環冷却水の一部を分岐して浄化し、循環冷却
水に戻している。
を防止するために、イオン交換樹脂を用いた低温浄化系
を設け、循環冷却水の一部を分岐して浄化し、循環冷却
水に戻している。
しかしながらイオン交換樹脂は耐熱温度が低いので、１
５０〜１９０℃の冷却水を熱交換器および水冷クーラを
通して６０℃以下まで冷却する必要があり、熱損失を生
ずるという問題がある。
５０〜１９０℃の冷却水を熱交換器および水冷クーラを
通して６０℃以下まで冷却する必要があり、熱損失を生
ずるという問題がある。
すなわち処理流量に比例して熱損失が増大し、発電効率
が低下するので流量増加に限界があり、従って現行の浄
化方法では冷却管の閉塞を防ぐことが困難であり、この
ため高温熱水で溶出重金属を吸着できる冷却不用で熱損
失を生じない高温吸着濾材が要望されている。
が低下するので流量増加に限界があり、従って現行の浄
化方法では冷却管の閉塞を防ぐことが困難であり、この
ため高温熱水で溶出重金属を吸着できる冷却不用で熱損
失を生じない高温吸着濾材が要望されている。
高温吸着濾材としては無機吸着材があり、すでに１９６
４年にＧ 、 Ｂ 、 Ａｍｐｈｌｅｔｔ（ジ−ビーア
ンフレット）の“Ｉ ｎｏｒｇａｎｉｃ Ｉｏｎ Ｅ
ｘｃｈａｎｇｅｒｓ” （無機イオン交換体）として総
説が提出され、その後も多くの研究報告や解説論文が発
表されている。
４年にＧ 、 Ｂ 、 Ａｍｐｈｌｅｔｔ（ジ−ビーア
ンフレット）の“Ｉ ｎｏｒｇａｎｉｃ Ｉｏｎ Ｅ
ｘｃｈａｎｇｅｒｓ” （無機イオン交換体）として総
説が提出され、その後も多くの研究報告や解説論文が発
表されている。
高温熱水で使用できる無機吸着材としては、酸化チタン
、酸化ジルコニウムなどの重金属酸化物系、あるいは燐
酸ジルコニウム、タングステン錫などの金属酸性塩系な
どがある。
、酸化ジルコニウムなどの重金属酸化物系、あるいは燐
酸ジルコニウム、タングステン錫などの金属酸性塩系な
どがある。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら燃料電池水冷系に対して無機吸着材を使用
した例はないので、本発明者らは燃料電池水冷系の高温
浄化に適用できる無機高温吸着材についての検討を行っ
て来た。
した例はないので、本発明者らは燃料電池水冷系の高温
浄化に適用できる無機高温吸着材についての検討を行っ
て来た。
燃料電池水冷系の高温冷却水（１５０〜１９０℃）にお
ける溶出重金属は、イオンのほかに一部は不溶性のコロ
イドまたはクラッドとして存在するのが普通であり、特
に問題となる溶出鋼は高温水の中に大部分が酸化銅など
の不溶性コロイドとして存在し、イオンの量は少いとい
うことが判っており、従って高温吸着材として、イオン
のほかにコロイドも除去できることが不可欠の要件とな
っている。
ける溶出重金属は、イオンのほかに一部は不溶性のコロ
イドまたはクラッドとして存在するのが普通であり、特
に問題となる溶出鋼は高温水の中に大部分が酸化銅など
の不溶性コロイドとして存在し、イオンの量は少いとい
うことが判っており、従って高温吸着材として、イオン
のほかにコロイドも除去できることが不可欠の要件とな
っている。
上記高温浄化に適用される従来の無機吸着材は、重金属
イオンに対しては有効に機能するが、不溶性コロイドに
対しては浄化機能が不十分である。
イオンに対しては有効に機能するが、不溶性コロイドに
対しては浄化機能が不十分である。
また無機吸着材は一般は粉体状であって、それ自身強度
がないので実機への適用には粒状化などによる濾材化が
必要であり、実用上の障害となっていた。
がないので実機への適用には粒状化などによる濾材化が
必要であり、実用上の障害となっていた。
本発明は、高温水中の重金属のイオンおよびコロイドを
同一の濾材で効果的に浄化できる粒状含水二酸化マンガ
ンを用いた燃料電池水冷系の高温吸着濾材を提供するこ
とを目的としている。
同一の濾材で効果的に浄化できる粒状含水二酸化マンガ
ンを用いた燃料電池水冷系の高温吸着濾材を提供するこ
とを目的としている。
（課題を解決するための手段と作用）
本発明は、燃料電池の電極板を冷却する冷却管を通る高
温冷却水中の重金属イオンおよび重金属コロイドを高温
状態で吸着浄化する燃料電池水冷系の高温吸着濾材にお
いて、電解含水二酸化マンガン析出物を破砕して粒状化
した含水二酸化マンガンを濾材として用い、粒状含水二
酸化マンガンの強酸型陽イオン交換性、化学的、安定性
および機械的強度を活用して冷却管から高温冷却水中に
溶出した重金属イオンおよび重金属コロイドを高温状態
で効率よく吸着浄化できるようにしたものである。
温冷却水中の重金属イオンおよび重金属コロイドを高温
状態で吸着浄化する燃料電池水冷系の高温吸着濾材にお
いて、電解含水二酸化マンガン析出物を破砕して粒状化
した含水二酸化マンガンを濾材として用い、粒状含水二
酸化マンガンの強酸型陽イオン交換性、化学的、安定性
および機械的強度を活用して冷却管から高温冷却水中に
溶出した重金属イオンおよび重金属コロイドを高温状態
で効率よく吸着浄化できるようにしたものである。
（実施例）
本発明者らは、燃料電池水冷系の高温水中の重金属イオ
ンのほかコロイドも吸着できる高性能高温吸着濾材とし
て、強酸型（Ｈ型）陽イオン交換性を有する電解含水二
酸化マンガンの電着析出物から破砕調整した粒状体が実
用性に優れていることを見出した。
ンのほかコロイドも吸着できる高性能高温吸着濾材とし
て、強酸型（Ｈ型）陽イオン交換性を有する電解含水二
酸化マンガンの電着析出物から破砕調整した粒状体が実
用性に優れていることを見出した。
図面は素材となる含水二酸化マンガンの生成がら本発明
に用いられる粒状体の調整に至る工程を示したものであ
る。
に用いられる粒状体の調整に至る工程を示したものであ
る。
素材となる含水二酸化マンガンは硫酸酸性硫酸マンガン
電解液１の電解（液温８ｏ〜９０”Ｃ）によって生成す
る。
電解液１の電解（液温８ｏ〜９０”Ｃ）によって生成す
る。
すなわち鉛、カーボン、チタンなどを用いた陽極板２に
おいては酸化反応によってマンガンが４価に酸化され、
緻密で機械的強度の高い含水二酸化マンガンの板状析出
物４（６〜２５ｍ厚）が生成し、陰極板３においては還
元反応によって水素ガスが発生する。
おいては酸化反応によってマンガンが４価に酸化され、
緻密で機械的強度の高い含水二酸化マンガンの板状析出
物４（６〜２５ｍ厚）が生成し、陰極板３においては還
元反応によって水素ガスが発生する。
上記電解による生成反応は下式で示すことができる。
４Ｍｎ５Ｏ，＋９Ｈ，Ｏ→４Ｍｎ０．・Ｈ，Ｏ＋Ｈ，Ｓ
Ｏ４＋４Ｈ。
Ｏ４＋４Ｈ。
また陽極に生成する含水二酸化マンガンは標準電解条件
でγ型Ｘ線結晶構造をもち、含水率は５〜６％である。
でγ型Ｘ線結晶構造をもち、含水率は５〜６％である。
この水分は電解時に結晶水として化学的に強固に結合形
成されるので、燃料電池冷却水条件（１５０〜１９０℃
、 １２ｋｇ／Ｊ）でも安定である。
成されるので、燃料電池冷却水条件（１５０〜１９０℃
、 １２ｋｇ／Ｊ）でも安定である。
なお上記結晶含水率から含水二酸化マンガンの分子式と
しては下式があたえられる。
しては下式があたえられる。
４Ｍｎ０．・Ｈ，ＯまたはＭ ｎ−０７（ＯＨ）ｓ以下
余白 あるいは または このように生成した含水二酸化マンガン板状析出物４は
焼結グラファイトに似た外観・性状を有し、これを破砕
して粒状化すると十分な機械的強度と硬度を持ち、濾材
として使用できる。
余白 あるいは または このように生成した含水二酸化マンガン板状析出物４は
焼結グラファイトに似た外観・性状を有し、これを破砕
して粒状化すると十分な機械的強度と硬度を持ち、濾材
として使用できる。
従って図面に示すように陽極板２に電着した含水二酸化
マンガン板状析出物４を機械的処理によって破砕し、所
定の粒度範囲になるように篩別し、純水で洗浄して不純
物を除くことによって粒状の二酸化マンガン高温吸着濾
材５が得られる。
マンガン板状析出物４を機械的処理によって破砕し、所
定の粒度範囲になるように篩別し、純水で洗浄して不純
物を除くことによって粒状の二酸化マンガン高温吸着濾
材５が得られる。
上述のようにして得られた粒状の二酸化マンガン高温吸
着濾材５は濾材として十分な強度と硬度をもつと同時に
、電解時に結晶水として取込んだ結晶水が分子内で吸着
活性のあるＯＨ基を形成し、これが強酸型（Ｈ型）陽イ
オン交換基として機能するので、重金属イオンのみでな
くコロイドの吸着も可能となる。
着濾材５は濾材として十分な強度と硬度をもつと同時に
、電解時に結晶水として取込んだ結晶水が分子内で吸着
活性のあるＯＨ基を形成し、これが強酸型（Ｈ型）陽イ
オン交換基として機能するので、重金属イオンのみでな
くコロイドの吸着も可能となる。
本発明による二酸化マンガン高温吸着濾材５が燃料電池
冷却系に発生する銅イオン（Ｃｕ ）および銅コロイ
ド（水和物コロイドＣｕ（ＯＨ）＊−酸化物コロイドＣ
ｕＯ，亜酸化物コロイドＣｕ、Ｏ）を吸着するメカニズ
ムは下式によって表現することができる。
冷却系に発生する銅イオン（Ｃｕ ）および銅コロイ
ド（水和物コロイドＣｕ（ＯＨ）＊−酸化物コロイドＣ
ｕＯ，亜酸化物コロイドＣｕ、Ｏ）を吸着するメカニズ
ムは下式によって表現することができる。
以上説明したように本発明の高温吸着濾材は電解処理で
得られた含水二酸化マンガンの強固な析出物を破砕およ
び篩別によって整粒しているので、含水二酸化マンガン
の有する強酸型陽イオン交換性、化学的安定性１機械的
強度および硬度を十分に活用して燃料電池冷却系の高温
冷却水中の溶解性重金属イオンおよび不溶性重金属コロ
イドを高温熱水状態（１５０〜１９０℃）で効率よく吸
着浄化することが可能である。
得られた含水二酸化マンガンの強固な析出物を破砕およ
び篩別によって整粒しているので、含水二酸化マンガン
の有する強酸型陽イオン交換性、化学的安定性１機械的
強度および硬度を十分に活用して燃料電池冷却系の高温
冷却水中の溶解性重金属イオンおよび不溶性重金属コロ
イドを高温熱水状態（１５０〜１９０℃）で効率よく吸
着浄化することが可能である。
図面は本発明による二酸化マンガン高温吸着材の生成工
程を示す図である。 １・・・硫酸酸性硫酸マンガン電解液 ２・・・陽極板 ３・・・陰極板４・・・含水
二酸化マンガン析出物 ５・・・二酸化マンガン高温吸着濾材 代理人 弁理士 猪股祥晃（ほか１名）手続補正書（方
式） ６３．１０．１２ 昭和 年 月
程を示す図である。 １・・・硫酸酸性硫酸マンガン電解液 ２・・・陽極板 ３・・・陰極板４・・・含水
二酸化マンガン析出物 ５・・・二酸化マンガン高温吸着濾材 代理人 弁理士 猪股祥晃（ほか１名）手続補正書（方
式） ６３．１０．１２ 昭和 年 月
Claims (1)
- 燃料電池の電極板を冷却する冷却管を通る高温冷却水中
の重金属イオンおよび重金属コロイドを高温状態で吸着
浄化する燃料電池水冷系の高温吸着濾材において、電解
含水二酸化マンガン析出物を破砕して粒状化した含水二
酸化マンガンを濾材として用いたことを特徴とする燃料
電池水冷系の高温吸着濾材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63167705A JPH0217941A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 燃料電池水冷系の高温吸着濾材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63167705A JPH0217941A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 燃料電池水冷系の高温吸着濾材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0217941A true JPH0217941A (ja) | 1990-01-22 |
Family
ID=15854686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63167705A Pending JPH0217941A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 燃料電池水冷系の高温吸着濾材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0217941A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6638655B2 (en) | 2000-04-13 | 2003-10-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
-
1988
- 1988-07-07 JP JP63167705A patent/JPH0217941A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6638655B2 (en) | 2000-04-13 | 2003-10-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
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