(57)【要約】【課題】プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得る電気化学式水素圧縮装置を提供する。【解決手段】電気化学式水素圧縮装置は、プロトン伝導性電解質膜と、プロトン伝導性電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、アノード上に設けられ、水素を構成元素とするアノード流体が流れる第１の流路と、プロトン伝導性電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、カソード上に設けられ、水素が流れる第２の流路と、アノードおよびカソードに電圧を印加する電圧印加器と、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を検出する第１検出器と、を備え、第１検出器は、一方の電極に水素が存在し、他方の電極に水素が存在しない状態にした後の一方の電極の自然電位、または、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態で、電圧印加器により電圧を印加したときのアノードおよびカソード間を流れる電流から、水素クロスリーク量を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性電解質膜と、
前記プロトン伝導性電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、
前記アノード上に設けられ、水素を構成元素とするアノード流体が流れる第１の流路と、
前記プロトン伝導性電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、
前記カソード上に設けられ、水素が流れる第２の流路と、
前記アノードおよび前記カソードに電圧を印加する電圧印加器と、
前記プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を検出する第１検出器と、を備え、
前記第１検出器は、
一方の電極に水素が存在し、他方の電極に水素が存在しない状態にした後の前記一方の電極の自然電位、または、
前記第１の流路および前記第２の流路の両方を封止した状態で、前記電圧印加器により電圧を印加したときの前記アノードおよび前記カソード間を流れる電流から、
前記水素クロスリーク量を検出する、電気化学式水素圧縮装置。
【請求項２】
前記電気化学式水素圧縮装置の使用の進行に伴い前記第１検出器により検出される前記水素クロスリーク量が増加すると、前記プロトン伝導性電解質膜の劣化が進行していると判定する判定器を備える請求項１記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項３】
前記第１検出器は、前記水素クロスリーク量を起動時および停止時の少なくともいずれか一方において検出する請求項１または２記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項４】
前記他方の電極に存在する水素を水素と異なる流体でパージするパージ器と、
前記第１検出器で水素クロスリーク量を検出するときに、前記パージ器を動作させ、前記他方の電極に存在する水素を前記流体でパージする制御器と、を備える、請求項１−３のいずれか１項に記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項５】
前記第１の流路の入口に設けられた第１弁と、
前記第２の流路の出口に設けられた第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁を制御する制御器と、を備え、
前記第１の流路は、出口が封じられており、
前記制御器は、前記第１検出器で前記水素クロスリーク量を検出するときに、前記第１弁および前記第２弁を閉止して、前記第１の流路および前記第２の流路の両方を封止した状態にする、請求項１−４のいずれか１項に記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項６】
前記第１の流路の入口に設けられた第１弁と、
前記第２の流路の出口に設けられた第２弁と、
前記第１の流路の出口に設けられた第３弁と、
前記第１弁、前記第２弁および前記第３弁を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１検出器で前記水素クロスリーク量を検出するときに、前記第１弁、前記第２弁、および前記第３弁を閉止して、前記第１の流路および前記第２の流路の両方を封止した状態にする、請求項１−４のいずれか１項に記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項７】
前記第１検出器で検出される前記水素クロスリーク量が増加すると、前記水素クロスリーク量が増加していることを報知する報知器を備える、請求項１−６のいずれか１項に記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項８】
前記判定器が、前記プロトン伝導性電解質膜の劣化が進行していると判定すると、前記劣化が進行していることを報知する報知器を備える、請求項２記載の電気化学式水素圧縮装置。
【請求項９】
前記カソードを収容する第２の流路内の圧力を計測する圧力計と、
前記圧力計で計測される圧力の経時変化と第１検出器で検出される水素クロスリーク量の経時変化とから、水素の外部への漏洩を検出する第２検出器と、を備える、請求項１−８のいずれか１項に記載の電気化学式水素圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は電気化学式水素圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費向上、カーボンフリー燃料の利用の観点から、燃料電池により発電を行い、発電された電力でモーターを駆動して走行を行う燃料電池車が注目を集めており、発売が開始されている。しかし、燃料電池車の普及にあたっては、燃料となる水素供給のインフラストラクチャを整え、全国に水素ステーションをいかに多く広範囲に設置できるかが課題となっている。これまで、水素ステーションとして、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）で、水素を精製および圧縮する方法などが行われてきたが、装置の大型化および膨大な設置コストなどが、水素ステーションの全国展開の障害となっている。
【０００３】
そこで、来るべき水素社会では、水素を製造することに加えて、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用し得る技術開発が求められている。特に、分散型のエネルギー源となる燃料電池の普及の促進には、燃料供給インフラを整備する必要がある。また、燃料供給インフラに水素を安定的に供給するために、高純度の水素を精製および昇圧する様々な提案が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、アノードおとびカソード間に電解質膜が設けられ、これらのアノードおよびカソード間に電圧を印加することによって、水素の精製および昇圧が行われる水素精製昇圧システムが記載されている。なお、アノード、電解質膜およびカソードの積層構造体を膜−電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assemblyを略す場合がある）という。ここでは、アノードとカソードとの間に電流が流れる時、アノードの水素がプロトンになり、プロトンがアノードからカソードへと、水分子を同伴しながら電解質膜を移動する。
【０００５】
また、ＭＥＡのアノードおよびカソード間に電圧をかけて、ＭＥＡのアノードに供給された水を電気分解することで、ＭＥＡのアノード側に酸素を生成し、カソード側に水素を生成する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、水電気分解時にカソードで発生する水素を高圧でシールする構成において、圧力計の検知データの経時変化から、水素が電解質を通じてカソードからアノードにリークすることを検知する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１１７１３９号公報
【特許文献２】特開２００６−７０３２２号公報
【特許文献３】特許５３４１５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来例は、ＭＥＡのカソードからアノードにリークする水素ガスのクロスリーク量（以下、水素クロスリーク量と略す場合がある。）の検出については十分に検討されていない。
【０００９】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得る電気化学式水素圧縮装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本開示の一態様の電気化学式水素圧縮装置は、プロトン伝導性電解質膜と、前記プロトン伝導性電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、前記アノード上に設けられ、水素を構成元素とするアノード流体が流れる第１の流路と、前記プロトン伝導性電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、前記カソード上に設けられ、水素が流れる第２の流路と、前記アノードおよび前記カソードに電圧を印加する電圧印加器と、前記プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を検出する第１検出器と、を備え、前記第１検出器は、一方の電極に水素が存在し、他方の電極に水素が存在しない状態にした後の前記一方の電極の自然電位、または、前記第１の流路および前記第２の流路の両方を封止した状態で、前記電圧印加器により電圧を印加したときの前記アノードおよび前記カソード間を流れる電流から、前記水素クロスリーク量を検出する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様の電気化学式水素圧縮装置は、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の第１実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態の第１実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第２実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第２実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図７】図７は、第３実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第３実施形態の第１実施例の電気化学式水素圧縮装置のパージ器の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第３実施形態の第２実施例の電気化学式水素圧縮装置のパージ器の一例を示す図である。
【図９】図９は、第４実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第６実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第７実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、第７実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第７実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、第８実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、第８実施形態の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、第８実施形態の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の第１の態様の電気化学式水素圧縮装置は、プロトン伝導性電解質膜と、プロトン伝導性電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、アノード上に設けられ、水素を構成元素とするアノード流体が流れる第１の流路と、プロトン伝導性電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、カソード上に設けられ、水素が流れる第２の流路と、アノードおよびカソードに電圧を印加する電圧印加器と、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を検出する第１検出器と、を備え、第１検出器は、一方の電極に水素が存在し、他方の電極に水素が存在しない状態にした後の一方の電極の自然電位、または、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態で、電圧印加器により電圧を印加したときのアノードおよびカソード間を流れる電流から、水素クロスリーク量を検出する。
【００１４】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得る。
【００１５】
ところで、電気化学式水素圧縮装置のプロトン伝導性電解質膜の劣化が進行することにより、カソードからアノードにクロスリークする水素量が増える。そこで、発明者らは、プロトン伝導性電解質膜の劣化の進行を水素クロスリーク量により判定するという着想に到達した。
【００１６】
すなわち、本開示の第２の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様の電気化学式水素圧縮装置において、電気化学式水素圧縮装置の使用の進行に伴い第１検出器により検出される水素クロスリーク量が増加すると、プロトン伝導性電解質膜の劣化が進行していると判定する判定器を備えてもよい。
【００１７】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１検出器によりプロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を検出することで、プロトン伝導性電解質膜の劣化の進行を適切に判定できる。
【００１８】
本開示の第３の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様または第２の態様の電気化学式水素圧縮装置において、第１検出器は、水素クロスリーク量を電気化学式水素圧縮装置の起動時および停止時の少なくともいずれか一方において検出してもよい。
【００１９】
本開示の第４の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様−第３の態様のいずれかの電気化学式水素圧縮装置において、他方の電極に存在する水素を水素と異なる流体でパージするパージ器と、第１検出器で水素クロスリーク量を検出するときに、パージ器を動作させ、他方の電極に存在する水素を流体でパージする制御器と、を備えてもよい。
【００２０】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を、パージ器により水素と異なる流体でパージすることで、他方の電極に水素が存在しない状態を容易に形成することができる。すると、このようなパージ器を備えない場合に比べて、ＭＥＡの一方の電極に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極に水素が存在しない状態にした後の一方の電極の自然電位から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【００２１】
本開示の第５の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様−第４の態様のいずれかの電気化学式水素圧縮装置において、第１の流路の入口に設けられた第１弁と、第２の流路の出口に設けられた第２弁と、第１弁および第２弁を制御する制御器と、を備え、第１の流路は、出口が封じられており、制御器は、第１検出器で水素クロスリーク量を検出するときに、第１弁および第２弁を閉止して、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態にしてもよい。
【００２２】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１弁および第２弁を適時に閉止することにより、第１の流路および第２の流路の封止状態を容易に形成することができる。よって、このような第１弁および第２弁を備えない場合に比べて、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態で電圧印加器により電圧を印加したときのアノードおよびカソード間を流れる電流から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【００２３】
本開示の第６の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様−第４の態様のいずれかの電気化学式水素圧縮装置において、第１の流路の入口に設けられた第１弁と、第２の流路の出口に設けられた第２弁と、第１の流路の出口に設けられた第３弁と、第１弁、第２弁および第３弁を制御する制御器と、を備え、制御器は、第１検出器で水素クロスリーク量を検出するときに、第１弁、第２弁、および第３弁を閉止して、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態にしてもよい。
【００２４】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１弁、第２弁および第３弁を適時に閉止することにより、第１の流路および第２の流路の封止状態を容易に形成することができる。よって、このような第１弁、第２弁および第３弁を備えない場合に比べて、第１の流路および第２の流路の両方を封止した状態で電圧印加器により電圧を印加したときのアノードおよびカソード間を流れる電流から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【００２５】
本開示の第７の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様−第６の態様のいずれかの電気化学式水素圧縮装置において、第１検出器で検出される水素クロスリーク量が増加すると、水素クロスリーク量が増加していることを報知する報知器を備えてもよい。
【００２６】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、このような報知器を備えない場合に比べて、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量の増加を適時に知ることができる。
【００２７】
本開示の第８の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第２の態様の電気化学式水素圧縮装置において、判定器が、プロトン伝導性電解質膜の劣化が進行していると判定すると、劣化が進行していることを報知する報知器を備えてもよい。
【００２８】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、このような報知器を備えない場合に比べて、プロトン伝導性電解質膜の劣化進行を適時に知ることができる。すると、プロトン伝導性電解質膜の劣化進行の報知により電気化学式水素圧縮装置の安定な水素圧縮運転を行うことができる。
【００２９】
例えば、プロトン伝導性電解質膜の劣化進行により、カソードからアノードにクロスリークする水素量が増加すると、電気化学式水素圧縮装置の圧縮効率が低下するが、本態様の電気化学式水素圧縮装置では、上記の報知により、このような問題に適切に対応できる。また、プロトン伝導性電解質膜の劣化が進行すると、プロトン伝導性電解質膜の破損が生じ、電気化学式水素圧縮装置の故障に至る可能性があるが、本態様の電気化学式水素圧縮装置では、上記の報知により、このような可能性を低減できる。
【００３０】
本開示の第９の態様の電気化学式水素圧縮装置は、第１の態様−第８の態様のいずれかの電気化学式水素圧縮装置において、カソードを収容する第２の流路の圧力を計測する圧力計と、圧力計で計測される圧力の経時変化と第１検出器で検出される水素クロスリーク量の経時変化とから、水素の外部への漏洩を検出する第２検出器と、を備えてもよい。
【００３１】
かかる構成によると、本態様の電気化学式水素圧縮装置は、圧力計の検知データ（減少量）のうちの水素クロスリーク量の寄与分が、第１検出器で検出された水素クロスリーク量の経時変化に基づいて予測される。よって、第２検出器により、水素ガスの外部への漏洩を適切に知ることができる。
【００３２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。よって、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
【００３３】
（第１実施形態）
［装置構成］
図１は、第１実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【００３４】
図１に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、第１検出器３０と、を備える。
【００３５】
プロトン伝導性電解質膜１０は、プロトン伝導性を備える電解質膜であれば、どのような構成であっても構わない。
【００３６】
プロトン伝導性電解質膜１０として、例えば、高分子電解質膜を挙げることができる。高分子電解質膜として、例えば、フッ素系高分子電解質膜などを例示できる。具体的には、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）などを用いることができる。
【００３７】
アノード１２は、プロトン伝導性電解質膜１０の一方の主面上に設けられている電極である。アノード１２は、プロトン伝導性電解質膜１０の一方の主面に設けられたアノード触媒層を備える。アノード触媒層は、触媒金属として、白金（Ｐｔ）を含んでもよいが、これに限定されない。アノード触媒層は、触媒金属として、例えば、Ｐｔを含む触媒であれば、どのような構成であっても構わない。
【００３８】
カソード１１は、プロトン伝導性電解質膜１０の他方の主面上に設けられている電極である。カソード１１は、プロトン伝導性電解質膜１０の他方の主面に設けられたカソード触媒層を備える。カソード触媒層は、触媒金属として白金（Ｐｔ）を含んでもよいが、これに限定されない。カソード触媒層は、触媒金属として、例えば、Ｐｔを含む触媒であれば、どのような構成であっても構わない。
【００３９】
電圧印加器１３は、アノード１２およびカソード１１に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器１３の高電位側端子が、アノード１２に接続され、電圧印加器１３の低電位側端子が、カソード１１に接続されている。電圧印加器１３により、アノード１２およびカソード１１の間で通電が行われる。電圧印加器１３は、アノード１２およびカソード１１の間で通電を行うことができれば、どのような構成であってもよい。
【００４０】
電圧印加器１３は、アノード１２およびカソード１１の間に印加する電圧を調整する機器でもよい。例えば、電圧印加器１３として、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータなどを挙げることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧印加器１３が、バッテリ等の直流電源と接続された場合に用いられ、ＡＣ／ＤＣコンバータは、電圧印加器１３が、商用電源等の交流電源と接続された場合に用いられる。
【００４１】
第１検出器３０は、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を検出する機器である。具体的には、第１検出器３０は、ＭＥＡの一方の電極に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極に水素が存在しない状態にした後の一方の電極の自然電位、または、アノード１２上に設けられ、水素を構成元素とするアノード流体が流れる第１の流路およびカソード１１上に設けられ、水素が流れる第２の流路の両方を封止した状態で、電圧印加器１３により電圧を印加したときのアノード１２およびカソード１１間を流れる電流から水素クロスリーク量を検出する。
【００４２】
なお、上記の一方の電極の自然電位から水素クロスリーク量を検出する方法の詳細は、第２実施例で説明する。また、上記のアノード１２およびカソード１１間を流れる電流から水素クロスリーク量を検出する方法の詳細は、第１実施例で説明する。
【００４３】
また、ここでは、図示を省略するが、電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転において必要となる部材は適宜、設けられる。
【００４４】
例えば、電気化学式水素圧縮装置１００は、アノード１２に水素ガスを供給するための導電性のセパレータを備える。このセパレータは、流体流路を備え、アノード１２に水素ガスを供給する板状の部材である。セパレータは、アノード１２に水素ガスを供給できれば、どのような構成であっても構わない。
【００４５】
例えば、一対のカーボン製のセパレータのそれぞれが、ＭＥＡのアノード１２およびカソード１１のそれぞれを外側から挟んでいてもよい。
【００４６】
また、電気化学式水素圧縮装置１００では、通常、高圧の水素ガスが外部へリークしないように、ＭＥＡの両側からガスケットなどのシール材が設けられ、ＭＥＡと一体化して予め組み立てられる。そして、ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するための上記のセパレータが配置されている。ＭＥＡのアノード１２と接触するセパレータの部分には、ＭＥＡに水素ガスを供給するとともに、ＭＥＡから余剰の水素ガスを運び去るための上記の流体流路が形成されている。この流体流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に流体流路の溝を、例えば、サーペンタイン状に形成することが一般的である。
【００４７】
ＭＥＡとセパレータを交互に重ねて１０〜２００セル積層し、その積層体を、集電板および絶縁板を介して端板で挟み、両端板を締結ロッドで締め付けるのが一般的な積層構造である。なお、この場合、セパレータのそれぞれの流体流路に適量の水素ガスを供給するには、セパレータのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の分岐経路を分岐させ、これらの下流端が、セパレータのそれぞれの流体流路に連結するように構成する必要がある。このような管路のことをマニホルドといい、このマニホルドは、セパレータのそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。
【００４８】
なお、以上の図示しない部材は例示であって、本例に限定されない。
【００４９】
また、制御器（図１では図示せず）が、電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転（動作）を制御してもよい。制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備えてもよい。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶回路として、例えば、メモリなどを例示できる。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００５０】
［動作］
以下、第１実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転（動作）について、図１を参照しながら説明する。
【００５１】
なお、以下に示す動作は、例えば、上記の制御器の演算回路が、制御器の記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【００５２】
まず、電圧印加器１３により、ＭＥＡのアノード１２とカソード１１の間に電圧を印加する。
【００５３】
次に、ＭＥＡに水素含有ガスが供給されると、水素含有ガス中の水素は、アノード１２上で電子を遊離してプロトン（Ｈ＋）となる（式（１））。遊離した電子は、電圧印加器１３を介してカソード１１へと移動する。
【００５４】
一方、プロトンは、水分子とともにプロトン伝導性電解質膜１０内を透過し、カソード１１に触れる。カソード１１では、プロトン伝導性電解質膜１０を透過したプロトンと電子とによって還元反応が行われ、水素ガスが生成される（式（２））。
【００５５】
ここで、アノード１２の水素ガス分圧と、カソード１１の水素ガス分圧と、電圧印加器１３の電圧との間の関係式は、酸化還元反応におけるネルンストの式から導かれ、この関係式から、電圧印加器１３の電圧を上げることで、カソード１１の水素ガス分圧を上昇し得ることが容易に理解できる。
【００５６】
アノード１２：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（１）
カソード１１：２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２（高圧）・・・（２）
このようにして、電気化学式水素圧縮装置１００のカソード１１において高効率に水素ガスの圧縮が行われる。
【００５７】
なお、図１に示すように、水素ガス（Ｈ２）の他、水分（Ｈ２Ｏ）も、アノード１２、プロトン伝導性電解質膜１０およびカソード１１を通過するが、この水分は、図示しない適宜の水凝縮トラップなどにより水素ガスから分離される。
【００５８】
ここで、図１に示すように、カソード１１で圧縮した水素ガスは、プロトン伝導性電解質膜１０を通じて、アノード１２にクロスリークする。水素クロスリーク量は、一般に、カソード１１およびアノード１２間の水素ガス分圧差に比例し、プロトン伝導性電解質膜１０の膜厚に反比例する。また、水素クロスリーク量は、プロトン伝導性電解質膜１０の種類、ＭＥＡの加湿状態、温度などにも依存する。
【００５９】
例えば、カソード１１の水素ガス圧を０．１ＭＰａから８０ＭＰａに加圧する場合、十数ｍＡ／ｃｍ２から数百ｍＡ／ｃｍ２に相当する水素ガスがクロスリークする。このことは、１Ａ／ｃｍ２で水素ガスを圧縮した場合、クロスリークにより、カソード１１からアノード１２に戻る水素が、アノード１２からカソード１１に移動した水素の数％から数十％に及ぶことを意味する。なお、以上の水素ガス圧および電流密度は例示であって、本例に限定されない。
【００６０】
そして、例えば、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行することにより、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素ガス量が増加する。
【００６１】
そこで、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、適時に、第１検出器３０により、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を検出している。例えば、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数および停止回数のいずれか一方が所定の回数に到達した場合に、第１検出器３０により、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を検出してもよい。
【００６２】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得る。
【００６３】
（第１実施例）
図２および図３は、第１実施形態の第１実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。なお、以下に示す動作は、例えば、上記の制御器の演算回路が、制御器の記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【００６４】
図２に示すように、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ａによる水素クロスリーク量の検出は、アノード１２を収容するアノード室（図２では図示せず）およびカソード１１を収容するカソード室（図２では図示せず）の両方を封止した状態で、ＭＥＡに一定電圧をかけ、ＭＥＡのカソード１１から、ＭＥＡのアノード１２にクロスリークする水素ガスを、カソード１１へ戻すために必要な電流を測定することにより行われる。つまり、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００では、第１検出器３０Ａは、アノード室およびカソード室の両方を封止した状態で、電圧印加器１３により電圧を印加したときのアノード１２およびカソード１１間を流れる電流から、水素クロスリーク量を検出する。第１検出器３０Ａは、このような電流から水素クロスリーク量を検出できれば、どのような構成であってもよい。
【００６５】
具体的には、例えば、カソード１１を収容するカソード室を水素ガスにより加圧した状態で、アノード１２への水素ガスの供給を停止し、アノード１２を収容するアノード室の出口側も封止する。ここで、アノード室は、本開示の第１の流路の一例であり、カソード室は、本開示の第２の流路の一例である。
【００６６】
次に、カソード１１に一定電圧（例えば、０．４Ｖ）を印加する。なお、この電圧は例示であって、本例に限定されない。すると、アノード１２の水素ガスがカソード１１に移動する際に、その量に比例した電流が流れる。
【００６７】
図３の電流の変化のプロファイル３００に示すように、カソード１１に電圧を印加した初期段階では、アノード１２に残留する水素ガスがカソード１１に移動するので、電流は、高い値になるが、最終的には、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素ガスのみをカソード１１へ戻すために必要な電流Ａに漸近する。
【００６８】
このようにして、水素クロスリーク量に依存する上記の電流Ａを電気化学的に検出することにより、水素クロスリーク量を検出することができる。
【００６９】
また、以上の電流Ａを測定する操作を、例えば、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮動作を停止する前に適宜、行うことにより、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮動作の停止回数による水素クロスリーク量の変化を求めることができる。
【００７０】
なお、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【００７１】
（第２実施例）
図４および図５は、第１実施形態の第２実施例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。なお、以下に示す動作は、例えば、上記の制御器の演算回路が、制御器の記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【００７２】
図４に示すように、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ｂによる水素クロスリーク量の検出は、ＭＥＡの一方の電極Ｅ１を水素ガスで満たす状態、ＭＥＡの他方の電極Ｅ２を水素ガスが存在しない状態にすることで、ＭＥＡの自然電位を測定することにより行われる。ここで、電極Ｅ１は、アノード及びカソードのいずれであってもよい。電極Ｅ２は、電極Ｅ１がアノードであるとき、カソードであり、電極Ｅ１がカソードであるとき、アノードである。つまり、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００では、第１検出器３０Ｂは、ＭＥＡの一方の電極Ｅ１に水素が存在し、他方の電極Ｅ２に水素が存在しない状態での自然電位から水素クロスリーク量を検出する。第１検出器３０Ｂは、このような自然電位から水素クロスリーク量を検出できれば、どのような構成であってもよい。なお、自然電位とは、電圧印加器１３が接続されていないオープンな状態におけるＭＥＡの電位をいう。よって、この場合、図４の点線で示すように、電圧印加器１３によるＭＥＡへの電圧印加が行われない。
【００７３】
具体的には、例えば、一方の電極Ｅ１を収容する収容室（図４では図示せず）を水素ガスで満たした状態で、他方の電極Ｅ２を収容する収容室（図４では図示せず）に、例えば、水素とは異なる流体（例えば、水蒸気、窒素ガス、水など）を供給することで、他方の電極Ｅ２を、この流体で満たした後、所定の時間後（例えば、１時間後）に、自然電位を測定する。なお、これらの流体および時間は例示であって、本例に限定されない。
【００７４】
このとき、一方の電極Ｅ１および他方の電極Ｅ２間の水素ガス分圧の差圧により、水素ガスは一方の電極Ｅ１から他方の電極Ｅ２にクロスリークするが、この水素クロスリーク量は、ネルンストの式から導かれる下記の式（３）に従って、一方の電極Ｅ１および他方の電極Ｅ２間の自然電位Ｖの変化として現れる。
【００７５】
Ｖ＝ＲＴ／ｎＦ×ｌｎ(ＰＨ２（Ｅ１）／ＰＨ２（Ｅ２）)・・・（３）
式（３）において、Ｒは気体定数、ＴはＭＥＡの温度、Ｆはファラデー定数、ＰＨ２（Ｅ１）は一方の電極Ｅ１の水素ガス分圧、ＰＨ２（Ｅ２）は他方の電極Ｅ２の水素ガス分圧である。
【００７６】
そこで、電気化学式水素圧縮装置１００の所定の圧縮動作回数毎に、以上の自然電位Ｖを測定する操作を行う。すると、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮動作の回数が増えるに連れてプロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行するので、自然電位Ｖの低下量は、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）とともに増加する。よって、このような操作により、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）と自然電位Ｖの変化との相関を表す図５のプロファイル４００を得ることができる。
【００７７】
例えば、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数が少ない初期段階では、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していない。よって、この場合、一方の電極Ｅ１を水素ガスで満たした状態で、他方の電極Ｅ２を、上記の流体で満たした後、所定の時間（例えば、１時間）が経過しても、図５のプロファイル４００に示すように、自然電位Ｖの低下量は少ない。
【００７８】
一方、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数が多い段階では、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行している。よって、この場合、一方の電極Ｅ１を水素ガスで満たした状態で、他方の電極Ｅ２を、上記の流体で満たした後、所定の時間（例えば、１時間）が経過すると、図５のプロファイル４００に示すように、自然電位Ｖの低下が現れる。
【００７９】
つまり、図５のプロファイル４００で示される自然電位Ｖの変化量は、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化進行に依存する量であるとともに、水素クロスリーク量に依存する量である。
【００８０】
このようにして、水素クロスリーク量に依存する上記の自然電位Ｖを電気化学的に検出することにより、水素クロスリーク量を検出することができる。
【００８１】
また、以上の自然電位Ｖを測定する操作を、例えば、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮動作を停止した後に適宜、行うことにより、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮動作の停止回数による水素クロスリーク量の変化を求めることができる。
【００８２】
なお、本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【００８３】
（第２実施形態）
電気化学式水素圧縮装置１００のプロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行することにより、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素量が増えるので、発明者らは、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化の進行を判定するという着想に到達した。
【００８４】
図６は、第２実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【００８５】
図６に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、第１検出器３０と、判定器３２と、を備える。プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８６】
判定器３２は、電気化学式水素圧縮装置１００の使用の進行に伴い第１検出器３０により検出される水素クロスリーク量が増加すると、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していると判定する。つまり、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を検出する第１検出器３０を備え、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化の進行が、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量の増加により特定される。例えば、ＭＥＡのカソード１１からアノード１２にクロスリークする水素ガス量が顕著に増加し始める場合に、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していると判断できる。そこで、判定器３２は、第１検出器３０により検出される水素クロスリーク量が所定量以上になると、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していると判定してもよい。判定器３２は、例えば、演算回路（図示せず）と、判定プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備えてもよい。なお、判定器３２に代えて、制御器（図６では図示せず）が判定器３２に相当する判定機能部を備えてもよい。
【００８７】
また、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、第１検出器３０は、この水素クロスリーク量を、電気化学式水素圧縮装置１００の起動時および停止時の少なくともいずれか一方において検出してもよい。例えば、上記の制御器が、電気化学式水素圧縮装置１００の起動時および停止時の少なくともいずれか一方において水素クロスリーク量を検出するように第１検出器３０を制御してもよい。
【００８８】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、第１検出器３０によりプロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量を検出することで、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化の進行を適切に判定できる。
【００８９】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【００９０】
（第３実施形態）
［装置構成］
図７は、第３実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【００９１】
図７に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、アノード室１４と、カソード室１５と、第１弁１６と、第２弁１７と、第３弁１８と、制御器２０と、パージ器２３と、第１検出器３０Ｂと、を備える。アノード室１４は、本開示の第１の流路の一例であり、カソード室１５は、本開示の第２の流路の一例である。
【００９２】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０Ｂは、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
パージ器２３は、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を水素と異なる流体でパージする装置である。パージ器２３は、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を水素と異なる流体でパージできれば、どのような構成であってもよい。例えば、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、アノード１２をＭＥＡの他方の電極として選んでいるが、カソード１１をＭＥＡの他方の電極として選んでも構わない。
【００９４】
パージ器２３による上記のパージ動作で使用される水素と異なる流体としては、例えば、窒素ガス、水蒸気などを用いることができるが、これに限定されない。例えば、このような水素と異なる流体として、液体の水を用いてもよいし、希ガスなどの窒素ガスと異なる他の不活性ガスを用いてもよい。
【００９５】
なお、窒素ガスをパージガスとして使用する場合のパージ器２３の具体例は第１実施例で説明する。また、水蒸気をパージガスとして使用する場合のパージ器２３の具体例は第２実施例で説明する。
【００９６】
第１弁１６は、アノード１２を収容するアノード室１４の入口に設けられている。具体的には、アノード室１４の入口開口（図示せず）から延伸する水素供給経路１９上に第１弁１６が設けられている。よって、第１弁１６が開くことで、アノード室１４の入口開口を開放することができる。第１弁１６を閉じることで、アノード室１４の入口開口を封止することができる。第１弁１６として、例えば、電磁弁などを用いることができるが、これに限定されない。
【００９７】
なお、水素供給経路１９を流れる水素は、例えば、所定の供給圧を備える水素ガスタンクからの水素ガス（Ｈ２）、所定の供給圧を備える水素ガスインフラからの水素ガス（Ｈ２）などを挙げることができる。
【００９８】
第２弁１７は、カソード１１を収容するカソード室１５の出口に設けられている。具体的には、カソード室１５の出口開口（図示せず）から延伸する経路上に第２弁１７が設けられている。よって、第２弁１７が開くことで、カソード室１５の出口開口を開放することができる。第２弁１７を閉じることで、カソード室１５の出口開口を封止することができる。第２弁１７として、例えば、電磁弁などを用いることができるが、これに限定されない。
【００９９】
第３弁１８は、アノード１２を収容するアノード室１４の出口に設けられている。具体的には、アノード室１４の出口開口（図示せず）から延伸する経路上に第３弁１８が設けられている。よって、第３弁１８が開くことで、アノード室１４の出口開口を開放することができる。第３弁１８を閉じることで、アノード室１４の出口開口を封止することができる。第３弁１８として、例えば、電磁弁などを用いることができるが、これに限定されない。
【０１００】
ここで、パージ器２３は、上記の流体が、図７の点線矢印で示すように、アノード室１４の入口開口と第１弁１６との間の水素供給経路１９内を通過して、アノード室１４内に流入するように構成されている。
【０１０１】
制御器２０は、第１検出器３０Ｂで水素クロスリーク量を検出するときに、パージ器２３を動作させ、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を上記の流体でパージする。つまり、制御器２０は、ＭＥＡの一方の電極（ここでは、カソード１１）に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極（ここでは、アノード１２）に水素が存在しない状態を形成するために、第１弁１６を閉止し、第３弁１８を開放するとともに、パージ器２３を動作させる。
【０１０２】
制御器２０は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器２０は、例えば、演算回路（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶回路として、例えば、メモリなどを例示できる。制御器２０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【０１０３】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例および第２実施形態のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様に構成してもよい。
【０１０４】
［動作］
以下、第３実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ｂによる水素クロスリーク量の検出について、図７を参照しながら説明する。
【０１０５】
なお、以下に示す動作は、例えば、制御器２０の演算回路が、制御器２０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器２０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【０１０６】
電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ｂによる水素クロスリーク量の検出は、上記のとおり、ＭＥＡの一方の電極を水素ガスで満たす状態、ＭＥＡの他方の電極を水素ガスが存在しない状態にすることで、ＭＥＡの自然電位を測定することにより行われる。
【０１０７】
そこで、まず、電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転（動作）を停止させる。
【０１０８】
次に、第１弁１６を閉止し、第３弁１８を開放するとともに、パージ器２３を動作させる。なお、このとき、第２弁１７は閉止していてもよい。すると、パージ器２３の流体が、水素供給経路１９を通じてアノード室１４の入口開口からアノード室１４内に流入した後、アノード室１４の出口開口から外部に排出される。これにより、アノード室１４に存在する水素が、上記の流体でパージされる。つまり、アノード室１４の出口開口からアノード室１４に存在する水素ガスが、上記の流体の流れによって外部に排出される。
【０１０９】
なお、パージ器２３による上記のパージ動作が完了した後は、パージ器２３の動作が停止され、第３弁１８が閉止される。
【０１１０】
以上により、ＭＥＡの一方の電極（ここでは、カソード１１）に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極（ここでは、アノード１２）に水素が存在しない状態が形成される。
【０１１１】
なお、これ以降の水素クロスリーク量の検出方法は、第１実施形態の第２実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１１２】
また、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００の動作は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例および第２実施形態のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１１３】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を、パージ器２３により水素と異なる流体でパージすることで、他方の電極に水素が存在しない状態を容易に形成することができる。すると、このようなパージ器２３を備えない場合に比べて、ＭＥＡの一方の電極に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極に水素が存在しない状態にした後の一方の電極の自然電位から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【０１１４】
（第１実施例）
図８Ａは、第３実施形態の第１実施例の電気化学式水素圧縮装置のパージ器の一例を示す図である。
【０１１５】
図８Ａに示す例では、パージ器２３Ａは、高圧ガスタンク２５と、第４弁２４とを備える。具体的には、第１弁１６（図７参照）よりも下流側の水素供給経路１９から分岐する分岐経路２９上に第４弁が設けられている。また、分岐経路２９の先端は、高圧ガスタンク２５が接続されている。
【０１１６】
本実施例のパージ器２３Ａでは、高圧ガスタンク２５には、高圧状態の窒素ガスが充填されている。第４弁２４として、例えば、電磁弁などを用いることができるが、これに限定されない。
【０１１７】
ここで、制御器２０は、第１検出器３０Ｂで水素クロスリーク量を検出するときに、パージ器２３Ａの第４弁２４を開放し、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を、上記の窒素ガスでパージする。つまり、制御器２０は、ＭＥＡの一方の電極（ここでは、カソード１１）に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極（ここでは、アノード１２）に水素が存在しない状態を形成するために、第１弁１６（図７参照）を閉止し、第３弁１８（図７参照）を開放するとともに、パージ器２３Ａの第４弁２４を開放する。すると、パージ器２３Ａの窒素ガスが、分岐経路２９および水素供給経路１９を通じてアノード室１４の入口開口からアノード室１４内に流入した後、アノード室１４の出口開口から外部に排出される。これにより、アノード室１４に存在する水素が、上記の窒素ガスでパージされる。
【０１１８】
なお、パージ器２３Ａによる上記のパージ動作が完了した後は、パージ器２３Ａの第４弁２４および第３弁１８が閉止される。その後、上記のとおり、第１検出器３０Ｂによる水素クロスリーク量の検出が行われる。
【０１１９】
本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第３実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１２０】
（第２実施例）
図８Ｂは、第３実施形態の第２実施例の電気化学式水素圧縮装置のパージ器の一例を示す図である。
【０１２１】
図８Ｂに示す例では、パージ器２３Ｂは、バブリングタンク２６と、加熱器２７とを備える。
【０１２２】
電気化学式水素圧縮装置１００では、水素供給経路１９を流れる水素ガスをバブリング方式により加湿する場合がある。この場合、水素供給経路１９は、例えば、第１弁１６（図７参照）からバブリングタンク２６の上壁部を気密に貫通し、水中にまで延伸する第１配管１９Ａと、バブリングタンク２６の上部空間の適所からバブリングタンク２６の上壁部を気密に貫通し、アノード室１４の入口開口にまで延伸する第２配管１９Ｂとを備える。つまり、バブリングタンク２６内の水に、第１配管１９Ａを通過した水素ガスをバブリングすることで、水素ガスが加湿される。
【０１２３】
バブリング方式による水素ガス加湿において必要となる機器は適宜、設けられる。例えば、バブリングタンク２６内の水を、水素ガス加湿に適した温度に加熱するための加温ヒータ、バブリングタンク２６内の水の温度を検出するための温度センサーなどが、設けられていてもよい。
【０１２４】
なお、以上の機器は例示であって、本例に限定されない。
【０１２５】
本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００では、以上のバブリング方式の加湿器が、第１検出器３０Ｂで水素クロスリーク量を検出する際には、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を水素と異なる水蒸気でパージするパージ器２３Ｂとしても機能する。具体的には、バブリングタンク２６の壁部に加熱器２７が設けられ、加熱器２７の熱によりバブリングタンク２６内の水が蒸発される。これにより、第２配管１９Ｂ内へ適量の水蒸気を送ることができる。なお、加熱器２７は、上記の水素ガス加湿で使用される加温ヒータであってもよいが、これに限定されない。
【０１２６】
ここで、制御器２０は、第１検出器３０Ｂで水素クロスリーク量を検出するときに、パージ器２３Ｂの加熱器２７を動作させ、ＭＥＡの他方の電極に存在する水素を、上記の水蒸気でパージする。つまり、制御器２０は、ＭＥＡの一方の電極（ここでは、カソード１１）に水素が存在し、ＭＥＡの他方の電極（ここでは、アノード１２）に水素が存在しない状態を形成するために、第１弁１６（図７参照）を閉止し、第３弁１８（図７参照）を開放するとともに、パージ器２３Ｂの加熱器２７を動作させる。すると、パージ器２３Ｂの水蒸気が、第２配管１９Ｂを通じてアノード室１４の入口開口からアノード室１４内に流入した後、アノード室１４の出口開口から外部に排出される。これにより、アノード室１４に存在する水素が、上記の水蒸気でパージされる。
【０１２７】
なお、パージ器２３Ｂによる上記のパージ動作が完了した後は、パージ器２３Ｂの加熱器２７の動作が停止され、第３弁１８が閉止される。その後、上記のとおり、第１検出器３０Ｂによる水素クロスリーク量の検出が行われる。
【０１２８】
本実施例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第３実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１２９】
（第４実施形態）
［装置構成］
図９は、第４実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０１３０】
図９に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、アノード室１４と、カソード室１５と、第１弁１６と、第２弁１７と、制御器２０と、第１検出器３０Ａと、を備える。
【０１３１】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０Ａは、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、アノード室１４、カソード室１５、第１弁１６および第２弁１７は、第３実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３２】
なお、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、アノード室１４の出口開口は存在せずに、アノード室１４は、出口が封じられている。
【０１３３】
制御器２０は、第１弁１６および第２弁１７を制御する。つまり、制御器２０は、第１検出器３０Ａで水素クロスリーク量を検出するときに、第１弁１６および第２弁１７を閉止して、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態にする。
【０１３４】
制御器２０は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器２０は、例えば、演算回路（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶回路として、例えば、メモリなどを例示できる。制御器２０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【０１３５】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態および第３実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様に構成してもよい。
【０１３６】
［動作］
以下、第４実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ａによる水素クロスリーク量の検出について、図９を参照しながら説明する。
【０１３７】
なお、以下に示す動作は、例えば、制御器２０の演算回路が、制御器２０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器２０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【０１３８】
電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ａによる水素クロスリーク量の検出は、上記のとおり、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態で、ＭＥＡに一定電圧をかけ、ＭＥＡのカソード１１から、ＭＥＡのアノード１２にクロスリークする水素ガスを、カソード１１へ戻すために必要な電流を測定することにより行われる。
【０１３９】
そこで、まず、電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転（動作）を停止させる。
【０１４０】
次に、第１弁１６および第２弁１７が閉止される。これにより、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態が形成される。
【０１４１】
なお、これ以降の水素クロスリーク量の検出方法は、第１実施形態の第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１４２】
また、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００の動作は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態および第３実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１４３】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、第１弁１６および第２弁１７を適時に閉止することにより、アノード室１４およびカソード室１５の封止状態を容易に形成することができる。よって、このような第１弁１６および第２弁１７を備えない場合に比べて、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態で電圧印加器１３により電圧を印加したときのアノード１２およびカソード１１間を流れる電流から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【０１４４】
（変形例）
図１０は、第４実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０１４５】
図１０に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、アノード室１４と、カソード室１５と、第１弁１６と、第２弁１７と、第３弁１８と、制御器２０と、第１検出器３０Ａと、を備える。
【０１４６】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０Ａは、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、アノード室１４、カソード室１５、第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８は、第３実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１４７】
制御器２０は、第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８を制御する。つまり、制御器２０は、第１検出器３０Ａで水素クロスリーク量を検出するときに、第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８を閉止して、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態にする。
【０１４８】
ここで、電気化学式水素圧縮装置１００の第１検出器３０Ａによる水素クロスリーク量の検出は、上記のとおり、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態で、ＭＥＡに一定電圧をかけ、ＭＥＡのカソード１１から、ＭＥＡのアノード１２にクロスリークする水素ガスを、カソード１１へ戻すために必要な電流を測定することにより行われる。
【０１４９】
そこで、まず、電気化学式水素圧縮装置１００の水素圧縮運転（動作）を停止させる。
【０１５０】
次に、第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８が閉止される。これにより、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態が形成される。
【０１５１】
なお、これ以降の水素クロスリーク量の検出方法は、第１実施形態の第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１５２】
このようにして、本変形例の電気化学式水素圧縮装置１００は、第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８を適時に閉止することにより、アノード室１４およびカソード室１５の封止状態を容易に形成することができる。よって、このような第１弁１６、第２弁１７および第３弁１８を備えない場合に比べて、アノード室１４およびカソード室１５の両方を封止した状態で電圧印加器１３により電圧を印加したときのアノード１２およびカソード１１間を流れる電流から水素クロスリーク量を適切に検出することができる。
【０１５３】
本変形例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第４実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１５４】
（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０１５５】
図１１に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、第１検出器３０と、報知器２１Ａと、を備える。
【０１５６】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１５７】
報知器２１Ａは、第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量が増加すると、水素クロスリーク量が増加していることを報知する機器である。報知器２１Ａは、このような情報を報知できれば、どのような構成であってもよい。
【０１５８】
例えば、報知器２１Ａとして、図示しない操作器に設けられた表示画面を用いることができる。これにより、電気化学式水素圧縮装置１００の操作者は、水素クロスリーク量が増加していることを操作画面の表示情報により知ることができる。
【０１５９】
また、報知器２１Ａとして、図示しない発光器、発音器を用いることもできる。これにより、操作者は、水素クロスリーク量が増加していることを、発光器の発光情報、発音器の発音情報により知ることができる。
【０１６０】
また、報知器２１Ａとして、図示しない通信機を用いることもできる。これにより、電気化学式水素圧縮装置１００の操作者または保守作業者は、水素クロスリーク量が増加していることを、通信機の無線または有線の通信情報により知ることができる。
【０１６１】
なお、制御器（図１１では図示せず）が、報知器２１Ａの動作を制御してもよい。例えば、制御器が、水素クロスリーク量が増加していると判定した場合、水素クロスリーク量が増加していることを示す情報を報知するように報知器２１Ａを制御してもよい。
【０１６２】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記の報知器２１Ａを備えない場合に比べて、プロトン伝導性電解質膜１０に対する水素クロスリーク量の増加を適時に知ることができる。
【０１６３】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の第１実施例−第２実施例、第４実施形態および第４実施形態の変形例のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１６４】
（第６実施形態）
電気化学式水素圧縮装置１００のプロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行することにより、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素量が増えるので、発明者らは、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化の進行を報知するという着想に到達した。そして、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化進行の報知により電気化学式水素圧縮装置１００の安定な水素圧縮運転を行うことができることを見出した。
【０１６５】
図１２は、第６実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０１６６】
図１２に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、第１検出器３０と、報知器２１Ｂと、判定器３２と、を備える。
【０１６７】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、判定器３２は、第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１６８】
報知器２１Ｂは、判定器３２が、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していると判定すると、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していることを報知する機器である。
【０１６９】
つまり、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行することにより、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素ガス量が増加するので、報知器２１Ｂにより、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行するとプロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したことを示す情報が報知される。
【０１７０】
報知器２１Ｂとして、報知器２１Ａと同様、例えば、操作器に設けられた表示画面、発光器、発音器または通信機などを用いることができる。
【０１７１】
なお、制御器（図１２では図示せず）が、報知器２１Ｂの動作を制御してもよい。例えば、制御器が、判定器３２によるプロトン伝導性電解質膜１０の劣化の判定に基づいて、外部にプロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したことを示す情報を報知するように報知器２１Ｂを制御してもよい。
【０１７２】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記の報知器２１Ｂを備えない場合に比べて、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化進行を適時に知り得る。すると、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化進行の報知により電気化学式水素圧縮装置１００の安定な水素圧縮運転を行うことができる。
【０１７３】
例えば、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化進行により、カソード１１からアノード１２にクロスリークする水素ガス量が増加すると、電気化学式水素圧縮装置１００の圧縮効率が低下するが、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、上記の報知により、このような問題に適切に対応できる。また、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行すると、プロトン伝導性電解質膜１０の破損が生じ、電気化学式水素圧縮装置１００の故障に至る可能性があるが、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００では、上記の報知により、このような可能性を低減できる。
【０１７４】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第２実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１７５】
（第７実施形態）
プロトン伝導性電解質膜１０の劣化予測について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
【０１７６】
プロトン伝導性電解質膜１０の湿潤および乾燥のサイクルを繰り返すと、プロトン伝導性電解質膜１０が劣化し、プロトン伝導性電解質膜１０のガスバリア性が損なわれる。
【０１７７】
ここで、カソード１１の水素圧縮の際には、カソード１１の水素放圧の際に比べてプロトン伝導性電解質膜１０は湿潤状態であり、カソード１１の水素放圧の際には、カソード１１の水素圧縮の際に比べてプロトン伝導性電解質膜１０は乾燥状態である。
【０１７８】
よって、発明者らは、カソード１１の水素の圧縮回数、およびカソード１１の水素の放圧回数の少なくともいずれか一方で、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測できることを見出した。
【０１７９】
なお、カソード１１の水素圧縮の際には、カソード１１の水素ガス分圧とアノード１２の水素ガス分圧との間の差圧により、プロトン伝導性電解質膜１０がカソード１１からアノード１２に押しつけられる。よって、この場合、プロトン伝導性電解質膜１０に機械的なストレスがかかり、プロトン伝導性電解質膜１０の変形などが生じることで、水素のクロスリークが起こりやすくなる可能性もあると考えられる。
【０１８０】
以上により、カソード１１の水素の圧縮回数およびカソード１１の水素の放圧回数は、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化と密接な関係があると判断できる。
【０１８１】
図１３は、第７実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０１８２】
図１３に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、報知器２１Ｂと、予測器２２Ａと、を備える。
【０１８３】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２および電圧印加器１３は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。報知器２１Ｂは、第６実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１８４】
予測器２２Ａは、カソード１１の水素ガスの圧縮回数、およびカソード１１の水素ガスの放圧回数の少なくともいずれか一方に基づきプロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測する。
【０１８５】
予測器２２Ａは、カソード１１の水素の圧縮回数、およびカソード１１の水素の放圧回数の少なくともいずれか一方に基づきプロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測できれば、どのような構成であってもよい。例えば、予測器２２Ａは、カソード１１の水素の圧縮回数、およびカソード１１の水素の放圧回数の少なくともいずれか一方を計数するカウンターを備え、これらの圧縮回数および放圧回数の少なくともいずれか一方が、所定の回数に到達した場合、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行していると予測してもよい。予測器２２Ａは、例えば、演算回路（図示せず）と、予測プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備えてもよい。
【０１８６】
また、制御器（図１３では図示せず）が、予測器２２Ａによるプロトン伝導性電解質膜１０の劣化予測に基づいて、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したと判定した場合、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したことを示す情報を報知するように報知器２１Ｂを制御してもよい。なお、予測器２２Ａに代えて、上記の制御器が予測器２２Ａに相当する予測機能部を備えてもよい。
【０１８７】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、カソード１１の水素の圧縮回数、およびカソード１１の水素の放圧回数の少なくともいずれか一方により、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を適切に予測できる。
【０１８８】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の第１実施例−第２実施例、第４実施形態、第４実施形態の変形例、第５実施形態および第６実施形態のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０１８９】
（変形例）
上記のとおり、カソード１１の水素の圧縮回数およびカソード１１の水素の放圧回数の少なくともいずれか一方で、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測できる。ここで、カソード１１の水素圧縮および水素放圧はそれぞれ、電気化学式水素圧縮装置１００の起動および停止によって発生する現象である。
【０１９０】
以上により、発明者らは、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数および停止回数の少なくともいずれか一方で、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測できることを見出した。
【０１９１】
図１４は、第７実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。図１５は、第７実施形態の変形例の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【０１９２】
図１４に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、報知器２１Ｂと、予測器２２Ｂと、を備える。プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２および電圧印加器１３は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。報知器２１Ｂは、第６実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１９３】
予測器２２Ｂは、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数および停止回数の少なくともいずれか一方で、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を予測する。なお、予測器２２Ｂの詳細は、第７実施形態の予測器２２Ａの説明の参酌により容易に理解できるので省略する。
【０１９４】
また、制御器（図１４では図示せず）が、予測器２２Ｂによるプロトン伝導性電解質膜１０の劣化予測に基づいて、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したと判定した場合、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行したことを示す情報を報知するように報知器２１Ｂを制御してもよい。なお、予測器２２Ｂに代えて、上記の制御器が予測器２２Ｂに相当する予測機能部を備えてもよい。
【０１９５】
ここで、図１５のプロファイル２００では、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）と水素クロスリーク量との相関関係が示されている。プロファイル２００に示すように、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）が増えるに連れて、水素クロスリーク量が増加することがわかる。例えば、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）が所定の回数に到達すると、水素クロスリーク量が顕著に増加し始める。このプロファイル２００により、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）の増加に伴い、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化が進行することが理解できる。
【０１９６】
なお、水素クロスリーク量は種々の方法で測定できる。例えば、上記のとおり、水素クロスリーク量は、第１実施形態の第１検出器３０により検出してもよい。
【０１９７】
また、例えば、アノード１２には、水蒸気飽和状態の窒素（Ｎ２）ガスを３００ｍＬ／ｍｉｎに流通させ、カソード１１には、水蒸気飽和状態の水素（Ｈ２）ガスを３００ｍＬ／ｍｉｎ流通させてもよい。そして、カソード１１の出口を流量制御弁（例えば、ニードルバルブ）で制御し、カソード１１を加圧する。この状態で、アノード１２に透過する水素ガスをガスクロマトグラフで分析することにより、水素クロスリーク量を測定できる。このとき、カソード１１およびアノード１２のそれぞれを収容する収容室内の圧力をそれぞれ測定する。また、電気化学式水素圧縮装置１００の停止方法は、水素圧縮装置の仕様に依存して種々の方法があるが、例えば、希ガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスにより、デバイス内部をパージすることで停止し得る。
【０１９８】
なお、以上のガス流量などは、例示であって、本例に限定されない。
【０１９９】
ここで、電気化学式水素圧縮装置１００の起動方法および停止方法、プロトン伝導性電解質膜１０の種類、および、収容室内の圧力などの種々の条件に依存して、水素クロスリーク量が増加し始める電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）が異なる。しかし、これらの条件を同一とすることにより、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数（停止回数）に対する水素クロスリーク量の変化を適切に予測することができる。
【０２００】
このようにして、本変形例の電気化学式水素圧縮装置１００は、電気化学式水素圧縮装置１００の起動回数および停止回数の少なくともいずれか一方により、プロトン伝導性電解質膜１０の劣化を適切に予測できる。
【０２０１】
本変形例の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第７実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０２０２】
（第８実施形態）
電気化学式水素圧縮によりカソードで水素ガスを圧縮する場合、カソードを収容する高圧状態のカソード室を長期間に亘り適切にシールする必要がある。また、水素ガスがカソード室から外部へリークする可能性を考慮し、水素ガスの外部へのリークを検知する必要がある。水素ガスの外部へのリークを検知するには、例えば、セル周囲に水素センサーを設置する方法があるが、水素センサーを必要以上に設置すると、コストが嵩み、水素センサーが故障したときには、水素ガスのリークを検知できない。
【０２０３】
なお、特許文献３では、上記のとおり、圧力計の検知データの経時変化から、水素ガスが電解質を通じてカソードからアノードにリークすることを検知する方法が提案されている。
【０２０４】
しかしながら、このような圧力計の検知データの経時変化だけでは、水素クロスリーク量を正確に掴むことも、カソードから外部に漏れる水素ガス量（以下、水素外部リーク量と略す場合がある。）を正確に掴むことも困難である。理由は、圧力計の検知データの経時変化には、水素クロスリーク量の寄与分および水素外部リーク量の寄与分の両方が含まれるからである。
【０２０５】
そこで、発明者らは、第１実施形態の第１検出器３０により水素クロスリーク量を測定することで、水素外部リーク量を適切に検出するという着想に到達した。
【０２０６】
図１６は、第８実施形態の電気化学式水素圧縮装置の一例を示す図である。
【０２０７】
図１６に示す例では、電気化学式水素圧縮装置１００は、プロトン伝導性電解質膜１０と、カソード１１と、アノード１２と、電圧印加器１３と、第１検出器３０と、圧力計４０と、第２検出器５０と、を備える。
【０２０８】
プロトン伝導性電解質膜１０、カソード１１、アノード１２、電圧印加器１３および第１検出器３０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０２０９】
圧力計４０は、カソード１１を収容するカソード室内（図１６では図示せず）の圧力を計測する機器である。圧力計４０は、このようなカソード室内の圧力を計測できれば、どのような構成であってもよい。ここで、カソード室は、第２の流路の一例である。
【０２１０】
第２検出器５０は、圧力計４０で計測される圧力の経時変化と第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量の経時変化とから、水素の外部への漏洩を検出する。
【０２１１】
なお、制御器（図１６では図示せず）が、圧力計４０で計測される圧力の経時変化と第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量の経時変化とから、水素ガスの外部への漏洩が検出された場合、水素ガスの外部への漏洩を報知するように適宜の報知器（例えば、図１１の報知器２１Ａ、図１２の報知器２１Ｂなど）を制御してもよい。
【０２１２】
図１７は、第８実施形態の電気化学式水素圧縮装置の動作の一例を示す図である。
【０２１３】
図１７には、カソード１１を収容するカソード室を水素ガスにより加圧するとともに、アノード１２からカソード１１への水素移動（電気化学式水素圧縮運転）が行われない状態（つまり、電圧印加器１３が接続されていないオープンな状態）において、圧力計４０の検知データの時間変化（カソード室内の圧力の時間変化）が実線により示されている。
【０２１４】
この場合、圧力計４０の検知データが、時間の経過とともに減少しても、この検知データの変化量は、水素外部リーク量の寄与分だけでなく、水素クロスリーク量の減少分も含む。そこで、第１検出器３０による水素クロスリーク量の検出が適時に行われる。
【０２１５】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、圧力計４０の検知データ（減少量）のうちの水素クロスリーク量の寄与分を、第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量の経時変化に基づいて予測できるので、水素ガスの外部への漏洩を適切に知ることができる。
【０２１６】
また、電気化学式水素圧縮装置１００内には、水素ガスの外部リーク検知用の水素センサーが設置されるが、水素センサーが故障する場合がある。そこで、水素センサーが故障した場合でも、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００による水素外部リーク量の適切な把握により、システムの冗長化を図ることができる。
【０２１７】
なお、上記では、カソード１１を収容するカソード室を水素ガスで加圧するとともに、アノード１２からカソード１１への水素移動を行わない状態で、圧力計４０の検知データから水素外部リーク量の寄与分を把握しているが、これに限定されない。
【０２１８】
例えば、アノード１２からカソード１１への水素移動が行われる電気化学式水素圧縮装置１００の運転時であっても、図１７と同様の手法により、水素外部リーク量の寄与分を知ることができる。例えば、カソード１１の容積および温度分布から、ＭＥＡに所定の電流が流れるときのアノード１２からカソード１１への水素ガスの移動量を導くことができるので、電気化学式水素圧縮装置１００の運転中のカソード室内の圧力の理論的な変化を予測できる（図１８の点線で示された圧力変化予測のプロファイル５００を参照）。よって、図１８のプロファイル５００からのずれ量（減少量）のうちの水素クロスリーク量の寄与分を、第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量の経時変化に基づいて予測できるので、水素外部リーク量の寄与分を適切に知ることができる。
【０２１９】
このようにして、本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、圧力計４０の検知データのうちの水素クロスリーク量の寄与分を、第１検出器３０で検出される水素クロスリーク量の経時変化に基づいて予測できる。よって、第２検出器５０により、水素の外部への漏洩を適切に知ることができる。
【０２２０】
本実施形態の電気化学式水素圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の第１実施例−第２実施例、第４実施形態、第４実施形態の変形例、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態および第７実施形態の変形例のいずれかの電気化学式水素圧縮装置１００と同様であってもよい。
【０２２１】
なお、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の第１実施例−第２実施例、第４実施形態、第４実施形態の変形例、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、第７実施形態の変形例および第８実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても良い。
【０２２２】
また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【０２２３】
例えば、上記説明では、電気化学式水素圧縮装置１００の水素源は、所定の供給圧を備える水素ガスタンクからの水素ガス（Ｈ２）、所定の供給圧を備える水素ガスインフラからの水素ガス（Ｈ２）などを例示したが、これらに限定されない。
【０２２４】
水素源は、水素を構成元素とするアノード流体である。水素源は、アノード１２でプロトン（Ｈ＋）を生成できる原料であれば、どのような物であっても構わない。このような水素源として、水素ガス（Ｈ２）以外に、例えば、有機ハイドライド、水などを挙げることができる。なお、水素源が有機ハイドライドである場合、電気化学式水素圧縮装置１００のアノード１２で、有機ハイドライドから水素が引き抜かれる。水素源が水である場合、電気化学式水素圧縮装置１００のアノード１２で、水の電気分解により水素が生成される。このとき、電気化学式水素圧縮装置１００のアノード１２で、このような水素からプロトン（Ｈ＋）が生成される。そして、プロトン（Ｈ＋）がプロトン伝導性電解質膜１０を透過し、電気化学式水素圧縮装置１００のカソード１１で高圧の水素ガス（Ｈ２）が生成される。
【産業上の利用可能性】
【０２２５】
本開示の一態様は、プロトン伝導性電解質膜に対する水素クロスリーク量を従来よりも適切に検出し得る電気化学式水素圧縮装置に利用できる。
【符号の説明】
【０２２６】
１０    ：プロトン伝導性電解質膜
１１    ：カソード
１２    ：アノード
１３    ：電圧印加器
１４    ：アノード室
１５    ：カソード室
１６    ：第１弁
１７    ：第２弁
１８    ：第３弁
１９    ：水素供給経路
１９Ａ  ：第１配管
１９Ｂ  ：第２配管
２０    ：制御器
２１Ａ  ：報知器
２１Ｂ  ：報知器
２２Ａ  ：予測器
２２Ｂ  ：予測器
２３    ：パージ器
２３Ａ  ：パージ器
２３Ｂ  ：パージ器
２４    ：第４弁
２５    ：高圧ガスタンク
２６    ：バブリングタンク
２７    ：加熱器
２９    ：分岐経路
３０    ：第１検出器
３０Ａ  ：第１検出器
３０Ｂ  ：第１検出器
３２    ：判定器
４０    ：圧力計
５０    ：第２検出器
１００  ：電気化学式水素圧縮装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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