(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面に設けられたアノードと、
前記電解質膜の他方の主面に設けられたカソードと、
前記アノード上に設けられたアノードセパレーターと、
前記カソード上に設けられたカソードセパレーターと、
前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、
前記電圧印加器が前記電圧を印加することで、前記アノードに供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮装置であって、
前記カソードセパレーターは、前記カソード側の主面上に、当該主面の前記カソードに対向する領域を囲む第１のＯリング溝が設けられ、
前記第１のＯリング溝に保持される第１のＯリングと、前記アノードセパレーターのアノード側の主面のうち、前記アノードに対向する領域の外周面上に設けられた、面シール材と、を備える圧縮装置。
【請求項２】
前記アノードは、前記電解質膜の一方の主面の一部に設けられ、前記カソードは、前記電解質膜の他方の主面の一部に設けられ、前記第１のＯリング溝は、前記電解質膜の前記カソード側の主面のうち、前記カソードが設けられていない領域に面しており、
前記面シール材は、前記電解質膜の前記アノード側の主面のうち、前記アノードが設けられていない領域に面している、請求項１に記載の圧縮装置。
【請求項３】
前記電解質膜の外周を囲む枠体を備え、
前記面シール材は、前記電解質膜の前記アノード側の主面のうち、前記アノードが設けられていない領域、および前記枠体の前記アノード側の主面に面している請求項２に記載の圧縮装置。
【請求項４】
前記アノードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第１のマニホールド孔が設けられ、
前記面シール材は、前記アノードセパレーターのアノード側の主面のうち、前記第１のマニホールド孔の外周面上にも設けられ、
前記カソードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第２のマニホールド孔と、前記第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝とが設けられ、
前記第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備える請求項１または２に記載の圧縮装置。
【請求項５】
前記カソードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第２のマニホールド孔と、前記第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝とが設けられ、前記枠体は、前記第２のマニホールド孔と連通する第１の貫通孔が設けられ、
前記第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備え、
前記第２のＯリングは、前記枠体に当接している請求項３に記載の圧縮装置。
【請求項６】
前記アノードセパレーターおよび前記カソードセパレーターが接合されることで一体化されている請求項１−５のいずれか１項に記載の圧縮装置。
【請求項７】
前記アノードセパレーターおよび前記カソードセパレーターが別体であり、前記アノードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第１のマニホールド孔が設けられ、前記アノードセパレーターの前記アノード側と反対側の主面に、前記第１のマニホールド孔を囲む第３のＯリング溝が設けられ、前記第３のＯリング溝に保持される第３のＯリングを備える請求項1−３、５のいずれか１項に記載の圧縮装置。
【請求項８】
前記アノードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第１のマニホールド孔が設けられ、
前記面シール材は、前記アノードセパレーターのアノード側の主面のうち、前記第１のマニホールド孔の外周面上にも設けられ、
前記カソードセパレーターは、前記アノード流体または前記圧縮された水素が流れる第２のマニホールド孔と、前記第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝とが設けられ、
前記枠体には、前記第１のマニホールド孔と連通する第１の貫通孔と、前記第２のマニホールド孔と連通する第２の貫通孔とが設けられ、
前記第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備える請求項３に記載の圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として水素が注目されている。水素は燃焼しても基本的に水しか排出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素が排出されず、かつ窒素酸化物などもほとんど排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。また、水素を燃料として高効率に利用する装置としては燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに開発および普及が進んでいる。【０００３】
例えば、燃料電池車の燃料として使用される水素は、一般的に、数十ＭＰａに圧縮された高圧状態で車内の水素タンクに貯蔵される。そして、このような高圧の水素は、一般的に、低圧（常圧）の水素を機械式の圧縮装置によって圧縮することで得られる。【０００４】
ところで、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、燃料電池の普及促進には水素供給インフラを整備する必要があり、水素を安定的に供給するために、高純度の水素を製造、精製、高密度貯蔵する様々な提案が行われている。【０００５】
そこで、例えば、特許文献１では、電解質膜を挟んで配されたアノードおよびカソード間に所望の電圧を印加することによって、水素含有ガス中の水素の精製および昇圧が行われる電気化学式水素ポンプが提案されている。なお、カソード、電解質膜およびアノードの積層体を膜−電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）という。このとき、アノードに供給される水素含有ガスは、不純物が混入していてもよい。例えば、水素含有ガスは、製鉄工場などからの副次生成の水素ガスでもよいし、都市ガスを改質した改質ガスでもよい。【０００６】
また、例えば、特許文献２では、水の電気電解で発生した低圧の水素がＭＥＡを用いて昇圧される差圧式の水電解装置が提案されている。
【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】特許第６１２９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、一例として、高圧の水素が存在する領域のシール性を適切に維持しながら、従来に比べて装置のコストを低減し得る圧縮装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本開示の一態様(aspect)の圧縮装置は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の主面に設けられたカソードと、前記アノード上に設けられたアノードセパレーターと、前記カソード上に設けられたカソードセパレーターと、前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、前記電圧印加器が前記電圧を印加することで、前記アノードに供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮装置であって、前記カソードセパレーターは、前記カソード側の主面上に、当該主面の前記カソードに対向する領域を囲む第１のＯリング溝が設けられ、前記第１のＯリング溝に保持される第１のＯリングと、前記アノードセパレーターのアノード側の主面の前記アノードに対向する領域の外周上に設けられた、面シール材と、を備える圧縮装置。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様の圧縮装置は、高圧の水素が存在する領域のシール性を適切に維持しながら、従来に比べて装置のコストを低減し得るという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ部を上方から見た斜視図である。
【図４】図４は、図２のＢ−Ｂ部を下方から見た斜視図である。
【図５】図５は、図２の電気化学式水素ポンプ１００の各部材を分解した斜視図である。
【図６】図６は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【図９】図９は、Ｏリングの内部に存在する高圧の水素によってＯリングの一部が隙間内にはみ出す現象の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記の圧縮装置の一例である電気化学式水素ポンプについて、装置の低コスト化のための検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１３】
電気化学式水素ポンプは、一般的に、複数のＭＥＡ（セル）を積層した積層体（スタック）を備える。各セルでは、一対のセパレーターのそれぞれが、セルのアノードおよびカソードのそれぞれを外側から挟んでいる。ここで、アノード上に設けられたセパレーターは、アノードセパレーターであり、カソード上に設けられたセパレーターは、カソードセパレーターである。また、電気化学式水素ポンプでは、カソードを流れる高圧の水素、および、アノードを流れる低圧の水素含有ガスなどが外部に漏れないように、適宜のシール部材が設けられる。このようなシール部材は、例えば、セパレーターの両主面に設けられたＯリングなどが使用されることが多い。このとき、Ｏリングは、一般的に、アノードセパレーターおよびカソードセパレーターの両主面に設けられている。そして、このことが、電気化学式水素ポンプ１００の組立および加工のコストアップの要因となり得る場合がある。
【００１４】
具体的には、セパレーターの両主面にＯリング溝を加工する必要があるので、セパレーターの一方の主面のみにＯリング溝を加工する場合に比べて、セパレーターの加工コストが上がる。
【００１５】
なお、以上の問題は、例えば、特許文献２に開示された差圧式の水電解装置などにおいても同様に発生すると考えられる。つまり、水電解装置においては、カソードを流れる高圧の水素、およびアノードを流れる低圧の水が外部に漏れないように、適宜のシール部材を設ける必要がある。
【００１６】
また、セパレーターの両主面に加工されたＯリング溝にＯリングを配置する場合、電気化学式水素ポンプの組立時には、Ｏリングの落下または位置ずれなどが起きないように注意する必要がある。
【００１７】
例えば、セパレーターの一方の主面に加工されたＯリング溝内にＯリングを配置したまま、セパレーターの他方の主面に加工されたＯリング溝内にＯリングを配置するには、セパレーターを裏返す必要がある。このとき、前者のＯリング溝内のＯリングの落下または位置ずれなどが起きないように、例えば、Ｏリングを仮止めする必要がある。すると、電気化学式水素ポンプの組立時の工数が増えるので、電気化学式水素ポンプの組立コストが上がる。
【００１８】
なお、以上の問題は、例えば、特許文献２に開示された差圧式の水電解装置などにおいても同様に発生すると考えられる。つまり、水電解装置のＭＥＡおよびセパレーターを積層する際には、これらの部材間には流体（水、ガス）の漏れ抑制のためのＯリングが、各部材の両主面に配置される可能性がある。
【００１９】
ところで、電気化学式水素ポンプの高圧の水素が存在する領域の部材間は、高い気密性が必要とされる。よって、かかる部材間を適切にシールするには、シール信頼性が高いＯリングを設けることが有効である。
【００２０】
これに対して、本開示者らは、低圧のアノード流体（水素含有ガス、水など）が存在する領域の部材間は、Ｏリングを設けずに、面シール材を挟むことが組立および加工のコストダウンにおいて有効であると判断して、以下の本開示の一態様に想到した。
【００２１】
すなわち、本開示の第１態様の圧縮装置は、電解質膜と、電解質膜の一方の主面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の主面に設けられたカソードと、アノード上に設けられたアノードセパレーターと、カソード上に設けられたカソードセパレーターと、アノードとカソードとの間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、電圧印加器が上記の電圧を印加することで、アノードに供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮装置であって、カソードセパレーターは、カソード側の主面上に、当該主面のカソードに対向する領域を囲む第１のＯリング溝が設けられ、第１のＯリング溝に保持される第１のＯリングと、アノードセパレーターのアノード側の主面のアノードに対向する領域の外周上に設けられた、面シール材と、を備える。
【００２２】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、高圧の水素が存在する領域のシール性を適切に維持しながら、装置のコストを従来よりも低減し得る。
【００２３】
具体的には、本態様の圧縮装置は、低圧のアノード流体が存在する領域の部材間は、Ｏリングを設けずに面シール材を挟むことで、このような部材間にＯリングを設ける場合に比べて、組立および加工のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
また、本態様の圧縮装置は、カソードセパレーターに設けられた第１のＯリング溝にカソードを囲むように第１のＯリングが保持されているので、高圧の水素が存在するカソードを第１のＯリングで適切にシールすることができる。
【００２５】
本開示の第２態様の圧縮装置は、第１態様の圧縮装置において、第１のＯリング溝は、電解質膜のカソード側の主面のうち、カソードが設けられていない領域に面しており、面シール材は、電解質膜のアノード側の主面のうち、アノードが設けられていない領域に面していてもよい。
【００２６】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、低圧のアノード流体が存在する、アノードセパレーターおよび電解質膜間に面シール材を挟むことで、このような部材間にＯリングを設ける場合に比べて、組立および加工のコストダウンを図ることができる。
【００２７】
本開示の第３態様の圧縮装置は、第２態様の圧縮装置において、電解質膜の外周を囲む枠体を備え、面シール材は、電解質膜のアノード側の主面のうち、アノードが設けられていない領域および枠体のアノード側の主面に面していてもよい。
【００２８】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、低圧のアノード流体が存在する、枠体およびアノードセパレーター間は、Ｏリングを設けずに面シール材を挟むことで、このような部材間にＯリングを設ける場合に比べて、組立および加工のコストダウンを図ることができる。
【００２９】
本開示の第４態様の圧縮装置は、第１態様から第３態様のいずれか一つの圧縮装置において、アノードセパレーターは、第１のマニホールド孔が設けられ、面シール材は、第１のマニホールド孔を囲み、カソードセパレーターは、第２のマニホールド孔と、第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝と、が設けられ、第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備えていてもよい。
【００３０】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、カソードセパレーターには、第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝が設けられ、第２のＯリング溝に第２のＯリングが保持されている。よって、本態様の圧縮装置は、少なくとも、高圧の水素が流れる第２のマニホールド孔を第２のＯリングで適切にシールすることができる。
【００３１】
本開示の第５態様の圧縮装置は、第３態様の圧縮装置において、カソードセパレーターは、第２のマニホールド孔と、第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝とが設けられ、第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備え、第２のＯリングは、枠体に当接していてもよい。
【００３２】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第２のマニホールド孔を、第２のＯリング溝および枠体の両方に当接する第２のＯリングで適切にシールすることができる。
【００３３】
本開示の第６態様の圧縮装置は、第１態様または第２態様の圧縮装置において、カソードセパレーターは、第２のマニホールド孔と、第２のマニホールド孔を囲む第２のＯリング溝とが設けられ、第２のＯリング溝に保持される第２のＯリングを備え、第２のＯリングは、アノードセパレーターのアノード側の主面に当接しており、面シール材は、アノードセパレーターのアノード側の主面のうち、第２のＯリングが当接している領域上には設けられていなくてもよい。
【００３４】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第２のマニホールド孔を、カソードセパレーターおよびアノードセパレーターの両方に当接する第２のＯリングで適切にシールすることができる。
【００３５】
本開示の第７態様の圧縮装置は、第６態様の圧縮装置において、電解質膜の外周を囲む枠体を備え、面シール材は、電解質膜のアノード側の主面のうち、アノードが設けられていない領域、および枠体のアノード側の主面に面しており、枠体は、第２のＯリングが配設されている領域には設けられていなくてもよい。
【００３６】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第２のマニホールド孔を、カソードセパレーターおよびアノードセパレーターの両方に当接する第２のＯリングで適切にシールすることができる。
【００３７】
本開示の第８態様の圧縮装置は、第６態様の圧縮装置において、第２のＯリングの外周に設けられ、第２のＯリング溝に保持される耐圧材を備え、耐圧材は、アノードセパレーターのアノード側の主面に当接しており、面シール材は、アノードセパレーターのアノード側の主面のうち、耐圧材が当接している領域上には設けられていなくてもよい。
【００３８】
カソードセパレーターおよびアノードセパレーターの両方に当接する第２のＯリングで第２のマニホールド孔がシールされる際に、カソードセパレーターおよびアノードセパレーターと面シール材との間には、隙間が発生する場合がある。この場合、仮に、第２のＯリングの外周に耐圧材が設けられていないときは、第２のＯリングの一部が、第２のＯリングの内部に存在する高圧ガスによって、上記の隙間内に、はみ出す可能性がある。すると、第２のＯリングが破損することで、第２のＯリングのシール機能が低下する可能性がある。
【００３９】
これに対して、本態様の圧縮装置は、第２のＯリングの外周に耐圧材を設けることで、第２のＯリングが上記の隙間にはみ出すことが抑制され、その結果、第２のＯリングが破損することを軽減することができる。
【００４０】
本開示の第９態様の圧縮装置は、第８態様の圧縮装置において、電解質膜の外周を囲む枠体を備え、面シール材は、電解質膜のアノード側の主面のうち、アノードが設けられていない領域、および枠体のアノード側の主面に面しており、枠体は、第２のＯリングおよび耐圧材が配設されている領域には設けられていなくてもよい。
【００４１】
カソードセパレーターおよびアノードセパレーターの両方に当接する第２のＯリングで第２のマニホールド孔がシールされる際に、カソードセパレーターと枠体との間、アノードセパレーターと面シール材との間、および、面シール材と枠体との間には、隙間が発生する場合がある。この場合、仮に、第２のＯリングの外周に耐圧材が設けられていないときは、第２のＯリングの一部が、第２のＯリングの内部に存在する高圧ガスによって、上記の隙間内に、はみ出す可能性がある。すると、第２のＯリングが破損することで、第２のＯリングのシール機能が低下する可能性がある。
【００４２】
これに対して、本態様の圧縮装置は、第２のＯリングの外周に耐圧材を設けることで、第２のＯリングが上記の隙間にはみ出すことが抑制され、その結果、第２のＯリングが破損することを軽減することができる。
【００４３】
本開示の第１０態様の圧縮装置は、第１態様から第９態様のいずれか一つの圧縮装置において、アノードセパレーターおよびカソードセパレーターが一体化されていてもよい。
【００４４】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、部品点数を削減することで、組立作業の効率化を図ることができる。また、本態様の圧縮装置は、例えば、カソードセパレーターとアノードセパレーターとが拡散接合で一体化されることで、互いの接合部の空隙が消失するので、両者間の接触抵抗を低減することができる。
【００４５】
本開示の第１０態様の圧縮装置は、第１態様から第９態様のいずれか一つの圧縮装置において、アノードセパレーターおよびカソードセパレーターが別体であり、アノードセパレーターのアノード側と反対側の主面に、アノードセパレーターに設けられた第１のマニホールド孔を囲む第３のＯリング溝が設けられ、第３のＯリング溝に保持される第３のＯリングを備えてもよい。
【００４６】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、アノードセパレーターおよびカソードセパレーターが別体である場合において、アノードセパレーターおよびカソードセパレーター間の部分を第３のＯリングで適切にシールすることができる。
【００４７】
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、上記の各態様の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。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。
【００４８】
（第１実施形態）
上記の圧縮装置のアノード流体は、様々な種類のガス、液体が想定される。例えば、圧縮装置が電気化学式水素ポンプである場合、アノード流体として、水素含有ガスを挙げることができる。また、例えば、圧縮装置が水電解装置である場合、アノード流体として、液体の水を挙げることができる。
【００４９】
そこで、以下の実施形態では、アノード流体が水素含有ガスである場合において、圧縮装置の一例である電気化学式水素ポンプの構成、各部材の組立方法および動作について説明する。
【００５０】
［装置構成］
図１は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す斜視図である。
【００５１】
図１に示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、複数のＭＥＡ（セル）を積層した積層体１００Ａ（スタック）を備える。
【００５２】
各セルでは、一対のセパレーターのそれぞれが、セルのアノードおよびカソードのそれぞれを外側から挟んでいる。この場合、アノードに接触するセパレーターは、アノードに水素含有ガスを供給するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、アノードに供給する水素含有ガスが流れるガス流路を備える。カソードに接触するセパレーターは、カソードから水素（Ｈ２）を外部に排出するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、カソードと外部とを連結するための連通経路を備える。なお、アノードセパレーターのガス流路は、セパレーターと別に設けることもできるが、セパレーターの表面にガス流路の溝を、例えば、サーペンタイン状に加工することが一般的である。
【００５３】
そして、セルの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するセル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ーが配置されている。
【００５４】
セルとセパレーターを交互に重ねて、セルを１０〜２００個程度、積層して、その積層体１００Ａ（スタック）を両側から、一対の給電板１１、１２および一対の絶縁板１３、１４を介して一対の端板１５、１６で挟み、両端板１５、１６を複数の締結器１７で締め付けるのが一般的な積層締結構造である。
【００５５】
なお、この場合、アノードセパレーターのそれぞれのサーペンタイン状のガス流路に適量の水素含有ガスを供給するには、アノードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の連絡路を分岐させ、連絡路の下流端が、アノードセパレーターのそれぞれのガス流路の端部と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アノードマニホールドといい、このアノードマニホールドは、積層体１００Ａの各部材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。
【００５６】
また、カソードセパレーターのそれぞれのカソードから高圧の水素を排出するには、カソードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路と上記の連通経路とが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カソードマニホールドといい、このカソードマニホールドは、積層体１００Ａの各部材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。
【００５７】
以下、積層体１００Ａの構成の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５８】
図２は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。図２には、図１の電気化学式水素ポンプ１００の平面視において、積層体１００Ａの中心と、高圧の水素（Ｈ２）が流れる第１カソードガス導出マニホールド３５および第２カソードガス導出マニホールド３６の中心と、を通過する直線を含む積層体１００Ａの垂直断面が示されており、説明の便宜上、「上」および「下」が同図の如く取られている（他の断面面についても同じ）。
【００５９】
図３は、図２のＡ−Ａ部を上方から見た斜視図である。なお、図３には、説明の便宜上、円盤状の積層体の１／４をカットした図が示されている。
【００６０】
図４は、図２のＢ−Ｂ部を下方から見た斜視図である。なお、図４には、説明の便宜上、ＭＥＡを省略した図が示されている。
【００６１】
図５は、図２の電気化学式水素ポンプ１００の各部材を分解した斜視図である。なお、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立は、図２に示された上方の部材から下方の部材の順番に行われるので、図５には、図２に示された各部材を下方から見た斜視図が示されている。
【００６２】
図２に示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、少なくとも一つの水素ポンプユニット１０を備える。
【００６３】
なお、電気化学式水素ポンプ１００には、複数段の水素ポンプユニット１０が積層されている。例えば、図２では、４段の水素ポンプユニット１０が積層されているが、水素ポンプユニット１０の個数はこれに限定されない。つまり、水素ポンプユニット１０の個数は、電気化学式水素ポンプ１００が圧縮する水素量などの運転条件をもとに適宜の数に設定することができる。
【００６４】
ここで、図２に示す例では、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００の水素ポンプユニット１０のそれぞれにおいて、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７は一体化されている。具体的には、バイポーラプレート（双極板）２９が、水素ポンプユニット１０Ａのアノードセパレーター２６として機能するとともに、水素ポンプユニット１０Ｂのカソードセパレーター２７として機能する。すると、電気化学式水素ポンプ１００の部品点数を削減することができる。例えば、セパレーターの個数を削減できるとともに、セパレーター間に設けられたシール部材（例えば、Ｏリング）を無くすことができる。
【００６５】
アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７の接合は、どのような構成であってもよい。例えば、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７は、拡散接合、ボルト締結などの機械的な接合、接着、溶接などの様々な手法で接合することができる。また、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７を接合する前には、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の接合面の一方、または、両方に、電気化学式水素ポンプ１００の温度を調整するための熱媒体が流れる流路溝（図示せず）を設けてもよい。
【００６６】
以上により、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、部品点数を削減することで、組立作業の効率化を図ることができる。また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、例えば、アノードセパレーター２６とカソードセパレーター２７とが拡散接合で一体化されることで、互いの接合部の空隙が消失するので、両者間の接触抵抗を低減することができる。
【００６７】
ただし、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７は、別体で構成してもよい。この場合の電気化学式水素ポンプ１００の構成は、第４実施形態で説明する。
【００６８】
水素ポンプユニット１０は、電解質膜２１と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、カソードセパレーター２７と、アノードセパレーター２６と、枠体２８と、面シール材４０と、を備える。そして、水素ポンプユニット１０において、電解質膜２１、アノード触媒層２４、カソード触媒層２３、アノード給電体２５、カソード給電体２２、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７が積層されている。
【００６９】
アノードＡＮは、電解質膜２１の一方の主面上に設けられている。アノードＡＮは、アノード触媒層２４と、アノード給電体２５とを含む電極である。
【００７０】
カソードＣＡは、電解質膜２１の他方の主面上に設けられている。カソードＣＡは、カソード触媒層２３と、カソード給電体２２とを含む電極である。
【００７１】
ここで、一般的に、電気化学式水素ポンプ１００では、カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４が電解質膜２１に一体的に接合された触媒層付き膜ＣＣＭ（Catalyst Coated Membrane）が使用されることが多い。
【００７２】
そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、触媒層付き膜ＣＣＭのアノード触媒層２４およびカソード触媒層２３のそれぞれに、上記のアノード給電体２５およびカソード給電体２２がそれぞれ設けられている。
【００７３】
以上により、電解質膜２１は、アノードＡＮとカソードＣＡとによって挟持されている。
【００７４】
電解質膜２１は、プロトン伝導性を備える高分子膜である。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備えていれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜２１として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜を挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、例えば、電解質膜２１として、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。
【００７５】
アノード触媒層２４は、電解質膜２１の一方の主面に接するように設けられている。アノード触媒層２４は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
【００７６】
カソード触媒層２３は、電解質膜２１の他方の主面に接するように設けられている。カソード触媒層２３は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
【００７７】
カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４の触媒担体としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などのカーボン粒子、導電性の酸化物粒子などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７８】
なお、カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４では、触媒金属の微粒子が、触媒担体に高分散に担持されている。また、これらのカソード触媒層２３およびアノード触媒層２４中には、電極反応場を大きくするために、プロトン伝導性のイオノマー成分を加えることが一般的である。
【００７９】
カソード給電体２２は、カソード触媒層２３上に設けられている。また、カソード給電体２２は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、カソード給電体２２は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形に適切に追従するような弾性を備える方が望ましい。なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カソード給電体２２として、カーボン繊維で構成した部材が用いられている。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの多孔性のカーボン繊維シートでもよい。なお、カソード給電体２２の基材として、カーボン繊維シートを用いなくもよい。例えば、カソード給電体２２の基材として、チタン、チタン合金、ステンレススチールなどを素材とする金属繊維の焼結体、これらを素材とする金属粒子の焼結体などを用いてもよい。
【００８０】
アノード給電体２５は、アノード触媒層２４上に設けられている。また、アノード給電体２５は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、アノード給電体２５は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形を抑制可能な高剛性であることが望ましい。
【００８１】
具体的には、アノード給電体２５の基材として、例えば、チタン、チタン合金、ステンレススチール、カーボンなどを素材とした繊維焼結体、粉体焼結体、エキスパンドメタル、金属メッシュ、パンチングメタルなどを用いてもよい。
【００８２】
アノードセパレーター２６は、アノードＡＮ上に設けられた部材である。カソードセパレーター２７は、カソードＣＡ上に設けられた部材である。具体的には、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側のアノードＡＮに対向する領域（中央部）には、アノード給電体２５が接触している。また、カソードセパレーター２７の中央部には凹部が設けられ、この凹部内に、カソード給電体２２が収容されている。
【００８３】
以上のアノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７は、例えば、チタン、ステンレス、金などの金属シートで構成されていてもよい。この金属シートをステンレスで構成する場合、ＳＵＳ３１６Ｌは、様々な種類のステンレスの中で、耐酸性および耐水素脆性などの特性に優れている。
【００８４】
このようにして、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６で上記のＭＥＡを挟むことにより、水素ポンプユニット１０が形成されている。
【００８５】
図１に示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、水素ポンプユニット１０における、積層方向の両端上に設けられた一対の端板１５、１６と、一対の端板１５、１６を積層方向に締結する締結器１７と、を備える。
【００８６】
締結器１７は、複数段の水素ポンプユニット１０および一対の端板１５、１６を積層方向に締結することができれば、どのような構成であってもよい。
【００８７】
例えば、締結器１７として、ボルトおよび皿ばね付きナットなどを挙げることができる。
【００８８】
これにより、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、複数段の水素ポンプユニット１０が、上記の積層方向において、締結器１７の締結圧により積層状態で適切に保持される。すると、水素ポンプユニット１０の各部材間でシール部材（Ｏリング、面シール材４０）のシール性が適切に発揮されるとともに、各部材間の接触抵抗が低減する。
【００８９】
ここで、図１の端板１６の適所には、第１カソードガス導出経路（図示せず）が設けられている。第１カソードガス導出経路は、例えば、カソードＣＡに供給される高圧の水素が流通する配管で構成されていてもよい。
【００９０】
そして、第１カソードガス導出経路は、筒状の第１カソードガス導出マニホールド３５（図２）に連通している。なお、第１カソードガス導出マニホールド３５は、水素ポンプユニット１０の各部材に設けられた貫通孔の連なりによって構成されている。また、カソードセパレーター２７の適所には、カソードセパレーター２７の凹部内と第１カソードガス導出マニホールド３５とを連通する連通経路８０（図２および図３の点線）が設けられている。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の動作時に、カソードＣＡの高圧の水素が、連通経路８０および第１カソードガス導出マニホールド３５を介して、電気化学式水素ポンプ１００外の第１カソードガス導出経路に排出される。
【００９１】
また、図１の端板１５の適所には、第２カソードガス導出経路（図示せず）が設けられている。第２カソードガス導出経路は、例えば、カソードＣＡに供給される高圧の水素が流通する配管で構成されていてもよい。
【００９２】
そして、第２カソードガス導出経路は、筒状の第２カソードガス導出マニホールド３６（図２）に連通している。なお、第２カソードガス導出マニホールド３６は、水素ポンプユニット１０の各部材に設けられた貫通孔の連なりによって構成されている。また、カソードセパレーター２７の適所には、カソードセパレーター２７の凹部内と第２カソードガス導出マニホールド３６とを連通する連通経路８１（図２および図３の点線）が設けられている。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の動作時に、カソードＣＡの高圧の水素が、連通経路８１および第２カソードガス導出マニホールド３６を介して、電気化学式水素ポンプ１００外の第２カソードガス導出経路に排出される。
【００９３】
積層体１００Ａの断面図を省略するが、図３に示すように、水素ポンプユニット１０の各部材の貫通孔の連なりで構成されるアノードガス導入マニホールド３０およびアノードガス導出マニホールド３１が設けられている。そして、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側のアノードＡＮに対向する領域（中央部）には、平面視において、サーペンタイン状のアノードガス流路３３が設けられている。また、アノードガス流路３３の両端のそれぞれが、第１連絡路３２Ａおよび第２連絡路３２Ｂのそれぞれを介して、アノードガス導入マニホールド３０およびアノードガス導出マニホールド３１のそれぞれと連通している。
【００９４】
以上により、電気化学式水素ポンプ１００外からアノードガス導入マニホールド３０に供給された水素含有ガスは、図３の点線で示すように、水素ポンプユニット１０のそれぞれの第１連絡路３２Ａを通じて、水素ポンプユニット１０のそれぞれに分配される。そして、分配された水素含有ガスがアノードガス流路３３を通過する間に、アノード給電体２５からアノード触媒層２４に水素含有ガスが供給される。また、水素ポンプユニット１０のそれぞれのアノードガス流路３３を通過した水素含有ガスが、図３の点線で示すように、第２連絡路３２Ｂのそれぞれを通じてアノードガス導出マニホールド３１に供給され、ここで合流される。そして、合流された水素含有ガスが、電気化学式水素ポンプ１００外に導かれる。
【００９５】
図２、図４および図５に示すように、カソードセパレーター２７には、カソードＣＡ側の主面上に、当該主面のカソードＣＡに対向する領域を囲むＯリング溝５０が設けられ、Ｏリング４５が、Ｏリング溝５０に保持されている。つまり、Ｏリング４５は、バイポーラプレート２９のカソードＣＡ側の主面に設けられたＯリング溝５０内に配置されている。
【００９６】
また、Ｏリング溝５０は、電解質膜２１のカソードＣＡ側の主面のうち、カソードＣＡが設けられていない領域に面している。図２に示す例では、電解質膜２１は、カソードＣＡが収容された凹部の側壁を跨ぐように幅広に設けられ、Ｏリング４５は、電解質膜２１の幅広部に当接するように設けられている。Ｏリング４５（他のＯリングも同じ）として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴム系のＯリングを用いることができるが、これに限定されない。
【００９７】
図２および図５に示すように、枠体２８は、電解質膜２１の外周を囲むように設けられた部材である。枠体２８の基材として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴムなどを挙げることができるが、これに限定されない。なお、絶縁性の枠体２８により、水素ポンプユニット１０内におけるカソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６間を適切に短絡しにくく構成することができる。
【００９８】
図２および図５に示すように、面シール材４０は、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側の主面のアノードＡＮに対向する領域の外周上に設けられている。
【００９９】
また、面シール材４０は、電解質膜２１のアノードＡＮ側の主面のうち、アノードＡＮが設けられていない領域、および枠体２８のアノードＡＮ側の主面に面している。図２に示す例では、電解質膜２１は、アノードＡＮの外周端を跨ぐように幅広に設けられ、面シール材４０の主面と、電解質膜２１の幅広部と枠体２８の主面とが接触している。面シール材４０の基材として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴム、フッ素樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されない。なお、絶縁性の面シール材４０により、水素ポンプユニット１０内におけるカソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６間を適切に短絡しにくく構成することができる。
【０１００】
なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００においては、電解質膜２１と枠体２８とを別体で構成しているが、両者を一体化してもよい。また、このような枠体２８を設けなくてもよい。例えば、水素ポンプユニット１０内におけるカソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６間は、枠体２８を設けなくても、面シール材４０で短絡しにくく構成することが可能である。
【０１０１】
図２の拡大図で示すように、アノードセパレーター２６には、マニホールド孔３５Ａが設けられている。マニホールド孔３５Ａは、本開示の第１のマニホールド孔の一例である。なお、マニホールド孔３５Ａは、第１カソードガス導出マニホールド３５の一部を構成する、アノードセパレーター２６の貫通孔に相当する。面シール材４０は、マニホールド孔３５Ａと連通する貫通孔（マニホールド孔）が設けられている。面シール材４０は、マニホールド孔３５Ａを囲んでいる。
【０１０２】
また、アノードセパレーター２６には、マニホールド孔３６Ａが設けられている。マニホールド孔３６Ａは、本開示の第１のマニホールド孔の一例である。なお、マニホールド孔３６Ａは、第２カソードガス導出マニホールド３６の一部を構成する、アノードセパレーター２６の貫通孔に相当する。面シール材４０は、マニホールド孔３６Ａと連通する貫通孔（マニホールド孔）が設けられている。面シール材４０は、マニホールド孔３６Ａを囲んでいる。図２に示す例では、面シール材４０は、アノードセパレーター２６のアノード側の主面のアノードに対向する領域の外周のうち、第１のマニホールドを除く領域上に設けられているが、これに限定されない。面シール材４０は、上記外周のうち、少なくとも第１のマニホールドの内側の領域上に設けられていてもよい。
【０１０３】
図２の拡大図、図４および図５で示すように、カソードセパレーター２７には、マニホールド孔３５Ｂと、このマニホールド孔３５Ｂを囲むＯリング溝５１が設けられている。そして、Ｏリング４１が、Ｏリング溝５１に保持されている。つまり、Ｏリング４１は、バイポーラプレート２９の枠体２８側の主面に設けられたＯリング溝５１内に配置されている。なお、マニホールド孔３５Ｂは、第１カソードガス導出マニホールド３５の一部を構成する、カソードセパレーター２７の貫通孔に相当する。また、マニホールド孔３５Ｂは、本開示の第２のマニホールド孔の一例である。
【０１０４】
また、カソードセパレーター２７には、マニホールド孔３６Ｂと、マニホールド孔３６Ｂを囲むＯリング溝５２が設けられている。そして、Ｏリング４２が、Ｏリング溝５２に保持されている。つまり、Ｏリング４２は、バイポーラプレート２９の枠体２８側の主面に設けられたＯリング溝５２内に配置されている。なお、マニホールド孔３６Ｂは、第２カソードガス導出マニホールド３６の一部を構成する、カソードセパレーター２７の貫通孔に相当する。また、マニホールド孔３６Ｂは、本開示の第２のマニホールド孔の一例である。
【０１０５】
積層体１００Ａの断面図を省略するが、アノードガス導入マニホールド３０およびアノードガス導出マニホールド３１のガスシールはそれぞれ、Ｏリング４３およびＯリング４４（図４参照）のそれぞれ、枠体２８および面シール材４０で行われる。つまり、カソードセパレーター２７には、図４に示す如く、アノードガス導入マニホールド３０およびアノードガス導出マニホールド３１のそれぞれを囲むＯリング溝５３およびＯリング溝５４がそれぞれ設けられ、上記のＯリング４３およびＯリング４４はそれぞれ、これらのＯリング溝５３およびＯリング溝５４のそれぞれに保持されている。
【０１０６】
図１に示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器１０２を備える。
【０１０７】
電圧印加器１０２は、アノードＡＮとカソードＣＡとの間に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器１０２の高電位が、アノードＡＮに印加され、電圧印加器１０２の低電位が、カソードＣＡに印加されている。電圧印加器１０２は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。例えば、電圧印加器１０２は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加する電圧を調整する装置であってもよい。このとき、電圧印加器１０２は、バッテリ、太陽電池、燃料電池などの直流電源と接続されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、商用電源などの交流電源と接続されているときは、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
【０１０８】
また、電圧印加器１０２は、例えば、水素ポンプユニット１０に供給する電力が所定の設定値となるように、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加される電圧、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に流れる電流が調整される電力型電源であってもよい。
【０１０９】
なお、図１に示す例では、電圧印加器１０２の低電位側の端子が、給電板１１に接続され、電圧印加器１０２の高電位側の端子が、給電板１２に接続されている。給電板１１は、上記の積層方向において一方の端に位置するカソードセパレーター２７と電気的に接触しており、給電板１２は、上記の積層方向において他方の端に位置するアノードセパレーター２６と電気的に接触している。
【０１１０】
このようにして、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器１０２が上記の電圧を印加することで、アノードＡＮに供給された水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜２１を介してカソードＣＡに移動させ、圧縮された水素を生成する。
【０１１１】
図示を省略するが、上記の電気化学式水素ポンプ１００を備える水素供給システムを構築することもできる。この場合、水素供給システムの水素供給動作において必要となる機器は適宜、設けられる。
【０１１２】
例えば、水素供給システムには、アノードＡＮから排出される高加湿状態の水素含有ガスと、外部の水素供給源から供給される低加湿状態の水素含有ガスとが混合された混合ガスの露点を調整する露点調整器（例えば、加湿器）が設けられていてもよい。このとき、外部の水素供給源の水素含有ガスは、例えば、水電解装置で生成されてもよい。
【０１１３】
また、水素供給システムには、例えば、電気化学式水素ポンプ１００の温度を検出する温度検出器、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡから排出された水素を一時的に貯蔵する水素貯蔵器、水素貯蔵器内の水素ガス圧を検出する圧力検出器などが設けられていてもよい。
【０１１４】
なお、上記の電気化学式水素ポンプ１００の構成、および、水素供給システムにおける図示しない様々な機器は例示であって、本例に限定されない。
【０１１５】
例えば、アノードガス導出マニホールド３１を設けずに、アノードガス導入マニホールド３０を通してアノードＡＮに供給する水素含有ガス中の水素を全てカソードＣＡで圧縮するデッドエンド構造が採用されてもよい。
【０１１６】
［電気化学式水素ポンプの各部材の組立方法］
以下、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立方法の一例について、図５を参照しながら説明する。上記のとおり、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立は、図２に示された上方の部材から下方の部材の順番に行われる。
【０１１７】
まず、作業台（図示せず）上に、カソードセパレーター２７の主面が上側になるように、バイポーラプレート２９を置く。
【０１１８】
次に、Ｏリング４１、Ｏリング４２、Ｏリング４２、Ｏリング４４およびＯリング４５がそれぞれ、Ｏリング溝５１、Ｏリング溝５２、Ｏリング溝５３、Ｏリング溝５４およびＯリング溝５０に配置されるとともに、カソード給電体２２が、カソードセパレーター２７の中央部に設けられた凹部内に収容される。
【０１１９】
次に、枠体２８および触媒層付き膜ＣＣＭをそれぞれ、枠体２８に設けられた貫通孔の位置およびバイポーラプレート２９に設けられた貫通孔の位置が合うように位置決めを行いながら、バイポーラプレート２９の外周部およびカソード給電体２２上のそれぞれに置く。なお、このとき、枠体２８の中央部に設けられた開口部が、触媒層付き膜ＣＣＭの電解質膜２１の収容スペースになる。
【０１２０】
次に、面シール材４０およびアノード給電体２５をそれぞれ、面シール材４０に設けられた貫通孔の位置と枠体２８に設けられた貫通孔の位置とが合うように位置決めを行いながら、枠体２８および触媒層付き膜ＣＣＭ上のそれぞれに置く。なお、このとき、面シール材４０の中央部に設けられた開口部が、アノード給電体２５の収容スペースになる。
【０１２１】
次に、面シール材４０およびアノード給電体２５上、面シール材４０に設けられた貫通孔の位置およびバイポーラプレート２９に設けられた貫通孔の位置が合うように位置決めを行いながら、カソードセパレーター２７の主面が上側になるように、バイポーラプレート２９を置く。
【０１２２】
そして、電気化学式水素ポンプ１００で必要となる水素ポンプユニット１０の個数分、以上の組立作業を繰り返すことになる。
【０１２３】
このようにして、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立が行われた組立品は、アノードセパレーター２６の主面が上側になるように、バイポーラプレート２９を裏返すことで、図２の積層体１００Ａ（スタック）が得られる。なお、このとき、積層体１００Ａの端部に位置するバイポーラプレート２９の外面には、Ｏリングが設けられておらず、積層体１００Ａの内部のＯリングは、電気化学式水素ポンプ１００の各部材によって落下および位置ずれが生じないように保持されている。
【０１２４】
その後、積層体１００Ａを両側から、一対の給電板１１、１２および一対の絶縁板１３、１４を介して一対の端板１５、１６で挟み、両端板１５、１６を複数の締結器１７で締め付けることで、電気化学式水素ポンプ１００の組立作業が完了する。
【０１２５】
［動作］
以下、電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作の一例について、図面を参照しながら説明する。
【０１２６】
以下の動作は、例えば、図示しない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により行われてもよい。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、その一部の動作を行ってもよい。
【０１２７】
まず、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに低圧の水素含有ガスが供給されるとともに、電圧印加器１０２の電圧が電気化学式水素ポンプ１００に給電される。
【０１２８】
すると、アノードＡＮのアノード触媒層２４において、酸化反応で水素分子がプロトンと電子とに分離する（式（１））。プロトンは電解質膜２１内を伝導してカソード触媒層２３に移動する。電子は電圧印加器１０２を通じてカソード触媒層２３に移動する。
【０１２９】
そして、カソード触媒層２３において、還元反応で水素分子が再び生成される（式（２））。なお、プロトンが電解質膜２１中を伝導する際に、所定水量の水が、電気浸透水としてアノードＡＮからカソードＣＡにプロトンと同伴して移動することが知られている。
【０１３０】
このとき、図示しない流量調整器を用いて、水素導出経路の圧損を増加させることにより、カソードＣＡで生成された水素（Ｈ２）を圧縮することができる。なお、流量調整器として、例えば、水素導出経路に設けられた背圧弁、調整弁などを挙げることができる。
【０１３１】
アノード：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ−      ・・・（１）
カソード：２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２（高圧）      ・・・（２）
このようにして、電気化学式水素ポンプ１００では、電圧印加器１０２で電圧を印加することで、アノードＡＮに供給される水素含有ガス中の水素がカソードＣＡにおいて圧縮される。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作が行われ、カソードＣＡで圧縮された水素は、例えば、図示しない水素貯蔵器に一時的に貯蔵される。また、水素貯蔵器で貯蔵された水素は、適時に、水素需要体に供給される。なお、水素需要体として、例えば、水素を用いて発電する燃料電池などを挙げることができる。
【０１３２】
以上のとおり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、高圧の水素が存在する領域のシール性を適切に維持しながら、装置のコストを従来よりも低減し得る。
【０１３３】
具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、低圧のアノード流体が存在する領域の部材間は、Ｏリングを設けずに面シール材４０を挟むことで、このような部材間にＯリングを設ける場合に比べて、組立および加工のコストダウンを図ることができる。
【０１３４】
一例として、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、低圧のアノード流体が存在する、アノードセパレーター２６と電解質膜２１および枠体２８との間に、面シール材４０を挟むことで、このような部材間にＯリングを設ける場合に比べて、組立および加工のコストダウンを図ることができる。
【０１３５】
この点について、さらに詳述すると、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、図２に示す如く、バイポーラプレート２９のカソードセパレーター２７側の主面にのみ、Ｏリング溝が加工され、この主面に加工されたＯリング溝にのみ、Ｏリングが配置されている。
【０１３６】
よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、バイポーラプレート２９の両面にＯリング溝を加工する場合に比べて、セパレーターの加工コストを低減することができる。
【０１３７】
例えば、セパレーターを、表面にメッキまたはコーティングが施されたチタン、ステンレスなどの金属で構成する場合、セパレーターの両主面にＯリング溝を切削で形成することで、セパレーターの切削加工のコストが上がるが、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の構成により、このような不都合を軽減することができる。
【０１３８】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、バイポーラプレート２９の両面にＯリングを配置する場合に比べて、積層体１００Ａの組立コストを低減することができる。
【０１３９】
例えば、バイポーラプレートの一方の主面に加工されたＯリング溝内にＯリングを配置したまま、バイポーラプレートの他方の主面に加工されたＯリング溝内にＯリングを配置するには、バイポーラプレートを裏返す必要がある。このとき、前者のＯリング溝内のＯリングの落下または位置ずれなどが起きないように、例えば、Ｏリングを仮止めする必要がある。すると、積層体１００Ａの組立時の工数が増えるので、積層体１００Ａの組立コストが上がるが、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の構成により、このような不都合を軽減することができる。
【０１４０】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７に設けられたＯリング溝５０にカソードＣＡを囲むようにＯリング４５が保持されているので、高圧の水素が存在するカソードＣＡをＯリング４５で適切にシールすることができる。具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、高圧の水素が存在するカソードＣＡを、カソードセパレーター２７のＯリング溝５０および電解質膜２１の両方に当接するＯリング４５で適切にシールすることができる。
【０１４１】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、Ｏリング溝５０が電解質膜２１のカソードＣＡ側の主面に面しているので、Ｏリング４５が電解質膜２１および面シール材４０内に貫入しないように構成することができる。すると、アノードＡＮに存在する水素含有ガスとカソードＣＡに存在する水素とが、例えば、Ｏリング４５の上記貫入の部分を通じて混合することを適切に抑制することができる。
【０１４２】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７には、マニホールド孔３５Ｂおよびマニホールド孔３６Ｂをそれぞれ囲むＯリング溝５１およびＯリング溝５２がそれぞれ設けられ、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５２のそれぞれにＯリング４１およびＯリング４２がそれぞれ保持されている。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、少なくとも、高圧の水素が流れる第１カソードガス導出マニホールド３５のうちのマニホールド孔３５Ｂ、および高圧の水素が流れる第２カソードガス導出マニホールド３６のうちのマニホールド孔３６Ｂをそれぞれ、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれで適切にシールすることができる。
【０１４３】
一例として、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第１カソードガス導出マニホールド３５のうちのマニホールド孔３５Ｂを、カソードセパレーター２７のＯリング溝５１および枠体２８の両方に当接するＯリング４１で適切にシールすることができる。また、一例として、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第２カソードガス導出マニホールド３６のうちのマニホールド孔３６Ｂを、カソードセパレーター２７のＯリング溝５２および枠体２８の両方に当接するＯリング４２で適切にシールすることができる。
【０１４４】
（第２実施形態）
第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明する枠体２８、面シール材４０、Ｏリング４１およびＯリング４２の構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１４５】
図６は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【０１４６】
図６に示すように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側の主面に当接している。つまり、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、両隣のバイポーラプレート２９に対応する、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接している。
【０１４７】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、面シール材４０は、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側の主面のうち、Ｏリング４１およびＯリング４２が当接している領域上には設けられていない。また、枠体２８は、Ｏリング４１およびＯリング４２が配設されている領域には設けられていない。
【０１４８】
具体的には、枠体２８には、一対の貫通孔（円形の開口部）のそれぞれの外形が、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５１のそれぞれの外形と同じになるように、貫通孔が形成されている。また、面シール材４０には、一対の貫通孔（円形の開口部）のそれぞれの外形が、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５１のそれぞれの外形と同じになるように、貫通孔が形成されている。そして、枠体２８および面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される円柱空間が、Ｏリング４１を収容するとともに、円柱空間に設けられたＯリング４１の内部が、第１カソードガス導出マニホールド３５の一部を構成する。また、枠体２８および面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される円柱空間が、Ｏリング４２を収容するとともに、円柱空間に設けられたＯリング４２の内部が、第２カソードガス導出マニホールド３６の一部を構成する。
【０１４９】
つまり、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間における、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの内部には、枠体２８および面シール材４０の厚みに相当する絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２がそれぞれ存在する。図６に示す例では、ＪＩＳＰ 規格のＯリング（直径が１．９ｍｍ）が使用されており、絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２の距離Ｌが約０．６ｍｍ程度である。このとき、Ｏリング４１およびＯリング４２は、積層体１００Ａを締結する際に、直径が約１．４ｍｍ程度に圧縮されてもよい。なお、このようなＯリングの寸法および絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２の距離Ｌなどは例示であって、本例に限定されない。
【０１５０】
以上により、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第１カソードガス導出マニホールド３５および第２カソードガス導出マニホールド３６をそれぞれ、両隣のバイポーラプレート２９に対応する、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接するＯリング４１およびＯリング４２のそれぞれで適切にシールすることができる。
【０１５１】
具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７に設けられたマニホールド孔３５Ｂおよびマニホールド孔３６Ｂ（図２の拡大図参照）のそれぞれと連通する、アノードセパレーター２６に設けられたマニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａ（図２の拡大図参照）のそれぞれの周囲が、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれでシールされる。これにより、アノードセパレーター２６に設けられた上記マニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａのそれぞれを流れる高圧の水素が、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれで適切にシールされる。
【０１５２】
さらに、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、図６に示す如く、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に面シール材４０および枠体２８を設ける場合であっても、面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される第１カソードガス導出マニホールド３５の部分、および、枠体２８に設けられた貫通孔で構成される第１カソードガス導出マニホールド３５の部分が、Ｏリング４１で適切にシールされる。また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に面シール材４０および枠体２８を設ける場合であっても、面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される第２カソードガス導出マニホールド３６の部分、および、枠体２８に設けられた貫通孔で構成される第２カソードガス導出マニホールド３６の部分が、Ｏリング４２で適切にシールされる。
【０１５３】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、Ｏリング４１およびＯリング４２がそれぞれ、面シール材４０および枠体２８が設けられてない、アノードセパレーター２６に設けられた上記マニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａのそれぞれの周囲の領域を介して面シール材４０および枠体２８内に貫入している。よって、Ｏリング４１およびＯリング４２は、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立が行われる際の面シール材４０および枠体２８の位置決め部材としての機能を備える。
【０１５４】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、絶縁性の枠体２８、面シール材４０、および、絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２により、水素ポンプユニット１０内におけるカソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６間を短絡しにくく構成することができる。
【０１５５】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
【０１５６】
（変形例）
本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に枠体２８が設けられていないこと以外は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１５７】
図７は、第２実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【０１５８】
図７に示すように、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００では、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側の主面に当接している。つまり、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、両隣のバイポーラプレート２９に対応する、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接している。
【０１５９】
また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００では、面シール材４０は、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側の主面のうち、Ｏリング４１およびＯリング４２が当接している領域上には設けられていない。
【０１６０】
ここで、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間における、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの内部には、面シール材４０の厚みに相当する絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２がそれぞれ存在する。
【０１６１】
以上により、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、第１カソードガス導出マニホールド３５および第２カソードガス導出マニホールド３６をそれぞれ、両隣のバイポーラプレート２９に対応する、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接するＯリング４１およびＯリング４２のそれぞれで適切にシールすることができる。
【０１６２】
具体的には、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７に設けられたマニホールド孔３５Ｂおよびマニホールド孔３６Ｂ（図２の拡大図参照）のそれぞれと連通する、アノードセパレーター２６に設けられたマニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａ（図２の拡大図参照）のそれぞれの周囲が、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれでシールされる。これにより、アノードセパレーター２６に設けられた上記マニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａのそれぞれを流れる高圧の水素が、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれで適切にシールされる。
【０１６３】
さらに、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、図７に示す如く、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に面シール材４０を設ける場合であっても、面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される第１カソードガス導出マニホールド３５の部分が、Ｏリング４１で適切にシールされる。また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に面シール材４０を設ける場合であっても、面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される第２カソードガス導出マニホールド３６の部分が、Ｏリング４２で適切にシールされる。
【０１６４】
また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、Ｏリング４１およびＯリング４２がそれぞれ、面シール材４０が設けられてない、アノードセパレーター２６に設けられた上記マニホールド孔３５Ａおよびマニホールド孔３６Ａのそれぞれの周囲の領域を介して面シール材４０内に貫入している。よって、Ｏリング４１およびＯリング４２は、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立が行われる際の面シール材４０の位置決め部材としての機能を備える。
【０１６５】
また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、面シール材４０、および、絶縁空間Ｓ１および絶縁空間Ｓ２により、水素ポンプユニット１０内におけるカソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６間を短絡しにくく構成することができる。
【０１６６】
本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、第１実施形態または第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
【０１６７】
（第３実施形態）
第３実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明する耐圧材９０および耐圧材９１がそれぞれ、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの外周に設けられること以外は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１６８】
図８は、第３実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【０１６９】
図８に示すように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、耐圧材９０および耐圧材９１はそれぞれ、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの外周に設けられ、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５２のそれぞれに保持されている。
【０１７０】
図８に示す例では、カソードセパレーター２７（バイポーラプレート２９）、枠体２８および面シール材４０は、Ｏリング溝５１の外壁と、枠体２８に設けられた貫通孔の側面と、面シール材４０に設けられた貫通孔の側面とが位置ずれしないように積層されている。そして、リング状の耐圧材９０が、貫通孔のそれぞれの側面と接触するように、これらの貫通孔で構成される円柱空間の内部に挿入されている。また、カソードセパレーター２７（バイポーラプレート２９）、枠体２８および面シール材４０は、Ｏリング溝５２の外壁と、枠体２８に設けられた貫通孔の側面と、面シール材４０に設けられた貫通孔の側面とが位置ずれしないように積層されている。そして、リング状の耐圧材９１が、貫通孔のそれぞれの側面と接触するように、これらの貫通孔で構成される円柱空間の内部に挿入されている。なお、耐圧材９０および耐圧材９１の基材として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素樹脂などを挙げることができるが、これに限定されない。
【０１７１】
ここで、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接するＯリング４１で第１カソードガス導出マニホールド３５がシールされる際に、カソードセパレーター２７と枠体２８との間、アノードセパレーター２６と面シール材４０との間、面シール材４０と枠体２８との間には、隙間が発生する場合がある。この場合、仮に、耐圧材９０が、Ｏリング４１の外周に設けられていないときは、図９に示す如く、例えば、面シール材４０と枠体２８との間に隙間が発生すると、Ｏリング４１の一部が、Ｏリング４１の内部に存在する高圧の水素によって、この隙間内に、はみ出す可能性がある。すると、Ｏリング４１が破損することで、Ｏリング４１のシール機能が低下する可能性がある。
【０１７２】
なお、Ｏリング４２についても、上記と同様に、Ｏリング４２が破損することで、Ｏリング４２のシール機能が低下する可能性がある。
【０１７３】
これに対して、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの外周に耐圧材９０および耐圧材９１をそれぞれ設けることで、Ｏリング４１およびＯリング４２が上記の隙間にはみ出すことが抑制され、その結果、Ｏリング４１およびＯリング４２が破損することを軽減することができる。
【０１７４】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、耐圧材９０および耐圧材９１が、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立が行われる際の位置決め部材としての機能を備える。具体的には、バイポーラプレート２９上に、枠体２８を置くとき、枠体２８に設けられた一対の貫通孔のそれぞれに、耐圧材９０および耐圧材９１をそれぞれ挿入するだけで、バイポーラプレート２９および枠体２８を容易に位置合わせことができる。また、枠体２８上に、面シール材４０を置くとき、面シール材４０に設けられた一対の貫通孔のそれぞれに耐圧材９０および耐圧材９１をそれぞれ挿入するだけで、面シール材４０および枠体２８を容易に位置合わせことができる。
【０１７５】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態および第２実施形態の変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
【０１７６】
（変形例）
本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の間に枠体２８が設けられていないこと以外は、第３実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１７７】
図１０は、第３実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【０１７８】
図１０に示すように、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００では、耐圧材９０および耐圧材９１はそれぞれ、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの外周に設けられ、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５２のそれぞれに保持されている。
【０１７９】
図１０に示す例では、カソードセパレーター２７（バイポーラプレート２９）および面シール材４０は、Ｏリング溝５１の外壁と、面シール材４０に設けられた貫通孔の側面とが位置ずれしないように積層されている。そして、リング状の耐圧材９０が、上記の側面と接触するように、これらの側面で構成される円柱孔の内部に挿入されている。また、カソードセパレーター２７（バイポーラプレート２９）および面シール材４０は、Ｏリング溝５２の外壁と、面シール材４０に設けられた貫通孔の側面とが位置ずれしないように積層されている。そして、リング状の耐圧材９１が、上記の側面と接触するように、これらの側面で構成される円柱孔の内部に挿入されている。
【０１８０】
ここで、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６の両方に当接するＯリング４１で第１カソードガス導出マニホールド３５がシールされる際に、カソードセパレーター２７およびアノードセパレーター２６と、面シール材４０との間には、隙間が発生する場合がある。この場合、仮に、耐圧材９０をＯリング４１の外周に設けないときは、Ｏリング４１の一部が、Ｏリング４１の内部に存在する高圧の水素によって、この隙間内に、はみ出す可能性がある。すると、Ｏリング４１が破損することで、Ｏリング４１のシール機能が低下する可能性がある。
【０１８１】
なお、Ｏリング４２についても、上記と同様に、Ｏリング４２が破損することで、Ｏリング４２のシール機能が低下する可能性がある。
【０１８２】
これに対して、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、Ｏリング４１およびＯリング４２のそれぞれの外周に耐圧材９０および耐圧材９１をそれぞれ設けることで、Ｏリング４１およびＯリング４２が上記の隙間にはみ出すことが抑制され、その結果、Ｏリング４１およびＯリング４２が破損することを軽減することができる。
【０１８３】
また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、耐圧材９０および耐圧材９１が、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の組立が行われる際の位置決め部材としての機能を備える。具体的には、バイポーラプレート２９上に、面シール材４０を置くとき、面シール材４０に設けられた一対の貫通孔のそれぞれに耐圧材９０および耐圧材９１をそれぞれ挿入するだけで、バイポーラプレート２９および面シール材４０を容易に位置合わせことができる。
【０１８４】
本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態および第２実施形態の変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
【０１８５】
（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態の電気化学式水素ポンプにおける積層体の一例を示す図である。
【０１８６】
図１１に示すように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７が別体である場合において、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側と反対側の主面に、アノードセパレーター２６に設けられたマニホールド孔３５Ａ（図２の拡大図を参照）を囲むＯリング溝５６が設けられている。そして、Ｏリング溝５６に、Ｏリング４６が保持されている。また、アノードセパレーター２６のアノードＡＮ側と反対側の主面に、アノードセパレーター２６に設けられたマニホールド孔３６Ａ（図２の拡大図を参照）を囲むＯリング溝５７が設けられている。そして、Ｏリング溝５７に、Ｏリング４７が保持されている。
【０１８７】
以上により、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７が別体である場合において、高圧の水素（Ｈ２）が流れる第１カソードガス導出マニホールド３５のうちのアノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７間の部分をＯリング４６で適切にシールすることができる。また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７が別体である場合において、高圧の水素（Ｈ２）が流れる第２カソードガス導出マニホールド３６のうちのアノードセパレーター２６およびカソードセパレーター２７間の部分をＯリング４７で適切にシールすることができる。
【０１８８】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第３実施形態および第３実施形態の変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
【０１８９】
なお、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第３実施形態、第３実施形態の変形例および第４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構わない。
【０１９０】
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することができる。
【０１９１】
例えば、電気化学式水素ポンプ１００のシール構造は、水電解装置などの他の圧縮装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本開示の一態様は、高圧の水素が存在する領域のシール性を適切に維持しながら、従来に比べて装置のコストを低減し得る圧縮装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１０      ：水素ポンプユニット
１０Ａ    ：水素ポンプユニット
１０Ｂ    ：水素ポンプユニット
１１      ：給電板
１２      ：給電板
１３      ：絶縁板
１４      ：絶縁板
１５      ：端板
１６      ：端板
１７      ：締結器
２１      ：電解質膜
２２      ：カソード給電体
２３      ：カソード触媒層
２４      ：アノード触媒層
２５      ：アノード給電体
２６      ：アノードセパレーター
２７      ：カソードセパレーター
２８      ：枠体
２９      ：バイポーラプレート
３０      ：アノードガス導入マニホールド
３１      ：アノードガス導出マニホールド
３２Ａ    ：第１連絡路
３２Ｂ    ：第２連絡路
３３      ：アノードガス流路
３５      ：第１カソードガス導出マニホールド
３５Ａ    ：マニホールド孔
３５Ｂ    ：マニホールド孔
３６      ：第２カソードガス導出マニホールド
３６Ａ    ：マニホールド孔
３６Ｂ    ：マニホールド孔
４０      ：面シール材
４１      ：Ｏリング
４２      ：Ｏリング
４３      ：Ｏリング
４４      ：Ｏリング
４５      ：Ｏリング
４６      ：Ｏリング
４７      ：Ｏリング
５０      ：Ｏリング溝
５１      ：Ｏリング溝
５２      ：Ｏリング溝
５３      ：Ｏリング溝
５４      ：Ｏリング溝
５６      ：Ｏリング溝
５７      ：Ｏリング溝
８０      ：連通経路
８１      ：連通経路
９０      ：耐圧材
９１      ：耐圧材
１００    ：電気化学式水素ポンプ
１００Ａ  ：積層体
１０２    ：電圧印加器
ＡＮ      ：アノード
ＣＡ      ：カソード
ＣＣＭ    ：触媒層付き膜
Ｌ        ：距離
Ｓ１      ：絶縁空間
Ｓ２      ：絶縁空間
【要約】
本開示の圧縮装置は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の主面に設けられたカソードと、前記アノード上に設けられたアノードセパレーターと、前記カソード上に設けられたカソードセパレーターと、前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、前記電圧印加器が前記電圧を印加することで、前記アノードに供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮装置であって、前記カソードセパレーターは、前記カソード側の主面上に、当該主面の前記カソードに対向する領域を囲む第１のＯリング溝が設けられ、前記第１のＯリング溝に保持される第１のＯリングと、前記アノードセパレーターのアノード側の主面の前記アノードに対向する領域の外周上に設けられた、面シール材と、を備える。【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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