(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜をアノードとカソードで挟持した電気化学セルを複数積層したスタックと、
前記スタックの積層方向における両端に設けられた一対の絶縁板と、
前記一対の絶縁板のそれぞれの外側に設けられた一対の第１端板と、
前記アノードとカソード間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、
前記電圧印加器により電圧を印加することで、前記アノードに供給された水素含有ガス中の水素を、前記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、
前記一対の第１端板の一方には、アノードに供給される水素含有ガスが通流する第１流路と、熱媒体が通流する第２流路とが設けられ、
前記熱媒体を加熱する加熱器を備える、圧縮装置。
【請求項２】
前記一対の端板の他方には、アノードから排出される水素含有ガスが通流する第３流路と、前記第２流路とが設けられている、請求項１に記載の圧縮装置。
【請求項３】
前記一対の第１端板のそれぞれの外側に、一対の断熱材を備える、請求項１または２に記載の圧縮装置。
【請求項４】
前記一対の断熱材のそれぞれの外側に、一対の第２端板を備える、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生成せず、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。【０００７】
また、例えば、特許文献３では、アノード触媒層の少なくとも一部の層が、アノードガス拡散層との混合層であることで、水素圧縮効率が向上し得る電気化学式水素ポンプが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１１７１３９号公報
【特許文献２】特許第６３８２８８６号公報
【特許文献３】特開２０１９−１６３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本開示は、一例として、従来に比べて、水素圧縮動作の効率低下を抑制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】
【００１０】
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、電解質膜をアノードとカソードで挟持した電気化学セルを複数積層したスタックと、前記スタックの積層方向における両端に設けられた一対の絶縁板と、前記一対の絶縁板のそれぞれの外側に設けられた一対の第１端板と、前記アノードとカソード間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、前記電圧印加器により電圧を印加することで、前記アノードに供給された水素含有ガス中の水素を、前記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、前記第１端板には、アノードに供給される水素含有ガスが通流する第１流路と、熱媒体が通流する第２流路とが設けられ、前記熱媒体を加熱する加熱器を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様の圧縮装置は、従来に比べて、水素圧縮動作の効率低下を抑制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】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ部の拡大図である。
【図２】図２は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【図３】図３は、第３実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
圧縮装置の水素圧縮動作の効率について検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１４】
電気化学式の圧縮装置が、電解質膜をアノードとカソードで挟持した電気化学セルを複数積層したスタックを備える場合、電解質膜は、含水率の高い湿潤状態であるほど高い導電性を示す。よって、圧縮装置のアノードに供給する低圧の水素含有ガスを加湿器により予め加湿する構成を取ることが一般的である。例えば、スタック内における水素含有ガスの相対湿度が、ほぼ１００％またはこれに近い値になるように、スタックのアノードに供給される水素含有ガスの露点が調整されることも多い。
【００１５】
しかし、このような高加湿の水素含有ガスは、水素含有ガスの流路を構成する流路部材の加熱が十分でないと、水素含有ガスの温度低下によってガス中の水蒸気が凝縮する。すると、流路部材で凝縮水による流路の閉塞（フラディング）が発生する可能性がある。そして、このようなフラディング発生によって水素含有ガスの通流が阻害される場合、圧縮装置の水素圧縮動作の効率が低下する可能性がある。
【００１６】
ところで、圧縮装置のスタックは、一般的に、電気化学セルのそれぞれにおいて、一対のセパレーターのそれぞれが、電気化学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むように構成されている。そして、電気化学セルとセパレーターを交互に重ねて、電気化学セルを、例えば、数十から数百個程度、積層して、その積層体（スタック）を両側から、一対の絶縁板などを介して一対の端板で挟み、両端板を複数の締結器（例えば、ボルトとナット）で締め付けるのが一般的な積層締結構造である。
【００１７】
ここで、以上の積層構造体のうち、端板は、外気への放熱が生じやすい。このため、端板に設けられた流路を流れる水素含有ガスの温度低下によって水素含有ガス中の水蒸気が凝縮し、端板に設けられた流路でフラディングが発生しやすい。
【００１８】
そこで、本開示者らは、以上の状況を鑑みて鋭意検討した結果、上記端板に、熱媒体が通流する流路を設けるという着想に到達した。
【００１９】
すなわち、本開示の第１態様の圧縮装置は、電解質膜をアノードとカソードで挟持した電気化学セルを複数積層したスタックと、スタックの積層方向における両端に設けられた一対の絶縁板と、一対の絶縁板のそれぞれの外側に設けられた一対の第１端板と、アノードとカソード間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、電圧印加器により電圧を印加することで、アノードに供給された水素含有ガス中の水素を、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、第１端板には、アノードに供給される水素含有ガスが通流する第１流路と、熱媒体が通流する第２流路と、が設けられ、熱媒体を加熱する加熱器を備える。
【００２０】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、従来に比べて、水素圧縮動作の効率低下を抑制し得る。具体的には、電気化学セルを積層したスタック、絶縁板および第１端板を備える積層構造体のうち、第１端板は、外気への放熱が生じやすい。このため、仮に、第１端板に設けられた第１流路を流れる水素含有ガスの温度が、上記の放熱により低下すると、水素含有ガス中の水蒸気が凝縮する可能性がある。
【００２１】
しかし、本態様の圧縮装置は、第１端板に、加熱器で温度制御された熱媒体が通流する第２流路を設けることで、かかる熱媒体の熱により第１端板を加熱することができる。よって、本態様の圧縮装置は、第１流路を流れる水素含有ガスの温度低下が、第１端板を熱媒体の熱により加熱しない場合に比べて抑制される。これにより、水素含有ガス中の水蒸気凝縮に起因するフラディングが第１流路で発生しにくくなる。すると、本態様の圧縮装置は、第１流路における水素含有ガスの通流が適切に維持され、その結果、水素圧縮動作の効率低下を抑制することができる。
【００２２】
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、上記の一対の第１端板のそれぞれの外側に、一対の断熱材を備えてもよい。
【００２３】
かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第１端板の外側に断熱材を備えることで、断熱材を備えない場合に比べて、第１端板において、外気への放熱を抑制することができる。
【００２４】
すると、本態様の圧縮装置は、上記の放熱抑制効果によって、水素含有ガス中の水蒸気凝縮に起因するフラディングが、第１流路でさらに発生しにくくなる。
【００２５】
また、本態様の圧縮装置は、上記の放熱抑制効果によって、第１端板を加熱するのに必要な加熱器による熱媒体の加熱量を削減することができる。これにより、本態様の圧縮装置は、例えば、起動時にスタックを昇温する際、加熱器による単位時間当たりの熱媒体の加熱量が一定である場合は、圧縮装置の起動時間を短縮することができる。
【００２６】
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、一対の断熱材のそれぞれの外側に、一対の第２端板を備えてもよい。
【００２７】
本開示の圧縮装置は、高圧の圧縮水素が生成されるため、端板に高い剛性が求められる。
【００２８】
本態様の圧縮装置は、第１端板に加え、第２端板を設けることで、端板全体の剛性が向上する。また、第１端板および第２端板の間に断熱材を設けることで、圧縮装置の積層構造体の熱容量を小さくすることができる。つまり、本態様の圧縮装置は、第１端板上に、第２端板を設けた場合でも、断熱材の断熱作用により、第１端板を加熱するのに必要な加熱器による熱媒体の加熱量増加が抑制される。
【００２９】
また、本態様の圧縮装置は、断熱材を第１端板および第２端板で挟むことができるので、断熱材の脱落、剥離などの問題を軽減することができる。
【００３０】
なお、第２端板には、高加湿の水素含有ガスが通流する上記第１流路が設けられていなくてもよい。このとき、熱媒体の熱により第２端板を加熱する必要がないので、加熱器による熱媒体の加熱量増加が抑制される。
【００３１】
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。
【００３２】
（第１実施形態）
以下の実施形態では、上記圧縮装置の一例である電気化学式水素ポンプの構成および動作について説明する。
【００３３】
［装置構成］
図１Ａは、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。図１Ｂは、図１ＡのＢ部の拡大図である。
【００３４】
図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、電気化学式水素ポンプ１００は、電解質膜２１をアノードＡＮとカソードＣＡで挟持した電気化学セル１０を複数積層したスタックを備える。
【００３５】
なお、図１Ａでは、３個の電気化学セル１０が積層されているが、電気化学セル１０の個数はこれに限定されない。つまり、電気化学セル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。
【００３６】
電気化学セル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、絶縁体２８と、を備える。
【００３７】
そして、電気化学セル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。
【００３８】
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。なお、アノードセパレーター２６上には、平面視において、アノードＡＮのアノード触媒層２４の周囲を囲むようにＯリング４５が設けられている。これにより、アノードＡＮが、Ｏリング４５で適切にシールされている。
【００３９】
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。なお、カソードセパレーター２７上には、平面視において、カソードＣＡのカソード触媒層２３の周囲を囲むようにＯリング４５が設けられている。これにより、カソードＣＡが、Ｏリング４５で適切にシールされている。
【００４０】
以上により、電解質膜２１は、アノード触媒層２４およびカソード触媒層２３のそれぞれと接触するようにして、アノードＡＮとカソードＣＡとによって挟持されている。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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の中央部には凹部が設けられ、この凹部内に、アノード給電体２５が収容されている。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。
【００５１】
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またはＳＵＨ６６０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。
【００５２】
図１Ａに示すように、カソード給電体２２と接触するカソードセパレーター２７の主面は、カソードガス流路を設けずに平面で構成されている。これにより、カソードセパレーター２７の主面にカソードガス流路を設ける場合に比べて、カソード給電体２２とカソードセパレーター２７との間で接触面積を大きくすることができる。すると、電気化学式水素ポンプ１００は、カソード給電体２２とカソードセパレーター２７との間の接触抵抗を低減することができる。
【００５３】
これに対して、アノード給電体２５と接触するアノードセパレーター２６の主面には、平面視において、例えば、複数のＵ字状の折り返す部分と複数の直線部分とを含むサーペンタイン状のアノードガス流路３５が設けられている。そして、アノードガス流路３５の直線部分は、図１Ａの紙面に垂直な方向に延伸している。ただし、このようなアノードガス流路３５は例示であって、本例に限定されない。例えば、アノードガス流路は、複数の直線状の流路により構成されていてもよい。
【００５４】
また、電気化学式水素ポンプ１００の電気化学セル１０のそれぞれにおいて、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の間には、電解質膜２１の周囲を囲むように設けられた環状かつ平板状の絶縁体２８が挟み込まれている。絶縁体２８の基材として、例えば、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。これにより、電気化学セル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間の短絡を適切に防止することができる。
【００５５】
さらに、カソードセパレーター２７および給電板１２のそれぞれにおいて、熱媒体分岐流路６０が設けられている。ここでは、熱媒体分岐流路６０は、カソードセパレーター２７および給電板１２のアノードセパレーター２６側の主面に設けられたサーペンタイン状の流路溝で構成されているが、これに限定されない。熱媒体分岐流路６０は、アノードセパレーター２６の主面に設けられていてもよい。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の動作時において、熱媒体分岐流路６０を流れる熱媒体の温度、流量などを制御することで、電気化学セル１０の温調を適切に行うことができる。熱媒体分岐流路６０を流れる熱媒体として、例えば、液水、不凍液などを挙げることができるが、これらに限定されない。ただし、熱媒体として、液水を用いると、取り扱いが容易である。
【００５６】
なお、図示を省略するが、隣り合う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は、これらが一体化されたバイポーラプレート（双極板）であってもよい。この場合、バイポーラプレート（双極板）は、隣り合う電気化学セル１０の一方のアノードセパレーター２６として機能するとともに、電気化学セル１０の他方のカソードセパレーター２７として機能する。これにより、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を無くすことができる。また、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。
【００５７】
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、電気化学セル１０が形成されている。
【００５８】
図１Ａに示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、電気化学セル１０を積層したスタックの積層方向における両端に設けられた一対の給電板１１および給電板１２と、給電板１１および給電板１２のそれぞれの外側に設けられた一対の絶縁板１３および絶縁板１４と、絶縁板１３および絶縁板１４のそれぞれの外側に設けられた一対の第１端板１５および第１端板１６と、を備える。
【００５９】
また、電気化学式水素ポンプ１００は、上記スタック、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、および、第１端板１５および第１端板１６を積層方向に締結するための締結器１７と、を備える。
【００６０】
図１Ａに示す例では、第１端板１５は、電気化学セル１０の各部材が積層された積層方向において、一方の端に位置するカソードセパレーター２７上に、給電板１１および絶縁板１３を介して設けられたカソード端板である。第１端板１６は、電気化学セル１０の各部材が積層された積層方向において、他方の端に位置するアノードセパレーター２６上に、給電板１２および絶縁板１４を介して設けられたアノード端板である。
【００６１】
図１Ａに示すように、第１端板１５には、カソードＣＡで圧縮された高圧の水素が通流するカソードガス排出流路４０と、外部からアノードＡＮに供給される水素含有ガスが通流するアノードガス供給流路４１と、熱媒体が通流する熱媒体流路６４と、が設けられている。なお、ここでは、熱媒体流路６４の集合部６４Ａは、第１端板１５に設けられた連通孔で構成され、熱媒体流路６４の環状部６４Ｂは、第１端板１５の絶縁板１３側の主面に設けられた環状の流路溝で構成されているが、かかる構成に限定されない。また、アノードガス供給流路４１は、本開示の第１流路に対応し、熱媒体流路６４は、本開示の第２流路に対応する。
【００６２】
第１端板１６には、アノードＡＮから排出される水素含有ガスが通流するアノードガス排出流路４２と、熱媒体が通流する熱媒体流路６５と、図示を省略しているが、カソードＣＡで圧縮された高圧の水素が通流するカソードガス排出流路と、が設けられている。なお、ここでは、熱媒体流路６５の集合部６５Ａは、第１端板１６に設けられた連通孔で構成され、熱媒体流路６５の環状部６５Ｂは、第１端板１６の絶縁板１４側の主面に設けられた環状の流路溝で構成されているが、かかる構成に限定されない。
【００６３】
なお、熱媒体流路６４および熱媒体流路６５を流れる熱媒体として、例えば、液水、不凍液などを挙げることができるが、これらに限定されない。ただし、熱媒体として、液水を用いると、取り扱いが容易である。
【００６４】
以上の第１端板１５および第１端板１６におけるガス流路の構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、カソードＣＡで圧縮された高圧の水素が通流するカソードガス排出流路は、第１端板１５および第１端板１６のいずれか一方のみに設けられていてもよいし、いずれも設けられなくてもいい。また、例えば、第１端板１５に、アノードＡＮから排出される水素含有ガスが通流するアノードガス排出流路が設けられるとともに、第１端板１６に、外部からアノードＡＮに供給される水素含有ガスが通流するアノードガス供給流路が設けられていてもよい。また、第１端板１５および第１端板１６のいずれにも、アノードガス排出流路が設けられなくてもいい。
【００６５】
締結器１７は、電気化学セル１０を積層したスタック、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、および、第１端板１５および第１端板１６を、上記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。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。
【００６６】
これにより、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、複数個の電気化学セル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、電気化学セル１０の各部材間でシール部材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。
【００６７】
なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、締結器１７のボルトが、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、および、第１端板１５および第１端板１６を貫通することで、複数の電気化学セル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ている。
【００６８】
図１Ａの第１端板１５に設けられたアノードガス供給流路４１には、アノードガス導入経路３２が接続されている。アノードガス導入経路３２は、例えば、アノードＡＮに供給される水素含有ガスが流通する配管で構成されていてもよい。
【００６９】
そして、アノードガス導入経路３２は、アノードガス供給流路４１を介して、筒状のアノードガス導入マニホールド３０に連通している。なお、アノードガス導入マニホールド３０は、電気化学セル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。
【００７０】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、電気化学セル１０のそれぞれにおいて、電気化学セル１０のアノードＡＮとは反対側のアノードセパレーター２６の主面に、アノードガス導入マニホールド３０と上記アノードガス流路３５とを連絡する第１連絡路３２Ａが設けられている。例えば、第１連絡路３２Ａは、アノードセパレーター２６に設けられた流路溝および連絡孔で構成されていてもよい。この第１連絡路３２Ａは、サーペンタイン状のアノードガス流路３５の一方の端部とアノードガス導入マニホールド３０との間を延伸している。
【００７１】
このようにして、アノードガス導入マニホールド３０は、電気化学セル１０のそれぞれのアノードガス流路３５の一方の端部と、第１連絡路３２Ａのそれぞれを介して連通している。これにより、アノードガス導入経路３２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、電気化学セル１０のそれぞれの第１連絡路３２Ａを通じて、電気化学セル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３５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。
【００７２】
図１Ａの第１端板１６に設けられたアノードガス排出流路４２には、アノードガス導出経路３３が接続されている。アノードガス導出経路３３は、例えば、アノードＡＮから排出される水素含有ガスが流通する配管で構成されていてもよい。
【００７３】
そして、アノードガス導出経路３３は、アノードガス排出流路４２を介して、筒状のアノードガス導出マニホールド３１に連通している。なお、アノードガス導出マニホールド３１は、電気化学セル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。
【００７４】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、電気化学セル１０のそれぞれにおいて、電気化学セル１０のアノードＡＮとは反対側のアノードセパレーター２６の主面に、アノードガス導出マニホールド３１とアノードガス流路３５とを連絡する第２連絡路３２Ｂが設けられている。例えば、第２連絡路３２Ｂは、アノードセパレーター２６に設けられた流路溝および連絡孔で構成されていてもよい。この第２連絡路３２Ｂは、サーペンタイン状のアノードガス流路３５の他方の端部とアノードガス導出マニホールド３１との間を延伸している。
【００７５】
このようにして、アノードガス導出マニホールド３１は、電気化学セル１０のそれぞれのアノードガス流路３５の他方の端部と、第２連絡路３２Ｂのそれぞれを介して連通している。これにより、電気化学セル１０のそれぞれのアノードガス流路３５を通過した水素含有ガスが、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、アノードガス導出経路３３に導かれる。
【００７６】
図１Ａの第１端板１５に設けられたカソードガス排出流路４０には、カソードガス導出経路（図示せず）が接続されている。カソードガス導出経路は、例えば、カソードＣＡから排出される高圧の水素（Ｈ２）が流通する配管で構成されていてもよい。
【００７７】
そして、カソードガス導出経路は、カソードガス排出流路４０を介して、筒状のカソードガス導出マニホールド（図示せず）に連通している。なお、カソードガス導出マニホールドは、電気化学セル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。
【００７８】
本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、電気化学セル１０のそれぞれにおいて、カソードセパレーター２７には、カソードセパレーター２７の凹部内とカソードガス導出マニホールド内とを連通する連通経路（図示せず）が設けられている。
【００７９】
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で圧縮された高圧の水素は、連通経路、カソードガス導出マニホールドおよびカソードガス排出流路４０をこの順番に通過することで、カソードガス導出経路に排出される。
【００８０】
なお、以上の第１端板１５および第１端板１６は、例えば、チタン、ステンレス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またはＳＵＨ６６０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。
【００８１】
図１Ａに示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、ポンプ６１と、加熱器６２と、熱媒体循環経路６３と、を備える。
【００８２】
熱媒体循環経路６３は、熱媒体が熱媒体流路６５、熱媒体分岐流路６０および熱媒体流路６４を通過することで、熱媒体を循環させるための流路である。
【００８３】
具体的には、図１Ａに示す例では、第１端板１６には、熱媒体循環経路６３の一端が、熱媒体流路６５の集合部６５Ａの熱媒体流入口に接続するように設けられている。第１端板１５には、熱媒体循環経路６３の他端が、熱媒体流路６４の集合部６４Ａの熱媒体流出口に接続するように設けられている。なお、このような熱媒体循環経路６３は、例えば、熱媒体が流れる配管で構成されていてもよい。
【００８４】
ポンプ６１は、熱媒体循環経路６３上に設けられ、熱媒体循環経路６３を流れる熱媒体を循環させる装置である。ポンプ６１は、このような熱媒体を循環することができれば、どのような種類であってもよい。ポンプ６１は、例えば、定容積型の往復ポンプ、回転ポンプなどを用いることができるが、これらに限定されない。
【００８５】
加熱器６２は、熱媒体を加熱する装置である。加熱器６２は、熱媒体を加熱することができれば、どのような構成であってもよい。加熱器６２は、例えば、熱媒体循環経路６３上に設けられた電気ヒーターなどを用いることができるが、これに限定されない。また、熱媒体循環経路６３には、熱電対などの温度検知器（図示せず）が設けられていてもよい。これにより、熱媒体循環経路６３を循環する熱媒体の温度が、温度検知器の検知温度に基づいて所望の温度になるように、加熱器６２による熱媒体に対する加熱量が制御される。
【００８６】
ここで、図１Ａに示す例では、第１端板１６に設けられた熱媒体流路６５の環状部６５Ｂと、熱媒体分岐流路６０とは、筒状の熱媒体導入マニホールド（図示せず）を介して連通している。なお、この熱媒体導入マニホールドは、電気化学セル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および給電板１２のそれぞれにおいて、熱媒体導入マニホールドから溝状の連絡路（図示せず）を分岐させ、これらの連絡路の端部が、カソードセパレーター２７および給電板１２のそれぞれのサーペンタイン状の熱媒体分岐流路６０の一方の端部と連通している。
【００８７】
また、第１端板１５に設けられた熱媒体流路６４の環状部６４Ｂと、熱媒体分岐流路６０とは、筒状の熱媒体導出マニホールド（図示せず）を介して連通している。なお、熱媒体導出マニホールドは、電気化学セル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および給電板１２のそれぞれにおいて、熱媒体導出マニホールドから溝状の連絡路（図示せず）を分岐させ、これらの連絡路の端部が、カソードセパレーター２７および給電板１２のそれぞれのサーペンタイン状の熱媒体分岐流路６０の他方の端部と連通している。
【００８８】
ここで、熱媒体循環経路６３から送出された熱媒体は、熱媒体流路６５の集合部６５Ａを介して熱媒体導入マニホールドに導かれる。そして、熱媒体は、熱媒体導入マニホールド内を流れる際に、熱媒体流路６５の環状部６５Ｂ、カソードセパレーター２７および給電板１２のそれぞれの熱媒体分岐流路６０、および、熱媒体流路６４の環状部６４Ｂに分配される。分配された熱媒体は、熱媒体流路６５の環状部６５Ｂ、熱媒体分岐流路６０および熱媒体流路６４の環状部６４Ｂを通過した後、熱媒体導出マニホールドで合流される。合流された熱媒体は、熱媒体流路６４の集合部６４Ａに導かれた後、熱媒体循環経路６３に排出される。
【００８９】
このようにして、加熱器６２で加熱された熱媒体は、ポンプ６１の動作により、熱媒体が熱媒体流路６５、熱媒体分岐流路６０および熱媒体流路６４を通過することで、熱媒体循環経路６３を循環することができる。
【００９０】
なお、以上の熱媒体の流路構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、第１端板１５に、熱媒体流入口が設けられ、第１端板１６に、熱媒体流出口が設けられていてもよい。また、例えば、熱媒体流路６４および熱媒体流路６５を循環する熱媒体の経路と、熱媒体分岐流路６０を循環する熱媒体の経路とが、別個の系統で構成されていてもよい。ただし、上記の如く、熱媒体流路６４、熱媒体流路６５および熱媒体分岐流路６０を循環する熱媒体の経路を単一の経路で構成する方が流路構成を簡素化することができる。
【００９１】
図１Ａに示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器５０を備える。
【００９２】
電圧印加器５０は、アノードＡＮとカソードＣＡ間に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器５０の高電位が、アノードＡＮに印加され、電圧印加器５０の低電位が、カソードＣＡに印加されている。電圧印加器５０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５０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５０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。
【００９３】
また、電圧印加器５０は、例えば、電気化学セル１０に給電する電圧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が調整される電圧型電源であってもよい。
【００９４】
なお、図１Ａに示す例では、電圧印加器５０の低電位側の端子が、給電板１１に接続され、電圧印加器５０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。
【００９５】
このようにして、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器５０により上記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中の水素を、電解質膜２１を介してカソードＣＡに移動させ、カソードＣＡで圧縮された水素を生成する。
【００９６】
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。
【００９７】
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。なお、外部の水素供給源は、例えば、水電解装置、改質器、水素タンクなどであってもよい。
【００９８】
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。
【００９９】
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。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。
【０１００】
[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。
【０１０１】
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。以下の例では、制御器により動作を制御する場合について、説明する。
【０１０２】
まず、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに、アノードガス導入経路３２を流れる低圧の水素含有ガスが、アノードガス供給流路４１、アノードガス導入マニホールド３０および第１連絡路３２Ａを通じて供給されるとともに、電圧印加器５０の電圧が電気化学式水素ポンプ１００に給電される。なお、アノードＡＮを通過した水素含有ガスは、第２連絡路３２Ｂ、アノードガス導出マニホールド３１およびアノードガス排出流路４２を通じて、アノードガス導出経路３３に排出される。
【０１０３】
また、制御器は、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに水素含有ガスが供給されているとき、加熱器６２を制御して熱媒体を加熱させるとともに、ポンプ６１を制御して、熱媒体を熱媒体流路６４に流させる。具体的には、加熱器６２で適温に制御された熱媒体は、ポンプ６１の動作により、熱媒体が熱媒体流路６５、熱媒体分岐流路６０および熱媒体流路６４を通過することで、熱媒体循環経路６３を循環する。
【０１０４】
以上により、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５０を通じてカソード触媒層２３に移動する。
【０１０５】
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。
【０１０６】
このとき、図示しない流量調整器を用いて、第１端板１５に設けられたカソードガス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、カソードガス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。
【０１０７】
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５０により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を、カソードＣＡに移動させ、カソードＣＡで圧縮された高圧の水素が生成される。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、連絡経路、カソードガス導出マニホールドおよびカソードガス排出流路４０を通過した後、カソードガス導出経路を通じて、例えば、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。
【０１０８】
以上のとおり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、従来に比べて、水素圧縮動作の効率低下を抑制し得る。具体的には、電気化学セル１０を積層したスタック、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、および、第１端板１５および第１端板１６を備える積層構造体のうち、第１端板１５および第１端板１６は、外気への放熱が生じやすい。このため、仮に、第１端板１５に設けられたアノードガス供給流路４１を流れる水素含有ガスの温度、および、第１端板１６に設けられたアノードガス排出流路４２を流れる水素含有ガスの温度が、上記の放熱により低下すると、これらの水素含有ガス中の水蒸気が凝縮する可能性がある。
【０１０９】
しかし、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第１端板１５および第１端板１６のそれぞれに、加熱器６２で温度制御された熱媒体が通流する熱媒体流路６４および熱媒体流路６５をそれぞれ設けることで、かかる熱媒体の熱により、第１端板１５および第１端板１６を加熱することができる。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス供給流路４１およびアノードガス排出流路４２を流れる水素含有ガスの温度低下が、第１端板１５および第１端板１６を熱媒体の熱により加熱しない場合に比べて抑制される。これにより、水素含有ガス中の水蒸気凝縮に起因するフラディングが、アノードガス供給流路４１およびアノードガス排出流路４２で発生しにくくなる。すると、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス供給流路４１およびアノードガス排出流路４２における水素含有ガスの通流が適切に維持され、その結果、水素圧縮動作の効率低下を抑制することができる。
【０１１０】
（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、以下に説明する断熱材を備えること以外、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１１１】
図２は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【０１１２】
図２に示す例では、電気化学式水素ポンプ１００は、一対の第１端板１５および第１端板１６のそれぞれの外側に、一対の断熱材７１および断熱材７２を備える。具体的には、第１端板１５の外面上に断熱材７１が設けられ、第１端板１６の外面上に断熱材７２が設けられている。また、締結器１７のボルトが、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、および、第１端板１５および第１端板１６の他、断熱材７１および断熱材７２を貫通している。
【０１１３】
なお、以上の断熱材７１および断熱材７２の配置構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、断熱材が、第１端板１５および第１端板１６のそれぞれの全表面を覆ってもよい。また、例えば、断熱材が、電気化学セル１０を積層したスタックを含めて、電気化学式水素ポンプ１００の積層構造体全体を覆ってもよい。
【０１１４】
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端板１５および第１端板１６のそれぞれの外側に断熱材７１および断熱材７２を備えることで、断熱材７１および断熱材７２を備えない場合に比べて、第１端板１５および第１端板１６のそれぞれにおいて、外気への放熱を抑制することができる。
【０１１５】
すると、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の放熱抑制効果によって、水素含有ガス中の水蒸気凝縮に起因するフラディングが、アノードガス供給流路４１およびアノードガス排出流路４２でさらに発生しにくくなる。
【０１１６】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の放熱抑制効果によって、第１端板１５および第１端板１６を加熱するのに必要な加熱器６２による熱媒体の加熱量を削減することができる。これにより、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、例えば、起動時にスタックを昇温する際、加熱器６２による単位時間当たりの熱媒体の加熱量が一定である場合は、電気化学式水素ポンプ１００の起動時間を短縮することができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
（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、以下に説明する第２端板を備えること以外、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
【０１１９】
図３は、第３実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【０１２０】
図３に示す例では、電気化学式水素ポンプ１００は、一対の断熱材７１および断熱材７２のそれぞれの外側に、一対の第２端板８１および第２端板８２を備える。具体的には、断熱材７１の外面上に第２端板８１が設けられ、断熱材７２の外面上に第２端板８２が設けられている。また、締結器１７のボルトが、給電板１１および給電板１２、絶縁板１３および絶縁板１４、第１端板１５および第１端板１６、および、断熱材７１および断熱材７２の他、第２端板８１および第２端板８２を貫通している。
【０１２１】
ここで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、第２端板８１および第２端板８２には、カソードＣＡで圧縮された高圧の水素が通流するカソードガス排出流路４０が設けられていないので、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼よりも水素脆化耐性が低い材料で構成することができる。また、電気化学式水素ポンプ１００では、高圧の圧縮水素が生成されるため、端板に高い剛性が求められる。
【０１２２】
そこで、例えば、第２端板８１および第２端板８２は、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼よりも安価であって剛性が高いクロムモリブデン鋼で構成してもよい。
【０１２３】
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端板１５および第１端板１６に加え、第２端板８１および第２端板８２を設けることで、端板全体の剛性が向上する。
【０１２４】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第１端板１５および第２端板８１の間に断熱材７１を設けるとともに、第１端板１６および第２端板８２の間に断熱材７２を設けることで、電気化学式水素ポンプ１００の積層構造体の熱容量を小さくすることができる。つまり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第１端板１５および第１端板１６のそれぞれの上に、第２端板８１および第２端板８２をそれぞれ設けた場合でも、断熱材７１および断熱材７２の断熱作用により、第１端板１５および第１端板１６を加熱するのに必要な加熱器６２による熱媒体の加熱量増加が抑制される。
【０１２５】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、断熱材７１を第１端板１５および第２端板８１で挟むことができるとともに、断熱材７２を第１端板１６および第２端板８２で挟むことができるので、断熱材７１および断熱材７２の脱落、剥離などの問題を軽減することができる。
【０１２６】
また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第２端板８１および第２端板８２の素材として、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼よりも水素脆化耐性が低いが、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼よりも安価であって剛性が高いクロムモリブデン鋼が選択される。これにより、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼を選択する場合に比べて、第２端板８１および第２端板８２のコスト上昇を抑制しながら剛性を向上させることができる。なお、クロムモリブデン鋼の使用は、一例であり、他の材料であってもよい。
【０１２７】
さらに、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、第２端板８１および第２端板８２には、高加湿の水素含有ガスが通流するアノードガス供給流路４１が設けられていない。よって、熱媒体の熱により第２端板８１および第２端板８２を加熱する必要がないので、加熱器６２による熱媒体の加熱量増加が抑制される。
【０１２８】
以上の如く、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、第２端板８１および第２端板８２には、アノードガス供給流路４１およびカソードガス排出流路４０がいずれも設けられていないが、これに限定されるものではない。例えば、第２端板８１および第２端板８２に、アノードガス供給流路４１およびカソードガス排出流路４０の少なくとも一方が設けられていてもよい。
【０１２９】
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。
【０１３０】
なお、第１実施形態、第２実施形態および第３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。
【０１３１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本開示の一態様は、従来に比べて、水素圧縮動作の効率低下を抑制し得る圧縮装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０    ：電気化学セル
１１    ：給電板
１２    ：給電板
１３    ：絶縁板
１４    ：絶縁板
１５    ：第１端板
１６    ：第１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    ：絶縁体
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
３２    ：アノードガス導入経路
３２Ａ  ：第１連絡路
３２Ｂ  ：第２連絡路
３３    ：アノードガス導出経路
３５    ：アノードガス流路
４０    ：カソードガス排出流路
４１    ：アノードガス供給流路
４２    ：アノードガス排出流路
４５    ：Ｏリング
５０    ：電圧印加器
６０    ：熱媒体分岐流路
６１    ：ポンプ
６２    ：加熱器
６３    ：熱媒体循環経路
６４    ：熱媒体流路
６４Ａ  ：集合部
６４Ｂ  ：環状部
６５    ：熱媒体流路
６５Ａ  ：集合部
６５Ｂ  ：環状部
７１    ：断熱材
７２    ：断熱材
８１    ：第２端板
８２    ：第２端板
１００  ：電気化学式水素ポンプ
ＡＮ    ：アノード
ＣＡ    ：カソード
【要約】
圧縮装置は、電解質膜をアノードとカソードで挟持した電気化学セルを複数積層したスタックと、スタックの積層方向における両端に設けられた一対の絶縁板と、一対の絶縁板のそれぞれの外側に設けられた一対の第１端板と、アノードとカソード間に電圧を印加する電圧印加器とを備え、電圧印加器により上記電圧を印加することで、アノードに供給された水素含有ガス中の水素を、前記カソードに移動させ、圧縮された水素を生成する装置である。圧縮装置は、第１端板には、アノードに供給される水素含有ガスが通流する第１流路と、熱媒体が通流する第２流路とが設けられ、熱媒体を加熱する加熱器を備える。【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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