(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、圧縮した水素を生成する圧縮機と、
前記アノードに供給される水素含有ガスが流れるアノードガス供給路と、
前記アノードから排出された、アノードオフガスが流れる流路であり、前記アノードガス供給路に接続されるリサイクル流路と、
前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が接続する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられ、前記リサイクル流路外、または前記アノードガス供給路外に液水を排出するための排水路と、
前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が接続する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられたポンプと、
前記圧縮機の運転を停止する際に、停止制御を開始する前よりも印加電圧を低下させた状態で、前記ポンプを動作させる制御器と、を備える水素システム。
【請求項２】
前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が接続する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に気液分離器が設けられ、前記排水路は、前記気液分離器の貯水部に接続される、請求項１に記載の水素システム。
【請求項３】
前記ポンプは、前記リサイクル流路が接続する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられ、かつ電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、精製された水素を生成する水素純化器である、請求項１または２に記載の水素システム。
【請求項４】
前記圧縮機を冷却する冷却器を備え、
前記制御器は、前記ポンプを動作させるとともに、前記冷却器により前記圧縮機を冷却させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項５】
前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が接続する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられた凝縮器を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項６】
前記リサイクル流路が接続する箇所よりも上流の前記アノードガス供給路における前記水素含有ガスの流量を調整する流量調整器を備え、
前記制御器は、前記ポンプの動作時に、前記流量調整器を制御して、前記水素含有ガスの流量を漸減させるとともに、前記ポンプの出力を漸減させた後、前記ポンプを停止させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項７】
異常発生による前記圧縮機の運転停止において、前記水素含有ガスの供給源からの水素含有ガスの供給が不能であるとき、前記制御器は、前記流量調整器を制御せずに、前記ポンプの出力を漸減させた後、前記ポンプを停止させる、請求項６に記載の水素システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は水素システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球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、例えば、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】
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することが可能な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促進には、水素供給インフラを整備する必要がある。そこで、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検討が行われている。【０００４】
例えば、特許文献１には、水素精製昇圧システムのアノードおよびカソード間に電圧を印加することで、水素含有ガスの精製および昇圧を行い得ることが記載されている。具体的には、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、水素含有ガス中の水素がアノードでプロトンになる。プロトンは、アノードからカソードへと水分子を伴いながら電解質膜を移動して、カソードで水素に戻される。なお、アノード、電解質膜およびカソードの積層体を膜電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）という。なお、特許文献１には、水素精製昇圧システムの停止時に、システムのカソード内に残存するガスを窒素でパージすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許６２９９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、一例として、再起動時における水素圧縮動作の効率低下を従来よりも抑制し得る水素システム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】
【０００７】
本開示の一態様(aspect)の水素システムは、電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、圧縮した水素を生成する圧縮機と、前記アノードに供給される水素含有ガスが流れるアノードガス供給路と、前記アノードから排出された後、前記アノードガス供給路に合流するアノードオフガスが流れるリサイクル流路と、前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が合流する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられ、前記リサイクル流路外、または前記アノードガス供給路外に液水を排出するための排水路と、前記リサイクル流路、または前記リサイクル流路が合流する箇所よりも下流の前記アノードガス供給路に設けられたポンプと、前記圧縮機の運転を停止する際に、印加電圧を低下させた状態で、前記ポンプを動作させる制御器と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様の水素システムは、再起動時における水素圧縮動作の効率低下を従来よりも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】
【０００９】
【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図である。
【図２Ａ】図２Ａ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２Ｂ】図２Ｂ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２Ｃ】図２Ｃ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２Ｄ】図２Ｄ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３】図３は、第１実施形態の変形例の水素システムの一例を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【図５】図５は、第３実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【図６】図６は、第４実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【図７】図７は、第５実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【図８】図８は、第５実施形態の水素システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第５実施形態の変形例の水素システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気化学式の圧縮機では、一般的に、電解質膜は、湿潤状態で所望のプロトン伝導性を示す。このため、圧縮機の水素圧縮動作の効率を所望の値を維持するには、電解質膜を湿潤状態に保つ必要がある。そこで、従来から、高湿度の水素含有ガスを圧縮機のアノードに供給することが多い。
【００１１】
ここで、圧縮機の水素圧縮動作中は、ＭＥＡ（セル）のアノードとカソードとの間に電圧が印加される。よって、この場合、アノードおよびカソード間に電流が流れることで、プロトンがアノードからカソードへ水分子を同伴しながら電解質膜を移動する（電気浸透）。一方で、アノードからカソードに移動した電気浸透水は、カソードおよびアノード間の差圧によってカソードからアノードに移動する（逆拡散）。なお、このとき、カソードからアノードに移動する水の量は、カソード側のガス圧力が高いほど、多い。圧縮機の水素圧縮動作中は、カソードからアノードに水が逆拡散しても、アノード上を水素含有ガスが流通しているので、水が滞留せず、フラッディングが抑制される。しかしながら、圧縮機を停止する際に、アノードおよびカソード間の電圧が低下するとともにアノード上の水素含有ガスの流通が停止すると、アノードおよびカソード間の差圧がなくなるまでの間に、水の逆拡散は継続し、かつ逆拡散した水はアノード上で滞留する。これにより、圧縮機の停止後に、アノードにおいてフラッディング（ガス流路の水による閉塞現象）が発生する可能性が高まる。仮に、フラッディングが発生すると、再起動時に、圧縮機のアノード上での水素含有ガスの拡散性が阻害されるので、カソードへの所定量のプロトン移動を確保するために必要な電圧印加器の電圧が増加する可能性がある。すると、水素システムは、圧縮機の再起動時に、水素圧縮動作の効率が低下する。
【００１２】
そこで、本開示の第１態様の水素システムは、電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、圧縮した水素を生成する圧縮機と、アノードに供給される水素含有ガスが流れるアノードガス供給路と、アノードから排出された後、アノードガス供給路に合流するアノードオフガスが流れるリサイクル流路と、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられ、リサイクル流路外、またはアノードガス供給路外に液水を排出するための排水路と、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられたポンプと、圧縮機の運転を停止する際に、印加電圧を低下させた状態で、ポンプを動作させる制御器と、を備える。
【００１３】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、再起動時における水素圧縮動作の効率低下を従来よりも抑制し得る。
【００１４】
具体的には、本態様の水素システムは、圧縮機の運転停止時に、電圧を低下させた状態で、アノードオフガスが、リサイクル流路、リサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路および圧縮機内のアノード上のガス流路（以下、循環経路）を循環するようにポンプを動作させる。これにより、電圧低下後、カソードからアノードに逆拡散した水がアノード上に滞留せず、かつ逆拡散した水を含む、循環経路を循環する水素含有ガス中の液水が排水路を通じて排水される。従って、本態様の水素システムは、圧縮機の運転停止後にアノードでフラッディングが発生しにくくなるので、再起動時における水素圧縮動作の効率低下が抑制される。
【００１５】
本開示の第２態様の水素システムは、第１態様の水素システムにおいて、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に、気液分離器が設けられ、排水路は、気液分離器の貯水部に接続されていてもよい。
【００１６】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、気液分離器で、循環経路を循環する水素含有ガス中の液水と水素含有ガスとの分離が促進されることで、水素含有ガス中の液水が、排水路を通じて適切に排水される。
【００１７】
本開示の第３態様の水素システムは、第１態様または第２態様の水素システムにおいて、ポンプは、リサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられ、かつ電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、精製された水素を生成する水素純化器あってもよい。
【００１８】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、特別の循環ポンプなどを設けることなく、水素純化器を動作させることで水素含有ガス中の不純物を除去しながら、循環経路内の水素含有ガスを循環させることができる。これにより、圧縮機の運転停止後における圧縮機のアノードのフラッディングを抑制することができる。このとき、水素純化器内においても水素含有ガスが流通するので水素純化器のフラッディングも抑制することができる。
【００１９】
ところで、圧縮機の運転が停止している間に、圧縮機は自然冷却され、高加湿の水素含有ガスから凝縮水が生成する。従って、フラッディングの発生を抑制するために、圧縮機内の温度が周囲温度と同等になり水素含有ガスからの凝縮水の生成が停止するまで、循環経路内の水素含有ガスの循環動作を実行してもよい。
【００２０】
そこで、本開示の第４態様の水素システムは、第１態様から第３態様のいずれか一つの水素システムにおいて、圧縮機を冷却する冷却器を備え、制御器は、ポンプを動作させるとともに、冷却器により圧縮機を冷却させてもよい。
【００２１】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、圧縮機の運転停止時に、循環経路内の水素含有ガスを循環動作させる際に、圧縮機を冷却させることで、逆拡散した水だけでなく、アノード上を流通する水素含有ガスからの凝縮水も、排水路を通じて効果的に排水される。つまり、本態様の水素システムは、水素含有ガスの循環動作中に圧縮機を自然冷却させる場合に比べて、アノード上の水分（水蒸気および液水）の除去が促進される。これにより、アノード上でのフラディングを抑制するための電圧低下後の水素含有ガスの循環動作時間を短縮することができる。
【００２２】
本開示の第５態様の水素システムは、第１態様から第４態様のいずれか一つの水素システムにおいて、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられた凝縮器を備えてもよい。
【００２３】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、圧縮機の運転停止時に、循環経路内の水素含有ガスを循環動作させる際に、凝縮器で水素含有ガス中の水蒸気を凝縮させることで、逆拡散した水だけでなく、水素含有ガスからの凝縮水も、排水路を通じて効果的に排水される。つまり、本態様の水素システムは、水素含有ガスの循環動作中に圧縮機を自然冷却させる場合に比べて、アノード上の水分（水蒸気および液水）の除去が促進される。これにより、アノード上でのフラディングを抑制するための電圧低下後の水素含有ガスの循環動作時間を短縮することができる。
【００２４】
本開示の第６態様の水素システムは、第１態様から第５態様のいずれか一つの水素システムにおいて、リサイクル流路が合流する箇所よりも上流のアノードガス供給路における水素含有ガスの流量を調整する流量調整器を備え、制御器は、ポンプの動作時に、流量調整器を制御して、水素含有ガスの流量を漸減させるとともに、ポンプの出力を漸減させた後、ポンプを停止させてもよい。
【００２５】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、圧縮機の運転停止時に、アノードオフガスが、循環経路を循環するようにポンプを動作させる際に、循環経路に水素含有ガスを投入させながら、排水路を通じて液水を適切に排水することができる。
【００２６】
具体的には、本態様の水素システムにおいて、圧縮機の運転停止時に、アノードオフガスが、循環経路を循環するようにポンプを動作させるとき、時間の経過とともに圧縮機の温度が低下することによってアノード上の水素含有ガス中の水蒸気が凝縮する。すると、循環経路に存在する水素含有ガスの気体分子モル量の減少に伴い圧力が減少することで、循環経路内が負圧化する可能性がある。これにより、循環経路内に外部から空気が侵入することで、圧縮機のセルが劣化する可能性がある。
【００２７】
そこで、本態様の水素システムは、流量調整器を用いて、リサイクル流路が合流する箇所よりも上流のアノードガス供給路から循環経路に、上記の循環経路内の水素含有ガスの圧力減少を補うように水素含有ガスを投入することで、循環経路内の負圧化を抑制することができる。
【００２８】
また、水素含有ガスの温度に相関する水素含有ガス中の飽和水蒸気量の曲線から容易に理解できるとおり、水素含有ガス中の水蒸気から凝縮する水量は、時間の経過とともに水素含有ガスの温度が低温化することで減少する。よって、本態様の水素システムは、時間の経過とともに、水素含有ガスの流量およびポンプ出力を漸減させることで、アノードガス供給路の上流側から循環経路に適量の水素含有ガスを投入することができる。
【００２９】
本開示の第７態様の水素システムは、第６態様の水素システムにおいて、異常発生による圧縮機の運転停止において、水素含有ガスの供給源からの水素含有ガスの供給が不能であるとき、制御器は、流量調整器を制御せずに、ポンプの出力を漸減させた後、ポンプを停止させてもよい。
【００３０】
かかる構成によると、本態様の水素システムは、水素含有ガスの供給源異常に起因する水素含有ガス供給が不能であるとき、システムの停止制御を適切に行うことができる。
【００３１】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。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、以下で示される数値、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、本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。また、動作においては、必要に応じて、各工程の順序などを変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【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図である。
【００３４】
図１に示す例では、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００を備える。なお、電気化学式水素ポンプ１００は、複数のＭＥＡ（セル）を積層したスタックを含んでもよい。詳細は後で説明する。
【００３５】
電気化学式水素ポンプ１００は、電解質膜２０と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、電圧印加器２１と、を備える。
【００３６】
アノードＡＮは、電解質膜２０の一方の主面に設けられている。アノードＡＮは、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含む電極である。カソードＣＡは、電解質膜２０の他方の主面に設けられている。カソードＣＡは、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含む電極である。これにより、電解質膜２０は、アノード触媒層およびカソード触媒層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。
【００３７】
電解質膜２０はプロトン伝導性を備える膜であれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜２０として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系電解質膜などを挙げることができる。具体的には、電解質膜２０として、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が、これらに限定されない。
【００３８】
アノード触媒層は、電解質膜２０の一方の主面に設けられている。アノード触媒層は、触媒金属（例えば、白金）を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。
【００３９】
カソード触媒層は、電解質膜２０の他方の主面に設けられている。カソード触媒層は、触媒金属（例えば、白金）を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。
【００４０】
カソード触媒層もアノード触媒層も、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるが、特に限定されない。例えば、カーボン系粉末としては、黒鉛、カーボンブラック、導電性を有する活性炭などの粉末を挙げることができる。カーボン担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合または液相混合などの方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボンなどの担体を分散させ、吸着させる方法などが挙げられる。白金などの触媒金属のカーボン担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。
【００４１】
カソードガス拡散層は、カソード触媒層上に設けられている。カソードガス拡散層は、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。カソードガス拡散層は、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。カソードガス拡散層の基材として、例えば、カーボン繊維焼結体などを使用することができるが、これに限定されない。
【００４２】
アノードガス拡散層は、アノード触媒層上に設けられている。アノードガス拡散層は、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。アノードガス拡散層は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時に、上記の差圧による電解質膜２０の押し付けに耐え得る程度の剛性を備える方が望ましい。アノードガス拡散層の基材として、例えば、カーボン粒子焼結体などを使用することができるが、これに限定されない。
【００４３】
電圧印加器２１は、電解質膜２０を挟んで配置されるアノードＡＮとカソードＣＡとの間に電圧を印加する装置である。電圧印加器２１は、アノードＡＮとカソードＣＡとの間に電圧を印加することができれば、どのような構成であってもよい。図１に示す例では、電圧印加器２１の高電位側端子が、アノードＡＮに接続され、電圧印加器２１の低電位側端子が、カソードＣＡに接続されている。これにより、電圧印加器２１を用いて、アノードＡＮおよびカソードＣＡの間で通電が行われる。すると、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器２１が、アノードＡＮとカソードＣＡとの間に電圧を印加することにより、アノードＡＮに供給された水素含有ガス中の水素を、カソードＣＡに移動させ、かつ圧縮した水素を生成する。
【００４４】
なお、電圧印加器２１として、例えば、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２１が、太陽電池、燃料電池、バッテリなどの直流電源と接続された場合に用いられる。ＡＣ／ＤＣコンバータは、電圧印加器２１が、商用電源などの交流電源と接続された場合に用いられる。
【００４５】
また、電圧印加器２１は、例えば、電気化学式水素ポンプ１００のセル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。
【００４６】
上記の水素含有ガスは、例えば、水の電気分解で生成された水素ガスであってもよいし、炭化水素ガスの改質反応で生成された改質ガスであってもよい。
【００４７】
ここで、図１には示されていないが、水素システム２００の水素圧縮動作において必要となる部材および機器は適宜、設けられる。
【００４８】
例えば、一対のセパレータのそれぞれが、アノードＡＮおよびカソードＣＡのそれぞれを外側から挟んでいてもよい。この場合、アノードＡＮに接触するセパレータは、アノードＡＮ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ＡＮに供給する水素含有ガスが流れるサーペンタイン状のガス流路を備える。カソードＣＡに接触するセパレータは、カソードＣＡから水素を導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ＣＡから導出した水素が流れるガス流路を備える。
【００４９】
また、電気化学式水素ポンプ１００では、通常、高圧の水素が外部へリークしないように、セルの両側からガスケットなどのシール材が設けられ、電気化学式水素ポンプ１００のセルと一体化して予め組み立てられる。そして、このセルの外側には、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が配置されている。
【００５０】
セルとセパレータを交互に重ねて、セルを１０〜２００個程度、積層して、その積層体（スタック）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ガス流路に適量の水素含有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ガス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ールドといい、このマニホールドは、例えば、スタックを構成する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。
【００５１】
さらに、水素システム２００には、セルの温度を検知する温度検知器、セルの温度を調整する温度調整器、アノードＡＮに供給される水素含有ガスの露点を調整する露点調整器などが設けられていてもよい。
【００５２】
なお、以上の図示しない部材および機器は例示であって、本例に限定されない。
【００５３】
図１に示すように、水素システム２００は、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路３と、ポンプ５と、制御器５０と、を備える。
【００５４】
アノードガス供給路１は、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに供給される水素含有ガスが流れる流路である。電気化学式水素ポンプ１００が、上記のスタックを備える場合、アノードガス供給路１の下流端は、例えば、水素含有ガス導入用のマニホールドに連通していてもよい。また、アノードガス供給路１の上流端は、例えば、水素含有ガス供給源（図示せず）に接続していてもよい。なお、水素含有ガスの供給源として、例えば、改質装置、水電解装置、水素タンクなどを挙げることができる。
【００５５】
リサイクル流路２は、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮから排出された後、アノードガス供給路１に合流するアノードオフガスが流れる流路である。電気化学式水素ポンプ１００が、上記のスタックを備える場合、リサイクル流路２の上流端は、例えば、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよい。
【００５６】
このようにして、本実施形態の水素システム２００では、図１に示す如く、リサイクル流路２と、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１と、電気化学式水素ポンプ１００内のアノードＡＮ上のガス流路（図示せず）とによって、アノードＡＮから排出されたアノードオフガスが循環する循環経路４が形成されている。
【００５７】
排水路３は、リサイクル流路２、またはリサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に設けられ、リサイクル流路２外、またはアノードガス供給路１外に液水を排出するための流路である。排水路３の上流端は、アノードＡＮから排出されたアノードオフガスが流れる流路であれば、どのような箇所に接続されていてもよい。例えば、図２Ａに示す例では、排水路３Ａの上流端は、リサイクル流路２に接続されている。この場合、アノードオフガス中の液水が、排水路３Ａから排水される。図２Ｂに示す例では、排水路３Ｂの上流端は、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に接続されている。この場合、アノードＡＮに供給される水素含有ガス中の液水が、排水路３Ｂから排水され、この液水には、アノードガス供給路１に合流するアノードオフガス中の液水が含まれる。
【００５８】
なお、排水路３には、適宜の開閉弁（図示せず）が設けられ、この開閉弁から延伸する流路の端部が外部に開放されていてもよい。これにより、排水路３内に存在する凝縮水が、開閉弁の開閉により適時に外部へ排水される。
【００５９】
ポンプ５は、リサイクル流路２、またはリサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に設けられた装置である。つまり、ポンプ５は、アノードＡＮから排出されたアノードオフガスを、循環経路４で循環させる装置である。ポンプ５は、アノードＡＮから排出されたアノードオフガスが流れる流路であれば、どのような箇所に設けられていてもよい。例えば、図２Ｃに示す例では、ポンプ５Ａは、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に設けられている。図２Ｄに示す例では、ポンプ５Ｂは、リサイクル流路２に設けられている。
【００６０】
ポンプ５は、このようなアノードオフガスを循環経路４で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５として、例えば、定容積型の往復ポンプ、回転ポンプなどを挙げることができるが、これらに限定されない。例えば、ポンプ５は、電気化学式の水素純化器（水素ポンプ）であってもよい。詳細は、第２実施形態で説明する。
【００６１】
制御器５０は、電気化学式水素ポンプ１００の運転を停止する際に、印加電圧を低下させた状態で、ポンプ５を動作させる。ここで、「電気化学式水素ポンプ１００の運転停止」とは、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡから水素需要体（図示せず）に、カソードＣＡで生成された圧縮水素を供給するための動作の停止のことをいう。なお、水素需要体として、例えば、水素貯蔵器、燃料電池などを挙げることができる。また、水素貯蔵器として、例えば、水素ステーションに設置されたディスペンサー、水素タンクなどを挙げることができる。また、「印加電圧を低下させた状態」は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間の電圧印加を停止した状態であってもよいし、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止のための制御（停止制御）が開始される直前にアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加される電圧よりも低く、かつ０よりも大きい電圧を印加した状態であってもよい。
【００６２】
制御器５０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などを挙げることができる。記憶回路として、例えば、メモリなどを挙げることができる。制御器５０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。
【００６３】
［動作］
以下、水素システム２００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。以下の動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０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５０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。
【００６４】
まず、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに低圧および高湿度の水素含有ガスが供給されるとともに、電圧印加器２１の電圧が電気化学式水素ポンプ１００に給電される。すると、アノードＡＮのアノード触媒層において、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２０内を伝導してカソード触媒層に移動する。電子は電圧印加器２１を通じてカソード触媒層に移動する。
【００６５】
そして、カソード触媒層において、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２０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。
【００６６】
このとき、例えば、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡで生成される高圧の水素が、図示しないカソードガス導出流路を通じて、図示しない水素貯蔵器に供給される場合、カソードガス導出流路に設けられた背圧弁、調整弁（図示せず）などを用いて、カソードガス導出流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。ここで、カソードガス導出流路の圧損を増加させるとは、カソードガス導出流路に設けられた背圧弁、調整弁の開度を小さくすることに対応する。
【００６７】
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、水素システム２００において、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に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、電解質膜２０を介してカソードＣＡに移動させ、かつ圧縮する動作が行われる。カソードＣＡで生成された高圧の水素は、例えば、水素中の水分および不純物などを除去した後、水素需要体の一例である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、水素需要体の一例である燃料電池に供給される。
【００６８】
次に、電気化学式水素ポンプ１００の運転が停止される。そして、本運転が停止する際に、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮおよびカソードＣＡ間における電圧が低下される。
【００６９】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００が、例えば、燃料電池フォークリフト向けの圧縮機である場合、上記の水素圧縮動作の停止時に、カソードＣＡ側には、約４０ＭＰａ程度の高圧の水素が存在する。また、アノードＡＮ側には、約０．１ＭＰａ程度の低圧かつ高湿度（例えば、約５０℃程度で相対湿度が約１２％程度）の水素含有ガスが存在する。
【００７０】
そこで、上記の電圧を低下させた状態で、ポンプ５が動作される。すると、アノードオフガスが、循環経路４で循環する。これにより、アノードオフガスの循環によって移動する液水を排水路３において排水することができる。
【００７１】
以上のとおり、本実施形態の水素システム２００は、再起動時における水素圧縮動作の効率低下を従来よりも抑制し得る。
【００７２】
具体的には、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、印加電圧を低下させた状態で、アノードオフガスが、循環経路４を循環するようにポンプ５を動作させる。これにより、電圧低下後、カソードＣＡからアノードＡＮに逆拡散した水がアノードＡＮ上に滞留せず、かつ逆拡散した水を含む、循環経路４を循環する水素含有ガス中の液水が排水路３を通じて排水される。従って、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止後にアノードＡＮでフラッディングが発生しにくくなるので、再起動時における水素圧縮動作の効率低下が抑制される。
【００７３】
（変形例）
図３は、第１実施形態の変形例の水素システムの一例を示す図である。
【００７４】
図３に示す例では、水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路１３と、ポンプ５と、気液分離器６と、制御器５０と、を備える。
【００７５】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００、アノードガス供給路１、リサイクル流路２、ポンプ５および制御器５０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７６】
図３に示す例では、リサイクル流路２に気液分離器６が設けられ、排水路１３は、気液分離器６の貯水部６Ａに接続されている。つまり、本変形例の水素システム２００では、気液分離器６内の空間が、アノードＡＮから排出されたアノードオフガスが循環する循環経路４の一部を構成している。
【００７７】
ただし、このような気液分離器６の配置および構成は、例示であって、本例に限定されない。例えば、図示を省略するが、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に、気液分離器が設けられていてもよい。
【００７８】
以上により、本変形例の水素システム２００は、気液分離器６で、循環経路４を循環する水素含有ガス中の液水と水素含有ガスとの分離が促進されることで、かかる水素含有ガス中の液水が、排水路１３を通じて適切に排水される。
【００７９】
本変形例の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態の水素システム２００と同様であってもよい。
【００８０】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【００８１】
図４に示す例では、水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路３と、ポンプ１５と、制御器５０と、を備える。
【００８２】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００、アノードガス供給路１、リサイクル流路２、排水路３および制御器５０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８３】
図４に示す例では、ポンプ１５は、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に設けられ、かつ電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、精製された水素を生成する水素純化器である。なお、水素純化器は、低圧仕様の電気化学式の水素ポンプで構成されていてもよい。これにより、例えば、水素純化器のカソードおよびアノード間に電圧を印加することにより、水素純化器のカソードで、数十から数百ＫＰａ程度の水素を圧縮、すなわち水素を加圧でき、ポンプと同等の機能をすることができる。この場合、水素純化器のスタックは、積層部材が、低圧仕様の素材および形態で構成されること以外は、電気化学式水素ポンプ１００のスタックと同様である。
【００８４】
以上により、本実施形態の水素システム２００は、特別の循環ポンプなどを設けることなく、水素純化器を動作させることで水素含有ガス中の不純物（例えば、ＣＯ２）を除去しながら、循環経路４内の水素含有ガスを循環させることができる。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止後における電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮのフラッディングを抑制することができる。このとき、水素純化器内においても水素含有ガスが流通するので、水素純化器のフラッディングも抑制することができる。
【００８５】
本実施形態の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の変形例の水素システム２００と同様であってもよい。
【００８６】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【００８７】
図５に示す例では、水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路３と、ポンプ５と、冷却器８と、制御器５０と、を備える。
【００８８】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００、アノードガス供給路１、リサイクル流路２、排水路３およびポンプ５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８９】
冷却器８は、電気化学式水素ポンプ１００を冷却する装置である。これにより、例えば、電気化学式水素ポンプ１００を自然冷却する場合に比べて、循環経路４を循環する水素含有ガスの温度を早期に低温化することができる。すると、水素含有ガス中の水蒸気の凝縮が促進され、その結果、水素含有ガスの露点が早期に低下する。
【００９０】
冷却器８は、電気化学式水素ポンプ１００を冷却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、冷却器８は、電気化学式水素ポンプ１００のスタックを構成する部材に設けられた冷媒流路（図示せず）などに、冷媒を供給するための機器を備えてもよい。
【００９１】
制御器５０は、ポンプ５を動作させるとともに、冷却器８により電気化学式水素ポンプ１００を冷却させる。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、冷媒の温度、流量などが制御されることで、電気化学式水素ポンプ１００を速やかに冷却することができる。なお、冷媒として、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。
【００９２】
以上により、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、循環経路４内の水素含有ガスを循環動作させる際に、電気化学式水素ポンプ１００を冷却させることで、逆拡散した水だけでなく、アノードＡＮ上を流通する水素含有ガスからの凝縮水も排水路３を通じて効果的に排水される。つまり、本実施形態の水素システム２００は、水素含有ガスの循環動作中に電気化学式水素ポンプ１００を自然冷却させる場合に比べて、アノードＡＮ上の水分（水蒸気および液水）の除去が促進される。これにより、アノードＡＮ上でのフラディングを抑制するための電圧低下後の水素含有ガスの循環動作時間を短縮することができる。
【００９３】
本実施形態の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態のいずれかの水素システム２００と同様であってもよい。
【００９４】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【００９５】
図６に示す例では、水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路３と、ポンプ５と、凝縮器７と、制御器５０と、を備える。
【００９６】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００、アノードガス供給路１、リサイクル流路２、排水路３およびポンプ５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９７】
凝縮器７は、水素含有ガス中の水蒸気を凝縮するための装置である。例えば、凝縮器７は、循環経路４を構成する配管を冷却するための冷却器を備えてもよい。これにより、例えば、本配管を自然冷却する場合に比べて、循環経路４を循環する水素含有ガスの温度を早期に低温化することができる。すると、水素含有ガス中の水蒸気の凝縮が促進され、その結果、水素含有ガスの露点が早期に低下する。
【００９８】
凝縮器７は、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮ上のガス流路を除く、循環経路４、換言すれば、電気化学式水素ポンプ１００外の循環経路４であれば、どのような箇所に設けられていてもよい。例えば、凝縮器７は、リサイクル流路２に設けられていてもよいし、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも下流のアノードガス供給路１に設けられていてもよいし、これらのリサイクル流路２およびアノードガス供給路１の両方に設けられていてもよい。
【００９９】
ただし、凝縮器７をリサイクル流路２に設ける場合、凝縮器７で発生した凝縮水が、排水路３Ａまたは気液分離器６において排水されやすい箇所に、凝縮器７を設ける方が望ましい。つまり、凝縮器７は、図２Ａに示す例では、排水路３Ａよりも上流のリサイクル流路２に設ける方が適当である。また、凝縮器７は、図３に示す例では、気液分離器６よりも上流のリサイクル流路２に設ける方が適当である。これにより、凝縮器７で発生した凝縮水が、アノードオフガスの流れによって凝縮器７の下流側のリサイクル流路２を移動することで、かかる凝縮水を、リサイクル流路２に設けられた排水路３Ａ、または、気液分離器６に設けられた排水路１３を通じて適切に排水することができる。凝縮器７は、例えば、空気、水、不凍液などの冷媒と、水素含有ガスとを熱交換させる熱交換器により構成されてもよい。
【０１００】
以上により、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、循環経路４内の水素含有ガスを循環動作させる際に、凝縮器７で水素含有ガス中の水蒸気を凝縮させることで、逆拡散した水だけでなく、水素含有ガスからの凝縮水も、排水路３を通じて効果的に排水される。つまり、本実施形態の水素システム２００は、水素含有ガスの循環動作中に電気化学式水素ポンプ１００を自然冷却させる場合に比べて、アノードＡＮ上の水分（水蒸気および液水）の除去が促進される。これにより、アノードＡＮ上でのフラディングを抑制するための電圧低下後の水素含有ガスの循環動作時間を短縮することができる。
【０１０１】
本実施形態の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態のいずれかの水素システム２００と同様であってもよい。
【０１０２】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態の水素システムの一例を示す図である。
【０１０３】
図７に示す例では、水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、アノードガス供給路１と、リサイクル流路２と、排水路３と、ポンプ５と、流量調整器１０と、制御器５０と、を備える。
【０１０４】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００、アノードガス供給路１、リサイクル流路２、排水路３およびポンプ５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１０５】
流量調整器１０は、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも上流のアノードガス供給路１における水素含有ガスの流量を調整する装置である。流量調整器１０は、かかる水素含有ガスの流量を調整することができれば、どのような構成であってもよい。流量調整器１０としては、流量調整弁、マスフローコントローラまたは昇圧器などを備えた流量調整デバイスを例示することができる。なお、流量調整器１０は、上記の流量調整デバイスとともに、流量計を備えていてもよい。
【０１０６】
ここで、水素含有ガスは、水素含有ガスの供給源から流量調整デバイスに供給され、水素含有ガスの供給源として、上記のとおり、改質装置、水電解装置、水素タンクなどを挙げることができる。そして、水素含有ガスの供給源が、所定の供給圧を備える場合は、流量調整デバイスの一例である流量調整弁の開度を制御することで、アノードガス供給路１における水素含有ガスの流量が調整されてもよい。
【０１０７】
制御器５０は、ポンプ５の動作時に、流量調整器１０を制御して、水素含有ガスの流量を漸減させるとともに、ポンプ５の出力を漸減させた後、ポンプ５を停止させる。なお、図示を省略するが、制御器５０による流量調整器１０およびポンプ５の制御において必要となる検知器は適宜、設けられる。具体的には、例えば、水素システム２００は、温度検知器と電圧検知器とを備える。温度検知器は、電気化学式水素ポンプ１００のスタックの温度を検知するセンサであり、例えば、サーミスタ、熱電対などを用いることができる。電圧検知器は、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加する電位差を検知する電圧センサである。
【０１０８】
図８は、第５実施形態の水素システムの動作の一例を示すフローチャートである。図８に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０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、本動作を制御器５０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。
【０１０９】
まず、水素システム２００の停止制御が開始されると、電圧印加器２１によるアノードＡＮおよびカソードＣＡ間の電圧が低下される。例えば、両者間の電圧が、ゼロボルトに設定されてもよい。
【０１１０】
次に、ステップＳ１１で、時間の経過とともに水素含有ガスの流量を漸減させるように流量調整器１０を制御するとともに、ステップＳ１２で、時間の経過とともにポンプ出力を漸減させるようにポンプ５を制御する。このとき、ステップＳ１１の動作とステップＳ１２の動作とは、タイミング的にオーバーラップするように実行される。
【０１１１】
次に、ステップＳ１３で、電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度以下かどうかが判定される。ステップＳ１３の「所定温度」として、例えば、約３０℃程度を挙げることができるが、これに限定されない。
【０１１２】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度を上回る場合（ステップＳ１３で「Ｎｏ」の場合）、このままの状態が維持される。
【０１１３】
電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度以下になった場合（ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」の場合）、次のステップに進み、ステップＳ１４で、水素含有ガスの流量をゼロになるように流量調整器１０を制御するとともに、ステップＳ１５で、ポンプ出力を停止させるようにポンプ５を制御する。なお、図８では、ステップＳ１４の動作がステップＳ１５の動作よりも先に行われるように図示されているが、これに限定されない。図示を省略するが、ステップＳ１４の動作とステップＳ１５の動作とが、同時に行われてもよいし、ステップＳ１５の動作がステップＳ１４の動作よりも先に行われてもよい。
【０１１４】
なお、以上の動作は、例示であって、本例に限定されない。例えば、ステップＳ１３の判定において、「スタック温度」に代えて、「ポンプ５の動作時間」などを用いることもできる。この場合、ポンプ５の動作時間が、所定時間以上になると、ステップＳ１４の動作およびステップＳ１５の動作が行われる。
【０１１５】
以上により、本実施形態の水素システム２００は、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、アノードオフガスが、循環経路４を循環するようにポンプ５を動作させる際に、循環経路４に水素含有ガスを投入させながら、排水路３を通じて適切に液水を排水することができる。
【０１１６】
具体的には、本実施形態の水素システム２００において、電気化学式水素ポンプ１００の運転停止時に、アノードオフガスが、循環経路４を循環するようにポンプ５を動作させるとき、時間の経過とともに電気化学式水素ポンプ１００の温度が低下することによってアノードＡＮ上の水素含有ガス中の水蒸気が凝縮する。すると、循環経路４に存在する水素含有ガスの気体分子モル量の減少に伴い圧力が減少することで、循環経路４内が負圧化する可能性がある。これにより、循環経路４内に外部から空気が侵入することで、電気化学式水素ポンプ１００のセルが劣化する可能性がある。
【０１１７】
そこで、本実施形態の水素システム２００は、流量調整器１０を用いて、リサイクル流路２が合流する箇所２Ａよりも上流のアノードガス供給路１から循環経路４に、上記の循環経路４内の水素含有ガスの圧力減少を補うように水素含有ガスを投入することで、循環経路４内の負圧化を抑制することができる。
【０１１８】
また、水素含有ガスの温度に相関する水素含有ガス中の飽和水蒸気量の曲線から容易に理解できるとおり、水素含有ガス中の水蒸気から凝縮する水量は、時間の経過とともに水素含有ガスの温度が低温化することで減少する。よって、本実施形態の水素システム２００は、時間の経過とともに、水素含有ガスの流量およびポンプ出力を漸減させることで、アノードガス供給路１の上流側から循環経路４に適量の水素含有ガスを投入することができる。
【０１１９】
本実施形態の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態のいずれかの水素システム２００と同様であってもよい。
【０１２０】
（変形例）
本変形例の水素システム２００は、以下に説明する制御器５０による流量調整器１０およびポンプ５の制御内容以外は、第５実施形態の水素システム２００と同様である。
【０１２１】
異常発生による電気化学式水素ポンプ１００の運転停止において、水素含有ガスの供給源からの水素含有ガスの供給が不能であるとき、制御器５０は、流量調整器１０を制御せずに、ポンプ５の出力を漸減させた後、ポンプ５を停止させる。
【０１２２】
図９は、第５実施形態の変形例の水素システムの動作の一例を示すフローチャートである。図９に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０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、本動作を制御器５０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。なお、停電などに起因するシステムの停止制御は、例えば、無停電電源装置（ＵＰＳ）をバックアップ電源として利用することで、第５実施形態（図８）の水素システム２００と同様の動作で行うことができる。
【０１２３】
まず、水素システム２００の停止制御が開始されると、電圧印加器２１によるアノードＡＮおよびカソードＣＡ間の電圧が低下される。例えば、両者間の電圧がゼロボルトに設定されてもよい。
【０１２４】
次に、ステップＳ１２で、時間の経過とともにポンプ出力を漸減させるようにポンプ５を制御する。
【０１２５】
次に、ステップＳ１３で、電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度以下かどうかが判定される。ステップＳ１３の「所定温度」として、例えば、約３０℃程度を挙げることができるが、これに限定されない。
【０１２６】
ここで、電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度を上回る場合（ステップＳ１３で「Ｎｏ」の場合）、このままの状態が維持される。
【０１２７】
電気化学式水素ポンプ１００のスタック温度が、所定温度以下になった場合（ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」の場合）、次のステップに進み、ステップＳ１５で、ポンプ出力を停止させるようにポンプ５を制御する。このようにして、図８のステップＳ１１の動作とステップＳ１４の動作を省略することで、異常発生による水素システム２００の停止制御が行われる。
【０１２８】
以上により、本変形例の水素システム２００は、水素含有ガスの供給源異常に起因する水素含有ガス供給が不能であるとき、システムの停止制御を適切に行うことができる。
【０１２９】
本実施形態の水素システム２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態のいずれかの水素システム２００と同様であってもよい。
【０１３０】
第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態および第５実施形態の変形例は、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、再起動時における水素圧縮動作の効率低下を従来よりも抑制し得る水素システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１      ：アノードガス供給路
２      ：リサイクル流路
２Ａ    ：箇所
３      ：排水路
３Ａ    ：排水路
３Ｂ    ：排水路
４      ：循環経路
５      ：ポンプ
５Ａ    ：ポンプ
５Ｂ    ：ポンプ
６      ：気液分離器
６Ａ    ：貯水部
７      ：凝縮器
８      ：冷却器
１０    ：流量調整器
１３    ：排水路
１５    ：ポンプ
２０    ：電解質膜
２１    ：電圧印加器
５０    ：制御器
１００  ：電気化学式水素ポンプ
２００  ：水素システム
ＡＮ    ：アノード
ＣＡ    ：カソード
【要約】
水素システムは、電解質膜を挟んで配置されるアノードとカソードの間に電圧を印加することにより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、圧縮した水素を生成する圧縮機と、アノードに供給される水素含有ガスが流れるアノードガス供給路と、アノードから排出された後、アノードガス供給路に合流するアノードオフガスが流れるリサイクル流路と、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられ、リサイクル流路外、またはアノードガス供給路外に液水を排出するための排水路と、リサイクル流路、またはリサイクル流路が合流する箇所よりも下流のアノードガス供給路に設けられたポンプと、圧縮機の運転を停止する際に、印加電圧を低下させた状態で、ポンプを動作させる制御器と、を備える。【図１】
0006979635.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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