(57)【要約】  軽量かつコンパクトな構造を実現でき、かつ、接触抵抗の増加による効率の低下を抑制できる電気化学式水素ポンプ。電気化学式水素ポンプ（２４）は、アノードセパレータ（７）、アノード拡散層（５）、アノード電極層（３）、電解質膜（２）、カソード電極層（４）、カソード拡散層（６）、およびカソードセパレータ（８）を有する単電池セル（ｍ１〜ｍ３）と、アノード拡散層（５）およびカソード拡散層（６）を挟み込む位置に圧力空間が設けられている。圧力空間は、アノード側部材に設けられるアノード圧力空間（２７）、および、カソード側部材に設けられるカソード圧力空間（２８）を含む。
2020095836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードセパレータ、アノード拡散層、アノード電極層、電解質膜、カソード電極層、カソード拡散層、およびカソードセパレータを有する少なくとも１つの単電池セルと、
前記少なくとも１つの単電池セルを挟むように設けられるアノード側部材およびカソード側部材と、を備え、
前記アノード拡散層および前記カソード拡散層を挟み込む位置に圧力空間が設けられており、
前記圧力空間は、前記アノード側部材に設けられるアノード圧力空間、および、前記カソード側部材に設けられるカソード圧力空間を含む、
電気化学式水素ポンプ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの単電池セルと、前記アノード側部材および前記カソード側部材の少なくとも一方との間に、電源と接続される電源接続部材をさらに備え、
前記圧力空間は、
前記電源接続部材よりも、前記少なくとも１つの単電池セルの積層方向の外側に位置している、
請求項１に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項３】
前記圧力空間は、
第１導入路を介してカソードマニホールドと連通しており、
前記カソード電極層は、
第２導入路を介して前記カソードマニホールドと連通している、
請求項１に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項４】
前記圧力空間は、
前記少なくとも１つの単電池セルの積層方向と平行な中心軸を有する円筒形状であり、
前記圧力空間の中心軸と同一の中心軸を有するシールで取り囲まれている、
請求項３に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項５】
前記第１導入路および前記第２導入路は、
前記圧力空間の中心軸と平行な中心軸を有するシールで取り囲まれている、
請求項４に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項６】
前記圧力空間を取り囲むシールおよび前記第１導入路を取り囲むシールを、前記積層方向に垂直な１つの平面に投影してなる第１の図形は、
前記カソード電極層を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第２の図形と合同である、
請求項５に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項７】
前記圧力空間を取り囲むシールおよび前記第１導入路を取り囲むシールを、前記積層方向に垂直な１つの平面に投影してなる第３の図形は、
前記カソード電極層を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第４の図形よりも面積が大きく、
前記第４の図形は、前記第３の図形に包含される、
請求項５に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項８】
前記第１導入路および前記第２導入路のそれぞれが複数段の階段状に設けられた場合に、前記第１導入路を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記積層方向と垂直な１つの平面に投影してなる第５の図形の面積は、
前記第１導入路および前記第２導入路のそれぞれが１段の階段状に設けられた場合に、前記第１導入路を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第６の図形よりも面積が小さい、
請求項５に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項９】
前記アノード圧力空間は、
前記積層方向から見たときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第１空間部と、
前記第１空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路を包含するように形成された第２空間部と、
を含み、
前記カソード圧力空間は、
前記積層方向からみたときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第３空間部と、
前記第３空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向から見たときに前記第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向から見たときに前記第２導入路を包含するように形成された第４空間部と、
を含む、
請求項３に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項１０】
前記アノード圧力空間は、
前記積層方向から見たときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第１空間部と、
前記第１空間部と連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第２空間部と、
前記第２空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第２空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第５空間部と、
を含み、
前記カソード圧力空間は、
前記積層方向からみたときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第３空間部と、
前記第３空間部と連通し、前記積層方向と垂直な方向から見たときに前記第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向から見たときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第４空間部と、
前記第４空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第４空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第６空間部と、
を含み、
前記積層方向からみたときに、前記第２導入路全体が、前記第２空間部及び前記第５空間部の少なくとも一方に包含され、
前記積層方向からみたときに、前記第２導入路全体が、前記第４空間部及び前記第６空間部の少なくとも一方に包含される、
請求項３に記載の電気化学式水素ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素を圧縮する電気化学式水素ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料とする家庭用燃料電池は、その開発の進展とともに普及が進んでいる。さらに、近年では、家庭用燃料電池と同様に、水素を燃料とする燃料電池車の量産、市販が開始されるに至っている。しかしながら、家庭用燃料電池が既存の都市ガスおよび既存の商用電力を利用できるのに対し、燃料電池車には水素インフラが不可欠である。【０００３】
したがって、今後、燃料電池車が拡大普及するためには、水素インフラとしての水素ステーションの拡充が必要である。しかしながら、現在の水素ステーションには大規模な設備および用地が必要であり、膨大な費用がかかる。この点が、燃料電池車が普及するために解決すべき大きな課題となっている。【０００４】
そこで、大型の水素ステーションに代わるものとして、コンパクトで安価な小型の家庭用水素充填装置の開発が望まれている。この小型水素充填装置の開発において最も重要なことは、水素を圧縮する圧縮機の開発であり、現在、電気化学的に水素を昇圧できる電気化学式水素ポンプが注目されている。【０００５】
電気化学式水素ポンプは、従来の機械式水素圧縮装置に比べ、コンパクトであること、効率が高いこと、機械的動作部分がないのでメンテナンスが必要ないこと、騒音がほとんどないこと、といった多くのメリットがあり、その開発および実用化が切望されている。【０００６】
現在、小型水素充填装置用として想定されている方式は、家庭用燃料電池の燃料改質装置を使って発生した水素を、燃料電池としての運転が停止している時に、電気化学式水素ポンプを使って電気化学的に水素を圧縮する方法である。このような電気化学式水素ポンプによれば、上述したメリットのほかにも以下のメリットがある。【０００７】
すなわち、燃料改質装置を使って発生させることができる水素の濃度は高々７５％であるが、電気化学式水素ポンプでは、燃料電池車に必要とされる、ほぼ１００％の濃度の水素を発生させることができる。さらに、電気化学式水素ポンプでは、その水素を、原理的には、燃料電池車に充填可能な超高圧力まで昇圧することができる。【０００８】
また、電気化学式水素ポンプの構造は、家庭用燃料電池の中の発電スタックとほぼ同様である。よって、既に量産化されている燃料電池の部材の生産ラインをそのまま利用し、部材のコストを低減できる可能性がある。【０００９】
一方、電気化学式水素ポンプでは、燃料電池の発電スタックと異なり、アノード極とカソード極との間に介在する電解質膜を支持する構造として、特殊な構造が必要となる。その理由は、燃料電池車に水素を充填できるように、カソード極の圧力を、低圧水素を供給するアノード極の圧力よりも、極めて高圧にする必要があるためである。【００１０】
図１Ａ、図１Ｂに従来の燃料電池の発電スタック１の構造を示す。図１Ａは、発電スタック１のカソード出入り口を含む模式断面図である。図１Ｂは、発電スタック１のアノード出入り口を含む模式断面図である。【００１１】
発電スタック１では、図１Ａ、図１Ｂに示すように、単電池セルｍ１、単電池セルｍ２、単電池セルｍ３が積層されている。単電池セルは、「単セル」または「セル」と言ってもよい。また、ここでは、３つの単電池セルが積層される場合を例に挙げるが、単電池セルの数は、これに限定されない。【００１２】
単電池セルｍ１、単電池セルｍ２、単電池セルｍ３は、全て同じ構造である。ここでは例として、最上段の単電池セルｍ１について説明する。【００１３】
単電池セルｍ１では、アノード電極層３およびカソード電極層４が形成された電解質膜２を、アノード拡散層５およびカソード拡散層６が挟み込んでいる。さらに、その外側をアノードセパレータ７およびカソードセパレータ８が挟み込でいる。【００１４】
また、ガスが外部に漏れないようにするために、アノード拡散層５の周囲にはシール９ｂが、カソード拡散層６の周囲にはシール９ａが、電解質膜２の周囲にはシール９ｃが、それぞれ設けられている。【００１５】
単電池セルｍ２および単電池セルｍ３は、単電池セルｍ１と同様の積層構造である。下から順に単電池セルｍ３、単電池セルｍ２、単電池セルｍ１を積み重ねた後、その外側をアノード絶縁板１１およびカソード絶縁板１２で挟み込む。さらに、その外側をアノード端板１３およびカソード端板１４で挟み込んだ後、ボルト１５とナット１０で締結する。【００１６】
この発電スタック１を水素ポンプとして使用する場合、アノード入口１６は低圧水素の供給口として使用され、アノード出口１７は余剰な低圧水素を回収するために使用される。つまり、アノード入口１６から供給された低圧水素は、アノード入口マニホールド２１ａと、各単電池セルのアノード入口横導入路２１ｂと、各単電池セルのアノード入口縦導入路２１ｃを通って、アノード拡散層５に流入する。余剰な水素は、各単電池セルのアノード出口縦導入路２１ｄと、アノード出口横導入路２１ｅと、アノード出口マニホールド２１ｆを通ってアノード出口１７から回収される。【００１７】
一方、後述の電気化学反応によって発生する各単電池セルのカソード拡散層６内の高圧水素は、カソード入口縦導入路２２ｃ、カソード入口横導入路２２ｂ、およびカソード入口マニホールド２２ａを介して、カソード入口１８から取り出される。【００１８】
なお、通常、カソード出口１９は使われないので封止されているが、場合によっては、上記高圧水素を、カソード出口縦導入路２２ｄ、カソード出口横導入路２２ｅ、およびカソード出口マニホールド２２ｆを介して、カソード出口１９から取り出すことも可能である。【００１９】
このように、アノード拡散層５に低圧の水素を流した状態で、電源２０により、単電池セルｍ３のアノードセパレータ７と単電池セルｍ１のカソードセパレータ８との間に電圧をかける。これにより、各単電池セルのアノード電極層３では、式（１）に示すように、水素がプロトンと電子とに解離する。
アノード電極：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（１）【００２０】
アノード電極層３で解離したプロトンは、水分子を同伴して電解質膜２を移動する。一方、アノード電極層３で解離した電子は、アノード拡散層５からアノードセパレータ７を通り、他の単電池セルおよび電源２０を介して、カソードセパレータ８およびカソード拡散層６、さらにはカソード電極層４に移動する。【００２１】
また、カソード電極側では、下記式（２）に示すように、電解質膜２を移動してきたプロトンと、カソード拡散層６から伝わってきた電子とによる還元反応が行われ、水素が生成される。このとき、カソード入口１８を閉止すると、カソード拡散層６内の水素ガス圧が上昇し、高圧の水素ガスとなる。
カソード電極：２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２（高圧）・・・（２）【００２２】
ここで、アノード側の水素の圧力Ｐ１と、カソード側の水素の圧力Ｐ２と、電圧Ｅとの関係は、下記式（３）で示される。
Ｅ＝（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）＋ｉｒ・・・（３）【００２３】
式（３）において、Ｒは気体定数（８．３１４５Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｔは単電池セルの温度（Ｋ）、Ｆはファラデー定数（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、Ｐ２はカソード側圧力、Ｐ１はアノード側圧力、ｉは電流密度（Ａ／ｃｍ２）、ｒは単電池セル抵抗（Ω・ｃｍ２）を示している。【００２４】
式（３）から明らかなように、電圧を上げればカソード側の水素の圧力Ｐ２が上昇することが分かる。【００２５】
しかしながら、カソード側の水素の圧力Ｐ２が上昇し、アノード側の水素の圧力Ｐ１との差圧が大きくなるにつれ、カソード拡散層６とカソードセパレータ８との接触圧力、および、カソード拡散層６とカソード電極層４との接触圧力が低下し、抵抗が増大する。その結果、電気化学式水素ポンプとしての効率が低下するという問題がある。【００２６】
図１Ｃを参照して、この現象を説明する。図１Ｃは、図１Ａに示した発電スタック１のカソード出入り口を含む断面の一部を示す図である。図１Ｃでは、カソード拡散層６が収納されている空間が、カソード側の水素の圧力Ｐ２の上昇により膨張した様子を１つの単電池セル（例えば、単電池セルｍ１）のみにおいて表現している。【００２７】
カソード側の水素の圧力Ｐ２が上昇すると、図１Ｃに示すように、カソードセパレータ８には、上方向の矢印で示す力Ａ１が加わり、アノードセパレータ７には、下方向の矢印で示す力Ａ２が加わる。よって、カソードセパレータ８は上方へ撓み、アノードセパレータ７は下方へ撓む。【００２８】
これにより、カソード拡散層６が収納されている空間が積層方向（図中の上下方向）に広がり、カソード拡散層６とカソードセパレータ８との接触圧力、および、カソード拡散層６とカソード電極層４との接触圧力が低下し、接触抵抗が増大する。一定の水素を昇圧するための電流は一定であるが、この電流を流すために必要な電圧が大きくなり、一定の水素を昇圧するための電力がより多く必要になる。つまり、水素ポンプとしての効率が低下する。【００２９】
したがって、発電スタック１を水素ポンプとして使って昇圧できる水素の圧力はあまり高くないため、燃料電池車に水素を十分に充填することはできない。そこで、一般的な燃料電池の発電スタックを水素ポンプとして使用し、高圧側と低圧側の圧力差があってもセパレータの変位が生じないようにする構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。【００３０】
図２に、特許文献１の電気化学式水素ポンプ２３の模式断面図を示す。図２では、図１Ａ〜図１Ｃと同じ構成要素には同一の符号を付している。【００３１】
電気化学式水素ポンプ２３は、以下のように作成される。【００３２】
まず、箱型端板１３ａの中に、下から順に、アノード絶縁板１１、単電池セルｍ３、単電池セルｍ２、単電池セルｍ１、カソード絶縁板１２を収容する。【００３３】
次に、サラバネ１４ｄ、フォルダー１４ｃ、およびシリンダー１４ａが取り付けられた状態の蓋型端板１４ｂを箱型端板１３ａの上に載置する。【００３４】
次に、プレス機（図示略）を用いて、箱型端板１３ａと蓋型端板１４ｂとが密着するまで圧縮する。この圧縮状態のときに、ボルト１５で箱型端板１３ａと蓋型端板１４ｂとを固定する。【００３５】
なお、シリンダー１４ａは、シール９ｄを介して蓋型端板１４ｂの内部の空間１４ｂａに取り付けられる。シリンダー１４ａは、空間１４ｂａ内において、±ｙ方向（図中の上下方向）に移動自在である。【００３６】
＜電気化学式水素ポンプ２３の作用＞
電気化学式水素ポンプ２３では、アノード絶縁板１１、単電池セルｍ１、単電池セルｍ２、単電池セルｍ３、およびカソード絶縁板１２は、シリンダー１４ａおよびフォルダー１４ｃを介してサラバネ１４ｄの復元力を受けることにより、箱型端板１３ａの底面に押しつけられている。これにより、単電池セルｍ１、単電池セルｍ２、単電池セルｍ３それぞれの内部では、アノード側とカソード側それぞれの電極層、拡散層、およびセパレータは、電解質膜に押し付けられる。よって、接触抵抗を低く抑制できる。【００３７】
この状態から、電気化学反応によりカソード側の水素の圧力が高くなると、カソードセパレータには電解質膜から離れようとする力が働く。しかしながら、カソード側の水素は空間１４ｂａにも案内されているので、この水素の圧力により、シリンダー１４ａには、カソードセパレータを電解質膜に近づけようとする力が働く。結局、両方の力が相殺されることになる。したがって、アノード側とカソード側それぞれの電極層、拡散層、およびセパレータが電解質膜に押し付けられる力は、水素の圧力の大きさに関わらず、サラバネ１４ｄの復元力による力だけに保たれることになる。【００３８】
よって、アノード側とカソード側とで差圧があっても、セパレータに撓みが生じることがなく、接触抵抗は増加しないとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００６−３１６２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
しかしながら、図２に示した構成において、接触抵抗の増加が十分小さくなるようにセパレータの撓みを抑制するためには、箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂそれぞれの剛性を十分大きくする必要がある。すなわち、水素の圧力が高圧になっても、セパレータの±ｙ方向への変形が極めて小さくなるようにする必要がある。【００４１】
そのためには、箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂそれぞれの肉厚を十分に大きくしなければならない。よって、各部材の重量が極めて大きくなり、家庭用水素充填装置としては取り扱いが困難であり、かつ、コスト低減の障害となるという問題がある。【００４２】
本開示の一態様の目的は、軽量かつコンパクトな構造を実現でき、かつ、接触抵抗の増加による効率の低下を抑制できる電気化学式水素ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本開示の一態様に係る電気化学式水素ポンプは、アノードセパレータ、アノード拡散層、アノード電極層、電解質膜、カソード電極層、カソード拡散層、およびカソードセパレータを有する少なくとも１つの単電池セルと、前記少なくとも１つの単電池セルを挟むように設けられるアノード側部材およびカソード側部材と、を備え、前記アノード拡散層および前記カソード拡散層を挟み込む位置に圧力空間が設けられており、前記圧力空間は、前記アノード側部材に設けられるアノード圧力空間、および、前記カソード側部材に設けられるカソード圧力空間を含む。
【発明の効果】
【００４４】
本開示によれば、軽量かつコンパクトな構造を実現でき、かつ、接触抵抗の増加による効率の低下を抑制できる電気化学式水素ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】従来の燃料電池の発電スタックのカソード出入り口を含む模式断面図
【図１Ｂ】従来の燃料電池の発電スタックのアノード出入り口を含む模式断面図
【図１Ｃ】図１Ａに示した断面の一部における状態の一例を示す図
【図２】特許文献１の電気化学式水素ポンプの模式断面図
【図３Ａ】本開示の実施の形態１に係る電気化学式水素ポンプのカソードマニホールドを含む模式断面図
【図３Ｂ】本開示の実施の形態１に係る電気化学式水素ポンプのアノードマニホールドを含む模式断面図
【図３Ｃ】本開示の実施の形態１に係る電気化学式水素ポンプの各シールの中心線を、積層方向と垂直な１つの平面に投影した各図形を示す図
【図３Ｄ】本開示の実施の形態２に係る電気化学式水素ポンプの各シールの中心線を、積層方向と垂直な１つの平面に投影した各図形を示す図
【図３Ｅ】本開示の実施の形態３に係る電気化学式水素ポンプの各シールの中心線を、積層方向と垂直な１つの平面に投影した各図形を示す図
【図４】本開示の実施の形態２に係る電気化学式水素ポンプのカソードマニホールドを含む模式断面図
【図５】本開示の実施の形態３に係る電気化学式水素ポンプのカソードマニホールドを含む模式断面図
【図６】電気化学式水素ポンプの評価装置の模式断面図
【図７】従来の燃料電池の発電スタック、特許文献１の電気化学式水素ポンプ、および、本開示の実施の形態１〜３に係る電気化学式水素ポンプを、図６の電気化学式水素ポンプの評価装置で評価した結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本開示の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００４７】
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る電気化学式水素ポンプ２４について、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４のカソード出入り口を含む模式断面である。図３Ｂは、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４のアノード出入り口を含む模式断面図である。
【００４８】
＜全体構成＞
図３Ａ、図３Ｂに示す電気化学式水素ポンプ２４は、図１Ａ、図１Ｂに示した発電スタック１と同様に、３つの単電池セルｍ１、ｍ２、ｍ３が積層されている。
【００４９】
電気化学式水素ポンプ２４は、下から順に、アノード端板１３、アノード絶縁板１１、Ａ端セパレータ７ａ、単電池セルｍ３、単電池セルｍ２、単電池セルｍ１、Ｃ端セパレータ８ａ、Ｃ圧力プレート８ｂ、カソード絶縁板１２、カソード端板１４が積層され、それらが互いに密着した状態でボルト１５とナット１０により締結された構造である。
【００５０】
電源２０は、Ａ端セパレータ７ａおよびＣ圧力プレート８ｂのそれぞれに接続される。Ａ端セパレータ７ａおよびＣ圧力プレート８ｂは、「電源接続部材」の一例に相当する。
【００５１】
電気化学式水素ポンプ２４は、アノード圧力空間２７およびカソード圧力空間２８（ともに、圧力空間の一例に相当）を備える点が、上述した発電スタック１および電気化学式水素ポンプ２３と異なる。
【００５２】
アノード圧力空間２７は、アノード絶縁板１１（アノード側部材の一例）に形成されている。また、カソード圧力空間２８は、Ｃ圧力プレート８ｂ（カソード側部材の一例）に形成されている。
【００５３】
アノード圧力空間２７は、カソード入口横導入路２２ｇおよびカソード入口縦導入路２２ｈを介して、カソード入口マニホールド２２ａ（カソードマニホールドの一例）と連通している。また、アノード圧力空間２７は、カソード出口横導入路２２ｉおよびカソード出口縦導入路２２ｊを介して、カソード出口マニホールド２２ｆ（カソードマニホールドの一例）と連通している。
【００５４】
カソード圧力空間２８は、カソード入口横導入路２２ｋおよびカソード入口縦導入路２２ｌを介して、カソード入口マニホールド２２ａと連通している。また、カソード圧力空間２８は、カソード出口横導入路２２ｍおよびカソード出口縦導入路２２ｎを介して、カソード出口マニホールド２２ｆと連通している。
【００５５】
なお、図３Ａに示した各種導入路２２ｇ〜２２ｎは、「第１導入路」の一例に相当する。また、図３Ａに示した各種導入路２２ｂ〜２２ｅは、「第２導入路」の一例に相当する。
【００５６】
アノード圧力空間２７およびカソード圧力空間２８は、例えば、積層方向（図中の±ｙ方向。換言すれば、図中の上下方向）と平行な中心軸を有する円筒形状である。
【００５７】
なお、本実施の形態において、第１空間部（例えば、アノード圧力空間２７）と、第２空間部（例えば、導入路２２ｇ、２２ｉ）とを含む空間を、アノード圧力空間と言ってもよい。第１空間部は、積層方向（真上。以下同様）から見たときにカソード拡散層６を包含するように形成されている。第２空間部は、第１空間部およびカソードマニホールド（例えば、カソード入口マニホールド２２ａ、カソード出口マニホールド２２ｆ）と連通し、積層方向と垂直な方向からみたときに第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向からみたときに第２導入路（例えば、導入路２２ｂ〜２２ｅ）を包含するように形成されている。
【００５８】
また、本実施の形態において、第３空間部（例えば、カソード圧力空間２８）と、第４空間部（導入路２２ｋ、２２ｍ）とを含む空間を、カソード圧力空間と言ってもよい。第３空間部は、積層方向からみたときにカソード拡散層６を包含するように形成されている。第４空間部は、第３空間部およびカソードマニホールド（例えば、カソード入口マニホールド２２ａ、カソード出口マニホールド２２ｆ）と連通し、積層方向と垂直な方向から見たときに第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向から見たときに第２導入路（例えば、導入路２２ｂ〜２２ｅ）を包含するように形成されている。
【００５９】
また、第１空間部と第３空間部は、カソード拡散層６に対応した形状であり、第２空間部と第４空間部は、第２導入路に対応した形状であることが好ましい。それらの形状は円形であることが好ましい。
【００６０】
＜各部品の説明＞
電解質膜２は、陽イオン透過膜であり、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（商品名、旭化成株式会社製）等を用いることができる。電解質膜２のアノード側の面には、例えばＲｕＩｒＦｅＯｘ触媒を含むアノード電極層３が設けられている。電解質膜２のカソード側の面には、例えば白金触媒を含むカソード電極層４が設けられている。
【００６１】
アノード拡散層５は、カソード拡散層６内の高圧水素による電解質膜２の押し付けに耐え得る必要がある。そのため、アノード拡散層５としては、例えば、チタン繊維焼結体またはチタン粉末焼結体の表面に白金メッキを施したもの等、導電性の多孔質体を用いることができる。
【００６２】
カソード拡散層６としては、例えば、高弾性な黒鉛化炭素繊維（炭素繊維を２０００℃以上の高温で処理して黒鉛化を進行させたもの）、または、チタン粉末焼結体の表面に白金メッキを施した多孔質体等であって、ペーパー状にしたものを用いることができる。
【００６３】
シール９ａ〜９ｊ、アノード絶縁板１１、およびカソード絶縁板１２としては、例えば、フッソゴムを圧縮成形によって製作したものを用いることができる。
【００６４】
シール９ａ、９ｅ、９ｊは、例えば、カソード圧力空間２８（またはアノード圧力空間２７）の中心軸と同一の中心軸を有する囲繞形状（例えば、円環状）である。また、シール９ｄ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｋは、例えば、カソード圧力空間２８（またはアノード圧力空間２７）の中心軸と平行な中心軸を有する囲繞形状（例えば、円環状）である。
【００６５】
アノード端板１３、Ａ端セパレータ７ａ、アノードセパレータ７、カソードセパレータ８、Ｃ端セパレータ８ａ、Ｃ圧力プレート８ｂ、およびカソード端板１４は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌの板材を切削加工することにより、拡散層を収納する空間などが形成されたものを用いることができる。
【００６６】
＜圧力空間＞
シール９ｅは、カソード圧力空間２８を取り囲んでいる。
【００６７】
シール９ｆは、カソード入口マニホールド２２ａとカソード圧力空間２８とを連通させるカソード入口横導入路２２ｋおよびカソード入口縦導入路２２ｌを取り囲んでいる。
【００６８】
シール９ｇは、カソード出口マニホールド２２ｆとカソード圧力空間２８とを連通させるカソード出口横導入路２２ｍおよびカソード出口縦導入路２２ｎを取り囲んでいる。
【００６９】
ここで、シール９ｅ、９ｆ、９ｇそれぞれの中心線を、９ｅｃ、９ｆｃ、９ｇｃとする。この場合、図３Ｃに示す図形αは、９ｅｃと９ｆｃと９ｇｃを、積層方向つまり±ｙ方向（図中の上下方向。以下同じ）に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【００７０】
シール９ｊは、アノード圧力空間２７を取り囲んでいる。
【００７１】
シール９ｈは、カソード入口マニホールド２２ａとアノード圧力空間２７とを連通させるカソード入口横導入路２２ｇおよびカソード入口縦導入路２２ｈを取り囲んでいる。
【００７２】
シール９ｉは、カソード出口マニホールド２２ｆとアノード圧力空間２７とを連通させるカソード出口横導入路２２ｉおよびカソード出口縦導入路２２ｊを取り囲んでいる。
【００７３】
ここで、シール９ｈ、９ｊ、９ｉそれぞれの中心線を、９ｈｃ、９ｊｃ、９ｉｃとする。この場合、図３Ｃに示す図形βは、９ｈｃ、９ｊｃ、９ｉｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。この図形βは、図形αと合同である。
【００７４】
シール９ａは、カソード拡散層６を取り囲んでいる。
【００７５】
シール９ｄは、カソード入口マニホールド２２ａとカソード拡散層６とを連通させるカソード入口横導入路２２ｂおよびカソード入口縦導入路２２ｃを取り囲んでいる。
【００７６】
シール９ｋは、カソード出口マニホールド２２ｆとカソード拡散層６とを連通させるカソード出口横導入路２２ｅおよびカソード出口縦導入路２２ｄを取り囲んでいる。
【００７７】
ここで、シール９ａ、９ｄ、９ｋそれぞれの中心線を、９ａｃ、９ｄｃ、９ｋｃとする。この場合、図３Ｃに示す図形γは、９ａｃ、９ｄｃ、９ｋｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。この図形γは、図形α、βと合同である。
【００７８】
図形α、βは、「第１の図形」の一例に相当する。また、図形γは、「第２の図形」の一例に相当する。
【００７９】
なお、上記説明では、図形α、β、γが合同である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、図形α、β、γのうち、少なくとも１つの図形の面積は、他の図形の面積より大きくてもよい。すなわち、図３Ａに示した各シールは、対象（例えば、アノード圧力空間２７、カソード圧力空間２８、カソード電極層６、各種導入路）を取り囲むことが可能な面積を有していればよく、全てのシールの面積が同じである必要はない。
【００８０】
＜圧力空間の作用＞
図１Ａ、図１Ｂに示した発電スタック１を水素ポンプとして使用する場合と同様に、図３Ｂに示したアノード入口１６からアノード出口１７に向かって低圧の水素を流した状態で、電源２０から電流を流すと、電気化学反応によって、水素ガスがカソード拡散層内６に発生する。このとき、図３Ａに示したカソード入口１８およびカソード出口１９を閉止しておくと、水素の容積は一定であるにも拘わらず、流した電流に比例してアノード側の水素がカソード側に移動する。よって、カソード拡散層６内の水素の圧力は徐々に上昇する。この圧力の上昇によって、カソードセパレータ８は＋ｙ方向に押され、アノードセパレータ７は電解質膜２とアノード拡散層５を介して−ｙ方向に押される。
【００８１】
ここで、高圧になった水素は、カソード圧力空間２８およびアノード圧力空間２７にも案内される。
【００８２】
よって、例えば、単電池セルｍ１のカソードセパレータ８は、Ｃ圧力プレート８ｂおよびカソード端セパレータ８ａを介して、カソード圧力空間２８、カソード入口横導入路２２ｋ、カソード入口縦導入路２２ｌ、カソード出口横導入路２２ｍ、およびカソード出口縦導入路２２ｎ内の高圧水素による−ｙ方向の力（水素の圧力と図形αの面積の積）を受ける。
【００８３】
その一方で、単電池セルｍ１のカソードセパレータ８は、カソード拡散層６、カソード入口横導入路２２ｂ、カソード入口縦導入路２２ｃ、カソード出口横導入路２２ｅ、およびカソード出口縦導入路２２ｄ内の高圧水素による＋ｙ方向の力（水素の圧力と図形γの面積の積）を受ける。
【００８４】
ここで、−ｙ方向の力と＋ｙ方向の力は互いに打ち消しあうので、単電池セルｍ１のカソードセパレータ８にかかる力は僅かとなる。その結果、カソードセパレータ８の撓みが僅かとなる。
【００８５】
同様に、単電池セルｍ１のカソード拡散層６内の水素による力、単電池セルｍ２のカソード拡散層６内の水素による力、単電池セルｍ３のカソード拡散層６内の水素による力、アノード圧力空間２７等内の水素による力がそれぞれ打ち消しあう。よって、カソードセパレータ８およびアノードセパレータ７にかかる力は僅かであるので、それらの撓みは僅かとなる。なお、上記「アノード圧力空間２７等内の水素による力」とは、アノード圧力空間２７、カソード入口横導入路２２ｇ、カソード入口縦導入路２２ｈ、カソード出口横導入路２２ｉ、およびカソード出口縦導入路２２ｊ内の水素による力（水素の圧力とβの面積の積）をいう。
【００８６】
以上のように、電気化学式水素ポンプ２４では、カソード拡散層６が収納されている空間が積層方向（±ｙ方向）へ広がることを抑制できる。よって、カソード拡散層６とカソードセパレータ８との接触圧力、および、カソード拡散層６とカソード電極層４との接触圧力の低下による、接触抵抗の増大を抑制できる。
【００８７】
＜評価装置＞
電気化学式水素ポンプ２４の評価装置３１について、図６を用いて説明する。図６は、電気化学式水素ポンプ２４の評価装置３１の模式断面図である。
【００８８】
図６に示すように、評価装置３１は、電源２０、水素ボンベ３２、そのバルブ４５、レギュレータ３３、バブラー３４、ヒーター３５、気液分離装置３６、冷却装置３７、圧力計３８、排気バルブ３９、窒素ボンベ４０、そのバルブ４４、希釈装置４１、排気口４２、三方弁４３を有する。
【００８９】
評価装置３１は、電源２０から電気化学式水素ポンプ２４へ電流を流し、水素ボンベ３２およびレギュレータ３３により、電気化学式水素ポンプ２４に低圧水素を供給する。この低圧水素は、バブラー３４およびヒーター３５によって加湿されている。
【００９０】
電気化学式水素ポンプ２４で使用されなかった余剰水素は、気液分離装置３６および冷却装置３７により露点を下げられる。
【００９１】
また、高圧側では圧力計３８で水素の圧力を測定する。圧力計３８の下流の排気バルブ３９は、基本的には閉状態であり、水素の圧力が一定値以上になると開状態となる。
【００９２】
ただし、排気バルブ３９の開度は、圧力損失が十分に発生するように調整されるとする。つまり、排気バルブ３９を通過した水素の圧力が、排気バルブ３９で発生した圧力損失によって、ほぼ大気圧（大気圧の１．０５倍程度）にまで低下するように、排気バルブ３９の開度は調整される。
【００９３】
ほぼ大気圧程度にまで減圧された水素は、気液分離装置３６および冷却装置３７によって露点を下げられる。その後、その水素は、窒素ボンベ４０から供給される窒素によって希釈装置４１の内部で希釈された後、排気口４２から屋外等へ排出される。
【００９４】
＜評価プロセス＞
評価装置３１を用いて、電気化学式水素ポンプ２４を評価するための評価プロセス（１）〜（９）について、以下に説明する。なお、以下では、ヒーター３５は６５℃に設定し、冷却装置３７は２０℃に設定した場合を例に挙げて説明する。
【００９５】
（１）図６に示したように、電気化学式水素ポンプ２４を評価装置３１に接続する。
（２）三方弁４３を大気開放側（矢印Ａ）から密閉側（矢印Ｂ）へ切り替える。
（３）窒素ボンベ４０のバルブ４４を操作して、窒素ボンベ４０から希釈装置４１へ窒素を供給する。
（４）水素ボンベ３２のバルブ４５およびレギュレータ３３を操作して、低圧（圧力比０．０５）の水素を電気化学式水素ポンプ２４に供給する。
（５）電源２０をＯＮにし、電極面積から計算して１．０（Ａ／ｃｍ２）となるように電流値を設定する。
（６）圧力計３８が目標圧力（圧力比１００）に達するまでの間において、圧力比が１０.０上昇するごとに、電源２０に表示される電圧および電流を記録する。記録した電流および電圧から抵抗を算出する。
（７）電源２０をＯＦＦにし、バルブ４５を操作して水素の供給を停止し、続いてバルブ４４を操作して窒素の供給を停止する。
（８）三方弁４３を密閉側（矢印Ｂ）から大気開放側（矢印Ａ）に切り替える。
（９）電気化学式水素ポンプ２４を評価装置３１から取り外す。
【００９６】
＜評価結果＞
発電スタック１（図１Ａ、図１Ｂ参照）を水素ポンプとして用い、上述した評価プロセスを行った。また、特許文献１の電気化学式水素ポンプ２３（図２参照）に対しても、上述した評価プロセスを行った。電気化学式水素ポンプ２４、発電スタック１、および電気化学式水素ポンプ２３それぞれの評価結果を図７に示す。図７において、横軸は圧力比、縦軸は抵抗比である。
【００９７】
図７において、円形の各プロット点ａは、発電スタック１に対して上記評価プロセスを行った結果得られた圧力比および抵抗比を示している。また、四角形の各プロット点ｂは、電気化学式水素ポンプ２４に対して上記評価プロセスを行った結果得られた圧力比および抵抗比を示している。また、三角形の各プロット点ｅは、電気化学式水素ポンプ２３に対して上記評価プロセスを行った結果得られた圧力比および抵抗比を示している。
【００９８】
なお、円形の各プロット点ｄについては後述の実施の形態２で説明し、菱形の各プロット点ｃについては後述の実施の形態３で説明する。
【００９９】
発電スタック１の評価結果を示す各プロット点ａでは、圧力比の上昇とともに抵抗比が増加している。これは、単電池セルｍ１、ｍ２、ｍ３それぞれのカソード拡散層６内の水素の圧力により、カソードセパレータ８およびアノードセパレータ７が撓み、カソード拡散層６が収納されている空間が積層方向（±ｙ方向）へ広がったことにより、カソード拡散層６とカソードセパレータ８との接触圧力、および、カソード拡散層６とアノード電極層４との接触圧力が低下し、接触抵抗が増加したためと考えられる。
【０１００】
一方、電気化学式水素ポンプ２３の評価結果を示す各プロット点ｅでは、圧力比が上昇しても、抵抗比は全く増加していない。これは、カソード拡散層６内の水素の圧力による力と、圧力空間１４ｂａ（図２参照）内の水素の圧力による力とが打ち消しあい、かつ、圧力空間１４ｂａ内の水素の圧力が高くなっても、箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂが全く変形しないためと考えられる。
【０１０１】
箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂが全く変形しないためには、箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂの剛性が極めて高いことが必要であり、各々の部品の肉厚を厚くする必要がある。図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示した単電池セルｍ１、ｍ２、ｍ３を全て同じサイズとした場合、電気化学式水素ポンプ２３の重量は、発電スタック１と比べて、約２.５倍であった。よって、電気化学式水素ポンプ２３は、家庭用の水素ポンプとしては、重すぎて取り扱いが困難であるという問題がある。
【０１０２】
上述した各プロット点ａ、ｅに対し、電気化学式水素ポンプ２４の評価結果を示す各プロット点ｂでは、圧力比の上昇とともに抵抗比は増加するものの、増加する抵抗比は、各プロット点ａの約３分の１程度に抑制されている。
【０１０３】
このように抵抗の増加が抑制されている理由は、カソード拡散層６内の水素の圧力による力と、カソード圧力空間２８およびアノード圧力空間２７内の水素の圧力による力とが打ち消しあい、カソードセパレータ８およびアノードセパレータ７の撓みを抑制しているためである。
【０１０４】
一方で、各プロット点ｂでは、各プロット点ｅと比べて抵抗の増加が大きい。この理由は、カソード端板１４の＋ｙ方向への撓みやアノード端板１３の−ｙ方向への撓みが若干発生し、これらの撓みが各セパレータに分散し、カソード拡散層６の収納空間が若干広がったためと考えられる。すなわち、カソード拡散層６とカソードセパレータ８との接触圧力、および、カソード拡散層６とカソード電極層４との接触圧力が低下し、接触抵抗が若干増加したためと考えられる。
【０１０５】
しかしながら、図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示した単電池セルｍ１、ｍ２、ｍ３を全て同じサイズとした場合、電気化学式水素ポンプ２４の重量は、発電スタック１の重量と比べて、約１.１倍であった。よって、電気化学式水素ポンプ２４の重量は、家庭用の水素ポンプとしての取り扱いに問題がない重量であった。
【０１０６】
したがって、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４は、各プロット点ｂに示した抵抗の増加が許容できる仕様であれば、家庭用として適している。
【０１０７】
本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４では、単電池セルｍ１〜ｍ３のカソード拡散層６で発生した高圧の水素は、アノード圧力空間２７、カソード圧力空間２８に導かれる。したがって、アノードセパレータ７、カソードセパレータ８は、カソード拡散層６内の水素の圧力で押されても、アノード圧力空間２７、カソード圧力空間２８内の水素の圧力により押し返される。よって、アノードセパレータ７およびカソードセパレータ８それぞれの撓みを極めて小さく抑制できる。したがって、カソード拡散層６が収納されている空間が積層方向に広がることを抑制できるので、接触抵抗の増加を抑制できる。その結果、一定量の水素を昇圧するときに、より高い電圧が必要となって電気化学式水素ポンプとしての効率が低下する、ということを抑制できる。
【０１０８】
また、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４は、剛性が高い部材（例えば、図２に示した箱型端板１３ａおよび蓋型端板１４ｂ等）を必要としないため、軽量かつコンパクトな構造を実現できる。よって、コスト低減の障害とならず、かつ、取り扱いが容易である。
【０１０９】
また、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２４は、アノード圧力空間２７が第１空間部および第２空間部を含み、カソード圧力空間２８が第３空間部および第４空間部を含むため、空間部の合計面積を減らすことができるとともに、ポンプ性能として十分なレベルで抵抗比を抑えることができる。
【０１１０】
（実施の形態２）
本開示の実施の形態２に係る電気化学式水素ポンプ２５について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２５のカソード出入り口を含む模式断面である。
【０１１１】
＜全体構成＞
電気化学式水素ポンプ２５は、下から順に、アノード端板１３、アノード絶縁板１１、Ａ端セパレータ７ａ、単電池セルｍ３、単電池セルｍ２、単電池セルｍ１、Ｃ端セパレータ８ａ、カソード絶縁板１２、カソード端板１４が積層され、それらが互いに密着した状態でボルト１５とナット１０により締結された構造である。
【０１１２】
アノード絶縁板１１（アノード側部材の一例）には、アノード圧力空間２７が形成されている。また、カソード絶縁板１２（カソード側部材の一例）には、カソード圧力空間２８が形成されている。
【０１１３】
アノード圧力空間２７は、カソード入口マニホールド２２ａおよびカソード出口マニホールド２２ｆと連通している。また、カソード圧力空間２８も、カソード入口マニホールド２２ａおよびカソード出口マニホールド２２ｆと連通している。
【０１１４】
なお、図４では図示を省略しているが、電源２０は、例えば、Ａ端セパレータ７ａとＣ端セパレータ８ａとに接続される。Ａ端セパレータ７ａおよびＣ端セパレータ８ａは、「電源接続部材」の一例に相当する。
【０１１５】
＜圧力空間＞
シール９ｊは、アノード圧力空間２７を取り囲んでいる。ここで、このシール９ｊの中心線を９ｊｃとすると、図３Ｄに示す図形δは、９ｊｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１１６】
シール９ｅは、カソード圧力空間２８を取り囲んでいる。ここで、このシール９ｅの中心線を９ｅｃとすると、図３Ｄに示す図形εは、９ｅｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。図形εは、図形δと合同である。
【０１１７】
図３Ｄでは、実施の形態１で説明した図形γを重ねて図示している。図形γは、上述したとおり、シール９ａ、９ｄ、９ｋそれぞれの中心線９ａｃ、９ｄｃ、９ｋｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１１８】
図形δ、εは、「第３の図形」の一例に相当する。また、図３Ｄに示した図形γは、「第４の図形」の一例に相当する。
【０１１９】
＜圧力空間の作用＞
図３Ｄからわかるように、図形δおよび図形εそれぞれの面積は、図形γの面積より大きい。また、図形δおよび図形εは、図形γを包含している。したがって、カソード圧力空間２８内の水素がＣ端セパレータ８ａを介してカソードセパレータ８を−ｙ方向に押す力は、カソード拡散層６内の水素がカソードセパレータ８を＋ｙ方向に押す力よりも大きい。よって、単電池セルｍ１のカソードセパレータ８は、−ｙ方向に押し付けられる力Ｆ１を受ける。
【０１２０】
一方、アノード圧力空間２７内の水素がＡ端セパレータ７ａを介してアノードセパレータ７を＋ｙ方向に押す力は、カソード拡散層６内の水素が電解質膜２を介してアノードセパレータ７を−ｙ方向に押す力よりも大きい。よって、単電池セルｍ３のカソードセパレータ８は、＋ｙ方向に押し付けられる力Ｆ２を受ける。ここで、Ｆ１とＦ２とは、大きさが同じであり、向きが逆である。
【０１２１】
＜評価結果＞
本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２５に対して、実施の形態１で説明した評価プロセスを行った結果を図７に示す。図７において、円形の各プロット点ｄは、電気化学式水素ポンプ２５に対して上記評価プロセスを行った結果得られた圧力比および抵抗比を示している。
【０１２２】
図７において、各プロット点ｄは、特許文献１の電気化学式水素ポンプ２３の評価結果を示す各プロット点ｅとほとんど差が無い。よって、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２５では、特許文献１の電気化学式水素ポンプ２３と同程度にカソードセパレータ８およびアノードセパレータ７の撓みが抑制されていることがわかる。これは、図４に示したように、力Ｆ１、Ｆ２が、単電池セルｍ１、ｍ２、ｍ３を圧縮する方向に働いているためと考えられる。
【０１２３】
しかしながら、図３Ｄからわかるように、図形δおよび図形εの面積は、それぞれ、図形γの面積より広い。よって、電気化学式水素ポンプ２５において、カソード端板１４をＣ端セパレータ８ａから引き離そうとする＋ｙ方向の力、または、アノード端板１３をＡ端セパレータ７ａから引き離そうとする−ｙ方向の力は、実施の形態１の電気化学式水素ポンプ２４と比べて大きい。そのため、電気化学式水素ポンプ２５では、ボルト１５の締結力は、電気化学式水素ポンプ２４に比べて、１.７倍の大きさが必要であった。この締結力に合わせて各部品の強度を維持するように肉厚を修正した結果、電気化学式水素ポンプ２５の重量は、電気化学式水素ポンプ２４の重量の１.８倍となった。
【０１２４】
したがって、電気化学式水素ポンプ２５は、その重量が電気化学式水素ポンプ２４の２倍近くあるものの、抵抗の増大を抑制できるという効果を得ることができる。
【０１２５】
（実施の形態３）
本開示の実施の形態３に係る電気化学式水素ポンプ２６について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２６のカソード出入り口を含む模式断面である。
【０１２６】
＜全体構成＞
図５に示す電気化学式水素ポンプ２６では、３つの単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａが積層されている。
【０１２７】
単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａの構成について説明する。
【０１２８】
単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａは、それぞれ、アノードセパレータ７、アノード拡散層５、アノード電極層３、電解質膜２、シール９ｃ、カソード電極層４、およびカソード拡散層６を有する。これらの構成要素は、実施の形態１の電気化学式水素ポンプ２５の各構成要素と同じである。
【０１２９】
本実施の形態では、単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａは、それぞれ、実施の形態１で説明したカソードセパレータ８の代わりに、第１カソードセパレータ８ｃおよび第２カソードセパレータ８ｄを有する。
【０１３０】
第１カソードセパレータ８ｃには、カソード拡散層６の収納部に入口側で連通するカソード入口縦導入路２２ｏおよびカソード入口横導入路２２ｐが設けられている。また、第１カソードセパレータ８ｃには、カソード拡散層６の収納部に出口側で連通するカソード出口縦導入路２２ｑおよびカソード出口横導入路２２ｒが設けられている。
【０１３１】
第２カソードセパレータ８ｄには、カソード入口マニホールド２２ａに入口側で連通するカソード入口縦導入路２２ｓおよびカソード入口横導入路２２ｔが設けられている。また、第２カソードセパレータ８ｄには、カソード出口マニホールド２２ｆに出口側で連通するカソード出口縦導入路２２ｕおよびカソード出口横導入路２２ｖが設けられている。
【０１３２】
したがって、カソード入口マニホールド２２ａは、カソード拡散層６の収納部（入口側）と連通し、カソード出口マニホールド２２ｆは、カソード拡散層６の収納部（出口側）と連通する。
【０１３３】
以上、単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａの構成について説明した。
【０１３４】
図５に示すように、電気化学式水素ポンプ２６は、下から順に、アノード端板１３、アノード絶縁板１１、第１Ａ端セパレータ７ｂ、第２Ａ端セパレータ７ｃ、単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａ、第１Ｃ端セパレータ８ｅ、第２Ｃ端セパレータ８ｆ、カソード絶縁板１２、カソード端板１４が積層され、それらがボルト１５とナット１０で締結された構造である。
【０１３５】
第１Ａ端セパレータ７ｂには、カソード入口横導入路２９ｋおよびカソード入口縦導入路２９ｌが形成されている。また、第１Ａ端セパレータ７ｂには、カソード出口横導入路２９ｏおよびカソード出口縦導入路２９ｐが形成されている。
【０１３６】
第２Ａ端セパレータ７ｃには、カソード入口横導入路２９ｉおよびカソード入口縦導入路２９ｊが形成されている。また、第２Ａ端セパレータ７ｃには、カソード出口横導入路２９ｍおよびカソード出口縦導入路２９ｎが形成されている。
【０１３７】
第１Ｃ端セパレータ８ｅには、カソード入口横導入路２９ｃおよびカソード入口縦導入路２９ｄが形成されている。また、第１Ｃ端セパレータ８ｅには、カソード出口横導入路２９ｇおよびカソード出口縦導入路２９ｈが形成されている。
【０１３８】
第２Ｃ端セパレータ８ｆには、カソード入口横導入路２９ａおよびカソード入口縦導入路２９ｂが形成されている。また、第２Ｃ端セパレータ８ｆには、カソード出口横導入路２９ｅおよびカソード出口縦導入路２９ｆが形成されている。
【０１３９】
アノード絶縁板１１（アノード側部材の一例）には、アノード圧力空間２７が形成されている。また、第１Ｃ端セパレータ８ｅ（カソード側部材の一例）には、カソード圧力空間２８が形成されている。
【０１４０】
カソード入口マニホールド２２ａは、カソード入口横導入路２９ａ、カソード入口縦導入路２９ｂ、カソード入口横導入路２９ｃ、およびカソード入口縦導入路２９ｄを介して、カソード圧力空間２８と連通する。
【０１４１】
また、カソード入口マニホールド２２ａは、カソード入口横導入路２９ｉ、カソード入口縦導入路２９ｊ、カソード入口横導入路２９ｋ、およびカソード入口縦導入路２９ｌを介して、アノード圧力空間２７と連通する。
【０１４２】
カソード出口マニホールド２２ｆは、カソード出口横導入路２９ｅ、カソード出口縦導入路２９ｆ、カソード出口横導入路２９ｇ、およびカソード出口縦導入路２９ｈを介して、カソード圧力空間２８と連通する。
【０１４３】
また、カソード出口マニホールド２２ｆは、カソード出口横導入路２９ｍ、カソード出口縦導入路２９ｎ、カソード出口横導入路２９ｏ、およびカソード出口縦導入路２９ｐを介して、アノード圧力空間２７と連通する。
【０１４４】
また、シール３０ａ〜３０ｌは、例えば、カソード圧力空間２８（またはアノード圧力空間２７）の中心軸と平行な中心軸を有する囲繞形状（例えば、円環状）である。
【０１４５】
なお、図５に示した各種導入路２９ａ〜２９ｐは、カソードマニホールドと圧力空間とを連通させる「第１導入路」の一例に相当する。また、図５に示した各種導入路２２ｏ〜２２ｖは、「第２導入路」の一例に相当する。
【０１４６】
また、図５では図示を省略しているが、電源２０は、例えば、第１Ａ端セパレータ７ｂと第２Ｃ端セパレータ８ｆとに接続される。第１Ａ端セパレータ７ｂおよび第２Ｃ端セパレータ８ｆは、「電源接続部材」の一例に相当する。
【０１４７】
なお、本実施の形態において、第１空間部（例えば、アノード圧力空間２７）と、第２空間部（例えば、導入路２２ｋ、２２ｏ）と、第５空間部（例えば、導入路２２ｉ、２２ｍ）とを含む空間を、アノード圧力空間と言ってもよい。第１空間部は、積層方向から見たときにカソード拡散層６を包含するように形成されている。第２空間部は、第１空間部と連通し、積層方向と垂直な方向からみたときに第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向からみたときに第２導入路（例えば、導入路２２ｓ、２２ｐ、２２ｏ、２２ｑ、２２ｒ、２２ｕ）の一部を包含するように形成されている。第５空間部は、第２空間部およびカソードマニホールド（例えば、カソード入口マニホールド２２ａ、カソード出口マニホールド２２ｆ）と連通し、積層方向と垂直な方向からみたときに第２空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向からみたときに第２導入路（例えば、導入路２２ｓ、２２ｔ、２２ｕ、２２ｖ）の一部を包含するように形成されている。
【０１４８】
また、本実施の形態において、第３空間部（例えば、カソード圧力空間２８）と、第４空間部（例えば、導入路２９ｃ、２９ｇ）と、第６空間部（例えば、導入路２９ａ、２９ｅ）とを含む空間を、カソード圧力空間と言ってもよい。第３空間部は、積層方向からみたときにカソード拡散層６を包含するように形成されている。第４空間部は、第３空間部と連通し、積層方向と垂直な方向から見たときに第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向から見たときに第２導入路（例えば、導入路２２ｓ、２２ｐ、２２ｏ、２２ｑ、２２ｒ、２２ｕ）の一部を包含するように形成されている。第６空間部は、第４空間部およびカソードマニホールドと連通し、積層方向と垂直な方向からみたときに第４空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって積層方向からみたときに第２導入路（例えば、導入路２２ｓ、２２ｔ、２２ｕ、２２ｖ）の一部を包含するように形成されている。
【０１４９】
また、積層方向からみたときに、第２導入路全体が、第２空間部及び第５空間部の少なくとも一方に包含される。また、積層方向からみたときに、第２導入路全体が、第４空間部及び第６空間部の少なくとも一方に包含される。
【０１５０】
また、第１空間部と第３空間部は、カソード拡散層６に対応した形状であり、第２空間部と第４空間部は、第２導入路に対応した形状であり、第５空間部と第６空間部は、第１導入路に対応した形状であることが好ましい。それらの形状は円形であることが好ましい。
【０１５１】
＜圧力空間＞
シール９ｊは、アノード圧力空間２７を取り囲んでいる。
【０１５２】
シール３０ａは、カソード入口横導入路２９ｋおよびカソード入口縦導入路２９ｌを取り囲んでいる。
【０１５３】
シール３０ｂは、カソード入口横導入路２９ｉおよびカソード入口縦導入路２９ｊを取り囲んでいる。
【０１５４】
シール３０ｃは、カソード出口横導入路２９ｏおよびカソード出口縦導入路２９ｐを取り囲んでいる。
【０１５５】
シール３０ｄは、カソード出口横導入路２９ｍおよびカソード出口縦導入路２９ｎを取り囲んでいる。
【０１５６】
ここで、シール９ｊ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄそれぞれの中心線を、９ｊｃ、３０ａｃ、３０ｂｃ、３０ｃｃ、３０ｄｃとする。この場合、図３Ｅに示す図形ξは、９ｊｃ、３０ａｃ、３０ｂｃ、３０ｃｃ、３０ｄｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１５７】
シール９ｅは、カソード圧力空間２８を取り囲んでいる。
【０１５８】
シール３０ｅは、カソード入口横導入路２９ｃおよびカソード入口縦導入路２９ｄを取り囲んでいる。
【０１５９】
シール３０ｆは、カソード入口横導入路２９ａおよびカソード入口縦導入路２９ｂを取り囲んでいる。
【０１６０】
シール３０ｇは、カソード出口横導入路２９ｇおよびカソード出口縦導入路２９ｈを取り囲んでいる。
【０１６１】
シール３０ｈは、カソード出口横導入路２９ｅおよびカソード出口縦導入路２９ｆを取り囲んでいる。
【０１６２】
ここで、シール９ｅ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈそれぞれの中心線を、９ｅｃ、３０ｅｃ、３０ｆｃ、３０ｇｃ、３０ｈｃとする。この場合、図３Ｅに示す図形ηは、９ｅｃ、３０ｅｃ、３０ｆｃ、３０ｇｃ、３０ｈｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１６３】
シール９ａは、カソード拡散層６を取り囲んでいる。
【０１６４】
シール３０ｉは、カソード入口横導入路２２ｐおよびカソード入口縦導入路２２ｏを取り囲んでいる。
【０１６５】
シール３０ｊは、カソード入口横導入路２２ｔおよびカソード入口縦導入路２２ｓを取り囲んでいる。
【０１６６】
シール３０ｋは、カソード出口横導入路２２ｒおよびカソード出口縦導入路２２ｑを取り囲んでいる。
【０１６７】
シール３０ｌは、カソード出口横導入路２２ｖおよびカソード出口縦導入路２２ｕを取り囲んでいる。
【０１６８】
ここで、シール９ａ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ、３０ｌそれぞれの中心線を、９ａｃ、３０ｉｃ、３０ｊｃ、３０ｋｃ、３０ｌｃとする。この場合、図３Ｅに示す図形θは、９ａｃ、３０ｉｃ、３０ｊｃ、３０ｋｃ、３０ｌｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１６９】
図３Ｅでは、実施の形態１で説明した図形αを重ねて図示している。図形αは、上述したとおり、シール９ｅ、９ｆ、９ｇそれぞれの中心線９ｅｃ、９ｆｃ、９ｇｃを、積層方向つまり±ｙ方向に垂直な１つの平面上に投影した図形である。
【０１７０】
図形ξ、η、θは、「第５の図形」の一例に相当する。また、図３Ｅに示した図形αは、「第６の図形」の一例に相当する。
【０１７１】
＜圧力空間の作用＞
図３Ｅに示した図形ξと、図形ηと、図形θとは合同である。したがって、単電池セルｍ３ａのカソード拡散層６内の高圧水素が第１カソードセパレータ８ｃを介して第２カソードセパレータ８ｄを＋ｙ方向に押し上げようとする力と、カソード圧力空間２８内の高圧水素が第２カソードセパレータ８ｄを−ｙ方向に押し下げようとする力とは、大きさが同じであり、向きが逆である。
【０１７２】
また、カソード拡散層６内の高圧水素が電解質膜２を介してアノードセパレータ７を−ｙ方向に押し下げようとする力と、アノード圧力空間２７内の高圧水素が第１Ａ端セパレータ７ｂおよび第２Ａ端セパレータ７ｃを介してアノードセパレータ７を＋ｙ方向に押し上げようとする力とは、大きさが同じであり、向きが逆である。
【０１７３】
＜評価結果＞
本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２６に対して、実施の形態１で説明した評価プロセスを行った結果を図７に示す。図７において、菱形の各プロット点ｃは、電気化学式水素ポンプ２６に対して上記評価プロセスを行った結果得られた圧力比および抵抗比を示している。
【０１７４】
図７において、各プロット点ｃは、実施の形態１の電気化学式水素ポンプ２４の評価結果を示す各プロット点ｂとほとんど差が無い。よって、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２６では、電気化学式水素ポンプ２４と同程度に、第１カソードセパレータ８ｃ、第２カソードセパレータ８ｄ、およびアノードセパレータ７の撓みが抑制されていることがわかる。
【０１７５】
しかも、図３Ｅからわかるように、図形ηの面積は、９ｆｃ、９ｇｃ、および９ｅｃで構成される図形αの面積より狭い。よって、電気化学式水素ポンプ２６において、カソード端板１４を単電池セルｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ３ａから引き離そうとする＋ｙ方向の力は、電気化学式水素ポンプ２４と比べて小さい。そのため、電気化学式水素ポンプ２６では、ボルト１５の締結力を、電気化学式水素ポンプ２４に比べて、０.８倍の大きさにすることができた。
【０１７６】
この締結力に合わせて各部品の強度を維持するように肉厚を修正した結果、電気化学式水素ポンプ２６の重量は、電気化学式水素ポンプ２４の重量の０.８倍となった。
【０１７７】
したがって、電気化学式水素ポンプ２６は、電気化学式水素ポンプ２４と同程度に抵抗の増大を抑制できるという効果を得ることができるとともに、重量が電気化学式水素ポンプ２４の約０.８倍と軽いため、家庭用として取り扱いが容易であると言える。
【０１７８】
また、電気化学式水素ポンプ２６では、例えば、カソード圧力空間２８とカソード入口マニホールド２２ａとを連通させる各導入路（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ）、および、カソード圧力空間２８とカソード出口マニホールド２２ｆとを連通させる各導入路（２９ｅ、２９ｆ、２９ｇ、２９ｈ）を複数段の階段状に設けている。また、例えば、カソード電極部６とカソード入口マニホールド２２ａとを連通させる各導入路（２２ｔ、２２ｓ、２２ｐ、２２ｏ）および、カソード電極部６とカソード出口マニホールド２２ｆを連通させる各導入路（２２ｖ、２２ｕ、２２ｒ、２２ｑ）を、複数段の階段状に設けている。よって、上記各導入路を１段の階段状に設けた場合（実施の形態１の電気化学式水素ポンプ２４）に比べて、各横導入路の長さを短くできる。したがって、各横導入路を取り囲むシールの直径を小さくできる。よって、抵抗の増大を抑制しつつ、高圧水素による＋ｙ方向および−ｙ方向の力を小さくすることができ、ボルトの締結力、ひいては電気化学式水素ポンプ２６の重量を小さくすることができる。
【０１７９】
また、本実施の形態の電気化学式水素ポンプ２６は、アノード圧力空間２７が第１空間部、第２空間部、および第５空間部を含み、カソード圧力空間２８が第３空間部、第４空間部、および第６空間部を含むため、空間部の合計面積を減らすことができるとともに、ポンプ性能として十分なレベルで抵抗比を抑えることができる。
【０１８０】
以上、本開示の実施の形態１〜３について説明した。以下、従来技術（例えば、図２に示した電気化学式水素ポンプ）と、実施の形態１〜３の電気化学水素ポンプ２４〜２６との比較について、下記表１を用いて説明する。
【表１】
2020095836.tif 000003
【０１８１】
表１は、従来技術による実施例、実施の形態１〜３による実施例について、圧力空間の有無および構造と、圧力比１００の運転を行った時の抵抗比と、圧力空間を積層方向に投影した図形の面積（投影面積）と、を一覧にしたものである。
【０１８２】
つまり、表１の「圧力比１００における抵抗比」の行に示される９６、２８、４、２６という数値は、図７のａ、ｂ、ｃ、ｄの各右端の点のｙ座標の値である。また、表１の「投影面積」の行に示される４９、１００、３１という数値は、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅの各図形のハッチング部の面積を、図３Ｄのハッチング部の面積を１００とした比で表したものである。
【０１８３】
従来技術による実施例では、圧力比１００における抵抗比が９６であるのに対し、実施の形態１〜３による実施例では、最も大きい抵抗比であっても、９６の３分の１程度と十分に小さく、水素の圧縮機として実用上問題ないレベルである。
【０１８４】
特に、実施の形態２による実施例では、圧力比１００における抵抗比が４であり、実施の形態１、３による実施例それぞれの抵抗比と比べても極めて小さい値に抑制できている。しかしながら、このような低い抵抗比を実現するために、圧力空間を積層方向に投影した図形の面積（すなわち、投影面積）は１００となっており、実施の形態１、３による実施例それぞれの投影面積と比較すると大きくなっている。抵抗比を小さくする観点からは、実施の形態２は特に好ましい。ただし、端板は締結ボルトなどの部材を堅牢にする必要があり、重量が重く、取り扱い性の面で問題が生じる可能性がある。
【０１８５】
一方、実施の形態１、３による実施例では、抵抗比は実施の形態２よりも大きくなるものの、水素の圧縮機として実用上問題ないレベルに抵抗比を抑制しつつ、圧力空間を積層方向に投影した図形の面積を実施の形態２の半分以下に抑制できる。よって、実施の形態２のような堅牢な構造は不要になり、重量を軽減できる。そのため、実施の形態１、３は、家庭用の水素圧縮機として最適な軽量かつコンパクトな構造を実現できる。
【０１８６】
（本開示のまとめ）
本開示のまとめは、以下のとおりである。
【０１８７】
本開示の電気化学式水素ポンプは、アノードセパレータ、アノード拡散層、アノード電極層、電解質膜、カソード電極層、カソード拡散層、およびカソードセパレータを有する少なくとも１つの単電池セルと、前記少なくとも１つの単電池セルを挟むように設けられるアノード側部材およびカソード側部材と、を備える。また、前記アノード拡散層および前記カソード拡散層を挟み込む位置に圧力空間が設けられており、前記圧力空間は、前記アノード側部材に設けられるアノード圧力空間、および、前記カソード側部材に設けられるカソード圧力空間を含む。
【０１８８】
なお、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記少なくとも１つの単電池セルと、前記アノード側部材および前記カソード側部材の少なくとも一方との間に、電源と接続される電源接続部材をさらに備えてもよい。また、前記圧力空間は、前記電源接続部材よりも、前記少なくとも１つの単電池セルの積層方向の外側に位置してもよい。
【０１８９】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記圧力空間は、第１導入路を介してカソードマニホールドと連通してもよい。また、前記カソード電極層は、第２導入路を介して前記カソードマニホールドと連通してもよい。
【０１９０】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記圧力空間は、前記少なくとも１つの単電池セルの積層方向と平行な中心軸を有する円筒形状であり、前記圧力空間の中心軸と同一の中心軸を有するシールで取り囲まれてもよい。
【０１９１】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記第１導入路および前記第２導入路は、前記圧力空間の中心軸と平行な中心軸を有するシールで取り囲まれてもよい。
【０１９２】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記圧力空間を取り囲むシールおよび前記第１導入路を取り囲むシールを、前記積層方向に垂直な１つの平面に投影してなる第１の図形は、前記カソード電極層を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第２の図形と合同でもよい。
【０１９３】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記圧力空間を取り囲むシールおよび前記第１導入路を取り囲むシールを、前記積層方向に垂直な１つの平面に投影してなる第３の図形は、前記カソード電極層を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第４の図形よりも面積が大きく、前記第４の図形は、前記第３の図形に包含されてもよい。
【０１９４】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記第１導入路および前記第２導入路のそれぞれが複数段の階段状に設けられた場合に、前記第１導入路を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記積層方向と垂直な１つの平面に投影してなる第５の図形の面積は、前記第１導入路および前記第２導入路のそれぞれが１段の階段状に設けられた場合に、前記第１導入路を取り囲むシールおよび前記第２導入路を取り囲むシールを、前記平面に投影してなる第６の図形よりも面積が小さくてもよい。
【０１９５】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記アノード圧力空間は、前記積層方向から見たときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第１空間部と、前記第１空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路を包含するように形成された第２空間部と、を含んでもよい。また、前記カソード圧力空間は、前記積層方向からみたときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第３空間部と、前記第３空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向から見たときに前記第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向から見たときに前記第２導入路を包含するように形成された第４空間部と、を含んでもよい。
【０１９６】
また、本開示の電気化学式水素ポンプにおいて、前記アノード圧力空間は、前記積層方向から見たときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第１空間部と、前記第１空間部と連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第１空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第２空間部と、前記第２空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第２空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第５空間部と、を含んでもよい。また、前記カソード圧力空間は、前記積層方向からみたときに前記カソード拡散層を包含するように形成された第３空間部と、前記第３空間部と連通し、前記積層方向と垂直な方向から見たときに前記第３空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向から見たときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第４空間部と、前記第４空間部および前記カソードマニホールドと連通し、前記積層方向と垂直な方向からみたときに前記第４空間部と少なくとも一部が重ならない位置であって前記積層方向からみたときに前記第２導入路の一部を包含するように形成された第６空間部と、を含んでもよい。また、前記積層方向からみたときに、前記第２導入路全体が、前記第２空間部及び前記第５空間部の少なくとも一方に包含されてもよい。また、前記積層方向からみたときに、前記第２導入路全体が、前記第４空間部及び前記第６空間部の少なくとも一方に包含されてもよい。
【０１９７】
なお、本開示は、上記各実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【０１９８】
本出願は、２０１８年１１月６日付で出願された日本国特許出願（特願２０１８−２０８９５８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本開示の電気化学式水素ポンプは、水素充填装置用の水素圧縮装置として利用できる。さらに、本開示の電気化学式水素ポンプの構造は、水を電気分解して水素と酸素を発生させる電気化学式水電解装置としても利用可能である。
【符号の説明】
【０２００】
１  発電スタック
２  電解質膜
３  アノード電極層
４  カソード電極層
５  アノード拡散層
６  カソード拡散層
７  アノードセパレータ
７ａ  Ａ端セパレータ
７ｂ  第１Ａ端セパレータ
７ｃ  第２Ａ端セパレータ
８  カソードセパレータ
８ａ  Ｃ端セパレータ
８ｂ  Ｃ圧力プレート
８ｃ  第１カソードセパレータ
８ｄ  第２カソードセパレータ
８ｅ  第１Ｃ端セパレータ
８ｆ  第２Ｃ端セパレータ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊ、９ｋ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ、３０ｌ  シール
９ａｃ、９ｂｃ、９ｃｃ、９ｄｃ、９ｅｃ、９ｆｃ、９ｇｃ、９ｈｃ、９ｉｃ、９ｊｃ、９ｋｃ、３０ａｃ、３０ｂｃ、３０ｃｃ、３０ｄｃ、３０ｅｃ、３０ｆｃ、３０ｇｃ、３０ｈｃ、３０ｉｃ、３０ｊｃ、３０ｋｃ、３０ｌｃ  シール中心線
１０  ナット
１１  アノード絶縁板
１２  カソード絶縁板
１３  アノード端板
１３ａ  箱型端板
１４  カソード端板
１４ａ  シリンダー
１４ｂ  蓋型端板
１４ｂａ  空間
１４ｃ  フォルダー
１４ｄ  サラバネ
１５  ボルト
１６  アノード入口
１７  アノード出口
１８  カソード入口
１９  カソード出口
２０  電源
２１ａ  アノード入口マニホールド
２１ｂ  アノード入口横導入路
２１ｃ  アノード入口縦導入路
２１ｄ  アノード出口縦導入路
２１ｅ  アノード出口横導入路
２１ｆ  アノード出口マニホールド
２２ａ  カソード入口マニホールド
２２ｂ、２２ｇ、２２ｋ、２２ｐ、２２ｔ、２９ａ、２９ｃ、２９ｉ、２９ｋ  カソード入口横導入路
２２ｃ、２２ｈ、２２ｌ、２２ｏ、２２ｓ、２９ｂ、２９ｄ、２９ｊ、２９ｌ  カソード入口縦導入路
２２ｄ、２２ｊ、２２ｎ、２２ｑ、２２ｕ、２９ｆ、２９ｈ、２９ｎ、２９ｐ  カソード出口縦導入路
２２ｅ、２２ｉ、２２ｍ、２２ｒ、２２ｖ、２９ｅ、２９ｇ、２９ｍ、２９ｏ  カソード出口横導入路
２２ｆ  カソード出口マニホールド
２３、２４、２５、２６  電気化学式水素ポンプ
２７  アノード圧力空間
２８  カソード圧力空間
３１  評価装置
３２  水素ボンベ
３３  レギュレータ
３４  バブラー
３５  ヒーター
３６  気液分離装置
３７  冷却装置
３８  圧力計
３９  排気バルブ
４０  窒素ボンベ
４１  希釈装置
４２  排気口
４３  三方弁
４４  バルブ
４５  バルブ
Ａ、＋ｙ、−ｙ、±ｙ  方向
ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍｌａ、ｍ２ａ、ｍ３ａ  単電池セル
ａ、ｂ、ｃ、ｄ  プロット点
Ｆ１、Ｆ２、Ａ１  力
【図１Ａ】
2020095836.tif 000004
【図１Ｂ】
2020095836.tif 000005
【図１Ｃ】
2020095836.tif 000006
【図２】
2020095836.tif 000007
【図３Ａ】
2020095836.tif 000008
【図３Ｂ】
2020095836.tif 000009
【図３Ｃ】
2020095836.tif 000010
【図３Ｄ】
2020095836.tif 000011
【図３Ｅ】
2020095836.tif 000012
【図４】
2020095836.tif 000013
【図５】
2020095836.tif 000014
【図６】
2020095836.tif 000015
【図７】
2020095836.tif 000016
【国際調査報告】
2020095836.tif 000017
2020095836.tif 000018
2020095836.tif 000019
2020095836.tif 000020