特許 7345104 圧縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-07

(45)【発行日】2023-09-15

(54)【発明の名称】圧縮装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 1/02 20060101AFI20230908BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 9/67 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 9/05 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 9/70 20210101ALI20230908BHJP

【ＦＩ】

C25B1/02

C25B9/00 Z

C25B9/23

C25B9/67

C25B9/05

C25B9/70

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023511802

(86)(22)【出願日】2022-11-28

(86)【国際出願番号】 JP2022043660

【審査請求日】2023-02-15

(31)【優先権主張番号】P 2021208953

(32)【優先日】2021-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中植 貴之

(72)【発明者】

【氏名】喜多 洋三

(72)【発明者】

【氏名】酒井 修

(72)【発明者】

【氏名】可児 幸宗

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特許第６９５６３９２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１３６０２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米田 雅一，ＰＥＦＣスタックの流路構造と作動条件に対する発電性能への影響解析，電池討論会講演要旨集 第５５回，内本 喜晴 （公社）電気化学会 電池技術委員会，2014年11月19日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １／０２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ ９／２３

Ｃ２５Ｂ ９／６７

Ｃ２５Ｂ ９／０５

Ｃ２５Ｂ ９／７０

(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端部に設けられた端板と、
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、
前記端板には、熱媒体が通流する第１流路が設けられ、
前記スタックには、当該スタックを貫通し、前記第１流路と接続された第２流路が設けられ、
前記第１流路の断面積は、前記第２流路の断面積より小さく、
前記第１流路は、環状流路と、前記環状流路を横断する横断路とを備え、
前記第２流路は、前記環状流路と前記横断路との接続箇所において前記横断路と接続され、
前記スタック外に設けられ、前記熱媒体が流れる熱媒体外部流路は、前記横断路と前記第２流路との接続箇所と異なる箇所において前記横断路と接続される、圧縮装置。

【請求項2】

前記熱媒体外部流路は、前記横断路の中点から前記横断路と前記第２流路との接続箇所に近い側において前記横断路と接続されている、請求項１に記載の圧縮装置。

【請求項3】

前記横断路と前記熱媒体外部流路との接続箇所から前記横断路と前記第２流路との接続箇所に遠い側の前記横断路の断面積は、前記横断路と前記熱媒体外部流路との接続箇所から前記横断路と前記第２流路との接続箇所に近い側の前記横断路の断面積よりも大きい、請求項１または２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。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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６９５６３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示は、一例として、従来に比べて圧縮装置内に流れる熱媒体の偏流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】

【0008】

上記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端部に設けられた端板と、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、前記端板には、熱媒体が通流する第１流路が設けられ、前記スタックには、当該スタックを貫通し、前記第１流路と接続された第２流路が設けられ、前記第１流路の断面積は、前記第２流路の断面積より小さく、前記第１流路は、環状流路と、前記環状流路を横断する横断路とを備え、前記スタック外に設けられ、前記熱媒体が流れる熱媒体外部流路は、前記横断路と接続される。

【発明の効果】

【0009】

本開示の一態様の圧縮装置は、従来に比べて圧縮装置内に流れる熱媒体の偏流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】

【0010】

【図1A】図１Ａは、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2A】図２Ａは、実施形態の電気化学式水素ポンプにおける熱媒体流路の一例を示す斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａの熱媒体流路の接続箇所の一例を平面視した図である。

【図3A】図３Ａは、実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプにおける熱媒体流路の一例を示す斜視図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａの熱媒体流路の接続箇所の一例を平面視した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、各電気化学セルの温度を調整するために各電気化学セル間に設けられたセパレーターに熱媒体が供給される。

【0012】

圧縮装置には、上記スタックを貫通する流路であり、かつ上記セパレーターに供給される熱媒体または上記セパレーターから排出される熱媒体が流れるマニホールドが設けられている。

【0013】

また、上記スタックは、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。

【0014】

ここで、上記特許文献１の圧縮装置では、以上の積層構造体のうち、上記セパレーターだけでなく端板にも熱媒体流路が設けられている。このとき、端板に設けられた熱媒体流路と上記マニホールドとの間で熱媒体が一方に偏って流れることを抑制する必要があるが、上記特許文献１では、その点について十分検討されていない。

【0015】

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、端板に設けられた熱媒体流路と上記マニホールドとの間で熱媒体の偏流が生じることを抑制すべく、端板において熱媒体を適切に通流させ得る流路構成を見出して、以下の本開示の一態様に想到した。

【0016】

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端部に設けられた端板と、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、端板には、熱媒体が通流する第１流路が設けられ、スタックには、当該スタックを貫通し、第１流路と接続された第２流路が設けられ、第１流路の断面積は、第２流路の断面積より小さく、第１流路は、環状流路と、環状流路を横断する横断路とを備え、スタック外に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体外部流路は、横断路と接続される。

【0017】

かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、従来に比べて圧縮装置圧内に流れる熱媒体の偏流を抑制し得る。具体的には、本態様の圧縮装置は、端板に設けられた第１流路と、スタックに設けられた第２流路との間で熱媒体が一方に偏って流れることを従来よりも抑制することができる。

【0018】

ここで、第２流路には、複数の電気化学セルのそれぞれに所定量の熱媒体を分配するために必要な量の熱媒体を通流させる必要がある。このため、熱媒体が第２流路を通過する際の圧損低減には、第２流路の断面積が大きい方が都合がよい。

【0019】

そこで、本態様の圧縮装置は、熱媒体外部流路が第１流路の横断路に接続することで、熱媒体が、この横断路を介して第１流路の環状流路に回り込みやすくなるように構成できる。よって、本態様の圧縮装置は、従来に比べて、端板に設けられた第１流路と、スタックに設けられた第２流路との間で熱媒体が一方に偏りにくくなるように熱媒体を適切に通流させることができる。

【0020】

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、上記熱媒体外部流路は、横断路と第２流路との接続箇所と異なる箇所において横断路と接続されていてもよい。

【0021】

仮に、横断路と第２流路との接続箇所に、熱媒体外部流路が接続される場合、熱媒体は、端板に設けられた第１流路を通らずに第２流路に流出しやすくなる。

【0022】

そこで、本態様の圧縮装置は、横断路と第２流路との接続箇所と異なる箇所において、横断路と熱媒体外部流路とを接続することで、前者の接続箇所において横断路と熱媒体外部流路とを接続する場合に比べて、熱媒体を端板に設けられた第１流路に通流させやすく構成できる。

【0023】

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、上記熱媒体外部流路は、横断路の中点から横断路と第２流路との接続箇所に近い側において横断路と接続されていてもよい。

【0024】

仮に、熱媒体外部流路が、横断路の中点から横断路と第２流路との接続箇所に遠い側において横断路と接続される場合、熱媒体が第１流路を通過する際の圧損が増加する可能性がある。

【0025】

そこで、本態様の圧縮装置は、横断路の中点から横断路と第２流路との接続箇所に近い側において横断路と熱媒体外部流路とを接続することで、この接続箇所に遠い側において横断路と熱媒体外部流路とを接続する場合に比べて、熱媒体が第１流路を通過する際の圧損を低減することができる。

【0026】

本開示の第４態様の圧縮装置は、第２態様または第３態様の圧縮装置において、横断路と熱媒体外部流路との接続箇所から横断路と第２流路との接続箇所に遠い側の横断路の断面積は、横断路と熱媒体外部流路との接続箇所から横断路と第２流路との接続箇所に近い側の横断路の断面積よりも大きくてもよい。

【0027】

かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、横断路と熱媒体外部流路との接続箇所から横断路と第２流路との接続箇所に遠い側の横断路の断面積を、前者の接続箇所から後者の接続箇所に近い側の横断路の断面積よりも大きくすることで、両者の断面積を逆にする場合に比べて、熱媒体が第１流路を通過する際の圧損増加を抑制しながら、熱媒体を第１流路に通流させやすく構成できる。

【0028】

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。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。

【0029】

（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。

【0030】

［装置構成］
図１Ａは、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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。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。

【0036】

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。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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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端板１５および端板１６と、を備える。

【0056】

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、端板１５および端板１６を積層方向に締結するための締結器１７と、を備える。

【0057】

図１Ａに示す例では、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。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。

【0058】

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、スタック外に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体供給路６７と、熱媒体が通流する熱媒体流路６５と、が設けられている。なお、熱媒体供給路６７は、図２Ａおよび図３Ａに示す如く、外部から熱媒体流路６５および筒状の熱媒体導入マニホールド６６に熱媒体を供給するための流路である。このような熱媒体流入側の流路構成の詳細については後で説明する。

【0059】

ここでは、熱媒体供給路６７は、端板１５の熱媒体流入口に接続された配管と、端板１５に設けられた連通孔で構成され、熱媒体流路６５は、端板１５の絶縁板１３側の主面に設けられた流路溝で構成されているが、かかる構成に限定されない。

【0060】

熱媒体供給路６７は、本開示の「熱媒体外部流路」の一例に対応する。熱媒体流路６５は、本開示の「第１流路」の一例に対応する。熱媒体導入マニホールド６６は、本開示の「第２流路」の一例に対応する。

【0061】

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６４と、スタック外に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体排出路６９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、熱媒体排出路６９は、図示を省略するが、熱媒体流路６４および筒状の熱媒体導出マニホールド（図示せず）から外部に熱媒体を排出するための流路である。

【0062】

ここでは、熱媒体排出路６９は、端板１６の熱媒体流出口に接続された配管と、端板１６に設けられた連通孔で構成され、熱媒体流路６４は、端板１６の絶縁板１４側の主面に設けられた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】

熱媒体排出路６９は、本開示の「熱媒体外部流路」の一例に対応する。熱媒体流路６４は、本開示の「第１流路」の一例に対応する。熱媒体導出マニホールドは、本開示の「第２流路」の一例に対応する。

【0064】

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。

【0065】

以上の端板１５および端板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、端板１５および端板１６のいずれか一方のみに設けられていてもよい。また、例えば、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、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、端板１５および端板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。

【0066】

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、端板１５および端板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。

【0067】

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。

【0068】

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、端板１５および端板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。

【0069】

図１Ａの端板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。

【0070】

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。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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

図１Ａの端板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。

【0074】

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。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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

図１Ａの端板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（Ｈ_２）が流通する配管で構成されていてもよい。

【0078】

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。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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

以上の端板１５および端板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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

具体的には、図１Ａに示す例では、端板１６には、熱媒体循環経路６３の一端が、端板１６の熱媒体流出口に接続するように設けられている。端板１５には、熱媒体循環経路６３の他端が、端板１５の熱媒体流入口に接続するように設けられている。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。つまり、本例では、熱媒体循環経路６３は、熱媒体供給路６７と熱媒体排出路６９とによって構成されており、ポンプ６１を挟んで熱媒体循環経路６３の上流側の配管部分が、熱媒体排出路６９に対応するとともに、熱媒体循環経路６３の下流側の配管部分が、熱媒体供給路６７に対応する。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

ここで、図１Ａに示す例では、端板１５に設けられた熱媒体流路６５と、熱媒体分岐流路６０とは、熱媒体導入マニホールド６６（図２Ａおよび図３Ａ参照）を介して連通している。この熱媒体導入マニホールド６６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。つまり、スタックには、このスタックを貫通するとともに、熱媒体流路６５と接続された熱媒体導入マニホールド６６が設けられている。

【0088】

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６６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。

【0089】

また、端板１６に設けられた熱媒体流路６４と、熱媒体分岐流路６０とは、熱媒体導出マニホールドを介して連通している。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。つまり、スタックには、このスタックを貫通するとともに、熱媒体流路６４と接続された熱媒体導出マニホールドが設けられている。

【0090】

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。

【0091】

ここで、熱媒体循環経路６３から送出された熱媒体は、熱媒体供給路６７を介して熱媒体流路６５および熱媒体導入マニホールド６６に導かれる。また、熱媒体は、熱媒体導入マニホールド６６内を流れる際に、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に分配される。その後、熱媒体は、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および熱媒体排出路６９に導かれた後、熱媒体循環経路６３に排出される。

【0092】

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。

【0093】

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、端板１６に、熱媒体流入口が設けられ、端板１５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。

【0094】

図１Ａに示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、電力印加器５０を備える。

【0095】

電力印加器５０は、アノードＡＮとカソードＣＡ間に電力を印加する装置である。具体的には、電力印加器５０の高電位が、アノードＡＮに印加され、電力印加器５０の低電位が、カソードＣＡに印加されている。電力印加器５０は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電力を印加できれば、どのような構成であってもよい。例えば、電力印加器５０は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加する電力を調整する装置であってもよい。このとき、電力印加器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。

【0096】

また、電力印加器５０は、例えば、電気化学セル１０に給電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。

【0097】

図１Ａに示す例では、電力印加器５０の低電位側の端子が、給電板１１に接続され、電力印加器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。

【0098】

このようにして、電気化学式水素ポンプ１００は、電力印加器５０により上記電力を印加することで、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装置である。

【0099】

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。

【0100】

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。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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

＜熱媒体流入側の流路構成について＞
図２Ａは、実施形態の電気化学式水素ポンプにおける熱媒体流路の一例を示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａの熱媒体流路の接続箇所の一例を平面視した図である。

【0104】

図２Ａには、図１Ａの端板１５を外側から斜視した図が示されている。ただし、図２Ａでは、図面を簡素化する趣旨で、端板１５および締結器１７などの図示が省略され、熱媒体流路６５、熱媒体導入マニホールド６６および熱媒体供給路６７のみが示されている。図２Ｂには、熱媒体流路６５と熱媒体導入マニホールド６６との接続箇所Ｊ１を下方から平面視した図が示されている。

【0105】

図２Ａに示すように、熱媒体流路６５は、環状流路６５Ａと、環状流路６５Ａを横断する横断路６５Ｂとを備える。

【0106】

環状流路６５Ａは、円盤状の端板１５の外縁部に沿って延伸するように、端板１５の主面に形成された環状溝で構成されている。この環状溝の幅は、図２Ｂに示す如く、幅寸Ｌ１に設定されている。

【0107】

横断路６５Ｂは、接続箇所Ｊ１から環状流路６５Ａ内の面積を等分するように端板１５の主面に形成された直線溝で構成されている。つまり、直線溝の長さは、平面視における環状流路６５Ａの円形の直径とほぼ等しい。この直線溝の幅は、図２Ｂに示す如く、幅寸Ｌ１に設定されている。

【0108】

ここで、熱媒体流路６５の断面積は、熱媒体導入マニホールド６６の断面積よりも小さい。図２Ｂに示す例では、環状流路６５Ａの断面積ＳＡは「幅寸Ｌ１×溝の深さ」で表され、熱媒体導入マニホールド６６の断面積Ｓは「π（φ／２）^２」で表される。そして、断面積ＳＡは、断面積Ｓよりも小さい。また、横断路６５Ｂの断面積ＳＢは「幅寸Ｌ１×溝の深さ」で表され、熱媒体導入マニホールド６６の断面積Ｓは「π（φ／２）^２」で表される。そして、断面積ＳＢは、断面積Ｓよりも小さい。

【0109】

上記では、熱媒体流路６５の断面形状は、四角形を想定して説明しているが、その形状は、本例に限定されるものではない。例えば、四角形の角部は、Ｒ形状（例えば、Ｒ０．１ｍｍ－Ｒ０．３ｍｍ程度）であってもよい。また、この断面形状は、楕円形状または円形状であってもよい。

【0110】

図２Ａに示すように、熱媒体供給路６７は、横断路６５Ｂと接続されている。具体的には、熱媒体供給路６７は、接続箇所Ｊ１と異なる接続箇所Ｊ２において横断路６５Ｂと接続されている。つまり、接続箇所Ｊ１と接続箇所Ｊ２とは、横断路６５Ｂの延伸方向において所定の距離だけ離れている。図２Ａに示す例では、熱媒体供給路６７は、横断路６５Ｂの中点Ｐから接続箇所Ｊ１に近い側において横断路６５Ｂと接続されている。

【0111】

以上の熱媒体流路６５の構成は、例示であって本例に限定されない。例えば、上記では、熱媒体流路６５が、端板１５の主面に形成された流路溝で構成されているが、熱媒体流路６５は、端板１５の内部に設けられた開口部で構成されていてもよい。このような開口部は、例えば、上記開口部に対応する凹部が設けられた一対の金属シートを一体的に接合することによって形成できる。

【0112】

＜熱媒体流出側の流路構成について＞
熱媒体流路６４、熱媒体排出路６９および熱媒体導出マニホールドは、図２Ａの各部材を１８０°回転させ、ガスの流れ方向を逆にすることで構成することができる。よって、本構成の詳細は、上記の熱媒体流路６５、熱媒体供給路６７および熱媒体導入マニホールド６６の説明から容易に理解できるので説明を省略する。

【0113】

[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。

【0114】

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。

【0115】

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、電力印加器５０の電力が電気化学式水素ポンプ１００に給電される。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。

【0116】

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を制御する。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。

【0117】

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。電子は電力印加器５０を通じてカソード触媒層２３に移動する。

【0118】

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））。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。

【0119】

このとき、図示しない流量調整器を用いて、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（Ｈ_２）を圧縮することができる。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。
アノード：Ｈ_２（低圧）→２Ｈ^＋＋２ｅ^－ ・・・（１）
カソード：２Ｈ^＋＋２ｅ^－→Ｈ_２（高圧） ・・・（２）

【0120】

このようにして、電気化学式水素ポンプ１００では、電力印加器５０により電力を印加することで、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、水素需要体に供給される。水素需要体として、例えば、水素インフラの配管、水素貯蔵器、燃料電池などを挙げることができる。つまり、カソードＣＡで圧縮された水素は、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てもよい。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てもよい。

【0121】

以上のとおり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、従来に比べて圧縮装置圧内に流れる熱媒体の偏流を抑制し得る。具体的には、具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、端板１５に設けられた熱媒体供給路６７と熱媒体導入マニホールド６６との間で熱媒体が一方に偏って流れることを従来よりも抑制することができる。

【0122】

ここで、熱媒体導入マニホールド６６には、複数の電気化学セル１０のそれぞれに所定量の熱媒体を分配するために必要な量の熱媒体を通流させる必要がある。このため、熱媒体が熱媒体導入マニホールド６６を通過する際の圧損低減には、熱媒体導入マニホールド６６の断面積が大きい方が都合がよい。

【0123】

そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、熱媒体供給路６７が、熱媒体流路６５の横断路６５Ｂに接続することで、図２Ａの矢印で示すように、熱媒体供給路６７を通過した熱媒体が、この横断路６５Ｂを介して熱媒体流路６５の環状流路６５Ａに回り込みやすくなるように構成できる。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、従来に比べて、端板１５に設けられた熱媒体供給路６７と熱媒体導入マニホールド６６との間で熱媒体が一方に偏りにくくなるように熱媒体を適切に通流させることができる。

【0124】

このとき、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、端板１５全体を加熱器６２で適温に制御された熱媒体の熱で保温可能なように熱媒体が適切に通流されてもよい。ただし、このような熱媒体の温度制御は例示であって、本例に限定されない。例えば、熱媒体の温度制御は、端板１５全体が適温に冷却されるように、加熱器６２に代えて、冷却器を設けることで行われてもよい。

【0125】

また、仮に、接続箇所Ｊ１に、熱媒体供給路６７が接続される場合、熱媒体供給路６７を通過した熱媒体は、端板１５に設けられた熱媒体流路６５を通らずに熱媒体導入マニホールド６６に流出しやすくなる。

【0126】

そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、接続箇所Ｊ１と異なる接続箇所Ｊ２において横断路６５Ｂと熱媒体供給路６７とを接続することで、接続箇所Ｊ１において横断路６５Ｂと熱媒体供給路６７とを接続する場合に比べて、熱媒体供給路６７を通過した熱媒体を端板１５に設けられた熱媒体流路６５に通流させやすく構成できる。

【0127】

また、仮に、熱媒体供給路６７が、横断路６５Ｂの中点Ｐから接続箇所Ｊ１に遠い側において横断路６５Ｂと接続される場合、熱媒体が熱媒体流路６５を通過する際の圧損が増加する可能性がある。

【0128】

そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、横断路６５Ｂの中点Ｐから接続箇所Ｊ１に近い側において横断路６５Ｂと熱媒体供給路６７とを接続することで、接続箇所Ｊ１に遠い側において横断路６５Ｂと熱媒体供給路６７とを接続する場合に比べて、熱媒体が熱媒体流路６５を通過する際の圧損を低減することができる。

【0129】

（実施例）
本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明する熱媒体流路６５の構成以外は、実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。

【0130】

図３Ａは、実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプにおける熱媒体流路の一例を示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの熱媒体流路の接続箇所の一例を平面視した図である。

【0131】

図３Ａには、図１Ａの端板１５を外側から斜視した図が示されている。ただし、図３Ａでは、図面を簡素化する趣旨で、端板１５および締結器１７などの図示が省略され、熱媒体流路６５、熱媒体導入マニホールド６６および熱媒体供給路６７のみが示されている。図３Ｂには、熱媒体流路６５と熱媒体導入マニホールド６６との接続箇所Ｊ１を下方から平面視した図が示されている。

【0132】

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、横断路６５Ｂと熱媒体供給路６７との接続箇所Ｊ２から横断路６５Ｂと熱媒体導入マニホールド６６との接続箇所Ｊ１に遠い側の横断路６５Ｂの部分６５ＢＢの断面積は、接続箇所Ｊ２から接続箇所Ｊ１に近い側の横断路６５Ｂの部分６５ＢＡの断面積よりも大きい。図３Ｂに示す例では、前者の断面積ＳＢＢは「幅寸Ｌ２×溝の深さ」で表され、後者の断面積ＳＢＡは「幅寸Ｌ１×溝の深さ」で表される。そして、幅寸Ｌ２が幅寸Ｌ１よりも大きいので、断面積ＳＢＢは、断面積ＳＢＡよりも大きい。

【0133】

以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、接続箇所Ｊ２から接続箇所Ｊ１に遠い側の横断路６５Ｂの部分６５ＢＢの断面積を、接続箇所Ｊ２から接続箇所Ｊ１に近い側の横断路６５Ｂの部分６５ＢＡの断面積よりも大きくすることで、両者の断面積を逆にする場合に比べて、熱媒体が熱媒体流路６５を通過する際の圧損増加を抑制しながら、熱媒体を熱媒体流路６５に通流させやすく構成できる。

【0134】

本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記特徴以外は、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。

【0135】

実施形態および実施形態の実施例は、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。

【0136】

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】

【0137】

本開示の一態様は、従来に比べて圧縮装置圧内に流れる熱媒体の偏流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】

【0138】

１０ ：電気化学セル
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 ：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 ：電力印加器
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
６５ ：熱媒体流路
６５Ａ ：環状流路
６５Ｂ ：横断路
６５ＢＡ ：横断路の部分
６５ＢＢ ：横断路の部分
６６ ：熱媒体導入マニホールド
６７ ：熱媒体供給路
６９ ：熱媒体排出路
１００ ：電気化学式水素ポンプ
ＡＮ ：アノード
ＣＡ ：カソード
Ｊ１ ：接続箇所
Ｊ２ ：接続箇所

【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、前記スタックの積層方向における端部に設けられた端板と、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、前記端板には、熱媒体が通流する第１流路が設けられ、前記スタックには、当該スタックを貫通し、前記第１流路と接続された第２流路が設けられ、前記第１流路の断面積は、前記第２流路の断面積より小さく、前記第１流路は、環状流路と、前記環状流路を横断する横断路とを備え、前記スタック外に設けられ、前記熱媒体が流れる熱媒体外部流路は、前記横断路と接続される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】