CN110528012B - 氢供给系统和氢供给系统的运转方法 - Google Patents

氢供给系统和氢供给系统的运转方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110528012B
CN110528012B CN201910405632.9A CN201910405632A CN110528012B CN 110528012 B CN110528012 B CN 110528012B CN 201910405632 A CN201910405632 A CN 201910405632A CN 110528012 B CN110528012 B CN 110528012B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
cathode
anode
flow path
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910405632.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110528012A (zh
Inventor
胁田英延
鹈饲邦弘
酒井修
辻庸一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN110528012A publication Critical patent/CN110528012A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110528012B publication Critical patent/CN110528012B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0681—Reactant purification by the use of electrochemical cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

一种氢供给系统，具备：电化学式氢泵，其具备电解质膜、设置于电解质膜的一个主面的阳极、设置于阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于电解质膜的另一个主面的阴极、设置于阴极上且用于氢流动的阴极流路、和对阳极和阴极之间施加电压的电压施加器，通过利用电压施加器施加电压，从而将经由阳极流路供给到阳极的氢向阴极升压输送，并将阴极流路内的被升压了的氢向氢贮藏器供给；压力调整器，其调整阴极流路的压力；以及，控制器，在电化学式氢泵中为了向氢贮藏器供给被升压了的氢而开始进行将供给到阳极流路的氢向阴极流路升压供给的氢升压动作之前，所述控制器控制压力调整器而使阴极流路的压力高于阳极流路的压力。

Description

氢供给系统和氢供给系统的运转方法
技术领域
本公开涉及氢供给系统和氢供给系统的运转方法。
背景技术
近年来，从提高燃料经济性、利用无碳燃料的观点出发，利用由燃料电池发出的电驱动电动机而行驶的燃料电池车引起关注，并开始发售。
但是，在燃料电池车的普及中，如何对成为燃料的氢气供给的基础设施进行调整而能够在全国较多地大范围地设置氢站成为课题。迄今为止，作为氢站，施行了利用变压吸附法(PSA)对氢进行精制和压缩的方法等，但装置的大型化及庞大的设置成本等成为氢站在全国展开的障碍。
在将要来到的氢社会中，除了制造氢以外，还需求求能以高密度贮藏氢气并以小容量且低成本进行输送或利用的技术开发。特别是为了促进成为分散型能源的燃料电池的普及，需要整备燃料供给基础设施。
另外，为了向燃料供给基础设施稳定地供给氢，曾提出了精制高纯度的氢气并升压的各种方案。
例如，在专利文献1中记载了：通过对氢精制升压系统的阳极与阴极之间施加电压，能够进行氢气的精制及升压。具体而言，在电流在由阳极及阴极夹持的电解质膜流动时，阳极的氢成为质子，质子一边偕同水分子一边从阳极向阴极在电解质膜中移动，并在阴极恢复为氢。再者，将阳极、电解质膜和阴极的层叠结构体称为膜电极接合体(以下，称为MEA：Membrane Electrode Assembly(膜电极组件))。另外，在专利文献1中记载了：在氢精制升压系统停止时利用氮对残留在系统内的气体进行清除(purge)。
在专利文献2中提出了以下的氢制造系统：通过对具备固体高分子型的电解质膜的MEA的阳极与阴极之间施加电压，将供给到阳极侧的水电解，从而在阳极侧制造氧，并在阴极侧制造氢。并且，记载了：在该氢制造系统中，在停止电力的供给的情况下，在停止时间达到规定的值时，将阴极侧的系统内的气体向系统外排出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-117139号公报
专利文献2：日本专利第5455874号公报
发明内容
但是，以往例关于在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前调整电化学式氢泵的压力并未研究。
本公开的一个技术方案(aspect)是鉴于这样的情况而完成的，其提供一种氢供给系统，其中，通过在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前调整电化学式氢泵的压力，从而与以往相比能够适当地维持电化学式氢泵的氢升压动作的效率。另外，本公开的一个技术方案提供一种这样的氢供给系统的运转方法。
为了解决上述课题，本公开的一个技术方案提供一种氢供给系统，其具备：
电化学式氢泵，其具备电解质膜、设置于所述电解质膜的一个主面的阳极、设置于所述阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极、设置于所述阴极上且用于氢流动的阴极流路、和对所述阳极和所述阴极之间施加电压的电压施加器，通过利用所述电压施加器施加电压，从而将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢向所述阴极升压输送，并将所述阴极流路内的所述被升压了的氢向氢贮藏器供给；
压力调整器，其调整所述阴极流路的压力；和
控制器，在所述电化学式氢泵中为了向所述氢贮藏器供给所述被升压了的氢而开始进行将供给到所述阳极流路的氢向所述阴极流路升压供给的氢升压动作之前，所述控制器控制所述压力调整器而使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力。
另外，本公开的一个技术方案提供一种氢供给系统的运转方法，其具备：在具备电解质膜、设置于所述电解质膜的一个主面的阳极、设置于所述阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极、和设置于所述阴极上且用于氢流动的阴极流路的电化学式氢泵中，通过对所述阳极和所述阴极之间施加电压，从而将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢向所述阴极升压输送的步骤(a)；将所述阴极流路内的所述被升压了的氢向氢贮藏器供给的步骤(b)；以及在执行所述步骤(a)之前使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力的步骤(c)。
本公开的一个技术方案涉及的氢供给系统以及氢供给系统的运转方法获得以下效果：通过在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，调整电化学式氢泵的压力，从而与以往相比能够适当地维持电化学式氢泵的氢升压动作的效率。
附图说明
图1是表示将MEA的阴极的气压与对MEA的阳极和阴极之间施加的电压以及MEA的IR损失的关系进行了绘图的实验结果的一例的图。
图2是表示第1实施方式的氢供给系统的一例的图。
图3A是表示第1实施方式的氢供给系统的电化学式氢泵的一例的图。
图3B是表示第1实施方式的氢供给系统的电化学式氢泵的一例的图。
图4是表示将MEA的阴极的气压与对MEA的阳极和阴极之间施加的电压以及MEA的IR损失的关系进行了绘图的实验结果的一例的图。
图5是表示第2实施方式的氢供给系统的一例的图。
图6是表示第3实施方式的氢供给系统的一例的图。
图7是表示第3实施方式的实施例的氢供给系统的一例的图。
图7A是表示第3实施方式的实施例的氢供给系统的运转方法的一例的图。
图7B是表示第3实施方式的实施例的氢供给系统的运转方法的一例的图。
图8是表示第4实施方式的氢供给系统的一例的图。
图8A是表示第4实施方式的氢供给系统的运转方法的一例的图。
图8B是表示第4实施方式的氢供给系统的运转方法的一例的图。
附图标记说明
1：电解质膜；
2A：阳极催化剂层；
2C：阴极催化剂层；
3A：阳极气体扩散层；
3C：阴极气体扩散层；
5A：阳极隔板；
5C：阴极隔板；
6：阳极流路；
6IN：阳极入口；
6OUT：阳极出口；
7：阴极流路；
7B：阴极流路；
7C：阴极流路；
10A：第1阀；
10B：第1阀；
10C：第1阀；
10D：第1阀；
11：氢贮藏器；
12A：第1路径；
12B：第1路径；
12C：第1路径；
12D：第1路径；
13：流体供给器；
13A：气体供给器；
13B：水供给器；
14：第2路径；
15：第2阀；
16：压力损失部；
21：电压施加器；
22：压力调整器；
31：阳极气体扩散板；
31A：中央部分；
31B：周边部分；
33：密封构件；
50：控制器；
100：电化学式氢泵；
200：氢供给系统；
AN：阳极；
CA：阴极；
P：压力供给器。
具体实施方式
一直以来都期望高效率地利用氢能源，提高电化学式氢泵的氢升压动作的效率很重要。
因此，从适当地调整利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前的泵压力的观点出发，对电化学式氢泵的氢升压动作的效率的提高进行了深入研究，得到以下的见解。
图1是表示将MEA的阴极的气压与对MEA的阳极和阴极之间施加的电压以及MEA的IR损失的关系进行了绘图的实验结果的一例的图。
在本实验中使用的MEA(单元)中，将直径约为67mm左右的实施了镀铂的Ti(钛)粉末烧结体用于阳极气体扩散层，将直径约为67mm左右的实施了镀铂的Ti纤维烧结体用于阴极气体扩散层。
本实验如下进行：在MEA的规定的温度(在此为40℃)下，反复进行多次的将MEA的阴极的气压从常压升压至高压(在此约为13MPa左右)的氢升压动作。在该MEA的氢升压动作中，使阳极的气压固定在0.2MPa，并对MEA的阳极和阴极之间施加规定的电压，以使得按电流密度换算在MEA的阳极和阴极之间流过1A/cm2的恒定的电流。于是，通过在向MEA的阳极供给所述的氢之后，密封MEA的阴极，从而阴极的气压随着时间的经过从常压逐渐地上升。
另外，在MEA的氢升压动作的每次的开始前，开放阴极以使得阴极的气压成为常压，并且，向MEA的阳极供给全加湿的氢以使得向MEA的阳极供给的氢(H2)的露点变得与MEA的温度大致相等(也就是说，MEA内的氢的相对湿度大致变为100％)。然后，通过使所述电流在MEA的阳极和阴极之间流动来使MEA工作。
然后，通过将MEA的阳极的出口密封，将向阳极供给的氢从湿润状态切换成干燥状态的气体，并且将阴极密封，来开始所述的氢升压动作。
再者，以上的MEA的构成及实验条件为例示，并不限定于本例。
在图1中示出了MEA的第1次以及第3次的氢升压动作中的电压及IR损失。
如图1中的单点划线所示，可知MEA的第3次的氢升压动作中的电压及IR损失与MEA的第1次的氢升压动作中的电压及IR损失相比，在用MEA开始氢升压动作时上升。由此可知，MEA的第3次的氢升压动作的效率比MEA的第1次的氢升压动作的效率差。
再者，虽然省略了图示，但MEA的氢升压动作的次数越增加，MEA的氢升压动作开始时的电压及IR损失的上升就越显著。
在此，本发明人判断为这样的电压以及IR损失的上升例如因以下的原因而引起。
当MEA的氢升压动作充分地进行时，通过阴极的氢升压，阴极的气压变得高于阳极的气压。此时，MEA的电解质膜及阳极催化剂层由于阴极的气压与阳极的气压之间的压差而被按压于阳极气体扩散层。
与此相对，在用MEA开始氢升压动作之前(也就是说，MEA的动作停止时)，阳极和阴极均恢复到常压或者使两者成为相同的气压的情况多。于是，在下一次的MEA的氢升压动作开始时(初期阶段)，如上所述，一边使氢向阳极流通一边对MEA施加电压，因此阳极的气压变得高于阴极的气压。此时，MEA的电解质膜及阴极催化剂层由于阴极的气压与阳极的气压之间的压差而被按压于阴极气体扩散层。
也就是说，MEA的氢升压动作开始的情况下的MEA的阳极的气压和阴极的气压的大小关系(阳极的气压>阴极的气压)，与MEA的氢升压动作充分进行的情况下的阳极的气压和阴极的气压的大小关系(阳极的气压<阴极的气压)反转。
并且，可以认为图1的初期阶段中的MEA的电压及IR损失的上升与这样的气压的大小关系的反转现象密切相关。
例如，MEA的阳极催化剂层为由担载了铂(Pt)的炭黑和全氟磺酸离聚物构成的、厚度为约10μm左右的多孔质层的情况多。
例如，阳极催化剂层的全氟磺酸离聚物存在MEA的温度越升高就越与阳极气体扩散层粘接的倾向。因此，在MEA的氢升压动作进行时，由于阴极的气压变得比阳极的气压高，所以MEA的电解质膜及阳极催化剂层被按压于阳极气体扩散层，由此有可能阳极催化剂层与阳极气体扩散层粘接。
在此，阳极气体扩散层由多孔质的粉末烧结体或无纺布、或者具备微细的开口的薄的金属钢板等构成的情况多。因此，在MEA的氢升压动作进行时，MEA的电解质膜及阳极催化剂层以堵塞这些开口的方式变形，因此MEA的电解质膜及阳极催化剂层具有在部分性地施加了压缩力及张力的状态下与阳极气体扩散层粘接的倾向。
并且，假设在阳极催化剂层如上述那样与阳极气体扩散层粘接了的情况下，在下一次的MEA的氢升压动作开始时，若阳极的气压变得比阴极的气压高，则两者间的压差会在阳极气体扩散层与阳极催化剂层之间、以及阳极催化剂层与电解质膜之间等剥离的方向上进行作用。
根据以上所述，阳极气体扩散层与阳极催化剂层之间的粘接部以及阳极催化剂层与电解质膜之间的粘接部有可能局部地剥离。并且，在由于这些粘接部的局部的剥离而产生空隙的情况下，MEA的接触电阻(电阻)增加。于是，MEA的工作所需的电压上升。另外，MEA的IR损失上升。
另外，在阳极的气压比阴极的气压高的情况下，下次有可能MEA的电解质膜及阴极催化剂层与阴极气体扩散层粘接。并且，假设在阴极催化剂层与阴极气体扩散层粘接了的情况下，若MEA的氢升压动作进行，则由于阴极的氢升压动作，阴极气体扩散层与阴极催化剂层之间的粘接部以及阴极催化剂层与电解质膜之间的粘接部有可能局部地剥离。并且，有可能由于这些粘接部的局部的剥离而产生空隙。
也就是说，可以认为是如下现象：MEA的氢升压动作的次数越增加，图1的MEA的电压及IR损失的上升倾向越显著化。
另外，即使是在上述粘接部由于局部的剥离而产生了空隙的情况，随着MEA的氢升压动作的进行，阴极的气压也变得比阳极的气压充分高，因此可以认为以上的空隙因阴极的气压而消失。
也就是说，可以认为是如下现象：MEA的电压及IR损失的上升倾向如图1所示那样在MEA的氢升压动作开始时显著地显现。
但是，以上所述的由粘接部的剥离所引起的MEA的接触电阻(电阻)的增加是例示，并不限定于本例。
例如，在MEA的氢升压动作开始时，通过阳极的气压变得比阴极的气压高，从而在电解质膜相对于阳极气体扩散层呈凸状地弯曲的情况下，有可能在阳极催化剂层与阳极气体扩散层之间产生空隙。于是，有时MEA的接触电阻(电阻)增加。即使在该情况下，如图1所示，在MEA的氢升压动作开始时，MEA的电压及IR损失的上升倾向也容易显现。
即，本发明人发现，在用MEA开始氢升压动作时的MEA的电压及IR损失的上升与阳极的气压和阴极的气压的大小关系的反转现象密切相关，从而完成了以下的本公开的技术方案。
本公开的第1方式的氢供给系统，具备：
电化学式氢泵，其具备电解质膜、设置于电解质膜的一个主面的阳极、设置于阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于电解质膜的另一个主面的阴极、设置于阴极上且用于氢流动的阴极流路、和对阳极和阴极之间施加电压的电压施加器，通过利用电压施加器施加电压，从而将经由阳极流路供给到阳极的氢向阴极升压输送，并将阴极流路内的被升压了的氢向氢贮藏器供给；
压力调整器，其调整阴极流路的压力；和
控制器，在电化学式氢泵中为了向氢贮藏器供给被升压了的氢而开始进行将供给到阳极流路的氢向阴极流路升压供给的氢升压动作之前，所述控制器控制压力调整器而使阴极流路的压力高于阳极流路的压力。
另外，本公开的第15方式的氢供给系统的运转方法，具备：
在具备电解质膜、设置于电解质膜的一个主面的阳极、设置于阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于电解质膜的另一个主面的阴极、和设置于阴极上且用于氢流动的阴极流路的电化学式氢泵中，通过对阳极和阴极之间施加电压，从而将经由阳极流路供给到阳极的氢向阴极升压输送的步骤(a)；将阴极流路内的被升压了的氢向氢贮藏器供给的步骤(b)；以及在执行步骤(a)之前使阴极流路的压力高于阳极流路的压力的步骤(c)。
另外，本公开的第16方式的氢供给系统，具备：
电解质膜；
设置于所述电解质膜的一个主面的阳极；
设置于所述阳极上且用于氢流动的阳极流路；
设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极；
设置于所述阴极上且用于氢流动的阴极流路；
对所述阳极和所述阴极之间施加电压的电压施加器；和
在向所述阳极流路开始氢的供给之前，控制所述电压施加器而使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力的控制器。
另外，本公开的第2方式的氢供给系统，在第1方式的氢供给系统中，也可以：在氢升压动作开始之前，控制器控制压力调整器而使阴极流路的压力上升。
如上所述，本方式的氢供给系统及氢供给系统的运转方法，通过在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前调整电化学式氢泵的压力，从而与以往相比，能够适当地维持电化学式氢泵的氢升压动作的效率。具体而言，由于在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，阴极流路的压力变得比阳极流路的压力高，因此在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜及阳极催化剂层按压于阳极气体扩散层的状态。
由此，例如，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够减轻阳极气体扩散层与阳极催化剂层之间的粘接部以及阳极催化剂层与电解质膜之间的粘接部局部地剥离的情况。另外，例如，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够缓和电解质膜相对于阳极气体扩散层呈凸状地弯曲的情况。因此，本方式的氢供给系统及氢供给系统的运转方法，与以往相比，能够抑制电化学式氢泵的接触电阻(电阻)的增加，因此能够高效率地维持电化学式氢泵的氢升压动作。
本公开的第3方式的氢供给系统，在第2方式的氢供给系统中，也可以：压力调整器包含设置于第1路径的第1阀，所述第1路径将向阴极流路供给压力的压力供给器和阴极流路连接，控制器通过在氢升压动作开始之前开放第1阀，从而使阴极流路的压力上升。
根据该构成，本方式的氢供给系统，通过在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，开放设置于第1路径的第1阀，能够将压力供给器内的压力给予阴极流路。由此，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜和阳极催化剂层按压于阳极气体扩散层的状态，因此能够抑制电化学式氢泵的接触电阻(电阻)的增加。
另外，本公开的第4方式的氢供给系统，在第3方式的氢供给系统中，也可以：压力供给器包括气体贮藏器。
根据该构成，本方式的氢供给系统，在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，通过开放设置于第1路径的第1阀，能够将气体贮藏器内的气压给予阴极流路。
另外，为了实现将来的氢社会，曾提出了使用可再生能源来生成氢的方法。例如，在白天可使用由太阳光发电装置发的电，利用水电解装置来生成氢、或者使太阳光照射到光催化剂而生成氢。此时，使用可再生能源生成的氢例如能够通过电化学式氢泵的氢升压动作而贮藏在氢贮藏器中。也就是说，在白天，太阳光等可再生能源代替蓄电池的蓄电、或与蓄电一起通过蓄氢这样的形态贮藏在氢贮藏器中。并且，在夜间，使用贮藏在氢贮藏器中的氢，例如利用燃料电池来进行发电。
这样地在研究能够降低系统电力的依赖度的氢系统的构建。
在此，本发明人发现，从该氢系统的构建的视点出发，作为向电化学式氢泵的阴极流路供给气压的气体贮藏器，使用上述的氢贮藏器是合理的。例如，需要在通过电化学式氢泵的氢升压动作将氢贮藏于氢贮藏器之后，将设置于连接氢贮藏器和阴极流路的路径的阀关闭。也就是说，需要在电化学式氢泵的氢升压动作的停止期间，切断氢贮藏器与电化学式氢泵的阴极的连通。这是因为：氢从高压状态的阴极向低压状态的阳极通过电解质膜而逐渐地交叉泄漏，从而阴极的压力降低。
因此，本公开的第5方式的氢供给系统，在第4方式的氢供给系统中，也可以：气体贮藏器包括氢贮藏器。
根据该构成，本方式的氢供给系统，在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，通过开放设置于第1路径的第1阀从而能够将氢贮藏器内的氢气压给予阴极流路。
本公开的第6方式的氢供给系统，在第2方式的氢供给系统中，压力调整器包括设置于第1路径的第1阀，所述第1路径将向阴极流路供给压力的压力供给器和阴极流路连接，控制器在氢升压动作开始之前通过开放第1阀并且使压力供给器进行动作而使阴极流路的压力上升。
根据该构成，本方式的氢供给系统，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前将通过使压力供给器进行动作而产生的压力给予阴极流路。由此，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜及阳极催化剂层按压于阳极气体扩散层的状态，因此能够抑制电化学式氢泵的接触电阻(电阻)的增加。
本公开的第7方式的氢供给系统，在第6方式的氢供给系统中，也可以：压力供给器包括向阴极流路供给流体的流体供给器。
根据该构成，本方式的氢供给系统，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，通过流体供给器的动作而将向阴极流路供给流体时产生的流体压力给予阴极流路。
本公开的第8方式的氢供给系统，在第7方式的氢供给系统中，也可以：具备用于从阴极流路排出的流体流动的第2路径、和设置于第2路径的第2阀，控制器在氢升压动作开始之前通过使第1阀开放并且使流体供给器进行动作而使阴极流路的压力上升时，使第2阀开放。
根据该构成，本方式的氢供给系统，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，通过流体供给器的动作而将流体在阴极内通过时产生的流体压力给予阴极流路。
本公开的第9方式的氢供给系统，在第8方式的氢供给系统中，也可以：第2路径与阳极流路连接。另外，本公开的第10方式的氢供给系统，在第9方式的氢供给系统中，也可以：在第2气体流路设置有压力损失部。
根据该构成，在从阴极流路排出的流体经由第2路径向阳极流路供给时，通过利用在压力损失部产生的压差，能够使阴极流路的压力比阳极流路的压力高。因此，本方式的氢供给系统，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，能够保持通过上述压差而使电解质膜及阳极催化剂层按压于阳极气体扩散层的状态，因此能够抑制电化学式氢泵的接触电阻(电阻)的增加。
本公开的第11方式的氢供给系统，在第7方式至第10方式的氢供给系统中，也可以：所述的流体供给器包括气体供给器。
根据该构成，本方式的氢供给系统，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前通过气体供给器的动作而将向阴极流路供给气体时产生的气压给予阴极流路。
本公开的第12方式的氢供给系统，在第7方式至第10方式的氢供给系统中，也可以：所述流体供给器包括水供给器。
根据该构成，本方式的氢供给系统，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前通过水供给器的动作而将向阴极流路供给水时产生的水压给予阴极流路。
另外，在电解质膜例如为高分子电解质膜的情况下，高分子电解质膜在湿润状态下显示质子传导性。因此，在该情况下，本方式的氢供给系统通过向阴极流路供给水，能够在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，将高分子电解质膜适当地保持为湿润状态。
本公开的第13方式的氢供给系统，在第1方式的氢供给系统中，也可以：在未进行氢升压动作时，控制器控制压力调整器，从而将阴极流路的压力保持为比阳极流路高的压力。
在未利用电化学式氢泵进行氢升压动作时，氢从高压状态的阴极向低压状态的阳极通过电解质膜逐渐地交叉泄漏，由此阴极流路的压力降低。并且，若这样的状态持续规定期间，则由于氢的交叉泄漏，在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，有可能阴极流路的压力和阳极流路的压力变得大致相等。于是，在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，在向阳极供给氢时存在阳极流路的压力变得比阴极流路的压力高的可能性。
但是，本方式的氢供给系统，在未利用电化学式氢泵进行氢升压动作时，控制压力调整器从而将阴极流路的压力保持为比阳极流路的压力高的压力，由此能够降低这样的可能性。
本公开的第14方式的氢供给系统，在第1方式的氢供给系统中，也可以：电压施加器兼用作为压力调整器，在用于向氢贮藏器供给被升压了的氢的氢升压动作开始之前，控制器利用电压施加器对阳极和阴极之间施加电压，使阴极的压力比阳极的压力高。
根据该构成，本方式的氢供给系统，在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前，利用电压施加器对阳极和阴极之间施加电压，能够简单地将阴极的压力保持为比阳极的压力高的压力。因此，本方式的氢供给系统，能够简单地降低：由于氢的交叉泄漏而导致在电化学式氢泵的氢升压动作开始时，在向阳极流路供给氢时阳极流路的压力变为比阴极流路的压力高的压力的可能性。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。以下说明的实施方式均是表示上述的各方式的一例的。因此，以下所示的形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态等，只要没有记载于权利要求中，就不限定上述的各方式。另外，对于以下的构成要素之中的、在表示本方式的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。另外，在附图中附带了相同的标记的构成要素有时省略说明。另外，附图是为了容易理解而示意性地示出各个构成要素的图，关于形状及尺寸比等有时不是准确的表示。
(第1实施方式)
[装置构成]
图2是表示第1实施方式的氢供给系统的一例的图。
在图2所示的例子中，氢供给系统200具备电化学式氢泵100、压力调整器22及控制器50。再者，有时图2中的双点划线所示的氢贮藏器11一并设置于氢供给系统200中。
在此，电化学式氢泵100具备电解质膜1、阳极AN、阴极CA及电压施加器21。
再者，在电化学式氢泵100中，如图2中的双点划线所示，大多设置形成电化学式氢泵100的阳极流路6的阳极隔板5A(参照图3)以及形成阴极流路7的阴极隔板5C(参照图3)。
电解质膜1是具备一对主面且具备质子(H+)传导性的膜。电解质膜1只要是这样的具备质子传导性的膜，则不论是怎样的构成都可以。例如，作为电解质膜1，可以举出氟系高分子电解质膜、烃系电解质膜等。具体而言，作为电解质膜1，可以使用例如Nafion(注册商标，杜邦公司制)、Aciplex(注册商标，旭化成株式会社制)等，但并不限定于这些。
阳极AN设置于电解质膜1的一个主面上。阳极AN具备阳极催化剂层及阳极气体扩散层，阳极催化剂层及阳极气体扩散层的详细情况在后面进行说明。
阴极CA设置于电解质膜1的另一个主面上。阴极CA具备阴极催化剂层及阴极气体扩散层，阴极催化剂层及阴极气体扩散层的详细情况在后面进行说明。
阳极流路6是设置于阳极AN上且用于氢流动的流路。例如，如图2所示，阳极流路6可以呈蜿蜒曲折(serpentine)状地形成于阳极AN接触的阳极隔板5A的主面。由此，氢(H2)经由阳极流路6向阳极AN供给。
阴极流路7是设置于阴极CA上且用于氢流动的流路。例如，如图2所示，阴极流路7可以通过以从阴极CA的适当部位通向外部的方式贯通阴极隔板5C而形成。由此，阴极CA内的高压状态的氢(H2)例如被供给到外部的氢贮藏器11。
电压施加器21是对阳极AN与阴极CA之间施加电压的装置。
电压施加器21只要能够对阳极AN与阴极CA之间施加电压，则不论是怎样的构成都可以。具体而言，电压施加器21的高电位侧端子与阳极AN连接，电压施加器21的低电位侧端子与阴极CA连接。由此，使用电压施加器21在阳极AN与阴极CA之间进行通电。
作为电压施加器21，例如可举出DC/DC转换器、AC/DC转换器等。DC/DC转换器在电压施加器21与电池等的直流电源连接的情况下使用，AC/DC转换器在电压施加器21与工业电源等的交流电源连接的情况下使用。
电化学式氢泵100是下述装置：通过利用电压施加器21施加上述的电压，从而将经由阳极流路6供给到阳极AN的氢向阴极CA升压输送，并将阴极流路7内的被升压了的氢向氢贮藏器11供给。作为氢贮藏器11，例如可以列举罐(tank)。
再者，以上的电化学式氢泵100的具体例在后面进行说明。
在本实施方式的氢供给系统200中，可以在从电化学式氢泵100向氢贮藏器11供给氢之后，从氢贮藏器11向适当的氢需要体供给氢。作为该氢需要体，例如可以举出家庭用或汽车用的燃料电池等。
压力调整器22是调整阴极流路7的压力的装置。压力调整器22只要能够调整阴极流路7的压力，则不论是怎样的构成都可以。
再者，压力调整器22的具体例，在其他的实施方式、实施例及变形例中进行说明。
在电化学式氢泵100中为了向氢贮藏器11供给被升压了的氢而开始进行将供给到阳极流路6的氢向阴极流路7升压供给的氢升压动作之前，控制器50控制压力调整器22而使阴极流路7的压力比阳极流路6的压力高。另外，例如，控制器50也可以在开始电化学式氢泵100的氢升压动作之前控制压力调整器22而使阴极流路7的压力上升。再者，电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前，可以是向阳极流路6开始氢的供给之前。
控制器50只要是具有控制功能的控制器，则不论是怎样的构成都可以。控制器50例如具备运算电路(未图示)和存储控制程序的存储电路(未图示)。作为运算电路，例如可举出MPU、CPU等。作为存储电路，例如可举出存储器等。控制器50可以由进行集中控制的单个的控制器构成，也可以由相互协作地进行分散控制的多个控制器构成。
[电化学式氢泵的具体例]
图3A及图3B是表示第1实施方式的氢供给系统的电化学式氢泵的一例的图。再者，图3B示出俯视电化学式氢泵100的阳极气体扩散板31的图。
在图3A所示的例子中，电化学式氢泵100具备电解质膜1、阳极AN、阴极CA、阳极隔板5A、阴极隔板5C、电压施加器21、及密封构件33。
再者，电解质膜1与图1的电化学式氢泵100的电解质膜同样，因此省略说明。另外，电压施加器21的构成与上述同样，因此省略详细的说明。
在此，如图3A所示，阳极AN(电极)由阳极气体扩散板31、阳极催化剂层2A及阳极气体扩散层3A构成。阴极CA(电极)由阴极催化剂层2C及阴极气体扩散层3C构成。
阳极催化剂层2A设置于电解质膜1的一个主面。阳极催化剂层2A例如可以含有铂(Pt)等作为催化剂金属，但并不限定于此。再者，虽然省略了图示，但在俯视时，以包围阳极催化剂层2A的周围的方式设置有密封构件，阳极AN的氢气由该密封构件适当地密封。
阴极催化剂层2C设置于电解质膜1的另一个主面。阴极催化剂层2C例如可以含有Pt等作为催化剂金属，但并不限定于此。在俯视时，以包围阴极催化剂层2C的周围的方式设置有密封构件33，阴极CA的氢气由密封构件33适当地密封。
对于阴极催化剂层2C和阳极催化剂层2A，作为催化剂的制备方法，均可以列举各种方法，因此没有特别限定。例如，作为催化剂的载体，可以举出导电性的氧化物粉末、碳系粉末等。作为碳系粉末，例如可以举出石墨、炭黑、具有导电性的活性炭等的粉末。在碳等载体上担载铂或其他的催化剂金属的方法没有特别限定。例如，可以使用粉末混合或液相混合等方法。作为后者的液相混合，例如可以举出使碳等载体分散于催化剂成分胶体液中来进行吸附的方法等。另外，可根据需要将活性氧除去材料作为载体，采用与上述同样的方法来担载铂或其他的催化剂金属。铂等催化剂金属在载体上的担载状态没有特别限定。例如，可以将催化剂金属微粒化，以高分散的方式担载于载体上。
阳极气体扩散层3A例如由多孔质体等构成，具备耐腐蚀性、导电性及气体扩散性。另外，阳极气体扩散层3A优选由能够抑制在电化学式氢泵100的氢升压动作时因阳极AN与阴极CA之间的压差而产生的构成构件的位移、变形的高刚性材料构成。
阳极隔板5A以覆盖阳极气体扩散层3A的一个主面以及侧面的方式设置。具体而言，阳极气体扩散层3A收纳在阳极隔板5A的中央部分的凹部内。并且，在阳极气体扩散层3A接触的阳极隔板5A的主面形成有例如蜿蜒曲折状的阳极流路6。由此，在氢气通过阳极入口6IN与阳极出口6OUT之间的阳极流路6时，向阳极气体扩散层3A供给氢气。
再者，阳极流路6可以通过在与阳极隔板5A分开的板构件上设置蜿蜒曲折状的狭缝孔并将两者一体地接合而形成，也可以通过在阳极隔板5A的主面加工蜿蜒曲折状的流路槽而形成。
阳极隔板5A例如由金属构件等构成，具备耐腐蚀性及导电性。作为阳极隔板5A的材质，例如可以使用实施了镀铂的钛等。
如图3A及图3B所示，在电化学式氢泵100中可以设置有圆形的阳极气体扩散板31。
阳极气体扩散板31具备：与阳极气体扩散层3A的另一个主面及阳极催化剂层2A接触的圆形的中央部分31A、和与阳极隔板5A及电解质膜1接触的圆环状的周边部分31B。
如图3B所示，在阳极气体扩散板31的中央部分31A形成有多个通气孔。由此，氢气能够通过通气孔而在阳极催化剂层2A与阳极气体扩散层3A之间通过。通气孔例如可以是以数十微米的间隔隔开而均等地设置的数十微米左右的开口，但通气孔的大小及间隔并不限定于此。再者，该通气孔例如可以通过激光加工等来形成。
与此相对，在阳极气体扩散板31的周边部分31B不形成通气孔，而是平坦的。
阳极气体扩散板31例如由金属板等构成，具备耐腐蚀性及导电性。作为阳极气体扩散板31，例如能够使用实施了镀铂的钛板。
密封构件33隔着电解质膜1设置于阳极气体扩散板31的周边部分31B(平坦部)上。因此，电解质膜1被密封构件33按压于阳极气体扩散板31的周边部分31B。再者，密封构件33在俯视时形成为圆环状。作为密封构件33，例如能够使用O形环等。
以上的阳极气体扩散板31及密封构件33是例示，并不限定于本例。例如，阳极气体扩散板31由圆形板构成，但并不限定于此。在阳极气体扩散层3A的俯视形状例如为矩形的情况下，阳极气体扩散板31的俯视形状可以为矩形，密封构件33的俯视形状可以为矩形环状。
阴极气体扩散层3C例如由多孔质体等构成，具备耐腐蚀性、导电性及气体扩散性。例如，阴极气体扩散层3C由实施了镀铂的钛纤维烧结体等的具有耐腐蚀性及导电性的多孔质体构成。另外，阴极气体扩散层3C优选由在电化学式氢泵100的氢升压动作时能追随因阳极AN与阴极CA之间的压差而产生的构成构件的位移、变形的难以压曲的弹性材料构成。
阴极隔板5C以覆盖阴极气体扩散层3C的主面及侧面的方式设置。具体而言，阴极气体扩散层3C收纳在阴极隔板5C的中央部分的凹部内。并且，在阴极隔板5C的适当部位设置有用于将阴极气体扩散层3C的高压状态的氢气向外部导出的阴极流路7。阴极流路7的个数可以如图3A所示那样为1个，也可以为多个。
阴极隔板5C，例如由金属构件等构成，具备耐腐蚀性及导电性。作为阴极隔板5C的材质，例如可以使用实施了镀铂的钛等。
再者，所述密封构件33设置于阴极隔板5C上。具体而言，所述阴极气体扩散层3C被收纳在阴极隔板5C的中央部分的凹部，阴极隔板5C的外周部分与电解质膜1接触。并且，在该外周部分的适当部位形成有圆环槽，密封构件33嵌入在该圆环槽中。
再者，阴极隔板5C的形状可以是有底的圆筒体，也可以是有底的矩形筒体。但是，通过由圆筒体构成阴极隔板5C，与由矩形筒体构成阴极隔板5C的情况相比，能够提高阴极隔板5C的对气体压力的耐性。
在此，虽然在图3A中未示出，但适当地设置有在本实施方式的电化学式氢泵100的氢升压动作中需要的构件以及设备。
例如，电化学式氢泵100，可以将由MEA、阳极隔板5A及阴极隔板5C构成的单元层叠10～200个左右而构成层叠体，用端板隔着集电板及绝缘板夹着该层叠体，利用紧固杆等紧固两端板。再者，这样的单元的个数能够以电化学式氢泵100的运转条件为基础设定成为适当的数量。此时，为了避免高压气体从电化学式氢泵100向外部泄漏，可以从MEA的两侧设置O形环、密封垫(gasket)等密封构件，并与MEA一体化而预先组装。并且，在MEA的外侧配置有用于将其机械性地固定并且将相邻的MEA彼此相互电串联连接的上述的导电性的阳极隔板5A及阴极隔板5C。
另外，可以从具有规定的供给压力的外部的氢供给源向电化学式氢泵100供给氢气。作为外部的氢供给源，例如可举出气体贮藏器(例如，储气瓶)、气体供给基础设施等。在该情况下，氢气例如可以利用水电解装置等来生成。
再者，以上的未图示的各种构件及设备是例示，并不限定于本例。
[动作]
以下，参照附图对本实施方式的氢供给系统200的运转方法(动作)进行说明。
以下的动作，例如可以由控制器50的运算电路利用来自控制器50的存储电路的控制程序来进行。但是，用控制器进行以下的动作不一定是必需的。操作者也可以进行其一部分的动作。
首先，从阳极入口6IN流入的氢(H2)通过阳极流路6向电化学式氢泵100的阳极AN供给，并且电压施加器21的电向电化学式氢泵100供给。
于是，在电化学式氢泵100的阳极AN的阳极催化剂层2A中，通过氧化反应，氢分子分离为氢离子(质子)和电子(式(1))。质子在电解质膜1内传导而向阴极CA的阴极催化剂层2C移动。电子通过电压施加器21向阴极催化剂层2C移动。然后，在阴极CA的阴极催化剂层2C中，通过还原反应再次生成氢分子(式(2))。
此时，可知：在质子在电解质膜1中传导时，规定水量的水作为电渗透水伴随着质子从阳极AN向阴极CA移动。该水例如利用保持在室温的适当的水冷凝收集器(未图示)等，从自电化学式氢泵100的阴极流路7导出的氢除去一部分。
在此，通过使用设置于供从电化学式氢泵100的阴极流路7导出的氢气流通的气体导出路径(未图示)的流量调整器(例如，设置于未图示的配管上的背压阀、调整阀等)使气体导出路径的压损增加，能够使在阴极生成的氢气升压。因此，能够将高压状态的氢气贮藏在例如氢贮藏器11中。
阳极：H2(低压)→2H++2e-…(1)
阴极：2H++2e-→H2(高压)…(2)
另外，在电化学式氢泵100的氢升压动作进行时，阴极CA的气压变得比阳极AN的气压高，因此，电化学式氢泵100的电解质膜1及阳极催化剂层2A被按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)，由此有可能阳极催化剂层2A与阳极气体扩散板31粘接。
假设在阳极催化剂层2A与阳极气体扩散板31粘接的状态下，下一次的电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，若阳极AN的气压变得比阴极CA的气压高，则两者间的压差会在阳极气体扩散板31与阳极催化剂层2A之间、以及阳极催化剂层2A与电解质膜1之间等剥离的方向上作用。
因此，本实施方式的氢供给系统200的运转方法，具备：
在电化学式氢泵100中，通过对阳极AN与阴极CA之间施加电压，将经由阳极流路6供给到阳极AN的氢向阴极CA升压输送的步骤(a)；
将阴极流路7内的被升压了的氢向氢贮藏器11供给的步骤(b)；和
在执行步骤(a)之前，使阴极流路7的压力高于阳极流路6的压力的步骤(c)。再者，步骤(a)执行之前可以是向阳极流路6开始氢的供给之前。
根据以上所述，在阳极催化剂层2A与阳极气体扩散板31粘接了的情况下，能够适当地抑制阳极气体扩散板31与阳极催化剂层2A的剥离、阳极催化剂层2A与电解质膜1的剥离等。
图4是表示将MEA的阴极的气压与对MEA的阳极和阴极之间施加的电压以及MEA的IR损失的关系进行了绘图的实验结果的一例的图。
在本实验中使用的MEA(单元)的构成，与图1的实验中使用的MEA的构成同样，因此省略说明。
本实验通过在MEA的规定的温度(在此为40℃)下反复进行多次的将MEA的阴极的气压从规定的初期压力(在此约为2.5MPa)升压至高压(在此约为13MPa左右)的氢升压动作而进行。
在该MEA的氢升压动作中，使阳极的气压固定在0.2MPa，并对MEA的阳极和阴极之间施加规定的电压(以下称为电压)以使得按电流密度换算在MEA的阳极与阴极之间流过1A/cm2的恒定的电流。于是，通过在向MEA的阳极供给所述氢之后将MEA的阴极密封，从而阴极的气压随着时间的经过而从初期压力逐渐上升。
另外，在MEA的氢升压动作的每次的开始前，进行将阴极的气压设定为初期压力的操作，并且向MEA的阳极供给全加湿的氢以使得向MEA的阳极供给的氢(H2)的露点变得与MEA的温度大致相等(也就是说，MEA内的氢的相对湿度大致成为100％)。然后，通过使上述电流在MEA的阳极与阴极之间流动，从而使MEA进行动作。
然后，将MEA的阳极的出口密封，将向阳极供给的氢从湿润状态切换为干燥状态的气体，并且开始所述的氢升压动作。
也就是说，在本实验中，与图1的实验不同，在用MEA开始氢升压动作之前，阴极的初期压力(约2.5MPa)被设定为比阳极的气压高的压力。
再者，以上的MEA的构成及实验条件是例示，并不限定于本例。
在图4中示出了MEA的第3次及第6次的氢升压动作中的电压及IR损失。
如图4所示可知，MEA的第3次及第6次的氢升压动作中的电压及IR损失，在约2.5MPa至约13MPa的阴极气压的范围内示出大致等同的倾向。也就是说，能够实验性地验证：通过在用MEA开始氢升压动作之前将阴极的初期压力设定为比阳极的气压高的压力，能够抑制MEA的氢升压动作开始时的电压及IR损失的上升。
如上所述，本实施方式的氢供给系统200及氢供给系统200的运转方法，通过在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前调整电化学式氢泵100的压力，从而与以往相比，能够适当地维持电化学式氢泵100的氢升压动作的效率。具体而言，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，阴极流路7的压力变得比阳极流路6的压力高，因此在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态。
由此，例如，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够减轻阳极气体扩散板31与阳极催化剂层2A之间的粘接部及阳极催化剂层2A与电解质膜1之间的粘接部局部地剥离的情况。另外，例如，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够缓和电解质膜1相对于阳极气体扩散板31呈凸状地弯曲的情况。因此，本实施方式的氢供给系统200及氢供给系统200的运转方法，与以往相比，能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加，因此能够高效率地维持电化学式氢泵100的氢升压动作。
(第2实施方式)
图5是表示第2实施方式的氢供给系统的一例的图。
在图5所示的例子中，氢供给系统200具备电化学式氢泵100、第1路径12A、压力调整器22、控制器50及压力供给器P。
电化学式氢泵100与第1实施方式同样，因此省略说明。
在本实施方式的氢供给系统200中，压力调整器22包括设置于第1路径12A的第1阀10A，所述第1路径12A将向阴极流路7供给压力的压力供给器P与阴极流路7连接。在此，向阴极流路7供给的压力是比向阴极流路7供给压力之前的阳极流路6的压力高的压力。
作为第1阀10A，例如可以举出电磁阀。
再者，所述压力供给器P，可以包括气体贮藏器。作为气体贮藏器，例如，如图5所示，可以使用氢贮藏器11等，但并不限定于此。
控制器50在电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前通过开放第1阀10A而使阴极流路7的压力上升。再者，此时，阳极入口6IN(参照图3)及阳极出口6OUT(参照图3)可以开放，也可以密封。
另外，设置于与第1路径12A不同的、与阴极CA连通的路径(未图示；例如，与连接于阴极流路7的出口的第1路径12A不同的路径、连接于与阴极流路7不同的阴极流路的出口的路径等)的阀，在使阴极流路7的压力上升时被关闭。其原因是因为，在开放了这样的阀的情况下，难以向阴极流路7施加适当的压力。
根据以上所述，本实施方式的氢供给系统200，通过在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前开放设置于第1路径12A的第1阀10A，从而能够将压力供给器P内的压力给予阴极流路7。例如，在压力供给器P为气体贮藏器的情况下，通过开放设置于第1路径12A的第1阀10A，从而能够将气体贮藏器内的气压给予阴极流路7。由此，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态，因此能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加。
本实施方式的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第1实施方式的氢供给系统200同样。
(实施例)
为了实现将来的氢社会，曾提出了使用可再生能源来生成氢的方法。例如，在白天可使用由太阳光发电装置发的电，利用水电解装置来生成氢、或者使太阳光照射到光催化剂而生成氢。此时，使用可再生能源生成的氢例如能够通过电化学式氢泵100的氢升压动作而贮藏在氢贮藏器11中。也就是说，在白天，太阳光等可再生能源代替蓄电池的蓄电、或者与蓄电一起通过蓄氢这样的形态贮藏在氢贮藏器11中。并且，在夜间，使用贮藏在氢贮藏器11中的氢，例如利用燃料电池来进行发电。
这样地研究了能够降低系统电力的依赖度的氢系统的构建。
在此，本发明人发现，从该氢系统的构建的视点出发，作为向电化学式氢泵100的阴极流路7供给气压的气体贮藏器，使用上述的氢贮藏器11是合理的。例如，需要在通过电化学式氢泵100的氢升压动作将氢贮藏于氢贮藏器11之后，将设置于连接氢贮藏器11和阴极流路7的第1路径12A的第1阀10A关闭。也就是说，需要在电化学式氢泵100的氢升压动作的停止期间，切断氢贮藏器11与电化学式氢泵100的阴极CA的连通。这是因为：氢从高压状态的阴极CA向低压状态的阳极AN通过电解质膜而逐渐地交叉泄漏，从而阴极CA的压力降低。
即，在本实施例的氢供给系统200中，向电化学式氢泵100的阴极流路7供给气压的气体贮藏器包括氢贮藏器11。再者，作为氢贮藏器11，例如可以举出贮藏高压氢的氢罐等。
根据以上所述，本实施例的氢供给系统200，通过在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前开放设置于第1路径12A的第1阀10A，从而能够将氢贮藏器11内的氢气压给予阴极流路7。
本实施例的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第2实施方式的氢供给系统200同样。
(第3实施方式)
图6是表示第3实施方式的氢供给系统的一例的图。
在图6所示的例子中，氢供给系统200具备电化学式氢泵100、压力调整器22、第1路径12B、控制器50及压力供给器P。
电化学式氢泵100与第1实施方式同样，因此省略说明。
在本实施方式的氢供给系统200中，压力调整器22包括设置于第1路径12B的第1阀10B，所述第1路径12B将向阴极流路7B供给压力的压力供给器P与阴极流路7B连接。也就是说，第1路径12B的下游端与阴极流路7B连接。作为第1阀10B，例如可以举出电磁阀。向阴极流路7供给的压力是比向阴极流路7供给压力之前的阳极流路6的压力高的压力。
另外，如图6所示，所述的压力供给器P，可以包括向阴极流路7B供给流体的流体供给器13。在该情况下，流体供给器13可以是调整向阴极流路7B供给的流体的流量的设备。作为这样的设备，例如可以举出泵等升压器。再者，关于流体的详细情况，在实施例及变形例中进行说明。
控制器50在电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前通过开放第1阀10B并且使压力供给器P(例如流体供给器13)进行动作，从而使阴极流路7B的压力上升。
再者，此时，阳极入口6IN(参照图3)及阳极出口6OUT(参照图3)可以开放，也可以密封。图6中的双点划线所示的第1阀10A被关闭。
但是，若将阳极入口6IN和阳极出口6OUT中的至少一方开放，则阳极流路6的压力变得与大气压大致相等。因此，在该情况下，通过流体供给器13的动作而将向阴极流路7B供给流体时产生的流体压力给予阴极流路7，容易使阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。与此相对，若关闭阳极入口6IN和阳极出口6OUT这两方，则氢从高压状态的阴极CA向低压状态的阳极AN通过电解质膜而逐渐地交叉泄漏，由此阳极流路6的压力逐渐地高压化。因此，在该情况下，需要适当地调整所述的流体压力，以使得阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
根据以上所述，本实施方式的氢供给系统200，能够在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前将通过使压力供给器P进行动作而产生的压力给予阴极流路7。例如，在压力供给器P为向阴极流路7B供给流体的流体供给器13的情况下，能够通过流体供给器13的动作而将向阴极流路7供给流体时产生的流体压力给予阴极流路7。由此，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态，因此能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加。
本实施方式的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第1实施方式、第2实施方式以及第2实施方式的实施例中的任一氢供给系统200同样。
(实施例)
[装置构成]
图7是表示第3实施方式的实施例的氢供给系统的一例的图。
在图7所示的例子中，氢供给系统200具备：电化学式氢泵100、压力调整器22、流体供给器13、第1路径12C、第2路径14、第2阀15、压力损失部16、以及控制器50。
电化学式氢泵100与第1实施方式同样，因此省略说明。
流体供给器13可以包括向阴极流路7B供给气体的气体供给器13A。在该情况下，气体供给器13A可以是调整向阴极流路7B供给的气体的流量的设备。作为这样的设备，例如可以举出泵等升压器。再者，作为向阴极流路7B供给的气体，例如可以举出氢气。
在本实施例的氢供给系统200中，向阴极流路7B供给的流体使用了气体，但并不限定于此。向阴极流路7B供给的流体也可以是水等液体。详细情况在变形例中进行说明。
压力调整器22包括设置于第1路径12C的第1阀10C，所述第1路径12C将向阴极流路7B供给压力的流体供给器13与阴极流路7B连接。在此，向阴极流路7B供给的压力是比向阴极流路7B供给压力之前的阳极流路6的压力高的压力。作为第1阀10C，例如可以举出电磁阀。第1阀10C如图7所示由三通阀构成，但该第1阀10C也可以由二通阀的组合构成。
在此，流体供给器13经由第1阀10C(三通阀)与阴极流路7B和阳极流路6这两方连接。因此，本实施方式的电化学式氢泵100被构成为：能够通过对第1阀10C进行阀操作来选择以下任一项：将通过流体供给器13的流体向阴极流路7供给；将通过流体供给器13的流体向阳极流路6供给。
第2路径14是用于从阴极流路7C排出的流体(例如气体)流动的流路。另外，第2路径14与阳极流路6连接。也就是说，第2路径14的上游端与阴极流路7C连接，第2路径14的下游端与阳极流路6连接。
第2阀15及压力损失部16设置于第2路径14。作为第2阀15，例如可以举出电磁阀。作为压力损失部16，例如可以举出设置于构成第2路径14的配管的节流孔(orifice)等。
控制器50，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前，通过使第1阀10C向第1路径12C与流体供给器13连通的方向开放并且使流体供给器13进行动作来使阴极流路7的压力上升时，使第2阀15开放。再者，此时，图7中的双点划线所示的第1阀10A被关闭。
[动作]
以下，参照附图对本实施例的氢供给系统200的运转方法进行说明。再者，在此，对作为向阴极流路7B供给的流体使用氢气的情况进行说明。
以下的动作，例如可以由控制器50的运算电路利用来自控制器50的存储电路的控制程序来进行。但是，用控制器进行以下的动作不一定是必需的。操作者也可以进行其一部分的动作。
图7A及图7B是表示第3实施方式的实施例的氢供给系统的运转方法的一例的图。在图7A中图示了在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前向阴极流路7B供给氢气的状态。在图7B中图示了从这样的氢气供给状态转移到向阴极流路7B的氢气供给停止的状态。
再者，在图7A及图7B中，为了容易理解附图的内容，为方便起见，用黑色表示第1阀10C的开放侧，用白色表示其关闭侧。另外，开放状态的第2阀15用黑色表示，关闭状态的第2阀15用白色表示。另外，用箭头表示氢气的流动。
首先，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，如图7A所示，通过第1阀10C的阀操作及气体供给器13A的动作，将通过气体供给器13A的氢气通过第1路径12C而向阴极流路7B供给。
此时，由于开放了第2阀15，所以通过阴极CA的氢气通过阴极流路7C而排出到第2路径14。并且，在第2路径14中流动的氢气通过压力损失部16之后被供给到阳极流路6。
接着，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作时，如图7B所示，通过第1阀10C的阀操作及气体供给器13A的动作，而将通过气体供给器13A的氢气不经由阴极CA直接供给到阳极流路6。由此，能够将氢气顺畅地供给到阳极流路6。再者，此时，第2阀15如图7B所示关闭。
根据以上所述，本实施例的氢供给系统200，从阴极流路7C排出的氢气经由第2路径14向阳极流路6供给时，通过利用在压力损失部16产生的压差，能够使阴极流路7C的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
因此，本实施例的氢供给系统200，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持利用所述压差使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态，因此能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加。
再者，在本实施例的氢供给系统200中，利用在压力损失部16产生的压差来使阴极流路7C的压力成为比阳极流路6的压力高的压力，但并不限定于此。
例如，在本实施例的氢供给系统200中，也可以不设置氢排出路径(第2路径14、第2阀15及压力损失部16)而通过流体供给器13的动作将向阴极流路7B供给流体(例如气体)时产生的流体压力给予阴极流路7B，从而使阴极流路7B的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
本实施例的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第3实施方式的氢供给系统200同样。
(变形例)
本变形例的氢供给系统200，除了向阴极流路7B供给的流体使用水、以及流体供给器13包括水供给器(例如泵等升压器)以外，与第3实施方式的实施例同样。因此，省略本变形例的氢供给系统200的装置构成及运转方法的说明。
根据以上所述，从阴极流路7C排出的水经由第2路径14向阳极流路6供给时，通过利用在压力损失部16产生的压差，能够使阴极流路7C的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
因此，本变形例的氢供给系统200，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持利用所述的压差使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态，因此能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加。
另外，在电解质膜1例如为高分子电解质膜的情况下，高分子电解质膜在湿润状态下显示出质子传导性。因此，在该情况下，本变形例的氢供给系统200通过向阴极流路7B供给水，从而能够在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，将高分子电解质膜适当地保持为湿润状态。
本变形例的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第3实施方式或第3实施方式的实施例的氢供给系统200同样。
(第4实施方式)
图8是表示第4实施方式的氢供给系统的一例的图。
在图8所示的例子中，氢供给系统200具备电化学式氢泵100、压力调整器22、氢贮藏器11、流体供给器13、第1路径12D、第2路径14、第2阀15、以及控制器50。
电化学式氢泵100及氢贮藏器11与第1实施方式同样，因此省略说明。
流体供给器13可以包括向阴极流路7供给水的水供给器13B。在该情况下，水供给器13B可以是调整向阴极流路7供给的水的流量的设备。作为这样的设备，例如能够举出泵等升压器。
压力调整器22包括设置于第1路径12D的第1阀10D，所述第1路径12D将向阴极流路7供给压力的流体供给器13与阴极流路7连接。作为第1阀10D，例如可以举出电磁阀。第1阀10D如图8所示由三通阀构成，但该第1阀10D也可以由二通阀的组合构成。向阴极流路7供给的压力是比向阴极流路7供给压力之前的阳极流路6的压力高的压力。
在此，阴极流路7经由第1阀10D(三通阀)与流体供给器13和氢贮藏器11这两方连接。因此，本实施方式的电化学式氢泵100被构成为：通过对第1阀10D进行阀操作，能够选择以下的任一项：将通过流体供给器13的流体向阴极流路7供给；将从阴极流路7排出的氢向氢贮藏器11供给。
第2路径14是用于从阴极流路7C排出的流体(例如水)流动的流路。也就是说，第2路径14的上游端与阴极流路7C连接。第2阀15设置于第2路径14。作为第2阀15，例如可以举出电磁阀。
控制器50，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前通过将第1阀10D向第1路径12D与流体供给器13连通的方向开放并且使流体供给器13进行动作来使阴极流路7的压力上升时，使第2阀15开放。再者，此时，阳极入口6IN(参照图3)及阳极出口6OUT(参照图3)可以开放，也可以密封。
但是，若将阳极入口6IN和阳极出口6OUT中的至少一方开放，则阳极流路6的压力变得与大气压大致相等。因此，在该情况下，通过流体供给器13的动作而将流体通过阴极CA时产生的流体压力给予阴极流路7，从而容易使阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。与此相对，若关闭阳极入口6IN和阳极出口6OUT这两方，则氢从高压状态的阴极CA向低压状态的阳极AN通过电解质膜1而逐渐地交叉泄漏，从而阳极流路6的压力逐渐地高压化。因此，在该情况下，需要适当地调整所述的流体压力，以使得阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
[动作]
以下，参照附图对本实施方式的氢供给系统200的运转方法(动作)进行说明。再者，在此，对作为向阴极流路7C供给的流体使用水的情况进行说明。
以下的动作，例如可以由控制器50的运算电路利用来自控制器50的存储电路的控制程序来进行。但是，用控制器进行以下的动作不一定是必需的。操作者也可以进行其一部分的动作。
图8A及图8B是表示第4实施方式的氢供给系统的运转方法的一例的图。在图8A中图示了在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前向阴极流路7供给水的状态。在图8B中图示了利用电化学式氢泵100进行氢升压动作从而将阴极CA的高压状态的氢向氢贮藏器11供给的状态。
再者，在图8A及图8B中，为了容易理解附图的内容，为方便起见，用黑色表示第1阀10D的开放侧，用白色表示其关闭侧。另外，开放状态的第2阀15用黑色表示，关闭状态的第2阀15用白色表示。另外，用箭头表示水及氢气的流动。
首先，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，如图8A所示，通过第1阀10D的阀操作及水供给器13B的动作，将通过水供给器13B的水通过第1路径12D供给到阴极流路7。
此时，由于开放了第2阀15，所以通过阴极CA的水通过第2路径14而向外部排出。
接着，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作时，停止水供给器13B的动作，并且关闭第2阀15。另外，例如，关闭设置于第1路径12D的未图示的适当的开闭阀。然后，向阳极流路6供给氢气。由此，进行电化学式氢泵100的氢升压动作。
接着，当利用电化学式氢泵100进行氢升压动作时，将阴极CA的氢向氢贮藏器11供给。在该情况下，开放所述的开闭阀，并且如图8B所示，通过第1阀10D的阀操作，将通过阴极流路7的氢通过第1路径12D而供给到氢贮藏器11。
根据以上所述，本实施方式的氢供给系统200，能够在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，通过水供给器13B的动作而将水通过阴极CA时产生的水压给予阴极流路7。由此，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，能够保持使电解质膜1及阳极催化剂层2A按压于阳极气体扩散板31(阳极气体扩散层3A)的状态，因此能够抑制电化学式氢泵100的接触电阻(电阻)的增加。
再者，在本实施方式的氢供给系统200中，通过水供给器13B的动作而将水通过阴极CA时产生的水压给予阴极流路7，由此使阴极流路7C的压力成为比阳极流路6的压力高的压力，但并不限定于此。例如，在本实施例的氢供给系统200中，也可以不设置排水路径(第2路径14及第2阀15)而通过水供给器13B的动作将向阴极流路7供给水时产生的水压给予阴极流路7，由此使阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。另外，例如，在本实施例的氢供给系统200中，即使是设置排水路径(第2路径14及第2阀15)的情况，也可以使第2阀15关闭，通过水供给器13B的动作，将向阴极流路7供给水时产生的水压给予阴极流路7，由此使阴极流路7的压力成为比阳极流路6的压力高的压力。
本实施方式的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第1实施方式、第2实施方式、第2实施方式的实施例、第3实施方式、第3实施方式的实施例和第3实施方式的变形例中的任一氢供给系统200同样。
(第5实施方式)
本实施方式的氢供给系统200，除了以下的控制器50的控制内容以外，与第1实施方式的氢供给系统200同样。
在本实施方式的氢供给系统200中，控制器50可以在未利用电化学式氢泵100进行氢升压动作时控制压力调整器22，从而将阴极流路7的压力保持为比阳极流路6的压力高的压力。
在此，在没有利用电化学式氢泵100进行氢升压动作时，氢从高压状态的阴极CA向低压状态的阳极AN通过电解质膜1而逐渐地交叉泄漏，由此阴极流路7的压力降低。
再者，此时，在阳极AN的氢分压与阴极CA的氢分压不同的情况下，按照下述的能斯脱式(3)产生电位差。因此，通过检测阳极AN与阴极CA之间的电位差或电位差的经时变化，即使发生氢的交叉泄漏，也能够适时地获知阳极AN与阴极CA之间的压力差。
V＝RT/nF×ln(PH2(CA)/PH2(AN))…(3)
在式(3)中，R为气体常数。T是电化学式氢泵100的MEA的温度。F是法拉第常数。PH2(CA)是阴极CA的氢气分压。PH2(AN)是阳极AN的氢气分压。
并且，若这样的状态持续规定期间，则由于氢的交叉泄漏，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，存在阴极流路7的压力与阳极流路6的压力变得大致相等的可能性。于是，在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，在向阳极AN供给氢时，有可能阳极流路6的压力成为比阴极流路7的压力高的压力。
但是，本实施方式的氢供给系统200，在未利用电化学式氢泵100进行氢升压动作时，控制压力调整器22，将阴极流路7的压力保持为比阳极流路6的压力高的压力，由此能够降低这样的可能性。
本实施方式的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第1实施方式、第2实施方式、第2实施方式的实施例、第3实施方式、第3实施方式的实施例、第3实施方式的变形例和第4实施方式中的任一氢供给系统200同样。
(第6实施方式)
本实施方式的氢供给系统200，除了以下的电压施加器21的构成及控制器50的控制内容以外，与第1实施方式的氢供给系统200同样。
在本实施方式的氢供给系统200中，可以：电压施加器21兼用作为压力调整器22，在用于向氢贮藏器11供给被升压了的氢的电化学式氢泵100的氢升压动作开始之前，控制器50利用电压施加器21对阳极AN与阴极CA之间施加电压，使阴极CA的压力高于阳极AN的压力。
再者，此时，通过将残留于阳极AN的氢向阴极CA升压输送，来将阴极CA的压力保持为比阳极AN的压力高的压力，但也可以向阳极AN供给氢。另外，利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前的电压施加器21的电压，比利用电化学式氢泵100进行氢升压动作的情况下的电压施加器21的电压小。再者，所谓“前者的电压比后者的电压小”，例如，可以减小前者的情况下的施加电压的大小，即使在两者的施加电压的大小相同的情况下，在前者的情况下也可以通过间歇的电压施加来减小电压的时间积分。
根据以上所述，本实施方式的氢供给系统200，在利用电化学式氢泵100开始氢升压动作之前，利用电压施加器21对阳极AN与阴极CA之间施加电压，能够简单地将阴极CA的压力保持为比阳极AN的压力高的压力。因此，本实施方式的氢供给系统200，能够简单地降低：由于氢的交叉泄漏而导致在电化学式氢泵100的氢升压动作开始时，在向阳极流路6供给氢时阳极流路6的压力变为比阴极流路7的压力高的压力的可能性。
再者，与第5实施方式同样地，通过检测电化学式氢泵100的阳极AN与阴极CA之间的电位差或电位差的经时变化，即使发生氢的交叉泄漏，也能够适时地获知阳极AN与阴极CA之间的压力差。
本实施方式的氢供给系统200，除了上述的特征以外，可以与第1实施方式、第2实施方式、第2实施方式的实施例、第3实施方式、第3实施方式的实施例、第3实施方式的变形例、第4实施方式和第5实施方式中的任一氢供给系统200同样。
再者，第1实施方式、第2实施方式、第2实施方式的实施例、第3实施方式、第3实施方式的实施例、第3实施方式的变形例、第4实施方式、第5实施方式以及第6实施方式，只要不相互排除对方，就可以相互组合。
另外，根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本公开的很多的改良及其他的实施方式是明显的。因此，上述说明应仅作为例示来解释，是出于对本领域技术人员教导实施本公开的最佳的方式的目的而提供的。可以不脱离本公开的精神而实质性地变更其结构和/或功能的详细情况。
产业上的可利用性
本公开的技术方案能够用于通过在利用电化学式氢泵开始氢升压动作之前调整电化学式氢泵的压力，从而与以往相比能够适当地维持电化学式氢泵的氢升压动作的效率的氢供给系统以及氢供给系统的运转方法。

Claims (16)

1.一种氢供给系统，具备：
电化学式氢泵，其具备电解质膜、设置于所述电解质膜的一个主面的阳极、设置于所述阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极、设置于所述阴极上且用于氢流动的阴极流路、和对所述阳极和所述阴极之间施加电压的电压施加器，通过利用所述电压施加器施加电压，从而将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢向所述阴极升压输送，并将所述阴极流路内的被升压了的氢向氢贮藏器供给；
压力调整器，其调整所述阴极流路的压力；和
控制器，在所述电化学式氢泵中为了向所述氢贮藏器供给所述被升压了的氢而开始进行将供给到所述阳极流路的氢向所述阴极流路升压供给的氢升压动作之前，所述控制器控制所述压力调整器而使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力。
2.根据权利要求1所述的氢供给系统，
所述控制器在所述氢升压动作开始之前控制所述压力调整器而使所述阴极流路的压力上升。
3.根据权利要求2所述的氢供给系统，
所述压力调整器包括设置于第1路径的第1阀，所述第1路径将向所述阴极流路供给压力的压力供给器和所述阴极流路连接，
所述控制器在所述氢升压动作开始之前通过开放所述第1阀而使所述阴极流路的压力上升。
4.根据权利要求3所述的氢供给系统，
所述压力供给器包括气体贮藏器。
5.根据权利要求4所述的氢供给系统，
所述气体贮藏器包括所述氢贮藏器。
6.根据权利要求2所述的氢供给系统，
所述压力调整器包括设置于第1路径的第1阀，所述第1路径将向所述阴极流路供给压力的压力供给器和所述阴极流路连接，
所述控制器在所述氢升压动作开始之前通过开放所述第1阀并且使所述压力供给器进行动作而使所述阴极流路的压力上升。
7.根据权利要求6所述的氢供给系统，
所述压力供给器包括向所述阴极流路供给流体的流体供给器。
8.根据权利要求7所述的氢供给系统，具备：
用于从所述阴极流路排出的流体流动的第2路径；和
设置于所述第2路径的第2阀，
所述控制器在所述氢升压动作开始之前通过开放所述第1阀并且使所述流体供给器进行动作而使所述阴极流路的压力上升时，使所述第2阀开放。
9.根据权利要求8所述的氢供给系统，
所述第2路径与所述阳极流路连接。
10.根据权利要求9所述的氢供给系统，
在所述第2路径设置有压力损失部。
11.根据权利要求7～10的任一项所述的氢供给系统，
所述流体供给器包括气体供给器。
12.根据权利要求7～10的任一项所述的氢供给系统，
所述流体供给器包括水供给器。
13.根据权利要求1所述的氢供给系统，
在未进行所述氢升压动作时，所述控制器控制所述压力调整器从而将所述阴极流路的压力保持为比所述阳极流路高的压力。
14.根据权利要求1所述的氢供给系统，
所述电压施加器兼用作为所述压力调整器，
在用于向所述氢贮藏器供给所述被升压了的氢的所述氢升压动作开始之前，所述控制器利用所述电压施加器对所述阳极和所述阴极之间施加电压，使所述阴极的压力高于所述阳极的压力。
15.一种氢供给系统的运转方法，具备：
在具备电解质膜、设置于所述电解质膜的一个主面的阳极、设置于所述阳极上且用于氢流动的阳极流路、设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极、和设置于所述阴极上且用于氢流动的阴极流路的电化学式氢泵中，通过对所述阳极和所述阴极之间施加电压，从而将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢向所述阴极升压输送的步骤(a)；
将所述阴极流路内的被升压了的氢向氢贮藏器供给的步骤(b)；和
在执行所述步骤(a)之前，使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力的步骤(c)。
16.一种氢供给系统，具备：
电解质膜；
设置于所述电解质膜的一个主面的阳极；
设置于所述阳极上、且用于氢流动的阳极流路；
设置于所述电解质膜的另一个主面的阴极；
设置于所述阴极上、且用于氢流动的阴极流路；
对所述阳极和所述阴极之间施加电压的电压施加器；和
在向所述阳极流路开始氢的供给之前，控制所述电压施加器而使所述阴极流路的压力高于所述阳极流路的压力的控制器。
CN201910405632.9A 2018-05-24 2019-05-16 氢供给系统和氢供给系统的运转方法 Active CN110528012B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018099665 2018-05-24
JP2018-099665 2018-05-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110528012A CN110528012A (zh) 2019-12-03
CN110528012B true CN110528012B (zh) 2024-08-13

Family

ID=66041204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910405632.9A Active CN110528012B (zh) 2018-05-24 2019-05-16 氢供给系统和氢供给系统的运转方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10756376B2 (zh)
EP (1) EP3573157A1 (zh)
JP (1) JP7149530B2 (zh)
CN (1) CN110528012B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6979635B1 (ja) * 2020-05-25 2021-12-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素システム
CN114040995A (zh) * 2020-05-28 2022-02-11 松下知识产权经营株式会社 氢系统和氢系统的运转方法
JP7138312B2 (ja) * 2020-07-14 2022-09-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素システムおよび水素システムの運転方法
CN116249672A (zh) * 2020-09-25 2023-06-09 松下知识产权经营株式会社 压缩装置
CN116209638A (zh) * 2020-09-25 2023-06-02 松下知识产权经营株式会社 压缩装置
WO2022097348A1 (ja) 2020-11-06 2022-05-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素システムおよび水素システムの運転方法
JP7108010B2 (ja) * 2020-11-24 2022-07-27 本田技研工業株式会社 水素・酸素製造システムの制御方法および水素・酸素製造システム
WO2022118490A1 (ja) * 2020-12-03 2022-06-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素システムおよび水素システムの運転方法
EP4257728A1 (en) * 2020-12-03 2023-10-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Hydrogen system and method for operating hydrogen system
CN112783114A (zh) * 2020-12-09 2021-05-11 万华化学(宁波)氯碱有限公司 一种氢气水环式压缩机一键启动氢泵顺控的方法及系统
JP7331825B2 (ja) * 2020-12-10 2023-08-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7063979B1 (ja) 2020-12-25 2022-05-09 本田技研工業株式会社 電気化学的昇圧装置
EP4276225A4 (en) * 2021-01-07 2024-10-09 Panasonic Intellectual Property Man Co Ltd COMPRESSOR AND COMPRESSOR CONTROL METHOD
GB202103454D0 (en) * 2021-03-12 2021-04-28 Coorstek Membrane Sciences As Ammonia dehydrogenation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125257A (ja) * 2015-12-22 2017-07-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ 水素を製造するためのシステム及び方法、及び燃料電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3719178B2 (ja) * 2001-09-13 2005-11-24 ソニー株式会社 水素ガス製造充填装置及び電気化学装置
JP2005268056A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Central Japan Railway Co 水素供給システムおよび燃料電池システム
US20070246363A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 H2 Pump Llc Integrated electrochemical hydrogen compression systems
JP5455874B2 (ja) 2010-11-19 2014-03-26 高砂熱学工業株式会社 水素製造方法及び水素製造システム
JP6299027B2 (ja) * 2013-12-16 2018-03-28 国立大学法人山梨大学 水素精製昇圧システム及びその運転方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125257A (ja) * 2015-12-22 2017-07-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ 水素を製造するためのシステム及び方法、及び燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
US10756376B2 (en) 2020-08-25
EP3573157A1 (en) 2019-11-27
JP7149530B2 (ja) 2022-10-07
US20190363386A1 (en) 2019-11-28
CN110528012A (zh) 2019-12-03
JP2019206749A (ja) 2019-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110528012B (zh) 氢供给系统和氢供给系统的运转方法
CN110552016B (zh) 氢气供给系统和氢气供给系统的运行方法
EP3581681B1 (en) Electrochemical hydrogen pump
CN110747486A (zh) 电化学式氢气泵
CN110387556A (zh) 电化学式氢气泵和电化学式氢气泵的运行方法
CN111082091B (zh) 电化学式氢泵
CN110670088A (zh) 电化学式氢气泵
EP4219392A1 (en) Anode separator for electrochemical hydrogen pump, and electrochemical hydrogen pump
US20240060190A1 (en) Electrochemical cell for hydrogen pump and compression apparatus
US20230290969A1 (en) Hydrogen system and hydrogen system operating method
CN113366152A (zh) 电化学式氢泵及其控制方法
JP2022168321A (ja) 水素システムおよび水素システムの運転方法
CN113454817A (zh) 电化学装置
JP6975922B1 (ja) 水素システムおよび水素システムの運転方法
JP7002045B1 (ja) 圧縮機および圧縮機の制御方法
JP7008202B1 (ja) 水素システムおよび水素システムの運転方法
WO2022118490A1 (ja) 水素システムおよび水素システムの運転方法
WO2022149301A1 (ja) 圧縮機および圧縮機の制御方法
CN113692458A (zh) 氢气系统和氢气系统的运行方法
CN116710398A (zh) 氢系统和氢系统的运转方法
CN118140010A (zh) 压缩装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant