CN111082091A - 电化学式氢泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供与以往相比抑制了氢泵单元的阴极隔膜与阴极间的接触电阻增加的电化学式氢泵。电化学式氢泵具备：至少一个氢泵单元，其包括电解质膜、电解质膜的一主面上的阳极、电解质膜的另一主面上的阴极、阳极上的阳极隔膜和阴极上的阴极隔膜；阳极端板，其在层叠方向上设置在位于一端的阳极隔膜上；阴极端板，其在层叠方向上设置在位于另一端的阴极隔膜上；固定构件，其用于使至少从阴极端板直到位于另一端的阴极隔膜为止的构件不向层叠方向移动；第一气体流路，其向设置于阴极端板与位于另一端的阴极隔膜之间的第一空间供给由阴极生成的氢；以及第一传压构件，其设置于第一空间，并将来自位于另一端的阴极隔膜的按压传递到阴极端板。

Description

电化学式氢泵
技术领域
本公开涉及电化学式氢泵。
背景技术
近年来，由于地球温室化等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，作为代替化石燃料的清洁的代替能源，氢受到关注。氢即使燃烧也基本上仅放出水，不排出成为地球温室化原因的二氧化碳，且几乎不排出氮氧化物等，因此作为清洁能源受到期待。另外，作为将氢作为燃料高效利用的装置，例如有燃料电池，面向汽车用电源、面向家庭用自家发电的开发和普及正在推进。
在将来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求能够高密度地贮存氢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，需要配备氢供给基础设施。
因此，为了稳定地供给氢，提出了制造、精制、高密度贮存高纯度氢的各种方案。
例如，在专利文献1中，提出了如下高压氢制造装置：在用端板夹持固体高分子电解质膜、供电体及隔膜的层叠体的状态下，利用贯通端板的紧固螺栓来紧固层叠体。在该高压氢制造装置中，若在高压侧的阴极供电体及低压侧的阳极供电体之间产生预定压力以上的差压，则固体高分子电解质膜及低压侧的阳极供电体发生变形。这样一来，高压侧的阴极供电体及固体高分子电解质膜之间的接触电阻增加。
因此，在专利文献1的高压氢制造装置中，设置有碟形弹簧、螺旋弹簧等按压单元，即使固体高分子电解质膜及低压侧的阳极供电体发生变形，也会将高压侧的阴极供电体向固体高分子电解质膜按压而使其紧贴。由此，能够抑制高压侧的阴极供电体及固体高分子电解质膜之间的接触电阻增加。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2006-70322号公报
发明内容
但是，以往例对于阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加并没有充分研究。本公开的一个形态(aspect)是鉴于这样的情况而完成的，提供一种与以往相比能够适当地抑制氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加的电化学式氢泵。
为了解决上述课题，本公开一形态的电化学式氢泵具备：至少一个氢泵单元，所述至少一个氢泵单元包括电解质膜、设置在所述电解质膜的一方的主面上的阳极、设置在所述电解质膜的另一方的主面上的阴极、层叠在所述阳极上的阳极隔膜以及层叠在所述阴极上的阴极隔膜；阳极端板，所述阳极端板在层叠方向上设置在位于一端的所述阳极隔膜上；阴极端板，所述阴极端板在所述层叠方向上设置在位于另一端的所述阴极隔膜上；固定构件，所述固定构件用于使至少从所述阴极端板直到位于所述另一端的阴极隔膜为止的构件不向所述层叠方向移动；第一气体流路，所述第一气体流路向设置于所述阴极端板与位于所述另一端的阴极隔膜之间的第一空间供给由所述阴极生成的氢；以及第一传压构件，所述第一传压构件设置于所述第一空间，并将来自位于所述另一端的阴极隔膜的按压传递到所述阴极端板。
本公开一形态的电化学式氢泵发挥如下效果：能够与以往相比适当地抑制氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加。
附图说明
图1A是示出电化学式氢泵一例的图。
图1B是示出电化学式氢泵一例的图。
图2A是示出第一实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图2B是图2A的B部的放大图。
图3A是示出第一实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图3B是图3A的B部的放大图。
图4A是示出第一实施方式的第一实施例的电化学式氢泵一例的图。
图4B是示出第一实施方式的第二实施例的电化学式氢泵一例的图。
图4C是示出第一实施方式的第三实施例的电化学式氢泵一例的图。
图4D是示出第一实施方式的第四实施例的电化学式氢泵一例的图。
图4E是示出第一实施方式的第五实施例的电化学式氢泵一例的图。
图5A是示出第一实施方式的第一变形例的电化学式氢泵一例的图。
图5B是示出第一实施方式的第二变形例的电化学式氢泵一例的图。
图5C是示出第一实施方式的第三变形例的电化学式氢泵一例的图。
图6是示出第二实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图7是示出第三实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图8A是示出第三实施方式的第一实施例的电化学式氢泵一例的图。
图8B是示出第三实施方式的第二实施例的电化学式氢泵一例的图。
图8C是示出第三实施方式的第三实施例的电化学式氢泵一例的图。
图8D是示出第三实施方式的第四实施例的电化学式氢泵一例的图。
图8E是示出第三实施方式的第五实施例的电化学式氢泵一例的图。
图9A是示出第三实施方式的第一变形例的电化学式氢泵一例的图。
图9B是示出第三实施方式的第二变形例的电化学式氢泵一例的图。
图9C是示出第三实施方式的第三变形例的电化学式氢泵一例的图。
图10是示出第四实施方式的电化学式氢泵一例的图。
附图标记说明
11：电解质膜
12：阴极催化剂层
13：阳极催化剂层
14：阴极气体扩散层
15：阳极气体扩散层
16：阴极隔膜
17：阳极隔膜
21：绝缘体
22A：阳极供电板
22C：阴极供电板
23A：阳极绝缘板
23C：阴极绝缘板
24A：阳极端板
24C：阴极端板
25：紧固器
26：阴极气体导出路径
26A：阴极气体导出路径
26B：阴极气体导出配管
27：阳极气体导入歧管
29：阳极气体导入路径
30：阳极气体导出歧管
31：阳极气体导出路径
32：阴极气体流路
33：阳极气体流路
34：阴极气体通过路径
35：第一阳极气体通过路径
36：第二阳极气体通过路径
40：密封构件
42：密封构件
43：密封构件
50：阴极气体导出歧管
51：阴极气体供给路径
52：阴极气体供给路径
60：第一空间
61：第一空间
62：第一空间
63：第一空间
65：第二空间
66：第二空间
67：第二空间
68：第二空间
70A：柱状构件
70C：柱状构件
71A：柱状构件
71C：柱状构件
72A：柱状构件
72C：柱状构件
73A：多孔性构件
73C：多孔性构件
74A：弹性构件
74C：弹性构件
80A：阳极板构件
80C：阴极板构件
90：连通流路构件
100：电化学式氢泵
100A：氢泵单元
102：电压施加器
AN：阳极
CA：阴极
具体实施方式
在专利文献1的高压氢制造装置中，利用贯通端板的紧固螺栓来紧固层叠体，沿层叠方向进行压缩。但是，发明人等进行了深入研究，结果发现，阴极的气压为高压，因此阴极隔膜以向与其接近的端板侧鼓出的方式变形，伴随于此，端板也以向与层叠体侧相反的方向即外侧鼓出的方式变形。另外，在所述层叠体为多个时，在多个层叠体中，在层叠方向上位于端部的隔膜向接近的端板侧变形。伴随该变形，端板也与上述同样地变形。
伴随阴极隔膜的上述变形，在阴极隔膜与阴极供电体之间产生比专利文献1的段落[0020]所记载的间隙大的间隙，为了弥补该间隙，使将阴极供电体与阴极隔膜电连接的碟形弹簧的距离变长，碟形弹簧的电阻增加。
这并不限于专利文献1的高压氢制造装置，在图1A及图1B所示的申请人提出的在先专利的电化学式氢泵中也是同样的。
例如，如图1A所示，提出了如下结构：阴极气体扩散层114收纳于阴极隔膜116的凹部，并且在将电解质膜111、阴极催化剂层112、阳极催化剂层113、阴极气体扩散层114以及阳极气体扩散层115的层叠体500紧固前，从凹部沿其厚度方向以预定的大小Ecd突出配设。
此时，如图1B所示，在将层叠体500紧固时，使阴极气体扩散层114沿厚度方向以与突出量Ecd相应的量发生弹性变形。
在此，在该电化学式氢泵工作时，若层叠体500的阴极气体扩散层114的气压成为高压，则会对阳极气体扩散层115、阳极催化剂层113及电解质膜111施加高压。这样一来，阳极气体扩散层115、阳极催化剂层113及电解质膜111分别发生压缩变形。但是，此时，阴极气体扩散层114在从由紧固器进行的压缩后的厚度T2返回到压缩前的厚度T1的方向上发生弹性变形，由此能够适当地维持阴极催化剂层112与阴极气体扩散层114之间的接触。
但是，如上所述，若阴极的气压成为高压，则阴极隔膜116以向与其接近的未图示的端板侧(外侧)鼓出的方式变形。这样一来，由于在阴极隔膜116的凹部的底面与阴极气体扩散层114之间容易产生间隙，因此两者间的接触电阻有可能增加。结果，通过增加由电压施加器施加的电压，可能使电化学式氢泵的运转效率降低。
因此，在申请人提出的在先专利的电化学式氢泵中，为了抑制将阴极的气压成为高压时的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻的增加，提出了在设置在阴极隔膜上的阴极端板与阴极隔膜之间设置与阴极连通的空间的方案。
在此，当在设置在阴极隔膜上的阴极端板与阴极隔膜之间设置与阴极连通的空间的情况下，对阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加进行进一步研究，得到了以下见解。
例如，如图1B所示，若在将层叠体500紧固时，使阴极气体扩散层114在厚度方向上以与突出量Ecd相应的量发生弹性变形，则阴极气体扩散层114的压缩应力作用于阴极隔膜116的凹部的底面。此时，阴极隔膜116无法向与其接近的未图示的所述空间供给高压气体，因此以向该空间侧(外侧)鼓出的方式变形。这样一来，由于在阴极隔膜116的凹部的底面与阴极气体扩散层114之间容易产生间隙，因此两者间的接触电阻可能增加。结果，通过增加由电压施加器施加的电压，可能使电化学式氢泵的运转效率降低。
因此，发明人发现，通过在上述空间设置将来自阴极隔膜的按压向阴极端板传递的传压构件，与不设置传压构件的情况相比，能够抑制由阴极的压缩应力作用于阴极隔膜而引起的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加。
即，本公开第一形态的电化学式氢泵具备：至少一个氢泵单元，所述至少一个氢泵单元包括电解质膜、设置在电解质膜的一方的主面上的阳极、设置在电解质膜的另一方的主面上的阴极、层叠在阳极上的阳极隔膜以及层叠在阴极上的阴极隔膜；阳极端板，所述阳极端板在层叠方向上设置在位于一端的所述阳极隔膜上；阴极端板，所述阴极端板在所述层叠方向上设置在位于另一端的所述阴极隔膜上；固定构件，所述固定构件用于使至少从所述阴极端板直到位于所述另一端的阴极隔膜为止的构件不向所述层叠方向移动；第一气体流路，所述第一气体流路向设置于阴极端板与位于另一端的阴极隔膜之间的第一空间供给由阴极生成的氢；以及第一传压构件，所述第一传压构件设置于第一空间，并将来自位于另一端的阴极隔膜的按压传递到阴极端板。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵与不设置传压构件的情况相比能够适当地抑制氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加。
第一，在本形态的电化学式氢泵中，阴极的气压成为高压时的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻的增加如以下那样被抑制。
在本形态的电化学式氢泵中，能够将由氢泵单元的阴极生成的高压氢通过第一气体流路向设置于阴极端板与阴极隔膜之间的第一空间供给。因此，第一空间内的氢气压力是与氢泵单元的阴极内的氢气压力大致同等的高压。这样一来，由第一空间内的氢施加于阴极隔膜的载荷，以抑制因阴极内的氢气压力引起的阴极隔膜向阴极端板侧的变形(挠曲)的方式发挥作用。
在此，假设阴极隔膜向阴极端板侧挠曲，则在阴极隔膜与阴极之间容易产生间隙。并且，在阴极隔膜与阴极之间产生间隙的情况下，两者间的接触电阻增加。
但是，本形态的电化学式氢泵如上所述地构成为，通过向设置于阴极端板与阴极隔膜之间的第一空间供给高压氢气，阴极隔膜难以向阴极端板侧挠曲。因此，本形态的电化学式氢泵与不设置上述第一空间的情况相比难以产生氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
第二，在本形态的电化学式氢泵中，由于阴极的压缩应力作用于阴极隔膜而引起的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻的增加如以下那样被抑制。
在本形态的电化学式氢泵中，在向阴极的厚度减少的方向弹性变形时，阴极的压缩应力作用于将阴极隔膜向第一空间侧按压的方向。因此，在第一空间内未设置将来自阴极隔膜的按压向阴极端板传递的第一传压构件的情况下，阴极隔膜容易向阴极端板侧挠曲。
在此，假设阴极隔膜向阴极端板侧挠曲，则在阴极隔膜与阴极之间容易产生间隙。并且，在阴极隔膜与阴极之间产生间隙的情况下，两者间的接触电阻增加。
但是，本形态的电化学式氢泵如上所述地构成为，通过在第一空间设置将来自阴极隔膜的按压向阴极端板传递的第一传压构件，从而在向阴极的厚度减少的方向弹性变形时阴极隔膜难以向阴极端板侧挠曲。因此，本形态的电化学式氢泵与没有在第一空间设置所述第一传压构件的情况相比，难以产生氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
本公开第二形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，具备设置于阴极端板与位于另一端的阴极隔膜之间的阴极板构件，第一传压构件在阴极端板与阴极板构件之间包括柱状构件，所述柱状构件与阴极端板分体或一体地设置。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，当在阴极端板与阴极板构件之间设置第一空间的情况下，能够经由与阴极端板分体或一体地设置的柱状构件将来自阴极板构件的按压适当地传递到阴极端板。
本公开第三形态的电化学式氢泵，可以是在第二形态的电化学式氢泵中，阴极板构件和位于另一端部的阴极隔膜由固定构件所包含的螺栓贯通。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，对于在所述层叠方向上位于另一端的阴极隔膜的变形，第一空间的面方向的位置偏移减少。
本公开第四形态的电化学式氢泵，可以是在第二形态的电化学式氢泵中，阴极板构件包括阴极绝缘板，柱状构件设置于阴极端板与阴极绝缘板之间。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，能够经由设置于阴极端板与阴极绝缘板之间的柱状构件，将来自阴极绝缘板的按压适当地传递到阴极端板。
本公开第五形态的电化学式氢泵，可以是在第二形态的电化学式氢泵中，阴极板构件包括阴极供电板，柱状构件设置于阴极端板与阴极供电板之间。在此，本公开的第六形态的电化学式氢泵，在第五形态的电化学式氢泵中，也可以是，柱状构件为绝缘构件。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，能够经由设置于阴极端板与阴极供电板之间的绝缘性的柱状构件，将来自阴极供电板的按压适当地传递到阴极端板。
本公开第七形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，第一传压构件包括多孔性构件。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，能够经由设置于第一空间的多孔性构件，将来自阴极隔膜的按压适当地传递到阴极端板。
另外，本形态的电化学式氢泵通过使用多孔性构件作为第一传压构件，例如即使在将多孔性构件设置于第一空间的大致整个区域的情况下，也能够适当地确保第一空间中的透气性。
本公开第八形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，第一传压构件包括弹性构件。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，能够经由设置于第一空间的弹性构件将来自阴极隔膜的按压适当地传递到阴极端板。
另外，本形态的电化学式氢泵通过使用弹性构件作为第一传压构件，即使假设在阴极隔膜因阴极的压缩应力而变形的情况下，弹性构件也能够追随阴极隔膜的变形，因此，来自阴极隔膜的按压经由弹性构件均等地传递到阴极端板。
本公开第九形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，固定构件是还用于使从阳极端板直到位于一端的阳极隔膜为止的构件不向所述层叠方向移动的构件，所述电化学式氢泵还具备：第二气体流路，所述第二气体流路向设置于阳极端板与位于一端的阳极隔膜之间的第二空间供给由阴极生成的氢；以及第二传压构件，所述第二传压构件设置于第二空间，并将来自位于一端的阳极隔膜的按压传递到阳极端板。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，阴极的气压成为高压时的氢泵单元的阴极与电解质膜间的接触电阻的增加如以下那样被抑制。
基于氢泵单元的阴极内的氢气压力，载荷也向阳极及阳极隔膜传递。这样一来，在氢泵单元的阴极内的氢气压力为高压的情况下，阳极隔膜有可能由于由该载荷向外侧按压而变形。此时，假设在阴极的厚度增加的方向的弹性变形无法追随阳极隔膜的变形的情况下，在氢泵单元的阴极与电解质膜之间有可能产生间隙。这样一来，氢泵单元的阴极与电解质膜间的接触电阻可能增加。
但是，在本形态的电化学式氢泵中，能够将由氢泵单元的阴极生成的高压的氢通过第二气体流路向设置于阳极端板与阳极隔膜之间的第二空间供给。因此，第二空间内的氢气压力是与氢泵单元的阴极内的氢气压力大致同等的高压。这样一来，由第二空间内的氢施加于阳极隔膜的载荷，以抑制由阴极内的氢气压力引起的阳极隔膜的变形的方式发挥作用。因此，本形态的电化学式氢泵与不设置这样的第二空间的情况相比，难以产生氢泵单元的阴极与电解质膜间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
另外，在本形态的电化学式氢泵中，由于阴极的压缩应力作用于阳极隔膜而引起的氢泵单元的阴极与电解质膜间的接触电阻的增加如以下那样被抑制。
在向阴极厚度减小的方向发生弹性变形时，阴极的压缩应力作用于经由电解质膜将阳极隔膜向第二空间侧按压的方向。因此，当没有在第二空间设置将来自阳极隔膜的按压向阳极端板传递的第二传压构件的情况下，阳极隔膜容易向阳极端板侧挠曲。此时，假设在阴极的厚度增加的方向的弹性变形无法追随阳极隔膜的变形的情况下，有可能在氢泵单元的阴极与电解质膜之间产生间隙。这样一来，氢泵单元的阴极与电解质膜间的接触电阻可能增加。
但是，本形态的电化学式氢泵如上所述地构成为，通过在第二空间设置将来自阳极隔膜的按压向阳极端板传递的第二传压构件，从而在沿阴极的厚度减小的方向发生弹性变形时阳极隔膜难以向阳极端板侧挠曲。因此，本形态的电化学式氢泵与没有在第二空间设置所述第二传压构件的情况相比，难以产生氢泵单元的阴极与电解质膜间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
本公开第十形态的电化学式氢泵，可以是在第九形态的电化学式氢泵中，具备设置于阳极端板与位于一端的阳极隔膜之间的阳极板构件，第二传压构件在阳极端板与阳极板构件之间包括与阳极端板分体或一体地设置的柱状构件。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，当在阳极端板与阳极板构件之间设置第二空间的情况下，能够经由与阳极端板分体或一体地设置的柱状构件，将来自阳极板构件的按压适当地传递到阴极端板。
本公开第十一形态的电化学式氢泵，可以是在第十形态的电化学式氢泵中，阳极板构件和位于一端的阳极隔膜由固定构件所包含的螺栓贯通。
根据该方案，在本形态的电化学式氢泵中，对于在所述层叠方向上位于一端的阳极隔膜的变形，第二空间的面方向的位置偏移减少。
本公开第十二形态的电化学式氢泵，可以是在第十形态的电化学式氢泵中，阳极板构件包括阳极绝缘板，柱状构件设置于阳极端板与阳极绝缘板之间。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵能够经由设置于阳极端板与阳极绝缘板之间的柱状构件，将来自阳极绝缘板的按压适当地传递到阳极端板。
本公开第十三形态的电化学式氢泵，可以是在第十形态的电化学式氢泵中，阳极板构件包括阳极供电板，柱状构件设置于阳极端板与阳极供电板之间。在此，本公开第十四形态的电化学式氢泵，可以是在第十三形态的电化学式氢泵中，柱状构件为绝缘构件。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵能够经由设置于阳极端板与阳极供电板之间的绝缘性柱状构件，将来自阳极供电板的按压适当地传递到阳极端板。
本公开第十五形态的电化学式氢泵，可以是在第九形态的电化学式氢泵中，第二传压构件包括多孔性构件。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵能够经由设置于第二空间的多孔性构件，将来自阳极隔膜的按压适当地传递到阳极端板。
另外，本形态的电化学式氢泵通过使用多孔性构件作为第二传压构件，例如即使在将多孔性构件设置于第二空间的大致整个区域的情况下，也能够适当地确保第二空间中的透气性。
本公开第十六形态的电化学式氢泵，可以是在第九形态的电化学式氢泵中，第二传压构件包括弹性构件。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵能够经由设置于第二空间的弹性构件，将来自阳极隔膜的按压适当地传递到阳极端板。
另外，本形态的电化学式氢泵通过使用弹性构件作为第二传压构件，即使假设在阳极隔膜因阴极的压缩应力而变形的情况下，弹性构件也能够追随阳极隔膜的变形，因此来自阳极隔膜的按压经由弹性构件均等地传递到阳极端板。
本公开第十七形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态至第十六形态中任一项的电化学式氢泵中，阳极包括阳极气体扩散层，阴极包括阴极气体扩散层，阳极气体扩散层的弹性模量高于所述阴极气体扩散层的弹性模量。
本公开第十八形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，第一传压构件具备与阴极所包含的阴极气体扩散层同等的弹性模量。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵通过由具备与阴极气体扩散层同等的弹性模量的第一传压构件的厚度减少的方向的弹性变形产生的反作用力，来抑制因阴极气体扩散层的压缩应力引起的阴极隔膜变形。也就是说，阴极气体扩散层的弹性变形量与第一传压构件的弹性变形量大致相同，因此，伴随着电化学式氢泵的氢升压动作进行，在阴极气体扩散层沿从压缩后的厚度返回到压缩前的厚度的方向发生弹性变形时，也能够适当地维持上述反作用力。
本公开第十九形态的电化学式氢泵，可以是在第九形态的电化学式氢泵中，第二传压构件具备与阴极所包含的阴极气体扩散层同等的弹性模量。
根据该方案，本形态的电化学式氢泵通过由具有与阴极气体扩散层同等的弹性模量的第二传压构件的厚度减少的方向的弹性变形产生的反作用力，来抑制因阴极气体扩散层的压缩应力引起的阳极隔膜变形。也就是说，阴极气体扩散层的弹性变形量与第二传压构件的弹性变形量大致相同，因此，伴随着电化学式氢泵的氢升压动作进行，在阴极气体扩散层沿从压缩后的厚度返回到压缩前的厚度的方向发生弹性变形时，也能够适当地维持上述反作用力。
本公开第二十形态的电化学式氢泵，可以是在第一形态的电化学式氢泵中，固定构件是在由阳极端板及阴极端板夹持至少一个氢泵单元的状态下进行紧固的紧固器。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外，以下说明的实施方式均表示上述各形态的一例。因此，以下所示的形状、材料、构成要素以及构成要素的配置位置及连接方式等只不过是一个例子，只要没有记载在权利要求中，就不限定上述各形态。另外，关于以下构成要素中的、表示上述各形态的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任选的构成要素来说明。另外，在附图中，有时对带有相同附图标记的部分省略说明。为了容易理解附图，示意性地示出各个构成要素，形状及尺寸比等有时不是准确的表示。
(第一实施方式)
[装置结构]
图2A及图3A是示出第一实施方式的电化学式氢泵一例的图。图2B是图2A的B部的放大图。图3B是图3A的B部的放大图。
此外，在图2A中示出了包括俯视时通过电化学式氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线在内的电化学式氢泵100的垂直剖面。另外，在图3A中示出了包括俯视时通过电化学式氢泵100的中心、阳极气体导入歧管27的中心和阳极气体导出歧管30的中心的直线在内的电化学式氢泵100的垂直剖面。
在图2A及图3B所示例子中，电化学式氢泵100具备至少一个氢泵单元100A。
此外，在图2A及图3B的电化学式氢泵100中层叠有3层氢泵单元100A，但氢泵单元100A的层数并不限定于此。也就是说，氢泵单元100A的层数能够基于电化学式氢泵100升压的氢量等运转条件而设定为适当数目。
氢泵单元100A具备电解质膜11、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜16、阳极隔膜17以及绝缘体21。
阳极AN设置于电解质膜11的一方的主面。阳极AN是包括阳极催化剂层13和设置在阳极催化剂层13上的阳极气体扩散层15的电极。此外，以俯视时包围阳极催化剂层13的周围的方式设置有环状的密封构件43，阳极催化剂层13由密封构件43适当地密封。
阴极CA设置于电解质膜11的另一方的主面。阴极CA是包括阴极催化剂层12和设置在阴极催化剂层12上的阴极气体扩散层14的电极。此外，以俯视时包围阴极催化剂层12的周围的方式设置有环状的密封构件42，阴极催化剂层12由密封构件42适当地密封。
如上所述，电解质膜11以分别与阳极催化剂层13及阴极催化剂层12接触的方式由阳极AN和阴极CA夹持。此外，将阴极CA、电解质膜11及阳极AN的层叠体称为膜-电极接合体(以下称为MEA：Membrane Electrode Assembly)。
电解质膜11具备质子传导性。电解质膜11只要具备质子传导性即可，可以是各种结构。例如，作为电解质膜11，能够举出氟系高分子电解质膜、烃系高分子电解质膜，但并不限定于此。具体而言，例如，作为电解质膜11，能够使用Nafion(注册商标、杜邦公司制)、Aciplex(注册商标、旭化成株式会社制)等。
阳极催化剂层13设置于电解质膜11的一方的主面。阳极催化剂层13例如包括铂作为催化剂金属，但并不限定于此。
阴极催化剂层12设置于电解质膜11的另一方的主面。阴极催化剂层12包含例如铂作为催化剂金属，但并不限定于此。
作为阴极催化剂层12及阳极催化剂层13的催化剂载体，例如可举出炭黑、石墨等碳粉体、导电性氧化物粉体等，但并不限定于此。
此外，在阴极催化剂层12及阳极催化剂层13中，催化剂金属的微粒高分散地担载于催化剂载体。另外，在这些阴极催化剂层12及阳极催化剂层13中，为了增大电极反应场所，通常加入氢离子传导性离聚物成分。
阳极气体扩散层15由多孔性材料构成，具备导电性及气体扩散性。另外，阳极气体扩散层15优选为能够抑制在电化学式氢泵100工作时由阴极CA与阳极AN之间的差压产生的构成构件的位移、变形的高刚性。也就是说，阳极气体扩散层15的弹性模量高于阴极气体扩散层14的弹性模量。
作为阳极气体扩散层15的基材，例如能够使用以钛、钛合金、不锈钢等为原材料的金属纤维的烧结体、以它们为原材料的金属粉体的烧结体、膨胀合金、金属网、开孔金属等。
阴极气体扩散层14由多孔性材料构成，具备导电性及气体扩散性。另外，阴极气体扩散层14优选具备在电化学式氢泵100工作时适当地追随由在阴极与阳极之间的差压产生的构成构件的位移、变形那样的弹性。也就是说，阴极气体扩散层14的弹性模量低于阳极气体扩散层115的弹性模量。
作为阴极气体扩散层14的基材，例如能够使用以钛、钛合金、不锈钢等为原材料的金属纤维的烧结体、以它们为原材料的金属粉末的烧结体等。另外，阴极气体扩散层14的基材也能够使用碳纸、碳布、碳毡等多孔性碳材料。而且，也能够使用将炭黑和PTFE等弹性体混合搅拌、轧制而得到的多孔性片材料等。
阳极隔膜17是层叠在阳极AN上的构件。另外，阴极隔膜16是层叠在阴极CA上的构件。并且，在阴极隔膜16及阳极隔膜17各自的中央部设置有凹部。在这些凹部中分别收纳有阴极气体扩散层14及阳极气体扩散层15。
这样，通过利用阴极隔膜16及阳极隔膜17夹持上述MEA，从而形成氢泵单元100A。
在与阴极气体扩散层14接触的阴极隔膜16的主面，设置有俯视时例如包括多个U字状的折返部分和多个直线部分在内的蛇形的阴极气体流路32。并且，阴极气体流路32的直线部分在与图2A的纸面垂直的方向上延伸。但是，这样的阴极气体流路32是例示，并不限定于本例。例如，阴极气体流路也可以由多个直线状的流路构成。
在与阳极气体扩散层15接触的阳极隔膜17的主面，设置有俯视时例如包括多个U字状的折返部分和多个直线部分在内的蛇形的阳极气体流路33。并且，阳极气体流路33的直线部分在与图3A的纸面垂直的方向上延伸。但是，这样的阳极气体流路33是例示，并不限定于本例。例如，阳极气体流路也可以由多个直线状的流路构成。
另外，在导电性的阴极隔膜16及阳极隔膜17之间，夹入有以包围MEA的周围的方式设置的环状且平板状的绝缘体21。由此，防止阴极隔膜16及阳极隔膜17的短路。
如图2A及图3A所示，电化学式氢泵100具备阳极端板24A和阴极端板24C。
阳极端板24A是在氢泵单元100A的各构件的层叠方向上设置在位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17上的构件。换言之，位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17是指位于最靠近阳极端板24A的位置的阳极隔膜17。另外，阴极端板24C是在氢泵单元100A的各构件的层叠方向上设置在位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16上的构件。换言之，位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16是指位于最靠近阴极端板24C的位置的阴极隔膜16。
另外，如图2A及图3A所示，电化学式氢泵100具备固定构件，该固定构件用于使至少从阴极端板24C直到位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16为止的构件不向氢泵单元100A的各构件层叠的方向移动。
在此，所述氢泵单元100A的各构件是指电解质膜11、阳极AN、阴极CA、阳极隔膜17及阴极隔膜16。另外，从阴极端板24C直到位于另一端的阴极隔膜16为止的构件是指阴极端板24C、位于另一端的阴极隔膜16及层叠于阴极端板24C与位于一端的阴极隔膜16之间的构件。在本实施方式中，具体而言，是指阴极端板24C、阴极绝缘板23C、阴极供电板22C以及位于一端的阴极隔膜16。
另外，只要能够在氢泵单元100A的各构件层叠的方向上固定至少从阴极端板24C直到位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16为止的构件，则上述固定构件可以是各种结构。例如，如图2A及图3A所示，固定构件可以是在由阳极端板24A及阴极端板24C夹持至少一个氢泵单元100A的状态下进行紧固的紧固器25。作为紧固器25，能够举出螺栓以及带碟形弹簧的螺母等。
此时，紧固器25的螺栓也可以构成为仅贯通阳极端板24A及阴极端板24C。
但是，在本实施方式的电化学式氢泵100中，除了阳极端板24A及阴极端板24C以外，紧固器25的螺栓也贯通氢泵单元100A的各构件、设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的阴极板构件80C以及设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的阳极板构件80A。
并且，以由阴极端板24C及阳极端板24A中的每一个经由阴极板构件80C及阳极板构件80A中的每一个，分别夹持在所述层叠方向上位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16的端面以及在所述层叠方向上位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17的端面的方式，由紧固器25对氢泵单元100A施加所希望的紧固压力。
即，在本实施方式中，固定构件构成为：除了使从阴极端板24C直到位于电化学式氢泵100的一端的阴极隔膜16为止的构件不向氢泵单元100A的各构件层叠的方向移动以外，还使从阳极端板24A直到位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17为止的构件不向氢泵单元100A的各构件层叠的方向移动。此外，从阳极端板24A直到位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17为止的构件是指，阳极端板24A、位于另一端的阳极隔膜17以及层叠于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的构件。在本实施方式中，具体而言，是指阳极端板24A、阳极绝缘板23A、阳极供电板22A以及位于一端的阳极隔膜17。
此外，阴极板构件80C例如是包括阴极供电板22C和阴极绝缘板23C的构件。阳极板构件80A例如是包括阳极供电板22A和阳极绝缘板23A的构件。
以上，三层氢泵单元100A在所述层叠方向上，阴极板构件80C及最接近阴极板构件80C的阴极隔膜16、和阳极板构件80A及最接近阳极板构件80A的阳极隔膜17，分别由紧固器25的螺栓贯通，在该状态下利用紧固器25的紧固压力而以层叠状态适当地保持。因此，由于阴极板构件80C和阳极板构件80A由紧固器25所包含的螺栓贯通，因此能够适当地抑制这些各构件在面内方向上的移动。由此，对于在所述层叠方向上位于另一端的阴极隔膜16的变形，下述说明的第一空间60的面方向的位置偏移被减少。另外，对于在所述层叠方向上位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17的变形，下述说明的第二空间65的面方向的位置偏移被减少。
此外，在此，省略详细的说明及图示，但也可以在电化学式氢泵的各构件侧面设置树脂制的密封件来代替紧固器25，从而固定电化学式氢泵。
如图2A及图3A所示，电化学式氢泵100具备第一气体流路，该第一气体流路向设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的第一空间60供给由阴极CA生成的氢。
第一空间60只要是设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的空间即可，可以是各种结构。在图2A以及图3A所示例子中，第一空间60由设置于阴极端板24C的中央部的凹部构成。也就是说，第一空间60是由设置于阴极端板24C的中央部的凹部和阴极绝缘板23C划分出的空间。此外，关于第一空间的其他例子，在变形例中进行说明。
并且，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如图2A及图3A的箭头所示，第一传压构件设置于第一空间60。第一传压构件只要能够将来自位于另一端的阴极隔膜16的按压传递到阴极端板24C即可，可以是各种结构。此外，对于第一传压构件的具体结构，在实施例中进行说明。
只要能够向第一空间60供给由阴极CA生成的氢，则第一气体流路可以是各种结构。例如，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如图2A所示，第一气体流路是包括筒状的阴极气体导出歧管50和将阴极气体导出歧管50与第一空间60连通的阴极气体供给路径51的流路。
另外，阴极气体导出歧管50由设置于氢泵单元100A的各构件的贯通孔和设置于阳极端板24A及阴极端板24C的非贯通孔的组合而构成。
另外，阴极气体供给路径51由设置于将阴极端板24C的凹部内(第一空间60)与阴极气体导出歧管50的另一方的端部连通的阴极端板24C的主面的槽构成。
在此，如图2A所示，在阴极端板24C上设置有阴极气体导出路径26。阴极气体导出路径26也可以由用于从阴极CA排出的氢(H2)流通的配管构成。并且，阴极气体导出路径26与所述第一空间60连通。由此，阴极气体导出路径26经由第一空间60及阴极气体供给路径51与阴极气体导出歧管50连通。
另外，阴极气体导出歧管50经由阴极气体通过路径34中的每一个与氢泵单元100A各自的阴极气体流路32的一方的端部连通。也就是说，在本实施方式的电化学式氢泵100中，用于从氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14流出的阴极气体流动的阴极气体流路32被连通。由此，通过氢泵单元100A各自的阴极气体流路32及阴极气体通过路径34的氢在阴极气体导出歧管50合流。然后，合流后的氢依次通过阴极气体供给路径51及第一空间60之后，被引导到阴极气体导出路径26。这样，高压的氢在第一空间60内流通。
在阴极隔膜16与阳极隔膜17之间、阴极隔膜16与阴极供电板22C之间、阳极隔膜17与阳极供电板22A之间，以俯视时包围阴极气体导出歧管50的方式设置有O形环等环状的密封构件40，阴极气体导出歧管50由该密封构件40适当地密封。
如图3A所示，在阳极端板24A设置有阳极气体导入路径29。阳极气体导入路径29也可以由用于向阳极AN供给的氢(H2)流通的配管构成。并且，阳极气体导入路径29与筒状的阳极气体导入歧管27连通。此外，阳极气体导入歧管27由设置于氢泵单元100A的各构件及阳极端板24A的贯通孔的组合构成。
另外，阳极气体导入歧管27经由第一阳极气体通过路径35中的每一个与氢泵单元100A各自的阳极气体流路33的一方的端部连通。由此，从阳极气体导入路径29向阳极气体导入歧管27供给的氢通过氢泵单元100A各自的第一阳极气体通过路径35而分配给氢泵单元100A中的每一个。并且，在被分配的氢通过阳极气体流路33的期间，从阳极气体扩散层15向阳极催化剂层13供给氢。
另外，如图3A所示，在阳极端板24A设置有阳极气体导出路径31。阳极气体导出路径31也可以由用于从阳极AN排出的氢(H2)流通的配管构成。并且，阳极气体导出路径31与筒状的阳极气体导出歧管30连通。此外，阳极气体导出歧管30由设置于氢泵单元100A的各构件及阳极端板24A的贯通孔的组合构成。
另外，阳极气体导出歧管30经由第二阳极气体通过路径36中的每一个与氢泵单元100A各自的阳极气体流路33的另一方的端部连通。由此，通过氢泵单元100A各自的阳极气体流路33的氢通过第二阳极气体通过路径36中的每一个向阳极气体导出歧管30供给，并在此合流。然后，合流后的氢被引导到阳极气体导出路径31。
在阴极隔膜16与阳极隔膜17之间、阴极隔膜16与阴极供电板22C之间、阳极隔膜17与阳极供电板22A之间，以俯视时包围阳极气体导入歧管27及阳极气体导出歧管30的方式设置有O形环等环状的密封构件40，阳极气体导入歧管27及阳极气体导出歧管30由密封构件40适当地密封。
如图2A及图3A所示，电化学式氢泵100具备电压施加器102。
电压施加器102是在阳极AN与阴极CA之间施加电压的装置。具体而言，电压施加器102的高电位施加于导电性的阳极AN，电压施加器102的低电位施加于导电性的阴极CA。电压施加器102只要能够在阳极AN与阴极CA之间施加电压即可，可以是各种结构。例如，电压施加器102也可以是对施加于阳极AN与阴极CA之间的电压进行调整的装置。此时，电压施加器102在与电池、太阳能电池、燃料电池等直流电源连接时，具备DC/DC转换器，在与商用电源等交流电源连接时，具备AC/DC转换器。
另外，电压施加器102例如也可以是以向氢泵单元100A供给的功率成为预定的设定值的方式调整施加于阳极AN与阴极CA之间的电压、在阳极AN与阴极CA之间流动的电流的功率型电源。
此外，在图2A及图3A所示例子中，电压施加器102的低电位侧的端子与阴极供电板22C连接，电压施加器102的高电位侧的端子与阳极供电板22A连接。阴极供电板22C与在所述层叠方向上位于电化学式氢泵100的另一端的阴极隔膜16电接触，阳极供电板22A与在所述层叠方向上位于电化学式氢泵100的一端的阳极隔膜17电接触。
此外，虽然省略了图示，但也能够构建具备所述电化学式氢泵100的氢供给系统。在该情况下，适当地设置在氢供给系统的氢供给动作中所需的设备。
例如，也可以在氢供给系统中设置露点调整器(例如加湿器)，该露点调整器对通过阳极气体导出路径31从阳极AN排出的高加湿状态的氢(H2)和通过阳极气体导入路径29从外部的氢供给源供给的低加湿状态的氢(H2)混合而成的混合气体的露点进行调整。此时，外部的氢供给源的氢例如可以由水电解装置生成。
另外，也可以在氢供给系统中例如设置检测电化学式氢泵100的温度的温度检测器、暂时贮存从电化学式氢泵100的阴极CA排出的氢的氢贮存器以及检测氢贮存器内的氢气压力的压力检测器等。
此外，所述电化学式氢泵100的结构以及氢供给系统中的未图示的各种设备是例示，并不限定于本例。
例如，也可以不设置阳极气体导出歧管30及阳极气体导出路径31，而采用使通过阳极气体导入歧管27向阳极AN供给的氢全部在阴极CA升压的死端结构。另外，例如，如上所述，氢(H2)在阳极气体流路33以及阴极气体流路32中流动，但氢浓度也可以不是100％。只要含有氢的含氢气体流动即可。
[动作]
以下，参照附图对电化学式氢泵100的氢升压动作一例进行说明。
以下动作例如也可以通过未图示的控制器的运算电路从控制器的存储电路读取控制程序来进行。但是，利用控制器进行以下动作不一定是必须的。操作者也可以进行其一部分的动作。
首先，向电化学式氢泵100的阳极AN供给低压氢，并且向电化学式氢泵100供给电压施加器102的电压。
这样一来，在阳极AN的阳极催化剂层13中，氢分子通过氧化反应分离为氢离子(质子)和电子(式(1))。质子在电解质膜11内传导而向阴极催化剂层12移动。电子通过电压施加器102向阴极催化剂层12移动。
然后，在阴极催化剂层12中，通过还原反应再次生成氢分子(式(2))。此外，已知质子在电解质膜11中传导时，预定水量的水作为电渗透水从阳极AN与质子一同向阴极CA移动。
此时，通过使用未图示的流量调整器使氢导出路径的压损增加，由此能够使由阴极CA生成的氢(H2)升压。这样一来，通过阴极气体导出歧管50及阴极气体供给路径51向设置于阴极端板24C与阴极隔膜16之间的第一空间60供给由阴极CA生成的高压氢。此外，作为氢导出路径，例如能够举出图2A的阴极气体导出路径26。另外，作为流量调整器，例如能够举出设置于氢导出路径的背压阀、调整阀等。
阳极：H2(低压)→2H++2e-···(1)
阴极：2H++2e-→H2(高压)···(2)
这样，在电化学式氢泵100中，通过由电压施加器102施加电压，向阳极AN供给的氢在阴极CA升压。由此，进行电化学式氢泵100的氢升压动作，由阴极CA升压后的氢例如暂时贮存于未图示的氢贮存器中。另外，由贮氢器贮存的氢适时地供给到需氢体。此外，作为需氢体，例如能够举出使用氢进行发电的燃料电池等。
在此，在以上的电化学式氢泵100的氢升压动作中，阴极CA的气压成为高压，从而对电解质膜11、阳极催化剂层13以及阳极气体扩散层15进行按压。这样一来，通过该按压，电解质膜11、阳极催化剂层13及阳极气体扩散层15分别被压缩。
此时，假设阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间的紧贴性低，则在两者之间容易产生间隙。并且，当在阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间产生间隙的情况下，两者间的接触电阻增加。这样一来，通过增加由电压施加器102施加的电压，可能使电化学式氢泵100的运转效率降低。
因此，阴极气体扩散层14构成为，在利用紧固器25将氢泵单元100A紧固前，从阴极隔膜16的凹部沿其厚度方向以与所希望的突出量相应的量突出。另外，阴极气体扩散层14在氢泵单元100A紧固时通过紧固器25的紧固力而以与上述突出量相应的量压缩。
这样，在电化学式氢泵100工作时，即使电解质膜11、阳极催化剂层13及阳极气体扩散层15各自发生压缩变形，在本实施方式的电化学式氢泵100中，通过阴极气体扩散层14在从基于紧固器25的压缩后的厚度返回到压缩前的原厚度的方向上发生弹性变形，也能够适当地维持阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间的接触。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100能够与以往相比适当地抑制氢泵单元100A的阴极隔膜16与阴极CA之间的接触电阻增加。
第一，在本实施方式的电化学式氢泵100中，阴极CA的气压成为高压时的阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间的接触电阻的增加如以下那样被抑制。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，能够将由氢泵单元100A的阴极CA生成的高压氢通过阴极气体导出歧管50及阴极气体供给路径51向设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的第一空间60供给。因此，第一空间60内的氢气压力是与氢泵单元100A的阴极CA内的氢气压力大致同等的高压。这样一来，由第一空间60内的氢施加于阴极隔膜16的载荷以抑制因阴极CA内的氢气压力引起的阴极隔膜16向阴极端板24C侧的变形(挠曲)的方式发挥作用。
在此，假设阴极隔膜16向阴极端板24C侧挠曲，则在阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间容易产生间隙。并且，当在阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间产生间隙的情况下，两者间的接触电阻增加。
但是，如上所述，本实施方式的电化学式氢泵100构成为，通过向设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的第一空间60供给高压氢气，由此阴极隔膜16难以向阴极端板24C侧挠曲。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与不设置所述第一空间60的情况相比难以产生氢泵单元100A的阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
第二，在本实施方式的电化学式氢泵100中，因阴极气体扩散层14的压缩应力作用于阴极隔膜16而引起的阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间的接触电阻增加如以下那样被抑制。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，在沿阴极气体扩散层14的厚度减小的方向发生弹性变形时，阴极气体扩散层14的压缩应力作用于将阴极隔膜16向第一空间60侧按压的方向。因此，在第一空间60没有设置将来自阴极隔膜16的按压向阴极端板24C传递的第一传压构件的情况下，阴极隔膜16容易向阴极端板24C侧挠曲。
在此，假设阴极隔膜16向阴极端板24C侧挠曲，则在阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间容易产生间隙。并且，当在阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间产生间隙的情况下，两者间的接触电阻增加。
但是，如上所述，本实施方式的电化学式氢泵100构成为，通过在第一空间60设置将来自阴极隔膜16的按压向阴极端板24C传递的第一传压构件，在沿阴极气体扩散层14的厚度减小的方向发生弹性变形时，阴极隔膜16难以向阴极端板24C侧挠曲。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与没有在第一空间60设置所述第一传压构件的情况相比难以产生氢泵单元100A的阴极隔膜16与阴极气体扩散层14之间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
此外，在图2A及图3A所示例子中，电化学式氢泵100的第一空间60与阴极CA的主面平行地设置。
由此，能够基于第一空间60内的氢气压力，在阴极隔膜16的面内均等地施加向阴极隔膜16传递的载荷。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与没有将第一空间60与阴极CA的主面平行地设置的情况相比能够以由第一空间60内的氢施加于阴极隔膜16的载荷抑制阴极隔膜16的变形(挠曲)的方式有效地发挥作用。
另外，在图2A及图3A所示例子中，在电化学式氢泵100中，与阴极隔膜16的主面平行的方向上的第一空间60的开口面积为阴极CA的主面的面积以上。但是，这样的第一空间60的开口面积为阴极隔膜16的主面的面积以下。
假设在与阴极隔膜16的主面平行的方向上的第一空间60的开口面积小于阴极CA的主面的面积的情况下，在与未由第一空间60覆盖的阴极CA对应的阴极隔膜16的部分，可能引起由阴极CA内的氢气压力导致的变形。
但是，本实施方式的电化学式氢泵100通过将所述第一空间60的开口面积设定为阴极CA的主面的面积以上，能够在第一空间60覆盖阴极CA的主面整个区域。因此，基于第一空间60内的氢气压力，载荷向与阴极CA相对的阴极隔膜16的整个区域传递，因此能够降低上述可能性。
(实施例)
以下，参照附图对第一传压构件的具体结构进行说明。
<第一实施例>
图4A是示出第一实施方式的第一实施例的电化学式氢泵一例的图。图4A示出了电化学式氢泵100的第一空间60内的第一传压构件。
在图4A所示例子中，第一传压构件在阴极端板24C与阴极板构件80C之间包括与阴极端板24C一体设置的柱状构件70C。在本例中，柱状构件70C设置在阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间。也就是说，与阴极端板24C一体设置的柱状构件70C以在第一空间60内以面状均等地排列的方式配置，柱状构件70C的端部与阴极绝缘板23C接触。此外，柱状构件70C的横截面形状可以是圆形，也可以是矩形。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的柱状构件70C，将来自阴极绝缘板23C的按压适当地传递到阴极端板24C。另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于左右相邻的柱状构件70C之间的空隙使氢(H2)在第一空间60流通。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第二实施例>
图4B是示出第一实施方式的第二实施例的电化学式氢泵一例的图。图4B示出电化学式氢泵100的第一空间60内的第一传压构件。
在图4B所示例子中，第一传压构件在阴极端板24C与阴极板构件80C之间包括与阴极端板24C分体设置的柱状构件71C。在本例中，柱状构件71C设置在阴极端板24C与阴极供电板22C之间。也就是说，柱状构件71C以在第一空间60内以面状均等地排列的方式配置，柱状构件71C的一方的端部与设置于阴极端板24C的中央部的凹部底面接触，另一方的端部与阴极供电板22C接触。但是，在本例的情况下，柱状构件71C经由设置于阴极绝缘板23C的中央部的开口部与阴极端板24C和阴极供电板22C接触，因此柱状构件71C为绝缘构件。由此，防止阴极端板24C及阴极供电板22C的短路。此外，柱状构件71C的横截面形状可以是圆形，也可以是矩形。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阴极端板24C与阴极供电板22C之间的绝缘性的柱状构件71C，将来自阴极供电板22C的按压适当地传递到阴极端板24C。
另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于左右相邻的柱状构件71C之间的空隙，使氢(H2)在第一空间60流通。
而且，在本实施例的电化学式氢泵100中，在使用弹性构件作为柱状构件71C的情况下，即使在阴极供电板22C因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，柱状构件71C也能够对于阴极供电板22C的变形进行伸缩，因此来自阴极供电板22C的按压经由柱状构件71C均等地传递到阴极端板24C。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第三实施例>
图4C是示出第一实施方式的第三实施例的电化学式氢泵一例的图。图4C示出电化学式氢泵100的第一空间60内的第一传压构件。
在图4C所示例子中，第一传压构件在阴极端板24C与阴极板构件80C之间包括与阴极端板24C分体设置的柱状构件72C。在本例中，柱状构件72C设置在阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间。也就是说，柱状构件72C以在第一空间60内以面状均等地排列的方式配置，柱状构件72C的一方的端部与设置于阴极端板24C的中央部的凹部底面接触，另一方的端部与阴极绝缘板23C接触。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的柱状构件72C，将来自阴极绝缘板23C的按压适当地传递到阴极端板24C。
另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于左右相邻的柱状构件72C之间的空隙，使氢(H2)在第一空间60流通。
而且，在本实施例的电化学式氢泵100中，在使用弹性构件作为柱状构件72C的情况下，即使假设在阴极绝缘板23C因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，柱状构件72C也能够对于阴极绝缘板23C的变形进行伸缩，因此来自阴极绝缘板23C的按压经由柱状构件72C均等地传递到阴极端板24C。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第四实施例>
图4D是示出第一实施方式的第四实施例的电化学式氢泵一例的图。图4D示出电化学式氢泵100的第一空间60内的第一传压构件。
在图4D所示例子中，第一传压构件包括多孔性构件73C。第一传压构件只要包括多孔性构件73C即可，可以是各种结构。
例如，如图4D所示，平板状的多孔性构件73C设置在设置于阴极端板24C的中央部的凹部(第一空间60)内的大致整个区域，多孔性构件73C的一方的主面与该凹部的底面接触，多孔性构件73C的另一方的主面与阴极绝缘板23C的主面接触。
此外，作为多孔性构件73C的基材，例如能够举出阳极气体扩散层15的基材等。也就是说，在该情况下，第一传压构件具备与阳极AN所包含的阳极气体扩散层15同等的高刚性。第一传压构件的刚性高，由此能够抑制第一传压构件因来自阴极板构件80C的按压而发生位移，进而能够抑制阴极板构件80C向第一空间60的位移。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的多孔性构件73C，将来自阴极绝缘板23C的按压适当地传递到阴极端板24C。特别是在本实施例的电化学式氢泵100中，经由多孔性构件73C的主面的大致整个面将来自阴极绝缘板23C的按压传递到阴极端板24C，因此能够有效地抑制阴极绝缘板23C向阴极端板24C侧的挠曲。由此，能够抑制阴极气体扩散层14向阴极端板24C侧延伸。
另外，本实施例的电化学式氢泵100通过使用多孔性构件73C作为第一传压构件，即使在如图4D所示那样将多孔性构件73C设置于第一空间60的大致整个区域的情况下，也能够适当地确保第一空间60中的透气性。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第五实施例>
图4E是示出第一实施方式的第五实施例的电化学式氢泵一例的图。图4E示出电化学式氢泵100的第一空间60内的第一传压构件。
在图4E所示例子中，第一传压构件包括弹性构件74C。第一传压构件只要包括弹性构件74C即可，可以是各种结构。
例如，如图4E所示，平板状的弹性构件74C设置在设置于阴极端板24C的中央部的凹部(第一空间60)内的大致整个区域，弹性构件74C的一方的主面与该凹部的底面接触，弹性构件74C的另一方的主面与阴极绝缘板23C的主面接触。
此外，作为弹性构件74C的基材，例如能够举出阴极气体扩散层14的基材等。也就是说，在该情况下，第一传压构件具备与阴极CA所包含的阴极气体扩散层14同等的弹性模量。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阴极端板24C与阴极绝缘板23C之间的弹性构件74C，将来自阴极绝缘板23C的按压适当地传递到阴极端板24C。特别是在本实施例的电化学式氢泵100中，经由弹性构件74C的主面的大致整个面，将来自阴极绝缘板23C的按压传递到阴极端板24C，因此能够有效地抑制阴极绝缘板23C向阴极端板24C侧的挠曲。
另外，本实施例的电化学式氢泵100通过使用弹性构件74C作为第一传压构件，即使在阴极绝缘板23C因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，弹性构件74C也能够追随阴极绝缘板23C的变形，因此来自阴极绝缘板23C的按压经由弹性构件74C均等地传递到阴极端板24C。
另外，本实施例的电化学式氢泵100，利用由弹性模量与阴极气体扩散层14同等的弹性构件74C在厚度减少的方向上的弹性变形产生的反作用力，来抑制因阴极气体扩散层14的压缩应力引起的阴极绝缘板23C的变形。也就是说，阴极气体扩散层14的弹性变形量与弹性构件74C的弹性变形量变得大致相同，因此，伴随着电化学式氢泵100的氢升压动作的进行，在阴极气体扩散层14沿从压缩后的厚度返回到压缩前的厚度的方向发生弹性变形时，也能够适当地维持上述反作用力。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
(变形例)
在第一实施方式的电化学式氢泵100中，第一空间60由设置于阴极端板24C的中央部的凹部构成。但是，这样的第一空间60是例示，并不限定于本例。以下，参照附图对第一空间的其他例子进行说明。
<第一变形例>
图5A是示出第一实施方式的第一变形例的电化学式氢泵一例的图。图5A示出设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的第一空间61。
在图5A所示例子中，第一空间61由在阴极隔膜16与阴极供电板22C接触的部分设置于阴极隔膜16的中央部的凹部构成。也就是说，第一空间61是由设置于阴极隔膜16的中央部的凹部和阴极供电板22C划分出的空间。
此外，在第一空间61内设置有将来自阴极隔膜16的按压向阴极端板24C传递的第一传压构件。该第一传压构件的具体例与第一实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第一实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式及第一实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
<第二变形例>
图5B是示出第一实施方式的第二变形例的电化学式氢泵一例的图。图5B示出设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的第一空间62。
在图5B所示例子中，第一空间62由设置于阴极供电板22C的中央部的凹部和设置于阴极绝缘板23C的中央部的开口部构成。也就是说，第一空间62是由设置于阴极供电板22C的中央部的凹部、设置于阴极绝缘板23C的中央部的开口部及阴极端板24C划分出的空间。
此外，在第一空间62内设置有将来自阴极隔膜16的按压向阴极端板24C传递的第一传压构件。该第一传压构件的具体例与第一实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。但是，在本例的情况下，第一传压构件经由设置于阴极绝缘板23C的中央部的开口部与阴极端板24C和阴极供电板22C接触，因此第一传压构件为绝缘构件。由此，防止阴极端板24C及阴极供电板22C的短路。
另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第一实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式及第一实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
<第三变形例>
图5C是示出第一实施方式的第三变形例的电化学式氢泵一例的图。
图5C示出设置于阴极端板24C与位于另一端的阴极隔膜16之间的第一空间63。
在图5C所示例子中，第一空间63由设置于阴极供电板22C的中央部的凹部构成。也就是说，第一空间63是由设置于阴极供电板22C的中央部的凹部和阴极绝缘板23C划分出的空间。
此外，在第一空间63内设置有将来自阴极隔膜16的按压向阴极端板24C传递的第一传压构件。该第一传压构件的具体例与第一实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第一实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式以及第一实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
(第二实施方式)
图6是示出第二实施方式的电化学式氢泵一例的图。
在图6中示出包括俯视时通过电化学式氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线在内的电化学式氢泵100的垂直剖面。
本实施方式的电化学式氢泵100除了以下说明的阴极气体导出路径26A的配置位置以外，与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，不像图2A的阴极气体导出路径26那样以从第一空间60内延伸的方式进行引绕，而是以从阴极气体导出歧管50延伸的方式对阴极气体导出路径26A进行引绕。
此外，在该情况下，阴极气体导出歧管50由设置于氢泵单元100A的各构件及阴极端板24C的贯通孔和设置于阳极端板24A的非贯通孔的组合构成。
根据以上内容，本变形例的电化学式氢泵100能够将由氢泵单元100A的阴极CA生成的高压氢通过阴极气体导出歧管50及阴极气体供给路径51向设置于阴极端板24C与阴极隔膜16之间的第一空间60供给。也就是说，高压氢滞留在第一空间60内。
此外，本实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果与第一实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本实施方式的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例以及第一实施方式的第一变形例-第三变形例中的任一个电化学式氢泵100相同。
(第三实施方式)
图7是示出第三实施方式的电化学式氢泵一例的图。
在图7中示出包括俯视时通过电化学式氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线在内的电化学式氢泵100的垂直剖面。
本实施方式的电化学式氢泵100除了具备以下说明的第二空间65、第二气体流路及第二传压构件以外，与第一实施方式的电化学式氢泵100相同。
如图7所示，电化学式氢泵100具备第二气体流路，所述第二气体流路将由阴极CA(参照图2B)生成的氢向设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的第二空间65供给。
第二空间65只要是设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的空间即可，可以是各种结构。在图7所示例子中，第二空间65由设置于阳极端板24A的中央部的凹部构成。也就是说，第二空间65是由设置于阳极端板24A的中央部的凹部和阳极绝缘板23A划分出的空间。此外，关于第二空间的其他例子，在变形例中进行说明。
并且，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如图7的箭头那样，第二传压构件设置于第二空间65。第二传压构件只要能够将来自位于一端的阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递即可，可以是各种结构。此外，关于第二传压构件的具体结构，在实施例中进行说明。
第二气体流路只要能够向第二空间65供给由阴极CA生成的氢即可，可以是各种结构。例如，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如图7所示，第二气体流路是包括筒状的阴极气体导出歧管50和将阴极气体导出歧管50与第二空间65连通的阴极气体供给路径52的流路。
另外，阴极气体导出歧管50与第一实施方式同样地由设置于氢泵单元100A的各构件的贯通孔以及设置于阳极端板24A和阴极端板24C的非贯通孔的组合构成。
并且，阴极气体供给路径52由设置于将阳极端板24A的凹部内(第二空间65)与阴极气体导出歧管50的一方的端部连通的阳极端板24A的主面的槽构成。
通过以上结构，在本实施方式的电化学式氢泵100中，阴极CA的气压成为高压时的氢泵单元100A的阴极气体扩散层14及电解质膜11(阴极催化剂层12)间的接触电阻增加如以下那样被抑制。
基于氢泵单元100A的阴极CA内的氢气压力，载荷也向阳极AN及阳极隔膜17传递。这样一来，在氢泵单元100A的阴极CA内的氢气压力为高压的情况下，阳极隔膜17可能由于该载荷向外侧按压从而变形。此时，假设在阴极气体扩散层14的厚度增加的方向的弹性变形无法追随阳极隔膜17的变形的情况下，可能在氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)之间产生间隙。这样一来，氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)间的接触电阻可能增加。
但是，在本实施方式的电化学式氢泵100中，能够将由氢泵单元100A的阴极CA生成的高压氢通过阴极气体导出歧管50及阴极气体供给路径52向设置于阳极端板24A与阳极隔膜17之间的第二空间65供给。因此，第二空间65内的氢气压力是与氢泵单元100A的阴极CA内的氢气压力大致同等的高压。这样一来，由第二空间65内的氢施加于阳极隔膜17的载荷以抑制因阴极CA内的氢气压力引起的阳极隔膜17的变形的方式发挥作用。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与不设置这样的第二空间65的情况相比难以产生氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)之间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
另外，在本实施方式的电化学式氢泵100中，由于阴极气体扩散层14的压缩应力作用于阳极隔膜17而引起的氢泵单元的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)间的接触电阻增加如以下那样被抑制。
在沿阴极气体扩散层14的厚度减小的方向发生弹性变形时，阴极气体扩散层14的压缩应力经由阴极催化剂层12、电解质膜11、阳极催化剂层13及阳极气体扩散层15，作用于将阳极隔膜17向第二空间65侧按压的方向。因此，在第二空间65没有设置将来自阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递的第二传压构件的情况下，阳极隔膜17容易向阳极端板24A侧挠曲。此时，假设在阴极气体扩散层14的厚度增加的方向的弹性变形无法追随阳极隔膜17的变形的情况下，可能在氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)之间产生间隙。这样一来，氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)间的接触电阻可能增加。
但是，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如上所述，通过在第二空间65设置将来自阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递的第二传压构件，从而构成为在沿阴极气体扩散层14的厚度减小的方向发生弹性变形时阳极隔膜17难以向阳极端板24A侧挠曲。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与没有在第二空间65设置第二传压构件的情况相比，难以产生氢泵单元100A的阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)间的间隙，因此能够适当地抑制两者间的接触电阻增加。
此外，在电解质膜11例如为高分子电解质膜的情况下，该高分子电解质膜在湿润状态下显示出期望的质子传导性。因此，为了将电化学式氢泵100的氢升压动作的效率维持在期望的值，需要将电解质膜11保持为湿润状态。此时，假设阳极隔膜17的阳极气体流路33(参照图2B)等被水堵塞，则氢泵单元100A的氢供给受到阻碍。也就是说，通过阳极气体流路33的氢的流动的稳定化成为进行电化学式氢泵100的高效率的氢升压动作时的重要因素。从这样的观点出发，本实施方式的电化学式氢泵100与没有设置第二空间65的情况及没有在第二空间65设置第二传压构件的情况相比，不论由氢泵单元100A的阴极CA生成的氢的气体压力如何均可抑制阳极隔膜17的变形，因此能够使通过阳极隔膜17的阳极气体流路33的氢的流动适当地稳定化。
另外，在图7所示例子中，在电化学式氢泵100中，第一空间60和第二空间65设置于相对的位置。
由此，由第一空间60内的氢施加于阴极隔膜16的载荷和由第二空间65内的氢施加于阳极隔膜17的载荷，以从氢泵单元100A的两端部在面内均等地抑制由阴极CA内的氢气压力引起的氢泵单元100A的各部分变形的方式发挥作用。
因此，本实施方式的电化学式氢泵100与没有将第一空间60和第二空间65设置于相对位置的情况相比，能够有效地抑制氢泵单元100A的各部分变形。
另外，在图7所示例子中，在电化学式氢泵100中，第二空间65与阳极AN(参照图2B)的主面平行地设置。
由此，能够基于第二空间65内的氢气压力，在阳极隔膜17的面内均等地施加传递到阳极隔膜17的载荷。因此，本实施方式的电化学式氢泵100与没有将第二空间65与阳极AN的主面平行地设置的情况相比，由第二空间65内的氢施加于阳极隔膜17的载荷以抑制阳极隔膜17的变形(挠曲)的方式有效地发挥作用。
另外，在图7所示例子中，在电化学式氢泵100中，与阳极隔膜17的主面平行的方向上的第二空间65的开口面积为阳极AN(参照图2B)的主面的面积以上。但是，这样的第二空间65的开口面积为阳极隔膜17的主面的面积以下。
假设在与阳极隔膜17的主面平行的方向上的第二空间65的开口面积小于阳极AN的主面的面积的情况下，在与没有由第二空间65覆盖的阳极AN相对的阳极隔膜17的部分，可能引起因阴极CA内的氢气压力导致的变形。
但是，本实施方式的电化学式氢泵100通过将所述第二空间65的开口面积设定为阳极AN的主面的面积以上，能够用第二空间65覆盖阳极AN的主面整个区域。因此，基于第二空间65内的氢气压力，载荷传递到与阳极AN相对的阳极隔膜17的整个区域，因此能够降低上述可能性。
本实施方式的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例以及第二实施方式中的任一个电化学式氢泵100相同。
(实施例)
以下，参照附图对第二传压构件的具体结构进行说明。
<第一实施例>
图8A是示出第三实施方式的第一实施例的电化学式氢泵一例的图。图8A示出电化学式氢泵100的第二空间65内的第二传压构件。
在图8A所示例子中，第二传压构件在阳极端板24A与阳极板构件80A之间包括与阳极端板24A一体设置的柱状构件70A。在本例中，柱状构件70A设置在阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间。也就是说，与阳极端板24A一体设置的柱状构件70A以在第二空间65内以面状均等地排列的方式配置，柱状构件70A的端部与阳极绝缘板23A接触。此外，柱状构件70A的横截面形状可以是圆形，也可以是矩形。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间的柱状构件70A，将来自阳极绝缘板23A的按压适当地传递到阳极端板24A。另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于相邻的柱状构件70A之间的空隙，使氢(H2)滞留于第二空间65。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式以及第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第二实施例>
图8B是示出第三实施方式的第二实施例的电化学式氢泵一例的图。图8B示出电化学式氢泵100的第二空间65内的第二传压构件。
在图8B所示例子中，第二传压构件在阳极端板24A与阳极板构件80A之间包括与阳极端板24A分体设置的柱状构件71A。在本例中，柱状构件71A设置在阳极端板24A与阳极供电板22A之间。也就是说，柱状构件71A以在第二空间65内以面状均匀排列的方式配置，柱状构件71A的一方的端部与设置于阳极端板24A的中央部的凹部底面接触，另一方的端部与阳极供电板22A接触。其中，在本例的情况下，柱状构件71A经由设置于阳极绝缘板23A的中央部的开口部，与阳极端板24A和阳极供电板22A接触，因此柱状构件71A为绝缘构件。由此，防止了阳极端板24A及阳极供电板22A的短路。此外，柱状构件71A的横截面形状可以是圆形，也可以是矩形。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阳极端板24A与阳极供电板22A之间的绝缘性的柱状构件71A，将来自阳极供电板22A的按压适当地传递到阳极端板24A。
另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于左右相邻的柱状构件71A之间的空隙，使氢(H2)滞留于第二空间65。
而且，在本实施例的电化学式氢泵100中，在使用弹性构件作为柱状构件71A的情况下，即使假设在阳极供电板22A因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，柱状构件71A也能够对于阳极供电板22A的变形进行伸缩，因此来自阳极供电板22A的按压经由柱状构件71A均等地传递到阳极端板24A。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式以及第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第三实施例>
图8C是示出第三实施方式的第三实施例的电化学式氢泵一例的图。图8C示出电化学式氢泵100的第二空间65内的第二传压构件。
在图8C所示例子中，第二传压构件在阳极端板24A与阳极板构件80A之间包括与阳极端板24A分体设置的柱状构件72A。在本例中，柱状构件72A设置在阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间。也就是说，柱状构件72A以在第二空间65内以面状均等地排列的方式配置，柱状构件72A的一方的端部与设置于阳极端板24A的中央部的凹部底面接触，另一方的端部与阳极绝缘板23A接触。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间的柱状构件72A，将来自阳极绝缘板23A的按压适当地传递到阳极端板24A。
另外，在本实施例的电化学式氢泵100中，能够经由存在于左右相邻的柱状构件72A之间的空隙，使氢(H2)滞留于第二空间65。
而且，在本实施例的电化学式氢泵100中，在使用弹性构件作为柱状构件72A的情况下，即使假设在阳极绝缘板23A因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，柱状构件72A也能够对于阳极绝缘板23A的变形进行伸缩，因此来自阳极绝缘板23A的按压经由柱状构件72A均等地传递到阳极端板24A。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式以及第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第四实施例>
图8D是示出第三实施方式的第四实施例的电化学式氢泵一例的图。图8D示出电化学式氢泵100的第二空间65内的第二传压构件。
在图8D所示例子中，第二传压构件包括多孔性构件73A。第二传压构件只要包括多孔性构件73A即可，可以是各种结构。
例如，如图8D所示，平板状的多孔性构件73A设置于在阳极端板24A的中央部设置的凹部(第二空间65)内的大致整个区域，多孔性构件73A的一方的主面与该凹部底面接触，多孔性构件73A的另一方的主面与阳极绝缘板23A的主面接触。
此外，作为多孔性构件73A的基材，例如能够举出阳极气体扩散层15的基材等。也就是说，在该情况下，第二传压构件具备与阳极AN所包含的阳极气体扩散层15同等的高刚性。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间的多孔性构件73A，将来自阳极绝缘板23A的按压适当地传递到阳极端板24A。特别是在本实施例的电化学式氢泵100中，经由多孔性构件73A的主面的大致整个面，将来自阳极绝缘板23A的按压向阳极端板24A传递，因此能够有效地抑制阳极绝缘板23A向阳极端板24A侧的挠曲。
另外，本实施例的电化学式氢泵100通过使用多孔性构件73A作为第二传压构件，从而即使在如图8D所示那样将多孔性构件73A设置于第二空间65的大致整个区域的情况下，也能够适当地确保第二空间65中的透气性。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式以及第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
<第五实施例>
图8E是示出第三实施方式的第五实施例的电化学式氢泵一例的图。图8E示出电化学式氢泵100的第二空间65内的第二传压构件。
在图8E所示例子中，第二传压构件包括弹性构件74A。第二传压构件只要包括弹性构件74A即可，可以是各种结构。
例如，如图8E所示，平板状的弹性构件74A设置于在阳极端板24A的中央部设置的凹部(第二空间65)内的大致整个区域，弹性构件74A的一方的主面与该凹部底面接触，弹性构件74A的另一方的主面与阳极绝缘板23A的主面接触。
此外，作为弹性构件74A的基材，例如能够举出阴极气体扩散层14的基材等。也就是说，在该情况下，第二传压构件具备与阴极CA所包含的阴极气体扩散层14同等的弹性模量。
通过以上结构，本实施例的电化学式氢泵100能够经由设置于阳极端板24A与阳极绝缘板23A之间的弹性构件74A，将来自阳极绝缘板23A的按压适当地传递到阳极端板24A。特别是在本实施例的电化学式氢泵100中，经由弹性构件74A的主面的大致整个面，将来自阳极绝缘板23A的按压向阳极端板24A传递，因此能够有效地抑制阳极绝缘板23A向阳极端板24A侧的挠曲。
另外，本实施例的电化学式氢泵100通过使用弹性构件74A作为第二传压构件，从而即使假设在阳极绝缘板23A因阴极气体扩散层14的压缩应力而变形的情况下，弹性构件74A也能够追随阳极绝缘板23A的变形，因此来自阳极绝缘板23A的按压经由弹性构件74A均等地传递到阳极端板24A。
另外，本实施例的电化学式氢泵100，利用由弹性模量与阴极气体扩散层14同等的弹性构件74A的厚度减少的方向的弹性变形产生的反作用力，来抑制因阴极气体扩散层14的压缩应力引起的阳极绝缘板23A的变形。也就是说，阴极气体扩散层14的弹性变形量与弹性构件74A的弹性变形量大致相同，因此，伴随着电化学式氢泵100的氢升压动作的进行，在阴极气体扩散层14沿从压缩后的厚度返回到压缩前的厚度的方向发生弹性变形时，也能够适当地维持上述反作用力。
本实施例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式以及第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
(变形例)
在第三实施方式的电化学式氢泵100中，第二空间65由设置于阳极端板24A的中央部的凹部构成。但是，这样的第二空间65是例示，并不限定于本例。以下，参照附图对第二空间的其他例子进行说明。
<第一变形例>
图9A是示出第三实施方式的第一变形例的电化学式氢泵一例的图。图9A示出设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的第二空间66。
在图9A所示例子中，第二空间66由在阳极隔膜17与阳极供电板22A接触的部分设置于阳极隔膜17的中央部的凹部构成。也就是说，第二空间66是由设置于阳极隔膜17的中央部的凹部和阳极供电板22A划分出的空间。
此外，在第二空间66内设置有将来自阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递的第二传压构件。该第二传压构件的具体例与第三实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第三实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式、第三实施方式以及第三实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
<第二变形例>
图9B是示出第三实施方式的第二变形例的电化学式氢泵一例的图。图9B示出设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的第二空间67。
在图9B所示例子中，第二空间67由设置于阳极供电板22A的中央部的凹部和设置于阳极绝缘板23A的中央部的开口部构成。也就是说，第二空间67是由设置于阳极供电板22A的中央部的凹部、设置于阳极绝缘板23A的中央部的开口部以及阳极端板24A划分出的空间。
此外，在第二空间67内设置有将来自阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递的第二传压构件。该第二传压构件的具体例与第三实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。其中，在本例的情况下，第二传压构件经由设置于阳极绝缘板23A的中央部的开口部与阳极端板24A和阳极供电板22A接触，因此第一传压构件为绝缘构件。由此，防止了阳极端板24A及阳极供电板22A的短路。
另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第三实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式、第三实施方式以及第三实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
<第三变形例>
图9C是示出第三实施方式的第三变形例的电化学式氢泵一例的图。
图9C示出设置于阳极端板24A与位于一端的阳极隔膜17之间的第二空间68。
在图9C所示例子中，第二空间68由设置于阳极供电板22A的中央部的凹部构成。也就是说，第二空间68是由设置于阳极供电板22A的中央部的凹部和阳极绝缘板23A划分出的空间。
此外，在第二空间68内设置有将来自阳极隔膜17的按压向阳极端板24A传递的第二传压构件。该第二传压构件的具体例与第三实施方式的第一实施例-第五实施例的电化学式氢泵100相同，因此省略说明。另外，本变形例的电化学式氢泵100起到的作用效果与第三实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式、第三实施方式以及第三实施方式的第一实施例-第五实施例的任一个电化学式氢泵100相同。
(第四实施方式)
图10是示出第四实施方式的电化学式氢泵一例的图。
在图10中示出了包括俯视时通过电化学式氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线在内的电化学式氢泵100的垂直剖面。
本实施方式的电化学式氢泵100除了以下说明的第二气体流路的结构以外，与第三实施方式的电化学式氢泵100相同。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，第二气体流路是包括使第一空间60与第二空间65连通的连通流路的流路。在该情况下，也可以不设置将阴极气体导出歧管50与第二空间65连通的阴极气体供给路径52(参照图7)。
具体而言，例如，如图10所示，从构成阴极气体导出路径26的阴极气体导出配管26B分支的连通流路构件90贯通阳极端板24A而延伸至第二空间65。也就是说，在图10所示例子中，该连通流路构件90是使第一空间60与第二空间65连通的构件，但连通流路构件的结构并不限定于此。例如，连通流路构件也可以构成为不从阴极气体导出配管26B分支而贯通阴极端板24C及阳极端板24A。
以上，本实施方式的电化学式氢泵100的氢泵单元100能够将由氢泵单元100A的阴极CA生成的高压氢通过连通流路构件90向设置于阳极端板24A与阳极隔膜17之间的第二空间65供给。
此外，本实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果与第三实施方式的电化学式氢泵100起到的作用效果相同，因此省略详细的说明。
本变形例的电化学式氢泵100除了上述特征以外，也可以与第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式、第三实施方式、第三实施方式的第一实施例-第五实施例及第三实施方式的第一变形例-第三变形例的任一个电化学式氢泵100相同。
第一实施方式、第一实施方式的第一实施例-第五实施例、第一实施方式的第一变形例-第三变形例、第二实施方式、第三实施方式、第三实施方式的第一实施例-第五实施例、第三实施方式的第一变形例-第三变形例以及第四实施方式只要相互不排除对方，也可以相互组合。
根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本公开的许多改良和其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅作为例示而被解释，是出于对本领域技术人员教导实施本公开的最佳方式的目的而提供的。在不脱离本公开的精神的范围内，能够实质性地变更其构造和/或功能的详细内容。
产业上的可利用性
本公开的一形态能够与以往相比用于能够适当地抑制氢泵单元的阴极隔膜与阴极之间的接触电阻增加的电化学式氢泵。

Claims (20)

1.一种电化学式氢泵，具备：
至少一个氢泵单元，所述至少一个氢泵单元包括电解质膜、设置在所述电解质膜的一方的主面上的阳极、设置在所述电解质膜的另一方的主面上的阴极、层叠在所述阳极上的阳极隔膜以及层叠在所述阴极上的阴极隔膜；
阳极端板，所述阳极端板在层叠方向上设置在位于一端的所述阳极隔膜上；
阴极端板，所述阴极端板在所述层叠方向上设置在位于另一端的所述阴极隔膜上；
固定构件，所述固定构件用于使至少从所述阴极端板直到位于所述另一端的阴极隔膜为止的构件不向所述层叠方向移动；
第一气体流路，所述第一气体流路向设置于所述阴极端板与位于所述另一端的阴极隔膜之间的第一空间供给由所述阴极生成的氢；以及
第一传压构件，所述第一传压构件设置于所述第一空间，并将来自位于所述另一端的阴极隔膜的按压传递到所述阴极端板。
2.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
具备设置于所述阴极端板与位于所述另一端的阴极隔膜之间的阴极板构件，
所述第一传压构件在所述阴极端板与所述阴极板构件之间包括柱状构件，所述柱状构件与所述阴极端板分体或一体地设置。
3.根据权利要求2所述的电化学式氢泵，
所述阴极板构件和位于所述另一端的阴极隔膜由所述固定构件所包含的螺栓贯通。
4.根据权利要求2所述的电化学式氢泵，
所述阴极板构件包括阴极绝缘板，
所述柱状构件设置于所述阴极端板与所述阴极绝缘板之间。
5.根据权利要求2所述的电化学式氢泵，
所述阴极板构件包括阴极供电板，
所述柱状构件设置于所述阴极端板与所述阴极供电板之间。
6.根据权利要求5所述的电化学式氢泵，
所述柱状构件是绝缘构件。
7.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
所述第一传压构件包括多孔性构件。
8.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
所述第一传压构件包括弹性构件。
9.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
所述固定构件是还用于使从所述阳极端板直到位于所述一端的阳极隔膜为止的构件不向所述层叠方向移动的构件，
所述电化学式氢泵还具备：
第二气体流路，所述第二气体流路向设置于所述阳极端板与位于所述一端的阳极隔膜之间的第二空间供给由所述阴极生成的氢；以及
第二传压构件，所述第二传压构件设置于所述第二空间，并将来自位于所述一端的阳极隔膜的按压传递到所述阳极端板。
10.根据权利要求9所述的电化学式氢泵，
具备设置于所述阳极端板与位于所述一端的阳极隔膜之间的阳极板构件，
所述第二传压构件在所述阳极端板与所述阳极板构件之间包括柱状构件，所述柱状构件与所述阳极端板分体或一体地设置。
11.根据权利要求10所述的电化学式氢泵，
所述阳极板构件和位于所述一端的阳极隔膜由所述固定构件所包含的螺栓贯通。
12.根据权利要求10所述的电化学式氢泵，
所述阳极板构件包括阳极绝缘板，
所述柱状构件设置于所述阳极端板与所述阳极绝缘板之间。
13.根据权利要求10所述的电化学式氢泵，
所述阳极板构件包括阳极供电板，
所述柱状构件设置于所述阳极端板与所述阳极供电板之间。
14.根据权利要求13所述的电化学式氢泵，
所述柱状构件是绝缘构件。
15.根据权利要求9所述的电化学式氢泵，
所述第二传压构件是多孔性构件。
16.根据权利要求9所述的电化学式氢泵，
所述第二传压构件是弹性构件。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的电化学式氢泵，
所述阳极包括阳极气体扩散层，
所述阴极包括阴极气体扩散层，
所述阳极气体扩散层的弹性模量高于所述阴极气体扩散层的弹性模量。
18.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
所述第一传压构件具备与所述阴极所包含的阴极气体扩散层同等的弹性模量。
19.根据权利要求9所述的电化学式氢泵，
所述第二传压构件具备与所述阴极所包含的阴极气体扩散层同等的弹性模量。
20.根据权利要求1所述的电化学式氢泵，
所述固定构件是在由所述阳极端板及所述阴极端板夹持所述至少一个氢泵单元的状态下进行紧固的紧固器。
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