CN111417746B - 电化学式氢压缩装置和电化学式氢压缩装置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种电化学式氢压缩装置，具备单电池、电压施加器、露点调整器和控制器，所述单电池包含具备一对主面的质子传导性的电解质膜、设在电解质膜的一个主面上的阴极、以及设在电解质膜的另一个主面上的阳极，所述电压施加器在阳极和阴极之间施加电压，所述露点调整器对向阳极供给的含氢气体的露点进行调整，所述控制器在单电池的温度上升时控制露点调整器，提高含氢气体的露点。

Description

电化学式氢压缩装置和电化学式氢压缩装置的运行方法
技术领域
本公开涉及电化学式氢压缩装置和电化学式氢压缩装置的运行方法。
背景技术
近年来，从提高燃油效率和利用无碳燃料的观点出发，利用由燃料电池发出的电力来驱动电动机而行驶的燃料电池车辆备受瞩目并开始销售。
但是，随着燃料电池车辆的普及，准备供给作为燃料的氢的基础设施，并能够在全国范围设置多大范围的氢站成为课题。迄今为止，作为氢站，采用由变压吸附法(PSA)将氢提纯和压缩的方法等，但装置的大型化和巨大的设置成本等成为了氢站在全国范围展开的障碍。
在即将到来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求开发能够以高密度存储氢并以小容量和低成本运输或利用氢的技术。特别是要促进作为分散型能源的燃料电池的普及，需要配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，提出了对高纯度氢进行提纯和升压的各种方案。
例如，专利文献1记载了一种氢提纯升压系统，通过在夹持电解质膜的阳极与阴极之间施加电压，来进行氢的提纯和升压。具体而言，在阳极与阴极之间流通电流时，阳极的氢变成质子，质子从阳极与水分子相伴地在电解质膜中向阴极移动，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(以下记为MEA：MembraneElectrode Assembly)。
另外，在定置用途的氢利用系统中，通过使用被称为P2G(Power to Gas、电转气)的可再生能源的剩余电力，将由水电解得到的氢存储在储氢器中，由此能够构建能够应对利用可再生能源得到的电力与电力需要之间的时间差等的系统。该情况下，例如能够使用专利文献1所公开的氢提纯升压系统，以高压(例如约20MPa左右)将由水电解装置得到的氢存储在储氢器中。
另外，例如通过使用电化学式氢压缩装置，以高压(例如约40MPa左右)将利用城市燃气的改性等而得到的氢存储在储氢器中，由此能够作为搭载燃料电池的叉车的氢源使用。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2015-117139号公报
发明内容
在以往例中，对于提高电化学式氢压缩装置的氢压缩动作的效率并未充分研究。
本公开的一方案(aspect)是鉴于这样的状况而完成的，提供一种电化学式氢压缩装置和电化学式氢压缩装置的运行方法，其能够比以前更加提高氢压缩动作的效率。
本公开一方案的电化学式氢压缩装置，具备单电池、电压施加器、露点调整器和控制器，所述单电池包含具备一对主面的质子传导性的电解质膜、设在所述电解质膜的一个主面上的阴极、以及设在所述电解质膜的另一个主面上的阳极，所述电压施加器在所述阳极与所述阴极之间施加电压，所述露点调整器调整向所述阳极供给的含氢气体的露点，所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述露点调整器，提高所述含氢气体的露点。
另外，本公开一方案的电化学式氢压缩装置的运行方法，具备步骤(a)和步骤(b)，所述步骤(a)通过在包含质子传导性的电解质膜、阴极和阳极的单电池的所述阳极与所述阴极之间施加电压，从所述阳极向所述阴极供给被压缩了的氢，所述质子传导性的电解质膜具有一对主面，所述阴极设在所述电解质膜的一个主面上，所述阳极设在所述电解质膜的另一个主面上，所述步骤(b)在所述步骤(a)中所述单电池的温度上升时，提高向所述阳极供给的含氢气体的露点。
本公开一方案的电化学式氢压缩装置和电化学式氢压缩装置的运行方法，发挥能够比以往更加提高氢压缩动作的效率这样的效果。
附图说明
图1A是在调整含氢气体的露点的情况下，表示计算模型的加热量、升温时间和潜热热量的计算结果的一例的图。
图1B是在含氢气体的露点固定的情况下，表示计算模型的加热量、升温时间和潜热热量的计算结果的一例的图。
图2A是表示实施方式的电化学式氢压缩装置的一例的图。
图2B是表示实施方式的电化学式氢压缩装置的一例的图。
图3是表示具备实施方式的电化学式氢压缩装置的氢供给系统的一例的图。
图4是表示具备实施方式的变形例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统的一例的图。
图5是表示具备实施方式的第4实施例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统的一例的图。
图6是表示具备实施方式的第5实施例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统的一例的图。
具体实施方式
在使用固体高分子电解质膜(以下称为电解质膜)的电化学式氢压缩装置中，使阳极的氢(H2)质子化并向阴极移动，质子(H+)在阴极恢复为氢(H2)，由此氢被高压化。此时，通常，在高温和高加湿条件下(例如约60℃左右)，电解质膜的质子传导率增加，电化学式氢压缩装置的氢压缩动作的效率提高。
这样的电化学式氢压缩装置需要进行能够承受高压气体压力的设计，因此，大多采用例如厚度大的高刚性金属构件等来覆盖MEA。
在此，当层叠了多个MEA而成的堆叠体的情况下，例如，要用适当的热源加热堆叠体，需要对热源赋予期望的能量。特别是电化学式氢压缩装置的起动时，由热源消耗的能量增加。
因此，对于减少热源的能量消耗量而加热MEA的技术进行了专心研究，获得了以下见解。
作为电化学式氢压缩装置的氢源，例如，通过水电解生成的高湿度状态的含氢气体、或通过烃化合物的改性反应生成的高湿度状态的含氢气体等被用作电化学式氢压缩装置的阳极气体。该情况下，向MEA的阳极供给露点约80℃左右的高湿度状态的含氢气体。
并且，假设此时含氢气体的露点比MEA的温度高太多，则可能在MEA内引起水的冷凝，MEA催化剂可能浸水。于是，可能由于冷凝水而在MEA的阳极发生溢流。
相反，假设含氢气体的露点比MEA温度低太多，则可能变得难以维持确保电解质膜的高质子传导率所必需的电解质膜的湿润状态。
如上所述，在谋求抑制上述的阳极溢流和抑制电解质膜的质子传导率降低方面，相对于MEA温度适当地调整向阳极供给的含氢气体的露点很重要。
例如，期望将露点大致等于MEA温度(完全加湿)或稍高于MEA温度的含氢气体向MEA的阳极供给。于是，随着电化学式氢压缩装置的氢压缩动作的进行，存在于MEA阳极的含氢气体的至少一部分氢(质子)伴随水分向阴极移动，此时含氢气体的部分水蒸气冷凝。
以下，作为一例，对于氢利用率约为70％左右，使存在于阳极的含氢气体中的氢向阴极移动时的水蒸气的冷凝进行说明。
本例的情况下，从阳极排出的含氢气体中的氢量是供给到阳极的含氢气体中的氢量的约30％。另外，假定MEA温度恒定时，从阳极排出的含氢气体处于完全加湿状态，所以向阳极供给的含氢气体中的水蒸气量也变为供给到阳极的含氢气体中的水蒸气量的约30％。剩余的水蒸气以冷凝水的形式从阳极排出、或以电渗水的形式伴随质子从阳极向阴极移动。在此，假设将阴极密封的情况下温度恒定，能够在阴极存在的饱和蒸气量恒定，所以超过饱和水蒸气量的水蒸气冷凝。也就是说，认为供给到阳极的含氢气体中的水蒸气量的约70％左右在MEA冷凝。
然后，上述水蒸气在阳极和阴极冷凝时，能够将水蒸气冷凝时产生的潜热用于提升MEA的温度。另外，对于利用电化学式氢压缩装置实行氢压缩动作时，由于与流过电解质膜的电流相应的IR损失而产生的热，也能够用于提升MEA温度。
因此，以下，对于能否通过利用水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热来合适地提升MEA的温度进行了验证。
再者，从电化学式氢压缩装置起动时的温度(例如25℃)到预定温度(例如65℃)的热平衡模拟是瞬态分析。因而，大多难以通过准确再现了电化学式氢压缩装置的计算模型来进行数值分析模拟。
因而，以下，通过对这样的热平衡的计算进行简化，来验证能否提升MEA的温度。具体而言，设想了由壁厚为75mm的SUS316制中空圆筒体来覆盖具有直径为67mm的催化剂层且高度为150mm的电极(11级堆叠，相当于高度为150mm的电极)时的计算模型。再者，即使是这样简易的计算模型，也能够知道电化学式氢压缩装置的热平衡概况。
<散热量和外表面温度的导出>
以下，对于计算模型的散热计算和计算模型的外表面温度TSUR的导出进行说明。
首先，通过计算模型导出散热量。再者，此时，为了简化计算，仅考虑来自圆柱侧面的散热，忽视了来自圆柱上下表面的散热。
作为温度条件，假设电极温度为30℃周围的环境温度为25℃。
作为物性条件，作为斯特藩-玻尔兹曼常数(Stefan-Boltzmann constant)使用5.67×10-8W/m2·K4，作为SUS316的导热系数使用16.7W/m·K，作为没有进行空冷时的SUS316的对流传热率使用7.5W/m2·K，作为SUS316的表面放射率使用0.5。
然后，在上述温度条件和物性条件的基础上，导出计算模型的对流散热量和放射散热量，并且导出对流散热量和放射散热量之和(以下称为散热量QRA)等于通过计算模型的热量时的计算模型的外表面温度TSUR(中空圆筒体外侧的侧面温度)。
<能够用于计算模型的加热的加热量的导出>
在此，当露点为30℃的含氢气体(完全加湿)向计算模型供给的情况下，假定电流以电流密度为1A/cm2的方式流过面积为合计396cm2的电极，氢利用率为70％且含氢气体中的水蒸气的70％冷凝，由此导出水蒸气冷凝时产生的潜热的热量QLA。然后，导出对该潜热的热量QLA加上因IR损失产生的热量QIR得到的总热量QT(＝QLA+QIR)。再者，在上述热量计算中，认为含氢气体具有的热量在含氢气体的流出流入中正负抵消，从而忽视。
如上所述，通过从总热量QT中减去散热量QRA，可以知道能够用于计算模型的加热的加热量Q(式(1))。
Q＝QT-QRA＝QLA+QIR-QRA···(1)
<升温时间的导出>
接着，对计算模型的升温时间的导出进行说明。
首先，在计算模型中，根据堆叠体的构成材料的比例导出将堆叠体配置在中空圆筒内时的热容量C。
然后，基于该热容量C，导出电极将计算模型从25℃升温至30℃所需的升温时间T。也就是说，升温时间T能够根据计算模型的加热中能够利用的加热量Q(加热量Q是时间的函数)与热容量C得知。再者，粗略估计传热率，确认了本计算的有效性。
接下来，对于将电极温度设为35℃、将周围的环境温度设为25℃、且露点为35℃的含氢气体向计算模型供给的情况，进行了与上述同样的计算。
这样，将电极温度和含氢气体的露点按5℃的增量提高，直到其温度达到65℃为止，导出30℃、35℃……65℃各自的温度下的散热量QRA、因IR损失产生的热量QIR、潜热的热量QLA和升温时间T。
图1A是调整含氢气体的露点的情况下，表示计算模型的加热量、加热时间和潜热热量的计算结果的一例的图。具体而言，将电极温度和含氢气体的露点按5℃的增量提高，直到其温度达到65℃为止，将30℃、35℃……65℃各自的温度下的加热量Q(黑圆圈)、潜热热量QLA(黑三角)和升温时间T(黑四边形)绘制于图1A。再者，图1A中的横轴数值表示电极温度(℃)，图1A中的纵轴数值表示时间(小时)和热量(W)这两者。
如从图1A能够理解的那样，在电极温度为30℃～65℃的整个范围内，加热量Q显示出正值。也就是说，验证了以下内容：在电极温度为30℃～65℃的整个范围内，通过对潜热热量QLA加上因IR损失产生的热量QIR而得到的总热量QT超过上述散热量QRA(QT>QRA)，所以能够通过水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热来合适地加热计算模型。
<比较例>
作为比较例，在将含氢气体的露点固定在30℃的状态下，进行与上述同样的计算。
图1B是在含氢气体的露点固定的情况下，表示计算模型的加热量、升温时间和潜热热量的计算结果的一例的图。具体而言，在将含氢气体的露点固定在30℃的状态下，按5℃的增量提高电极温度，直到其温度变为65℃为止，将30℃、35℃……65℃各自的温度下的加热量Q(黑圆圈)、潜热热量QLA(黑三角形)和升温时间T(黑四边形)绘制在图1B中。再者，图1B的横轴的数值表示电极温度(℃)，图1A的纵轴的数值表示时间(小时)和热量(W)这两者。
如从图1B能够理解的那样，电极温度超过约50时，加热量Q显示负值。也就是说，认为当电极温度超过约50℃时，对潜热的热量QLA加上因IR损失产生的热量QIR而得到的总热量QT低于散热量QRA(QT<QRA)，所以在电极温度超过约50℃的温度范围，难以通过水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热来加热计算模型。再者，使用低加湿的含氢气体在高温的电化学式氢压缩装置中进行氢压缩动作可能会招致电解质膜的干涸。因而，实际上，认为需要将电极温度控制在约40℃左右。
并且，以上计算结果来看，在考虑电解质膜的质子传导率在高温和高加湿的条件下上升，电化学式氢压缩装置的氢压缩动作的效率提高时，明确显示出调整含氢气体的露点的控制的技术意义。
如上所述，发明人发现，通过将水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热用于加热MEA，由此减少热源的能量消耗量，能够使MEA升温到合适温度，从而想到了以下的本公开一方案。
即，本公开第1方案的电化学式氢压缩装置，具备单电池、电压施加器、露点调整器和控制器，单电池包含具备一对主面的质子传导性的电解质膜、设在电解质膜的一个主面上的阴极、以及设在电解质膜的另一个主面上的阳极，电压施加器在阳极与阴极之间施加电压，露点调整器调整向阳极供给的含氢气体的露点，单电池的温度上升时，控制器控制露点调整器，提高含氢气体的露点。
根据该结构，本实施方式的电化学式氢压缩装置能够比以往更加提高氢压缩动作的效率。具体而言，由于能够将水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热用于电化学式氢压缩装置的单电池加热，所以能够将电化学式氢压缩装置有效地提升到期望温度。
另外，电化学式氢压缩装置的单电池温度上升时，假设向阳极供给的含氢气体的露点恒定，则由于单电池内的相对湿度随着单电池的温度上升而降低，所以电解质膜的质子传导率下降。于是，电化学式氢压缩装置的氢压缩动作所需的电压上升，所以电化学式氢压缩装置的氢气压缩操作的效率可能下降。
但是，本方案的电化学式氢压缩装置中，单电池的温度上升时，通过露点调整器提高向阳极供给的含氢气体的露点，所以能够降低上述可能性。
另外，本方案的电化学式氢压缩装置中，即使单电池温度上升，含氢气体中的水蒸气冷凝的冷凝水的比例也被维持在高的状态。因而，即使电化学式氢压缩装置的单电池温度上升，本方案的电化学式氢压缩装置也能够有效地利用水蒸气冷凝时产生的潜热来加热单电池。
本公开第2方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案的电化学式氢压缩装置，其中，起动时，控制器控制露点调整器，以使得被加湿了的含氢气体向阳极供给。
电化学式氢压缩装置中，需要进行能够耐受高压气体压力的设计，所以大多由例如厚度大的高刚性金属构件等来覆盖单电池。因此，电化学式氢压缩装置的热容量高，所以认为电化学式氢压缩装置高温化时，电化学式氢压缩装置比较难以冷却。相对于此，电化学式氢压缩装置的起动时，单电池的温度大多为室温。因而，在该情况下，需要电化学式氢压缩装置的单元的升温动作。
因此，本方案的电化学式氢压缩装置，通过从起动时起就将被加湿了的含氢气体向阳极供给，由此能够在起动时有效地基于水蒸气冷凝时产生的潜热来加热单电池。
本公开第3方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案或第2方案的电化学式氢压缩装置，其中，控制器控制电压施加器，将向阳极供给的含氢气体中的一部分氢压缩，而不压缩其余的氢。
在此，假设将含氢气体中的氢的总量从单电池的阳极压缩到阴极，则由于阳极中滞留过剩的冷凝水，在阳极可能发生溢流。于是，电化学式氢压缩装置的单电池的扩散过电压恐怕会上升。
因此，本方案的电化学式氢压缩装置如上述那样控制，通过将向阳极供给的含氢气体中的一部分氢再循环，由此能够通过含氢气体的流动作用将滞留在阳极中的冷凝水排出到阳极外。因而，本方案的电化学式氢压缩装置与将含氢气体中的氢的总量从单电池的阳极压缩到阴极的情况相比，能够降低在阳极发生溢流的可能性。
另外，电化学式氢压缩装置的氢压缩动作进行时，因IR损失而产生的单电池的发热量增加。此时，需要进行控制以使单电池温度不会过度升高。
因此，对于能否利用空冷来控制电化学式氢压缩装置的单电池温度，由上述简单的计算模型进行了验证。
具体而言，在将计算模型的电极温度设为65℃、将周围环境温度设为25℃、且露点为65℃的含氢气体(完全加湿)向计算模型供给的情况下，在与上述相同的条件下导出加热量Q。然后，导出加热量Q等于放热量QRA(Q＝QRA)时的SUS316的对流传热率，其为12W/m2·K。考虑到采用强制空冷的SUS316的对流传热率约为7.5～100W/m2·K左右，该数值意味着能够利用空冷来充分控制电化学式氢压缩装置的单电池温度。
即，本公开第4方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案至第3方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，具备冷却单电池的冷却器，控制器在单电池的发热量增加时使冷却器工作。
再者，若使用空冷器作为冷却器，则与采取在单电池内流通冷却水等结构的情况相比，能够利用空冷简便地控制电化学式氢压缩装置的单电池温度。
本公开第5方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案至第4方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，含氢气体包含由水电解生成的含氢气体。
由水电解生成的含氢气体包含水蒸气。例如，由水电解生成的含氢气体处于露点约为80℃左右的高湿度状态。因而，本方案的电化学式氢压缩装置可以合适地使用由水电解而生成的含氢气体作为向阳极供给的含氢气体。
本公开的第6方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案至第5方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，含氢气体包含利用烃化合物的改性反应生成的含氢气体。
利用烃化合物的改性反应生成的含氢气体包含水蒸气。例如，利用烃化合物的改性反应生成的含氢气体处于露点约为80℃左右的高湿度状态。因而，本方案的电化学式氢压缩装置可以合适地使用利用烃化合物的改性反应生成的含氢气体作为向阳极供给的含氢气体。
本公开的第7方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案至第6方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，露点调整器包含冷凝器，控制器在单电池的温度上升时控制冷凝器，降低来自向阳极供给的含氢气体中的水的冷凝量。
根据该结构，当单电池的温度上升时，本方案的电化学式氢压缩装置能够通过在冷凝器中使来自含氢气体中的水的冷凝量下降，来合适地提高向阳极供给的含氢气体的露点。
例如，通过增加或减少冷凝器的水冷凝量来使含氢气体的露点与单电池的温度接近，由此能够将单电池中的水蒸气冷凝时产生的潜热有效地用于单电池加热，并且抑制在阳极发生溢流、以及电解质膜干涸的情况。再者，此时，期望露点与单电池的温度基本相等或稍高于单电池温度的含氢气体向单电池的阳极供给。
本公开第8方案的电化学式氢压缩装置，可以是第1方案至第6方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，露点调整器包含加湿器，控制器在单电池的温度上升时控制加湿器，增加向阳极供给的含氢气体的加湿量。
根据该结构，在单电池的温度上升时，本方案的电化学式氢压缩装置能够通过在加湿器中使含氢气体的加湿量增加，来合适地提高向阳极供给的含氢气体的露点。
例如，通过增加或减少加湿器的加湿量来使含氢气体的露点与单电池的温度接近，由此能够将单电池中的水蒸气冷凝时产生的潜热有效地用于单电池加热，并且抑制在阳极发生溢流、以及电解质膜干涸的情况。再者，此时，期望露点与单电池的温度基本相等或稍高于单电池温度的含氢气体向单电池的阳极供给。
本公开第9方案的电化学式氢压缩装置，是权利要求1～8中任一项所述的电化学式氢压缩装置，是第1方案至第8方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，控制器控制露点调整器，将含氢气体的露点调整到单电池温度+5℃以下，并且在所述单电池的温度上升时控制所述露点调整器，提高所述含氢气体的露点。
根据该结构，能够有效地抑制单电池内的溢流，能够实现稳定的起动。
本公开第10方案的电化学式氢压缩装置，是第1方案至第8方案中任一项的电化学式氢压缩装置，其中，控制器控制露点调整器，将含氢气体的露点调整到单电池温度以下，并且在单电池的温度上升时控制露点调整器，提高含氢气体的露点。
根据该结构，能够有效地抑制单电池中的溢流，能够实现更稳定的起动。
本公开第11方案的电化学式氢压缩装置的运行方法，具备步骤(a)和步骤(b)，步骤(a)通过在包含质子传导性的电解质膜、阴极和阳极的单电池的阳极与阴极之间施加电压，从阳极向阴极供给被压缩了的氢，质子传导性的电解质膜具有一对主面，阴极设在电解质膜的一个主面上，阳极设在电解质膜的另一个主面上，步骤(b)在步骤(a)中单电池的温度上升时，提高向阳极供给的含氢气体的露点。
如上所述，本方案的电化学式氢压缩装置的运行方法能够比以往更加提高氢压缩动作的效率。再者，本方案的电化学式氢压缩装置的运转方法发挥的作用效果与第1方案的电化学式氢压缩装置发挥的作用效果相同，因此省略详细说明。
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全都表示上述各方案的一例。因而，只要没有记载到权利要求中，以下示出的形状、材料、构成元件、构成元件的配置位置和连接形态等就不限定上述各方案。另外，对于以下构成元件中的、表示本方案最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成元件，作为任选的构成元件来说明。另外，附图中附带相同标记的情况有时省略说明。另外，为了容易理解，附图中示意性地示出各个构成要件，对于形状和尺寸比等有时并不是准确的表示。
(实施方式)
[电化学式氢压缩装置的结构]
图2A和图2B是表示实施方式的电化学式氢压缩装置一例的图。图2B示出电化学式氢压缩装置100的阳极气体扩散板31的俯视图。
图2A和2B所示例中，电化学式氢压缩装置100具备单电池40、电压施加器21、露点调整器22和控制器50。在此，电化学式氢压缩装置100的单电池40具备电解质膜1、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜5C和阳极隔膜5A。
电解质膜1是具备一对主面且具备质子(H+)传导性的膜。只要是具备质子传导性的膜，电解质膜1就可以是各种结构。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，但不限于此。
阴极CA设在电解质膜1的一个主面上。另外，阳极AN设在电解质膜1的另一个主面上。
如图2A所示，阳极AN由阳极气体扩散板31、阳极催化剂层2A和阳极气体扩散层3A构成。阴极CA由阴极催化剂层2C和阴极气体扩散层3C构成。
阴极催化剂层2C设在电解质膜1的一个主面上。阴极催化剂层2C可以包含例如Pt等作为催化剂金属，但不限于此。再者，虽然图2A和2B中省略了图示，但密封构件被设为俯视时包围阴极催化剂层2C的周围，阴极CA的含氢气体被该密封构件适当地密封。
阳极催化剂层2A设在电解质膜1的另一个主面上。阳极催化剂层2A可以包含例如铂(Pt)等作为催化剂金属，但不限于此。再者，虽然图2A和2B中省略了图示，但密封构件被设为俯视时包围阳极催化剂层2A的周围，阳极AN的含氢气体被该密封构件适当地密封。
无论阴极催化剂层2C还是阳极催化剂层2A，作为催化剂的调制方法都可以举出各种方法，没有特别限定。例如，作为催化剂的载体，可以举出导电性氧化物粉末、碳系粉末等。作为碳系粉末，可以举出例如石墨、炭黑、具有导电性的活性炭等的粉末。在碳等的载体上担载铂或其他催化金属的方法没有特别限定。例如，可以采用粉末混合或液相混合等的方法。作为后者的液相混合，可举例如在催化剂成分胶体液体中分散和吸附碳等的载体的方法等。铂等催化剂金属对于载体的担载状态没有特别限定。例如，可以将催化剂金属微粒化并高分散地担载于载体上。
阳极气体扩散层3A经由阳极气体扩散板31设在阳极催化剂层2A上。阳极气体扩散层3A由例如多孔质体等构成，具备耐蚀性、导电性和气体扩散性。另外，期望阳极气体扩散层3A由高刚性材料构成，该高刚性材料能够抑制电化学式氢压缩装置100的氢压缩动作时由阳极AN与阴极CA之间的压差而产生的构成构件的位移、变形。
阳极隔膜5A被设为覆盖阳极气体扩散层3A的一个主面和侧面。具体而言，阳极气体扩散层3A收纳在阳极隔膜5A的中央部分的凹部内。另外，在阳极气体扩散层3A接触的阳极隔膜5A的主面上，形成有例如蜿蜒状的阳极流路6。由此，从外部通过阳极气体导入路径26流入阳极入口6IN的含氢气体在阳极入口6IN与阳极出口6OUT之间的阳极流路6通过。于是，此时，将在阳极流路6流动的一部分含氢气体向阳极气体扩散层3A供给。通过了阳极出口6OUT的含氢气体通过阳极气体导出路径27排出到外部。
再者，阳极流路6可以通过在与阳极隔膜5A不同的板构件上设为蜿蜒状的狭缝孔，将两者一体地接合来形成，也可以通过在阳极隔膜5A的主面上加工出蜿蜒状的流路槽来形成。另外，阳极流路6可以不一定由蜿蜒状的流路来构成。阳极流路6也可以由多个直线状的流路来构成。
另外，阳极隔膜5A由例如金属构件等构成，具备耐蚀性和导电性。作为阳极隔膜5A的材质，可以使用例如施加了铂镀层的钛等。
如图2A和2B所示，可以对电化学式氢压缩装置100设置圆形阳极气体扩散板31。
阳极气体扩散板31具备：与阳极气体扩散层3A的另一个主面和阳极催化剂层2A接触的圆形中心部分31A、以及与阳极隔膜5A和电解质膜1接触的环形周边部分31B。
如图2B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，含氢气体能够通过通气孔在阳极催化剂层2A与阳极气体扩散层3A之间穿过。通气孔可以是例如以数十微米的间隔隔开且均等设置的数十微米左右的开口，但通气孔的大小和间隔不限定于此。再者，该通气孔可以采用例如激光加工等来形成。
相对于此，在阳极气体扩散板31的周边部分31B是平坦的，没有形成通气孔。
阳极气体扩散板31由例如金属板等构成，且具备耐蚀性和导电性。作为阳极气体扩散板31，可以使用例如施加了铂镀层的钛板。
再者，在阳极气体扩散板31的周边部分31B(平坦部)上，隔着电解质膜1设置有未图示的圆环状密封构件。因而，电解质膜1被该密封构件按压到阳极气体扩散板31的周边部分31B。作为密封构件，可以使用例如O形环等。
以上的阳极气体扩散板31和密封构件仅是示例，不限于本例。阳极气体扩散板31由例如圆形板构成，但不限于此。当阳极气体扩散层3A的俯视形状是例如矩形的情况下，阳极气体扩散板31的俯视形状可以是矩形，密封构件的俯视形状可以是矩形环状。
阴极气体扩散层3C设在阴极催化剂层2C上。阴极气体扩散层3C由例如多孔质体等构成，具备耐蚀性、导电性和气体扩散性。例如，阴极气体扩散层3C可以由施加了铂镀层的钛纤维烧结体等的具备耐蚀性和导电性的多孔质体构成。另外，期望阴极气体扩散层3C由弹性材料构成，该弹性材料能够追随电化学式氢压缩装置100的氢压缩动作时由阳极AN与阴极CA之间的压差而产生的构成构件的位移、变形，难以压曲。
阴极隔膜5C被设为覆盖阴极气体扩散层3C的主面和侧面。具体而言，阴极气体扩散层3C收纳在阴极隔膜5C的中央部分的凹部内。并且，在阴极隔膜5C的适当位置设有阴极流路7，阴极流路7用于将阴极气体扩散层3C中存在的高压状态的含氢气体通过阴极气体导出路径28向外部导出。如图2A所示，阴极流路7的个数可以是一个，也可以是多个。
阴极隔膜5C由例如金属构件构成，且具备耐蚀性和导电性。作为阴极隔膜5C的材质，可以使用例如施加了铂镀层的钛等。再者，阴极隔膜5C的外周部分与电解质膜1接触。并且，可以在该外周部分的适当位置形成圆环槽，上述密封构件被嵌入该圆环槽中。
再者，阴极隔膜5C的形状可以是有底圆筒体，也可以是有底矩形筒体。但是，通过由圆筒体构成阴极隔膜5C，能够与由矩形筒体构成阴极隔膜5C的情况相比，提高阴极隔膜5C对于气体压力的耐性。
电压施加器21是在阳极AN与阴极CA之间施加电压的装置。只要能够在阳极AN与阴极CA之间施加电压，电压施加器21就可以是各种结构。图2A所示例中，电压施加器21的高电位侧端子连接于阳极AN，电压施加器21的低电位侧端子连接于阴极CA。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，可以举出例如DC/DC转换器、AC/DC转换器等。当电压施加器21在连接于太阳能电池、燃料电池、电池等的直流电源的情况下，使用DC/DC转换器。当电压施加器21在连接于商用电源等的交流电源的情况下，使用AC/DC转换器。
另外，电压施加器21可以是例如以供给到电化学式氢压缩装置100的电力变为预定的设定值的方式，调整施加到阳极AN与阴极CA之间的电压、流通于阳极AN与阴极CA之间的电流的功率型电源。
露点调整器22是调整向阳极AN供给的含氢气体的露点的装置。具体而言，露点调整器22设在用于向阳极入口6IN导入含氢气体的阳极气体导入路径26上。
只要能够调整向阳极AN供给的含氢气体的露点，露点调整器22就可以是各种结构。作为露点调整器22，可以举出例如对含氢气体加湿的加湿器、使含氢气体中的水蒸气冷凝的冷凝器等。
使用加湿器时的露点调整可通过例如以下手段中的任意手段来实行，即，采用加湿器调整加湿量、以及调整通过加湿器的含氢气体量和绕过加湿器的含氢气体量的比率。再者，采用加湿器调整加湿量可通过以下手段中的任意手段来实行，即，调整设在加湿器中的加热器的加热量、调整对于加湿器的供水量、以及调整对于加湿器的加湿气体供给量。另外，绕过加湿器的含氢气体在导入阳极AN之前，与通过了加湿器的含氢气体合流。
使用冷凝器时的露点调整可通过例如以下手段中的任意手段来实行，即，采用冷凝器调整冷凝量、以及调整通过冷凝器的含氢气体量与绕过冷凝器的含氢气体量的比率。再者，采用冷凝器调整冷凝量可通过调整设在冷凝器中的冷却器的冷却量来实行。
这些冷凝器和加湿器的详情在实施例中说明。
电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升时，控制器50控制露点调整器22，提高向阳极AN供给的含氢气体的露点。例如，起动时，控制器50可以控制露点调整器22，以使得被加湿了的含氢气体向阳极AN供给。
再者，上述控制中，可以对电化学式氢压缩装置100设置用于检测单电池40的温度的未图示的检测器。作为该检测器，可以举出例如热电偶等，但不限于此。
控制器50具备例如运算电路(未图示)和用于存储控制程序的存储电路(未图示)。作为运算电路，可以举出例如MPU、CPU等。作为存储电路，可以举出例如存储器等。控制器50可以由进行集中控制的单个控制器构成，也可以由彼此协作执行分散控制的多个控制器构成。
图2A和2B中虽未示出，但可适当设置在本实施方式的电化学式氢压缩装置100的氢压缩动作中需要的构件等。
例如，电化学式氢压缩装置100可以将由MEA、阳极隔膜5A和阴极隔膜5C构成的单电池40层叠10～200个左右而构成层叠体(堆叠体)，将该层叠体隔着集电板和绝缘板用端板夹持，用紧固杆等将两个端板紧固。再者，单电池40的个数可以基于电化学式氢压缩装置100的运行条件设定为适当的数量。此时，可以从MEA的两侧设置O形环、垫圈等的密封构件，与MEA一体化地预先组装，以防止高压气体从电化学式氢压缩装置向外部泄漏。并且，在MEA的外侧配置有用于将其机械地固定并且将相邻的MEA彼此电串联的上述导电性的阳极隔膜5A和阴极隔膜5C。
另外，本实施方式的电化学式氢压缩装置100可以不设置加热单电池40的加热器，也可以设置加热器(未图示)。加热器可以是电加热器，也可以是加热流体流过的流路。
再者，以上未图示的各种构件仅是示例，不限定于本例。
[氢供给系统的结构]
以下，对于具备电化学式氢压缩装置100的氢供给系统200进行说明。
图3是表示具备实施方式的电化学式氢压缩装置的氢供给系统一例的图。
图3所示例中，氢供给系统200具备电化学式氢压缩装置100、气体供给器23和储氢器25。再者，图3中，为了方便起见，图2A的电化学式氢压缩装置100的单电池40的图示被简化，省略了电压施加器21的图示。
另外，图3所示例中，图2A的电化学式氢压缩装置100的露点调整器22对通过阳极气体出口路径27从阳极出口6OUT排出的含氢气体与通过阳极气体导入路径26从氢源供给的含氢气体混合而成的含氢气体(混合气体)的露点进行调整。也就是说，阳极气体导入路径27是用于将从阳极出口6OUT排出的含氢气体向露点调整器22和气体供给器23的上游的阳极气体导入路径26内供给的循环流路。并且，氢供给系统200中，采取了以下结构：由露点调整器22调整了露点的含氢气体通过阳极气体导入路径26向阳极入口6IN供给。不过，这样的含氢气体的再利用(再循环)的结构仅为示例，并不限于本例。例如，可以是通过阳极气体导入路径26向阳极入口6IN供给的含氢气体的总量从单电池40的阳极AN压缩到阴极CA。
气体供给器23设在阳极气体导入路径26上，是将含氢气体从氢源向阳极AN的阳极入口6IN供给的装置。只要能够供给这样的含氢气体，气体供给器23就可以是各种结构。
例如，气体供给器23可以是调整在阳极气体导入路径26流动的含氢气体的流量的设备。该情况下，气体供给器23由例如升压器和流量调整阀构成，但也可以由它们中的任一者构成。作为升压器，可以举出例如泵等。
储氢器25是对通过阴极气体导出路径28从阴极CA的阴极流路7(参照图2A)导出的高压氢(H2)进行存储的设备。只要能够存储高压氢，储氢器25就可以是各种结构。作为储氢器25，可以举出例如罐等。再者，通过打开未图示的开关阀，存储在储氢器25中的氢能够及时地向未图示的氢消耗体供给。作为氢消耗体，可以将举出例如燃料电池等。
图3虽未示出，但可适当设置在本实施方式的氢供给系统200的氢供给动作中需要的构件和设备等。
例如，可以在阴极气体导出路径28上设置冷凝器，所述冷凝器用于将从阴极CA的阴极流路7(参照图2A)排出且流入储氢器25之前的高压含氢气体中的水分除去。此时，可以在冷凝器与阴极CA的阴极流动路径7之间的阴极气体导出路径28设置开关阀。
另外，例如可以在阳极气体导出路径27设置开关阀和止逆阀。此时，止逆阀被配置为：从阳极出口6OUT排出的含氢气体将朝着阳极气体导出路径27与阳极气体导入路径26的连接部的方向作为正向。由此，打开上述开关阀时，可抑制阳极气体导出路径27内的含氢气体发生逆流。
再者，以上未图示的各种构件和装置仅为示例，不限定于本例。
[动作]
以下，参照附图对电化学式氢压缩装置100的氢压缩动作进行说明。
以下动作可以通过例如控制器50的运算电路从控制器50的存储电路读取控制程序来执行。不过，利用控制器50执行以下动作并不一定是必须的。操作者可以执行其部分动作。
含氢气体通过阳极气体导入路径26被供给到电化学式氢压缩装置100的阳极AN，并且电压施加器21的电力被供给到电化学式氢压缩装置100。
于是，在电化学式氢压缩装置100的阳极催化剂层2A中，通过氧化反应将氢分子分离为氢离子(质子)和电子(式(2))。质子在电解质膜1内传导并移动至阴极催化剂层2C。电子通过电压施加器21移动到阴极的阴极催化剂层2C。然后，在阴极催化剂层2C中，通过还原反应再次生成氢分子(式(3))。
此时，已知质子在电解质膜1中传导时，预定水量的水以电渗水的形式与质子相伴地从阳极AN向阴极CA移动。
在此，能够通过使用未图示的开关阀来增加阴极气体导出路径28的压损，由此使在阴极CA生成的氢升压。因而，能够及时地从电化学式氢压缩装置100将高压状态的氢供给到储氢器25。
阳极：H2(低压)→2H++2e-...(2)
阴极：2H++2e-→H2(高压)...(3)
这样，电化学式氢压缩装置100中，通过在阳极AN与阴极CA之间施加电压，来执行从阳极AN向CA阴极供给被压缩了的氢的动作。由此，在阴极CA被压缩了的氢被暂时存储在储氢器25中。另外，在储氢器25存储的氢被及时地供给到燃料电池等的氢消耗体中。
另外，电化学式氢压缩装置100中，在将被压缩了的氢从阳极AN向CA阴极供给的动作中，电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升时，执行将向阳极AN供给的含氢气体的露点提高的动作。
如上所述，本实施方式的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法能够比以往更加提高氢压缩动作的效率。具体而言，能够将水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热用于电化学式氢压缩装置100的单电池加热，所以能够将电化学式氢压缩装置有效地升温到期望温度。
以下，作为一例，对于在氢利用率约为70％左右，将存在于阳极的含氢气体中的氢向阴极CA移动时的水蒸气的冷凝进行说明。
本例的情况下，从阳极AN排出的含氢气体中的氢量是供给到阳极AN的含氢气体中的氢量的约30％。另外，假定单电池40的温度恒定时，从阳极AN排出的含氢气体处于完全加湿状态，所以向阳极AN供给的含氢气体中的水蒸气量也变为供给到阳极AN的含氢气体中的水蒸气量的约30％。剩余的水蒸气以冷凝水的形式从阳极AN排出、或以电渗水的形式伴随质子从阳极向阴极CA移动。在此，假设将阴极CA密封的情况下温度恒定，能够在阴极CA存在的饱和蒸气量恒定，所以超过饱和水蒸气量的水蒸气冷凝。也就是说，认为供给到阳极AN的含氢气体中的水蒸气量的约70％左右在单电池40冷凝。
然后，在阳极AN和阴极CA中，上述水蒸气发生冷凝时，能够将水蒸气冷凝时产生的潜热用于提升单电池40的温度。
再者，如上所述，电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度在约30℃～65℃的整个范围内时，能够通过在水蒸气冷凝时产生的潜热和因IR损失产生的热来合适地加热电化学氢压缩100的单电池40，这一点通过使用简单的计算模型的计算结果得以验证。
不过，关于水蒸气冷凝的以上说明仅是示例，不限于本例。以上，对于阴极CA被密封的情况下的水蒸气冷凝进行了说明，但不限于此。例如，当单电池40的温度高于周围的环境温度，且如图2A所示，阴极流路7被设为沿铅垂方向延伸，其排出口向上侧开口时，即使当阴极CA开放的情况下，从阴极流路7排出的氢中的水蒸气也容易在阴极流路7的排出口附近冷凝。因而，即使在阴极CA开放的情况下，供给到阳极AN的含氢气体中的水蒸气量的约70％左右也会在单电池40内或其附近冷凝，所以能够将该水蒸气冷凝时产生的潜热合适地用于提升单电池40的温度。
另外，电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升时，假设向阳极AN供给的含氢气体的露点恒定，则由于单电池40内的相对湿度随着单电池40的温度上升而降低，所以电解质膜1的质子传导率下降。于是，电化学式氢压缩装置100的氢压缩动作所需的电压上升，所以电化学式氢压缩装置100的氢气压缩操作的效率可能下降。
但是，本实施方式的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法中，单电池40的温度上升时，通过露点调整器22来提高向阳极AN供给的含氢气体的露点，所以能够降低上述可能性。
另外，本实施方式的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法中，即使单电池40的温度上升，含氢气体中的水蒸气冷凝的冷凝水的比例也被维持在高的状态。因而，即使电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升，本实施方式的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法也能够将水蒸气冷凝时产生的潜热有效地用于单电池加热。
另外，本实施方式的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法，通过例如从起动时起将被加湿了的含氢气体向阳极AN供给，由此能够在起动时有效地基于水蒸气冷凝时产生的潜热加热单电池。
(第1实施例)
本实施方式的电化学式氢压缩装置100除了以下的控制器50的控制内容以外，与实施方式的电化学式氢压缩装置100相同。
控制器50控制电压施加器21，压缩向阳极AN供给的含氢气体中的一部分氢，而不压缩其余的氢。
在此，假设将向阳极AN供给的含氢气体中的氢的总量从单电池40的阳极AN压缩到阴极CA的情况下，由于阳极AN中滞留过剩的冷凝水，由此在阳极AN可能发生溢流。于是，电化学式氢压缩装置100的单电池40的扩散过电压恐怕会上升。
因此，本实施例的电化学式氢压缩装置100如上述那样控制，通过使向阳极AN供给的含氢气体中的一部分氢再循环，由此能够通过含氢气体的流动作用将滞留在阳极AN中的冷凝水排出到阳极AN外。因而，本实施例的电化学式氢压缩装置100能够与将含氢气体中的氢的总量从单电池40的阳极AN压缩到阴极的情况相比，降低在阳极AN发生溢流的可能性。
除了上述特征以外，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式的电化学式氢压缩装置100相同。
(变形例)
图4是表示具备实施方式的变形例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统一例的图。
图4所示例中，除了电化学式氢压缩装置100具备空冷器30、以及以下的控制器50的控制内容以外，与图3的氢供给系统200相同。
空冷器30是对电化学式氢压缩装置100的单电池40进行冷却的装置。只要能够通过空冷来冷却电化学式氢压缩装置100的单电池40，空冷器30就可以是各种结构。本例中，空冷器30具备送风扇30A，通过来自送风扇30A的空气(冷风)，从表面冷却单电池40。
电化学式氢压缩装置100的单电池的发热量增加时，控制器50使空冷器30工作。
如上所述，本变形例的电化学氢压缩装置100与例如采取使冷却水等在单电池40内流通的结构相比，能够利用空冷简便地控制电化学氢压缩装置100的单电池温度。再者，如上所述，通过使用简单的计算模型的计算结果，验证了能够通过空冷来控制电化学式氢压缩装置100的单电池温度。
另外，电化学式氢压缩装置100在冬季停止时，在冰点下的环境中使用的情况下，担心电化学式氢压缩装置100会冻结。但是，该情况下，通过在电化学式氢压缩装置100设置例如辅助加热器、或者代替来自送风扇30A的冷风将暖风送向电化学式氢压缩装置100的单电池40，由此能够防止电化学式氢压缩装置100冻结。
除了上述特征以外，本变形例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式或实施方式的第1实施例的电化学式氢压缩装置100相同。
(第2实施例)
本实施例的电化学式氢压缩装置100除了向阳极AN供给的含氢气体包含由水电解生成的含氢气体以外，与实施方式的电化学式氢压缩装置100相同。
也就是说，本例的情况下，图3的氢源的氢在水电解装置(未图示)生成。再者，例如，水电解装置可以使用由太阳光等可再生能源发出的电力生成氢。另外，水电解装置的水电解方式可以是任意方式。作为水电解装置的水电解，可以举出例如固体高分子型水电解等。
在此，由水电解生成的含氢气体包含水蒸气。例如，该含氢气体处于露点约为80℃左右的高湿度状态。因而，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以合适地使用由水电解生成的含氢气体作为向阳极AN供给的含氢气体。
除了上述特征以外，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式、实施方式的第1实施例和实施方式的变形例中的任意电化学式氢压缩装置100相同。
(第3实施例)
本实施例的电化学式氢压缩装置100，除了向阳极AN供给的含氢气体包含由烃化合物的改性反应生成的含氢气体以外，与实施方式的电化学式氢压缩装置100相同。
也就是说，本例的情况下，图3的氢源的氢在改性器(未图示)生成。再者，改性器的改性反应可以是任意方式。作为改性器的改性反应，可以举出例如水蒸气改性反应、部分氧化反应、自热反应等。另外，作为烃化合物，可以举出例如以甲烷为主成分的城市燃气、天然气等。
在此，由烃化合物的改性反应生成的含氢气体包含水蒸气。例如，该含氢气体处于露点约为80℃左右的高湿度状态。因而，本实施例的电化学式氢压缩装置100能够合适地使用由烃化合物的改性反应生成的含氢气体作为向阳极AN供给的含氢气体。
除了上述特征以外，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式、实施方式的第1实施例-第2实施例和实施方式的变形例中的任意电化学式氢压缩装置100相同。
(第4实施例)
图5是表示具备实施方式的第4实施例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统一例的图。
图5所示例中，除了电化学式氢压缩装置100的露点调整器22包含冷凝器22A、以及以下的控制器50的控制内容以外，与图3的氢供给系统200相同。
冷凝器22A是使向阳极AN供给的含氢气体中的水蒸气冷凝的装置。只要能够将向阳极AN供给的含氢气体中的水蒸气冷凝，冷凝器22A就可以是各种结构。
例如，冷凝器22A可以具备冷凝罐(未图示)，且含氢气体在冷凝罐内通过。并且，冷凝器22A可以通过调温机构(未图示)将冷凝罐内的含氢气体的温度冷却到期望温度。由此，能够在冷凝器22A的冷凝罐中使含氢气体中的水蒸气冷凝。再者，由水蒸气冷凝产生的冷凝水积聚在冷凝罐的下方。
另外，例如，冷凝器22A可以具备鼓泡罐(未图示)，且含氢气体在鼓泡罐内的水中通过。然后，冷凝器22A通过调温机构(未图示)将鼓泡罐内的水的温度维持在期望温度。由此，在鼓泡罐内的水中通过了的含氢气体的露点变得与鼓泡罐内的水的温度大致相等，所以，通过使上述水温比流入鼓泡罐之前的含氢气体的露点低，由此能够在冷凝器22A的鼓泡罐中使含氢气体中的水蒸气冷凝。
电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升时，控制器50控制冷凝器22A，使来自向阳极AN供给的含氢气体中的水的冷凝量下降。例如，当冷凝器22A具备冷凝罐的情况下，控制器50通过调温机构将冷凝罐内的含氢气体的温度提高到期望温度，由此能够使来自含氢气体中的水的冷凝量下降。
如上所述，单电池40的温度上升时，本实施例的电化学式氢压缩装置100能够通过在冷凝器中使来自含氢气体中的水的冷凝量下降，来合适地提高向阳极AN供给的含氢气体的露点。
例如，能够通过增加或减少冷凝器22A的水冷凝量来使含氢气体的露点与单电池40的温度接近，由此将单电池40中的水蒸气冷凝时产生的潜热有效地用于单电池加热，并且抑制在阳极AN发生溢流、以及电解质膜1干涸的情况。再者，此时，期望露点与单电池40的温度基本相等或稍高于单电池40的温度的含氢气体向单电池40的阳极AN供给。
除了上述特征以外，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式、实施方式的第1实施例-第3实施例以及实施方式的变形例中的任意电化学式氢压缩装置100相同。
(第5实施例)
图6是表示具备实施方式的第5实施例的电化学式氢压缩装置的氢供给系统一例的图。
图6所示例中，除了电化学式氢压缩装置100的露点调整器22包含加湿器22B、以及以下的控制器50的控制内容以外，与图3的氢供给系统200相同。
加湿器22B是用于对向阳极AN供给的含氢气体进行加湿的装置。只要能够加湿向阳极AN供给的含氢气体，加湿器22B就可以是各种结构。
例如，加湿器22B可以具备鼓泡罐(未图示)，含氢气体在鼓泡罐内的水中通过。并且，加湿器22B可以通过调温机构(未图示)来将鼓泡罐内的水的温度维持在期望温度。由此，在鼓泡罐内的水中通过了的含氢气体的露点变得与鼓泡罐内的水的温度大致相等，所以上述水温比流入鼓泡罐之前的含氢气体的露点高，由此能够在加湿器22B的鼓泡罐中对含氢气体进行加湿。
电化学式氢压缩装置100的单电池40的温度上升时，控制器50控制加湿器22B，使向阳极AN供给的含氢气体的加湿量增加。例如，当加湿器22B具备鼓泡罐的情况下，控制器50能够通过调温机构来将鼓泡罐内的水的温度提高到期望温度，由此使含氢气体的加湿量增加。
如上所述，单电池40的温度上升时，本实施例的电化学式氢压缩装置100能够通过在加湿器22B中增加含氢气体的加湿量，来合适地提高向阳极AN供给的含氢气体的露点。
例如，能够通过增加或减少加湿器22B的加湿量来使含氢气体的露点与单电池40的温度接近，由此将单电池40中的水蒸气冷凝时产生的潜热有效地用于单电池加热，并且抑制在阳极AN发生抑制、以及电解质膜1干涸的情况。再者，此时，期望露点与单电池40的温度大致相等或稍高于单电池40的温度的含氢气体向单电池40的阳极AN供给。即，期望将含氢气体的露点调整为单电池温度+5℃以下，并且在单电池温度上升时控制露点调整器，提高含氢气体的露点。另外，更期望控制器控制露点调整器，将含氢气体的露点调整为单电池温度以下，并且在单电池温度上升时控制露点调整器，提高含氢气体的露点。
除了上述特征以外，本实施例的电化学式氢压缩装置100可以与实施方式、实施方式的第1实施例-第3实施例以及实施方式的变形例中的任意电化学式氢压缩装置100相同。
再者，只要实施方式、实施方式的第1实施例-第5实施例以及实施方式的变形例彼此不排斥对方，就可以彼此组合。
另外，对于本领域技术人员来说，上述说明中显然包含本公开的众多改良和其他实施方式。因此，上述说明应仅被解释为示例，且是出于向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。能够实质性地变更其结构和/或功能的详情，而不会脱离本公开的精神。
产业上的可利用性
本公开一方式可用于例如能够与以往相比提高氢压缩动作的效率的电化学式氢压缩装置100和电化学式氢压缩装置100的运行方法。
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：阳极隔膜、5C：阴极隔膜、6：阳极流路、6IN：阳极入口、6OUT：阳极出口、7：阴极流路、21：电压施加器、22：露点调整器、22A：冷凝器、22B：加湿器、23：气体供给器、25：储氢器、26：阳极气体导入路径、27：阳极气体导出路径、28：阴极气体导出路径、30：空冷器、30A：送风扇、3A：阳极气体扩散板、31A：中央部分、31B：周边部分、40：单电池、50：控制器、100：电化学式氢压缩装置、200：氢供给系统、AN：阳极、CA：阴极

Claims (11)

1.一种电化学式氢压缩装置，具备单电池、电压施加器、露点调整器和控制器，
所述单电池包含具备一对主面的质子传导性的电解质膜、设在所述电解质膜的一个主面上的阴极、以及设在所述电解质膜的另一个主面上的阳极，
所述电压施加器在所述阳极与所述阴极之间施加电压，
所述露点调整器调整向所述阳极供给的含氢气体的露点，
所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述露点调整器，提高所述含氢气体的露点。
2.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，起动时，所述控制器控制所述露点调整器，以使得被加湿了的所述含氢气体向所述阳极供给。
3.根据权利要求1或2所述的电化学式氢压缩装置，所述控制器控制所述电压施加器，压缩所述含氢气体中的一部分氢，而不压缩其余的氢。
4.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，具备冷却所述单电池的冷却器，所述单电池的发热量增加时，所述控制器使所述冷却器工作。
5.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述含氢气体包含由水电解生成的含氢气体。
6.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述含氢气体包含由烃化合物的改性反应生成的含氢气体。
7.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述露点调整器包含冷凝器，所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述冷凝器，降低来自所述含氢气体中的水的冷凝量。
8.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述露点调整器包含加湿器，所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述加湿器，增加所述含氢气体的加湿量。
9.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述控制器控制所述露点调整器，将所述含氢气体的露点调整到所述单电池的温度+5℃以下，并且，所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述露点调整器，提高所述含氢气体的露点。
10.根据权利要求1所述的电化学式氢压缩装置，所述控制器控制所述露点调整器，将所述含氢气体的露点调整为所述单电池温度以下，并且，所述单电池的温度上升时，所述控制器控制所述露点调整器，提高所述含氢气体的露点。
11.一种电化学式氢压缩装置的运行方法，具备步骤(a)和步骤(b)，
所述步骤(a)通过在包含质子传导性的电解质膜、阴极和阳极的单电池的所述阳极与所述阴极之间施加电压，从所述阳极向所述阴极供给被压缩了的氢，所述质子传导性的电解质膜具有一对主面，所述阴极设在所述电解质膜的一个主面上，所述阳极设在所述电解质膜的另一个主面上，
所述步骤(b)在所述步骤(a)中所述单电池的温度上升时，提高向所述阳极供给的含氢气体的露点。
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Correct: Summary of instruction manual submitted on May 23, 2024|Claims 1-11 submitted on May 23, 2024|Paragraphs 1-216 of the instruction manual submitted on May 23, 2024

False: Abstract of the instruction manual submitted on March 3, 2020|Claims 1-11 modified according to Article 28 or Article 41 of the Patent Cooperation Treaty|Paragraphs 1-216 of the instruction manual submitted on March 3, 2020

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