CN112601842A - 压缩装置 - Google Patents

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Abstract

本公开一方案的压缩装置具备压缩器和除去器，压缩器具备电解质膜、设在电解质膜一侧主面的阳极催化剂层、设在电解质膜另一侧主面的阴极催化剂层、设在阳极催化剂层上的阳极气体扩散层、设在阴极催化剂层上的阴极气体扩散层和向阳极催化剂层与阴极催化剂层间施加电压的电压施加器，通过电压施加器施加该电压使得从供给到阳极催化剂层的阳极流体取出的质子经由电解质膜向阴极催化剂层移动，生成压缩的氢气，除去器包含透水膜、设在透水膜一侧主面供从压缩器排出的阴极气体流动的第1流路和设在透水膜另一侧主面供与阴极气体相比低压的气体流动的第2流路，除去在第1流路流动的阴极气体所含的水蒸气和液态水中的至少一者。压缩器和除去器一体设置。

Description

压缩装置
技术领域
本公开涉及压缩装置。
背景技术
近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢作为替代化石燃料的清洁的替代能源而受到关注。氢气即使燃烧基本上也只释放出水，不会排出导致全球变暖的二氧化碳，并且也几乎不会排出氮氧化物等，因此作为清洁能源备受期待。另外，作为高效利用氢作为燃料的装置，例如有燃料电池，燃料电池的开发和普及正在向汽车用电源、家庭用自发电发展。
在将要到来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求开发能够高密度地存储氢、并以小容量且低成本地输送或利用氢的技术。特别是为了促进成为分散型的能源的燃料电池的普及，需要配备燃料供给基础设施。
因此，为了利用燃料供给基础设施稳定地供给氢，提出了各种将高纯度的氢精制和升压的方案。
例如，专利文献1中公开了一种水电解装置，其一边进行水的电解，一边生成高压的氢气。在此，通过水电解生成的氢气含有水蒸气。因此，在将这样的氢气储藏于罐等氢气储藏器时，假如氢气中所含的水蒸气多，则氢气储藏器内的氢气量会由于氢气储藏器内存在水蒸气而减少，从而导致效率低。另外，还存在氢气中所含的水蒸气会在氢气储藏器内冷凝的问题。因此，期望将储藏于氢气储藏器时的氢气的水蒸气量降低至例如约5ppm程度以下。因此，该专利文献1中提出一种氢气生成系统，在水电解装置与氢气储藏器之间的供氢气流动的路径上，设置有用于将氢气与液态水分离的气液分离器、以及用于从氢气中将水蒸气吸附除去的吸附塔。
另外，例如专利文献2中提出了一种系统，通过将吸附除去高压氢气中的水蒸气的吸附塔构成为变压吸附式精制器(PSA)，从而稳定地除去氢气中的水蒸气。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2009-179842号公报
专利文献2：日本特表2017-534435号公报
发明内容
发明要解决的课题
本公开中作为一例，其课题在于提供一种压缩装置，该压缩装置与以往相比，能够更简单地构成用于将包含被压缩器压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器。
用于解决课题的手段
为解决上述课题，本公开的一个技术方案(aspect)中的压缩装置，具备压缩器和除去器，
所述压缩器具备：电解质膜；设置于所述电解质膜的一侧的主面上的阳极催化剂层；设置于所述电解质膜的另一侧的主面上的阴极催化剂层；设置于所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置于所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，
所述压缩器，通过所述电压施加器施加所述电压，使得从供给到所述阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极催化剂层上移动，生成被压缩了的氢气，
所述除去器包含：透水膜；设置于所述透水膜的一侧的主面上，供从所述压缩器排出的阴极气体流动的第1流路；以及设置于所述透水膜的另一侧的主面上，供与所述阴极气体相比低压的气体流动的第2流路，
所述除去器，将在所述第1流路流动的阴极气体所含有的水蒸气和液态水中的至少一者除去，
所述压缩器和所述除去器一体设置。
发明的效果
本发明的一个技术方案中的压缩装置，具有与以往相比能够更简单地构成用于将包含被压缩器压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器。
附图说明
图1A是表示第1实施方式的压缩装置的一例的图。
图1B是图1A的压缩装置的B部分的放大图。
图2是表示第1实施方式的第1实施例的压缩装置的一例的图。
图3是表示第1实施方式的第2实施例的压缩装置的一例的图。
图4是表示第2实施方式的压缩装置的一例的图。
图5是表示第3实施方式的压缩装置的一例的图。
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)的压缩器、例如电化学氢泵中，使向阳极供给的含氢气体等阳极流体中的物质所含的作为构成元素的氢质子化并移动到阴极，通过阴极使质子(H+)成为氢气(H2)，从而生成被压缩了的氢气。此时，通常电解质膜在高温和高加湿条件(例如向电解质膜供给的含氢气体的温度和露点约为60℃左右)下，质子传导率提高，电化学氢泵的氢气压缩工作的效率提高。与此相对，期望将从电化学氢泵的阴极排出的高压的含氢气体(以下称为阴极气体)储藏于氢气储藏器时的阴极气体中的水蒸气量降低，但多数情况下难以有效除去这样的阴极气体中的水蒸气。
例如，如专利文献1和专利文献2所公开的吸附塔那样，能够通过沸石等多孔质吸附材料吸附氢气中的水蒸气。但是，吸附材料的吸附性能是有限的。吸附塔的运行时间取决于输送到吸附塔的水量，因此在氢气中的水蒸气量多的条件下使用吸附塔时，需要使吸附塔大型化。另外，由于在吸附塔内流通高压氢气，因此需要使吸附塔的容器成为能够耐高压的结构，有可能会导致吸附塔的进一步大型化。再者，如专利文献2所述，使用变压吸附式的精制器能够降低吸附材料的填充量。但该情况下，存在构成供氢气流动的流路的构件的复杂化、在吸附材料的再生时需要处理与水蒸气一起吸附于吸附材料中的氢气之类的问题等，仍有改善的空间。
因此，本公开发明人如下所述进行了认真研究，结果发现通过使用透水膜，能够将从压缩器的阴极排出的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者，从阴极气体中有效地除去。再者，专利文献1中提出了通过气液分离器将从水电解装置排出的氢气中的液态水与氢气分离，但关于在气液分离器设置上述透水膜没有进行研究。
即、本公开的第1技术方案中的压缩装置，具备压缩器和除去器，
压缩器具备：电解质膜；设置于电解质膜的一侧的主面上的阳极催化剂层；设置于电解质膜的另一侧的主面上的阴极催化剂层；设置于阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置于阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及向阳极催化剂层与阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，
压缩器通过电压施加器施加上述电压，使得从供给到阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极催化剂层上移动，生成被压缩了的氢气，
除去器包含：透水膜；设置于透水膜的一侧的主面上，供从压缩器排出的阴极气体流动的第1流路；以及设置于透水膜的另一侧的主面上，供与阴极气体相比低压的气体流动的第2流路，
除去器将在第1流路流动的阴极气体所含有的水蒸气和液态水中的至少一者除去，
压缩器和除去器一体设置。
根据该技术构成，本技术方案的压缩装置与以往相比，能够更简单地构成用于将包含被压缩器压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器。
具体而言，本技术方案的压缩装置，通过将压缩器和除去器一体设置，能够使装置结构简化。
例如，在压缩器和除去器中，流通高压的阴极气体。由此，如果在压缩器和除去器分离设置的情况下，常常需要用于将压缩器和除去器分别从上下固定的高刚性的一对端板。因此，本技术方案的压缩装置，通过将压缩器和除去器一体化，例如能够将压缩器和除去器所使用的端板共用化，从而使装置结构简化。
本公开的第2技术方案中的压缩装置，在第1技术方案的压缩装置的基础上，可以设为：在上述第1流路设有第1多孔质构件。
在除去器的第1流路未设置第1多孔质构件的情况下，该第1流路内的阴极气体的流动容易成为层流。该情况下，阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者会伴随阴极气体流动，例如在与透水膜分开的位置存在的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜接触的概率低。也就是说，该情况下，透过透水膜的水蒸气和液态水中的至少一者，有可能被限定为沿着透水膜的主面附近流动的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者。
对此，本技术方案中的压缩装置，通过将第1多孔质构件设置于阴极气体流路，能够将该阴极气体流路内的阴极气体的流动强制改变为随机方向。该情况下，在阴极气体流路内的各种位置存在的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者都有可能与透水膜接触。由此，本技术方案中的压缩装置与没有将第2多孔质构件设置于阴极气体流路的情况相比，阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜接触的概率变高。如果阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜接触，则通过除去器的第1流路(高压)与第2流路(低压)的压差，接触透水膜的高压的水蒸气和液态水中的至少一者能够经由透水膜有效地向低压的气体透过。由此，在除去器中，能够促进阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。
本公开的第3技术方案中的压缩装置，在第1或第2技术方案的压缩装置的基础上，可以设为：在上述第2流路设有第2多孔质构件。
在除去器的第2流路未设置第2多孔质构件的情况下，通过除去器的第1流路(高压)与第2流路(低压)的压差，会使透水膜向堵塞第2流路的方向变形。例如，通过这样的压差，透水膜有可能会与构成第2流路的除去器的部件接触。于是，第2流路内的气体的流动有可能变得困难，但本技术方案中的压缩装置，由于将第2多孔质构件设置于第2流路，因此减轻了这样的问题。再者，透过了透水膜的水，通过第2多孔质构件的细孔，能够与第2流路的气体一起有效地向除去器外排出。
本公开的第4技术方案中的压缩装置，在第2技术方案的压缩装置的基础上，可以设为：第1多孔质构件包含阴极气体扩散层。
本公开的第5技术方案中的压缩装置，在第3技术方案的压缩装置的基础上，可以设为：第2多孔质构件包含阳极气体扩散层。
本公开的第6技术方案中的压缩装置，在第1～第5技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，可以设为：除去器被设置成第1流路位于比第2流路靠上的位置。
根据该技术构成，本技术方案中的压缩装置，通过在第1流路中流动的阴极气体中的液态水因重力作用而从上向下移动，使液态水与透水膜容易接触。由此，本技术方案中的压缩装置，与第1流路和第2流路之间的上下位置关系相反的情况相比，在除去器中能够促进阴极气体中的液态水的除去。
本公开的第7技术方案中的压缩装置，在第1～第6技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，可以设为：除去器设置在压缩器的下侧。
在气体通过除去器的第2流路内时，该气体会被透过了透水膜的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者加湿。因此，在压缩器的上侧设有除去器的情况下，难以在除去器的底面设置低压的气体的出口。在没有在除去器的底面设置低压的气体的出口的情况下，第2流路内的低压的气体中的液态水难以顺利地被排水，供低压的气体流动的配管有可能被液态水堵塞。
但是，本技术方案中的压缩装置，通过在压缩器的下侧设置除去器，容易在除去器的底面设置低压的气体的出口。如果在除去器的底面设置低压的气体的出口，则本技术方案中的压缩装置能够使第2流路内的低压的气体中的液态水因重力作用而顺利地被排水。
本公开的第8技术方案中的压缩装置，在第1～第7技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，可以设为：在压缩器与除去器之间具备绝热部件。
在压缩器中，电解质膜的质子传导性会由于高温和高加湿的条件(例如向电解质膜供给的含氢气体的温度和露点约为60℃左右)而提高，使压缩器的氢压缩工作的效率提高。
对此，在除去器中，例如使流入除去器的第2流路的低压的气体的温度低于流入除去器的第1流路的阴极气体的温度，由此通过两气体之间经由透水膜的热交换，在阴极气体通过第1流路时，阴极气体被适当冷却。于是，能够通过第1流路(高压)与第2流路(低压)的压差，使由于阴极气体中的水蒸气冷凝而产生的高压的冷凝水经由透水膜有效地向低压的气体透过。
以上的压缩装置中，将压缩器与除去器一体化时，在压缩器与除去器之间未设置绝热部件的情况下，压缩器的温度有可能由于压缩器与除去器的热交换而低于期望的温度。另外，除去器的温度有可能由于压缩器与除去器的热交换而高于期望的温度。
因此，本实施方式的压缩装置，通过在压缩器与除去器之间设置绝热部件，能够减轻以上的不良情况。
本公开的第9技术方案中的压缩装置，在第1～第8技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，可以设为：低压的气体是含氢气体。
根据该技术构成，本技术方案中的压缩装置，在从除去器的第2流路流出的含氢气体向压缩器的阳极供给的情况下，能够在除去器中将含氢气体加湿。
本公开的第10技术方案中的压缩装置，在第1～第9技术方案中任意方案的压缩装置的基础上，可以设为：具备用于将在除去器的第1流路流动的阴极气体冷却的冷却器。
根据该技术构成，本技术方案中的压缩装置，通过冷却器在除去器内将阴极气体冷却，由此能够促进阴极气体中的水蒸气的除去。例如，阴极气体中所含的饱和水蒸气量，会随着阴极气体的温度越低而减少。由此，在阴极气体中的水蒸气量为饱和水蒸气量的情况下，如果通过冷却器使阴极气体的温度降低，则能够迅速减少阴极气体中的水蒸气量，因此能够促进阴极气体中的水蒸气的除去。此时，通过在除去器内存在的液态水的量增加，使液态水与透水膜接触的概率提高。如果液态水与透水膜接触，则能够通过除去器的第1流路(高压)与第2流路(低压)的压差，使接触透水膜的高压的液态水经由透水膜有效地向低压的气体透过。
本公开的第11技术方案中的压缩装置，在第1～第10技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，可以设为：除去器相对于压缩器，在与压缩器内的阳极气体扩散层、阳极催化剂层、电解质膜、阴极催化剂层、以及阴极气体扩散层的层叠方向相同的方向上层叠。
根据该技术构成，本技术方案中的压缩装置，与以往相比能够更简单地构成用于将包含被压缩器压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器。再者，本技术方案中的压缩装置的作用效果的详情与第1技术方案中的压缩装置的作用效果的详情相同，因此省略说明。
以下，参照附图对本公开的各技术方案的具体例进行说明。以下说明的具体例都只表示上述各技术方案的一例。由此，以下所示的形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置和连接形态等，只要没有记载于权利要求，就不限定上述的各技术方案。另外，以下的构成要素中，对于表示本技术方案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，有时对附带相同标记的部分省略说明。另外，附图中为了便于理解而示意性地示出各构成要素，因此有时形状和尺寸比例等并不是准确的表示。
(第1实施方式)
以上的压缩器的阳极流体，只要是在阳极的氧化反应中生成质子的流体，则可以设想各个种类的气体、液体。阳极流体例如可以是含氢气体或液态水。例如在压缩器为电化学氢泵的情况下，作为阳极流体可举出含氢气体等。另外，例如在压缩器为水电解装置的情况下，作为阳极流体可举出液态水等。在阳极流体为液态水的情况下，在阳极催化剂层上执行液态水的电解反应。因此，在以下的各实施方式中，阳极流体为含氢气体的情况下，对作为压缩器的一例的电化学氢泵、以及具备压缩器的压缩装置的构成和工作进行说明。
[装置构成]
图1A是表示第1实施方式的压缩装置的一例的图。图1B是图1A的压缩装置的B部分的放大图。
再者，压缩装置200的铅垂方向的“上”和“下”如图1A所示，重力从“上”往“下”发挥作用(其它附图也同样)。
图1和图1B所示的例子中，压缩装置200具备电化学氢泵100、除去器300和电压施加器102。
在此，电化学氢泵100的各部件和除去器300的各部件，以在铅垂方向上层叠的方式配置，电化学氢泵100在铅垂方向上相对于除去器300，设置在更靠上侧的位置。
以下，参照附图对压缩装置200的各设备的构成等进行详细说明。
＜电化学氢泵的构成＞
如图1A所示，压缩装置200具备电化学氢泵100的氢泵单元100A和氢泵单元100B。再者，氢泵单元100A相对于氢泵单元100A，设置在更靠上侧的位置。
在此示出了两个氢泵单元100A和氢泵单元100B，但氢泵单元的个数不限定于本例。也就是说，氢泵单元的个数例如可以根据在电化学氢泵100的阴极CA压缩的氢气量等运行条件而设定为适当的数量。
氢泵单元100A具备电解质膜11、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜16和中间隔膜17。氢泵单元100B具备电解质膜11、阳极AN、阴极CA、中间隔膜17和阳极隔膜18。也就是说，中间隔膜17作为氢泵单元100A的阳极隔膜发挥作用，并且作为氢泵单元100B的阴极隔膜发挥作用，由此在氢泵单元100A和氢泵单元100B中被共用。
以下，对氢泵单元100A的层叠结构进行更加详细的说明。氢泵单元100B的层叠结构与氢泵单元100A相同，因此有时会省略说明。
如图1B所示，阳极AN设置在电解质膜11的一侧的主面。阳极AN是包含阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15的电极。
在此，一般在电化学氢泵100中，常会使用阳极催化剂层13和阴极催化剂层12与电解质膜11一体接合而成的附带催化剂层的膜CCM(Catalyst Coated Membrane)。因此，作为电解质膜11使用上述附带催化剂层的膜CCM的情况下，在与附带催化剂层的膜CCM接合的阳极催化剂层13的主面设有上述阳极气体扩散层15。
如图1B所示，阴极CA设置在电解质膜11的另一侧的主面上。阴极CA是包含阴极催化剂层12和阴极气体扩散层14的电极。作为电解质膜11使用上述附带催化剂层的膜CCM的情况下，在与附带催化剂层的膜CCM接合的阴极催化剂层12的主面设有上述阴极气体扩散层14。
通过以上，在氢泵单元100A和氢泵单元100B中，电解质膜11以与阳极催化剂层13和阴极催化剂层12分别接触的方式被阳极AN和阴极CA夹持。再者，将包含阴极CA、电解质膜11和阳极AN的单元称为膜-电极接合体(以下也称为MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。
在阴极隔膜16和中间隔膜17之间、以及中间隔膜17和阳极隔膜18之间，夹入在俯视下以包围MEA的周围的方式设置的环状且平板状的绝缘体和密封部件(未图示)。由此，防止阴极隔膜16和中间隔膜17间的短路以及中间隔膜17和阳极隔膜18间的短路。
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则可以是任意结构。例如，作为电解质膜11可举出氟系高分子电解质膜、烃系高分子电解质膜，但不限定于此。具体而言，例如作为电解质膜11，可以使用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设置在电解质膜11的一侧的主面上。阳极催化剂层13例如包含铂作为催化剂金属，但不限定于此。
阴极催化剂层12设置在电解质膜11的另一侧的主面上。阴极催化剂层12例如包含铂作为催化剂金属，但不限定于此。
作为阴极催化剂层12和阳极催化剂层13的催化剂载体，例如可举出炭黑、石墨等碳粉末，导电性的氧化物粉体等，但不限定于此。
再者，在阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，催化剂金属的微粒被高度分散地担载于催化剂载体。另外，在这些阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，为了增大电极反应场，通常会添加质子传导性的离聚物成分。
阴极气体扩散层14设置在阴极催化剂层12上。另外，阴极气体扩散层14由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阴极气体扩散层14优选具备适当追随在电化学氢泵100的工作时由于阴极CA与阳极AN之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的弹性。再者，本实施方式的电化学氢泵100中，作为阴极气体扩散层14使用了由碳纤维构成的部件。例如可以是碳纸、碳布、碳毡等多孔性的碳纤维片。再者，作为阴极气体扩散层14的基材，也可以不使用碳纤维片。例如，作为阴极气体扩散层14的基材，也可以使用以钛、钛合金、不锈钢等为材料的金属纤维的烧结体，以这些为材料的金属粉体的烧结体等。
阳极气体扩散层15设置在阳极催化剂层13上。另外，阳极气体扩散层15由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阳极气体扩散层15优选为能够抑制在电化学氢泵100的工作时由于阴极CA与阳极AN之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的高刚性。
再者，本实施方式的电化学氢泵100中，作为阳极气体扩散层15使用了由钛粉体烧结体的薄板构成的部件，但不限定于此。也就是说，作为阳极气体扩散层15的基材，例如可以使用以钛、钛合金、不锈钢等为材料的金属纤维的烧结体，以这些为材料的金属粉体的烧结体，也可以使用碳多孔体。另外，作为阳极气体扩散层15的基材，例如也可以使用多孔金属、金属丝网、冲孔金属等。
阳极隔膜18是设置于氢泵单元100B的阳极AN的阳极气体扩散层15上的导电性的部件。阴极隔膜16是设置在氢泵单元100A的阴极CA的阴极气体扩散层14上的导电性的部件。中间隔膜17是设置在氢泵单元100A的阳极AN的阳极气体扩散层15上、以及氢泵单元100B的阴极CA的阴极气体扩散层14上的导电性的部件。这些阴极隔膜16、中间隔膜17和阳极隔膜18例如可以由钛、SUS316L之类的金属等构成，但不限定于此。
在阴极隔膜16的主面的中央部设置凹部，在该凹部中收纳有氢泵单元100A的阴极CA和电解质膜11的厚度方向的一部分。
另外，在阳极隔膜18的主面的中央部设置凹部，在该凹部中收纳有氢泵单元100B的阳极AN和电解质膜11的厚度方向的一部分。
另外，在中间隔膜17的两个主面的中央部分别设有凹部。在这些凹部中一方的凹部收纳有氢泵单元100A的阳极AN和电解质膜11的厚度方向的一部分，另一方的凹部收纳有氢泵单元100B的阴极CA和电解质膜11的厚度方向的一部分。
像这样，通过用阴极隔膜16和中间隔膜17夹持MEA，形成氢泵单元100A。另外，通过用阳极隔膜18和中间隔膜17夹持MEA，形成氢泵单元100B。
再者，在与阳极气体扩散层15接触的阳极隔膜17的主面、以及与阳极气体扩散层15接触的阳极隔膜18的主面，设置有在俯视下例如包含多个U字状的折返部分和多个直线部分的蜿蜒状的阳极气体流路(未图示)。但这样的阳极气体流路只是例示，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。
如图1A所示，压缩装置200具备电压施加器102。
电压施加器102是对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加电压的装置。具体而言，电压施加器102的高电位对阳极催化剂层13施加，电压施加器102的低电位对阴极催化剂层12施加。电压施加器102只要能够对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加电压则可以是任意结构。例如，电压施加器102可以是调整对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加的电压的装置。具体而言，电压施加器102在与蓄电池、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例如可以是以使向电化学氢泵100供给的电力成为预定的设定值的方式，调整向阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加的电压、在阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间流动的电流的电力型电源。
再者，虽然省略了图示，但电压施加器102的低电位侧的端子与阴极供电板连接，电压施加器102的高电位侧的端子与阳极供电板连接。阴极供电板例如设置于氢泵单元100A的阴极隔膜16。阳极供电板例如设置于氢泵单元100B的阳极隔膜18。并且，阴极供电板和阳极供电板分别与阴极隔膜16和阳极隔膜18电连接。
像这样，电化学氢泵100是通过电压施加器102施加上述电压，使从供给到阳极催化剂层13上的阳极流体中取出的质子，经由电解质膜11向阴极催化剂层12上移动，从而生成被压缩了的氢气的装置。也就是说，在电化学氢泵100中，在阳极AN从含氢气体取出的质子(H+)，经由电解质膜11向阴极CA移动，由此在阴极CA生成阴极气体。再者，阴极气体例如是从阴极CA排出的包含水蒸气的高压的含氢气体。
再者，在电化学氢泵100设有用于从外部向阳极AN供给含氢气体的阳极气体供给路径40、和用于从阴极CA向除去器300送出阴极气体的阴极气体通过路径50，这些路径的详细构成会在后面进行说明。
＜除去器的结构＞
如图1A所示，压缩装置200具备除去器300的除去单元300A。再者，除去器300中示出1个除去单元300A，但除去单元300A的个数不限定于本例。
除去单元300A具备透水膜115、第1流路、第2流路、第1板19和第2板20。
在此，第1流路是设置在透水膜115的一侧的主面上，供从电化学氢泵100的阴极CA排出的阴极气体流动的流路(以下称为阴极气体流路114)。也就是说，在阴极气体流路114中，高压的阴极气体一边与透水膜115的一侧的主面接触一边流通。另外，第2流路是设置在透水膜115的另一侧的主面上，供与阴极气体相比低压的气体流动的流路(以下称为低压气体流路113)。也就是说，在低压气体流路113中，与阴极气体相比压力低的气体一边与透水膜115的另一侧的主面接触一边流通。再者，低压的气体的详细情况会在实施例中说明。
透水膜115只要是阴极气体中的氢(H2)的透过性低、使阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者透过的膜，则可以是任意结构。例如，透水膜115可以由包含磺酸基的高分子膜构成。由此，能够将透过阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的功能赋予透水膜115。另外，作为这样的透水膜115，例如可以使用由与电解质膜11同样的材料构成的可透过质子(H+)的质子传导性的高分子膜。也就是说，作为透水膜115，例如可举出能够用于质子传导性的高分子膜的氟系高分子膜、烃系高分子膜等，但不限定于此。
在第1板19和第2板20的主面的各自的中央部设有凹部。在这些凹部的每一个中分别收纳有透水膜115的厚度方向的一部分。也就是说，阴极气体流路114相当于由设置在第1板19的凹部和透水膜115划分的区域。低压气体流路113相当于由设置在第2板20的凹部和透水膜115划分的区域。这些第1板19和第2板20例如可以由钛金属等构成，但不限定于此。
另外，在第1板19和第2板20之间夹入在俯视时以包围透水膜115的周围的方式设置的环状且平板状的密封部件(未图示)。
再者，在除去器300设有用于从电化学氢泵100的阴极CA向阴极气体流路114送出阴极气体的阴极气体通过路径50、用于从阴极气体流路114向外部排出阴极气体的阴极气体排出路径51、用于从外部向低压气体流路113供给气体的低压气体供给路径61、以及用于从低压气体流路113向外部排出气体的低压气体排出路径60，这些路径的详细情况会在后面进行说明。
＜电化学氢泵和除去器的紧固结构＞
如图1A和图1B所示，除去器300相对于电化学氢泵100，在与电化学氢泵100内的阳极气体扩散层15、阳极催化剂层13、电解质膜11、阴极催化剂层12、以及阴极气体扩散层14的层叠方向相同的方向上层叠。
在此，虽然省略了图示，但在电化学氢泵100的阴极隔膜16的外表面例如隔着第1绝缘板设有高刚性的第1端板。另外，在除去器300的第2板20的外表面例如隔着第2绝缘板设有高刚性的第2端板。
并且，未图示的紧固器将电化学氢泵100和除去器300的各部件、第1绝缘板、第1端板、第2绝缘板和第2端板在上述层叠方向上紧固。
紧固器只要能够将这样的各部件在上述层叠方向紧固，则可以是任意结构。
例如，作为紧固器可举出螺栓和附带碟形弹簧的螺母等。
此时，紧固器的螺栓可以仅贯穿第1端板和第2端板，螺栓也可以贯穿电化学氢泵100和除去器300的各部件、第1绝缘板、第1端板、第2绝缘板和第2端板。并且，以分别利用第1端板和第2端板分别隔着第1绝缘板和第2绝缘板分别夹持阴极隔膜16的端面和第2板20的端面的方式，通过紧固器对电化学氢泵100和除去器300赋予期望的紧固压力。
再者，紧固器的螺栓采用贯穿电化学氢泵100和除去器300的各部件、第1绝缘板、第1端板、第2绝缘板和第2端板的结构时，电化学氢泵100和除去器300的各部件在上述层叠方向上，通过紧固器的紧固压力以层叠状态适当保持，并且紧固器的螺栓贯穿电化学氢泵100和除去器300的各部件，因此能够适当抑制这些各部件的面内方向的移动。
像这样，本实施方式的压缩装置200中，电化学氢泵100的各部件和除去器300的各部件，通过紧固器在层叠方向上层叠并一体化。
＜含氢气体的流路结构＞
以下，参照图1A对用于向电化学氢泵100的阳极AN供给含氢气体的流路结构的一例进行说明。再者，图1A中，含氢气体的流动的示意图用一点划线的箭头表示。
如图1A所示，压缩装置200具备阳极气体供给路径40。
阳极气体供给路径40例如由设置于电化学氢泵100的各部件的适当位置并沿铅垂方向延伸的纵流路40H、与设置于中间隔膜17和阳极隔膜18的各自的适当位置并沿水平方向延伸的第1横流路40A和第2横流路40B的连接而构成。具体而言，纵流路40H经由设置于中间隔膜17的第1横流路40A而与氢泵单元100A的阳极AN连通。例如，该第1横流路40A与设置于中间隔膜17的蜿蜒状的阳极气体流路(未图示)的端部可以连接。另外，纵流路40H经由设置于阳极隔膜18的第2横流路40B而与氢泵单元100B的阳极AN连通。例如，该第2横流路40B与设置于阳极隔膜18的蜿蜒状的阳极气体流路(未图示)的端部可以连接。
通过以上的结构，来自于外部的含氢气体如图1A的一点划线的箭头所示，在纵流路40H、第1横流路40A和氢泵单元100A的阳极AN中依次流通，并且在纵流路40H、第2横流路40B和氢泵单元100B的阳极AN中依次流通。也就是说，纵流路40H的含氢气体分流成为在第1横流路40A和第2横流路40B这两者中流动。于是，通过含氢气体经由阳极气体扩散层15向电解质膜11供给，在氢泵单元100A和氢泵单元100B中进行含氢气体中的氢的压缩。
＜阴极气体的流路结构＞
以下，参照图1A对电化学氢泵100和除去器300中的阴极气体的流路结构的一例进行说明。图1A中，阳极气体的流动的示意图用细的一点划线的箭头表示。
如图1A所示，压缩装置200具备阴极气体通过路径50和阴极气体排出路径51。
阴极气体通过路径50例如由设置于电化学氢泵100和除去器300的各部件的适当位置并沿铅垂方向延伸的纵流路50H、与设置于阴极隔膜16、中间隔膜17和第1板19的各自的适当位置并沿水平方向延伸的第1横流路50A、第2横流路50B和第3横流路50C的连接而构成。具体而言，纵流路50H经由设置于阴极隔膜16的第1横流路50A而与氢泵单元100A的阴极CA连通。另外，纵流路50H经由设置于中间隔膜17的第2横流路50B而与氢泵单元100B的阴极CA连通。另外，纵流路50H经由设置于第1板19的第3横流路50C而与除去单元300A的阴极气体流路114连通。
阴极气体排出路径51例如由设置于除去器300的各部件的适当位置的铅垂方向的纵流路51H、与设置于第1板19的适当位置的水平方向的横流路51A的连接而构成。具体而言，纵流路51H经由设置于第1板19的横流路51A而与除去单元300A的阴极气体流路114连通。
通过以上结构，含有在氢泵单元100A的阴极CA被压缩了的氢气的高压的阴极气体，如图1A的一点划线的箭头所示，在第1横流路50A、纵流路50H、第3横流路50C、阴极气体流路114、横流路51A和纵流路51H中依次流通。然后，阴极气体向压缩装置200外排出。另外，含有在氢泵单元100B的阴极CA被压缩了的氢气的高压的阴极气体，如图1A的一点划线的箭头所示，在第2横流路50B、纵流路50H、第3横流路50C、阴极气体流路114、横流路51A和纵流路51H中依次流通。然后，阴极气体向压缩装置200外排出。也就是说，第1横流路50A和第2横流路50B这两者的阴极气体，在纵流路50H汇流后，在第3横流路50C中流通。此时，在阴极气体从除去单元300A的阴极气体流路114通过时，在除去单元300A中进行阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。
＜低压的气体的流路结构＞
以下，参照图1A对除去单元300A的低压的气体的流路结构的一例进行说明。再者，图1A中，低压的气体的流动的示意图用细的一点划线的箭头表示。
如图1A所示，压缩装置200具备低压气体供给路径61和低压气体排出路径60。
低压气体供给路径61例如由设置于除去器300的第2板20的适当位置、以将外部与低压气体流路113的一侧的端部之间连通的方式在铅垂方向上延伸的纵流路61H构成。低压气体排出路径60例如由设置于除去器300的第2板20的适当位置、以将外部与低压气体流路113的另一侧的端部之间连通的方式在铅垂方向上延伸的纵流路60H构成。
通过以上结构，来自于外部的低压的气体如图1A的一点划线的箭头所示，在低压气体供给路径61、低压气体流路113和低压气体排出路径60中依次流通。然后，低压的气体向除去单元300A外排出。
再者，以上的电化学氢泵100和除去器300的结构只是例示，并不限定于本例。
[工作]
以下，参照附图对第1实施方式的压缩装置200的工作的一例进行说明。
再者，以下的工作例如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中读取控制程序来进行。但并不是必须利用控制器来进行以下的工作。也可以由操作者进行其中一部分工作。
首先，向电化学氢泵100的阳极AN供给低压的含氢气体，并且使电压施加器102的电压施加于电化学氢泵100。于是，在电化学氢泵100中，进行从供给到阳极AN的含氢气体中取出的质子经由电解质膜11向阴极CA移动从而生成被压缩了的氢气的氢气压缩工作。具体而言，在阳极AN的阳极催化剂层13中，氢分子分离成为质子和电子(式(1))。质子在电解质膜11内传导并向阴极催化剂层12移动。电子通过电压施加器102向阴极催化剂层12移动。并且，在阴极催化剂层12中，再次生成氢分子(式(2))。再者，已知质子在电解质膜11中传导时，预定量的水会作为电渗透水伴随质子一起从阳极AN向阴极CA移动。
阳极：H2(低压)→2H++2e-···(1)
阴极：2H++2e-→H2(高压)···(2)
在电化学氢泵100的阴极CA生成的氢气，作为阴极气体在阴极CA被压缩。例如，通过使用未图示的流量调整器，使阴极气体导出路径的压力损失增加，能够在阴极CA使阴极气体压缩。再者，作为流量调整器，例如可举出设置于阴极气体导出路径的背压阀、调整阀等。
在此，如果适时地使用流量调整器使阴极气体导出路径的压力损失降低，则阴极气体从电化学氢泵100的阴极CA通过阴极气体通过路径50向除去器300送出。使用流量调整器使阴极气体导出路径的压力损失降低是指加大背压阀、调整阀等的阀的开度。
于是，在除去器300的阴极气体流路114中，流通从电化学氢泵100的阴极CA排出的阴极气体。由此，通过在除去器300的低压气体流路113中使与阴极气体相比低压的气体流通，在阴极气体中含有液态水的情况下，能够进行阴极气体的除水工作。另外，通过在除去器300的低压气体流路113中使与阴极气体相比水蒸气分压低的气体流通，能够进行阴极气体的水蒸气除去工作。再者，此时，向除去器300的低压气体流路113流入的气体的温度，优选低于向除去器300的阴极气体流路114流入的阴极气体的温度。由此，在阴极气体流路114中流动的阴极气体的水冷凝得到促进，因此也会促进阴极气体中的水蒸气的除去。
如上所述，本实施方式的压缩装置200，与以往相比能够更简单地构成用于将包含被电化学氢泵100压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器300。具体而言，本实施方式的压缩装置200，通过将电化学氢泵100和除去器300一体设置，能够使装置结构简化。
例如，在电化学氢泵100和除去器300中，流通高压的阴极气体。由此，假设在电化学氢泵100和除去器300分开设置的情况下，常会需要用于将电化学氢泵100和除去器300分别从上下固定的高刚性的一对端板。因此，本实施方式的压缩装置200，通过将电化学氢泵100和除去器300一体化，例如能够将电化学氢泵100和除去器300所使用的端板共用化，从而简化装置结构。
另外，本实施方式的压缩装置200中，如图1A所示，在压缩装置200的铅垂方向上，阴极气体流路114设置在比低压气体流路113靠上的位置。由此，本实施方式的压缩装置200，产生了在阴极气体流路114中流动的阴极气体中的冷凝水的情况下，通过重力的作用使冷凝水从上向下移动，由此容易使冷凝水与透水膜115接触。由此，本实施方式的压缩装置200与阴极气体流路114和低压气体流路113之间的上下位置关系相反的情况相比，在除去器300中能够促进阴极气体中的冷凝水的除去。
另外，本实施方式的压缩装置200中，如图1A所示，在压缩装置200的铅垂方向上，除去器300设置在电化学氢泵100的下侧。其原因如下。
在气体通过除去器300的低压气体流路113内时，该气体会被透过了透水膜115的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者加湿。因此，假设在电化学氢泵100的上侧设有除去器的情况下，难以在第2板20的底面设置低压气体的出口。在第2板20的底面未设置低压气体的出口的情况下，低压气体流路113内的低压气体中的液态水难以顺利地排水，有可能由于液态水导致供低压气体流动的配管堵塞。
但是，本实施方式的压缩装置200，通过在电化学氢泵100的下侧设置除去器300，容易在第2板20的底面设置低压气体的出口。如果在第2板20的底面设有低压气体的出口，则本实施方式的压缩装置200中，低压气体流路113内的低压气体中的液态水能够通过重力的作用而顺利排水。
再者，这里虽然省略了图示，但适当设置了本实施方式的压缩装置200的氢气压缩工作中所需要的部件和设备。
例如，可以在压缩装置200设有用于检测电化学氢泵100的温度的温度检测器、用于检测含有在电化学氢泵100的阴极CA被压缩了的氢气的阴极气体的压力的压力检测器等。
另外，本实施方式的压缩装置200，可以设有用于储藏由除去器300除去了水蒸气和液态水中的至少一者后的阴极气体(氢气)的氢气储藏器(未图示)。作为氢气储藏器，例如可举出氢气罐等。再者，氢气储藏器中储藏的干燥状态的阴极气体(氢气)适时地向氢气消耗体供给。作为氢气消耗体，例如可举出燃料电池等。
以上的压缩装置200的结构只是例示，不限定于本例。例如，在本实施方式的压缩装置200中，采用将供给到阳极AN的含氢气体中的氢气(H2)全部在阴极CA进行压缩的死端结构，但也可以采用将供给到阳极AN的含氢气体的一部分向外部排出的循环结构。
另外，含氢气体例如可以是纯氢气，也可以是与纯氢气相比氢浓度低的气体。后者的含氢气体例如可以是通过水的电解而生成的氢气，也可以是包含氢的改性气体。
(第1实施例)
图2是表示第1实施方式的第1实施例的压缩装置的一例的图。
本实施例的压缩装置200，除了在除去器300的阴极气体流路114设置第1多孔质构件114A，以及在除去器300的低压气体流路113设置第2多孔质构件113A以外，与第1实施方式的压缩装置200相同。再者，第1多孔质构件114A可以以与除去器300的透水膜115接触的方式设置在除去器300的阴极气体流路114。第2多孔质构件113A可以以与除去器300的透水膜115接触的方式设置在除去器300的低压气体流路113。
第1多孔质构件114A优选具备适当追随由除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差产生的透水膜115的位移、变形的弹性。例如，作为第1多孔质构件114A，可以由包含碳纤维的弹性体构成。作为这样的弹性体，例如可举出碳纤维层叠而成的碳毡等。再者，第1多孔质构件114A可以包含阴极气体扩散层14。
第2多孔质构件113A优选为能够抑制由除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差产生的透水膜115的位移、变形的高刚性。例如，第2多孔质构件113A可以为金属制。金属制的第2多孔质构件113A例如可以是金属烧结体。作为金属烧结体，例如可举出不锈钢制或钛制的金属粉烧结体、金属纤维烧结体等。再者，第2多孔质构件113A可以包含阳极气体扩散层15。
这样，除去单元300A可以由与氢泵单元100A和氢泵单元100B同样的单元结构构成。
接着，对在除去器300的阴极气体流路114设置第1多孔质构件114A的情况下的本实施例的压缩装置200的作用效果进行说明。
假设在除去器300的阴极气体流路114未设置第1多孔质构件114A的情况下，该阴极气体流路114内的阴极气体的流动容易成为层流。该情况下，阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者会伴随阴极气体一起流动，因此例如在远离透水膜115的位置存在的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜115接触的概率低。也就是说，该情况下，透过透水膜115的水蒸气和液态水中的至少一者，有可能被限定为沿着透水膜115的主面附近流动的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者。
与此相对，本实施例的压缩装置200，通过将第1多孔质构件114A设置在阴极气体流路114，能够将该阴极气体流路114内的阴极气体的流动强制变更为随机方向。该情况下，在阴极气体流路114内的各个位置存在的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者都有可能与透水膜115接触。由此，本实施例的压缩装置200与没有将第1多孔质构件114A设置在阴极气体流路114的情况相比，阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜115接触的概率变高。并且，如果阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者与透水膜115接触，则通过除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，能够使与透水膜115接触的高压的水蒸气和液态水中的至少一者，有效地经由透水膜115向与透水膜115接触的低压的气体透过。由此，在除去器300中，能够促进阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。
另外，假设没有将第1多孔质构件114A设置成与透水膜115接触的情况下，阴极气体容易从第1多孔质构件114A与透水膜115之间的空隙通过。这样，例如在上述空隙的大小根据除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差的大小等而变化的情况下，阴极气体的流通状态会在阴极气体流路114内发生变化。由此会对透水膜115的透水性造成影响，从而难以稳定地进行阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。但是，本实施例的压缩装置200，通过将第1多孔质构件114A设置成与透水膜115接触，能够稳定地保持两者间的接触界面，从而减轻以上问题。
另外，本实施例的压缩装置200，通过将第1多孔质构件114A设置成与透水膜115接触，第1多孔质构件114A作为用于将在阴极气体流路114中流动的阴极气体冷却的热导体发挥作用。由此，在阴极气体通过阴极气体流路114时，能够有效地冷却阴极气体。从而，本实施例的压缩装置200与在除去器300中没有将第1多孔质构件114A设置成与透水膜115接触的情况相比，能够促进由阴极气体中的水蒸气产生冷凝水。
接着，对于在除去器300的低压气体流路113设置第2多孔质构件113A的情况下的本实施例的压缩装置200的作用效果进行说明。
假设在除去器300的低压气体流路113没有设置第2多孔质构件113A的情况下，通过除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，会使透水膜115向堵塞低压气体流路113的方向发生变形。例如，由于这样的压差，透水膜115有可能会与构成低压气体流路113的除去器300的部件接触。这样，低压气体流路113内的气体的流动有可能变得困难，但本实施例的压缩装置200由于将第2多孔质构件113A设置在低压气体流路113，因此能够减轻这样的问题。再者，透过了透水膜115的水，能够通过第2多孔质构件113A的细孔，与低压气体流路113的气体一起有效地向除去器300外排水。
另外，假设没有将第2多孔质构件113A设置成与透水膜115接触的情况下，例如在构成低压气体流路113的除去器300的部件的边缘部，基于除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，有时会产生向透水膜115弯曲的应力。于是，通过这样的弯曲应力有可能导致透水膜115破损，但本实施例的压缩装置200，由于将第2多孔质构件113A设置成与透水膜115接触，因此减轻了这样的问题。
另外，假设没有将第2多孔质构件113A设置成与透水膜115接触的情况下，例如低压的气体容易从第2多孔质构件113A与透水膜115之间的空隙通过。
这样，例如在上述空隙的大小根据阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差的大小等而变化的情况下，气体的流通状态会在低压气体流路113内发生变化。由此会对透水膜115的透水性造成影响，从而难以稳定地进行阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。但是，本实施例的压缩装置200，通过将第2多孔质构件113A设置成与透水膜115接触，能够稳定地保持两者间的接触界面，从而减轻以上问题。
接着，对于分别由金属材料和弹性材料构成第2多孔质构件113A和第1多孔质构件114A的情况下的本实施例的压缩装置200的作用效果进行说明。
本实施例的压缩装置200，通过由金属材料构成第2多孔质构件113A，能够适当确保第2多孔质构件113A的刚性。这样，透水膜113难以由于阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差而发生变形，因此能够稳定地确保第2多孔质构件113A与透水膜115之间的接触界面、以及第1多孔质构件114A与透水膜115之间的接触界面。由此，本实施例的压缩装置200能够使阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去稳定化。
本实施例的压缩装置200，通过利用弹性材料构成第1多孔质构件114A，能够使第1多孔质构件114A适当产生弹性变形。由此，即使产生了除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，也能够稳定保持第1多孔质构件114A与透水膜115之间的接触界面。
例如，在由于上述压差导致透水膜115向堵塞低压气体流路113的方向发生了变形的情况下，难以稳定保持第1多孔质构件114A与透水膜115之间的接触界面。于是，如上所述，会对透水膜115的透水性造成影响，因此难以稳定进行阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者的除去。但是，本实施例的压缩装置200，通过利用弹性材料构成第1多孔质构件114A，能够使第1多孔质构件114A的弹性变形在维持第1多孔质构件114A与透水膜115之间的接触的方向上追随透水膜115的上述变形。例如，在第1板19的凹部中收纳第1多孔质构件114A时，优选以与透水膜115的变形量相当的程度以上，预先使第1多孔质构件114A压缩。
本实施例的压缩装置200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式的压缩装置200相同。
(第2实施例)
图3是表示第1实施方式的第2实施例的压缩装置的一例的图。
本实施例的压缩装置200，除了向除去器300的低压气体流路113流入的低压的气体为含氢气体以外，与第1实施方式的压缩装置200相同。
上述含氢气体例如可以是干燥状态的纯氢气，也可以是与纯氢气相比氢浓度低的干燥状态的气体。另外，该含氢气体的温度优选低于向除去器300的阴极气体流路114流入的阴极气体的温度。
通过以上，本实施例的压缩装置200，在将从除去器300的阴极气体流路114中流出的含氢气体向电化学氢泵100的阳极AN供给的情况下，能够在除去器300中对含氢气体加湿。
再者，向除去器300的低压气体流路113流入的低压的气体，并不必须是含氢气体。例如，低压的气体也可以是干燥状态的空气。由此，对于从除去器300排出的气体，可减轻特别的后处理的必要性。
本实施例的压缩装置200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式或第1实施例的压缩装置200相同。
(第2实施方式)
图4是表示第2实施方式的压缩装置的一例的图。
图4所示的例子中，压缩装置200具备电化学氢泵100、除去器300、电压施加器102和绝热部件70。
在此，关于电化学氢泵100、除去器300和电压施加器102，由于与第1实施方式相同，因此省略说明。
绝热部件70设置于电化学氢泵100与除去器300之间。本实施方式的压缩装置200中，绝热部件70设置于氢泵单元100B的阳极隔膜18与除去单元300A的第1板19之间。
电化学氢泵100中，电解质膜11在高温和高加湿的条件(例如向电解质膜11供给的含氢气体的温度和露点约为60℃左右)下，质子传导率提高，电化学氢泵100的氢气压缩工作的效率提高。
与此相对，在除去器300中，例如使向除去器300的低压气体流路113流入的低压的气体的温度低于向除去器的阴极气体流路114流入的阴极气体的温度，由此通过两种气体之间经由透水膜115的热交换，在阴极气体从阴极气体流路114中通过时适当冷却阴极气体。这样，能够通过阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，有效地使由于阴极气体中的水蒸气冷凝而产生的高压的冷凝水经由透水膜115向低压的气体透过。
以上的压缩装置200中，将电化学氢泵100与除去器300一体化时，在电化学氢泵100与除去器300之间没有设置绝热部件70的情况下，通过氢泵单元100B与除去器300的热交换，电化学氢泵100的氢泵单元100B的温度有可能低于期望的温度。另外，通过氢泵单元100B与除去器300的热交换，除去器300的温度有可能高于期望的温度。
因此，本实施方式的压缩装置200，如图4所示，通过在电化学氢泵100与除去器300之间设置绝热部件70，能够减轻以上的不良情况。
本实施方式的压缩装置200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1实施例～第2实施例中的任一压缩装置200相同。
(第3实施方式)
图5是表示第3实施方式的压缩装置的一例的图。
图5所示的例子中，压缩装置200具备电化学氢泵100、除去器300、电压施加器102和冷却器80。
在此，关于电化学氢泵100、除去器300和电压施加器102，由于与第1实施方式相同，因此省略说明。
冷却器80是用于将在除去单元300A的阴极气体流路114中流动的阴极气体冷却的装置。冷却器80只要具备上述冷却功能，则可以是任意结构。冷却器80例如可以是使用冷却液的冷却器。该情况下，冷却器80例如在第1板19设有供冷却液流动的流路。作为冷却液，例如可以使用冷却水、防冻液等。
通过以上，本实施方式的压缩装置200，通过冷却器80在除去器300内将阴极气体冷却，由此能够促进阴极气体的水蒸气的除去。例如，随着阴极气体的温度越低，阴极气体中所含的饱和水蒸气量会减少。由此，在阴极气体中的水蒸气量为饱和水蒸气量的情况下，如果通过冷却器80使阴极气体的温度降低，则能够迅速减少阴极气体中的水蒸气量，因此能够促进阴极气体中的水蒸气的除去。此时，通过使存在于除去器300内的液态水的量增加，液态水与透水膜115接触的概率提高。如果液态水与透水膜115接触，则通过除去器300的阴极气体流路114(高压)与低压气体流路113(低压)的压差，能够有效地使与透水膜115接触的高压的液态水经由透水膜115向低压的气体透过。
本实施方式的压缩装置200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例以及第2实施方式的任一压缩装置200相同。
再者，第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例、第2实施方式和第3实施方式，只要不彼此排斥，则可以相互组合。
另外，本领域技术人员基于上述说明能够明确本公开的许多改良以及其它实施方式。因此，上述说明应该仅被解释为例示，是为了将实施本公开的最优方案启示给本领域技术人员而提供的。可以不脱离本公开的主旨，对其工作条件、组成、构造和/或功能进行实质变更。
产业可利用性
本公开的一技术方案，例如可利用于与以往相比能够更简单地构成用于将包含被压缩器压缩了的氢气的阴极气体中的水蒸气和液态水中的至少一者除去的除去器的压缩装置。
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：中间隔膜
18：阳极隔膜
19：第1板
20：第2板
40：阳极气体供给路径
40A：第1横流路
40B：第2横流路
40H：纵流路
50：阴极气体通过路径
50A：第1横流路
50B：第2横流路
50C：第3横流路
50H：纵流路
51：阴极气体排出路径
51A：横流路
51H：纵流路
60：低压气体排出路径
60H：纵流路
61：低压气体供给路径
61H：纵流路
70：绝热部件
80：冷却器
100：压缩器
100A：氢泵单元
100B：氢泵单元
102：电压施加器
113：低压气体流路
113A：第2多孔质构件
114：阴极气体流路
114A：第1多孔质构件
115：透水膜
200：压缩装置
300：除去器
300A：除去单元
AN：阳极
CA：阴极

Claims (11)

1.一种压缩装置，具备压缩器和除去器，
所述压缩器具备：
电解质膜；
设置于所述电解质膜的一侧的主面上的阳极催化剂层；
设置于所述电解质膜的另一侧的主面上的阴极催化剂层；
设置于所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；
设置于所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及
向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，
所述压缩器，通过所述电压施加器施加所述电压，使得从供给到所述阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极催化剂层上移动，生成被压缩了的氢气，
所述除去器包含：
透水膜；
设置于所述透水膜的一侧的主面上，供从所述压缩器排出的阴极气体流动的第1流路；以及
设置于所述透水膜的另一侧的主面上，供与所述阴极气体相比低压的气体流动的第2流路，
所述除去器，将在所述第1流路流动的阴极气体所含有的水蒸气和液态水中的至少一者除去，
所述压缩器和所述除去器一体设置。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，
在所述第1流路设有第1多孔质构件。
3.根据权利要求1或2所述的压缩装置，
在所述第2流路设有第2多孔质构件。
4.根据权利要求2所述的压缩装置，
所述第1多孔质构件包含所述阴极气体扩散层。
5.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述第2多孔质构件包含所述阳极气体扩散层。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压缩装置，
所述除去器被设置成所述第1流路位于比所述第2流路靠上的位置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的压缩装置，
所述除去器设置在所述压缩器的下侧。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的压缩装置，
在所述压缩器与所述除去器之间具备绝热部件。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的压缩装置，
所述低压的气体是含氢气体。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的压缩装置，
具备用于将在所述第1流路流动的阴极气体冷却的冷却器。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的压缩装置，
所述除去器相对于所述压缩器，在与所述压缩器内的所述阳极气体扩散层、所述阳极催化剂层、所述电解质膜、所述阴极催化剂层、以及所述阴极气体扩散层的层叠方向相同的方向上层叠。
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