CN113383114A - 压缩装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的压缩装置具备：电解质膜；阳极，设置于所述电解质膜的一方的主面；阴极，设置于所述电解质膜的另一方的主面；阳极分隔件，设置在所述阳极上；阴极分隔件，设置在所述阴极上；以及电压施加器，向所述阳极与所述阴极之间施加电压，通过所述电压施加器施加所述电压，使从供给到所述阳极的阳极流体取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成压缩了的氢，在所述阳极分隔件的所述阳极侧的主面，设置有在所述阳极上流动的所述阳极流体的流体流路、向所述流体流路供给所述阳极流体的歧管孔以及将所述歧管孔与所述流体流路衔接的衔接路，具备设置在所述阳极分隔件的阳极侧的主面的与所述阳极相对向的区域的外周上且覆盖所述衔接路的面密封件，所述面密封件是在金属片的两方的主面分别设置有弹性片的3层构造。

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，由于地球温暖化等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢作为取代化石燃料的清洁替代能源而备受关注。氢即使燃烧也基本上仅释放出水，而不排放成为地球温暖化的原因的二氧化碳，并且也几乎不排放氮氧化物等，所以期待将其作为清洁能源。另外，作为将氢作为燃料高效率地加以利用的装置，有燃料电池，其面向汽车用电源、面向家庭用自家发电的开发及普及正在推进。
例如，作为燃料电池车的燃料而使用的氢，一般以被压缩为几十MPa的高压状态贮藏于车内的氢罐。并且，这样的高压的氢通常通过利用机械式压缩装置压缩低压(常压)的氢来获得。
在即将到来的氢社会中，除了制造氢之外，还要求开发能够将氢以高密度贮藏并以小容量且低成本输送或利用的技术。尤其是，在燃料电池的普及促进中需要配备氢供给基础设施，为了稳定地供给氢，提出了制造、提纯、高密度地贮藏高纯度的氢的各种方案。
因此，例如，在专利文献1中，提出了通过向夹着电解质膜而配置的阳极与阴极之间施加期望的电压来进行含氢气体中的氢的提纯及升压的电化学式氢泵。此外，将阴极、电解质膜及阳极的层叠体称作膜-电极接合体(以下，记为MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。此时，向阳极供给的含氢气体也可以混入有杂质。例如，含氢气体也可以是来自制铁工场等的附带生成的氢气，还可以是对城市煤气进行重整后的重整气体。
另外，例如，在专利文献2中提出了使用MEA对通过水的电解而产生的低压的氢进行升压的差压式水电解装置。
现有技术文献
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6129809号公报
发明内容
发明要解决的课题
本公开的课题在于，作为一例，提供一种与以往相比能够改善针对阳极流体的面密封件的密封性并且降低装置的成本的压缩装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本公开的一方案(aspect)的压缩装置具备：电解质膜；阳极，设置于所述电解质膜的一方的主面；阴极，设置于所述电解质膜的另一方的主面；阳极分隔件，设置于所述阳极上；阴极分隔件，设置于所述阴极上；以及电压施加器，向所述阳极与所述阴极之间施加电压，通过所述电压施加器施加所述电压，使从供给到所述阳极的阳极流体取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成压缩了的氢，在所述阳极分隔件的所述阳极侧的主面设置在所述阳极上流动的所述阳极流体的流体流路、向所述流体流路供给所述阳极流体的歧管孔、以及将所述歧管孔与所述流体流路衔接的衔接路，具备设置于所述阳极分隔件的阳极侧的主面的与所述阳极相对向的区域的外周上且覆盖所述衔接路的面密封件，所述面密封件是在金属片的两方的主面分别设置有弹性片的3层构造。
发明效果
本公开的一方案的压缩装置，能够起到与以往相比能够改善针对阳极流体的面密封件的密封性并且降低装置成本这一效果。
附图说明
图1是示出电化学式氢泵的一例的立体图。
图2是示出第1实施方式的电化学式氢泵的氢泵单元的一例的图。
图3是示出第2实施方式的电化学式氢泵的氢泵单元的一例的图。
具体实施方式
关于作为上述压缩装置的一例的电化学式氢泵，进行了为了针对低压的含氢气体的密封件的密封性的改善以及装置的低成本化的研究，得到了以下的见解。
图1是示出电化学式氢泵的一例的立体图。
如图1所示，电化学式氢泵100具备将多个MEA(单电池，cell)层叠而成的层叠体100A(电池组，stack)。
在各单电池中，一对分隔件分别从外侧夹着单电池的阳极及阴极各自。在该情况下，与阳极接触的分隔件是用于向阳极供给含氢气体的导电性的板状的构件。该板状的构件具备供向阳极供给的含氢气体流动的气体流路。与阴极接触的分隔件是用于从阴极向外部排出氢(H2)的导电性的板状的构件。该板状的构件具备用于将阴极和外部连结的连通路径。此外，阳极分隔件的气体流路也可以独立于分隔件地设置，但通常是在分隔件的表面将气体流路的槽例如加工成蜿蜒状。
并且，在单电池的外侧，配置有用于将其机械地固定并且将相邻的单电池彼此互相电串联连接的上述分隔件。
将单电池和分隔件交替重叠，将单电池层叠10～200个左右，隔着一对供电板11、12及一对绝缘板13、14地用一对端板15、16从两侧夹着该层叠体100A(电池组)，利用多个紧固连结器17将两端板15、16紧固连结，这就是通常的层叠紧固连结构造。
此外，在该情况下，要向阳极分隔件各自的蜿蜒状的气体流路供给适量的含氢气体，需要在各个阳极分隔件中构成为，从适当的管路分支出槽状的衔接路，衔接路的下游端与阳极分隔件各自的气体流路的端部连结。将这样的管路称作阳极歧管，该阳极歧管通过设置于层叠体100A的各构件各自的合适部位的贯通孔的相连而构成。
另外，要从阴极分隔件各自的阴极排出高压的氢，需要在各个阴极分隔件中构成为，适当的管路与上述连通路径连结。将这样的管路称作阴极歧管，该阴极歧管通过设置于层叠体100A的各构件各自的合适部位的贯通孔的相连而构成。
在此，在电化学式氢泵100中，以在阴极及阴极歧管中流动的高压的氢及在阳极及阳极歧管中流动的低压的含氢气体等不会向外部泄漏的方式，设置适当的密封构件，与单电池一体化而预先组装。这样的密封构件例如大多使用设置于分隔件的两方的主面的O型圈等。此时，O型圈通常设置于阳极分隔件及阴极分隔件的两方的主面。并且，这有时可能成为电化学式氢泵100的组装及加工成本上升的主要因素。
具体地说，由于需要在分隔件的两方的主面加工O型圈槽，所以，与仅在分隔件的一方的主面加工O型圈槽的情况相比，分隔件的加工成本提高。
另外，在向在分隔件的两方的主面加工出的O型圈槽配置O型圈的情况下，在层叠体100A组装时，需要注意以免发生O型圈的掉落或错位等。
例如，要在将O型圈配置到在分隔件的一方的主面加工出的第1O型圈槽内的状态下向在分隔件的另一方的主面加工出的第2O型圈槽内配置O型圈，需要将分隔件翻过来。此时，需要例如将O型圈临时固定，以免发生第1O型圈槽内的O型圈的掉落或错位等。于是，层叠体100A组装时的工时增加，所以，层叠体100A的组装成本提高。
此外，认为以上的问题例如在专利文献2公开的水电解装置等中也同样发生。也就是说，在将水电解装置的阳极分隔件、阴极分隔件、树脂框层叠时，在这些构件间，用于防止流体泄漏的密封构件有可能被配置于各构件的两方的主面。
层叠体100A的高压的氢所存在的区域的构件间需要高的气密性。因此，就将该构件间合适地密封来说，设置密封可靠性高的O型圈是有效的。
对此，本公开人判断出：层叠体100A的低压的含氢气体所存在的区域的构件间，不设置O型圈而夹着面密封件的做法在组装及加工的成本降低上是有效的，但发现了若在构件间仅仅夹着橡胶片，则针对含氢气体的橡胶片的密封性不够，而想到了以下的本公开的一方案。
具体地说，如上所述，阳极分隔件构成为，从阳极歧管分支出的槽状的衔接路的下游端与阳极分隔件的气体流路的端部连结。因此，橡胶片必然从上方覆盖上述衔接路。于是，例如，因在电化学式氢泵工作时产生的阴极及阳极间的差压(高压)，橡胶片有可能落入到衔接路内。并且，该现象有可能导致针对含氢气体的橡胶片的密封性的恶化，进而，含氢气体容易向外部泄漏。
即，本公开的第1方案的压缩装置具备：电解质膜；阳极，设置于电解质膜的一方的主面；阴极，设置于电解质膜的另一方的主面；阳极分隔件，设置在阳极上；阴极分隔件，设置在阴极上；以及电压施加器，向阳极与阴极之间施加电压，通过电压施加器施加上述电压，使从供给到阳极的阳极流体取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成压缩了的氢，在阳极分隔件的阳极侧的主面设置有在阳极上流动的阳极流体的流体流路、向流体流路供给阳极流体的歧管孔以及将歧管孔与流体流路衔接的衔接路，具备设置在阳极分隔件的阳极侧的主面的与阳极相对向的区域的外周上且覆盖衔接路的面密封件，面密封件是在金属片的两方的主面分别设置有弹性片的3层构造。
根据该构成，本方案的压缩装置与以往相比，能够改善针对阳极流体的面密封件的密封性并且降低装置的成本。
具体地说，本方案的压缩装置中，低压的阳极流体所存在的区域的构件间，不设置O型圈而夹着面密封件，从而，与在这样的构件间设置O型圈的情况相比，能够实现组装及加工的成本降低。
另外，本方案的压缩装置中，将面密封件设为金属片及一对弹性片的3层构造，从而，与例如由单个弹性片构成面密封件的情况相比，能够提高刚性，由此，本方案的压缩装置能够抑制因在压缩装置工作时产生的阴极及阳极间的差压(高压)而面密封件落入到衔接路内，其结果，阳极流体不易向外部泄漏。
本公开的第2方案的压缩装置，在第1方案的压缩装置的基础上，也可以是，阳极分隔件及阴极分隔件一体化。
根据该构成，本方案的压缩装置能削减零件件数，从而能够实现组装作业的高效化。另外，本方案的压缩装置中，例如，阴极分隔件与阳极分隔件通过扩散接合而一体化，从而彼此的接合部的空隙消失，所以能够降低两者间的接触阻力。
本公开的第3方案的压缩装置，在第1方案或第2方案的压缩装置的基础上，也可以是，金属片是不锈钢。
根据该构成，本方案的压缩装置中，由不锈钢构成金属片，从而容易实现刚性与成本的兼顾。
本公开的第4方案的压缩装置，在第3方案的压缩装置的基础上，也可以是，不锈钢是SUS316或者SUS316L。
日本工业标准(JIS)的SUS316或SUS316L，在各种不锈钢中在耐酸性及耐氢脆性等方面具备优异的特性，所以，本方案的压缩装置优选选择SUS316或SUS316L作为金属片的基材。
本公开的第5方案的压缩装置，在第3方案的压缩装置的基础上，也可以是，不锈钢是4401-316-00-I或4436-316-00-I、或者4404-316-03-I、4432-316-03-I或4436-316-91-I。
在此，日本工业标准(JIS)的SUS316，在国际标准(ISO)15510中，4401-316-00-I或4436-316-00-I与之对应。日本工业标准的SUS316L，在ISO15510国际标准中，4404-316-03-I、4432-316-03-I或4436-316-91-I4401-316-00-I与之对应。
本公开的第6方案的压缩装置，在第3方案的压缩装置的基础上，也可以是，不锈钢由1.4401或1.4436、或者1.4404、1.4432或1.4435构成。
在此，日本工业标准(JIS)的SUS316，在欧洲标准(EN)中，1.4401或1.4436与之对应。日本工业标准的SUS316L，在欧洲标准中，1.4404、1.4432或1.4435与之对应。
本公开的第7方案的电化学设备，在第3方案的压缩装置的基础上，也可以是，金属基材片由S31600或S31603构成。
在此，日本工业标准(JIS)的SUS316，在美国标准(UNS)中，S31600与之对应。日本工业标准的SUS316L在美国标准中，S31603与之对应。
本公开的第8方案的电化学设备，在第3方案的压缩装置的基础上，也可以是，金属基材片由S31608或S31603构成。
在此，日本工业标准(JIS)的SUS316，在中国标准(GB)中，S31608与之对应。日本工业标准的SUS316L，在中国标准中，S31603与之对应。
本公开的第9方案的压缩装置，在第1方案～第8方案中的任一压缩装置的基础上，也可以是，金属片的厚度为0.3mm以上。
根据该构成，本方案的压缩装置，与金属片的厚度不足0.3mm的情况相比，能够改善面密封件的刚性。
本公开的第10方案的压缩装置，在第1方案～第9方案中的任一压缩装置的基础上，弹性片是氟橡胶。
氟橡胶在各种橡胶中在耐酸性等化学稳定性的方面具备优异的特性，所以，本方案的压缩装置优选选择氟橡胶作为弹性片的基材。
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方案的一例。因此，以下所示的形状、材料、构成要素及构成要素的配置位置及连接形态等，仅不过是一例，只要没有记载于权利要求，就不对上述各方案构成限定。另外，关于以下的构成要素中的未记载于表示上述各方案的最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素来进行说明。另外，在附图中标注了相同标号的构成要素，有时省略说明。附图中为了容易理解而示意性地示出各个构成要素，关于形状及尺寸比等，有时并非准确的表示。
(第1实施方式)
对于上述压缩装置的阳极流体，可以设想各种气体、液体。例如，在压缩装置是电化学式氢泵的情况下，作为阳极流体，可以举出含氢气体。另外，例如，在压缩装置是水电解装置的情况下，作为阳极流体，可以举出液体的水。
于是，在以下的实施方式中，在阳极流体是含氢气体的情况下，对作为压缩装置的一例的电化学式氢泵的构成及工作进行说明。
[装置构成]
图2是示出第1实施方式的电化学式氢泵的氢泵单元的一例的图。此外，图2中，在对图1的电化学式氢泵100的俯视图中，示出了包含通过层叠体100A的中心、阳极气体导入歧管30的中心、阳极气体导出歧管31的中心的直线的层叠体100A的垂直剖面(图3也相同)。
此外，对于包含通过层叠体100A的中心、阴极气体导出歧管(未图示)的中心的直线的层叠体100A的垂直剖面的图示及说明，通过参考图2就能够容易地理解，所以省略。
在图2所示的例子中，电化学式氢泵100至少具备一个氢泵单元10。
此外，在电化学式氢泵100，层叠有多级氢泵单元10。例如，在图2中，层叠了3级氢泵单元10，但氢泵单元10的个数不限定于此。也就是说，氢泵单元10的个数可以基于电化学式氢泵100压缩的氢量等运转条件而设定为适当的数量。
氢泵单元10具备电解质膜21、阳极AN、阴极CA、阴极分隔件27、阳极分隔件26、绝缘体28、面密封件40。并且，在氢泵单元10中，层叠有电解质膜21、阳极催化剂层24、阴极催化剂层23、阳极供电体25、阴极供电体22、阳极分隔件26及阴极分隔件27。
阳极AN设置在电解质膜21的一方的主面上。阳极AN是包括阳极催化剂层24和阳极供电体25的电极。此外，在俯视图中，以包围阳极AN的周围的方式设置有环状的面密封件40。由此，阳极AN通过面密封件40被合适地密封，面密封件40的详细的构成在后说明。
阴极CA设置在电解质膜21的另一方的主面上。阴极CA是包括阴极催化剂层23和阴极供电体22的电极。此外，在设置于阴极分隔件27的阴极CA侧的主面的凹部内，在俯视图中，以包围阴极CA的周围的方式设置有O型圈45。由此，阴极CA通过O型圈45被合适地密封。
根据以上，电解质膜21与阳极催化剂层24及阴极催化剂层23分别接触，由阳极AN和阴极CA夹持。
电解质膜21是具备质子传导性的高分子膜。电解质膜21只要具备质子传导性即可，可以是任意构成。例如，作为电解质膜21，可以举出氟系高分子电解质膜、烃系高分子电解质膜，但不限定于这些。具体地说，例如，作为电解质膜21，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24被设置成与电解质膜21的一方的主面接触。阳极催化剂层24中，作为催化剂金属，例如包含铂，但不限定于此。
阴极催化剂层23被设置成与电解质膜21的另一方的主面接触。阴极催化剂层23中，作为催化剂金属，例如包含铂，但不限定于此。
作为阴极催化剂层23及阳极催化剂层24的催化剂载体，例如可以举出碳黑、石墨等碳颗粒、导电性的氧化物颗粒等，但不限定于这些。
此外，在阴极催化剂层23及阳极催化剂层24中，催化剂金属的微粒高分散地担载于催化剂载体。另外，这些阴极催化剂层23及阳极催化剂层24中，通常为了增大电极反应场而添加质子传导性的离聚物(ionomer)成分。
阴极供电体22设置在阴极催化剂层23上。另外，阴极供电体22由多孔性材料构成，具备导电性及气体扩散性。而且，阴极供电体22优选具备合适地跟随于在电化学式氢泵100工作时因阴极CA及阳极AN间的差压而发生的构成构件的变位、变形那样的弹性。此外，在本实施方式的电化学式氢泵100中，作为阴极供电体22，使用了由碳纤维构成的构件。例如，也可以是碳纸、碳布、碳毡等多孔性的碳纤维片。此外，作为阴极供电体22的基材，也可以不使用碳纤维片。例如，作为阴极供电体22的基材，也可以使用以钛、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颗粒的烧结体等。
阳极供电体25设置在阳极催化剂层24上。另外，阳极供电体25由多孔性材料构成，具备导电性及气体扩散性。而且，阳极供电体25优选是能够抑制在电化学式氢泵100工作时因阴极CA及阳极AN间的差压而发生的构成构件的变位、变形的高刚性。
具体地说，作为阳极供电体25的基材，例如可以使用以钛、钛合金、不锈钢、碳等为原材料的纤维烧结体、粉末烧结体、网眼钢板(expanded metal)、金属网、冲孔金属板等。
阳极分隔件26是设置在阳极AN上的构件。阴极分隔件27是设置在阴极CA上的构件。具体地说，阳极供电体25与阳极分隔件26的阳极AN侧的与阳极AN相对向的区域(中央部)接触。另外，在阴极分隔件27的中央部设置有凹部，在该凹部内容纳有阴极供电体22。
以上的阳极分隔件26及阴极分隔件27例如也可以由钛、不锈钢等的金属片构成。在以不锈钢构成该金属片的情况下，SUS316或SUS316L在各种不锈钢中耐酸性及耐氢脆性等特性优异。
这样一来，通过以阴极分隔件27及阳极分隔件26夹着上述MEA，形成了氢泵单元10。
此外，在阴极分隔件27及面密封件40之间，也可以夹入有以包围电解质膜21的周围的方式设置的环状且平板状的绝缘体28。作为绝缘体28的基材，例如可以举出氟橡胶等，但不限定于此。由此，能够合适地防止氢泵单元10内的阴极分隔件27及阳极分隔件26间的短路。
如图1所示，电化学式氢泵100具备设置于氢泵单元10中的层叠方向的两端上的一对端板15、16和在层叠方向上将一对端板15、16紧固连结的紧固连结器17。
紧固连结器17只要能够在层叠方向上将多级氢泵单元10及一对端板15、16紧固连结即可，可以是任意构成。
例如，作为紧固连结器17，可以举出螺栓及带盘簧螺母等。
由此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，多级氢泵单元10在上述层叠方向上，通过紧固连结器17的紧固连结压而以层叠状态被合适地保持。于是，在氢泵单元10的各构件间，密封构件(O型圈、面密封件40)的密封性得以合适地发挥，并且各构件间的接触阻力降低。
在此，在图1的端板15的合适部位，设置有阳极气体导入路径(未图示)。阳极气体导入路径例如也可以由供向阳极AN供给的含氢气体流通的配管构成。
并且，阳极气体导入路径连通于筒状的阳极气体导入歧管30(图2)。此外，阳极气体导入歧管30通过设置于氢泵单元10的各构件的贯通孔的相连而构成。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，在各个氢泵单元10中，在阳极分隔件26的阳极AN侧的主面，设置有在阳极AN上流动的含氢气体的阳极气体流路33、向阳极气体流路33供给含氢气体的阳极气体导入歧管孔30A、以及将阳极气体导入歧管孔30A与阳极气体流路33衔接的第1衔接路32A。
阳极气体导入歧管孔30A相当于构成阳极气体导入歧管30的一部分的、形成于阳极分隔件26的阳极AN侧的主面的开口。
阳极气体流路33也可以是在俯视图中例如包括多个U字状的折回部分和多个直线部分的蜿蜒状的流路槽。此外，在此，阳极气体流路33的直线部分在垂直于图2的纸面的方向上延伸。
不过，以上的阳极气体流路33为例示，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槽构成。
第1衔接路32A是设置于阳极分隔件26的阳极AN侧的主面的流路槽。该流路槽在阳极气体流路33的一方的端部与阳极气体导入歧管孔30A之间延伸。
这样一来，阳极气体导入歧管30经由各个第1衔接路32A而与氢泵单元10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供给到阳极气体导入歧管30的含氢气体如图2的虚线所示，通过氢泵单元10各自的第1衔接路32A，分配到各个氢泵单元10。并且，在所分配的含氢气体通过阳极气体流路33的期间，从阳极供电体25向阳极催化剂层24供给含氢气体。
另外，在图1的端板16的合适部位，设置有阳极气体导出路径(未图示)。阳极气体导出路径例如也可以由供从阳极AN排出的含氢气体流通的配管构成。
并且，阳极气体导出路径连通于筒状的阳极气体导出歧管31(图2)。此外，阳极气体导出歧管31通过设置于氢泵单元10的各构件的贯通孔的相连而构成。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，在各个氢泵单元10中，在阳极分隔件26的阳极AN侧的主面，设置有阳极气体导出歧管孔31A、和将阳极气体导出歧管孔31A与阳极气体流路33衔接的第2衔接路32B。
阳极气体导出歧管孔31A相当于构成阳极气体导出歧管31的一部分的、设置于阳极分隔件26的阳极AN侧的主面的开口。
第2衔接路32B是设置于阳极分隔件26的阳极AN侧的主面的流路槽。该流路槽在阳极气体流路33的另一方的端部与阳极气体导出歧管孔31A之间延伸。
这样一来，阳极气体导出歧管31经由各个第2衔接路32B与氢泵单元10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10各自的阳极气体流路33后的含氢气体如图2的虚线所示，通过各个第2衔接路32B而向阳极气体导出歧管31供给，在此汇合。并且，汇合后的含氢气体被向阳极气体导出路径引导。
此外，虽然省略图示，但在阴极分隔件27的合适部位，设置有将阴极分隔件27的凹部内与阴极歧管内连通的连通路径。由此，在电化学式氢泵100工作时，阴极CA的高压的氢气体经由未图示的连通路径及阴极歧管而向电化学式氢泵100外排出。
另外，在本实施方式的电化学式氢泵100中，在阴极分隔件27与绝缘体28接触的区域及阴极分隔件27与阳极分隔件26接触的区域各自的俯视图中，以包围阳极气体导入歧管30的方式分别设置有O型圈41及O型圈42。O型圈41配置于在阴极分隔件27的绝缘体28侧的主面设置的O型圈槽内。O型圈42配置于在阳极分隔件26的阴极分隔件27侧的主面设置的O型圈槽内。
由此，阳极气体导入歧管30中的上述构件间通过O型圈41及O型圈42被合适地密封。
另外，在阴极分隔件27与绝缘体28接触的区域及阴极分隔件27与阳极分隔件26接触的区域各自的俯视图中，以包围阳极气体导出歧管31的方式分别设置有O型圈43及O型圈44。O型圈43配置于在阴极分隔件27的绝缘体28侧的主面设置的O型圈槽内。O型圈44配置于在阳极分隔件26的阴极分隔件27侧的主面设置的O型圈槽内。
由此，阳极气体导出歧管31中的上述构件间通过O型圈43及O型圈44被合适地密封。
另外，在阴极分隔件27与阳极分隔件26接触的区域的俯视图中，设置有热介质流路60。在此，热介质流路60由设置于阴极分隔件27的阳极分隔件26侧的主面的流路槽构成，但不限定于此。热介质流路60也可以设置于阳极分隔件26的主面。
由此，在电化学式氢泵100工作时，通过控制在热介质流路60中流动的热介质的温度、流量等，能够合适地进行氢泵单元10的温度调节。此外，作为热介质，例如可以举出液体的水、防冻液等，但不限定于这些。
在此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，如图2所示，面密封件40在阳极分隔件26的阳极AN侧的主面的与阳极AN相对向的区域的外周上，以覆盖第1衔接路32A及第2衔接路32B的方式设置。此外，在面密封件40的合适部位，设置有多个贯通孔。并且，这些贯通孔构成了上述阳极气体导入歧管30及阳极气体导出歧管31的一部分。
面密封件40是在金属片40A的两方的主面分别设置有弹性片40B的3层构造。由此，面密封件40具备刚性及密封性。
也就是说，通过面密封件40的金属片40A，能够向面密封件40合适地赋予刚性。此外，作为金属片40A的材料，例如可以举出不锈钢、钛、钛合金、铝合金、镁合金等，但不限定于这些。
另外，通过面密封件40的弹性片40B，能够向面密封件40合适地赋予针对含氢气体的密封性。而且，通过由绝缘材料构成弹性片40B，能够提高氢泵单元10内的阴极分隔件27及阳极分隔件26间的绝缘性。此外，作为弹性片40B的材料，例如可以举出氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、丁二烯橡胶等橡胶，但不限定于这些。
如图1所示，电化学式氢泵100具备电压施加器50。
电压施加器50是向阳极AN与阴极CA之间施加电压的装置。具体地说，电压施加器50的高电位施加于阳极AN，电压施加器50的低电位施加于阴极CA。电压施加器50只要能够向阳极AN及阴极CA间施加电压即可，可以是任意构成。例如，电压施加器50也可以是调整向阳极AN及阴极CA间施加的电压的装置。此时，电压施加器50在与蓄电池、太阳电池、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50例如也可以是以向氢泵单元10供给的电力成为预定的设定值的方式调整向阳极AN及阴极CA间施加的电压、向阳极AN及阴极CA间流动的电流的电力型电源。
此外，在图1所示的例子中，电压施加器50的低电位侧的端子连接于供电板11，电压施加器50的高电位侧的端子连接于供电板12。供电板11与在上述层叠方向上位于一方的端部的阴极分隔件27电接触，供电板12与在上述层叠方向上位于另一方的端部的阳极分隔件26电接触。
这样一来，电化学式氢泵100通过电压施加器50施加上述电压，使从供给到阳极AN的含氢气体取出的质子经由电解质膜21向阴极CA移动，生成压缩了的氢。
虽然省略图示，但也可以构建具备上述电化学式氢泵100的氢供给系统。在该情况下，适当设置在氢供给系统的氢供给工作中所需的设备。
例如，在氢供给系统中，也可以设置有调整从阳极AN排出的高加湿状态的含氢气体与从外部的氢供给源供给的低加湿状态的含氢气体混合而成的混合气体的露点的露点调整器(例如加湿器)。此时，外部的氢供给源的含氢气体例如也可以通过水电解装置生成。
另外，在氢供给系统中，例如也可以设置有检测电化学式氢泵100的温度的温度检测器、暂时贮藏从电化学式氢泵100的阴极CA排出的氢的氢贮藏器、检测氢贮藏器内的氢气压的压力检测器等。
此外，上述电化学式氢泵100的构成及氢供给系统中的未图示的各种设备是例示，不限定于本例。
例如，也可以采用不设置阳极气体导出歧管31而全部在阴极CA压缩通过阳极气体导入歧管30向阳极AN供给的含氢气体中的氢的闭端(dead end)构造。
[工作]
以下，关于电化学式氢泵100的氢压缩工作的一例，一边参照附图，一边进行说明。
以下的工作，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出控制程序来进行。不过，通过控制器进行以下工作不是必须的。也可以由操作者进行其一部分的工作。
首先，向电化学式氢泵100的阳极AN供给低压的含氢气体，并且，向电化学式氢泵100供给电压施加器50的电压。
于是，在阳极AN的阳极催化剂层24中，因氧化反应，氢分子分离为质子和电子(式(1))。质子在电解质膜21内传导而向阴极催化剂层23移动。电子通过电压施加器50而向阴极催化剂层23移动。
然后，在阴极催化剂层23中，因还原反应而再次生成氢分子(式(2))。此外，已知在质子在电解质膜21中传导时，预定水量的水作为电渗水从阳极AN向阴极CA伴随着质子而移动。
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，能够压缩在阴极CA生成的氢(H2)。此外，作为流量调整器，例如可以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)
这样一来，在电化学式氢泵100中，通过利用电压施加器50施加电压，向阳极AN供给的含氢气体中的氢在阴极CA被压缩。由此，进行电化学式氢泵100的氢压缩工作，在阴极CA压缩了的氢例如暂时贮藏于未图示的氢贮藏器。另外，在氢贮藏器中贮藏的氢适时向需氢体供给。此外，作为需氢体，例如可以举出使用氢发电的燃料电池等。
如以上那样，本实施方式的电化学式氢泵100，与以往相比能够改善针对含氢气体的面密封件40的密封性，并且降低装置的成本。
具体地说，本实施方式的电化学式氢泵100中，低压的含氢气体所存在的区域的构件间，不设置O型圈而夹着面密封件40，由此，与在这样的构件间设置O型圈的情况相比，能够实现组装及加工的成本降低。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100中，将面密封件40设为金属片40A及一对弹性片40B的3层构造，由此，例如与由单个弹性片(例如橡胶片)构成面密封件40的情况相比，能够提高刚性，由此，本实施方式的电化学式氢泵100，能够抑制因在电化学式氢泵100工作时产生的阴极CA及阳极AN间的差压(高压)而面密封件40落入到第1衔接路32A及第2衔接路32B内，其结果，含氢气体难以向外部泄漏。
(实施例)
本实施例的电化学式氢泵100，除了以下说明的面密封件40的构成以外，与第1实施方式的电化学式氢泵100是同样的。
面密封件40的金属片40A优选是不锈钢。由此，本实施例的电化学式氢泵100容易实现刚性与成本的兼顾。
另外，上述不锈钢优选是SUS316或SUS316L。SUS316或SUS316L在各种不锈钢中在耐酸性及耐氢脆性等方面具备优异的特性，所以，本实施例的电化学式氢泵100优选选择SUS316或SUS316L作为金属片40A的基材。
另外，优选面密封件40的金属片40A的厚度为0.3mm以上。由此，本实施例的电化学式氢泵100与金属片40A的厚度不足0.3mm的情况相比，能够改善面密封件40的刚性。
另外，面密封件40的弹性片40B优选是氟橡胶。氟橡胶在各种橡胶中在耐酸性等化学稳定性的方面具备优异的特性，所以，本实施例的电化学式氢泵100优选选择氟橡胶作为弹性片40B的基材。
本实施例的电化学式氢泵100，除了上述特征以外，也可以与第1实施方式的电化学式氢泵100同样。
(第2实施方式)
图3是示出第2实施方式的电化学式氢泵的氢泵单元的一例的图。
如图3所示，在本实施方式的电化学式氢泵100的各个氢泵单元10中，阳极分隔件26及阴极分隔件27被一体化。由此，能够削减电化学式氢泵100的零件件数。例如，能够削减分隔件的个数，并且不需要设置于分隔件间的密封构件(例如图2的O型圈42及O型圈44)。
具体地说，双极性板(双极板)29作为氢泵单元10A的阳极分隔件26发挥功能，并且作为氢泵单元10B的阴极分隔件27发挥功能。
阳极分隔件26及阴极分隔件27的接合可以是任意构成。例如，阳极分隔件26及阴极分隔件27可以通过扩散接合、螺栓紧固连结等机械的接合、粘接、焊接等各种方法接合。另外，双极性板29也可以例如通过3D打印方法等制作。
不过，在将阳极分隔件26及阴极分隔件27接合之前，在阴极分隔件27的主面设置有构成热介质流路60的流路槽。此外，虽然省略图示，但在阳极分隔件26的主面也可以设置该流路槽。
根据以上，本实施方式的电化学式氢泵100中，削减零件件数，从而能够实现组装作业的高效化。另外，本实施方式的电化学式氢泵100中，例如阳极分隔件26与阴极分隔件27通过扩散接合而一体化，从而彼此的接合部的空隙消失，所以，能够降低两者间的接触阻力。
本实施方式的电化学式氢泵100，除了上述特征以外，也可以与第1实施方式或第1实施方式的实施例的电化学式氢泵100同样。
此外，第1实施方式、第1实施方式的实施例及第2实施方式，只要不彼此排除，就可以彼此组合。
另外，根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本公开的多个改良及其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应该仅作为例示来解释，以向本领域技术人员示教执行本公开的最优方案为目的而提供。可以不脱离本公开的精神地，实质上变更其构造和/或功能的详情。
例如，电化学式氢泵100的面密封件40也能够适用于水电解装置等其他压缩装置。
工业上的可利用性
本公开的一方案，能够用于与以往相比能改善针对阳极流体的面密封件的密封性并且降低装置成本的压缩装置。
标号说明
10：氢泵单元
10A：氢泵单元
10B：氢泵单元
11：供电板
12：供电板
13：绝缘板
14：绝缘板
15：端板
16：端板
17：紧固连结器
21：电解质膜
22：阴极供电体
23：阴极催化剂层
24：阳极催化剂层
25：阳极供电体
26：阳极分隔件
27：阴极分隔件
28：绝缘体
29：双极性板
30：阳极气体导入歧管
30A：阳极气体导入歧管孔
31：阳极气体导出歧管
31A：阳极气体导出歧管孔
32A：第1衔接路
32B：第2衔接路
33：阳极气体流路
40：面密封件
40A：金属片
40B：弹性片
41：O型圈
42：O型圈
43：O型圈
44：O型圈
45：O型圈
50：电压施加器
60：热介质流路
100：电化学式氢泵
100A：层叠体
AN：阳极
CA：阴极

Claims (10)

1.一种压缩装置，具备：
电解质膜；
阳极，设置于所述电解质膜的一方的主面；
阴极，设置于所述电解质膜的另一方的主面；
阳极分隔件，设置在所述阳极上；
阴极分隔件，设置在所述阴极上；以及
电压施加器，向所述阳极与所述阴极之间施加电压，
通过所述电压施加器施加所述电压，使从供给到所述阳极的阳极流体取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成压缩了的氢，
在所述阳极分隔件的所述阳极侧的主面设置有在所述阳极上流动的所述阳极流体的流体流路、向所述流体流路供给所述阳极流体的歧管孔以及将所述歧管孔与所述流体流路衔接的衔接路，
所述压缩装置具备设置在所述阳极分隔件的阳极侧的主面的与所述阳极相对向的区域的外周上且覆盖所述衔接路的面密封件，
所述面密封件是在金属片的两方的主面分别设置有弹性片的3层构造。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，
所述阳极分隔件及所述阴极分隔件被一体化。
3.根据权利要求1或2所述的压缩装置，
所述金属片是不锈钢。
4.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述不锈钢是SUS316或SUS316L。
5.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述不锈钢是4401-316-00-I或4436-316-00-I，或者4404-316-03-I、4432-316-03-I或4436-316-91-I。
6.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述不锈钢是1.4401或1.4436、或者1.4404、1.4432或1.4435。
7.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述不锈钢是S31600或者S31603。
8.根据权利要求3所述的压缩装置，
所述不锈钢是S31608或者S31603。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的压缩装置，
所述金属片的厚度为0.3mm以上。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的压缩装置，
所述弹性片是氟橡胶。
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