CN113825859A - 压缩装置 - Google Patents

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Abstract

压缩装置具备：电池组，将多个利用阳极和阴极夹持电解质膜而成的电化学单电池层叠而形成；一对绝缘板，设置于电池组的层叠方向上的两端；一对第1端板，设置于一对绝缘板各自的外侧；及电压施加器，向阳极与阴极之间施加电压，压缩装置通过利用电压施加器施加上述电压，使供给到阳极的含氢气体中的氢向所述阴极移动，生成压缩了的氢。压缩装置在第1端板设置有供向阳极供给的含氢气体流通的第1流路和供热介质流通的第2流路，并且具备加热热介质的加热器。

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生成水，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，这样的高压的氢一般通过将低压(常压)的氢利用机械式压缩装置进行压缩而得到。
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。
另外，例如，在专利文献3中提出了通过阳极催化剂层的至少一部分的层是与阳极气体扩散层的混合层而氢压缩效率能够提高的电化学式氢泵。
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6382886号公报
专利文献3：日本特开2019-163521号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本公开的课题在于，作为一例，提供一种与以往相比能够抑制氢压缩工作的效率下降的压缩装置。
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：电池组，将多个由阳极和阴极夹持电解质膜而形成的电化学单电池层叠而形成；一对绝缘板，设置于所述电池组的层叠方向上的两端；一对第1端板，设置于所述一对绝缘板各自的外侧；及电压施加器，向所述阳极与所述阴极之间施加电压，所述压缩装置通过利用所述电压施加器施加电压，使供给到所述阳极的含氢气体中的氢向所述阴极移动，生成压缩了的氢，在所述第1端板设置有供向阳极供给的含氢气体流通的第1流路和供热介质流通的第2流路，所述压缩装置具备加热所述热介质的加热器。
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抑制氢压缩工作的效率下降这一效果。
附图说明
图1A是示出第1实施方式的电化学式氢泵的一例的图。
图1B是图1A的B部的放大图。
图2是示出第2实施方式的电化学式氢泵的一例的图。
图3是示出第3实施方式的电化学式氢泵的一例的图。
具体实施方式
关于压缩装置的氢压缩工作的效率进行了研究，得到了以下的见解。
在电化学式的压缩装置具备将多个利用阳极和阴极夹持电解质膜而形成的电化学单电池层叠而形成的电池组(stack)的情况下，电解质膜越是含水率高的湿润状态则越呈现高的导电性。由此，一般采用将向压缩装置的阳极供给的低压的含氢气体利用加湿器预先加湿的结构。例如，也经常以使电池组内的含氢气体的相对湿度成为大致100％或与其相近的值的方式调整向电池组的阳极供给的含氢气体的露点。
但是，关于这样的高加湿的含氢气体，若构成含氢气体的流路的流路构件的加热不充分，则因含氢气体的温度下降而气体中的水蒸气冷凝。于是，有可能在流路构件中产生由冷凝水引起的流路的阻塞(溢流，flooding)。并且，在因这样的溢流产生而含氢气体的流通受到阻碍的情况下，压缩装置的氢压缩工作的效率有可能下降。
压缩装置的电池组一般构成为：在各个电化学单电池中，一对分隔件的各个将电化学单电池的阳极及阴极的各个从外侧夹住。并且，将电化学单电池和分隔件交替地重叠，将电化学单电池层叠例如几十～几百个左右，将该层叠体(电池组)从两侧隔着一对绝缘板等而利用一对端板夹住，将两端板利用多个紧固连结器(例如，螺栓和螺母)紧固，这是一般的层叠紧固连结构造。
在此，以上的层叠构造体中的端板容易产生向外部气体的散热。因而，因在设置于端板的流路中流动的含氢气体的温度下降而含氢气体中的水蒸气冷凝，在设置于端板的流路中容易产生溢流。
因此，本公开人鉴于以上的状况进行了深入研究，结果想到了在上述端板设置供热介质流通的流路这一构思。
即，本公开的第1方案的压缩装置具备：电池组，将多个由阳极和阴极夹持电解质膜而形成的电化学单电池层叠而形成；一对绝缘板，设置于电池组的层叠方向上的两端；一对第1端板，设置于一对绝缘板各自的外侧；及电压施加器，向阳极与阴极之间施加电压，所述压缩装置通过利用电压施加器施加电压，使供给到阳极的含氢气体中的氢向阴极移动，生成压缩了的氢，在第1端板设置有供向阳极供给的含氢气体流通的第1流路和供热介质流通的第2流路，所述压缩装置具备加热热介质的加热器。
根据该结构，本方案的压缩装置与以往相比能够抑制氢压缩工作的效率下降。具体而言，具备将电化学单电池层叠而成的电池组、绝缘板及第1端板的层叠构造体中的第1端板容易产生向外部气体的散热。因而，若假设在设置于第1端板的第1流路中流动的含氢气体的温度因上述的散热而下降，则含氢气体中的水蒸气有可能冷凝。
但是，本方案的压缩装置通过在第1端板设置供由加热器进行了温度控制的热介质流通的第2流路，能够通过该热介质的热来加热第1端板。由此，在本方案的压缩装置中，在第1流路中流动的含氢气体的温度下降与不将第1端板利用热介质的热来加热的情况相比得以抑制。由此，由含氢气体中的水蒸气冷凝引起的溢流在第1流路中不容易产生。于是，在本方案的压缩装置中，第1流路中的含氢气体的流通被合适地维持，其结果，能够抑制氢压缩工作的效率下降。
本公开的第2方案的压缩装置，可以在第1方案的压缩装置中，具备在上述的一对第1端板各自的外侧的一对绝热件。
根据该结构，本方案的压缩装置通过在第1端板的外侧具备绝热件，与不具备绝热件的情况相比，能够在第1端板处抑制向外部气体的散热。
于是，本方案的压缩装置通过上述的散热抑制效果，由含氢气体中的水蒸气冷凝引起的溢流在第1流路中更不容易产生。
另外，本方案的压缩装置通过上述的散热抑制效果，能够减少加热第1端板所需的加热器对热介质的加热量。由此，本方案的压缩装置例如在起动时将电池组时加热器的每单位时间的热介质的加热量为一定的情况下，能够缩短压缩装置的起动时间。
本公开的第3方案的压缩装置，可以在第2方案的压缩装置中，具备在一对绝热件各自的外侧的一对第2端板。
本公开的压缩装置中，由于生成高压的压缩氢，所以对端板要求高的刚性。
本方案的压缩装置通过除了第1端板之外还设置第2端板，端板整体的刚性得以提高。另外，通过在第1端板与第2端板之间设置绝热件，能够减小压缩装置的层叠构造体的热容量。也就是说，本方案的压缩装置即使在第1端板上设置了第2端板的情况下，通过绝热件的绝热作用，加热第1端板所需的加热器对热介质的加热量增加也得以抑制。
另外，本方案的压缩装置由于将绝热件利用第1端板及第2端板夹住，所以能够减轻绝热件的脱落、剥离等问题。
此外，在第2端板也可以不设置供高加湿的含氢气体流通的上述第1流路。此时，无需利用热介质的热来加热第2端板，因此加热器对热介质的加热量增加得以抑制。
以下，一边参照附图，一边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示出上述的各方案的一例。由此，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方式等只不过是一例，只要没有记载于权利要求，就不限定上述的各方案。另外，关于以下的构成要素中的没有记载于表示上述的各方案的最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素来说明。另外，在附图中，标有相同标号的构成要素有时省略说明。附图为了容易理解而示意性地示出了各构成要素，关于形状及尺寸比等有时不是准确的表示。
(第1实施方式)
在以下的实施方式中，对作为上述压缩装置的一例的电化学式氢泵的结构及工作进行说明。
[装置结构]
图1A是示出第1实施方式的电化学式氢泵的一例的图。图1B是图1A的B部的放大图。
在图1A及图1B所示的例子中，电化学式氢泵100具备将多个利用阳极AN和阴极CA夹持电解质膜21而形成的电化学单电池10层叠而形成的电池组。
此外，在图1A中，层叠有3个电化学单电池10，但电化学单电池10的个数不限定于此。也就是说，电化学单电池10的个数能够基于电化学式氢泵100压缩的氢量等运转条件而设定为适当的数量。
电化学单电池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及绝缘体28。
并且，在电化学单电池10中，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被层叠。
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，在阳极分隔件26上以在俯视下包围阳极AN的阳极催化剂层24的周围的方式设置有O型圈45。由此，阳极AN由O型圈45合适地密封。
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，在阴极分隔件27上以在俯视下包围阴极CA的阴极催化剂层23的周围的方式设置有O型圈45。由此，阴极CA由O型圈45合适地密封。
通过以上，电解质膜21以与阳极催化剂层24及阴极催化剂层23分别接触的方式由阳极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，不管是何种结构都行。
例如，作为电解质膜21，能够举出氟系高分子电解质膜、碳化氢系高分子电解质膜，但不限定于它们。具体而言，例如，作为电解质膜21，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24以与电解质膜21的一方的主面相接的方式设置。阳极催化剂层24例如包含铂作为催化剂金属，但不限定于此。
阴极催化剂层23以与电解质膜21的另一方的主面相接的方式设置。阴极催化剂层23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23及阳极催化剂层24的催化剂载体，例如可举出碳黑、石墨等碳颗粒、导电性的氧化物颗粒等，但不限定于它们。
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，在这些阴极催化剂层23及阳极催化剂层24中，一般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在电化学式氢泵100的工作时因阴极CA与阳极AN之间的差压而产生的构成构件的位移、变形的弹性。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，使用由碳纤维构成的构件。例如，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、不锈钢等为材料的金属纤维的烧结体、以它们为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优选为能够抑制在电化学式氢泵100工作时因阴极CA与阳极AN之间的差压而产生的构成构件的位移、变形的高刚性。
具体而言，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、碳等为材料的纤维烧结体、粉体烧结体、网眼钢板(expanded metal)、金属网、冲孔金属板等。
阳极分隔件26是设置于阳极AN上的构件。阴极分隔件27是设置于阴极CA上的构件。具体而言，在阳极分隔件26的中央部设置有凹部，在该凹部内容纳有阳极供电体25。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例如可以由钛、不锈钢等的金属片构成。在利用不锈钢构成该金属片的情况下，SUS316L或SUH660在各种种类的不锈钢中，耐酸性及耐氢脆性等特性优异。
如图1A所示，与阴极供电体22接触的阴极分隔件27的主面不设置阴极气体流路而由平面构成。由此，与在阴极分隔件27的主面设置阴极气体流路的情况相比，能够在阴极供电体22与阴极分隔件27之间增大接触面积。于是，电化学式氢泵100能够降低阴极供电体22与阴极分隔件27之间的接触电阻。
相对于此，在与阳极供电体25接触的阳极分隔件26的主面设置有在俯视下例如包括多个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35。并且，阳极气体流路35的直线部分在与图1A的纸面垂直的方向上延伸。不过，这样的阳极气体流路35是例示，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构成。
另外，在电化学式氢泵100的电化学单电池10的各个中，在阴极分隔件27与阳极分隔件26之间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，例如能够举出氟橡胶等，但不限定于此。由此，能够合适地防止电化学单电池10内的阴极分隔件27与阳极分隔件26之间的短路。
而且，在阴极分隔件27及供电板12的各自中设置有热介质分支流路60。在此，热介质分支流路60由设置于阴极分隔件27及供电板12的阳极分隔件26侧的主面的蜿蜒状的流路槽构成，但不限定于此。热介质分支流路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，通过控制在热介质分支流路60中流动的热介质的温度、流量等，能够合适地进行电化学单电池10的调温。作为在热介质分支流路60中流动的热介质，例如能够举出液态水、防冻液等，但不限定于它们。不过，若使用液态水作为热介质，则处理容易。
此外，虽然省略图示，但相邻的阴极分隔件27及阳极分隔件26也可以是它们被一体化的双极性板(双极板)。在该情况下，双极性板(双极板)作为相邻的电化学单电池10的一方的阳极分隔件26发挥功能，并且作为电化学单电池10的另一方的阴极分隔件27发挥功能。由此，能够减少电化学式氢泵100的部件件数。例如，能够减少分隔件的个数，并且能够不使用设置于分隔件间的密封构件。另外，通过阳极分隔件26和阴极分隔件27被一体化，互相的接合部的空隙消失，因此能够降低两者间的接触电阻。
这样，通过利用阴极分隔件27及阳极分隔件26夹住上述的MEA而形成了电化学单电池10。
如图1A所示，电化学式氢泵100具备设置于层叠电化学单电池10而成的电池组的层叠方向上的两端的一对供电板11及供电板12、设置于供电板11及供电板12各自的外侧的一对绝缘板13及绝缘板14以及设置于绝缘板13及绝缘板14各自的外侧的一对第1端板15及第1端板16。
另外，电化学式氢泵100具备用于将上述电池组、供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14以及第1端板15及第1端板16在层叠方向上紧固连结的紧固连结器17。
在图1A所示的例子中，第1端板15是在电化学单电池10的各构件层叠的层叠方向上，位于一方的端部的阴极分隔件27上隔着供电板11及绝缘板13而设置的阴极端板。第1端板16是在电化学单电池10的各构件层叠的层叠方向上，位于另一方的端部的阳极分隔件26上隔着供电板12及绝缘板14而设置的阳极端板。
如图1A所示，在第1端板15设置有供由阴极CA压缩了的高压的氢流通的阴极气体排出流路40、供从外部向阳极AN供给的含氢气体流通的阳极气体供给流路41及供热介质流通的热介质流路64。此外，在此，热介质流路64的集合部64A由设置于第1端板15的连通孔构成，热介质流路64的环状部64B由设置于第1端板15的绝缘板13侧的主面的环状的流路槽构成，但不限定于该结构。另外，阳极气体供给流路41对应于本公开的第1流路，热介质流路64对应于本公开的第2流路。
在第1端板16设置有供从阳极AN排出的含氢气体流通的阳极气体排出流路42、供热介质流通的热介质流路65及虽然省略了图示但供由阴极CA压缩了的高压的氢流通的阴极气体排出流路。此外，在此，热介质流路65的集合部65A由设置于第1端板16的连通孔构成，热介质流路65的环状部65B由设置于第1端板16的绝缘板14侧的主面的环状的流路槽构成，但不限定于该结构。
此外，作为在热介质流路64及热介质流路65中流动的热介质，例如能够举出液态水、防冻液等，但不限定于它们。不过，若使用液态水作为热介质，则处理容易。
以上的第1端板15及第1端板16中的气体流路的结构是例示，不限定于本例。例如，供由阴极CA压缩了的高压的氢流通的阴极气体排出流路也可以仅设置于第1端板15及第1端板16中的某一方，还可以在任何一方都不设置。另外，例如，也可以在第1端板15设置供从阳极AN排出的含氢气体流通的阳极气体排出流路，并且在第1端板16设置供从外部向阳极AN供给的含氢气体流通的阳极气体供给流路。另外，还可以在第1端板15及第1端板16都不设置阳极气体排出流路。
紧固连结器17只要能够将层叠电化学单电池10而成的电池组、供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14以及第1端板15及第1端板16在上述层叠方向上紧固连结，则不管是何种结构都行。例如，作为紧固连结器17，能够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，多个电化学单电池10在上述的层叠方向上由紧固连结器17的紧固连结压以层叠状态合适地保持。于是，在电化学单电池10的各构件间密封构件的密封性被合适地发挥，并且各构件间的接触电阻降低。
此外，在本实施方式的电化学式氢泵100中，通过紧固连结器17的螺栓贯通供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14以及第1端板15及第1端板16，多个电化学单电池10在上述的层叠方向上由紧固连结器17的紧固连结压以层叠状态合适地保持。
在设置于图1A的第1端板15的阳极气体供给流路41上连接有阳极气体导入路径32。阳极气体导入路径32例如可以由供向阳极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32经由阳极气体供给流路41而连通于筒状的阳极气体导入歧管30。此外，阳极气体导入歧管30通过设置于电化学单电池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，在电化学单电池10的各自中，在与电化学单电池10的阳极AN相反一侧的阳极分隔件26的主面设置有将阳极气体导入歧管30和上述阳极气体流路35联络的第1联络路32A。例如，第1联络路32A可以由设置于阳极分隔件26的流路槽及联络孔构成。该第1联络路32A在蜿蜒状的阳极气体流路35的一方的端部与阳极气体导入歧管30之间延伸。
这样，阳极气体导入歧管30与电化学单电池10各自的阳极气体流路35的一方的端部经由各个第1联络路32A而连通。由此，从阳极气体导入路径32供给到阳极气体导入歧管30的含氢气体通过电化学单电池10各自的第1联络路32A而向各个电化学单电池10分配。并且，在所分配的含氢气体通过阳极气体流路35的期间，从阳极供电体25向阳极催化剂层24供给含氢气体。
在设置于图1A的第1端板16的阳极气体排出流路42连接有阳极气体导出路径33。阳极气体导出路径33例如可以由供从阳极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33经由阳极气体排出流路42而连通于筒状的阳极气体导出歧管31。此外，阳极气体导出歧管31通过设置于电化学单电池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，在各个电化学单电池10中，在与电化学单电池10的阳极AN相反一侧的阳极分隔件26的主面设置有将阳极气体导出歧管31和阳极气体流路35联络的第2联络路32B。例如，第2联络路32B可以由设置于阳极分隔件26的流路槽及联络孔构成。该第2联络路32B在蜿蜒状的阳极气体流路35的另一方的端部与阳极气体导出歧管31之间延伸。
这样，阳极气体导出歧管31与电化学单电池10各自的阳极气体流路35的另一方的端部经由各个第2联络路32B而连通。由此，通过了电化学单电池10各自的阳极气体流路35的含氢气体通过各个第2联络路32B而向阳极气体导出歧管31供给，在此合流。并且，合流后的含氢气体被向阳极气体导出路径33引导。
在设置于图1A的第1端板15的阴极气体排出流路40连接有阴极气体导出路径(未图示)。阴极气体导出路径例如可以由供从阴极CA排出的高压的氢(H2)流通的配管构成。
并且，阴极气体导出路径经由阴极气体排出流路40而连通于筒状的阴极气体导出歧管(未图示)。此外，阴极气体导出歧管通过设置于电化学单电池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，在各个电化学单电池10中，在阴极分隔件27设置有将阴极分隔件27的凹部内与阴极气体导出歧管内连通的连通路径(未图示)。
由此，在电化学式氢泵100工作时，由阴极CA压缩了的高压的氢依次通过连通路径、阴极气体导出歧管及阴极气体排出流路40，从而向阴极气体导出路径排出。
此外，以上的第1端板15及第1端板16例如可以由钛、不锈钢等的金属片构成。在利用不锈钢构成该金属片的情况下，SUS316L或SUH660在各种种类的不锈钢中，耐酸性及耐氢脆性等特性优异。
如图1A所示，电化学式氢泵100具备泵61、加热器62及热介质循环路径63。
热介质循环路径63是用于通过热介质通过热介质流路65、热介质分支流路60及热介质流路64而使热介质循环的流路。
具体而言，在图1A所示的例子中，在第1端板16以与热介质流路65的集合部65A的热介质流入口连接的方式设置有热介质循环路径63的一端。在第1端板15以与热介质流路64的集合部64A的热介质流出口连接的方式设置有热介质循环路径63的另一端。此外，这样的热介质循环路径63例如可以由供热介质流动的配管构成。
泵61是设置在热介质循环路径63上且使在热介质循环路径63中流动的热介质循环的装置。泵61只要能够使这样的热介质循环，则不管是何种种类都行。泵61例如能够使用定容型的往复泵、旋转泵等，但不限定于它们。
加热器62是加热热介质的装置。加热器62只要能够加热热介质，则不管是何种结构都行。加热器62例如能够使用设置于热介质循环路径63上的电加热器等，但不限定于此。另外，在热介质循环路径63也可以设置有热电偶等温度检测器(未图示)。由此，以使在热介质循环路径63中循环的热介质的温度基于温度检测器的检知温度而成为期望的温度的方式，控制加热器62对热介质的加热量。
在此，在图1A所示的例子中，设置于第1端板16的热介质流路65的环状部65B和热介质分支流路60经由筒状的热介质导入歧管(未图示)而连通。此外，该热介质导入歧管通过设置于电化学单电池10的各构件的贯通孔的相连而构成。另外，在阴极分隔件27及供电板12的各自中，从热介质导入歧管使槽状的联络路(未图示)分支，这些联络路的端部与阴极分隔件27及供电板12各自的蜿蜒状的热介质分支流路60的一方的端部连通。
另外，设置于第1端板15的热介质流路64的环状部64B和热介质分支流路60经由筒状的热介质导出歧管(未图示)而连通。此外，热介质导出歧管通过设置于电化学单电池10的各构件的贯通孔的相连而构成。另外，在阴极分隔件27及供电板12的各自中，从热介质导出歧管使槽状的联络路(未图示)分支，这些联络路的端部与阴极分隔件27及供电板12各自的蜿蜒状的热介质分支流路60的另一方的端部连通。
在此，从热介质循环路径63送出后的热介质经由热介质流路65的集合部65A而被向热介质导入歧管引导。并且，热介质在热介质导入歧管内流动时，被向热介质流路65的环状部65B、阴极分隔件27及供电板12各自的热介质分支流路60以及热介质流路64的环状部64B分配。所分配的热介质通过热介质流路65的环状部65B、热介质分支流路60及热介质流路64的环状部64B后，在热介质导出歧管中合流。合流后的热介质被向热介质流路64的集合部64A引导后，向热介质循环路径63排出。
这样，由加热器62加热后的热介质通过泵61的工作，能够通过热介质通过热介质流路65、热介质分支流路60及热介质流路64而在热介质循环路径63中循环。
此外，以上的热介质的流路结构是例示，不限定于本例。例如，也可以在第1端板15设置有热介质流入口，在第1端板16设置有热介质流出口。另外，例如，在热介质流路64及热介质流路65中循环的热介质的路径和在热介质分支流路60中循环的热介质的路径也可以由独立的系统构成。不过，在如上述那样将在热介质流路64、热介质流路65及热介质分支流路60中循环的热介质的路径利用单个路径构成时，能够简化流路结构。
如图1A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。具体而言，电压施加器50的高电位向阳极AN施加，电压施加器50的低电位向阴极CA施加。电压施加器50只要能够向阳极AN与阴极CA之间施加电压，则不管是何种结构都行。例如，电压施加器50可以是调整向阳极AN与阴极CA之间施加的电压的装置。此时，电压施加器50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50例如也可以是以使向电化学单电池10供电的电压成为预定的设定值的方式调整向阳极AN与阴极CA之间施加的电压的电压型电源。
此外，在图1A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与在上述的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与在上述的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，电化学式氢泵100通过利用电压施加器50施加上述电压，使供给到阳极AN的含氢气体中的氢经由电解质膜21而向阴极CA移动，生成由阴极CA压缩了的氢。
虽然省略图示，但也能够构筑具备上述的电化学式氢泵100的氢供给系统。在该情况下，在氢供给系统的氢供给工作中需要的设备适当设置。
例如，可以在氢供给系统设置有调整从阳极AN排出的高加湿状态的含氢气体和从外部的氢供给源供给的低加湿状态的含氢气体混合后的混合气体的露点的露点调整器(例如，加湿器)。此外，外部的氢供给源例如可以是水电解装置、重整器、氢罐等。
另外，在氢供给系统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，上述的电化学式氢泵100的结构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而将通过阳极气体导入歧管30而向阳极AN供给的含氢气体中的氢全部在阴极CA处压缩的闭端(dead end)构造。
[工作]
以下，一边参照附图，一边对电化学式氢泵100的氢压缩工作的一例进行说明。
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读出控制程序来进行。不过，在控制器中进行以下的工作，不一定是必须的。也可以是操作者进行其一部分的工作。在以下的例子中，对利用控制器来控制工作的情况进行说明。
首先，通过阳极气体供给流路41、阳极气体导入歧管30及第1联络路32A向电化学式氢泵100的阳极AN供给在阳极气体导入路径32中流动的低压的含氢气体，并且向电化学式氢泵100供给电压施加器50的电压。此外，通过了阳极AN的含氢气体通过第2联络路32B、阳极气体导出歧管31及阳极气体排出流路42而向阳极气体导出路径33排出。
另外，控制器在向电化学式氢泵100的阳极AN供给含氢气体时，控制加热器62而使热介质加热，并且控制泵61而使热介质向热介质流路64流动。具体而言，由加热器62控制成合适温度的热介质通过泵61的工作，而热介质通过热介质流路65、热介质分支流路60及热介质流路64，从而在热介质循环路径63中循环。
通过以上，在阳极AN的阳极催化剂层24中，通过氧化反应而氢分子分离成质子和电子(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。
并且，在阴极催化剂层23中，通过还原反应而再次生成氢分子(式(2))。此外，已知：质子在电解质膜21中传导时，预定水量的水作为电浸透水而从阳极AN向阴极CA与质子一起移动。
此时，通过使用未图示的流量调整器使设置于第1端板15的阴极气体导出路径的压损增加，能够压缩由阴极CA生成的氢(H2)。此外，作为流量调整器，例如能够举出设置于阴极气体导出路径的背压阀、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，通过利用电压施加器50施加电压，使向阳极AN供给的含氢气体中的氢向阴极CA移动，生成由阴极CA压缩了的高压的氢。由此，进行电化学式氢泵100的氢压缩工作，由阴极CA压缩了的氢通过联络路径、阴极气体导出歧管及阴极气体排出流路40后，通过阴极气体导出路径而例如向氢贮藏器暂时地贮藏。另外，由氢贮藏器贮藏的氢适时向氢需要体供给。此外，作为氢需要体，例如能够举出使用氢来发电的燃料电池等。
如以上这样，本实施方式的电化学式氢泵100与以往相比，能够抑制氢压缩工作的效率下降。具体而言，具备将电化学单电池10层叠而成的电池组、供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14以及第1端板15及第1端板16的层叠构造体中的第1端板15及第1端板16容易产生向外部气体的散热。因而，若假设在设置于第1端板15的阳极气体供给流路41中流动的含氢气体的温度及在设置于第1端板16的阳极气体排出流路42中流动的含氢气体的温度因上述的散热而下降，则这些含氢气体中的水蒸气有可能冷凝。
但是，本实施方式的电化学式氢泵100通过在第1端板15及第1端板16的各自分别设置供由加热器62进行温度控制后的热介质流通的热介质流路64及热介质流路65，能够通过该热介质的热来加热第1端板15及第1端板16。由此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，在阳极气体供给流路41及阳极气体排出流路42中流动的含氢气体的温度下降与不将第1端板15及第1端板16利用热介质的热来加热的情况相比得以抑制。由此，由含氢气体中的水蒸气冷凝引起的溢流在阳极气体供给流路41及阳极气体排出流路42中不容易产生。于是，在本实施方式的电化学式氢泵100中，阳极气体供给流路41及阳极气体排出流路42中的含氢气体的流通被合适地维持，其结果，能够抑制氢压缩工作的效率下降。
(第2实施方式)
第2实施方式的电化学式氢泵100除了具备以下说明的绝热件以外，与第1实施方式的电化学式氢泵100是同样的。
图2是示出第2实施方式的电化学式氢泵的一例的图。
在图2所示的例子中，电化学式氢泵100具备在一对的第1端板15及第1端板16各自的外侧的一对的绝热件71及绝热件72。具体而言，在第1端板15的外表面上设置有绝热件71，在第1端板16的外表面上设置有绝热件72。另外，紧固连结器17的螺栓除了贯通供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14以及第1端板15及第1端板16之外，还贯通绝热件71及绝热件72。
此外，以上的绝热件71及绝热件72的配置结构是例示，不限定于本例。例如，绝热件可以覆盖第1端板15及第1端板16各自的全部表面。另外，例如，绝热件也可以包括层叠电化学单电池10而成的电池组地覆盖电化学式氢泵100的层叠构造体整体。
通过以上，本实施方式的电化学式氢泵100通过在第1端板15及第1端板16各自的外侧具备绝热件71及绝热件72，与不具备绝热件71及绝热件72的情况相比，能够在第1端板15及第1端板16的各自中抑制向外部气体的散热。
于是，本实施方式的电化学式氢泵100通过上述的散热抑制效果，由含氢气体中的水蒸气冷凝引起的溢流在阳极气体供给流路41及阳极气体排出流路42中会更不容易产生。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100通过上述的散热抑制效果，能够减少加热第1端板15及第1端板16所需的加热器62对热介质的加热量。由此，本实施方式的电化学式氢泵100，例如在起动时将电池组升温时，加热器62的每单位时间的热介质的加热量为一定的情况下，能够缩短电化学式氢泵100的起动时间。
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1实施方式的电化学式氢泵100是同样的。
(第3实施方式)
第3实施方式的电化学式氢泵100除了具备以下说明的第2端板以外，与第2实施方式的电化学式氢泵100是同样的。
图3是示出第3实施方式的电化学式氢泵的一例的图。
在图3所示的例子中，电化学式氢泵100具备在一对的绝热件71及绝热件72各自的外侧的一对的第2端板81及第2端板82。具体而言，在绝热件71的外表面上设置有第2端板81，在绝热件72的外表面上设置有第2端板82。另外，紧固连结器17的螺栓除了贯通供电板11及供电板12、绝缘板13及绝缘板14、第1端板15及第1端板16以及绝热件71及绝热件72之外，还贯通第2端板81及第2端板82。
在此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，由于在第2端板81及第2端板82没有设置供由阴极CA压缩了的高压的氢流通的阴极气体排出流路40，所以能够利用耐氢脆性比SUS316L钢低的材料构成。另外，在电化学式氢泵100中，由于生成高压的压缩氢，所以对端板要求高的刚性。
因此，例如，第2端板81及第2端板82可以利用与SUS316L钢相比廉价且刚性高的铬钼钢来构成。
通过以上，本实施方式的电化学式氢泵100通过除了第1端板15及第1端板16之外还设置第2端板81及第2端板82，端板整体的刚性提高。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100通过在第1端板15与第2端板81之间设置绝热件71并且在第1端板16与第2端板82之间设置绝热件72，能够减小电化学式氢泵100的层叠构造体的热容量。也就是说，本实施方式的电化学式氢泵100即使在第1端板15及第1端板16的各自上分别设置了第2端板81及第2端板82的情况下，通过绝热件71及绝热件72的绝热作用，加热第1端板15及第1端板16所需的加热器62对热介质的加热量增加也得以抑制。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100能够将绝热件71利用第1端板15及第2端板81夹住，并且能够将绝热件72利用第1端板16及第2端板82夹住，因此能够减轻绝热件71及绝热件72的脱落、剥离等问题。
另外，本实施方式的电化学式氢泵100作为第2端板81及第2端板82的材料，例如选择耐氢脆性比SUS316L钢低但与SUS316L钢相比廉价且刚性高的铬钼钢。由此，与选择SUS316L钢的情况相比，能够一边抑制第2端板81及第2端板82的成本上升、一边使刚性提高。此外，铬钼钢的使用是一例，也可以是其他的材料。
而且，本实施方式的电化学式氢泵100在第2端板81及第2端板82没有设置供高加湿的含氢气体流通的阳极气体供给流路41。由此，无需利用热介质的热来加热第2端板81及第2端板82，因此加热器62对热介质的加热量增加得以抑制。
如以上这样，在本实施方式的电化学式氢泵100中，在第2端板81及第2端板82既未设置阳极气体供给流路41也未设置阴极气体排出流路40，但不限定于此。例如，也可以在第2端板81及第2端板82设置有阳极气体供给流路41及阴极气体排出流路40中的至少一方。
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1实施方式或第2实施方式的电化学式氢泵100是同样的。
此外，第1实施方式、第2实施方式及第3实施方式只要互相不排除对方，就也可以互相组合。
另外，根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本公开的很多改良及其他的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应该仅解释为例示，是以将执行本公开的最佳的方案向本领域技术人员教导的目的被提供的。能够不脱离本公开的精神而实质上变更其构造和/或功能的详情。
产业上的可利用性
本公开的一方案能够利用于与以往相比能够抑制氢压缩工作的效率下降的压缩装置。
标号说明
10：电化学单电池
11：供电板
12：供电板
13：绝缘板
14：绝缘板
15：第1端板
16：第1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
30：阳极气体导入歧管
31：阳极气体导出歧管
32：阳极气体导入路径
32A：第1联络路
32B：第2联络路
33：阳极气体导出路径
35：阳极气体流路
40：阴极气体排出流路
41：阳极气体供给流路
42：阳极气体排出流路
45：O型圈
50：电压施加器
60：热介质分支流路
61：泵
62：加热器
63：热介质循环路径
64：热介质流路
64A：集合部
64B：环状部
65：热介质流路
65A：集合部
65B：环状部
71：绝热件
72：绝热件
81：第2端板
82：第2端板
100：电化学式氢泵
AN：阳极
CA：阴极。

Claims (3)

1.一种压缩装置，具备：
电池组，将多个由阳极和阴极夹持电解质膜而形成的电化学单电池层叠而形成；
一对绝缘板，设置于所述电池组的层叠方向上的两端；
一对第1端板，设置于所述一对绝缘板各自的外侧；及
电压施加器，向所述阳极与所述阴极之间施加电压，
通过利用所述电压施加器施加电压，使供给到所述阳极的含氢气体中的氢向所述阴极移动，生成压缩了的氢，
在所述第1端板设置有供向阳极供给的含氢气体流通的第1流路和供热介质流通的第2流路，
所述压缩装置具备加热所述热介质的加热器。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，
具备在所述一对第1端板各自的外侧的一对绝热件。
3.根据权利要求2所述的压缩装置，
具备在所述一对绝热件各自的外侧的一对第2端板。
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