CN118140010A - 压缩装置 - Google Patents

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Abstract

一种压缩装置，具备电解质膜、设在所述电解质膜的一个主面上的阳极、设在所述电解质膜的另一个主面上的阴极、以及在所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，通过由所述电压施加器在所述阳极与所述阴极之间施加电压，使从供给到所述阳极的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成被压缩的氢气，所述压缩装置具备设在所述阳极的外周上的面密封件、以及设在所述阳极与所述面密封件之间的弹性件。

Description

压缩装置
技术领域
本公开涉及一种压缩装置。
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替代能源，氢受到关注。氢即使燃烧也基本上只生成水，不会排出成为地球温室化原因的二氧化碳，并且也几乎不会排出氮氧化物等，因此作为清洁能源受到期待。另外，作为将氢作为燃料高效利用的装置，有燃料电池，面向汽车用电源、面向家庭用自发电的开发及普及正在推进。
例如，作为燃料电池车的燃料使用的氢，一般以压缩到数十MPa的高压状态储藏在车内的氢罐中。而且，这种高压的氢一般通过机械式压缩装置压缩低压(常压)的氢而得到。
但是，在即将到来的氢社会中，除了制造氢之外，还要求开发能够高密度地储藏氢、以小容量且低成本输送或利用氢的技术。特别是为了促进燃料电池的普及，需要完善氢供给基础设施，为了稳定地供给氢，提出了制造、提纯、高密度储藏高纯度氢的各种方案。
因此，例如专利文献1中，提出了一种电化学式氢泵，其通过在夹着电解质膜配置的阳极与阴极之间施加预期电压，来进行含氢气体中的氢的提纯及升压。再者，将阴极、电解质膜和阳极的层叠体称为膜-电极接合体(以下也称为MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。此时，供给到阳极的含氢气体也可以混入杂质。例如，含氢气体可以是来自炼铁厂等的副生成的氢气，也可以是对城市燃气进行了重整的重整气体。
另外，例如专利文献2中，提出了一种差压式水电解装置，其使用MEA对水的电解中产生的低压氢进行升压。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第2021/140778号
专利文献2：日本专利第6129809号公报
发明内容
作为一例，本公开的课题提供一种压缩装置，其能够与以往相比抑制电解质膜由于阴极内的氢气气压而陷入阳极与面密封件之间的间隙中的情况。
本公开一方式(aspect)的压缩装置，具备：电解质膜、设在所述电解质膜的一个主面上的阳极、设在所述电解质膜的另一个主面上的阴极、以及在所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，通过由所述电压施加器在所述阳极与所述阴极之间施加电压，使从供给到所述阳极的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成被压缩的氢气，所述压缩装置还具备：设在所述阳极的外周上的面密封件、以及设在所述阳极与所述面密封件之间的弹性件。
本公开一方式的压缩装置能够发挥以下的效果：能够与以往相比抑制电解质膜由于阴极内的氢气气压而陷入阳极与面密封件之间的间隙中的情况。
附图说明
图1是表示第1实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图2是表示第2实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图3A是用于说明电化学式氢泵的电化学单元的各构件的组装方法一例的图。
图3B是用于说明电化学式氢泵的电化学单元的各构件的组装方法一例的图。
图3C是用于说明电化学式氢泵的电化学单元的各构件的组装方法一例的图。
图3D是用于说明电化学式氢泵的电化学单元的各构件的组装方法一例的图。
图3E是用于说明电化学式氢泵的电化学单元的各构件的组装方法一例的图。
图3F是用于说明电化学式氢泵的各构件的组装方法一例的图。
图4是表示第2实施方式的第1变形例的电化学式氢泵一例的图。
图5是图4的A部放大图。
图6是表示第2实施方式的第2变形例的电化学式氢泵一例的图。
图7是表示第3实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图8是表示第4实施方式的电化学式氢泵一例的图。
具体实施方式
专利文献1中，提出了在电化学式氢泵中，为了对低压的阳极流体存在的区域的构件间进行密封，以在俯视时包围阳极的方式设置环状的面密封件。
但是，在沿着阳极的周围设置上述面密封件的情况下，在阳极的外端面与面密封件的内端面之间，例如由于两者的尺寸公差的关系，存在俯视时呈环状的间隙。该情况下，在以跨越阳极的外端面和面密封件的内端面的方式配置的电解质膜被预定的按压力按压时，电解质膜可能陷入该间隙中。于是，电解质膜可能破损。
在此，例如，即使在存在于阳极的外端面与面密封件的内端面之间的间隙中设置粘接剂的情况下，也可能因上述按压力而使粘接剂剥离，结果电解质膜发生破损。
因此，本公开人进行了深入研究，结果发现，通过在阳极的外端面与面密封件的内端面之间的间隙中设置弹性件，能够减轻以上问题，从而想到了以下的本公开的一方式。
即，本公开第1方式的压缩装置具备：电解质膜、设在电解质膜的一个主面上的阳极、设在电解质膜的另一个主面上的阴极、以及在阳极与阴极之间施加电压的电压施加器，通过由电压施加器在阳极与阴极之间施加电压，使从供给到阳极的阳极流体中取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成被压缩的氢气，压缩装置还具备：设在阳极的外周上的面密封件、以及设在阳极与面密封件之间的弹性件。
根据该方案，本方式的压缩装置能够与以往相比抑制电解质膜由于阴极内的氢气气压而陷入阳极与面密封件之间的间隙中的情况。具体而言，通过在阳极的外端面与面密封件的内端面之间的间隙中设置弹性件，在氢气的气压作用于使弹性件压缩的方向上时，弹性件在沿着与该压缩方向垂直的水平方向对阳极的外端面和面密封件的内端面施加预定应力的状态下，以在水平方向上扩展的方式发生弹性变形。由此，阳极与弹性件之间的间隙以及弹性件与面密封件之间的间隙反而难以形成。因而，本方式的压缩装置能够抑制电解质膜向上述间隙陷入。其结果，能够降低电解质膜破损的可能性。
本公开第2方式的压缩装置，在第1方式的压缩装置中，也可以具备设在阳极上的片件，阳极、弹性件和面密封件与片件通过设在阳极、弹性件和面密封件上的粘接剂粘接。
根据该方案，本方式的压缩装置通过将阳极、弹性件和面密封件与片件用设在阳极、弹性件和面密封件上的粘接剂粘接，压缩装置的组装作业性改善。
具体而言，例如，在将阳极的外端面与弹性件的内端面之间、以及弹性件的外端面与面密封件的内端面之间用粘接剂粘接的情况下，由于弹性件的大小等的影响，有时无法保证这些构件之间充分的粘接性。
因此，本方式的压缩装置，通过使阳极、弹性件和面密封件与片件如上所述地粘接，在片件的表面上层叠了阳极、弹性件和面密封件的各构件之后，即使在以片件的背面朝上的方式使片件上下翻转的情况下，这些构件也不易从片件的表面脱落，其结果，压缩装置的组装作业性改善。
本公开第3方式的压缩装置，在第2方式的压缩装置中，粘接剂也可以以跨越阳极与弹性件之间的方式设在阳极和弹性件上。
根据该方案，本方式的压缩装置通过以跨越阳极与弹性件之间的方式在阳极和弹性件上设置粘接剂，由此粘接剂进入多孔性的阳极的空隙中，所以能够在用粘接剂填埋阳极与弹性件之间的间隙的状态下将两构件粘接。因而，本方式的压缩装置与没有以跨越阳极与弹性件之间的方式在阳极和弹性件上设置粘接剂的情况相比，弹性件不易从片件表面脱落。
本公开第4方式的压缩装置，在第2方式的压缩装置中，粘接剂也可以以跨越弹性件的方式设在阳极、弹性件和面密封件上。
根据该方案，本方式的压缩装置即使在假设由于弹性件的材质的影响而使弹性件和片件难以用粘接剂粘接的情况下，也能够通过以跨越弹性件的方式在阳极供电体、弹性件和面密封件上设置粘接剂，而使阳极供电体和面密封件经由粘接剂成为一体，两者粘接在片件上。于是，能够在弹性件被阳极和面密封件夹持的状态下使这些构件一体化。因而，本方式的压缩装置与没有以跨越弹性件的方式在阳极、弹性件和面密封件上设置粘接剂的情况相比，弹性件不易从片件的表面脱落。
本公开第5方式的压缩装置，在第1方式的压缩装置中，也可以具备设在阳极上的片件，片件是设有用于阳极流体流动的阳极流路的阳极隔膜。
本公开第6方式的压缩装置，在第1方式的压缩装置中，也可以具备设在阳极上的片件，在片件上，具备设有用于阳极流体流动的阳极流路的阳极隔膜。
本公开第7方式的压缩装置，在第1方式～第6方式中任一项的压缩装置中，弹性件也可以是氟橡胶。
由于氟橡胶在各种橡胶中从耐酸性等化学稳定性的观点来看具备高特性，因此作为弹性件的原材料选择氟橡胶是合适的。
本公开第8方式的压缩装置，在第2方式～第7方式中任一项的压缩装置，也可以具备设在阳极上的片件，片件是金属片。
本公开第9方式的压缩装置，在第1方式～第8方式中任一项的压缩装置中，面密封件也可以包含金属片。
本公开第10方式的压缩装置，在第8方式或第9方式的压缩装置中，金属板也可以是SUS316或SUS316L。
SUS316、SUS316L在各种不锈钢中从耐酸性和耐氢脆性等观点来看具备高特性，因此作为金属片的原材料选择SUS316或SUS316L是合适的。
本公开第11方式的压缩装置，在第1方式～第10方式中任一项的压缩装置中，阳极也可以包含多孔质金属片或多孔质碳片。
本公开第12方式的压缩装置，在第2方式～第4方式中任一项的压缩装置中，粘接剂也可以是嵌合用粘接剂。
根据该方案，本方式的压缩装置即使存在阳极、弹性件和面密封件与片件之间的间隙，嵌合用粘接剂也能够在填埋该间隙的状态下合适地粘接以上的构件间。
本公开第13方式的压缩装置，在第2方式～第4方式中任一项的压缩装置中，粘接剂也可以是厌氧性粘接剂。
根据该方案，本方式的压缩装置由于厌氧性粘接剂通过空气的隔绝而固化，所以在阳极、弹性件和面密封件与片件的粘接中，可确保用于进行构件间的定位的时间。由此，用于在片件上配置以上构件的组装作业性改善。
本公开第14方式的压缩装置，在第2方式～第4方式中任一项的压缩装置中，粘接剂也可以不含有金属离子成分。
如果电解质膜中的磺酸基被金属离子修饰，则电解质膜可能劣化，本方式的压缩装置作为用于粘接阳极、弹性件和面密封件与片件的粘接剂，选择不含有金属离子成分的粘接剂，由此能够降低这种可能性
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均表示上述各方式的一例。因而，以下所示的数值、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不过是一例，只要没有记载在权利要求中，就不限定上述的各方式。另外，对于以下的构成要素之中没有记载在表示本方式的最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任选的构成要素进行说明。另外，在附图中，附带相同符号的部分有时省略说明。为了便于理解，附图中示意性地示出各个构成要素，有时对于形状及尺寸比等并未准确地表示。
(第1实施方式)
上述各方式的压缩装置的阳极流体设想为各个种类的气体、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态水。因此，以下的实施方式中，在阳极流体是含氢气体的情况下，对作为压缩装置一例的电化学式氢泵的结构及动作进行说明。
[装置结构]
图1是表示第1实施方式的电化学式氢泵一例的图。
在图1所示例中，电化学式氢泵100具备电解质膜21、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜27、阳极隔膜26、弹性件29、面密封件32和电压施加器50。而且，在电化学式氢泵100的电化学单元中，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、阳极隔膜26和阴极隔膜27。电化学式氢泵100也可以具备层叠了多个这种电化学单元的堆栈。
在此，电化学式氢泵100是以下装置：通过电压施加器50在阳极AN与阴极CA之间施加电压，从而使从供给到阳极AN的含氢气体中取出的质子(H+)，经由电解质膜21向阴极CA移动，生成被压缩的氢气(H2)。
作为上述含氢气体，可以使用由未图示的水电解装置生成的氢气，也可以使用由未图示的重整器生成的重整气体。
再者，用于施加上述电压的电压施加器50的详情稍后说明。
阳极AN设在电解质膜21的一个主面上。阳极AN是包含阳极催化剂层24和阳极供电体25的电极。阴极CA设在电解质膜21的另一个主面上。阴极CA是包含阴极催化剂层23和阴极供电体22的电极。由此，电解质膜21以分别与阳极催化剂层24和阴极催化剂层23接触的方式被阳极AN和阴极CA夹持。
只要电解质膜21是具有质子传导性的膜，就可以是各种结构。例如，作为电解质膜21，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21，例如可以使用Nafion(注册商标、杜邦公司制)、Aciplex(注册商标、旭化成株式会社制)等，但不限定于此。
阳极催化剂层24设在电解质膜21的一个主面上。阳极催化剂层24含有能够以分散状态担载催化剂金属(例如铂)的碳，但不限定于此。
阴极催化剂层23设在电解质膜21的另一个主面上。阴极催化剂层23含有能够以分散状态担载催化剂金属(例如铂)的碳，但不限定于此。
作为催化剂的制备方法，阴极催化剂层23和阳极催化剂层24都可以举出各种方法，但没有特别限定。例如，作为碳系粉末，可以举出石墨、炭黑、具有导电性的活性炭等的粉末。在碳载体上担载铂或其他催化剂金属的方法没有特别限定。例如，也可以使用粉末混合或液相混合等方法。作为后者的液相混合，例如可举出使碳等载体分散在催化剂成分胶体液中使其吸附的方法等。铂等催化剂金属在碳载体上的担载状态没有特别限定。例如，也可以将催化剂金属微粒化，以高分散形式担载在载体上。
阴极供电体22设在阴极催化剂层23上。阴极供电体22由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。希望阴极供电体22具有适当地追随在电化学式氢泵100工作时因阴极CA与阳极AN之间的压差而产生的构成构件的位移、变形那样的弹性。作为阴极供电体22的基材，例如可以使用多孔质碳片。该情况下，作为多孔质碳片，例如可以举出碳纤维烧结体片等，但不限定于此。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片等。
阳极供电体25设在阳极催化剂层24上。阳极供电体25由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。希望阳极供电体25具备在电化学式氢泵100工作时能够承受上述压差引起的电解质膜21的按压的程度的刚性。作为阳极供电体25的基材，例如可以使用多孔质金属片或多孔质碳片。该情况下，作为多孔质碳片，例如可以举出碳粒子烧结体片等，但不限定于此。作为多孔质金属片，例如可以举出用铂等贵金属涂布了的钛粒子烧结体片等，但不限定于此。
阳极隔膜26是设在阳极AN上的构件。阴极隔膜27是设在阴极CA上的构件。在阴极隔膜27的中央部设置凹部，在该凹部内收纳有阴极供电体22。
再者，在阳极AN、弹性件29和面密封件32与阳极隔膜26之间，可以配置用于固定阳极AN、弹性件29和面密封件32的适当的片件，也可以不配置这种片件。前者的详细结构在第3实施方式中说明。后者的详细结构在第4实施方式中说明。
面密封件32是设在阳极AN的外周上的构件。具体而言，如图1所示，电化学单元的MEA中的仅电解质膜21，以从阴极隔膜27的凹部跨越存在于阳极AN的外端面与面密封件32的内端面之间的环状间隙的方式向外侧延伸。而且，电解质膜21的延伸部被面密封件32和阴极隔膜27的周边部夹持，并且弹性件29设在阳极AN与面密封件32之间。也就是说，在对图1俯视时，环状的面密封件32以隔着上述间隙包围阳极AN的外周的方式设置，环状的弹性件29被收纳在该间隙内。
在此，弹性件29由刚性比面密封件32和阳极供电体25小的原材料构成，在电化学式氢泵100工作时，如果施加预定载荷则能够弹性变形。作为这样的原材料，例如可举出橡胶。具体而言，可以举出氟橡胶，但不限定于此。不过，氟橡胶在各种橡胶中从耐酸性等化学稳定性的观点来看具备高的特性，因此作为弹性件29的原材料适合选择氟橡胶。
如上所述，阳极AN和阴极CA通过设在阴极隔膜27的周边部的槽部的O形环30和面密封件32被适当地密封，并且，通过电解质膜21的延伸部适当地防止电化学单元内的阴极隔膜27与阳极隔膜26之间的短路。
再者，面密封件32也可以由弹性件构成，但为了提高刚性，也可以是在钛、不锈钢等的金属片的两面设置弹性件的方式。作为弹性件，例如可举出橡胶。具体而言，可以举出氟橡胶，但不限定于此。
另外，阳极隔膜26和阴极隔膜27例如也可以由钛、不锈钢等的金属片构成。
例如在用低成本的不锈钢构成如上所述的金属片的情况下，希望选择SUS316、SUS316L。这是因为SUS316、SUS316L在各种不锈钢中耐酸性和耐氢脆性等特性优异。
如上所述，通过用阴极隔膜27和阳极隔膜26夹持上述MEA来形成电化学单元。
在此，虽然图1未示出，但在电化学式氢泵100的氢压缩动作中适当地设置必要的构件。
电化学式氢泵100具备设在电化学单元的层叠方向的两端上的一对端板、以及在层叠方向上紧固一对端板的紧固器。
紧固器只要能够在层叠方向上将多段的电化学单元和一对端板紧固，就可以是各种结构。例如，作为紧固器，可以举出螺栓和带碟形弹簧的螺母等。由此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，电化学单元在上述层叠方向上，通过紧固器的紧固压力而以层叠状态适当地保持。于是，在电化学单元的各构件间适当地发挥密封构件(例如O形环30、面密封件32等)的密封性，并且降低各构件间的接触电阻。
在此，在端板的适当部位设有阳极气体导入路径。阳极气体导入路径例如也可以由向阳极AN供给的含氢气体流通的配管构成。并且，阳极气体导入路径与筒状的阳极气体导入歧管连通。再者，阳极气体导入歧管由设在电化学单元的各构件上的贯通孔的连接构成。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，在各个电化学单元中，在阳极隔膜26的靠阳极AN侧的主面上设有阳极气体流路、以及连通阳极气体导入歧管和阳极气体流路的第1连通路。
阳极气体流路也可以是在俯视时例如包含多个U字状的折回部分和多个直线部分的、设在阳极隔膜26的靠阳极AN侧的主面上的蜿蜒状流路槽。第1连通路也可以是以连通阳极气体流路的一个端部与阳极气体导入歧管之间的方式设在阳极隔膜26的靠阳极AN侧的主面上的流路槽。
由此，从阳极气体导入路径供给到阳极气体导入歧管的含氢气体，通过电化学单元各自的第1连通路，分配到各个电化学单元。然后，在被分配的含氢气体通过阳极气体流路期间，从阳极供电体25向阳极催化剂层24供给含氢气体。
另外，在端板的适当部位设有阳极气体导出路径。阳极气体导出路径例如也可以由从阳极AN排出的含氢气体流通的配管构成。并且，阳极气体导出路径与筒状的阳极气体导出歧管连通。再者，阳极气体导出歧管由设在电化学单元的各构件上的贯通孔的连接构成。
在本实施方式的电化学式氢泵100中，在各个电化学单元中，在阳极隔膜26的靠阳极AN侧的主面设有上述阳极气体流路、以及连通阳极气体导出歧管和阳极气体流路的第2连通路。
第2连通路也可以是以将阳极气体流路的另一个端部与阳极气体导出歧管之间连通的方式设在阳极隔膜26的靠阳极AN侧的主面上的流路槽。
由此，通过了电化学单元各自的阳极气体流路的含氢气体分别通过第2连通路被供给到阳极气体导出歧管，并在此合流。然后，合流后的含氢气体被导向阳极气体导出路径。
进而，在各个电化学单元中，在阴极隔膜27的适当部位，设有将阴极隔膜27的凹部内与筒状的阴极气体导出歧管内连通的连通路径。再者，阴极气体导出歧管由设在电化学单元的各构件上的贯通孔的连接构成。由此，在电化学式氢泵100工作时，阴极CA的高压氢气经由连通路径和阴极气体导出歧管向电化学式氢泵100外排出。
再者，以上未图示的构件是例示，并不限定于本例。
另外，如图1所示，电化学式氢泵100具备在阳极AN与阴极CA之间施加电压的电压施加器50。电压施加器50只要能够在阳极AN与阴极CA之间施加电压，就可以是各种结构。具体而言，电压施加器50的高电位侧端子与阳极AN连接，电压施加器50的低电位侧端子与阴极CA连接。作为电压施加器50，例如可以举出DC/DC转换器、AC/DC转换器等。DC/DC转换器在电压施加器50与太阳能电池、燃料电池、蓄电池等直流电源连接时使用。AC/DC转换器在电压施加器50与商用电源等交流电源连接时使用。另外，电压施加器50也可以是例如以使得供给到电化学式氢泵100电化学单元的电力成为预定的设定值的方式，对施加到阳极AN与阴极CA间的电压、流通于阳极AN与阴极CA间的电流进行调整的功率型电源。
[动作]
以下，参照附图对电化学式氢泵100的氢压缩动作一例进行说明。以下的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中读取控制程序来进行。不过，用控制器进行以下动作并不是必须的。操作者也可以进行其中一部分动作。在以下的例子中，对于通过控制器控制动作的情况进行说明。
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，氢分子通过氧化反应而分离为质子和电子(式(1))。质子在电解质膜21内传导，向阴极催化剂层23移动。电子通过电压施加器50向阴极催化剂层23移动。
然后，在阴极催化剂层23中，通过还原反应再次生成氢分子(式(2))。再者，已知质子在电解质膜21中传导时，预定水量的水作为电渗透水与质子相伴地从阳极AN向阴极CA移动。
此时，通过使用未图示的流量调整器来增加氢导出路径的压力损失，能够对在阴极CA生成的氢(H2)进行压缩。再者，作为流量调整器，例如可以举出设在氢导出路径上的背压阀、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的氢压缩动作，在阴极CA被压缩的氢例如被供给到未图示的需氢体。作为该需氢体，例如可以举出氢供给基础设施的配管、储氢器、燃料电池等。
在此，在阴极CA中，例如在被压缩到数十MPa的高压状态下生成氢。因此，阴极CA内的氢的气压P1随着电化学式氢泵100的氢压缩动作的进行而增大。此时，在对图1俯视时，在由O形环30包围的整个区域上施加与上述氢的气压P1大致同等的高压。也就是说，如图1所示，在O形环30与阴极CA之间的区域中，也对电解质膜21施加与阴极CA内的氢的气压P1同等的高压。
如上所述，本实施方式的电化学式氢泵100能够与以往相比抑制电解质膜21由于阴极CA内的氢气的气压P1而陷入到阳极AN与面密封件32之间的俯视下的环状间隙中。具体而言，如图1所示，通过在阳极AN的外端面与面密封件32的内端面之间的间隙中设置弹性件29，上述氢的气压P1作用于压缩弹性件29的方向上时，弹性件29在沿着与该压缩方向垂直的水平方向对阳极AN的外端面与面密封件32的内端面施加预定应力P2的状态下，以在水平方向上扩展的方式发生弹性变形。由此，阳极AN与弹性件29之间的间隙以及弹性件29与面密封件32之间的间隙反而难以形成。因而，本实施方式的电化学式氢泵100能够合适地抑制电解质膜21向上述间隙陷入。其结果，即使电解质膜21是例如约100μm以下那样的薄膜，也能够降低电解质膜21破损的可能性。
(第2实施方式)
[装置结构]
图2是表示第2实施方式的电化学式氢泵一例的图。
图2所示例中，电化学式氢泵100具备电解质膜21、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜27、阳极隔膜26、弹性件29、片件S、粘接剂40、面密封件32和电压施加器50。
在此，电解质膜21、阳极AN、阴极CA、阴极隔膜27、阳极隔膜26、弹性件29、面密封件32和电压施加器50与第1实施方式相同，因此省略说明。
片件S是设在阳极AN上的构件。而且，电化学式氢泵100在片件S上具备设有用于含氢气体流动的阳极气体流路的阳极隔膜26。也就是说，片件S的靠阳极AN侧的主面与阳极供电体25、弹性件29和面密封件32的主面发生面接触。另外，片件S的靠阳极AN侧的主面相反的主面与阳极隔膜26的主面发生面接触。
在此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，例如，也可以在与多孔性的阳极供电体25接触的片件S的区域内，设置在片件S的厚度方向上贯通的多个细孔。于是，在含氢气体通过阳极隔膜26的阳极气体流路期间，含氢气体通过上述细孔和多孔性的阳极供电体25的空隙供给到阳极催化剂层24。
再者，片件S也可以由例如钛、不锈钢等的金属片构成。该金属片例如在由低成本的不锈钢构成的情况下，希望选择SUS316、SUS316L。这是因为SUS316、SUS316L在各种不锈钢中耐酸性和耐氢脆性等特性优异。
另外，阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S通过设在阳极AN、弹性件29和面密封件32上的粘接剂40粘接。
粘接剂40只要能够将阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S粘接，就可以是各种结构。
例如，粘接剂40也可以是嵌合用粘接剂。由此，本实施方式的电化学式氢泵100，即使在阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S之间存在间隙，嵌合用粘接剂也能够在填埋该间隙的状态下合适地粘接以上的构件之间。
另外，粘接剂40也可以是厌氧性粘接剂。由此，本实施方式的电化学式氢泵100，由于厌氧性粘接剂因空气的隔绝而硬化，所以在阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S的粘接中，可确保用于进行构件间的定位的时间。由此，用于在片件S上配置以上构件的组装作业性改善。
另外，粘接剂40也可以不含有金属离子成分。如果电解质膜21中的磺酸基被金属离子修饰，则电解质膜21可能劣化，本实施方式的电化学式氢泵100作为用于粘接阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S的粘接剂，选择不含有金属离子成分的粘接剂，由此能够降低这种可能性。
再者，作为如上的粘接剂40，例如可以使用嵌合用且厌氧性的粘接剂(例如，ヘンケルジャパン株式会社制的LOCTITE 638(注册商标))等，但不限定于此。该粘接剂(LOCTITE 638(注册商标))是适合于金属彼此的粘接的粘接剂，但不适合于例如氟橡胶等的粘接。因此，在使用粘接剂(LOCTITE 638(注册商标))作为粘接剂40的情况下，如上所述，片件S优选为金属片。
[电化学单元的各构件的组装方法]
以下，参照图3A～图3F对电化学式氢泵100的电化学单元的各构件的组装方法一例进行说明。
首先，在未图示的操作台上，以片件S的表面朝上的方式放置片件S。然后，如图3A所示，使用未图示的粘接剂涂布机，在片件S的表面上隔开适当间隔呈环状地多次(在本例中为3次)涂布固化前的粘接剂40A，并且，分别将阳极供电体25、弹性件29和面密封件32在固化前的粘接剂40A上进行对位并将其置于片件S的表面上。
接着，如图3B所示，通过分别将置于片件S的表面上的阳极供电体25、弹性件29和面密封件32加压固定，而以预定时间将阳极供电体25、弹性件29和面密封件32与片件S之间的粘接剂40A隔绝空气。由此，粘接剂40A固化，从而完成这些构件间的粘接剂40的粘接。以下，为了便于说明，有时将图3B所示的构件称为"粘接体"。再者，粘接体中的粘接剂40的粘接部位是例示，并不限定于本例。其他例在变形例中说明。
接着，如图3C所示，将片件S上下翻转以使得片件S的背面朝上。
接着，如图3D所示，在另行在操作台上组装成的阴极隔膜27、阴极供电体22和MEA的层叠体上，按顺序放置保持图3C的状态的粘接体和阳极隔膜26，如图3E所示，完成1个电化学单元的组装作业。
最后，如图3F所示，将图3E的电化学单元上下翻转，得到图2的电化学单元。
再者，在电化学式氢泵100中所需的电化学单元的个数为多个的情况下，可以按电化学单元的个数反复进行图3A～图3E的组装作业，然后使层叠有多个电化学单元的堆栈上下翻转。
如上所述，本实施方式电化学式氢泵100通过将阳极AN、弹性件29和面密封件32与片件S用设在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32上的粘接剂40粘接，而改善电化学单元的组装作业性。
具体而言，例如，在阳极供电体25的外端面与弹性件29的内端面之间、以及弹性件29的外端面与面密封件32的内端面之间用粘接剂粘接的情况下，由于弹性件29的大小等的影响，有时无法保证这些构件间的足够的粘接性。例如，在弹性件29的厚度小于约1mm、宽度为约1mm～2mm左右的情况下，大多难以用粘接剂将阳极供电体25的外端面与弹性件29的内端面之间、以及弹性件29的外端面与面密封件32的内端面之间粘接。
因此，本实施方式的电化学式氢泵100通过将阳极供电体25、弹性件29和面密封件32与片件S如上所述地粘接，在片件S的表面上层叠了阳极供电体25、弹性件29和面密封件32的各构件之后，即使在以片件S的背面朝上的方式将片件S上下翻转的情况下，这些构件也难以从片件S的表面脱落，其结果，电化学单元的组装作业性改善。
另外，在图3E中，按图2所示的从阴极CA侧的构件到阳极AN侧的构件的顺序进行电化学单元的各构件的组装，因为这样不易引起O形环30、阴极供电体22、MEA的落下、错位等。也就是说，粘接体的各构件用粘接剂40粘接，所以如图3D所示，即使在将粘接体置于阴极隔膜27、阴极供电体22和MEA的层叠体上的情况下，也不易发生粘接体的各构件的落下、位错等。因而，电化学单元的组装操作性改善。
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实施方式的电化学式氢泵100相同。
(第1变形例)
图4是表示第2实施方式的第1变形例中的电化学式氢泵一例的图。图5是图4的A部放大图。
本变形例的电化学式氢泵100除了以下说明的粘接剂140的粘接部位以外，与第2实施方式的电化学式氢泵100相同。例如，粘接剂140与上述粘接剂40同样地可以是嵌合用粘接剂，可以是厌氧性粘接剂，也可以是不含有金属离子成分的粘接剂。
粘接剂140以跨越阳极供电体25与弹性件29之间的方式设在阳极供电体25和弹性件29上。也就是说，如图4所示，粘接剂140以覆盖阳极供电体25的外端面与弹性件29的内端面之间的区域的方式，在阳极供电体25和弹性件29的主面上延伸。
由此，本变形例的电化学式氢泵100通过以跨越阳极供电体25与弹性件29之间的方式在阳极供电体25和弹性件29上设置粘接剂140，如图5所示，粘接剂140进入多孔性阳极供电体25的空隙内，所以能够在用粘接剂140填埋阳极AN与弹性件29之间的间隙的状态下粘接两构件。因而，本变形例的电化学式氢泵100，与没有以跨越阳极供电体25与弹性件29之间的方式在阳极供电体25和弹性件29上设置粘接剂的情况相比，弹性件29不易从片件S的表面脱落。
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1实施方式或第2实施方式的电化学式氢泵100相同。
(第2变形例)
图6是表示第2实施方式的第2变形例中的电化学式氢泵一例的图。
本变形例的电化学式氢泵100除了以下说明的粘接剂240的粘接部位以外，与第2实施方式的电化学式氢泵100相同。例如，粘接剂240与上述粘接剂40同样地可以是嵌合用粘接剂，可以是厌氧性粘接剂，也可以是不含有金属离子成分的粘接剂。
粘接剂240以跨越弹性件29的方式设在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32上。也就是说，如图6所示，粘接剂240以覆盖阳极供电体25的外端面与弹性件29的内端面之间的区域、以及弹性件29的外端面与面密封件32的内端面之间的区域的方式，在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32的主面上延伸。
由此，本变形例的电化学式氢泵100，即使在假设由于弹性件29的材质的影响而使弹性件29和片件S难以用粘接剂240粘接的情况下，也能够通过以跨越弹性件29的方式在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32上设置粘接剂240，而使阳极供电体25和面密封件32经由粘接剂240成为一体，两者粘接在片件S上。于是，能够在弹性件29被阳极供电体25和面密封件32夹持的状态下使这些构件一体化。因而，本变形例的电化学式氢泵100，与没有以跨越弹性件29的方式在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32上设置粘接剂240的情况相比，弹性件29不易从片件S的表面脱落。
再者，上述嵌合用且厌氧性的粘接剂(例如LOCTITE 638(注册商标))是适合于金属彼此的粘接的粘接剂，但不适合于例如氟橡胶等的粘接。因而，在由氟橡胶构成弹性件29的情况下，如本变形例那样，优选以跨越弹性件29的方式在阳极供电体25、弹性件29和面密封件32上设置粘接剂240。
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1实施方式、第2实施方式和第2实施方式的第1变形例中的任一个电化学式氢泵100相同。
(第3实施方式)
图7是表示第3实施方式的电化学式氢泵一例的图。
本实施方式的电化学式氢泵100除了以下说明的结构以外，与第1实施方式的电化学式氢泵100相同。
设在阳极AN上的片件S是设有用于含氢气体流动的阳极气体流路的阳极隔膜26。也就是说，阳极供电体25、弹性件29和面密封件32的主面与阳极隔膜26的主面发生面接触。
再者，本实施方式的电化学式氢泵100发挥的作用效果与第1实施方式的电化学式氢泵100发挥的作用效果相同，因此省略说明。
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、第2实施方式和第2实施方式的第1变形例-第2变形例中的任一个电化学式氢泵100相同。例如，在图7中，虽然未示出在第2实施方式中说明的粘接剂，但该粘接剂也可以设在图7的阳极隔膜26上。
(第4实施方式)
图8是表示第4实施方式的电化学式氢泵一例的图。
本实施方式的电化学式氢泵100除了以下说明的结构以外，与第1实施方式的电化学式氢泵100相同。
片件S是设在阳极AN上的构件。而且，电化学式氢泵100在片件S上具备设有用于含氢气体流动的阳极气体流路的阳极隔膜26。也就是说，片件S的靠阳极AN侧的主面与阳极供电体25、弹性件29和面密封件32的主面发生面接触。另外，片件S的靠阳极AN侧的主面相反的主面与阳极隔膜26的主面发生面接触。
在此，在本实施方式的电化学式氢泵100中，例如，也可以在与多孔性的阳极供电体25接触的片件S的区域内，设置在片件S的厚度方向上贯通的多个细孔。于是，在含氢气体通过阳极隔膜26的阳极气体流路期间，含氢气体通过上述细孔和多孔性的阳极供电体25的空隙向阳极催化剂层24供给。
再者，本实施方式的电化学式氢泵100发挥的作用效果与第1实施方式的电化学式氢泵100发挥的作用效果相同，因此省略说明。
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、第2实施方式和第2实施方式的第1变形例-第2变形例中的任一个电化学式氢泵100相同。
再者，第1实施方式、第2实施方式、第2实施方式的第1变形例-第2变形例、第3实施方式和第4实施方式只要不彼此排除对方，也可以相互组合。
另外，根据以上说明，本公开的许多改良和其它实施方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，上述说明应仅被解释为例示，是为了教导本领域的技术人员实施本公开的最佳方式而提供的。在不脱离本公开精神的情况下，可以对其结构和/或功能的详情进行实质性的变更。例如，电化学氢泵100也可以适用于水电解装置等其他的压缩装置。
产业上的可利用性
本公开一方式可用于压缩装置，该压缩装置能够与以往相比抑制电解质膜由于阴极内的氢气气压而陷入阳极与面密封件之间的间隙。
附图标记说明
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：阳极隔膜
27：阴极隔膜
29：弹性件
30：O形环
32：面密封件
40：粘接剂
40A：粘接剂
50：电压施加器
100：电化学式氢泵
140：粘接剂
240：粘接剂
AN：阳极
CA：阴极
P1：气压
P2：应力
S：片件。

Claims (14)

1.一种压缩装置，具备：
电解质膜、
设在所述电解质膜的一个主面上的阳极、
设在所述电解质膜的另一个主面上的阴极、以及
在所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，
通过由所述电压施加器在所述阳极与所述阴极之间施加电压，使从供给到所述阳极的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜向所述阴极移动，生成被压缩的氢气，所述压缩装置还具备：
设在所述阳极的外周上的面密封件、以及
设在所述阳极与所述面密封件之间的弹性件。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，
具备设在所述阳极上的片件，
所述阳极、所述弹性件和所述面密封件与所述片件通过设在所述阳极、所述弹性件和所述面密封件上的粘接剂粘接。
3.根据权利要求2所述的压缩装置，
所述粘接剂以跨越所述阳极与所述弹性件之间的方式设在所述阳极和所述弹性件上。
4.根据权利要求2所述的压缩装置，
所述粘接剂以跨越所述弹性件的方式设在所述阳极、所述弹性件和所述面密封件上。
5.根据权利要求1所述的压缩装置，
具备设在所述阳极上的片件，
所述片件是设有用于阳极流体流动的阳极流路的阳极隔膜。
6.根据权利要求1所述的压缩装置，
具备设在所述阳极上的片件，
在所述片件上，具备设有用于阳极流体流动的阳极流路的阳极隔膜。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的压缩装置，
所述弹性件是氟橡胶。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的压缩装置，
所述片件是金属片。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的压缩装置，
所述面密封件包含金属片。
10.根据权利要求8或9所述的压缩装置，
所述金属片是SUS316或SUS316L。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的压缩装置，
所述阳极包含多孔质金属片或多孔质碳片。
12.根据权利要求2～4中任一项所述的压缩装置，
所述粘接剂是嵌合用粘接剂。
13.根据权利要求2～4中任一项所述的压缩装置，
所述粘接剂是厌氧性粘接剂。
14.根据权利要求2～4中任一项所述的压缩装置，
所述粘接剂不含有金属离子成分。
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