JP2008518387A - 水素生成のためのセパレータプレート、イオンポンプ、水素燃料施設及び方法 - Google Patents

水素生成のためのセパレータプレート、イオンポンプ、水素燃料施設及び方法 Download PDF

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Abstract

アノードセパレータ及びカソードセパレータプレート（２８，２６）は、改質ガス等の投入流れを加圧され精製された水素リッチガス流れに変換するイオンポンプ（１６）に好適なものである。前記プレートは、カソード排出ガス多岐管の一部を形成する単一のカソード出口開口部（３３０）と、入口ガス流れ多岐管の一部を形成し、入口カソード出口開口部よりも大きなアノード入口開口部（２１０）と、前記プレートの一端からカソード出口開口部の距離よりも短い、前記プレートの端に対するアノード入口開口部の距離と、前記カソードセパレータプレートの流体流路（１３６）の大きさよりも小さい、前記アノードセパレータプレートの流体流路（１３４）の大きさとを備える。前記プレート及び施設（１０）を形成するための方法もまた開示されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、イオンポンプに関し、さらに詳しくは、水素及び他のガスを生成するためのセパレータプレート及びイオンポンプに関する。尚、本出願は、「水素生成のためのセパレータプレート、イオンポンプ、水素燃料施設（インフラストラクチャー・システム）」と題する、２００４年９月２８日付け米国特許出願第１０／９５２３７２号の全主題を包含している。
水素は、重要なゼロ排気燃料である。近年、水素燃料施設の発達は、燃料としての水素の使用を支えるための優先事項となっている。
水素燃料施設の１つの重要な役割は、水素の生成である。通常、２つの方法が、水素生成のために用いられる。水素生成の一つの方法は、水分子を水素および酸素に分解するために電気エネルギーを使用する電気分解プロセスを含む。他の方法は、例えば天然ガスまたはプロパン等の炭化水素燃料を水素リッチガスに変換する改質ガスプロセスを含む。
これらの各方法において、前記生成プロセスの生成物は、多くの場合、不純物を含む低圧の流れであり、多くの成分のうちの一つとして水素ガスを含む。いずれの方法についても、水素は、多くの場合、精製され、乾燥させられ、及び／又は、使用または貯蔵のために圧縮させられる。
水素等のガスを精製し、圧縮するために、セパレータプレート及びイオンポンプの更なる改良が必要である。
本発明は第１の態様において、イオンポンプに用いられるアノードセパレータプレートにおいて、投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延び、アノード入口開口部を含む平面部材と、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記アノード入口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路と、カソード排出多岐管の一部を形成する前記平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部とを備える前記アノードセパレータプレートを提供する。
本発明は第２の態様において、低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるアノードセパレータプレートにおいて、低圧投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部を有する平面部材と、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記アノード入口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路と、高圧カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する前記平面部材を通って延びるカソード出口開口部とを備え、前記アノード入口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい前記アノードセパレータプレートを提供する。
本発明は第３の態様において、イオンポンプに用いられるカソードセパレータプレートにおいて、カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部を有する平面部材と、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路とを備える前記カソードセパレータプレートを提供する。
本発明は第４の態様において、低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるカソードセパレータプレートにおいて、高圧カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるカソード出口開口部を有する平面部材と、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路と、低圧投入ガス流れ多岐管の一部を形成する前記平面部材を通って延びるアノード入口開口部とを備え、前記アノード入口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい前記カソードセパレータプレートを提供する。
本発明は第５の態様において、イオンポンプに用いられる一対のセパレータプレートにおいて、アノードセパレータプレートとカソードセパレータプレートを備える前記一対のセパレータプレートを提供する。前記アノードセパレータプレートは、投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部を有する平面部材と、前記平面部材の第１の平面に配置され、前記アノード入口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路とを備える。前記カソードセパレータプレートは、カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるカソード出口開口部を有する平面部材と、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流路とを備える。前記アノードセパレータプレートの前記少なくとも一つの流路は、近接するランド間に第１の距離を有し、前記カソードセパレータプレートの前記少なくとも一つの流路は、近接するランド間に第２の距離を有し、該第１の距離は該第２の距離よりも短い。
本発明は他の態様において、上述の前記プレートが取り入れられているイオンポンプ及び水素燃料設備を提供する。
本発明はさらに他の態様において、上述の前記プレートを形成する方法と、上述の前記プレートが取り入れられているイオンポンプに用いられる圧縮された水素を生成する方法とを提供する。
発明として考慮される主題は、詳しくは明細書の最後の部分で指摘され、明瞭に特許請求される。しかしながら、本発明は、以下の各種態様の詳細な記述及び添付の図面を参照することにより、最も良く理解されるだろう。
図１は、本発明に係る水素施設１０の一態様の実施例であり、メタン又はメタノール等の炭化水素化合物を水素リッチガス流れに変換するための触媒部分酸化（ＣＰＯ）改質器、蒸気改質器、自動熱改質器等の改質器１２、水素ポンプ１６等のイオンポンプ、水素貯蔵ユニット１８を含む。
以下により詳細に記載されるように、水素ポンプは、改質ガス等の投入流れを圧縮され精製された水素リッチガス流れに変換する働きをする。圧縮され精製された水素リッチガス流れは、例えば燃料電池（図示せず）に直接使用することができ、又は、水素貯蔵ユニット１８等の圧縮ガス容器に貯蔵することができる。水素生成システムが燃料電池の使用に関連させて記載されているが、水素生成システムが半導体業界等の材料微細化構造処理のためにガス（例えば、水素及び酸素）を使用するプロセスの工業化に使用されうることは、当業者により理解されるだろう。
また、以下により詳細に記載されるように、本発明の一態様に係る水素ポンプは、さまざまな特徴を有するアノードセパレータプレート及びカソードセパレータプレートを含んでよく、結果として、圧縮され精製された水素リッチガス流れを製造する働きをする小型で効率的な水素ポンプをもたらす。
図２は、図１の水素施設１０に用いられる本発明に係る水素ポンプ１６の一実施例である。水素ポンプが一つのプロトン電気化学セルを含むものとして例示されているが、本発明に係る水素ポンプが、電気化学ガスポンピングのための複数のプロトン伝導電気化学セル又はプロトン伝導電気化学セルのスタックから成ることが、当業者により理解されるだろう。
水素ポンプ１６は、改質ガス等の水素を含む投入供給物から純粋な水素を、分離、除去、及び／又は、圧縮する働きをする。典型的な水素ポンプ１６は、エンドプレート２０、絶縁プレート２０、集電プレート（collector plate）２３、集電ポケットプレート（collector pocket plate）２４、カソードセパレータプレート２６、電気化学セル２７、アノードサポートスクリーン（anode support screen）１３８、アノードセパレータプレート２８、ブリンド冷却ブランクプレート（blind cooler blank plate）２９、集電ポケットプレート３０、集電プレート３２、絶縁プレート３４、エンドプレートプレート３６を備える。
図３を参照して、電気化学セルは、デュポン社製のナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜１２２又はＰＥＭ（プロトン交換膜）を含むことができる。触媒１２４，１２５（例えば白金触媒）は、化学反応を容易にさせるものであり、望ましくは、固体高分子電解質のアノード側及びカソード側のそれぞれに適用される。アノード及びカソードガス拡散層１２６，１２７は、炭素繊維又は炭素繊維紙等の弾性及び導電性を有する材料から形成され、触媒１２４，１２５にそれぞれ配置されている。
アノードセパレータプレート２８は、その上に複数の流路１３４を有する流体流れ面１３２を備える。以下に詳細に記載されるように、流路１３４は、低圧縮された投入ガス流れを、流体伝導（fluid communication）の中にあり、対応する多岐管（manifolds）に開口する入口及び出口を通って受け取り伝導させる。流路１３４は、例えば加湿された改質ガス等の投入ガス流れを液体と同じくらいによく運ぶことができる。
カソードセパレータプレート２６は、例えば圧縮され精製された水素リッチガス流れを収集するための複数の流路１３６を含む。
以下に詳細に記載されるように、高圧になるまでカソード側が運転される間に、低圧の投入ガス流れがアノード側に供給される。図３に示すアノードサポートスクリーン１３８がアノード流体流れ面１３２とガス拡散層１２６との間に配置され、アノードガス拡散層１２６が流体流路１３４に殺到することが防がれる。また、アノードセパレータプレートの流路１３４は、カソードセパレータプレート２６のランドの間隔と比較して、ランド間がより小さな間隔に設定されており、橋を架ける必要がある（need to bridge）ガス拡散層のガス拡散距離と、ガス拡散層がアノード流体流路に集中する可能性とを低減させる。例えば、アノードセパレータプレート中で流体流路を形成するランド間の距離は、約０．７６ｍｍ（約０．０３０インチ）であり、カソードセパレータ中で流体流路を形成するランド間の距離は、約１．０ｍｍ（約０．０４０インチ）である。アノードセパレータプレート中の流体流路の深さは約０．４３ｍｍ（約０．０１７インチ）であり、カソード流体流路の深さは約０．３６ｍｍ（約０．０１４インチ）である。また、アノードセパレータプレート中に適切な個数の流路が設けられ、アノード入口開口部（図６）及びカソード出口開口部（図６）の間での投入ガスの圧力低下を低減させる。
ガスケット１２８，１２９が使用され、セパレータプレート中で多岐管を形成する様々な開口部から電気化学セルを封止する。図２に示されるさらなるガスケットは、水素ポンプの様々な部分を適切に封止するために設けられている。ガスケットは、デュポン社製のテフロン（登録商標）というポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成るフレームガスケットを含んでいてもよい。あるいは、多数のガスケットを使用してもよい。カソード流体流路を取り囲むガスケットは、以下に記載されるようにより高圧で操作され、１個のガスケットの場合と比較して漏れの可能性を減らすために、２個一組のガスケットが設けられている。
図４及び図５を参照して、アノードセパレータプレート２８は、低圧の投入ガスに対する内部の入口ガス流れの多岐管の一部を形成するために、比較的大きい大きさの開口部２１０を含む。いくつかの使用法では、水素ポンプが投入ガスの全てを利用することができるというわけではないので、内部の出口ガス流れの多岐管の一部を形成するために、比較的大きい大きさの出口開口部２２０が設けられていてもよい。これにより、投入ガス流れ中の不純物を除去することができる。また、開口部２１０，２２０は、比較的大きい大きさを有していて、流れに対して低い抵抗をもたらし、開口部間の圧力低下を減少させるようになっている。他の実施例において、単一の入口開口部が、アノードの余頭（deadheaded）（例えば、アノード排出が全くないところ）に設けられていてもよい。さらに他の実施例において、投入ガス流れは、例えば、アノード入口から抜き取り、排気を再循環させ、及び／又は、大気又はタンクに排気をパージすることにより、周期的に排出されて不純物を除去するようにしてもよい。弁は、アノード入口からの排出を制御するために使用される。
アノードセパレータプレート２８の流体流れ面は、等しい長さを有する複数の屈曲した流れ流路１３４を含み、結果的に作動の間等しい圧力低下をもたらす。複数の潜り孔（dive-through holes）２１２，２２２が設けられ、アノード入口開口部及びアノード出口開口部がそれぞれ流路に連結されるようになっている。潜り孔は、本願明細書で引用した、「流体サービスを促進するための燃料電池流体の流れプレート」と題する、マーヴィンらによる米国特許第６５００５８０号明細書に記載されている。アノードセパレータプレートの反対側は、比較的平らでよく、例えば流体流路を含まなくてもよい。
図６及び図７を参照して、カソードセパレータプレート２６は、高圧の水素リッチガス流れを放出するための内部の多岐管を形成するために、カソード出口開口部３３０を含み、望ましくは、単一のカソード出口開口部を含んでいてもよい。カソード出口開口部３３０は、比較的小さい大きさとなっていて、例えば若干の圧力低下等の流れに対する若干の抵抗をもたらし、以下に記載されるように高いガス圧に耐えることができるようになっている。
生成ガスの排出だけがあるとき、カソード入口開口部は必要なく、すなわち、生成ガス流れのための多岐管の一部を形成する単一の開口部だけが必要である。単一のカソード出口開口部の一つの効果は、カソードセパレータプレートの全表面領域に対するカソードセパレータプレートの活性領域の比率を増加させることである。
カソードセパレータプレートは、電気化学電池の活性領域を覆う直線状の平行な流路と、液体流路をカソード出口３３０に連結する潜り孔領域３３２（図７）とを含んでいてもよい。連結流体流路３４０（図７）は、活性領域内の流体流路と比較してより浅い深さを有していて、カソード出口開口部のセパレータプレートの応力を減少させるようになっている。
図７によく示されている、カソードセパレータプレート２６の反対側は、イオンポンプの温度管理のために、冷却液投入開口部３６０及び冷却液排出開口部３８０に連結する複数の冷却液流路を備える。例示の実施例において、冷却液流路は、カソードセパレータプレートに設けられているがアノードセパレータプレートには設けられていない。望ましくは、冷却液流路は、電気化学セルの活性領域に対応するカソードセパレータプレートの後部部分に延びて配置され、全活性領域に亘って温度をほぼ一定に維持することができるようになっている。冷却液は、水、空気、プロピレンまたはエチレングリコールを含んでもよい。
各種の多岐管は、他の多岐管から物理的に切り離されているカソード出口多岐管に配列されてよく、カソード出口多岐管が冷却液又は投入ガス多岐管に漏れる可能性を減少させる。また、カソード出口多岐管は他の多岐管から分離されており、このカソード出口多岐管からの漏れがより簡単に検出されるようになっている。例えば、一般的に正方形又は矩形であるセパレータプレートに対して、カソード出口開口部は、セパレータプレート及びアノード入口開口部に隣接して配置されており、アノード入口開口部又はアノード出口開口部は、例えば反対側又は互いに９０°ずれた側、といった異なる側に隣接して配置されるようになっている。
本説明から、セパレータプレート、多岐管、流路の他の構成が本発明の特徴を取り入れて適切に用いられることが、当業者により理解されるだろう。例えば、冷却液流路はアノードセパレータの後部側に設けられていてもよい。また、本発明の特徴は、例えば片側にアノード流路を備え反対側にカソード流路を備えた二極式セパレータプレートに取り入れられていてもよい。放射冷却を用いるならば、冷却液流路と多岐管は必要ないだろう。
図２を再び参照すると、締付ボルト（図示しない）が、プレート２０の端からプレートの端３６の端まで延びた種々のプレートの端付近の孔を貫通している。締付ボルトは、プレートの角部から離れた位置に設けられ、このプレートに印加されるたわみ又は等しくない力を低減させるようになっている。望ましくは、水素ポンプにおける圧縮力が、出力生成ガス流れの所望の圧力よりも大きくなっている。水素ポンプの製造において、水素ポンプは、約０．１７〜６．９ＭＰａ（約２５〜１０００ｐｓｉ）、好ましくは約０．６９〜４．１ＭＰａ（約１００〜６００ｐｓｉ）の印加スタック圧縮圧（applied stack compression pressure）を有する。
エンドプレートは例えば平らで約２５ｍｍ（約１インチ）でもよく、これより厚くてもよい。また、スタックが圧力であるとき、エンドプレートは予め圧力を与えられるか予め曲げられていてもよく、これによりエンドプレートは、エンドプレートの内側に示される表面が実質的に平坦となるように曲げられる。また、エンドプレートが浮き装置（bladder device）を備え、平面傾向の圧縮をつくるようになっていてもよい。一つの実施例として、好適なエンドプレートは、「二相流体で満たされた浮きを有するエンドプレートアセンブリ及び燃料電池スタックを圧縮するための方法」はカールストローム・ジュニアの米国特許第６２００６９８号明細書に開示され、その全主題は参考文献によりここに組み入れられる。他のオプションでは、エンドプレートを大きくし、例えばプレートを貫通しないプレートの外側に締付ボルトを配置させる。
水素ポンプは、投入ガス流れと冷却液とともに運転され、低圧に保持され、入口及び出口に亘る低い圧力低下を有していて、これにより、投入ガスのための低エネルギーブロア及び冷却液のための低エネルギーポンプとの使用を許容する。
アノード入口開口部及びアノード出口開口部がカソード出口開口部よりも大きいことに加えて、低圧のカソード投入ガス流れと高圧の排出生成ガス流れとの圧力差のために、アノードセパレータプレート（又は少なくとも開口部の近くの部分）は、カソードセパレータプレート（又は少なくともカソード出口開口部の近くの部分）と同じくらいの強さである必要はない。例えば、アノード入口開口部及び出口開口部からアノードセパレータプレートの端までの距離は、カソード出口開口部からカソードセパレータプレートの端までの長さよりも短くなっている。実施例において、アノード入口開口部及び出口開口部からアノードセパレータプレートまでの距離は、約１３ｍｍ（約１／２インチ）であるか、これよりも短くてもよく、封止ガスケットを取り付けるための溝をその間に備えていてもよい。比較的小さい大きさのカソード排出開口部からカソードセパレータプレートの端までは、約２５ｍｍ（約１インチ）であり、封止ガスケットを取り付けるための溝をその間に備えていてもよい。上記のように、カソード出口開口部からカソード潜り孔へのカソード流体流路は、より狭くより浅くなっていて、カソードセパレータプレートのこの領域中の応力を低減させるようになっている。
本発明の効果は、従来の水素ポンプと比較して設置面積又は物理的サイズがより小さいことも含む。例えば、本発明の水素ポンプは、活性領域が３５３ｃｍ２に作られていて、活性領域が２６２ｃｍ２である従来のＰＥＭ燃料電池スタックと同程度の設置面積を有している。このように、活性領域がより大きくなっているので、プレートの数が少しで済むので、これにより、従来の水素ポンプと比較して、よりわずかなプレート、ガスケット等の組立における材料及び手間を低減させることができる。また、圧縮成形された材料から形成されたカソードセパレータプレートの試験により、浅く狭い流体流路（図７）が、カソードセパレータプレートの他の部分よりも高い、約２０ＭＰａ（約３０００ｐｓｉ）の圧力に耐えるという結果が得られた。金属製プレートならば高い圧力でも維持すると考えられる。
水素ポンプの作動では、アノード投入ガス流れは、約６９ｋＰａ（約１０ｐｓｉ）の冷却液とともに、約７〜１５ｋＰａ（約１〜２ｐｓｉ）で提供される。圧縮され精製された水素リッチガス流れは、約４．１ＭＰａ（約６００ｐｓｉ）で提供される。ＰＥＭ型の水素ポンプは、望ましくは最適に冷却され、すなわち約２０〜１１０℃の間、好ましくは約７０〜１１０℃の間で作動する。
本発明の水素ポンプは、２．８ＭＰａ（４００ｐｓｉ）のカソード圧力でテストされた。活性領域が２６２ｃｍ２である従来のスタックデザインは、補助クランプなしでは約１．７ＭＰａ（約２５０ｐｓｉ）で作動可能である点が注意された。また、水素ポンプは、活性領域が２６２ｃｍ２である従来の水素ポンプと比較して、２５〜１１０％のより高い破損圧力を示した。また、水素ポンプは、プレートを貫通する締付ボルトにより、プレートを破壊することなくより大きな荷重に耐え、もし締付ボルトがプレートの外側に配置されているならば通常発生する曲げモーメントを減少させる。
プロトン伝導電気化学セルが水素ポンプモードで作動させられるとき、水素を含む投入供給物がアノード側に供給され、電位差が電極に印加され、プロトン伝導媒体を越えるプロトンポンプが引き起こされる。水素は、投入流れから、多孔性水素浸透性アノード電極へ移動し、そこで水素ガスがプロトン（Ｈ＋）及び電子を形成する。プロトンは、プロトン伝導媒体を越えて移動し、無孔水素浸透性カソード電極を通って伝導すると考えられる。水素分子は、比較的純粋な形でカソード側すなわち電極の排出側で発生する。
本発明の他の実施例において、固体酸化物電解質（例えば、酸化ジルコニウム）が電気化学電池に使用される。本実施例では、イオンポンプは、酸素をポンプする、及び／又は酸素を精製するときに作動させられる。
また、ナフィオンペルフルオロスルホン酸高分子膜（アメリカ合衆国デラウェア州ウィルミントンのイー・アイ・デュポン社から入手できる）のようなプロトン交換膜（ＰＥＭ）に加えて、ポリベンソイミダゾール（ＰＢＩ）高分子膜、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリスルホン、ポリイミド、炭化水素膜、ポリトリフロロスチレン酸、種々のペルフルオロスルホン酸膜、何らかの強酸を含有する他の重合又は非重合プロトン伝導体等の他のプロトン伝導媒体が使用されてもよい。プロトン伝導媒体は、例えば、無機でセラミックベースのシステム等の固体半導体、ペロブスカイト型セラミック、リン酸二水素セリウム（ＣｓＨ２ＰＯ４）等の固体酸といった固体無水（すなわち、水を持っていない）プロトン伝導媒体を含んでいてもよく、又は、他の適切な固体無水プロトン伝導媒体を含んでいてもよい。プロトン伝導膜にもよるが、投入ガスの加湿は必ずしも必要というわけではない。また、プロトン伝導体にもよるが、圧縮され精製された水素リッチガス流れは同様に乾燥していてもよく、例えば水を含んでいなくてもよい。
さらに他の実施形態では、板から漏れたもの（over-board leakage）を捕えるように、セパレータプレートの中央にカソード出口開口部（及び多岐管）が配置されていてもよい。また、セルのアノード側は、ガス相内の投入ガス流れにより作動させられるようになっていて、水の閉塞を防ぐことができる特徴を備えている。セルのカソード側は、「ガス放出」電極であってもよい。
本発明の各種態様が説明され、記述されているが、本発明の趣旨及び範囲を外れることなく、さらに多くの変更及び修正がなされてよいことは、当業者により理解されるだろう。
図１は、本発明に係る水素施設の概略図である。 図２は、図１の水素ポンプの部分分解図である。 図３は、図２の水素ポンプの部分断面図である。 図４は、投入ガス流れを分配するための複数の流体流路を有する、図２のアノードセパレータプレートの正面側の斜視平面図である。 図５は、図４のアノードセパレータプレートの後部側の斜視平面図である。 図６は、水素リッチガス流れを排出するための複数の流体流路を有する、図２のカソードセパレータプレートの正面の側の斜視平面図である。 図７は、複数の冷却液流路を有する、図６のカソードセパレータプレートの後部側の斜視平面図である。

Claims (58)

  1. イオンポンプに用いられるアノードセパレータプレート（２８）であって、
    投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部（２１０）と、
    該平面部材の第１の表面に配置され、前記アノード入口開口部の一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）と、
    カソード排出多岐管（３３０）の一部を形成する該平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部とを備える平面部材を備える、アノードセパレータプレート。
  2. 低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるアノードセパレータプレート（２８）であって、
    低圧投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部（２１０）と、
    該平面部材の第１の表面（１３２）に配置され、前記アノード入口開口部の一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）と、
    高圧カソード排出ガス流れ多岐管（３３０）の一部を形成する該平面部材を通って延びるカソード出口開口部とを備え、
    前記アノード入口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい平面部材を備える、アノードセパレータプレート。
  3. 前記カソード出口開口部が単一のカソード出口開口部を備える請求項２記載のアノードセパレータプレート。
  4. さらに、前記投入ガスを放出するための出口の一部を形成する前記平面部材を通って延び、前記少なくとも一つの流体流路の反対側の一端に連結可能であるアノード出口開口部（２２０）を備え、前記アノード出口開口部は第３の大きさを有し、該第３の大きさは前記第２の大きさよりも大きい、請求項２記載のアノードセパレータプレート。
  5. 前記アノード入口開口部（２１０）は前記平面部材から第１の距離に配置され、前記カソード出口開口部は前記平面部材から第２の距離に配置され、該第１の距離は該第２の距離よりも短い、請求項２記載のアノードセパレータプレート。
  6. 前記カソード出口は前記平面部材の第１の側に配置され、前記アノード入口開口部（２１０）及び前記アノード出口開口部（２２０）は前記平面部材の前記第１の側と異なる側に配置されている、請求項２記載のアノードセパレータ。
  7. さらに、前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部を備える請求項２記載のアノードセパレータプレート（２８）。
  8. 低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるアノードセパレータプレート（２８）であって、
    低圧投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部（２１０）と、
    投入ガス流れを放出する出口の一部を形成する該平面部材を通って延びるアノード出口開口部（２２０）と、
    該平面部材の第１の表面に配置され、前記アノード入口開口部の一端及び前記アノード出口開口部に対する反対側の一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）と、
    高圧カソード排出ガス流れ多岐管（３３０）の一部を形成する該平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部とを備え、
    前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きく、
    前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は該平面部材の一端から第１の距離に配置され、前記カソード出口開口部は該平面部材の一端から第２の距離に配置され、該第１の距離は該第２の距離よりも短いものであって、
    前記カソード出口開口部は該平面部材の第１の側に配置され、前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は該平面部材の該第１の側と異なる側に配置されるものであって、
    該平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部とを備える平面部材を備える、アノードセパレータプレート。
  9. イオンポンプに用いられるカソードセパレータプレート（２６）であって、
    カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部（３３０）と、
    該平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）とを備える平面部材を備える、カソードセパレータプレート。
  10. 低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるカソードセパレータプレート（２６）であって、
    高圧カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材から延びるカソード出口開口部（３３０）と、
    該平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）と、
    低圧投入ガス流れ多岐管（２１０）の一部を形成する該平面部材から延びるアノード入口開口部とを備え、
    前記アノード入口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい平面部材を備える、カソードセパレータプレート。
  11. 前記カソード入口開口部が単一のカソード入口開口部を備える請求項１０記載のカソードセパレータプレート。
  12. さらに、投入ガス流れを放出するための出口（２２０）の一部を形成する前記平面部材を通って延びるアノード出口開口部を備え、前記アノード出口開口部は第３の大きさを有し、該第３の大きさは前記第２の大きさよりも大きい、請求項１０記載のカソードセパレータプレート。
  13. 前記アノード入口開口部は前記平面部材の一端から第１の距離に配置され、前記カソード出口開口部は前記平面部材の一端から第２の距離に配置され、該第１の距離は該第２の距離よりも短い、請求項１０記載のカソードセパレータプレート。
  14. さらに、投入ガス流れを放出するための出口（２２０）の一部を形成する前記平面部材を通って延びるアノード出口開口部を備え、前記カソード出口開口部は前記平面部材の第１の側に配置され、前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は前記平面部材の該第１の側と異なる側に配置されている、請求項１０記載のカソードセパレータプレート。
  15. さらに、前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部を備える、請求項１０記載のカソードセパレータプレート。
  16. 低圧投入ガス流れ及び高圧排出ガス流れを有するイオンポンプに用いられるカソードセパレータプレートであって、
    低圧投入ガス流れ多岐管（２１０）の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部と、
    投入ガス流れを放出するための出口（２２０）の一部を形成する該平面部材を通って延びるアノード出口開口部と、
    高圧カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する該平面部材を通って延びる単一のカソード出口開口部（３３０）と、
    該平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）とを備え、
    前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は第１の大きさを有し、前記カソード出口開口部は第２の大きさを有し、該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きく、
    前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は該平面部材の一端から第１の距離に配置され、前記カソード出口開口部は該平面部材の一端から第２の距離に配置され、該第１の距離は該第２の距離よりも短いものであって、
    前記カソード出口開口部は該平面部材の第１の側に配置され、前記アノード入口開口部及び前記アノード出口開口部は該平面部材の該第１の側と異なる側に配置されるものであって、
    前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部を備える平面部材を備える、カソードセパレータプレート。
  17. イオンポンプに用いられる一対のセパレータプレート（２６，２８）であって、
    投入ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるアノード入口開口部（２１０）を有する平面部材、及び、前記平面部材の第１の表面に配置され、前記アノード入口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）を含むアノードセパレータプレート（２８）と、
    カソード排出ガス流れ多岐管の一部を形成する平面部材を通って延びるカソード出口開口部（３３０）を有する平面部材、及び、平面部材の第１の表面に配置され、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）を含むカソードセパレータプレート（２６）とを備え、
    前記アノードセパレータプレート（２８）の前記少なくとも一つの流体流路（１３４）は隣接するランド間に第１の距離を有し、前記カソードセパレータプレート（２６）の前記少なくとも一つの流体流路（１３６）は隣接するランド間に第２の距離を有し、該第１の距離は該第２の距離よりも短い、一対のセパレータプレート。
  18. 前記カソード出口開口部に隣接する前記カソードセパレータプレートの少なくとも一つの流体流路が縮小された深さを備える請求項１６記載の一対のセパレータプレート。
  19. 請求項１記載のアノードセパレータプレート（２８）と、
    カソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  20. 請求項２記載のアノードセパレータプレート（２８）と、
    カソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  21. 請求項８記載のアノードセパレータプレート（２８）と、
    カソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  22. アノードセパレータプレート（２８）と、
    請求項９記載のカソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  23. アノードセパレータプレート（２８）と、
    請求項１０記載のカソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  24. アノードセパレータプレート（２８）と、
    請求項１６記載のカソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  25. 請求項１７記載のアノードセパレータプレート（２８）及びカソードセパレータプレート（２６）と、
    前記アノードセパレータプレートに隣接して配置されたアノード電極（１２６）と、
    前記カソードセパレータプレートに隣接して配置されたカソード電極（１２７）と、
    前記アノード電極及び前記カソード電極の間に配置されたプロトン伝導媒体（１２２）とを備える、イオンポンプ（１６）。
  26. 請求項１９記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  27. 請求項２０記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  28. 請求項２１記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  29. 請求項２２記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  30. 請求項２３記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  31. 請求項２４記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  32. 請求項２５記載のイオンポンプ（１６）と、
    前記イオンポンプからの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンク（１８）と、
    前記イオンポンプへ改質ガスを供給するための改質器（１２）とを備える、水素燃料施設（１０）。
  33. アノードセパレータプレート（２８）を形成する方法であって、
    平面部材を準備する工程と、
    前記平面部材を通って延び、投入流れガス多岐管の一部を形成するための第１の大きさを有するアノード入口開口部（２１０）を形成する工程と、
    前記平面部材の第１の平面に、前記アノード入口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、カソード排出多岐管（３３０）の一部を形成するための第２の大きさを有するカソード出口開口部を形成する工程とを備え、
    該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい、アノードセパレータプレート形成方法。
  34. さらに、投入ガス流れを放出するための出口の一部を形成するための第３の大きさを有し、前記少なくとも一つの流体流路の反対側の一端に連結可能であるアノード出口開口部（２２０）を形成する工程を備え、
    該第３の大きさは前記第２の大きさよりも大きい、請求項３３記載のアノードセパレータプレート形成方法。
  35. さらに、前記アノード入口開口部を前記平面部材の一端から第１の距離に配置する工程と、前記カソード出口開口部を前記平面部材の一端から第２の距離に配置する工程とを備え、該第１の距離は該第２の距離よりも短い、請求項３３記載のアノードセパレータプレート形成方法。
  36. さらに、前記カソード出口を前記平面部材の第１の側に近接させて配置する工程と、前記アノード入口を該第１の側と異なる側に近接させて配置する工程とを備える、請求項３３記載のアノードセパレータプレート形成方法。
  37. さらに、前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルトを形成する工程を備える請求項３３記載のアノードセパレータプレート形成方法。
  38. アノードセパレータプレート（２８）を形成する方法において、
    平面部材を準備する工程と、
    前記平面部材を通って延び、投入流れガス多岐管の一部を形成するための第１の大きさを有するアノード入口開口部（２１０）を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、前記投入ガス流れを放出するための出口の一部を形成するための第２の大きさを有するアノード出口開口部（２２０）を形成する工程と、
    前記平面部材の第１の平面に、前記アノード入口開口部に対する一端及び前記アノード出口開口部に対する反対側の一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３４）を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、カソード排出多岐管の一部を形成するための第３の大きさを有し、該第３の大きさは該第１の大きさ及び該第２の大きさのうち少なくとも一方よりも小さいカソード出口を形成する工程とを備え、
    前記アノード入口開口部を形成する工程は、前記入口開口部を前記平面部材の一端から第１の距離に形成する工程を含み、前記カソード出口開口部を形成する工程は、前記カソード出口開口部を前記平面部材の一端から第２の距離に形成する工程を含み、該第１の距離は該第２の距離よりも短いものであって、
    前記カソード出口を前記平面部材の第１の側に近接させて配置する工程及び前記アノード入口を前記第１の側と異なる側に近接させて配置する工程と、
    前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部とを形成する工程とを備える、アノードセパレータプレート形成方法。
  39. カソードセパレータプレート（２６）を形成する方法であって、
    平面部材を準備する工程と、
    前記平面部材を通って延び、投入流れガス多岐管（２１０）の一部を形成するための第１の大きさを有するアノード入口開口部を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、カソード排出多岐管の一部を形成するための第２の大きさを有するカソード出口開口部（３３０）を形成する工程と、
    前記平面部材の第１の表面に、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）を形成する工程とを備え、
    該第１の大きさは該第２の大きさよりも大きい、カソードセパレータプレート形成方法。
  40. さらに、前記平面部材を通って延び、投入ガスを放出するための出口（２２０）の一部を形成するための第３の大きさを有するアノード出口開口部を形成する工程を備え、該第３の大きさは前記第２の大きさよりも大きい、請求項３９記載のカソードセパレータプレート形成方法。
  41. さらに、前記アノード入口開口部を前記平面部材から第１の距離に配置する工程と、前記カソード出口開口部を前記平面部材の第１の端から第２の距離に配置する工程とを備え、該第１の距離は該第２の距離よりも短い、請求項３９記載のカソードセパレータプレート形成方法。
  42. さらに、前記カソード出口開口部を前記平面部材の第１の端に近接させて配置する工程と、前記アノード入口を該第１の端と異なる側に近接させて配置する工程とを備える、請求項３９記載のカソードセパレータプレート形成方法。
  43. さらに、前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部を形成する工程を備える請求項３９記載のカソードセパレータプレート形成方法。
  44. カソードセパレータプレート（２６）を形成する方法であって、
    平面部材を準備する工程と、
    前記平面部材を通って延び、投入流れガス多岐管（２１０）の一部を形成するための第１の大きさを有するアノード入口開口部を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、前記投入ガス流れを放出するための出口（２２０）の一部を形成するための第２の大きさを有するアノード出口開口部を形成する工程と、
    前記平面部材を通って延び、カソード排出多岐管の一部を形成するための第３の大きさを有し、該第３の大きさは該第１の大きさ及び該第２の大きさのうち少なくとも一方よりも小さいカソード出口開口部（３３０）を形成する工程と、
    前記平面部材の第１の表面に、前記カソード出口開口部に対する一端に連結可能である少なくとも一つの流体流路（１３６）を形成する工程とを備え、
    前記アノード入口開口部を形成する工程は、前記アノード入口開口部を前記平面部材の一端から第１の距離に形成する工程を含み、前記カソード出口開口部を形成する工程は、前記カソード出口開口部を前記平面部材の一端から第２の距離に形成する工程を含み、該第１の距離は該第２の距離よりも短いものであって、
    前記出口開口部を前記平面部材の第１の側に近接させて配置する工程、及び、前記アノード入口を該第１の側と異なる側に近接させて配置する工程と、
    前記平面部材を通って延びる複数の締付ボルト開口部を形成する工程とを備える、カソードセパレータプレート形成方法。
  45. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項１９記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  46. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項４５記載の圧縮水素生成方法。
  47. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２０記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  48. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項４７記載の圧縮水素生成方法。
  49. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２１記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  50. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項４９記載の圧縮水素生成方法。
  51. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２２記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  52. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項５１記載の圧縮水素生成方法。
  53. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２３記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  54. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項５３記載の圧縮水素生成方法。
  55. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２４記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  56. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項５５記載の圧縮水素生成方法。
  57. 圧縮された水素を生成する方法であって、
    水素を含む低圧供給物を請求項２５記載のイオンポンプ（１９）に提供する工程と、
    前記アノード電極（１２６）及び前記カソード電極（１２７）に電位を印加する工程と、
    プロトンを前記プロトン伝導媒体（１２２）を通って前記アノード電極から前記カソード電極へ移動させる工程と、
    前記イオンポンプからの精製された水素の高圧供給物を受け取る工程とを備える、圧縮水素生成方法。
  58. 前記低圧供給物は約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）であり、前記高圧供給物は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）よりも大きい、請求項５７記載の圧縮水素生成方法。
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