JP2018104770A - Gas diffusion device and electrochemical hydrogen pump - Google Patents

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Kunihiro Ukai
邦弘 鵜飼
藥丸 雄一
Yuichi Kusumaru
雄一 藥丸
隆資 宗徳
Takashi Sotoku
隆資 宗徳
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion device provided with a throughhole that passes a gas from a gas passage at a position appropriate more than ever.SOLUTION: A gas diffusion device includes: a first metal sheet provided with a gas passage; and one or more second metal sheets provided with a plurality of throughholes through which a gas supplied from the gas passage is supplied, in which in the second metal sheet adjacent to the first metal sheet, the number of the throughholes located below an edge of the gas passage is smaller than the number of the throughholes located below a predetermined line along the edge of the gas passage.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示はガス拡散デバイスおよび電気化学式水素ポンプに関する。   The present disclosure relates to gas diffusion devices and electrochemical hydrogen pumps.

近年、地球の温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素が注目されている。水素は燃焼しても水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素および窒素酸化物などが排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。水素を燃料として利用する装置としては、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに、燃料電池の開発および普及が進んでいる。そして、来るべき水素社会では、水素を製造することはもとより、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用し得る技術開発が求められている。更に、燃料電池の普及の促進には、燃料供給インフラを整備する必要がある。そこで、高純度の水素を精製および昇圧する様々な提案が行われている。   In recent years, hydrogen has attracted attention as a clean alternative energy source to replace fossil fuels due to environmental problems such as global warming and energy problems such as the depletion of petroleum resources. When hydrogen burns, only water is released, and carbon dioxide and nitrogen oxides that cause global warming are not discharged. Therefore, hydrogen is expected as clean energy. As an apparatus using hydrogen as a fuel, for example, there is a fuel cell, and the development and popularization of a fuel cell is progressing for a power source for automobiles and a private power generation for home use. In the coming hydrogen society, not only the production of hydrogen, but also the development of technology capable of storing hydrogen at a high density and transporting or using it at a low capacity and at a low cost is required. Furthermore, in order to promote the spread of fuel cells, it is necessary to improve the fuel supply infrastructure. Accordingly, various proposals have been made to purify and boost high-purity hydrogen.

例えば、電解質膜に設けられたアノードとカソードとの間に電圧をかけて、アノード側に供給された水を電気分解することで、カソード側に高圧状態の水素を製造する高圧水素製造装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, we propose a high-pressure hydrogen production system that produces high-pressure hydrogen on the cathode side by applying voltage between the anode and cathode provided on the electrolyte membrane and electrolyzing water supplied to the anode side. (For example, refer to Patent Document 1).

また、例えば、特許文献2には、図9に示すように、高差圧用電気化学セルの電解質膜の支持部材130が、電解質膜に接触するガス拡散層として用いられている。つまり、支持部材130の一方の面には、複数の矩形の凹部が形成され、他方の面には複数の菱形の凹部が形成されている。そして、両方の凹部同士の重畳部が、流体が通過する貫通孔131を構成している。これにより、従来のメッシュタイプのガス拡散層で発生する恐れがあった流体流路の詰まりを抑制できるとともに、電気化学セルの高圧側と低圧側との差圧に耐え得る剛性を確保できる。よって、電解質膜の破損点に至るような変形が支持部材130の支持により抑制される。   Further, for example, in Patent Document 2, as shown in FIG. 9, a support member 130 of an electrolyte membrane of an electrochemical cell for high differential pressure is used as a gas diffusion layer in contact with the electrolyte membrane. That is, a plurality of rectangular recesses are formed on one surface of the support member 130, and a plurality of rhombus recesses are formed on the other surface. And the overlapping part of both recessed parts comprises the through-hole 131 through which the fluid passes. This can prevent clogging of the fluid flow path, which may occur in the conventional mesh type gas diffusion layer, and can secure rigidity capable of withstanding the differential pressure between the high pressure side and the low pressure side of the electrochemical cell. Therefore, the deformation that reaches the breakage point of the electrolyte membrane is suppressed by the support of the support member 130.

特開2001−342587号公報JP 2001-342587 A 特開2005−179780号公報JP 2005-179780 A

しかし、従来例は、ガス拡散層を構成する金属シートに、適宜の流路部材のガス流路から供給されるガスが通過するための貫通孔をどのように配置するかについては十分に検討されていない。   However, in the conventional example, the metal sheet constituting the gas diffusion layer is sufficiently studied as to how to arrange the through-hole for allowing the gas supplied from the gas flow path of the appropriate flow path member to pass therethrough. Not.

本開示の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、ガス流路からのガスを通過させる貫通孔が金属シートの適切な位置に設けられているガス拡散デバイスを提供する。また、本開示の一態様は、このようなガス拡散デバイスを備える電気化学式水素ポンプを提供する。   One aspect of the present disclosure (aspect) is made in view of such circumstances, and a through-hole through which a gas from a gas flow path passes is provided at an appropriate position of the metal sheet as compared with the conventional one. A gas diffusion device is provided. Moreover, one aspect of the present disclosure provides an electrochemical hydrogen pump including such a gas diffusion device.

上記課題を解決するため、本開示の一態様のガス拡散デバイスは、ガス流路を備える第1の金属シートと、前記ガス流路から供給されるガスが通過する複数の貫通孔を備える、1つ以上の第2の金属シートとを備え、前記第1の金属シートに隣接する前記第2の金属シートにおいて、前記ガス流路の縁下に位置する前記貫通孔は、当該ガス流路の前記縁に沿う所定の線下に位置する貫通孔よりも少ない。   In order to solve the above problems, a gas diffusion device according to an aspect of the present disclosure includes a first metal sheet including a gas flow path, and a plurality of through holes through which a gas supplied from the gas flow path passes. Two or more second metal sheets, and in the second metal sheet adjacent to the first metal sheet, the through-hole located under the edge of the gas flow path is the gas flow path. Fewer than through holes located below a predetermined line along the edge.

また、本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、一対の主面を備える電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散デバイスと、前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散デバイスと、前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、前記アノードガス拡散デバイスは、上記記載のガス拡散デバイスを含む。   An electrochemical hydrogen pump according to one embodiment of the present disclosure includes an electrolyte membrane having a pair of main surfaces, a cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, and the other main surface of the electrolyte membrane. A voltage is applied between the anode catalyst layer provided, the cathode gas diffusion device provided in the cathode catalyst layer, the anode gas diffusion device provided in the anode catalyst layer, and the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. A voltage applicator to be applied, and the anode gas diffusion device includes the gas diffusion device described above.

本開示の一態様のガス拡散デバイスおよび電気化学式水素ポンプは、従来に比べ、ガス流路からのガスを通過させる貫通孔が金属シートの適切な位置に設けられている、という効果を奏する。   The gas diffusion device and the electrochemical hydrogen pump according to one aspect of the present disclosure have an effect that a through-hole through which a gas from a gas flow path passes is provided at an appropriate position of the metal sheet, as compared with the related art.

図1は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプのカソードガス拡散デバイスの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cathode gas diffusion device of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散デバイスの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an anode gas diffusion device of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the first embodiment. 図6は、第1実施形態の第1変形例のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the first modification of the first embodiment. 図7は、第1実施形態の第2変形例のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the second modification of the first embodiment. 図8は、第2実施形態のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the second embodiment. 図9は、従来のガス拡散層の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional gas diffusion layer.

ガス拡散層を構成する金属シートに、適宜の流路部材のガス流路から供給されるガスが通過するための貫通孔をどのように配置するかについて鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。   The metal sheet constituting the gas diffusion layer has been intensively studied on how to arrange through holes for the gas supplied from the gas flow path of the appropriate flow path member to pass, and the following knowledge has been obtained. It was.

金属シートに設ける貫通孔が多い程、一般的に、金属シートの強度は低下する。特に、流路部材のガス流路を通じて金属シートの貫通孔にガスを流入させる構成を取る場合、金属シートに、かかる貫通孔をどのように配置するかは、金属シートの強度設計において重要な要素となる。例えば、金属シートの貫通孔がガス流路の縁下に位置する場合は、金属シートがガス流路上で押圧されると、この貫通孔の部分に曲げ応力が集中するので好ましくない。   Generally, the more through holes provided in the metal sheet, the lower the strength of the metal sheet. In particular, when taking a configuration in which gas flows into the through hole of the metal sheet through the gas flow path of the flow path member, how to arrange the through hole in the metal sheet is an important factor in the strength design of the metal sheet. It becomes. For example, when the through hole of the metal sheet is located below the edge of the gas flow path, if the metal sheet is pressed on the gas flow path, bending stress concentrates on the through hole, which is not preferable.

そこで、本開示の第1の態様のガス拡散デバイスは、ガス流路を備える第1の金属シートと、ガス流路から供給されるガスが通過する複数の貫通孔を備える、1つ以上の第2の金属シートとを備え、第1の金属シートに隣接する第2の金属シートにおいて、ガス流路の縁下に位置する貫通孔は、当該ガス流路の縁に沿う所定の線下に位置する貫通孔よりも少ない。   Therefore, the gas diffusion device according to the first aspect of the present disclosure includes one or more first metal sheets including a gas flow path and a plurality of through holes through which gas supplied from the gas flow path passes. In the second metal sheet adjacent to the first metal sheet, the through hole located below the edge of the gas flow path is located below a predetermined line along the edge of the gas flow path. There are fewer than through holes.

かかる構成によると、本態様のガス拡散デバイスは、従来に比べ、ガス流路からのガスを通過させる貫通孔が金属シートの適切な位置に設けられている。   According to such a configuration, in the gas diffusion device of this aspect, the through hole through which the gas from the gas flow path passes is provided at an appropriate position of the metal sheet as compared with the conventional case.

ここで、「ガス流路の縁に沿う所定の線」とは、ガス流路の縁線に略並行な所定の線を意味する。ガス流路の縁線とは、第1の金属シートにおいて、ガス流路とガス流路外の領域との境界線を意味する。略並行は、ガス流路の縁線と所定の線とのなす角度が±5度の範囲内にあることを意味する。   Here, the “predetermined line along the edge of the gas flow path” means a predetermined line substantially parallel to the edge line of the gas flow path. The edge line of the gas flow path means a boundary line between the gas flow path and a region outside the gas flow path in the first metal sheet. Substantially parallel means that the angle formed between the edge line of the gas flow path and the predetermined line is within a range of ± 5 degrees.

具体的には、第2の金属シートの貫通孔が、第1の金属シートのガス流路の縁下に位置する場合、第2の金属シートがガス流路上で押圧されると、この貫通孔の部分に曲げ応力が集中する。このため、第2の金属シートにおいて、ガス流路の縁下に位置する貫通孔の数が多い程、第2の金属シートが押圧により下方に曲がる恐れ、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する恐れがある。しかし、本態様のガス拡散デバイスは、ガス流路の縁下に位置する貫通孔を、当該ガス流路の縁に沿う所定の線下に位置する貫通孔よりも少なくすることにより、第2の金属シートが押圧により下方に曲がりにくく構成されている。また、貫通孔にクラックなどの損傷が発生することを抑制し得るように構成されている。   Specifically, when the through hole of the second metal sheet is located below the edge of the gas flow path of the first metal sheet, the through hole is pressed when the second metal sheet is pressed on the gas flow path. Bending stress concentrates on the part. For this reason, in the second metal sheet, as the number of through holes located under the edge of the gas flow path is larger, the second metal sheet may be bent downward by pressing, and damage such as cracks occurs in the through holes. There is a fear. However, the gas diffusion device according to the present aspect reduces the number of through-holes located below the edge of the gas flow path from the number of through-holes located below a predetermined line along the edge of the gas flow path. The metal sheet is configured not to bend downward by pressing. Moreover, it is comprised so that it can suppress that damages, such as a crack, generate | occur | produce in a through-hole.

本開示の第2の態様のガス拡散デバイスは、第1の態様のガス拡散デバイスにおける、第1の金属シートに隣接する第2の金属シートにおいて、ガス流路下に位置する貫通孔と、ガス流路外の第1の金属シートの領域下に位置するとともに、当該貫通孔に隣接する貫通孔との距離(以下、第1距離)は、ガス流路下に位置する、複数の貫通孔間の距離(以下、第2距離)よりも長い。   The gas diffusion device according to the second aspect of the present disclosure is the gas diffusion device according to the first aspect. The second metal sheet adjacent to the first metal sheet in the gas diffusion device according to the first aspect, The distance between the through holes adjacent to the through hole (hereinafter referred to as the first distance) is located between the plurality of through holes located below the region of the first metal sheet outside the flow path and below the gas flow path. Longer than the distance (hereinafter referred to as the second distance).

かかる構成によると、本態様のガス拡散デバイスでは、第1距離が第2距離よりも長いので、例えば、第2の金属シートの面内において貫通孔を均一な間隔で配置する場合に比べて、第2の金属シートの貫通孔が、第1の金属シートのガス流路の縁下に位置する可能性が低くなる。よって、第2の金属シートが押圧により下方に曲がる可能性、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する可能性を低減できる。   According to such a configuration, in the gas diffusion device of this aspect, since the first distance is longer than the second distance, for example, compared to the case where the through holes are arranged at a uniform interval in the plane of the second metal sheet, The possibility that the through hole of the second metal sheet is located below the edge of the gas flow path of the first metal sheet is reduced. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the second metal sheet bends downward due to pressing and the possibility that damage such as cracks occurs in the through hole.

また、第1距離を長くする程、ガス流路からのガス通過に寄与しない第2の金属シートの貫通孔の数を少なくできるので、第2の金属シートの貫通孔の総数増加が抑制され、第2の金属シートの強度を適切に確保できる。更に、第2距離を所望の長さに設定することで、ガス流路からのガス通過に寄与する第2の金属シートの貫通孔を、第2の金属シートの貫通孔の総数増加を抑制しつつ必要な数、設けることができる。   Moreover, since the number of through holes of the second metal sheet that does not contribute to gas passage from the gas flow path can be reduced as the first distance is increased, an increase in the total number of through holes of the second metal sheet is suppressed, The strength of the second metal sheet can be appropriately secured. Furthermore, by setting the second distance to a desired length, the number of through-holes in the second metal sheet contributing to gas passage from the gas flow path is suppressed, and the increase in the total number of through-holes in the second metal sheet is suppressed. However, the required number can be provided.

本開示の第3の態様のガス拡散デバイスは、第1の態様のガス拡散デバイスにおける、第1の金属シートに隣接する第2の金属シートにおいて、ガス流路下に位置する複数の貫通孔の単位面積当たりの数は、ガス流路外の第1の金属シートの領域下に位置する複数の貫通孔の単位面積当たりの数よりも多い。   A gas diffusion device according to a third aspect of the present disclosure is the gas diffusion device according to the first aspect. The second metal sheet adjacent to the first metal sheet has a plurality of through-holes positioned below the gas flow path. The number per unit area is larger than the number per unit area of the plurality of through holes located under the region of the first metal sheet outside the gas flow path.

かかる構成によると、本態様のガス拡散デバイスでは、前者の貫通孔の単位面積当たりの数が後者の貫通孔の単位面積当たりの数よりも多いので、例えば、第2の金属シートの面内で貫通孔を均等に配置する場合に比べて、第2の金属シートの貫通孔が、第1の金属シートのガス流路の縁下に位置する可能性が低くなる。よって、第2の金属シートが押圧により下方に曲がる可能性、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する可能性を低減できる。   According to such a configuration, in the gas diffusion device of this aspect, the number of the former through-holes per unit area is larger than the number of the latter through-holes per unit area. For example, in the plane of the second metal sheet Compared to the case where the through holes are arranged uniformly, the possibility that the through holes of the second metal sheet are located below the edge of the gas flow path of the first metal sheet is reduced. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the second metal sheet bends downward due to pressing and the possibility that damage such as cracks occurs in the through hole.

また、ガス流路からのガス通過に寄与しない第2の金属シートの貫通孔の数を少なくできるので、第2の金属シートの貫通孔の総数増加が抑制され、第2の金属シートの強度を適切に確保できる。更に、ガス流路からのガス通過に寄与する第2の金属シートの貫通孔を、第2の金属シートの貫通孔の総数増加を抑制しつつ必要な数、設けることができる。   In addition, since the number of through holes of the second metal sheet that do not contribute to gas passage from the gas flow path can be reduced, an increase in the total number of through holes of the second metal sheet is suppressed, and the strength of the second metal sheet is reduced. It can be secured appropriately. Furthermore, the required number of through holes of the second metal sheet contributing to gas passage from the gas flow path can be provided while suppressing an increase in the total number of through holes of the second metal sheet.

本開示の第3の態様のガス拡散デバイスは、第1の態様のガス拡散デバイスにおいて、複数の第2の金属シートが、第1の金属シートに近い順に第1層から第3層まで少なくとも積層されており、第2層の第2の金属シートには、第1層の第2の金属シートにおいてガス流路下に位置する貫通孔と、第3層の第2の金属シートにおいてガス流路外の第1の金属シートの領域下に位置する貫通孔とを連絡する連絡路を備える。   A gas diffusion device according to a third aspect of the present disclosure is the gas diffusion device according to the first aspect, in which the plurality of second metal sheets are stacked at least from the first layer to the third layer in the order closer to the first metal sheet. The second metal sheet of the second layer includes a through hole located below the gas flow path in the second metal sheet of the first layer, and a gas flow path in the second metal sheet of the third layer. A communication path is provided that communicates with a through hole located below the area of the first outer metal sheet.

かかる構成によると、本態様のガス拡散デバイスは、従来に比べガスを均一に拡散し得る。つまり、第2層の第2の金属シートが連絡路を備えることで、第1の金属シートのガス流路から複数の第2の金属シート内を通過するガスを一方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路の配置パターンが異なる第2の金属シートを積層させることで、ガス拡散デバイス内のガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、ガス拡散デバイスのガス拡散性が向上する。   According to such a configuration, the gas diffusion device of this aspect can diffuse gas more uniformly than in the past. In other words, the second metal sheet of the second layer includes the communication path, so that the gas passing through the plurality of second metal sheets from the gas flow path of the first metal sheet is not limited to one direction, but can be arbitrarily selected. Can be sent in the direction. Then, the direction of the gas flow in a gas diffusion device can be arbitrarily set by laminating | stacking the 2nd metal sheet from which the arrangement pattern of a connection path differs. Thereby, the gas diffusibility of a gas diffusion device improves.

また、第1の金属シートのガス流路を通じて第1層の第2の金属シートの貫通孔にガスを流入させる構成を取っているので、第2層の第2の金属シートが連絡路を備えない場合、第1の金属シートのガス流路外の部分の垂直線上に位置する第2の金属シートの貫通孔にはガスが流れない。すると、ガス拡散デバイスのガス拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本態様のガス拡散デバイスでは、上記の連絡路を介して、このような第2の金属シートの貫通孔にもガスを流すことができるので、ガス拡散デバイスのガス拡散が不均一化することを抑制できる。   In addition, since the gas is flowed into the through hole of the second metal sheet of the first layer through the gas flow path of the first metal sheet, the second metal sheet of the second layer has a communication path. When there is not, gas does not flow into the through hole of the second metal sheet located on the vertical line of the portion outside the gas flow path of the first metal sheet. Then, the gas diffusion of the gas diffusion device may be nonuniform. However, in the gas diffusion device of this aspect, since gas can also flow through such a through hole of the second metal sheet through the communication path, gas diffusion of the gas diffusion device becomes non-uniform. This can be suppressed.

本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、一対の主面を備える電解質膜と、電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散デバイスと、アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散デバイスと、カソード触媒層およびアノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、アノードガス拡散デバイスは、第1の態様−第3の態様のいずれかのガス拡散デバイスを含む。   An electrochemical hydrogen pump according to one embodiment of the present disclosure includes an electrolyte membrane having a pair of main surfaces, a cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, and an anode provided on the other main surface of the electrolyte membrane A catalyst layer; a cathode gas diffusion device provided in the cathode catalyst layer; an anode gas diffusion device provided in the anode catalyst layer; and a voltage applicator for applying a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. The anode gas diffusion device comprises the gas diffusion device of any of the first aspect-third aspect.

かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、従来に比べ、適切にカソード触媒層とカソードガス拡散層との間の接触抵抗の増加を抑制し得る。   According to such a configuration, the electrochemical hydrogen pump of this aspect can appropriately suppress an increase in contact resistance between the cathode catalyst layer and the cathode gas diffusion layer as compared with the conventional one.

具体的には、電気化学式水素ポンプの動作時に、電気化学式水素ポンプのカソードガスが高圧状態になると、電解質膜がカソードガスを通さないので、アノードガス拡散デバイス、アノード触媒層および電解質膜に高圧がかかる。このとき、アノードガス拡散デバイスを構成する第2の金属シートが圧縮変形しやすい場合、カソードガス拡散層とカソード触媒層との間の密着性が低下し、両者間で隙間が生じやすい。仮に、カソードガス拡散層とカソード触媒層との間で隙間が生じる場合、両者間の接触抵抗が増加する。しかし、本態様の電気化学式水素ポンプは、第2の金属シートが押圧により下方に曲がりにくく構成されているので、カソードガス拡散層とカソード触媒層との間の接触抵抗の増加を抑制できる。よって、本態様の電気化学式水素ポンプは、電圧印加器で印加する電圧の増加、ひいては、電気化学式水素ポンプの運転効率の低下を抑制できる。   Specifically, during operation of the electrochemical hydrogen pump, if the cathode gas of the electrochemical hydrogen pump is in a high pressure state, the electrolyte membrane does not pass the cathode gas, so that high pressure is applied to the anode gas diffusion device, the anode catalyst layer, and the electrolyte membrane. Take it. At this time, when the second metal sheet constituting the anode gas diffusion device is easily compressed and deformed, the adhesion between the cathode gas diffusion layer and the cathode catalyst layer is lowered, and a gap is easily generated between the two. If there is a gap between the cathode gas diffusion layer and the cathode catalyst layer, the contact resistance between them increases. However, the electrochemical hydrogen pump according to this aspect is configured such that the second metal sheet is less likely to bend downward due to the pressing, and therefore, an increase in contact resistance between the cathode gas diffusion layer and the cathode catalyst layer can be suppressed. Therefore, the electrochemical hydrogen pump of this aspect can suppress the increase in the voltage applied by the voltage applicator, and consequently the decrease in the operation efficiency of the electrochemical hydrogen pump.

以下、添付図面を参照しつつ、上記の本開示の各態様の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of each aspect of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.

以下で説明する実施形態は、本開示の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、請求項に記載されていない限り、本開示の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。   The embodiment described below shows an example of each aspect of the present disclosure. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of components, connection forms, and the like shown below do not limit each aspect of the present disclosure unless described in the claims. In addition, among the following constituent elements, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of this aspect are described as optional constituent elements. In the drawings, the same reference numerals are sometimes omitted. In addition, the drawings schematically show each component for easy understanding, and there are cases where the shape and dimensional ratio are not accurately displayed.

(第1実施形態)
[装置構成]
図1および図2は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。図2は、図1のA部の拡大図である。
(First embodiment)
[Device configuration]
1 and 2 are diagrams illustrating an example of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.

図1および図2に示すように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、カソード触媒層15と、アノード触媒層16と、カソードガス拡散デバイス31と、アノードガス拡散デバイス9と、電圧印加器19と、締結器27と、を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment includes an electrolyte membrane 14, a cathode catalyst layer 15, an anode catalyst layer 16, a cathode gas diffusion device 31, and an anode gas diffusion device 9. A voltage applicator 19 and a fastener 27.

カソードガス拡散デバイス31は、カソードガス拡散層31Aと、カソードセパレータ31Bと、を備える。アノードガス拡散デバイス9は、アノードガス拡散層24を備えるアノード本体1と、アノードガス流路板5と、アノード端板10と、を備える。   The cathode gas diffusion device 31 includes a cathode gas diffusion layer 31A and a cathode separator 31B. The anode gas diffusion device 9 includes an anode body 1 including an anode gas diffusion layer 24, an anode gas flow path plate 5, and an anode end plate 10.

カソードガス拡散デバイス31およびアノードガス拡散デバイス9の詳細な構成は後で説明する。   Detailed configurations of the cathode gas diffusion device 31 and the anode gas diffusion device 9 will be described later.

電気化学式水素ポンプ100の単セル100Aは、電解質膜14と、カソード触媒層15と、アノード触媒層16と、カソードガス拡散デバイス31と、アノードガス拡散デバイス9と、を備える。よって、図1の電気化学式水素ポンプ100は、3段の単セル100Aが積層されたスタックを構成しているが、単セル100Aの段数はこれに限定されない。つまり、単セル100Aの段数は、電気化学式水素ポンプ100の水素量などの運転条件をもとに適宜の数に設定することができる。   A single cell 100 </ b> A of the electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, a cathode catalyst layer 15, an anode catalyst layer 16, a cathode gas diffusion device 31, and an anode gas diffusion device 9. Therefore, although the electrochemical hydrogen pump 100 of FIG. 1 constitutes a stack in which three single cells 100A are stacked, the number of single cells 100A is not limited to this. That is, the number of stages of the single cell 100A can be set to an appropriate number based on operating conditions such as the amount of hydrogen of the electrochemical hydrogen pump 100.

締結器27は、電解質膜14、カソード触媒層15、アノード触媒層16、カソードガス拡散層31A、およびアノードガス拡散層24の積層体100Bを締結する。   The fastener 27 fastens the laminate 100B of the electrolyte membrane 14, the cathode catalyst layer 15, the anode catalyst layer 16, the cathode gas diffusion layer 31A, and the anode gas diffusion layer 24.

つまり、上記の積層体100Bを備える単セル100Aを複数個、積層状態で適切に保持するには、単セル100Aの最上層のカソードガス拡散デバイス31の端面および最下層のアノードガス拡散デバイス9の端面をそれぞれ、図示しない絶縁板などを介して端板26Uおよび端板26Dで挟み、単セル100Aに所望の締結圧をかける必要がある。そこで、端板26Uおよび端板26Dの適所に、単セル100Aに締結圧をかけるための皿ばねなどを備える複数の締結器27が設けられている。   That is, in order to appropriately hold a plurality of single cells 100A including the above-described stacked body 100B in a stacked state, the end surfaces of the uppermost cathode gas diffusion device 31 and the lowermost anode gas diffusion device 9 of the single cell 100A It is necessary to apply a desired fastening pressure to the single cell 100A by sandwiching the end faces between the end plate 26U and the end plate 26D via an insulating plate (not shown). Therefore, a plurality of fasteners 27 including disc springs or the like for applying a fastening pressure to the single cell 100A are provided at appropriate positions of the end plate 26U and the end plate 26D.

締結器27は、上記の積層体100Bを締結できれば、どのような構成であってもよい。締結器27として、例えば、端板26Uおよび端板26Dの間を貫通するボルト、および皿ばね付きナットなどを例示できる。   The fastening device 27 may have any configuration as long as the laminated body 100B can be fastened. Examples of the fastener 27 include a bolt penetrating between the end plate 26U and the end plate 26D, and a nut with a disc spring.

端板26Uには、カソードガス拡散デバイス31からのカソードガスが流通するカソードガス導出配管30が設けられている。つまり、カソードガス導出配管30は、積層状態の単セル100Aに設けられた筒状のカソードガス導出マニホルド(図示せず)に連通している。なお、カソードガス拡散デバイス31およびアノードガス拡散デバイス9の間には、平面視において、カソードガス導出マニホルドを囲むように図示しないOリングなどのシール部材が設けられ、カソードガス導出マニホルドが、このシール部材で適切にシールされている。   The end plate 26U is provided with a cathode gas outlet pipe 30 through which the cathode gas from the cathode gas diffusion device 31 flows. That is, the cathode gas outlet pipe 30 communicates with a cylindrical cathode gas outlet manifold (not shown) provided in the stacked unit cell 100A. A seal member such as an O-ring (not shown) is provided between the cathode gas diffusion device 31 and the anode gas diffusion device 9 so as to surround the cathode gas extraction manifold in a plan view. It is properly sealed with a member.

また、端板26Uには、アノードガス拡散デバイス9からの余剰のアノードガスが流通するアノードガス導出配管29も設けられている。つまり、アノードガス導出配管29は、積層状態の単セル100Aに設けられた筒状のアノードガス導出マニホルド29Aに連通している。なお、カソードガス拡散デバイス31およびアノードガス拡散デバイス9の間には、平面視において、アノードガス導出マニホルド29Aを囲むようにOリングなどのシール部材40が設けられ、アノードガス導出マニホルド29Aが、シール部材40で適切にシールされている。   The end plate 26U is also provided with an anode gas outlet pipe 29 through which excess anode gas from the anode gas diffusion device 9 flows. That is, the anode gas outlet pipe 29 communicates with a cylindrical anode gas outlet manifold 29A provided in the stacked single cell 100A. A seal member 40 such as an O-ring is provided between the cathode gas diffusion device 31 and the anode gas diffusion device 9 so as to surround the anode gas extraction manifold 29A in a plan view, and the anode gas extraction manifold 29A is sealed. It is properly sealed with a member 40.

端板26Dには、アノ−ドガス拡散デバイス9に供給されるアノードガスが流通するアノードガス導入配管28が設けられている。つまり、アノードガス導入配管28は、積層状態の単セル100Aに設けられた筒状のアノードガス導入マニホルド28Aに連通している。なお、カソードガス拡散デバイス31およびアノードガス拡散デバイス9の間には、平面視において、アノードガス導入マニホルド28Aを囲むようにOリングなどのシール部材40が設けられ、アノードガス導入マニホルド28Aが、シール部材40で適切にシールされている。   The end plate 26D is provided with an anode gas introduction pipe 28 through which the anode gas supplied to the anode gas diffusion device 9 flows. That is, the anode gas introduction pipe 28 communicates with a cylindrical anode gas introduction manifold 28A provided in the stacked single cell 100A. A seal member 40 such as an O-ring is provided between the cathode gas diffusion device 31 and the anode gas diffusion device 9 so as to surround the anode gas introduction manifold 28A in a plan view, and the anode gas introduction manifold 28A is sealed. It is properly sealed with a member 40.

電解質膜14は、一対の主面を備える。電解質膜14は、プロトン(H)を透過可能なプロトン伝導性高分子膜である。電解質膜14はプロトン伝導性高分子膜であれば、どのような膜であってもよい。例えば、電解質膜14として、フッ素系高分子電解質膜などを挙げることができる。具体的には、例えば、Nafion(登録商標、デュポン社製)、Aciplex(商品名、旭化成株式会社製)などを用いることができる。 The electrolyte membrane 14 includes a pair of main surfaces. The electrolyte membrane 14 is a proton conductive polymer membrane that can transmit protons (H + ). The electrolyte membrane 14 may be any membrane as long as it is a proton conductive polymer membrane. For example, examples of the electrolyte membrane 14 include a fluorine-based polymer electrolyte membrane. Specifically, for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (trade name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) and the like can be used.

カソード触媒層15は、電解質膜14の一方の主面(例えば、おもて面)に設けられている。なお、平面視において、カソード触媒層15の周囲を囲むようにOリング、ガスケットなどのシール部材41が設けられ、カソード触媒層15が、シール部材41で適切にシールされている。カソード触媒層15は、例えば、触媒金属として白金を含むが、これに限定されない。   The cathode catalyst layer 15 is provided on one main surface (for example, the front surface) of the electrolyte membrane 14. In plan view, a sealing member 41 such as an O-ring or a gasket is provided so as to surround the cathode catalyst layer 15, and the cathode catalyst layer 15 is appropriately sealed with the sealing member 41. The cathode catalyst layer 15 includes, for example, platinum as a catalyst metal, but is not limited thereto.

アノード触媒層16は、電解質膜14の他方の主面(例えば、うら面)に設けられている。なお、平面視において、アノード触媒層16の周囲を囲むようにOリング、ガスケットなどのシール部材42が設けられ、アノード触媒層16が、シール部材42で適切にシールされている。アノード触媒層16は、例えば、触媒金属としてRuIrFeOxを含むが、これに限定されない。   The anode catalyst layer 16 is provided on the other main surface (for example, the back surface) of the electrolyte membrane 14. In plan view, a sealing member 42 such as an O-ring or a gasket is provided so as to surround the anode catalyst layer 16, and the anode catalyst layer 16 is appropriately sealed with the sealing member 42. The anode catalyst layer 16 includes, for example, RuIrFeOx as a catalyst metal, but is not limited thereto.

カソード触媒層15もアノード触媒層16も、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるので、特に限定されない。例えば、触媒の担体としては、導電性多孔質物質粉末、炭素系粉末などを挙げることができる。炭素系粉末としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、電気導電性を有する活性炭などの粉末を挙げることができる。カーボンなどの担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合または液相混合などの方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボンなどの担体を分散させ、吸着させる方法などが挙げられる。また、必要に応じて活性酸素除去材を担体として、白金若しくは他の触媒金属を上記と同様の方法で担持することができる。白金などの触媒金属の担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。   The cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 are not particularly limited because various methods can be used as a method for preparing the catalyst. For example, examples of the catalyst carrier include conductive porous material powder and carbon-based powder. Examples of the carbon-based powder include powders such as graphite, carbon black, and activated carbon having electrical conductivity. The method for supporting platinum or other catalytic metals on a carrier such as carbon is not particularly limited. For example, a method such as powder mixing or liquid phase mixing may be used. Examples of the latter liquid phase mixing include a method of dispersing and adsorbing a carrier such as carbon in a catalyst component colloid liquid. If necessary, platinum or other catalytic metals can be supported in the same manner as described above using the active oxygen removing material as a carrier. The state of the catalyst metal such as platinum supported on the carrier is not particularly limited. For example, the catalyst metal may be finely divided and supported on the carrier with high dispersion.

電圧印加器19は、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧を印加する。具体的には、電圧印加器19の低電位側端子は、導電性のカソードガス拡散デバイス31に接続され、電圧印加器19の高電位側端子が、導電性のアノードガス拡散デバイス9に接続されている。電圧印加器19は、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。   The voltage applicator 19 applies a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16. Specifically, the low potential side terminal of the voltage applicator 19 is connected to the conductive cathode gas diffusion device 31, and the high potential side terminal of the voltage applicator 19 is connected to the conductive anode gas diffusion device 9. ing. The voltage applicator 19 may have any configuration as long as a voltage can be applied between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16.

[カソードガス拡散デバイスの構成]
図3は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプのカソードガス拡散デバイスの一例を示す図である。
[Configuration of cathode gas diffusion device]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cathode gas diffusion device of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment.

カソードガス拡散デバイス31は、カソード触媒層15に設けられている。具体的には、カソードガス拡散デバイス31のカソードガス拡散層31Aは、電解質膜14と対向していないカソード触媒層15の主面上に設けられている。また、カソードガス拡散層31Aは、所望の弾性、所望の電気伝導性および所望のガス通気性を備えていれば、どのような構成であってもよい。例えば、カソードガス拡散層31Aは、図示しない金属繊維の焼結体で構成されていてもよい。金属繊維の材質は、例えば、ステンレススチール、チタン、チタン合金、アルミニウム合金などであってもよい。なお、この金属繊維の材質は例示であって、本例に限定されない。   The cathode gas diffusion device 31 is provided in the cathode catalyst layer 15. Specifically, the cathode gas diffusion layer 31 </ b> A of the cathode gas diffusion device 31 is provided on the main surface of the cathode catalyst layer 15 that does not face the electrolyte membrane 14. The cathode gas diffusion layer 31A may have any configuration as long as it has desired elasticity, desired electrical conductivity, and desired gas permeability. For example, the cathode gas diffusion layer 31A may be formed of a sintered body of metal fibers (not shown). The material of the metal fiber may be, for example, stainless steel, titanium, titanium alloy, aluminum alloy or the like. In addition, the material of this metal fiber is an illustration, Comprising: It is not limited to this example.

カソードガス拡散デバイス31のカソードセパレータ31Bは、カソードガス拡散層31Aから導出されたカソードガスが流れる凹部35を備える。そして、カソードガス拡散層31Aは、凹部35に収納されるとともに、締結器27による積層体100Bの締結前に、凹部35からその厚み方向に、はみ出して配設されている。凹部35からのカソードガス拡散層31Aの厚み方向のはみ出し量Ecdは、電気化学式水素ポンプ100の動作時における、アノードガス拡散層24、アノード触媒層16および電解質膜14のそれぞれの圧縮量などを考慮して適宜の値に設定される。   The cathode separator 31B of the cathode gas diffusion device 31 includes a recess 35 through which the cathode gas derived from the cathode gas diffusion layer 31A flows. The cathode gas diffusion layer 31 </ b> A is housed in the recess 35, and is disposed so as to protrude from the recess 35 in the thickness direction before the laminate 100 </ b> B is fastened by the fastener 27. The protruding amount Ecd of the cathode gas diffusion layer 31A from the recess 35 in the thickness direction takes into account the compression amount of the anode gas diffusion layer 24, the anode catalyst layer 16 and the electrolyte membrane 14 when the electrochemical hydrogen pump 100 is operated. And set to an appropriate value.

また、カソードセパレータ31Bは、カソードガスが流れるマニホルド孔32Cと、凹部35内のカソードガスをマニホルド孔32Cに導出するカソードガス連通経路32Bとを備える。つまり、単セル100Aが積層された場合、筒状のカソードガス導出マニホルドが、アノードガス拡散デバイス9に設けられたマニホルド孔32A(図4参照)と、マニホルド孔32Cとによって形成される。これにより、カソードガス拡散層31Aからカソードガス連通経路32Bを通じて高圧状態のカソードガスを取り出すことができる。   The cathode separator 31B includes a manifold hole 32C through which the cathode gas flows, and a cathode gas communication path 32B through which the cathode gas in the recess 35 is led to the manifold hole 32C. That is, when the single cells 100A are stacked, a cylindrical cathode gas lead-out manifold is formed by the manifold hole 32A (see FIG. 4) provided in the anode gas diffusion device 9 and the manifold hole 32C. Thereby, the cathode gas in a high pressure state can be taken out from the cathode gas diffusion layer 31A through the cathode gas communication path 32B.

[アノードガス拡散デバイスの構成]
図4は、第1実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散デバイスの一例を示す図である。図4(a)は、アノードガス拡散デバイス9のアノード本体1を平面視した図である。図4(b)は、アノードガス拡散デバイス9のアノードガス流路板5を平面視した図である。図4(c)は、アノードガス拡散デバイス9のアノード端板10を平面視した図である。
[Configuration of anode gas diffusion device]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an anode gas diffusion device of the electrochemical hydrogen pump according to the first embodiment. FIG. 4A is a plan view of the anode body 1 of the anode gas diffusion device 9. FIG. 4B is a plan view of the anode gas flow path plate 5 of the anode gas diffusion device 9. FIG. 4C is a plan view of the anode end plate 10 of the anode gas diffusion device 9.

図4(d)は、アノードガス拡散デバイス9の断面図である。つまり、図4(d)では、図4(a)、図4(b)および図4(c)に平面視で示されたアノードガス拡散デバイス9のD−D部の断面が示されている。   FIG. 4D is a cross-sectional view of the anode gas diffusion device 9. That is, in FIG. 4D, a cross section of the DD portion of the anode gas diffusion device 9 shown in plan view in FIGS. 4A, 4B, and 4C is shown. .

アノードガス拡散デバイス9は、アノード触媒層16に設けられている。具体的には、アノードガス拡散デバイス9のアノードガス拡散層24は、電解質膜14と対向していないアノード触媒層16の主面上に設けられている。   The anode gas diffusion device 9 is provided on the anode catalyst layer 16. Specifically, the anode gas diffusion layer 24 of the anode gas diffusion device 9 is provided on the main surface of the anode catalyst layer 16 that does not face the electrolyte membrane 14.

図4(a)および図4(d)に示すように、アノードガス拡散デバイス9のアノード本体1は、アノードガス拡散層24と、アノードガス導入用のマニホルド孔3およびアノードガス導出用のマニホルド孔4と、を備える。アノード本体1は、例えば、ステンレススチール、チタン、チタン合金、アルミニウム合金などの金属で構成されていてもよい。アノード本体1の厚みは、数百μm程度(例えば、約400μm程度)であってもよい。これらの材質および厚みは例示であって、本例に限定されない。なお、アノードガス拡散層24は、1つ以上の金属シートで構成されているが、詳細は後で説明する。   4A and 4D, the anode body 1 of the anode gas diffusion device 9 includes an anode gas diffusion layer 24, a manifold hole 3 for introducing the anode gas, and a manifold hole for extracting the anode gas. 4. The anode body 1 may be made of a metal such as stainless steel, titanium, titanium alloy, or aluminum alloy. The thickness of the anode body 1 may be about several hundred μm (for example, about 400 μm). These materials and thicknesses are examples and are not limited to this example. The anode gas diffusion layer 24 is composed of one or more metal sheets, details of which will be described later.

アノードガス拡散デバイス9のアノードガス流路板5は、アノード本体1の主面上に設けられている。本実施形態のアノードガス拡散デバイス9では、アノードガス流路板5は、アノード本体1の主面と面接触している。   The anode gas flow path plate 5 of the anode gas diffusion device 9 is provided on the main surface of the anode body 1. In the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the anode gas flow path plate 5 is in surface contact with the main surface of the anode body 1.

アノードガス流路板5の材質として、例えば、ステンレススチール、チタン、チタン合金、アルミニウム合金などを用いることができる。アノードガス流路板5の厚みは、数十μm程度(例えば、約50μm程度)であってもよい。これらの材質および厚みは例示であって、本例に限定されない。   As a material of the anode gas flow path plate 5, for example, stainless steel, titanium, titanium alloy, aluminum alloy, or the like can be used. The thickness of the anode gas flow path plate 5 may be about several tens of μm (for example, about 50 μm). These materials and thicknesses are examples and are not limited to this example.

図4(b)および図4(d)に示すように、アノードガス流路板5は、アノードガス導入用のマニホルド孔7およびアノードガス導出用のマニホルド孔8を備える。   As shown in FIGS. 4B and 4D, the anode gas flow path plate 5 includes a manifold hole 7 for introducing an anode gas and a manifold hole 8 for extracting the anode gas.

マニホルド孔7およびマニホルド孔8はそれぞれ、アノード本体1のマニホルド孔3およびマニホルド孔4のそれぞれと対置するように配されている。   The manifold hole 7 and the manifold hole 8 are disposed so as to face the manifold hole 3 and the manifold hole 4 of the anode body 1, respectively.

アノードガス流路板5のアノードガス流路6は、図4(b)に示す如く、一端がマニホルド孔7と連通し、他端がマニホルド孔8の両方と連通するサーペンタイン状のスリット孔36で構成されていてもよいし、図示を省略するが、マニホルド孔7およびマニホルド孔8と連通する複数の直線状のスリット孔で構成されていてもよい。   As shown in FIG. 4B, the anode gas flow path 6 of the anode gas flow path plate 5 is a serpentine-shaped slit hole 36 having one end communicating with the manifold hole 7 and the other end communicating with both the manifold holes 8. Although not shown, it may be configured by a plurality of linear slit holes communicating with the manifold hole 7 and the manifold hole 8.

マニホルド孔7は、スリット孔36の一端と連通することで、アノードガス拡散層24へのアノードガス導入に用いられる。つまり、アノードガス流路6のスリット孔36とアノードガス拡散層24との接触部分を通過したアノードガスが、アノードガス拡散層24へ送られる。また、マニホルド孔8は、スリット孔36の他端と連通することで、アノードガス拡散層24からのアノードガス導出に用いられる。   The manifold hole 7 is used for introducing the anode gas into the anode gas diffusion layer 24 by communicating with one end of the slit hole 36. That is, the anode gas that has passed through the contact portion between the slit hole 36 of the anode gas flow path 6 and the anode gas diffusion layer 24 is sent to the anode gas diffusion layer 24. The manifold hole 8 communicates with the other end of the slit hole 36 and is used to lead out the anode gas from the anode gas diffusion layer 24.

アノードガス拡散デバイス9のアノード端板10は、アノードガス流路板5の主面のうち、アノード本体1と対向していない主面(以下、反対面)上に設けられている。具体的には、アノードガス流路板5のサーペンタイン状のスリット孔36が、アノード端板10によって反対面から覆われている。   The anode end plate 10 of the anode gas diffusion device 9 is provided on a main surface (hereinafter referred to as an opposite surface) that does not face the anode body 1 among the main surfaces of the anode gas flow path plate 5. Specifically, the serpentine-shaped slit hole 36 of the anode gas flow channel plate 5 is covered from the opposite surface by the anode end plate 10.

アノード端板10の材質としては、例えば、ステンレススチール、チタン、チタン合金、アルミニウム合金などを用いることができる。アノード端板10の厚みは、数十μm程度(例えば、約50μm程度)であってもよい。これらの材質および厚みは例示であって、本例に限定されない。   As a material of the anode end plate 10, for example, stainless steel, titanium, a titanium alloy, an aluminum alloy, or the like can be used. The thickness of the anode end plate 10 may be about several tens of μm (for example, about 50 μm). These materials and thicknesses are examples and are not limited to this example.

また、アノード端板10は、アノードガス導入用のマニホルド孔11およびアノードガス導出用のマニホルド孔12を備える。アノード端板10のマニホルド孔11およびマニホルド孔12はそれぞれ、アノードガス流路板5のマニホルド孔7およびマニホルド孔8のそれぞれと対置するように配されている。   Further, the anode end plate 10 includes a manifold hole 11 for introducing an anode gas and a manifold hole 12 for extracting the anode gas. The manifold hole 11 and the manifold hole 12 of the anode end plate 10 are respectively arranged so as to face the manifold hole 7 and the manifold hole 8 of the anode gas flow path plate 5.

以上により、単セル100Aが積層される場合、アノードガス導入マニホルド28Aが、マニホルド孔11とマニホルド孔7とマニホルド孔3とカソードセパレータ31Bのマニホルド孔とによって形成されている。アノードガス導出マニホルド29Aが、マニホルド孔12とマニホルド孔8とマニホルド孔4とカソードセパレータ31Bのマニホルド孔とによって形成されている。   As described above, when the single cells 100A are stacked, the anode gas introduction manifold 28A is formed by the manifold hole 11, the manifold hole 7, the manifold hole 3, and the manifold hole of the cathode separator 31B. The anode gas lead-out manifold 29A is formed by the manifold hole 12, the manifold hole 8, the manifold hole 4, and the manifold hole of the cathode separator 31B.

なお、アノード端板10とアノードガス流路板5とアノード本体1とが、溶接、ロウ付け、溶着などで金属接合させて一体的に結合されていてもよい。例えば、アノード端板10の主面とアノードガス流路板5の主面とアノード本体1の主面とが、拡散接合などにより面接合が行われていてもよい。これにより、アノード端板10とアノードガス流路板5とアノード本体1とを機械的な締結部材で固定して積層する場合に比べて、互いの接合部の空隙が消失するのでアノードガス拡散デバイス9の接触抵抗(電気抵抗)を低減できる。すると、アノードガス拡散デバイス9に所望の電圧を印加する場合、電気化学式水素ポンプ100に必要な消費電力の増加を抑制できる。   In addition, the anode end plate 10, the anode gas flow path plate 5, and the anode main body 1 may be integrally joined by metal joining by welding, brazing, welding, or the like. For example, the main surface of the anode end plate 10, the main surface of the anode gas flow channel plate 5, and the main surface of the anode body 1 may be surface-bonded by diffusion bonding or the like. Thereby, compared with the case where the anode end plate 10, the anode gas flow path plate 5, and the anode main body 1 are fixed and laminated with a mechanical fastening member, the gap at the joint portion disappears, so the anode gas diffusion device 9 contact resistance (electrical resistance) can be reduced. Then, when applying a desired voltage to the anode gas diffusion device 9, an increase in power consumption required for the electrochemical hydrogen pump 100 can be suppressed.

次に、図面を参照しながら、アノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する金属シートの詳細について説明する。   Next, the details of the metal sheet constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24) will be described with reference to the drawings.

図5は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。図5(a)は、アノードガス流路6が形成されている領域200(図4参照)において、アノードガス拡散デバイス9を斜視した図である。図5(b)は、図5(a)のB−B部におけるアノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第2の金属シート22を第1の金属シート21(アノードガス流路板5およびアノード端板10)とともに断面視した図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the first embodiment. FIG. 5A is a perspective view of the anode gas diffusion device 9 in a region 200 (see FIG. 4) where the anode gas flow path 6 is formed. FIG. 5B shows the second metal sheet 22 constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24) in the BB part of FIG. It is the figure seen in cross section with the road board 5 and the anode end plate 10).

図5に示すように、アノードガス拡散デバイス9のアノードガス拡散層24は、アノードガス流路6から供給されるアノードガスが通過する複数の貫通孔23を備える、1つ以上の第2の金属シート22を備える。図5には、第2の金属シート22のうちの、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aのみが示されている。第2の金属シート22A上に積層される第2の金属シート22の具体例は第2実施形態で説明する。   As shown in FIG. 5, the anode gas diffusion layer 24 of the anode gas diffusion device 9 includes a plurality of through holes 23 through which the anode gas supplied from the anode gas flow path 6 passes, and one or more second metals. A sheet 22 is provided. FIG. 5 shows only the second metal sheet 22 </ b> A adjacent to the first metal sheet 21 among the second metal sheets 22. A specific example of the second metal sheet 22 laminated on the second metal sheet 22A will be described in the second embodiment.

なお、図5では、アノードガス流路6を備える第1の金属シート21は、アノードガス流路板5とアノード端板10とによって構成されているが、これに限定されない。第1の金属シート21は、アノードガス流路が溝状に設けられている単一の金属部材であってもよい。   In FIG. 5, the first metal sheet 21 including the anode gas flow path 6 is configured by the anode gas flow path plate 5 and the anode end plate 10, but is not limited thereto. The first metal sheet 21 may be a single metal member in which the anode gas flow path is provided in a groove shape.

第2の金属シート22は、貫通孔23以外の部分は、ガス通気性を備えないように構成されている。例えば、第2の金属シート22は、厚みが数十μm〜数百μm程度の金属鋼板であってもよいが、これに限定されない。この第2の金属シート22は、例えば、金属の鋳造および圧延を行うことで製造し得る。金属の鋳造および圧延の製法は公知であるので詳細な説明を省略する。   The second metal sheet 22 is configured such that portions other than the through holes 23 do not have gas permeability. For example, the second metal sheet 22 may be a metal steel plate having a thickness of about several tens of μm to several hundreds of μm, but is not limited thereto. The second metal sheet 22 can be manufactured, for example, by performing metal casting and rolling. Since the metal casting and rolling processes are known, a detailed description is omitted.

第2の金属シート22の材質として、例えば、ステンレススチール、チタン、チタン合金、アルミニウム合金などを用いることができる。   As a material of the second metal sheet 22, for example, stainless steel, titanium, titanium alloy, aluminum alloy, or the like can be used.

ここで、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9では、図5に示すように、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aにおいて、アノードガス流路6の縁38下に位置する貫通孔は、アノードガス流路6の縁38に沿う所定の線300下に位置する貫通孔23よりも少ない。貫通孔23は、例えば、直径が数十μm程度(例えば、約50μm程度)の丸孔であってもよい。また、第2の金属シート22Aは、前者の貫通孔が後者の貫通孔23よりも少ないものであれば、どのような構成であってもよい。   Here, in the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the second metal sheet 22 </ b> A adjacent to the first metal sheet 21 is positioned below the edge 38 of the anode gas flow path 6. The number of through holes is smaller than the number of through holes 23 located below a predetermined line 300 along the edge 38 of the anode gas flow path 6. The through hole 23 may be, for example, a round hole having a diameter of about several tens of μm (for example, about 50 μm). The second metal sheet 22 </ b> A may have any configuration as long as the former through-hole is less than the latter through-hole 23.

図5に示す例では、第2の金属シート22Aの複数の貫通孔23は、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37の端部(つまり、縁38)のそれぞれからアノードガス流路6側に所定の水平距離だけ隔てた位置において、アノードガス流路6の縁線に略並行な一対の線300に沿って、等間隔ピッチで並んでいる。これらの貫通孔23は、アノードガス流路6のアノードガスが通過する開口部として構成されている。よって、貫通孔23は、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与する。   In the example shown in FIG. 5, the plurality of through holes 23 of the second metal sheet 22 </ b> A are formed from the ends (that is, the edges 38) of the ribs 37 that define the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. At positions separated by a predetermined horizontal distance on the anode gas flow path 6 side, they are lined up at equal intervals along a pair of lines 300 substantially parallel to the edge line of the anode gas flow path 6. These through holes 23 are configured as openings through which the anode gas of the anode gas flow path 6 passes. Therefore, the through hole 23 contributes to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6.

また、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9では、第2の金属シート22Aの貫通孔23は、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37には対向していない。よって、図5では、アノードガス流路6の縁38下に位置する第2の金属シート22Aの領域には、貫通孔が設けられていない。但し、線300下に位置する貫通孔23の数よりも少ない数であれば、アノードガス流路6の縁38下に位置するように貫通孔を設けても構わない。   Further, in the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the through hole 23 of the second metal sheet 22 </ b> A does not face the rib 37 that partitions the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. Therefore, in FIG. 5, no through hole is provided in the region of the second metal sheet 22 </ b> A located under the edge 38 of the anode gas flow path 6. However, if the number is smaller than the number of the through holes 23 located below the line 300, the through holes may be provided so as to be located below the edge 38 of the anode gas flow path 6.

以上により、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9は、従来に比べ、アノードガス流路6からのガスを通過させる貫通孔23が第2の金属シート22Aの適切な位置に設けられている。   As described above, in the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the through hole 23 through which the gas from the anode gas flow path 6 passes is provided at an appropriate position of the second metal sheet 22A as compared with the conventional case.

具体的には、図5(a)の二点鎖線に示すような第2の金属シート22Aの貫通孔Pが、仮に、第1の金属シート21のアノードガス流路6の縁38下に位置する場合、カソードガス拡散層31Aのガス圧により第2の金属シート22Aがアノードガス流路6上で押圧されると、この貫通孔Pの部分に曲げ応力が集中する。このため、第2の金属シート22Aにおいて、第1の金属シート21のアノードガス流路6の縁38下に位置する貫通孔の数が多い程、第2の金属シート22Aが押圧により下方に曲がる恐れ、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する恐れがある。   Specifically, the through hole P of the second metal sheet 22A as shown by the two-dot chain line in FIG. 5A is temporarily located below the edge 38 of the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. In this case, when the second metal sheet 22A is pressed on the anode gas flow path 6 by the gas pressure of the cathode gas diffusion layer 31A, bending stress concentrates on the portion of the through hole P. For this reason, in the second metal sheet 22A, the second metal sheet 22A bends downward by pressing as the number of through holes located under the edge 38 of the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21 increases. There is a fear that damage such as cracks may occur in the through hole.

しかし、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9は、アノードガス流路6の縁38下に位置する貫通孔を、当該アノードガス流路6の縁38に沿う所定の線300下に位置する貫通孔23よりも少なくすることにより、第2の金属シート22Aが押圧により下方に曲がりにくく構成されている。また、貫通孔にクラックなどの損傷が発生することを抑制し得るように構成されている。   However, in the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the through hole located under the edge 38 of the anode gas flow path 6 is changed from the through hole located under the predetermined line 300 along the edge 38 of the anode gas flow path 6. By making the number less than 23, the second metal sheet 22A is configured not to bend downward by pressing. Moreover, it is comprised so that it can suppress that damages, such as a crack, generate | occur | produce in a through-hole.

なお、以上の第2の金属シート22の材質、厚み、および、第2の金属シート22の貫通孔23の形状などは例示であって、本例に限定されない。   The material and thickness of the second metal sheet 22 and the shape of the through hole 23 of the second metal sheet 22 are examples, and are not limited to this example.

[電気化学式水素ポンプの動作]
以下、図面を参照しながら、実施形態の電気化学式水素ポンプ100の動作(運転)の一例を説明する。
[Operation of electrochemical hydrogen pump]
Hereinafter, an example of the operation (operation) of the electrochemical hydrogen pump 100 according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

なお、以下の動作の一部または全部は、図示しない制御器の制御プログラムにより行われても構わない。制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備える。演算回路として、例えば、MPU、CPUなどが例示される。記憶回路として、例えば、メモリが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。   Part or all of the following operations may be performed by a control program of a controller (not shown). The controller may have any configuration as long as it has a control function. The controller includes, for example, an arithmetic circuit and a storage circuit that stores a control program. Examples of the arithmetic circuit include an MPU and a CPU. An example of the memory circuit is a memory. The controller may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.

まず、電圧印加器19により、カソードガス拡散デバイス31とアノードガス拡散デバイス9との間に電圧を印加する。   First, a voltage is applied between the cathode gas diffusion device 31 and the anode gas diffusion device 9 by the voltage applicator 19.

次に、アノードガス導入配管28を通じて、アノードガスがアノードガス拡散デバイス9に供給される。具体的には、図4のマニホルド孔7にアノードガス導入配管28からアノードガスが供給される。すると、マニホルド孔7は、アノードガス流路6の一端と連通しているので、マニホルド孔7からアノードガス流路6にアノードガスが送られる。   Next, the anode gas is supplied to the anode gas diffusion device 9 through the anode gas introduction pipe 28. Specifically, the anode gas is supplied from the anode gas introduction pipe 28 to the manifold hole 7 of FIG. Then, since the manifold hole 7 communicates with one end of the anode gas flow path 6, the anode gas is sent from the manifold hole 7 to the anode gas flow path 6.

このとき、アノードガス流路6を流通するアノードガスの一部は、アノード本体1のアノードガス拡散層24へ送られる。アノードガス拡散層24はガス拡散作用を備えるので、アノードガス流路6からアノードガス流路板5と対向していないアノードガス拡散層24の主面(以下、反対面)へと向かうアノードガスが、アノードガス拡散層24で均一に拡散されながら、この反対面を通過できる。これにより、アノードガス拡散層24の反対面に配されたアノード触媒層16に均一にアノードガスが供給される。なお、上記の反対面を通過しなかった余剰のアノードガスは、アノードガス流路6の他端と連通したマニホルド孔8に送られ、アノードガス導出配管29へ排出される。なお、アノードガスとして、例えば、水素含有の改質ガス、水電解法で生成される水素含有ガスなどを挙げることができる。   At this time, a part of the anode gas flowing through the anode gas channel 6 is sent to the anode gas diffusion layer 24 of the anode body 1. Since the anode gas diffusion layer 24 has a gas diffusion action, the anode gas directed from the anode gas flow path 6 to the main surface (hereinafter referred to as the opposite surface) of the anode gas diffusion layer 24 not facing the anode gas flow path plate 5 is generated. The anode gas diffusion layer 24 can pass through the opposite surface while being uniformly diffused. As a result, the anode gas is uniformly supplied to the anode catalyst layer 16 disposed on the opposite surface of the anode gas diffusion layer 24. The surplus anode gas that has not passed through the opposite surface is sent to the manifold hole 8 communicating with the other end of the anode gas flow path 6 and discharged to the anode gas outlet pipe 29. Examples of the anode gas include a hydrogen-containing reformed gas and a hydrogen-containing gas generated by a water electrolysis method.

以上により、アノードガス中の水素は、アノード触媒層16上で電子を遊離してプロトン(H)となる(式(1))。遊離した電子は、電圧印加器19を介してカソード触媒層15へと移動する。 Thus, hydrogen in the anode gas releases electrons on the anode catalyst layer 16 to become protons (H + ) (formula (1)). The liberated electrons move to the cathode catalyst layer 15 via the voltage applicator 19.

一方、プロトンは、水分子を同伴しながら電解質膜14内を透過し、カソード触媒層15に移動する。カソード触媒層15では、電解質膜14を透過したプロトンと、電子とによる還元反応が行われ、カソードガス(水素ガス)が発生する(式(2))。   On the other hand, protons permeate the electrolyte membrane 14 with water molecules and move to the cathode catalyst layer 15. In the cathode catalyst layer 15, a reduction reaction is performed by protons that have permeated through the electrolyte membrane 14 and electrons, and cathode gas (hydrogen gas) is generated (formula (2)).

これにより、COガスなどの不純物を含む水素ガス(アノードガス)から高効率に水素ガスの純化が行われる。なお、アノードガスには、不純物としてCOガスを含有する場合がある。この場合、COガスは、アノード触媒層16などの触媒活性を低下させるので、COガスは、図示しないCO除去器(例えば、変成器、CO選択酸化器など)で除去する方がよい。 As a result, the hydrogen gas is purified with high efficiency from the hydrogen gas (anode gas) containing impurities such as CO 2 gas. The anode gas sometimes contains CO gas as an impurity. In this case, since CO gas reduces the catalytic activity of the anode catalyst layer 16 and the like, it is better to remove the CO gas by a CO remover (not shown) (for example, a converter, a CO selective oxidizer, etc.).

そして、カソードガス導出配管30の圧損を増やし、電圧印加器19の電圧Eを上げることで、カソードのガス圧P2が高圧になる。具体的には、アノードのガス圧P1、カソードのガス圧P2および電圧印加器19の電圧Eの関係は、以下の式(3)で定式化される。   The cathode gas pressure P2 is increased by increasing the pressure loss of the cathode gas outlet pipe 30 and increasing the voltage E of the voltage applicator 19. Specifically, the relationship among the anode gas pressure P1, the cathode gas pressure P2, and the voltage E of the voltage applicator 19 is formulated by the following equation (3).

アノード:H(低圧)→2H+2e ・・・(1)
カソード:2H+2e→H(高圧) ・・・(2)
E=(RT/2F)ln(P2/P1)+ir・・・(3)
式(3)において、Rは気体定数(8.3145J/K・mol)、Tは温度(K)、Fはファラデー定数(96485C/mol)、P2はカソードのガス圧、P1はアノードのガス圧、iは電流密度(A/cm)、rはセル抵抗(Ω・cm)である。
Anode: H 2 (low pressure) → 2H + + 2e (1)
Cathode: 2H + + 2e → H 2 (high pressure) (2)
E = (RT / 2F) ln (P2 / P1) + ir (3)
In the formula (3), R is a gas constant (8.3145 J / K · mol), T is a temperature (K), F is a Faraday constant (96485 C / mol), P2 is a cathode gas pressure, and P1 is an anode gas pressure. , I is the current density (A / cm 2 ), and r is the cell resistance (Ω · cm 2 ).

式(3)から、電圧印加器19の電圧Eを上げることで、カソードのガス圧P2を上昇させ得ることが容易に理解できる。なお、カソードガス導出配管30の圧損は、例えば、カソードガス導出配管30に設けられた開閉弁の開度により増減させることができる。   From equation (3), it can be easily understood that the cathode gas pressure P2 can be increased by increasing the voltage E of the voltage applicator 19. Note that the pressure loss of the cathode gas outlet pipe 30 can be increased or decreased by, for example, the opening degree of an on-off valve provided in the cathode gas outlet pipe 30.

そして、カソードガス拡散層31Aのガス圧が所定圧力以上になると、カソードガス導出配管30の圧損を減らすことで(例えば、開閉弁の開度を大きくすることで)、カソードガス拡散層31Aのカソードガスが、カソードガス導出配管30を通じて図示しない高圧水素タンクへ充填される。一方、カソードガス拡散層31Aのガス圧が所定圧力未満になると、カソードガス導出配管30の圧損を増やすことで(例えば、開閉弁の開度を小さくすることで)、カソードガス拡散層31Aと高圧水素タンクとが遮断される。これにより、高圧水素タンクのカソードガスが、カソードガス拡散層31Aに逆流することが抑制される。   When the gas pressure in the cathode gas diffusion layer 31A becomes equal to or higher than a predetermined pressure, by reducing the pressure loss of the cathode gas outlet pipe 30 (for example, by increasing the opening of the on-off valve), the cathode of the cathode gas diffusion layer 31A. The gas is charged into a high-pressure hydrogen tank (not shown) through the cathode gas outlet pipe 30. On the other hand, when the gas pressure of the cathode gas diffusion layer 31A becomes less than a predetermined pressure, the cathode gas diffusion layer 31A and the high pressure are increased by increasing the pressure loss of the cathode gas outlet pipe 30 (for example, by reducing the opening of the on-off valve). The hydrogen tank is shut off. As a result, the cathode gas in the high-pressure hydrogen tank is prevented from flowing back to the cathode gas diffusion layer 31A.

このようにして、電気化学式水素ポンプ100により、高純度のカソードガス(水素ガス)が、所望の目標圧力に昇圧され、高圧水素タンクへ充填される。   Thus, the electrochemical hydrogen pump 100 boosts the high purity cathode gas (hydrogen gas) to a desired target pressure and fills the high pressure hydrogen tank.

以上のカソードガスの昇圧動作では、カソードのガス圧P2が高圧になることで、電解質膜14、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24が押圧される。すると、この押圧によって、電解質膜14、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24はそれぞれ圧縮される。このとき、カソードガス拡散層31Aと電解質膜14(カソード触媒層15)との間の密着性が低いと、両者間で隙間が生じやすい。仮に、カソードガス拡散層31Aと電解質膜14(カソード触媒層15)との間で隙間が生じる場合、両者間の接触抵抗が増加する。すると、電圧印加器19で印加する電圧Eが増加することにより、電気化学式水素ポンプ100の運転効率を低下させる恐れがある。   In the cathode gas pressure increasing operation described above, the cathode gas pressure P2 becomes high, and the electrolyte membrane 14, the anode catalyst layer 16, and the anode gas diffusion layer 24 are pressed. Then, the electrolyte membrane 14, the anode catalyst layer 16, and the anode gas diffusion layer 24 are compressed by this pressing. At this time, if the adhesion between the cathode gas diffusion layer 31 </ b> A and the electrolyte membrane 14 (cathode catalyst layer 15) is low, a gap is easily generated between the two. If there is a gap between the cathode gas diffusion layer 31A and the electrolyte membrane 14 (cathode catalyst layer 15), the contact resistance between the two increases. As a result, the voltage E applied by the voltage applicator 19 increases, which may reduce the operation efficiency of the electrochemical hydrogen pump 100.

そこで、カソードガス拡散層31Aは、締結器27による積層体100Bの締結前には、図3に示すように、カソードセパレータ31Bの凹部35からその厚み方向に、はみ出し量Εcd分、はみ出すように構成されている。また、カソードガス拡散層31Aは、積層体100Bの締結では、図1および図2に示すように、締結器27によって、はみ出し量Εcd分だけ圧縮されている。よって、アノードガス拡散層24、アノード触媒層16および電解質膜14のそれぞれが圧縮変形した場合でも、カソードガス拡散層31Aが、締結器27による圧縮後の厚みから圧縮前の厚みに戻る方向に弾性変形することにより、カソードガス拡散層31Aと電解質膜14(カソード触媒層15)との間の接触を適切に維持できる。   Therefore, the cathode gas diffusion layer 31A is configured to protrude from the recess 35 of the cathode separator 31B in the thickness direction by an amount of protrusion cd before the laminate 100B is fastened by the fastener 27, as shown in FIG. Has been. In addition, the cathode gas diffusion layer 31A is compressed by the amount of protrusion Εcd by the fastener 27 as shown in FIGS. 1 and 2 when the stacked body 100B is fastened. Therefore, even when each of the anode gas diffusion layer 24, the anode catalyst layer 16, and the electrolyte membrane 14 is compressed and deformed, the cathode gas diffusion layer 31A is elastic in a direction to return from the thickness after compression by the fastener 27 to the thickness before compression. By deforming, the contact between the cathode gas diffusion layer 31A and the electrolyte membrane 14 (cathode catalyst layer 15) can be appropriately maintained.

また、アノードガス拡散デバイス9を構成する第2の金属シート22Aが圧縮変形しやすい場合、カソードガス拡散層31Aと電解質膜14(カソード触媒層15)との間の密着性が低下し、両者間で隙間が生じやすい。しかし、本実施形態の電気化学式水素ポンプ100は、アノードガス流路6の縁38下に位置する貫通孔を、アノードガス流路6の縁38に沿う所定の線300下に位置する貫通孔23よりも少なくすることにより、第2の金属シート22Aが押圧により下方に曲がりにくく構成されているので、カソードガス拡散層31Aと電解質膜14(カソード触媒層15)の間の接触抵抗の増加を抑制できる。   Further, when the second metal sheet 22A constituting the anode gas diffusion device 9 is easily compressed and deformed, the adhesion between the cathode gas diffusion layer 31A and the electrolyte membrane 14 (cathode catalyst layer 15) is lowered, and the two A gap is likely to occur. However, in the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment, the through hole located below the edge 38 of the anode gas flow path 6 is replaced with the through hole 23 located below the predetermined line 300 along the edge 38 of the anode gas flow path 6. Since the second metal sheet 22A is configured to be less likely to bend downward due to the pressure, an increase in contact resistance between the cathode gas diffusion layer 31A and the electrolyte membrane 14 (cathode catalyst layer 15) is suppressed. it can.

以上により、本実施形態の電気化学式水素ポンプ100は、電圧印加器19で印加する電圧の増加、ひいては、電気化学式水素ポンプ100の運転効率の低下を抑制できる。   As described above, the electrochemical hydrogen pump 100 according to the present embodiment can suppress an increase in the voltage applied by the voltage applicator 19 and, consequently, a decrease in operating efficiency of the electrochemical hydrogen pump 100.

(第1変形例)
図6は、第1実施形態の第1変形例のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。図6(a)は、アノードガス流路6が形成されている領域200(図4参照)において、アノードガス拡散デバイス9を斜視した図である。図6(b)は、図6(a)のB−B部におけるアノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第2の金属シート22を第1の金属シート21とともに断面視した図である。なお、図6には、第2の金属シート22のうちの、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aのみが示されている。
(First modification)
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the first modification of the first embodiment. FIG. 6A is a perspective view of the anode gas diffusion device 9 in a region 200 (see FIG. 4) where the anode gas channel 6 is formed. 6B is a cross-sectional view of the second metal sheet 22 constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24) in the BB part of FIG. 6A together with the first metal sheet 21. FIG. FIG. In FIG. 6, only the second metal sheet 22 </ b> A adjacent to the first metal sheet 21 among the second metal sheets 22 is shown.

本変形例のアノードガス拡散デバイス9は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9における、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aにおいて、第1の金属シート21のアノードガス流路6下に位置する貫通孔23と、アノードガス流路6外の第1の金属シート21の領域下に位置するとともに、貫通孔23に隣接する貫通孔23Hとの第1距離Lbは、アノードガス流路6下に位置する、複数の貫通孔23間の第2距離Laよりも長い。   The anode gas diffusion device 9 of the present modification is the same as the anode gas flow of the first metal sheet 21 in the second metal sheet 22A adjacent to the first metal sheet 21 in the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment. The first distance Lb between the through hole 23 located below the passage 6 and the first metal sheet 21 outside the anode gas flow path 6 and adjacent to the through hole 23 is It is longer than the second distance La between the plurality of through holes 23 located below the gas flow path 6.

図6に示す例では、第2の金属シート22Aの複数の貫通孔23は、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37の端部(つまり、縁38)のそれぞれからアノードガス流路6側に所定の水平距離だけ隔てた位置において、アノードガス流路6の縁線に略並行な一対の線300に沿って等間隔ピッチで並んでいる。このとき、図6に示す如く、線300に直交する水平方向において隣接する貫通孔23同士は、第2距離Laだけ離れている。これらの貫通孔23は、アノードガス流路6のアノードガスが通過する開口部として構成されている。よって、貫通孔23は、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与する。   In the example shown in FIG. 6, the plurality of through holes 23 of the second metal sheet 22 </ b> A are formed from the ends (that is, the edges 38) of the ribs 37 that define the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. At a position separated by a predetermined horizontal distance on the anode gas flow path 6 side, they are arranged at equal intervals along a pair of lines 300 substantially parallel to the edge line of the anode gas flow path 6. At this time, as shown in FIG. 6, the through holes 23 adjacent in the horizontal direction orthogonal to the line 300 are separated from each other by the second distance La. These through holes 23 are configured as openings through which the anode gas of the anode gas flow path 6 passes. Therefore, the through hole 23 contributes to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6.

また、第2の金属シート22Aの複数の貫通孔23Hは、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37の端部(つまり、縁38)のそれぞれからリブ37側に所定の水平距離だけ隔てた位置において、アノードガス流路6の縁線に略並行な一対の線400に沿って、上記の貫通孔23のピッチよりも大きい等間隔ピッチで並んでいる。このとき、図6に示す如く、線400に直交する水平方向において隣接する貫通孔23と貫通孔23Hとは、第2距離Laよりも長い第1距離Lbだけ離れている。なお、これらの貫通孔23Hは、リブ37で覆われているので、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与しない。   Further, the plurality of through holes 23H of the second metal sheet 22A are predetermined on the rib 37 side from the end portions (that is, the edges 38) of the ribs 37 that define the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. Are arranged at equal pitches larger than the pitch of the through holes 23 along a pair of lines 400 substantially parallel to the edge line of the anode gas flow path 6 at positions separated by a horizontal distance of. At this time, as shown in FIG. 6, the through hole 23 and the through hole 23H adjacent in the horizontal direction orthogonal to the line 400 are separated by a first distance Lb longer than the second distance La. Since these through holes 23H are covered with the ribs 37, they do not contribute to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6.

以上により、本変形例のアノードガス拡散デバイス9では、第1距離Lbが第2距離Laよりも長いので、例えば、第2の金属シート22Aの面内において貫通孔を均一な間隔で配置する場合に比べて、第2の金属シート22Aの貫通孔が、第1の金属シート21のアノードガス流路6の縁38下に位置する可能性が低くなる。よって、第2の金属シート22Aが押圧により下方に曲がる可能性、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する可能性を低減できる。   As described above, in the anode gas diffusion device 9 of the present modification, the first distance Lb is longer than the second distance La. For example, the through holes are arranged at a uniform interval in the surface of the second metal sheet 22A. Compared to the above, the possibility that the through hole of the second metal sheet 22A is located below the edge 38 of the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21 is reduced. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the second metal sheet 22A bends downward due to pressing and the possibility that damage such as cracks occurs in the through hole.

また、第1距離Lbを長くする程、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与しない第2の金属シート22Aの貫通孔23Hの数を少なくできるので、第2の金属シート22Aの貫通孔の総数増加が抑制され、第2の金属シート22Aの強度を適切に確保できる。更に、第2距離Laを所望の長さに設定することで、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与する第2の金属シート22Aの貫通孔23を、第2の金属シート22Aの貫通孔の総数増加を抑制しつつ必要な数、設けることができる。   Further, since the number of the through holes 23H of the second metal sheet 22A that does not contribute to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6 can be reduced as the first distance Lb is increased, the penetration of the second metal sheet 22A is reduced. The increase in the total number of holes is suppressed, and the strength of the second metal sheet 22A can be appropriately secured. Furthermore, by setting the second distance La to a desired length, the through hole 23 of the second metal sheet 22A that contributes to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6 is made to pass through the second metal sheet 22A. A necessary number can be provided while suppressing an increase in the total number of through holes.

本変形例のアノードガス拡散デバイス9は、上記特徴以外は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9と同様であってもよい。   The anode gas diffusion device 9 of the present modification may be the same as the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment except for the above features.

(第2変形例)
図7は、第1実施形態の第2変形例のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。図7(a)は、アノードガス流路6が形成されている領域200(図4参照)において、アノードガス拡散デバイス9を斜視した図である。図7(b)は、図7(a)のB−B部におけるアノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第2の金属シート22を第1の金属シート21とともに断面視した図である。なお、図7には、第2の金属シート22のうちの、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aのみが示されている。
(Second modification)
FIG. 7 is a view showing an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the second modification of the first embodiment. FIG. 7A is a perspective view of the anode gas diffusion device 9 in a region 200 (see FIG. 4) where the anode gas flow path 6 is formed. FIG. 7B is a cross-sectional view of the second metal sheet 22 constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24) in the BB part of FIG. 7A together with the first metal sheet 21. FIG. In FIG. 7, only the second metal sheet 22 </ b> A adjacent to the first metal sheet 21 among the second metal sheets 22 is shown.

本変形例のアノードガス拡散デバイス9は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9における、第1の金属シート21に隣接する第2の金属シート22Aにおいて、第1の金属シート21のアノードガス流路6下に位置する複数の貫通孔23の単位面積当たりの数は、アノードガス流路6外の第1の金属シート21の領域下に位置する複数の貫通孔23Hの単位面積当たりの数よりも多い。   The anode gas diffusion device 9 of the present modification is the same as the anode gas flow of the first metal sheet 21 in the second metal sheet 22A adjacent to the first metal sheet 21 in the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment. The number per unit area of the plurality of through holes 23 located under the path 6 is more than the number per unit area of the plurality of through holes 23H located under the region of the first metal sheet 21 outside the anode gas flow path 6. There are many.

図7に示す例では、第2の金属シート22Aの複数の貫通孔23は、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37の端部(つまり、縁38)のそれぞれからアノードガス流路6側に所定の水平距離だけ隔てた位置において、アノードガス流路6の縁線に略並行な一対の線300に沿って等間隔ピッチで並んでいる。このとき、図7に示す如く、単位面積Naを取ると、線300に沿って配された4個の貫通孔23が2列に並んでおり、その結果、貫通孔23の単位面積Na当たりの数は8個である。これらの貫通孔23は、アノードガス流路6のアノードガスが通過する開口部として構成されている。よって、貫通孔23は、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与する。   In the example shown in FIG. 7, the plurality of through holes 23 of the second metal sheet 22 </ b> A are formed from the end portions (that is, the edges 38) of the ribs 37 that define the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. At a position separated by a predetermined horizontal distance on the anode gas flow path 6 side, they are arranged at equal intervals along a pair of lines 300 substantially parallel to the edge line of the anode gas flow path 6. At this time, as shown in FIG. 7, when the unit area Na is taken, the four through holes 23 arranged along the line 300 are arranged in two rows. As a result, the unit area Na per unit area Na of the through holes 23 The number is eight. These through holes 23 are configured as openings through which the anode gas of the anode gas flow path 6 passes. Therefore, the through hole 23 contributes to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6.

また、第2の金属シート22Aの複数の貫通孔23Hは、第1の金属シート21のアノードガス流路6を区画するリブ37の端部(つまり、縁38)のそれぞれからリブ37側に所定の水平距離だけ隔てた位置において、アノードガス流路6の縁線に略並行な一対の線500に沿って、上記の貫通孔23のピッチよりも大きい等間隔ピッチで並んでいる。このとき、図7に示す如く、単位面積Naと同一面積となるように、単位面積Nbを取ると、線500に沿って配された3個の貫通孔23Hが2列に並んでおり、その結果、貫通孔23Hの単位面積Nb当たりの数は、貫通孔23の単位面積Na当たりの数よりも少ない、6個である。なお、これらの貫通孔23Hは、リブ37で覆われているので、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与しない。   Further, the plurality of through holes 23H of the second metal sheet 22A are predetermined on the rib 37 side from the end portions (that is, the edges 38) of the ribs 37 that define the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. Are arranged at equal pitches larger than the pitch of the through holes 23 along a pair of lines 500 substantially parallel to the edge line of the anode gas flow path 6 at positions separated by a horizontal distance of. At this time, as shown in FIG. 7, when the unit area Nb is taken so as to be the same area as the unit area Na, the three through holes 23H arranged along the line 500 are arranged in two rows. As a result, the number of the through holes 23H per unit area Nb is six, which is smaller than the number of the through holes 23 per unit area Na. Since these through holes 23H are covered with the ribs 37, they do not contribute to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6.

以上により、本変形例のアノードガス拡散デバイス9では、貫通孔23の単位面積Na当たりの数が、貫通孔23Hの単位面積Nb当たりの数よりも多いので、例えば、第2の金属シート22Aの面内で貫通孔を均等に配置する場合に比べて、第2の金属シート22Aの貫通孔が、第1の金属シート21のアノードガス流路6の縁38下に位置する可能性が低くなる。よって、第2の金属シート22Aが押圧により下方に曲がる可能性、貫通孔にクラックなどの損傷が発生する可能性を低減できる。   As described above, in the anode gas diffusion device 9 of the present modification, the number of the through holes 23 per unit area Na is larger than the number of the through holes 23H per unit area Nb. The possibility that the through holes of the second metal sheet 22 </ b> A are located below the edge 38 of the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21 is lower than in the case where the through holes are evenly arranged in the plane. . Therefore, it is possible to reduce the possibility that the second metal sheet 22A bends downward due to pressing and the possibility that damage such as cracks occurs in the through hole.

また、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与しない第2の金属シート22Aの貫通孔23Hの数を少なくできるので、第2の金属シート22Aの貫通孔の総数増加が抑制され、第2の金属シート22Aの強度を適切に確保できる。更に、アノードガス流路6からのアノードガスの通過に寄与する第2の金属シート22Aの貫通孔23を、第2の金属シート22Aの貫通孔の総数増加を抑制しつつ必要な数、設けることができる。   Further, since the number of through holes 23H of the second metal sheet 22A that does not contribute to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6 can be reduced, an increase in the total number of through holes of the second metal sheet 22A is suppressed, and the second The strength of the second metal sheet 22A can be appropriately secured. Furthermore, the necessary number of through holes 23 of the second metal sheet 22A contributing to the passage of the anode gas from the anode gas flow path 6 are provided while suppressing an increase in the total number of through holes of the second metal sheet 22A. Can do.

本変形例のアノードガス拡散デバイス9は、上記特徴以外は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9と同様であってもよい。   The anode gas diffusion device 9 of the present modification may be the same as the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment except for the above features.

(第2実施形態)
図8は、第2実施形態のアノードガス拡散デバイスを構成する金属シートの一例を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a metal sheet constituting the anode gas diffusion device of the second embodiment.

図8(a)は、アノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第1層の第2の金属シート22Aを平面視した図である。図8(b)は、アノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第2層の第2の金属シート22Bを平面視した図である。図8(c)は、アノードガス拡散デバイス9(アノードガス拡散層24)を構成する第3層の第2の金属シート22Cを平面視した図である。   FIG. 8A is a plan view of the second metal sheet 22A of the first layer constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24). FIG. 8B is a plan view of the second metal sheet 22B of the second layer constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24). FIG. 8C is a plan view of the third metal sheet 22C of the third layer constituting the anode gas diffusion device 9 (anode gas diffusion layer 24).

なお、図8(a)では、第1層の第2の金属シート22Aとして、第1実施形態(図5)の第2の金属シート22Aが図示されているが、これに限定されない。図8(a)の第1層の第2の金属シート22Aは、第1実施形態の第1変形例(図6)の第2の金属シート22Aでもよいし、第1実施形態の第2変形例(図7)の第2の金属シート22Aでもよい。   In FIG. 8A, the second metal sheet 22A of the first embodiment (FIG. 5) is illustrated as the second metal sheet 22A of the first layer, but the present invention is not limited to this. The second metal sheet 22A of the first layer in FIG. 8A may be the second metal sheet 22A of the first modification (FIG. 6) of the first embodiment, or the second modification of the first embodiment. The second metal sheet 22A of the example (FIG. 7) may be used.

図8(d)は、アノードガス拡散デバイス9の断面図である。つまり、図8(d)では、図8(a)、図8(b)および図8(c)に平面視で示されたアノードガス拡散デバイス9のD−D部の断面が示されている。   FIG. 8D is a cross-sectional view of the anode gas diffusion device 9. That is, FIG. 8D shows a cross-section of the DD portion of the anode gas diffusion device 9 shown in plan view in FIGS. 8A, 8B, and 8C. .

本実施形態のアノードガス拡散デバイス9は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9において、複数の第2の金属シート22が、第1の金属シート21に近い順に第1層から第3層まで少なくとも積層されており、第2層の第2の金属シート22Bには、第1層の第2の金属シート22Aにおいてアノードガス流路6下に位置する貫通孔23Dと、第3層の第2の金属シート22Cにおいてアノードガス流路6外の第1の金属シート21の領域下に位置する貫通孔23Uとを連絡する連絡路25を備える。   The anode gas diffusion device 9 of the present embodiment is the same as the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment, in which the plurality of second metal sheets 22 are arranged from the first layer to the third layer in the order closer to the first metal sheet 21. At least, the second metal sheet 22B of the second layer has a through hole 23D positioned below the anode gas flow path 6 in the second metal sheet 22A of the first layer, and a second layer of the third layer. The metal sheet 22 </ b> C includes a communication path 25 that communicates with a through-hole 23 </ b> U located below the region of the first metal sheet 21 outside the anode gas flow path 6.

図8に示す例では、連絡路25は、連絡路25が設けられた第2層の第2の金属シート22Bの上方の第3層の第2の金属シート22Cの貫通孔23Uと、下方の第1層の第2の金属シート22Aの貫通孔23Dとを連絡する。この場合、貫通孔23Uと貫通孔23Dとは、連絡路25の長さ分、第2の金属シート22の主面と平行な方向に偏倚している。   In the example shown in FIG. 8, the communication path 25 includes a through hole 23 </ b> U of the second metal sheet 22 </ b> C of the third layer above the second metal sheet 22 </ b> B of the second layer provided with the communication path 25, and It communicates with the through hole 23D of the second metal sheet 22A of the first layer. In this case, the through hole 23 </ b> U and the through hole 23 </ b> D are biased in a direction parallel to the main surface of the second metal sheet 22 by the length of the communication path 25.

連絡路25は、このような貫通孔23Uおよび貫通孔23D同士を連絡できれば、どのような構成であってもよい。例えば、貫通孔23Uおよび貫通孔23Dが、直径が数十μm程度の丸孔である場合、連絡路25は、幅が数十μm程度の長円状のスリット孔であってもよい。これらの貫通孔23U、貫通孔23Dおよび連絡路25の形状および寸法は例示であって、本例に限定されない。   The communication path 25 may have any configuration as long as the through-hole 23U and the through-hole 23D can communicate with each other. For example, when the through hole 23U and the through hole 23D are round holes having a diameter of about several tens of μm, the communication path 25 may be an elliptical slit hole having a width of about several tens of μm. The shapes and dimensions of these through-holes 23U, through-holes 23D, and communication paths 25 are merely examples, and are not limited to this example.

以上により、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9は、従来に比べアノードガスを均一に拡散し得る。つまり、第2層の第2の金属シート22Bが連絡路25を備えることで、第1の金属シート21のアノードガス流路6から複数の第2の金属シート22内を通過するアノードガスを一方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路25の配置パターンが異なる第2の金属シート22を積層させることで、アノードガス拡散デバイス9内のアノードガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、アノードガス拡散デバイス9のガス拡散性が向上する。   As described above, the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment can diffuse the anode gas more uniformly than in the past. In other words, since the second metal sheet 22B of the second layer includes the communication path 25, the anode gas passing through the plurality of second metal sheets 22 from the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21 is reduced. It can be sent in any direction, not just the direction. Then, the direction of the anode gas flow in the anode gas diffusion device 9 can be arbitrarily set by laminating the second metal sheets 22 having different arrangement patterns of the communication paths 25. Thereby, the gas diffusibility of the anode gas diffusion device 9 is improved.

また、第1の金属シート21のアノードガス流路6を通じて第1層の第2の金属シート22Aの貫通孔23Dにガスを流入させる構成を取っているので、第2層の第2の金属シート22Bが連絡路を備えない場合、第1の金属シート21のアノードガス流路6外のリブ37の領域の垂直線上に位置する第3層の第2の金属シート22Cの貫通孔23Uにはアノードガスが流れない。すると、アノードガス拡散デバイス9のガス拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本実施形態のアノードガス拡散デバイス9では、上記の連絡路25を介して、このような第3層の第2の金属シート22Cの貫通孔23Uにもアノードガスを流すことができるので、アノードガス拡散デバイス9のガス拡散が不均一化することを抑制できる。   Further, since the gas is allowed to flow into the through hole 23D of the second metal sheet 22A of the first layer through the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21, the second metal sheet of the second layer When 22B is not provided with a connecting path, the anode is not provided in the through hole 23U of the second metal sheet 22C of the third layer located on the vertical line of the region of the rib 37 outside the anode gas flow path 6 of the first metal sheet 21. Gas does not flow. Then, the gas diffusion of the anode gas diffusion device 9 may be nonuniform. However, in the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the anode gas can be caused to flow also into the through hole 23U of the second metal sheet 22C of the third layer through the communication path 25. It is possible to suppress the gas diffusion of the anode gas diffusion device 9 from becoming non-uniform.

本実施形態のアノードガス拡散デバイス9は、上記特徴以外は、第1実施形態のアノードガス拡散デバイス9と同様であってもよい。   The anode gas diffusion device 9 of the present embodiment may be the same as the anode gas diffusion device 9 of the first embodiment except for the above features.

なお、第1実施形態、第1実施形態の第1変形例、第1実施形態の第2変形例および第2実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。   Note that the first embodiment, the first modification of the first embodiment, the second modification of the first embodiment, and the second embodiment may be combined with each other as long as they do not exclude each other.

また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。   In addition, many modifications and other embodiments of the disclosure are apparent to those skilled in the art from the foregoing description. Accordingly, the foregoing description is to be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the disclosure. Details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the present disclosure.

本開示の一態様は、従来に比べ、ガス流路からのガスを通過させる貫通孔が金属シートの適切な位置に設けられているガス拡散デバイスに利用できる。   One aspect of the present disclosure can be used for a gas diffusion device in which a through-hole through which a gas from a gas flow path passes is provided at an appropriate position of a metal sheet, as compared with the related art.

1 :アノード本体
3 :マニホルド孔
4 :マニホルド孔
5 :アノードガス流路板
6 :アノードガス流路
7 :マニホルド孔
8 :マニホルド孔
9 :アノードガス拡散デバイス
10 :アノード端板
11 :マニホルド孔
12 :マニホルド孔
14 :電解質膜
15 :カソード触媒層
16 :アノード触媒層
19 :電圧印加器
21 :第1の金属シート
22 :第2の金属シート
22A :第2の金属シート
22B :第2の金属シート
22C :第2の金属シート
23 :貫通孔
23D :貫通孔
23H :貫通孔
23U :貫通孔
24 :アノードガス拡散層
25 :連絡路
26D :端板
26U :端板
27 :締結器
28 :アノードガス導入配管
28A :アノードガス導入マニホルド
29 :アノードガス導出配管
29A :アノードガス導出マニホルド
30 :カソードガス導出配管
31 :カソードガス拡散デバイス
31A :カソードガス拡散層
31B :カソードセパレータ
32A :マニホルド孔
32B :カソードガス連通経路
32C :マニホルド孔
35 :凹部
36 :スリット孔
37 :リブ
38 :縁
40 :シール部材
41 :シール部材
42 :シール部材
100 :電気化学式水素ポンプ
100A :単セル
100B :積層体
1: Anode body 3: Manifold hole 4: Manifold hole 5: Anode gas flow path plate 6: Anode gas flow path 7: Manifold hole 8: Manifold hole 9: Anode gas diffusion device 10: Anode end plate 11: Manifold hole 12: Manifold hole 14: electrolyte membrane 15: cathode catalyst layer 16: anode catalyst layer 19: voltage applicator 21: first metal sheet 22: second metal sheet 22A: second metal sheet 22B: second metal sheet 22C : 2nd metal sheet 23: Through hole 23D: Through hole 23H: Through hole 23U: Through hole 24: Anode gas diffusion layer 25: Connection path 26D: End plate 26U: End plate 27: Fastener 28: Anode gas introduction pipe 28A: Anode gas introduction manifold 29: Anode gas outlet piping 29A: Anode gas outlet manifold 30: F Sword gas outlet piping 31: cathode gas diffusion device 31A: cathode gas diffusion layer 31B: cathode separator 32A: manifold hole 32B: cathode gas communication path 32C: manifold hole 35: recess 36: slit hole 37: rib 38: edge 40: seal member 41: Seal member 42: Seal member 100: Electrochemical hydrogen pump 100A: Single cell 100B: Laminate

Claims (5)

ガス流路を備える第1の金属シートと、前記ガス流路から供給されるガスが通過する複数の貫通孔を備える、1つ以上の第2の金属シートとを備え、前記第1の金属シートに隣接する前記第2の金属シートにおいて、前記ガス流路の縁下に位置する前記貫通孔は、当該ガス流路の前記縁に沿う所定の線下に位置する貫通孔よりも少ない、ガス拡散デバイス。   A first metal sheet having a gas flow path, and one or more second metal sheets having a plurality of through holes through which gas supplied from the gas flow path passes, the first metal sheet In the second metal sheet adjacent to the gas diffusion, the through hole located below the edge of the gas flow path is less than the through hole located below a predetermined line along the edge of the gas flow path. device. 前記第1の金属シートに隣接する前記第2の金属シートにおいて、前記ガス流路下に位置する貫通孔と、前記ガス流路外の前記第1の金属シートの領域下に位置するとともに、当該貫通孔に隣接する貫通孔との距離は、前記ガス流路下に位置する、複数の貫通孔間の距離よりも長い、請求項1記載のガス拡散デバイス。   In the second metal sheet adjacent to the first metal sheet, the through-hole located under the gas flow path and the region of the first metal sheet outside the gas flow path, and the The gas diffusion device according to claim 1, wherein a distance from a through hole adjacent to the through hole is longer than a distance between the plurality of through holes located under the gas flow path. 前記第1の金属シートに隣接する第2の金属シートにおいて、前記ガス流路下に位置する複数の貫通孔の単位面積当たりの数は、前記ガス流路外の前記第1の金属シートの領域下に位置する複数の貫通孔の単位面積当たりの数よりも多い、請求項1記載のガス拡散デバイス。   In the second metal sheet adjacent to the first metal sheet, the number per unit area of the plurality of through holes located below the gas flow path is the area of the first metal sheet outside the gas flow path. The gas diffusion device according to claim 1, wherein the number of the plurality of through-holes located below is larger than the number per unit area. 複数の第2の金属シートが、前記第1の金属シートに近い順に第1層から第3層まで少なくとも積層されており、前記第2層の前記第2の金属シートには、前記第1層の前記第2の金属シートにおいて前記ガス流路下に位置する貫通孔と、前記第3層の前記第2の金属シートにおいて前記ガス流路外の前記第1の金属シートの領域下に位置する貫通孔とを連絡する連絡路を備える、請求項1記載のガス拡散デバイス。   A plurality of second metal sheets are laminated at least from the first layer to the third layer in the order close to the first metal sheet, and the second metal sheet of the second layer includes the first layer. A through hole located under the gas flow path in the second metal sheet, and a region of the first metal sheet outside the gas flow path in the second metal sheet of the third layer. The gas diffusion device according to claim 1, further comprising a communication path that communicates with the through hole. 一対の主面を備える電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、
前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、
前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散デバイスと、
前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散デバイスと、
前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、
を備え、
前記アノードガス拡散デバイスは、請求項1−4のいずれか1項に記載のガス拡散デバイスを含む、電気化学式水素ポンプ。
An electrolyte membrane comprising a pair of main surfaces;
A cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane;
An anode catalyst layer provided on the other main surface of the electrolyte membrane;
A cathode gas diffusion device provided in the cathode catalyst layer;
An anode gas diffusion device provided in the anode catalyst layer;
A voltage applicator for applying a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer;
With
The said anode gas diffusion device is an electrochemical hydrogen pump containing the gas diffusion device of any one of Claims 1-4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111082091A (en) * 2018-10-18 2020-04-28 松下知识产权经营株式会社 Electrochemical hydrogen pump
CN112340814A (en) * 2019-08-09 2021-02-09 宁波方太厨具有限公司 Electrode plate, electrode plate module, preparation method of electrode plate module and sterilization and desalination treatment method
CN114684788A (en) * 2020-12-29 2022-07-01 中石化石油工程技术服务有限公司 Hydrogen separation and purification device and method for hydrogen-containing mixed gas

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111082091A (en) * 2018-10-18 2020-04-28 松下知识产权经营株式会社 Electrochemical hydrogen pump
CN111082091B (en) * 2018-10-18 2024-02-02 松下知识产权经营株式会社 Electrochemical hydrogen pump
CN112340814A (en) * 2019-08-09 2021-02-09 宁波方太厨具有限公司 Electrode plate, electrode plate module, preparation method of electrode plate module and sterilization and desalination treatment method
CN112340814B (en) * 2019-08-09 2021-11-26 宁波方太厨具有限公司 Electrode plate, electrode plate module, preparation method of electrode plate module and sterilization and desalination treatment method
CN114684788A (en) * 2020-12-29 2022-07-01 中石化石油工程技术服务有限公司 Hydrogen separation and purification device and method for hydrogen-containing mixed gas
CN114684788B (en) * 2020-12-29 2023-07-07 中石化石油工程技术服务有限公司 Hydrogen separation and purification device and method for hydrogen-containing mixed gas

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