JP2020112282A - 電気化学式圧縮ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率な電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の提供。【解決手段】電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３のアノード側給電板とカソード側給電板との間に、電気的開閉手段Ａ１２０および電気的開平手段Ｂ１２１を有したバイパス回路Ａ１１８およびバイパス回路Ｂ１１９を設けた構成としてある。これにより、温度や電圧が上昇した電気化学圧縮機のみバイパス回路に備えた電気的開閉手段を接続して、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を下げることができるので、電気化学式圧縮機の温度や電圧を下げることができ、給電システム全体の電流を下げることなく、効率よく電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を運転することができる。【選択図】図１

Description

本発明は電気化学式圧縮ヒートポンプ装置に関するものである。

燃料電池に使用されている電解質膜に電圧を加えると、作動流体であるＨ_２がプロトン（Ｈ^＋）に変化し、電解質膜の一方から他方へと移動する。この時、プロトンは、水、アルコール、アンモニアなどの極性物質を伴って電解質膜の中を移動する。この現象を利用して極性物質のガスを圧縮する技術は、「電気化学式圧縮」と呼ばれており、この技術を応用した圧縮機は、「電気化学式圧縮機」と呼ばれている。

近年、地球環境保護の観点から、この電気化学式圧縮機を使用したヒートポンプ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。図６は、同文献に記載された従来の電気化学式圧縮機の構成を示す概念図である。

図５に示すように、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１は、複数の電気化学式圧縮機２、３と、圧縮した極性物質を凝縮させる凝縮器４と、凝縮された極性物質を膨張させる膨張器などの膨張手段５と、極性物質を蒸発させる蒸発器６と、それらをつなげる配管７、８、９、１０により構成される。

また、図６に示すように、電気化学式圧縮機２、３は、電解質膜・電極接合体２３と、電解質膜・電極接合体２３を挟むように配置されたアノード側給電板２４と、カソード側給電板２５により構成される。この、アノード側給電板２４と、カソード側給電板２５は、電解質膜・電極接合体２３に電圧を加える役割をする。また、電解質膜・電極接合体２３は、高分子材料からなる電解質膜３２を挟むように配置された触媒層３５とガス拡散層３６から構成されるアノード側電極３３とカソード側電極３４とから構成されている。

ここで、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１の給電システムは、電気化学式圧縮機２、３の給電板２４、２５に電圧をかけるために直流電源１１が用いられるが、複数の電気化学式圧縮機を備える場合は、直流電源１１と複数のセルの給電板２４、２５を直列に接続して、直流電源１１の台数を減らしている。また、給電システムは、一定の能力を出すために、電流を制御している。

米国特許第４５９３５３４号明細書

しかしながら、前記従来の構成では、運転中に電気化学式圧縮機の温度が高くなると、それに伴い、電気化学式圧縮機の抵抗値が高くなる。抵抗値が高いので既定の電流を流すために、電圧を上げる必要があり、その結果、電気化学式圧縮機が発熱し、さらに温度が上昇してしまい、余計な発熱によるロスが発生して、電気化学式圧縮機の効率低下を起こしてしまう。また、温度が上昇することで、電解質膜・電極接合体の劣化も促進される。

このような場合、給電システム全体に流している電流を下げれば、電気化学式圧縮機の発熱を抑制することができるが、正常な他の電気化学式圧縮機の電流も下がるため、極性物質の循環量が低下し、能力が低下するという課題を生じる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給電システム全体の電流を下げることなく、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機のみ温度や電圧を下げるようにして、高効率の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置は、それぞれの電気化学式圧縮機のアノード側給電板とカソード側給電板との間に、電気的開閉手段を有したバイパス回路を設けた構成としてある。

これによって、温度や電圧が上昇した電気化学圧縮機のみバイパス回路の電気的開閉手段を接続して、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を下げることができ、電気化学式圧縮機の温度や電圧を下げることができる。

本発明の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置は、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機のみ温度や電圧を下げることができるので、給電システム全体の電流を下げることなく、効率よく電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を運転することができる。

本発明の実施の形態１における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図 同実施の形態１における電気化学式圧縮機内部の構成および作動流体と電子の流れを示す概念図 同実施の形態１における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置おける給電システムの制御を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図 従来の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図 従来の電気化学式圧縮機の構成を示す概念図

第１の発明は、少なくとも２枚の給電板と、２枚の給電板にはさまれた電解質膜・電極接合体とを備えた複数の電気化学式圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を配管によって環状に連結した冷媒回路と、前記電気化学式圧縮機に電気を供給する電源とを有し、前記複数の電気化学式圧縮機の電気配線を直列に接続し、且つ、それぞれの電気化学式圧縮機の２枚の給電板間に、電気的開閉手段を有したバイパス回路を設けた構成としてある。

これにより、複数の電気化学式圧縮機のうち、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機のみ、バイパス回路に備えた電気的開閉手段を接続して、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を下げることができ、給電システム全体の電流値を下げることなく、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機の温度や電圧を下げることができる。よって、給電システム全体の電流を下げることなく、効率良く電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を運転することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記バイパス回路に電気的開閉手段とともに負荷抵抗装置を設けた構成としてある。

これにより、バイパス回路に備えた電気的開閉手段を接続して、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を下げたとき、バイパスした電気化学式圧縮機のアノード側給電板とカソード側給電板間の電圧は、負荷抵抗装置により、ゼロにならないので、バイパスした電気化学式圧縮機の稼働を完全に止めることなく、電気化学式圧縮機の温度低下を図ることができる。よって、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量の低下を低減できる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、前記負荷抵抗装置を固定抵抗とした構成としてある。

これにより、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を安価に構成することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記電気的開閉手段を電磁開閉器とした構成としてある。

これにより、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置を安価な構成とすることができるとともに、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置に大電流を流すことができるので、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量を増加させることができる。

第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記電気的開閉手段を半導体スイッチとした構成としてある。

これにより、電気的開閉手段を駆動する電気入力を下げることができる。また、電気的開閉手段の短絡時と切断時に発生しやすい電磁ノイズの発生も抑制できる。さらに、半導体スイッチは、電磁開閉器のような機械的駆動部分がないので、寿命が長く、信頼性を向上することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明において、前記半導体スイッチをトランジスタとした構成としてある。

これにより、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を調整できる。よって、電気化学式圧縮機の温度に基づいて、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧を変えることで、電気化学式圧縮機を極力、停止させずに電気化学式圧縮機の温度を下げることができ、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量の低下を低減できる。

第７の発明は、特に、第５の発明において、前記半導体スイッチを電界効果トランジスタとした構成としてある。

これにより、アノード側給電板とカソード側給電板間の電圧をスイッチングできる。よって、電気化学式圧縮機の温度に基づいて、アノード側給電板とカソード側給電板間のスイッチング幅を変えることで、電気化学式圧縮機を極力、停止させずに電気化学式圧縮機の温度を下げることができる。また、電界効果トランジスタを用いることで、少ない消費電力でスイッチングできるので、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の省エネが図れる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。図２は、同実施の形態１における電気化学式圧縮機内部の構成および作動流体と電子の流れを示す概念図である。図３は、同実施の形態１における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置における給電システムの制御を示すフローチャートである。

図１と図２において、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１は、２台の電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３と、凝縮器１０４と、膨張機構１０５と、蒸発器１０６とを備え、電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３の吐出ポート１３１（図２参照）と凝縮器１０４の入口との間を配管Ａ１０７、凝縮器１０４の出口と膨張機構１０５の入口との間を配管Ｂ１０８、膨張機構１０５の出口と蒸発器１０６の入口との間を配管Ｃ１０９、蒸発器１０６の出口と電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３の吸入ポート１３０（図２参照）との間を配管１１０で接続している。

電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３は、図２に示すように、電解質膜・電極接合体１２３と、電解質膜・電極接合体１２３を挟むように配置されたアノード側給電板１２４と、カソード側給電板１２５と、その両側をアノード側固定板１２８とカソード側固定板１２９とで挟みこんでいる。

電解質膜・電極接合体１２３は、高分子材料からなる電解質膜１３２を挟むように配置されたアノード側電極１３３とカソード側電極１３４とから構成されている。ここで、電解質膜・電極接合体１２３は、例えばナフィオン（デュポン社の登録商標）のようなパーフルオロスルホン酸膜が挙げられる。

アノード側電極１３３およびカソード側電極１３４は、それぞれカーボンクロスのような導電性基材からなるガス拡散層１３６と、導電性基材に担持された、触媒からなる触媒層１３５とで構成されている。なお、本実施の形態では、触媒層１３５には白金のような貴金属を含む触媒を用いているが、鉄のような卑金属を含む触媒や、金属を含まない触媒を用いてもよい。

また、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１には、電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３を駆動する直流電源１１１が備え付けられている。直流電源１１１の正極と電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４を電気配線Ａ１１３で、電気化学式圧縮機Ａ１０２のカソード側給電板１２５と電気化学式圧縮機Ｂ１０３のアノード側給電板１２４を電気配線Ｂ１１４で、電気化学式圧縮機Ｂ１０３のカソード側給電板１２５と直流電源１１１の負極を電気配線Ｃ１１５で、それぞれ接続している。

また、電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５との間にバイパス回路Ａ１１８が接続され、電気化学式圧縮機Ｂ１０３のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５との間にバイパス回路Ｂ１１９が接続されている。バイパス回路Ａ１１８、バイパス回路Ｂ１１９の途中には、電気的開閉手段Ａ１２０、電気的開閉手段Ｂ１２１が、それぞれ備え付けられている。この電気的開閉手段Ａ１２０により、バイパス回路Ａ１１８を、また電気的開閉手段Ｂ１２１によりバイパス回路Ｂ１１９が、遮断されている。

また、電気化学式圧縮機Ａ１０２と電気化学式圧縮機Ｂ１０３には、電気化学式圧縮機の温度を測定する温度測定器１１６と、アノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５との間の電圧を測定する電圧測定器１１７と、測定された温度データと電圧データを受けて、直流電源１１１と、電気的開閉手段Ａ１２０、電気的開閉手段Ｂ１２１を制御するコントローラ１１２が備わっている。

次に、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１で使用する作動流体について説明する。

作動流体として、冷媒及び非凝縮性ガスが充填されている。冷媒は、凝縮性流体である。非凝縮性ガスは、電気化学的に活性なガスであり、冷媒を圧縮するために使用される。

本実施の形態では、電気化学的に活性な非凝縮性ガスとして、水素ガスが使用されている。また、冷媒として、極性物質が使用されている。具体的には、冷媒として、水、アルコール、アンモニアなどの自然冷媒が使用できる。自然冷媒の使用は、オゾン層の保護、地球温暖化の防止などの環境保護の観点で望ましい。アルコールとして、メタノール、エタノールなどの低級アルコールが挙げられる。水およびアルコールは、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／ＪＩＳ Ｚ８７０３）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の冷媒である。常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を使用すると、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１の運転時において、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１の内部の圧力は大気圧を下回る。冷媒としてアンモニアを使用した場合、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１は、例えば、凝縮器１０４及び蒸発器１０６の内部の圧力が大気圧よりも高い圧力となる条件で運転できる。上記の冷媒は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。凍結防止などの理由から、冷媒には、不凍剤が含まれていてもよい。不凍剤として、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコールを使用できる。不凍剤を含む冷媒として、水とアルコールとの混合冷媒が挙げられる。アルコールは冷媒としても機能できる。

以上のように構成された電気化学式圧縮ヒートポンプ装置と電気化学式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電気化学式圧縮機の圧縮作用を説明する。

電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３のアノード側固定板１２８の吸入ポート１３０付近の作動流体は、アノード側給電板１２４に設けられた流路１２６を通って、電解質膜・電極接合体１２３のアノード側電極１３３に接触する。アノード側電極１３３とカソード側電極１３４の間には、アノード側電極１３３が電位的に高くなるように電圧をかけられており、アノード側電極１３３側の触媒層１３５に接触した非凝縮性ガスの水素分子（Ｈ_２）は電離反応により電子（ｅ⁻）を放出し、イオン化し、プロトン（Ｈ^＋）となり、極性を有するようになる。

その結果、プロトン（Ｈ^＋）は、電位差によって、アノード側電極１３３側からカソード側電極１３４側へ強制的に電解質膜１３２内を移動させられる。その際、極性物質である複数の水分子（Ｈ_２Ｏ）を随伴する作用がある。

そして、電解質膜１３２を通過したプロトン（Ｈ^＋）はカソード側電極１３４側の触媒層１３５において先述の電離反応と逆の反応により電子（ｅ⁻）を受け取り、プロトン（Ｈ^＋）の状態から元の水素分子（Ｈ_２）の状態に戻る。

アノード側電極１３３とカソード側電極１３４の間にある電位差によって強制的に移動させられた一つのプロトン（Ｈ^＋）が複数の水分子（Ｈ_２Ｏ）をアノード側電極１３３側からカソード側電極１３４側へ随伴することにより、冷媒の水分子（Ｈ_２Ｏ）の密度がアノード側電極１３３側よりカソード側電極１３４側の方が高くなる。すなわち、電解質膜・電極接合体１２３を隔てて冷媒である水の圧縮現象が起き、圧縮が行われる。

次に上記電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３を用いて構成した電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の動作について説明する。

直流電源１１１から、電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３に一定電流を保つように電圧が印加されると、前述したように電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３は、作動流体を吸入ポート１３０から吸入し、吐出ポート１３１から圧縮された作動流体を配管Ａ１０７に吐き出す。圧縮された作動流体は、凝縮器１０４に流入し、流入した作動流体の中の冷媒である水は、凝縮器１０４にて周囲に放熱することにより、凝縮する。その後、膨張機構１０５により減圧された冷媒である水は、蒸発器１０６に流入する。蒸発器１０６により周囲の熱を吸収して蒸発した水は、配管Ｄ１１０を経由して吸入ポート１３０に戻る。

以上のような動作により、蒸発器１０６にて冷媒が蒸発する際に周囲の熱を奪う作用を利用して、例えば冷却を行う。また、凝縮器１０４にて冷媒が凝縮する際に周囲に熱を放熱する作用を利用して、例えば加熱を行う。

ここで、電気化学式圧縮ヒートポンプの運転中に電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の温度が高くなると、それに伴い、電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の抵抗値が高くなる。抵抗値が高いので既定の電流を流すために、電圧を上げる必要があり、その結果、電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３が発熱し、さらに温度が上昇してしまい、余計な発熱によるロスが発生して、電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の効率が低下する。そのため、電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３への電流の供給を止めて、電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の温度を下げる必要がある。

そこで、本実施の形態の電気化学式圧縮機Ａ１０２、電気化学式圧縮機Ｂ１０３には、電気的開閉手段Ａ１２０を有するバイパス回路Ａ１１８、電気的開閉手段Ｂ１２１を有するバイパス回路Ｂ１１９が設けられている。

以下、２台の電気化学式圧縮機のうちの１台の温度が上昇した場合の動作を例にして、図３のフローチャートも加えて温度を下げる動作の説明をする。ここでは、電気化学式圧縮機Ａ１０２の温度が上昇した場合について説明する。

電気化学式圧縮機Ａ１０２の温度が上昇すると、アノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の抵抗値が上がるので、一定電流値で動作しているアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の電圧も上昇する。

温度や電圧が設定された規定値を超えると、コントローラ１１２は電気的開閉手段Ａ１２０をＣＬＯＳＥにして、電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間を短絡する。この短絡により、電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の電圧は、ほぼゼロとなるので、電気化学式圧縮機Ａ１０２は動作しなくなり、電気化学式圧縮機Ａ１０２の温度は低下していく。その間、もう１台の電気化学式圧縮機Ｂ１０３は、最初に設定した電流値を保つことができるので、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の能力が落ちることはない。

電気化学式圧縮機Ａ１０２は電流が流れなくなると、温度が低下し、温度が規定値以下になったときに、電気的開閉手段Ａ１２０をＯＰＥＮにして、電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間にあるバイパス回路Ａ１１８の電気的接続を切り離す。また電圧については、電圧が規定値以下になってから、一定時間後に電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間にあるバイパス回路Ａ１１８の電気的接続を切り離す。この動作により、電気化学式圧縮機Ａ１０２は圧縮動作を再開する。

ここでは、電気化学式圧縮機Ａ１０２の温度が上昇した場合について説明したが、電気化学式圧縮機Ｂ１０３の温度が上昇した場合も同様の動作を行う。また、２台より多くの電気化学式圧縮機を用いる場合も、同様な動作を行う。

以上の動作により、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１において、一定の電流で作動する複数の電気化学式圧縮機のうち、一部の電気化学式圧縮機の温度や電圧が上昇した場合に、規定した電流を下げることなく、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機のみ温度や電圧を下げることができるので、正常な他の電気化学式圧縮機の稼働率を低下させないとともに、電気化学式圧縮機の劣化を抑制することができる。

また、上記電気的開閉手段Ａ１２０および電気的開閉手段Ｂ１２１に電磁開閉器を用いることで、安価な構成でシステムに大電流を流すことができる。

また、電気的開閉手段Ａ１２０および電気的開閉手段Ｂ１２１に半導体スイッチを用いることで、電気的開閉手段を駆動する電気入力を下げることができる。さらに、電気的開閉手段の短絡時と切断時に発生しやすい電磁ノイズの発生も抑制できる。さらに、半導体スイッチは、電磁開閉器のような機械的駆動部分がないので、寿命が長く、信頼性を向上することができる。

また、半導体スイッチにトランジスタを用いることで、アノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の電圧を調整でき、電気化学式圧縮機Ａ１０２または電気化学式圧縮機Ｂ１０３の温度に基づいて、アノード側給電板１２４とカソード給電板１２５間の電圧を変えることができる。これにより、電気化学式圧縮機Ａ１０２または電気化学式圧縮機Ｂ１０３を極力停止させずに電気化学式圧縮機の温度を下げることができるので、電気化学圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量の低下を低減できる。さらに、電圧を無段階で調整できるので、電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３の稼働率を変えることができる。

また、半導体スイッチに電界効果トランジスタを用いることで、アノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の電圧をスイッチングできる。これにより、電気化学式圧縮機の温度に基づいて、スイッチング幅を変えることができ、温度の低下具合を調整できるとともに、電気化学式圧縮機Ａ１０２および電気化学式圧縮機Ｂ１０３を極力、停止させずに電気化学式圧縮機の温度を下げることができる。また、電界効果トランジスタを用いてスイッチングしているので、スイッチングで消費する電力も少なくて済む。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。なお、実施の形態１と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態２における電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１は、バイパス回路Ａ１１８とバイパス回路Ｂ１１９に負荷抵抗装置１２２を直列に接続している。

この実施の形態２においても、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置１０１の動作中に、電気化学圧縮機の温度が上昇した場合のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の短絡と切り離しの動作は実施の形態１と同じである。

次に、新たに設けた負荷抵抗装置１２２による作用を説明する。

電気的開閉手段Ａ１２０をＣＬＯＳＥにして、電気化学式圧縮機Ａ１０２のアノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間を短絡させたときに、負荷抵抗装置１２２により、アノード側給電板１２４とカソード側給電板１２５間の電圧は、負荷抵抗装置１２２の抵抗値に応じて、短絡前の電圧より低い電圧がかかるようになる。これにより、電気化学式圧縮機Ａ１０２の温度を低下させることができるとともに、電気化学式圧縮機Ａ１０２の稼働は継続しているので、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の大幅な冷媒循環量の低下にはならない。つまり、電気化学式圧縮機の稼働を完全に止めることなく、電気化学式圧縮機の温度低下を図ることができ、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量の低下を低減できる。

また、上記負荷抵抗装置１２２を固定抵抗にすることで、本回路を安価に構成することができるとともに、大電流を流すことが可能となるので、電気化学式圧縮ヒートポンプ装置の冷媒循環量を増加させることができる。

以上のように、本発明にかかる電気化学式圧縮ヒートポンプ装置は、電流値を下げることなく、温度や電圧が上昇した電気化学式圧縮機の温度や電圧を下げることができるので、ヒートポンプ装置の能力を維持できるとともに、過昇温も防ぐことができ、エアコンだけでなく、ワインセラー等の冷蔵用のヒートポンプ装置等の用途にも適用できる。

１０１ 電気化学式圧縮ヒートポンプ装置
１０２ 電気化学式圧縮機Ａ
１０３ 電気化学式圧縮機Ｂ
１０４ 凝縮器
１０５ 膨張機構
１０６ 蒸発器
１０７ 配管Ａ
１０８ 配管Ｂ
１０９ 配管Ｃ
１１１ 直流電源
１１３ 電気配線Ａ
１１４ 電気配線Ｂ
１１５ 電気配線Ｃ
１１６ 温度測定器
１１７ 電圧測定器
１１８ バイパス回路Ａ
１１９ バイパス回路Ｂ
１２０ 電気的開閉手段Ａ
１２１ 電気的開閉手段Ｂ
１２３ 電解質膜・電極接合体
１２４ アノード側給電板（給電板）
１２５ カソード側給電板（給電板）

Claims (7)

1. 少なくとも２枚の給電板と、２枚の給電板にはさまれた電解質膜・電極接合体とを備えた複数の電気化学式圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を配管によって環状に連結した冷媒回路と、前記電気化学式圧縮機に電気を供給する電源とを有し、前記複数の電気化学式圧縮機の電気配線を直列に接続し、且つ、それぞれの電気化学式圧縮機の２枚の給電板間に、電気的開閉手段を有したバイパス回路を設けた電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
2. バイパス回路に電気的開閉手段とともに負荷抵抗装置を設けた請求項１に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
3. 負荷抵抗装置を固定抵抗とした請求項２に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
4. 電気的開閉手段を電磁開閉器とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
5. 電気的開閉手段を半導体スイッチとした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
6. 半導体スイッチをトランジスタとした請求項５に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。
7. 半導体スイッチを電界効果トランジスタとした請求項５に記載の電気化学式圧縮ヒートポンプ装置。

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