JP6979626B2 - Hydrogen supply system - Google Patents

Hydrogen supply system Download PDF

Info

Publication number
JP6979626B2
JP6979626B2 JP2017151767A JP2017151767A JP6979626B2 JP 6979626 B2 JP6979626 B2 JP 6979626B2 JP 2017151767 A JP2017151767 A JP 2017151767A JP 2017151767 A JP2017151767 A JP 2017151767A JP 6979626 B2 JP6979626 B2 JP 6979626B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
anode
voltage
cathode
supply system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017151767A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019031700A (en
Inventor
邦弘 鵜飼
修 酒井
英延 脇田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2017151767A priority Critical patent/JP6979626B2/en
Publication of JP2019031700A publication Critical patent/JP2019031700A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6979626B2 publication Critical patent/JP6979626B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本開示は水素供給システム関する。 This disclosure relates to a hydrogen supply system.

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。水素は燃焼しても基本的に水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素が排出されずかつ窒素酸化物などもほとんど排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。また、水素を燃料として高効率に利用する装置として、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。 In recent years, hydrogen has been attracting attention as a clean alternative energy source to replace fossil fuels due to environmental problems such as global warming and energy problems such as depletion of petroleum resources. Even if hydrogen burns, it basically releases only water, carbon dioxide that causes global warming is not emitted, and nitrogen oxides are hardly emitted, so it is expected as a clean energy. Further, as a device that uses hydrogen as a fuel with high efficiency, for example, there is a fuel cell, and the development and popularization of the fuel cell are progressing for a power source for an automobile and a private power generation for home use.

来るべき水素社会では、水素を製造することに加えて、高密度で水素を貯蔵し、小容量かつ低コストで水素を輸送または利用し得る技術開発が求められている。特に、分散型のエネルギー源となる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、燃料供給インフラにおいて、水素を安定的に供給するために、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 the coming hydrogen society, in addition to producing hydrogen, there is a need for technological development that can store hydrogen at high density and transport or utilize hydrogen at low capacity and low cost. In particular, in order to promote the spread of fuel cells, which are distributed energy sources, it is necessary to develop fuel supply infrastructure. Therefore, various proposals have been made to purify and boost high-purity hydrogen in order to stably supply hydrogen in the fuel supply infrastructure.

例えば、高圧水素製造装置では、カソード側の高ガス圧による押圧に対して、電解質膜およびアノード給電体が変形することで、カソード給電体と、電解質膜およびアノード給電体との間で接触抵抗が増加する可能性がある。そこで、電解質膜およびアノード給電体の変形に対して、カソード給電体を電解質膜に密着させるための皿バネまたはコイルバネを備える押圧構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, in a high-pressure hydrogen production apparatus, the electrolyte membrane and the anode feeder are deformed in response to the pressing by the high gas pressure on the cathode side, so that the contact resistance between the cathode feeder and the electrolyte membrane and the anode feeder is increased. May increase. Therefore, a pressing structure including a disc spring or a coil spring for bringing the cathode feeder into close contact with the electrolyte membrane has been proposed against deformation of the electrolyte membrane and the anode feeder (see, for example, Patent Document 1).

また、膜−電極接合体の損傷の回避および密着性向上のため、チタン繊維とチタン繊維の間に、チタン粉末または炭素系材料粉末などの導電性材料粉末を充填して表面を平滑化した金属繊維積層体を備える電気化学セル用給電体が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to avoid damage to the film-electrode joint and improve adhesion, a metal whose surface is smoothed by filling a conductive material powder such as titanium powder or carbon-based material powder between titanium fibers. A feeder for an electrochemical cell including a fiber laminate has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

また、高圧環境に対する耐久性を確保しながら、低コストで改質ガスから水素を精製および昇圧するため、複数枚積層されたセル構造と、このセル構造の積層方向に締結力を付与する締結構造とを備える水素精製昇圧装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, in order to purify and boost hydrogen from the reformed gas at low cost while ensuring durability against a high-pressure environment, a cell structure in which multiple sheets are laminated and a fastening structure that imparts fastening force in the stacking direction of this cell structure. A hydrogen purification booster comprising the above has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

特開2006−70322号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-70322 特開2002−69681号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-69681 国際公開第2015/020065号International Publication No. 2015/020065

ところで、水素エネルギーを高効率で利用することが従来から望まれているので、水素供給システムの水素圧縮動作時の効率向上が重要である。 By the way, since it has been conventionally desired to utilize hydrogen energy with high efficiency, it is important to improve the efficiency of the hydrogen supply system during hydrogen compression operation.

ここで、従来例では、水素供給システムの触媒層と給電体との間の電気的接触の視点から水素圧縮動作時の効率を向上することが検討されているが、水素供給システムの水素の拡散性を確保する視点から水素圧縮動作時の効率を向上することは検討されていない。 Here, in the conventional example, it is considered to improve the efficiency during the hydrogen compression operation from the viewpoint of the electrical contact between the catalyst layer of the hydrogen supply system and the feeder, but the diffusion of hydrogen in the hydrogen supply system From the viewpoint of ensuring the properties, it has not been considered to improve the efficiency during hydrogen compression operation.

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、水素の拡散性を適切に確保することで、水素圧縮動作時の効率を従来よりも向上し得る水素供給システムを提供する。 One aspect (aspect) of the present disclosure has been made in view of such circumstances, and by appropriately ensuring the diffusivity of hydrogen, hydrogen supply that can improve the efficiency during hydrogen compression operation as compared with the conventional case. Provide the system.

上記課題を解決するため、本開示の一態様の水素供給システムは、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および前記カソード触媒層に接して設けられたカソードガス拡散層を含むカソードと、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および前記アノード触媒層に接して設けられたアノードガス拡散層を含むアノードと、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、前記電圧印加器により電圧を印加して、前記アノードから前記カソードにプロトンを移動させる動作中に、前記電圧印加器による電圧印加を中断させる制御器と、を備える。 In order to solve the above problems, the hydrogen supply system of one aspect of the present disclosure includes an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode gas provided in contact with the cathode catalyst layer. A cathode including a diffusion layer, an anode including an anode catalyst layer provided on the other main surface of the electrolyte membrane and an anode gas diffusion layer provided in contact with the anode catalyst layer, the cathode catalyst layer and the anode catalyst. A voltage applicator that applies a voltage between layers and a controller that interrupts the voltage application by the voltage applicator during the operation of applying a voltage by the voltage applicator to move a proton from the anode to the cathode. And.

本開示の一態様の水素供給システムは、水素の拡散性を適切に確保することで、水素圧縮動作時の効率を従来よりも向上し得るという効果を奏する。 The hydrogen supply system of one aspect of the present disclosure has an effect that the efficiency at the time of hydrogen compression operation can be improved as compared with the conventional case by appropriately ensuring the diffusibility of hydrogen.

図1は、第1実施形態の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the first embodiment. 図2は、第1実施形態の水素供給システム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 showing an example of an electrochemical hydrogen pump of the hydrogen supply system of the first embodiment. 図3は、第1実施形態の水素供給システムの電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an electrochemical hydrogen pump of the hydrogen supply system of the first embodiment. 図4は、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. 4 is a diagram showing an example of a cathode gas diffusion device of an electrochemical hydrogen pump. 図5は、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. 5 is a diagram showing an example of an anode gas diffusion device of an electrochemical hydrogen pump. 図6は、第1実施形態の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the first embodiment. 図7は、第1実施形態の第1変形例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a first modification of the first embodiment. 図8は、第1実施形態の第2変形例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second modification of the first embodiment. 図9は、第1実施形態の第1実施例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the first embodiment of the first embodiment. 図10は、第1実施形態の第1実施例の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the first embodiment of the first embodiment. 図11は、第1実施形態の第2実施例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second embodiment of the first embodiment. 図12は、第1実施形態の第2実施例の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the second embodiment of the first embodiment. 図13は、第2実施形態の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the second embodiment. 図14は、第2実施形態の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the second embodiment. 図15は、第2実施形態の第2実施例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second embodiment of the second embodiment. 図16は、第2実施形態の変形例の水素供給システムの一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a modification of the second embodiment. 図17は、第3実施形態の水素供給システムの報知器の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of an alarm of the hydrogen supply system of the third embodiment. 図18は、第3実施形態の水素供給システムの報知器の一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of an alarm of the hydrogen supply system of the third embodiment.

水素供給システムの水素圧縮動作時の効率向上について鋭意検討が行われ、水素供給システムの触媒層およびガス拡散層における水の分布状態によりポンプ性能が左右されることが次第に明らかになってきた。 Efforts have been made to improve the efficiency of the hydrogen supply system during hydrogen compression operation, and it has gradually become clear that the pump performance depends on the distribution of water in the catalyst layer and gas diffusion layer of the hydrogen supply system.

水素供給システムの水素圧縮動作時には、アノードからカソードにプロトンと同伴して移動(浸透)した水が、カソードおよびアノード間の差圧によってカソードからアノードに逆流(逆浸透)する。これにより、アノード触媒層およびアノードガス拡散層においてフラディング(ガス流路の水による閉塞現象)を引き起こす可能性がある。 During the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system, water that moves (permeates) from the anode to the cathode along with protons flows back (back-permeates) from the cathode to the anode due to the differential pressure between the cathode and the anode. This may cause flooding (a phenomenon of water blockage in the gas flow path) in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer.

例えば、水素供給システムの水素圧縮動作時に、水素ガス(以下、アノードガス)がアノードガス流路を上流から下流へ通過する過程で、アノードガス中のプロトンが、電解質膜を通じてカソードに移動する構成を取る場合、アノードガス流路の下流側を流れるアノードガス中の水素ガス量は、上流側を流れるアノードガスの水素ガス量よりも少ない。 For example, during the hydrogen compression operation of a hydrogen supply system, the protons in the anode gas move to the cathode through the electrolyte membrane in the process of the hydrogen gas (hereinafter referred to as the anode gas) passing through the anode gas flow path from upstream to downstream. In this case, the amount of hydrogen gas in the anode gas flowing on the downstream side of the anode gas flow path is smaller than the amount of hydrogen gas in the anode gas flowing on the upstream side.

これに対して、アノードガス中には、上記のとおり、カソードおよびアノード間の差圧によってカソードからアノードに水が逆流(逆浸透)する。よって、以上の構成を取る場合、アノードガス流路の下流側を流れるアノードガスの露点は、上流側を流れるアノードガスの露点に比べて高くなる。すると、アノードガス流路の下流側におけるアノード触媒層およびアノードガス拡散層で、上記のフラディングを引き起こしやすい。 On the other hand, in the anode gas, as described above, water flows back (reverse osmosis) from the cathode to the anode due to the differential pressure between the cathode and the anode. Therefore, when the above configuration is adopted, the dew point of the anode gas flowing on the downstream side of the anode gas flow path is higher than the dew point of the anode gas flowing on the upstream side. Then, the above-mentioned flooding is likely to occur in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer on the downstream side of the anode gas flow path.

そして、このようなフラディングが発生すると、水素供給システムの水素の拡散性が阻害されるので、所望のプロトン移動を確保するためのポンプ動作に必要な電圧印加器の電圧が増加する。つまり、発明者らは、以上のフラディング現象が水素供給システムの水素圧縮動作時の効率を低下させる要因となり得ることを見出し、以下の本開示の一態様を完成させるに至った。 When such flooding occurs, the diffusivity of hydrogen in the hydrogen supply system is hindered, so that the voltage of the voltage adapter required for the pump operation to secure the desired proton transfer increases. That is, the inventors have found that the above flooding phenomenon can be a factor that lowers the efficiency of the hydrogen supply system during the hydrogen compression operation, and have completed the following aspect of the present disclosure.

すなわち、本開示の第1の態様の水素供給システムは、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およびカソード触媒層に接して設けられたカソードガス拡散層を含むカソードと、電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層およびアノード触媒層に接して設けられたアノードガス拡散層を含むアノードと、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、電圧印加器により電圧を印加して、アノードからカソードにプロトンを移動させる動作中に、電圧印加器による電圧印加を中断させる制御器と、を備える。 That is, the hydrogen supply system of the first aspect of the present disclosure includes an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode gas diffusion layer provided in contact with the cathode catalyst layer. And a voltage that applies a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer including the anode gas diffusion layer provided in contact with the anode catalyst layer and the anode catalyst layer provided on the other main surface of the electrolyte membrane. It includes an adapter and a controller that interrupts voltage application by the voltage applyer during the operation of applying a voltage by the voltage applyer to move protons from the anode to the cathode.

また、本開示の第2の態様の水素供給システムは、第1の態様の水素供給システムにおいて、制御器は、予め設定される所定時間、電圧印加器による電圧印加を中断させても良い。 Further, in the hydrogen supply system of the second aspect of the present disclosure, in the hydrogen supply system of the first aspect, the controller may interrupt the voltage application by the voltage adapter for a predetermined time set in advance.

かかる構成によると、本態様の水素供給システムは、水素の拡散性を適切に確保することで、水素圧縮動作時の効率を従来よりも向上し得る。 According to such a configuration, the hydrogen supply system of this embodiment can improve the efficiency at the time of hydrogen compression operation as compared with the conventional case by appropriately ensuring the diffusivity of hydrogen.

具体的には、電圧印加器によりカソード触媒層およびアノード触媒層間の電圧を印加することで、アノードからカソードにプロトンを移動させる動作中において、この電圧印加が中断する。すると、アノードからカソードへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Specifically, by applying a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer with a voltage applyer, this voltage application is interrupted during the operation of moving protons from the anode to the cathode. Then, the movement of protons and water from the anode to the cathode can be stopped for the above-mentioned predetermined time.

これにより、上記の所定時間は、アノードガスの露点は、アノードガス流路の下流側と上流側とで変化しにくくなる。つまり、この場合、アノードガス流路の入口から流入したアノードガスは、水素ガス量および水蒸気量を一定に保ったまま、アノードガス流路内を通過した後、アノードガス流路の出口から流入する。 As a result, the dew point of the anode gas is less likely to change between the downstream side and the upstream side of the anode gas flow path for the above predetermined time. That is, in this case, the anode gas flowing in from the inlet of the anode gas flow path passes through the anode gas flow path while keeping the hydrogen gas amount and the water vapor amount constant, and then flows in from the outlet of the anode gas flow path. ..

このようにして、本態様の水素供給システムは、上記の所定時間は、アノード触媒層およびアノードガス拡散層においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を行うことができる。そして、仮に、フラディングが発生した場合、水素供給システムの水素の拡散性が阻害される可能性があるが、本態様の水素供給システムは、以上の構成により、このような可能性を低減できる。 In this way, the hydrogen supply system of this embodiment can perform a refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer for the above-mentioned predetermined time. If flooding occurs, the diffusibility of hydrogen in the hydrogen supply system may be hindered, but the hydrogen supply system of this embodiment can reduce such possibility by the above configuration. ..

本開示の第3の態様の水素供給システムは、第1の態様または第2の態様の水素供給システムにおいて、カソードから出力される水素ガスが流れるカソードガス流路と、カソードガス流路に設けられた逆止弁と、を備えても良い。 The hydrogen supply system of the third aspect of the present disclosure is provided in the cathode gas flow path through which the hydrogen gas output from the cathode flows and the cathode gas flow path in the hydrogen supply system of the first aspect or the second aspect. It may be provided with a check valve.

かかる構成によると、カソード触媒層およびアノード触媒層間の電圧印加を中断させた場合において、逆止弁の作用により、外部からカソードに流入するガスの流れを抑制できる。よって、本態様の水素供給システムは、逆止弁を備えない場合に比べて、カソードの圧力変動を抑制することができる。 According to such a configuration, when the voltage application between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is interrupted, the flow of gas flowing into the cathode from the outside can be suppressed by the action of the check valve. Therefore, the hydrogen supply system of this embodiment can suppress the pressure fluctuation of the cathode as compared with the case where the check valve is not provided.

本開示の第4の態様の水素供給システムは、第1の態様−第3の態様のいずれかの水素供給システムにおいて、カソードから出力される水素ガスが流れるカソードガス流路と、カソードガス流路に設けられた弁と、を備え、制御器は、電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、弁を閉止させても良い。 The hydrogen supply system according to the fourth aspect of the present disclosure includes a cathode gas flow path through which hydrogen gas output from the cathode flows and a cathode gas flow path in the hydrogen supply system according to any one of the first aspect and the third aspect. The controller may close the valve when the voltage application by the voltage applyer is interrupted.

かかる構成によると、カソード触媒層およびアノード触媒層間の電圧印加を中断させた場合において、弁の閉止作用により、カソード内の水素ガスの流れを抑制できる。よって、本態様の水素供給システムは、弁を閉止しない場合に比べてカソードのガス圧を高圧に維持することができる。 According to such a configuration, when the voltage application between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is interrupted, the flow of hydrogen gas in the cathode can be suppressed by the closing action of the valve. Therefore, the hydrogen supply system of this embodiment can maintain the gas pressure of the cathode at a high pressure as compared with the case where the valve is not closed.

以上により、カソード触媒層およびアノード触媒層間の電圧印加を再開した場合に、仮に、カソードのガス圧が低圧になっていると、カソードのガス圧を低圧から高圧するための時間ロスおよびエネルギーロスが発生する恐れがあるが、本態様の水素供給システムは、上記の構成により、このような不都合を軽減できる。 As described above, if the voltage application between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is restarted and the gas pressure of the cathode is low, there is a time loss and an energy loss for increasing the gas pressure of the cathode from low pressure to high pressure. Although it may occur, the hydrogen supply system of this embodiment can alleviate such inconvenience by the above configuration.

また、カソードのガス圧を高圧に維持することにより、電解質膜の膜厚方向および面内方向における電解質膜の湿潤状態の分布を均一にするリフレッシュ運転を行うことができる。よって、電解質膜の電気抵抗の増加を抑制でき、その結果、水素供給システムの水素圧縮動作に必要な消費電力の増加を抑制できる。なお、本リフレッシュ運転の詳細は、第1実施形態の第2変形例で説明する。 Further, by maintaining the gas pressure of the cathode at a high pressure, a refresh operation can be performed to make the distribution of the wet state of the electrolyte membrane uniform in the film thickness direction and the in-plane direction of the electrolyte membrane. Therefore, it is possible to suppress an increase in the electrical resistance of the electrolyte membrane, and as a result, it is possible to suppress an increase in power consumption required for the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system. The details of this refresh operation will be described with reference to the second modification of the first embodiment.

本開示の第5の態様の水素供給システムは、第1の態様−第4の態様のいずれかの水素供給システムにおいて、制御器は、電圧印加器の印加電圧が増加すると、電圧印加器による電圧印加を中断させても良い。 The hydrogen supply system according to the fifth aspect of the present disclosure is the hydrogen supply system according to any one of the first aspect to the fourth aspect. The application may be interrupted.

アノードでフラディングが発生すると、水素供給システムの水素の拡散性が阻害されるので、所望のプロトン移動を確保するためのポンプ動作に必要な電圧印加器の電圧が上昇する。つまり、電圧印加器の電圧は、フラディング現象に相関する値である。 Flooding at the anode impedes the diffusivity of hydrogen in the hydrogen supply system, thus increasing the voltage of the voltage adapter required for pump operation to ensure the desired proton transfer. That is, the voltage of the voltage applyer is a value that correlates with the flooding phenomenon.

また、電圧印加器の電圧はセル抵抗の増加に伴って上昇する。このセル抵抗は電解質膜の電気抵抗と直結しており、電解質膜の湿潤状態が変化することで、電解質膜の電気抵抗が変化する結果、セル抵抗が変化する。例えば、電圧印加器の電圧が増加した場合、電解質膜の湿潤状態に不均一な分布が発生していると予測できる。つまり、電圧印加器の電圧は、電解質膜の湿潤状態に相関する値である。 Further, the voltage of the voltage applyer rises as the cell resistance increases. This cell resistance is directly linked to the electric resistance of the electrolyte membrane, and the cell resistance changes as a result of the change in the electric resistance of the electrolyte membrane due to the change in the wet state of the electrolyte membrane. For example, when the voltage of the voltage applyer increases, it can be predicted that a non-uniform distribution occurs in the wet state of the electrolyte membrane. That is, the voltage of the voltage applyer is a value that correlates with the wet state of the electrolyte membrane.

そこで、本態様の水素供給システムでは、電圧印加器の電圧について所定の閾値電圧が設定されている。そして、電圧印加器の印加電圧が、閾値電圧を上回る場合に、電圧印加器による電圧印加を中断することで、アノードからカソードへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Therefore, in the hydrogen supply system of this embodiment, a predetermined threshold voltage is set for the voltage of the voltage applyer. Then, when the voltage applied by the voltage applyer exceeds the threshold voltage, the transfer of protons and water from the anode to the cathode can be stopped for the above-mentioned predetermined time by interrupting the voltage application by the voltage applyer.

これにより、フラディング現象に相関する電圧印加器の印加電圧に基づいて、アノード触媒層およびアノードガス拡散層においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を行うことができる。また、電解質膜の湿潤状態に相関する電圧印加器の印加電圧に基づいて、例えば、カソードのガス圧を高圧に維持することで、電解質膜の膜厚方向および面内方向における電解質膜の湿潤状態の分布を均一にするリフレッシュ運転を行うこともできる。 This makes it possible to perform a refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer based on the applied voltage of the voltage applyer that correlates with the flooding phenomenon. Further, based on the applied voltage of the voltage adapter that correlates with the wet state of the electrolyte membrane, for example, by maintaining the gas pressure of the cathode at a high pressure, the wet state of the electrolyte membrane in the film thickness direction and the in-plane direction of the electrolyte membrane is maintained. It is also possible to perform a refresh operation to make the distribution of the above uniform.

本開示の第6の態様の水素供給システムは、第1の態様−第5の態様のいずれかの水素供給システムにおいて、カソード側の圧力を計測する圧力計測器を備え、制御器は、圧力計測器で計測する圧力が増加すると、電圧印加器による電圧印加を中断させても良い。 The hydrogen supply system of the sixth aspect of the present disclosure comprises a pressure measuring instrument for measuring the pressure on the cathode side in any one of the first aspect-fifth aspect, and the controller measures the pressure. When the pressure measured by the device increases, the voltage application by the voltage applyer may be interrupted.

水素供給システムのフラディングは、上記のとおり、アノードからカソードにプロトンと同伴して移動(浸透)した水が、カソードおよびアノード間の差圧によってカソードからアノードに逆流(逆浸透)することで発生する現象である。よって、カソードおよびアノード間の差圧が大きい程(つまり、カソードのガス圧が高い程)、水素供給システムのフラディングは発生しやすくなる。 As described above, flooding of the hydrogen supply system occurs when water that has moved (penetrated) from the anode to the cathode along with protons flows back (back-penetrated) from the cathode to the anode due to the differential pressure between the cathode and the anode. It is a phenomenon that occurs. Therefore, the larger the differential pressure between the cathode and the anode (that is, the higher the gas pressure of the cathode), the more likely it is that the hydrogen supply system will be flooded.

そこで、本態様の水素供給システムでは、常圧(低圧)から水素供給システムの定格運転時の圧力(高圧)までの間の圧力(例えば、中間圧力)を、カソードのガス圧の圧力閾値として設定している。そして、圧力計測器の計測データが、このような圧力閾値を上回る場合には、電圧印加器による電圧印加を中断することで、アノードからカソードへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Therefore, in the hydrogen supply system of this embodiment, the pressure (for example, intermediate pressure) between the normal pressure (low pressure) and the rated operating pressure (high pressure) of the hydrogen supply system is set as the pressure threshold of the gas pressure of the cathode. is doing. When the measurement data of the pressure measuring instrument exceeds such a pressure threshold value, the voltage application by the voltage adapter is interrupted to move protons and water from the anode to the cathode for the above-mentioned predetermined time. , Can be stopped.

これにより、アノード触媒層およびアノードガス拡散層においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を、カソードのガス圧が圧力閾値を上回る場合にも行うことができる。つまり、本態様の水素供給システムでは、カソードのガス圧が、水素供給システムの定格運転時の圧力より低圧であっても、アノード触媒層およびアノードガス拡散層においてフラディングが発生する可能性があることに鑑み、このような圧力閾値を設定している。 Thereby, the refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer can be performed even when the gas pressure of the cathode exceeds the pressure threshold. That is, in the hydrogen supply system of this embodiment, even if the gas pressure of the cathode is lower than the pressure at the rated operation of the hydrogen supply system, flooding may occur in the anode catalyst layer and the anode gas diffusion layer. In view of this, such a pressure threshold is set.

本開示の第7の態様の水素供給システムは、第1の態様−第6の態様のいずれかの水素供給システムにおいて、アノードにガスを供給するガス供給器を備え、制御器は、電圧印加器による電圧印加を中断している時に、ガス供給器よりアノードにガスを供給させても良い。 The hydrogen supply system of the seventh aspect of the present disclosure comprises a gas supply device for supplying gas to the anode in any of the first aspect-sixth aspect of the hydrogen supply system, and the controller is a voltage applyer. Gas may be supplied to the anode from the gas supply device when the voltage application is interrupted.

かかる構成によると、本態様の水素供給システムでは、電圧印加器による電圧印加を中断している時にガス供給器よりアノードにガスを供給することで、このようなガス供給を行わない場合に比べてアノードで発生したフラディングを軽減することができる。 According to this configuration, in the hydrogen supply system of this embodiment, gas is supplied from the gas supply device to the anode when the voltage application by the voltage adapter is interrupted, as compared with the case where such gas supply is not performed. Flooding generated at the anode can be reduced.

具体的には、アノードでフラディング発生した場合でも、アノード触媒層のガス流路を閉塞した水、アノードガス拡散層のガス流路を閉塞した水を、ガス供給器から供給されるガスの流れの作用によって効果的に排水することができる。 Specifically, even when flooding occurs at the anode, the flow of gas supplied from the gas supply device to the water that has blocked the gas flow path of the anode catalyst layer and the water that has blocked the gas flow path of the anode gas diffusion layer. Can be effectively drained by the action of.

本開示の第8の態様の水素供給システムは、第7の態様の水素供給システムにおいて、上記の電圧印加器による電圧印加が中断されている時に、アノードに供給されるガスの露点は、電圧印加器により電圧を印加している時にアノードに供給される水素ガスの露点よりも小さくても良い。 In the hydrogen supply system of the eighth aspect of the present disclosure, in the hydrogen supply system of the seventh aspect, when the voltage application by the voltage applyer is interrupted, the dew point of the gas supplied to the anode is the voltage application. It may be smaller than the dew point of the hydrogen gas supplied to the anode when the voltage is applied by the device.

本開示の第9の態様の水素供給システムは、第7の態様の水素供給システムにおいて、上記の電圧印加器による電圧印加が中断されている時に、アノードに供給されるガスの露点は、電圧印加器により電圧を印加している時にアノードに供給される水素ガスの露点以下であっても良い。 In the hydrogen supply system of the ninth aspect of the present disclosure, in the hydrogen supply system of the seventh aspect, when the voltage application by the voltage applyer is interrupted, the dew point of the gas supplied to the anode is the voltage application. It may be below the dew point of the hydrogen gas supplied to the anode when a voltage is applied by the device.

かかる構成によると、本態様の水素供給システムは、電圧印加器による電圧印加が中断されている時に、低露点のガスをアノードに供給することで、このようなガス供給を行わない場合に比べてアノードで発生したフラディングを軽減することができる。 According to such a configuration, the hydrogen supply system of this embodiment supplies a gas having a low dew point to the anode when the voltage application by the voltage applyer is interrupted, as compared with the case where such gas supply is not performed. Flooding generated at the anode can be reduced.

具体的には、アノードでフラディング発生した場合でも、アノード触媒層のガス流路を閉塞した水、アノードガス拡散層のガス流路を閉塞した水を、ガス供給器から供給されるガスの流れの作用によって効果的に排水することができる。また、アノードに供給されるガスの露点は、電圧印加器により電圧を印加している時にアノードに供給される水素ガス(アノードガス)の露点以下であるので、かかるガスの温度が低下しても、ガス中の水蒸気は凝縮しにくい。よって、アノードに供給されるガスの温度低下により、アノードでフラディングを引き起こすことを適切に抑制できる。 Specifically, even when flooding occurs at the anode, the flow of gas supplied from the gas supply device to the water that has blocked the gas flow path of the anode catalyst layer and the water that has blocked the gas flow path of the anode gas diffusion layer. Can be effectively drained by the action of. Further, since the dew point of the gas supplied to the anode is equal to or lower than the dew point of the hydrogen gas (anode gas) supplied to the anode when the voltage is applied by the voltage adapter, even if the temperature of the gas drops. , Water vapor in the gas is hard to condense. Therefore, it is possible to appropriately suppress the occurrence of flooding at the anode due to a decrease in the temperature of the gas supplied to the anode.

本開示の第10の態様の水素供給システムは、第8の態様の水素供給システムにおいて、ガス貯蔵器から出力されるガスを加湿する加湿器と、ガス貯蔵器から出力されるガスが加湿器を経由して、アノードに供給される第1の流路と、ガス貯蔵器から出力されるガスが加湿器をバイパスして、アノードに供給される第2の流路と、を備え、ガス供給器が、第1の流路を流れるガスの第1流量および第2の流路を流れるガスの第2流量を調整する流量調整器を含み、制御器は、流量調整器を制御して、電圧印加器により電圧を印加しているとき、第1流量を第2流量より多くするとともに、電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、第1流量を第2流量より少なくしても良い。 The hydrogen supply system according to the tenth aspect of the present disclosure is the hydrogen supply system according to the eighth aspect, wherein the humidifier that humidifies the gas output from the gas reservoir and the gas output from the gas reservoir are the humidifier. A gas supply device including a first flow rate supplied to the anode via the gas reservoir and a second flow rate in which the gas output from the gas reservoir bypasses the humidifier and is supplied to the anode. Includes a flow rate regulator that regulates a first flow rate of gas flowing through the first flow path and a second flow rate of gas flowing through the second flow path, the controller controlling the flow rate regulator to apply a voltage. When the voltage is applied by the device, the first flow rate may be larger than the second flow rate, and when the voltage application by the voltage applyer is interrupted, the first flow rate may be smaller than the second flow rate.

本開示の第11の態様の水素供給システムは、第10の態様の水素供給システムにおいて、流量調整器が第1の流路と第2の流路とを切り替える切替器であり、制御器は、電圧印加器により電圧を印加しているとき、切替器を第1の流路側に切替え、電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、切替器を第2の流路側に切替えても良い。 The hydrogen supply system of the eleventh aspect of the present disclosure is a switch in which the flow rate regulator switches between the first flow path and the second flow path in the hydrogen supply system of the tenth aspect, and the controller is a controller. When the voltage is applied by the voltage applyer, the switch may be switched to the first flow path side, and when the voltage application by the voltage applicator is interrupted, the switch may be switched to the second flow path side.

かかる構成によると、本態様の水素供給システムは、カソード触媒層およびアノード触媒層の間に電圧が印加されているときは、加湿器による加湿量が多い高露点のガスがアノードに供給されるので、このようなガス供給を行わない場合に比べて、ガス中の水を用いて電解質膜を所望の湿潤状態に維持することができる。 According to this configuration, in the hydrogen supply system of this embodiment, when a voltage is applied between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, a high dew point gas having a large amount of humidification by the humidifier is supplied to the anode. Compared with the case where such a gas supply is not performed, the water in the gas can be used to maintain the electrolyte membrane in a desired wet state.

また、電圧印加器による電圧印加が中断されているときは、加湿器による加湿量が少ない低露点のガスがアノードに供給されるので、このようなガス供給を行わない場合に比べて、アノードで発生したフラディングを軽減することができる。 Further, when the voltage application by the voltage applyer is interrupted, the gas having a low dew point with a small amount of humidification by the humidifier is supplied to the anode, so that the anode is compared with the case where such gas supply is not performed. The generated flooding can be reduced.

本開示の第12の態様の水素供給システムは、第1の態様−第11の態様のいずれかの水素供給システムにおいて、水素供給システムが運転停止している第1状態および第1状態と異なる第2状態のいずれであるかを示す情報を報知する報知器を備え、制御器は、報知器を制御して、電圧印加器による電圧印加が中断しているとき、水素供給システムが、第2状態であること示す情報を報知しても良い。 The hydrogen supply system of the twelfth aspect of the present disclosure is different from the first state and the first state in which the hydrogen supply system is stopped in the hydrogen supply system of any one of the first aspect-11th aspects. A notification device for notifying information indicating which of the two states is provided, the controller controls the notification device, and when the voltage application by the voltage adapter is interrupted, the hydrogen supply system is in the second state. The information indicating that the system may be notified.

かかる構成によると、本態様の水素供給システムは、報知器により、水素供給システムが第2状態であること示す情報を、例えば、操作者などが、適時に知ることができる。 According to such a configuration, in the hydrogen supply system of this embodiment, the information indicating that the hydrogen supply system is in the second state can be known in a timely manner by, for example, an operator or the like by the alarm.

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. Each of the embodiments described below is an example of each of the above embodiments.

よって、以下で示される数値、形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは一例であり、請求項に記載されていない限り、上記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。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。また、動作においては、必要に応じて、各工程の順序などを変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。 Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, and the arrangement positions and connection forms of the components shown below are examples, and do not limit each of the above embodiments unless stated in the claims. .. Further, among the following components, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of this embodiment will be described as arbitrary components. Further, in the drawings, those having the same reference numerals may omit the description. The drawings schematically show each component for the sake of easy understanding, and may not be an accurate display of the shape, dimensional ratio, and the like. Further, in the operation, the order of each process can be changed as needed, and other known processes can be added.

(第1実施形態)
[装置構成]
図1は、第1実施形態の水素供給システムの一例を示す図である。
(First Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the first embodiment.

図1に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、を備える。 In the example shown in FIG. 1, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100 and a controller 50. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, and a voltage adapter 19.

カソードCAは、電解質膜14の一方の主面上に設けられたカソード触媒層(図1では図示せず)およびカソード触媒層に接して設けられたカソードガス拡散層(図1では図示せず)を含む電極である。アノードANは、電解質膜14の他方の主面上に設けられたアノード触媒層(図1では図示せず)およびアノード触媒層に接して設けられたアノードガス拡散層(図1では図示せず)を含む電極である。電圧印加器19は、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装置である。なお、電解質膜14、カソード触媒層、カソードガス拡散層、アノード触媒層、アノードガス拡散層および電圧印加器19の詳細は後で説明する。 The cathode CA includes a cathode catalyst layer (not shown in FIG. 1) provided on one main surface of the electrolyte membrane 14 and a cathode gas diffusion layer (not shown in FIG. 1) provided in contact with the cathode catalyst layer. Is an electrode containing. The anode AN is an anode catalyst layer (not shown in FIG. 1) provided on the other main surface of the electrolyte membrane 14 and an anode gas diffusion layer (not shown in FIG. 1) provided in contact with the anode catalyst layer. It is an electrode containing. The voltage applyer 19 is a device that applies a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. The details of the electrolyte film 14, the cathode catalyst layer, the cathode gas diffusion layer, the anode catalyst layer, the anode gas diffusion layer, and the voltage adapter 19 will be described later.

電気化学式水素ポンプ100は、電圧印加器19の電圧によりアノードANとカソードCAとの間に電流を流すことにより水素(H)の昇圧を行い、高圧状態の水素ガス(以下、カソードガスという場合がある)を水素需要体(図示せず)に供給する装置である。水素需要体として、例えば、家庭用または自動車用の燃料電池などを挙げることができる。具体的には、電気化学式水素ポンプ100のアノードANで、アノードガス中の水素からプロトン(H)が生成される。そして、プロトン(H)が電解質膜14を透過し、電気化学式水素ポンプ100のカソードCAで、カソードガスが生成される。このとき、カソードCAにおいて生成される水素量が増加することでカソードガスが昇圧される。なお、電気化学式水素ポンプ100の構成の一例、および、電気化学式水素ポンプ100によるカソードガスの昇圧動作の詳細については後で説明する。 The electrochemical hydrogen pump 100 boosts hydrogen (H 2 ) by passing a current between the anode AN and the cathode CA by the voltage of the voltage adapter 19, and hydrogen gas in a high pressure state (hereinafter referred to as cathode gas). Is a device that supplies a hydrogen demander (not shown). Examples of the hydrogen demander include fuel cells for home use or automobiles. Specifically, in the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100, protons (H + ) are generated from hydrogen in the anode gas. Then, protons (H + ) permeate through the electrolyte membrane 14, and a cathode gas is generated by the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100. At this time, the cathode gas is boosted by increasing the amount of hydrogen generated in the cathode CA. An example of the configuration of the electrochemical hydrogen pump 100 and the details of the stepping-up operation of the cathode gas by the electrochemical hydrogen pump 100 will be described later.

制御器50は、電圧印加器19により電圧を印加して、アノードANからカソードCAにプロトン(H)を移動させる動作中に、電圧印加器19による電圧印加を中断させる。制御器50は、水素供給システム200の全体の動作を制御しても良い。 The controller 50 applies a voltage by the voltage applicator 19 to interrupt the voltage application by the voltage applicator 19 during the operation of moving the proton (H + ) from the anode AN to the cathode CA. The controller 50 may control the overall operation of the hydrogen supply system 200.

制御器50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良い。制御器50は、例えば、演算回路(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶回路(図示せず)と、を備える。演算回路として、例えば、MPU、CPUなどを挙げることができる。記憶回路として、例えば、メモリなどを挙げることができる。制御器50は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていても良いし、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良い。 The controller 50 may have any configuration as long as it has a control function. The controller 50 includes, for example, an arithmetic circuit (not shown) and a storage circuit (not shown) for storing a control program. Examples of the arithmetic circuit include an MPU, a CPU, and the like. Examples of the storage circuit include a memory and the like. The controller 50 may be configured by a single controller that performs centralized control, or may be configured by a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.

図1には示されていないが、水素供給システム200の水素圧縮動作において必要となる機器は適宜、設けられる。例えば、電気化学式水素ポンプ100を冷却するための冷却器(例えば、空冷ファン)、電気化学式水素ポンプ100の温度を検出する温度検出器、電気化学式水素ポンプ100のカソードCAから排出されたカソードガスを一時的に貯蔵する水素貯蔵器、この水素貯蔵器内のガス圧を検出する圧力検出器などが設けられていても良い。なお、これらの図示しない様々な機器は例示であって、本例に限定されない。 Although not shown in FIG. 1, equipment required for the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200 is appropriately provided. For example, a cooler for cooling the electrochemical hydrogen pump 100 (for example, an air-cooled fan), a temperature detector for detecting the temperature of the electrochemical hydrogen pump 100, and a cathode gas discharged from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100. A hydrogen storage device for temporarily storing hydrogen, a pressure detector for detecting the gas pressure in the hydrogen storage device, and the like may be provided. It should be noted that these various devices (not shown) are examples and are not limited to this example.

[電気化学式水素ポンプの構成]
以下、電気化学式水素ポンプ100の構成の一例について図面を参照しながら詳しく説明する。
[Composition of electrochemical hydrogen pump]
Hereinafter, an example of the configuration of the electrochemical hydrogen pump 100 will be described in detail with reference to the drawings.

図2および図3は、第1実施形態の水素供給システムの電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。図3は、図2のA部の拡大図である。 2 and 3 are diagrams showing an example of an electrochemical hydrogen pump of the hydrogen supply system of the first embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of part A in FIG.

図2および図3に示すように、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. 2 and 3, 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, an anode gas diffusion device 9, and a voltage application. A vessel 19 and a fastener 27 are provided.

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。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。 The cathode gas diffusion device 31 includes a cathode gas diffusion layer 31A and a cathode gas separator 31B. The anode gas diffusion device 9 includes an anode main body 1 including an anode gas diffusion layer 24, an anode gas flow path plate 5, and an anode end plate 10. The detailed configuration 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2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。 The single cell 100A 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, the electrochemical hydrogen pump 100 of FIG. 2 constitutes a stack in which three stages of single cell 100A are stacked, but the number of stages of the single cell 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 in 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.

なお、本例では、図1のカソードCAは、例えば、カソード触媒層15およびカソードガス拡散層31Aで構成されている。また、図1のアノードANは、例えば、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24で構成されている。 In this example, the cathode CA in FIG. 1 is composed of, for example, a cathode catalyst layer 15 and a cathode gas diffusion layer 31A. Further, the anode AN in FIG. 1 is composed of, for example, an anode catalyst layer 16 and an anode gas diffusion layer 24.

ここで、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。 Here, in order to appropriately hold a plurality of single cells 100A including the laminated body 100B in a laminated state, the end face of the cathode gas diffusion device 31 in the uppermost layer of the single cell 100A and the end face of the anode gas diffusion device 9 in the lowermost layer. Is sandwiched between the end plate 26U and the end plate 26D via an insulating plate (not shown) or the like, and it is necessary to apply a desired fastening pressure to the single cell 100A. Therefore, a plurality of fasteners 27 provided with disc springs or the like for applying a fastening pressure to the single cell 100A are provided at appropriate positions on 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良い。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 fastener 27 may have any configuration as long as the above laminated body 100B can be fastened. As the fastener 27, for example, a bolt penetrating between the end plate 26U and the end plate 26D, a nut with a disc spring, and the like can be exemplified.

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 lead-out pipe 30 through which the cathode gas from the cathode gas diffusion device 31 flows. That is, the cathode gas lead-out pipe 30 communicates with a cylindrical cathode gas lead-out manifold (not shown) provided in the single cell 100A in the laminated state. 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 lead-out manifold in a plan view, and the cathode gas lead-out manifold is the seal. 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。 Further, the end plate 26U is also provided with an anode gas lead-out pipe 29 through which excess anode gas from the anode gas diffusion device 9 flows. That is, the anode gas lead-out pipe 29 communicates with the tubular anode gas lead-out manifold 29A provided in the single cell 100A in the laminated state. 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 lead-out manifold 29A in a plan view, and the anode gas lead-out manifold 29A seals. It is properly sealed with the 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 anodic gas diffusion device 9 flows. That is, the anode gas introduction pipe 28 communicates with the tubular anode gas introduction manifold 28A provided in the single cell 100A in the laminated state. A sealing 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 seals. It is properly sealed with the member 40.

電解質膜14は、プロトン(H)を透過可能なプロトン伝導性電解質膜である。電解質膜14はプロトン伝導性電解質膜であれば、どのような膜であっても良い。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が、これらに限定されない。 The electrolyte membrane 14 is a proton conductive electrolyte membrane that can permeate protons (H +). The electrolyte membrane 14 may be any membrane as long as it is a proton conductive electrolyte 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 Corporation) and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

カソード触媒層15は、上記のとおり、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(Pt)などを含んでも良いが、これに限定されない。 As described above, the cathode catalyst layer 15 is provided on one main surface (for example, the front surface) of the electrolyte membrane 14. In a plan view, a sealing member 41 such as a gasket is provided so as to surround the periphery of the cathode catalyst layer 15, and the cathode catalyst layer 15 is appropriately sealed by the sealing member 41. The cathode catalyst layer 15 may contain, for example, platinum (Pt) or the like as the catalyst metal, but is not limited thereto.

アノード触媒層16は、上記のとおり、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PtまたはRuIrFeOxなどを含んでも良いが、これらに限定されない。 As described above, the anode catalyst layer 16 is provided on the other main surface (for example, the back surface) of the electrolyte membrane 14. In a plan view, a sealing member 42 such as a gasket is provided so as to surround the periphery of the anode catalyst layer 16, and the anode catalyst layer 16 is appropriately sealed by the sealing member 42. The anode catalyst layer 16 may contain, for example, Pt or RuIrFeOx as the 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良い。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良い。 The cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 are not particularly limited as various methods can be mentioned as methods for preparing the catalyst. For example, examples of the catalyst carrier include a conductive porous substance powder and a carbon-based powder. Examples of the carbon-based powder include powders such as graphite, carbon black, and activated carbon having electric conductivity. The method of supporting platinum or other catalytic metal 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 in which a carrier such as carbon is dispersed in a colloidal liquid as a catalyst component and adsorbed. Further, if necessary, platinum or another catalyst metal can be supported by the same method as described above, using the active oxygen removing material as a carrier. The supported state of the catalyst metal such as platinum on the carrier is not particularly limited. For example, the catalyst metal may be atomized and supported on a 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の間に電圧を印加できれば、どのような構成であっても良い。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の間に印加する電圧を調整する機器でも良く、電圧印加器19として、例えば、DC/DCコンバータ、AC/DCコンバータなどを挙げることができる。この場合、DC/DCコンバータは、電圧印加器19が、バッテリなどの直流電源と接続された場合に用いられ、AC/DCコンバータは、電圧印加器19が、商用電源などの交流電源と接続された場合に用いられる。また、電圧印加器19の低電位側端子が、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。 The voltage applyer 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. The voltage applyer 19 may be a device that adjusts the voltage applied between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16, and examples of the voltage applyer 19 include a DC / DC converter and an AC / DC converter. can. In this case, the DC / DC converter is used when the voltage adapter 19 is connected to a DC power source such as a battery, and the AC / DC converter is used when the voltage adapter 19 is connected to an AC power source such as a commercial power source. It is used when Further, the low potential side terminal of the voltage applyr 19 is connected to the conductive cathode gas diffusion device 31, and the high potential side terminal of the voltage applyr 19 is connected to the conductive anode gas diffusion device 9.

[カソードガス拡散デバイスの構成]
図4は、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。
[Cathode gas diffusion device configuration]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a cathode gas diffusion device of an electrochemical hydrogen pump.

カソードガス拡散デバイス31は、上記のとおり、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。 As described above, the cathode gas diffusion device 31 includes a cathode gas diffusion layer 31A and a cathode gas separator 31B.

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良い。例えば、カソードガス拡散層31Aは、高弾性の黒鉛化炭素繊維、またはチタン粉末焼結体の表面に白金メッキを施した多孔質体などで構成され、ペーパー状にしたものを用いることができる。なお、前者の黒鉛化炭素繊維を用いる場合、炭素繊維を、例えば、2000℃以上で熱処理すると黒鉛結晶が発達し黒鉛繊維に変化する。 The cathode gas diffusion layer 31A is provided on the main surface of the cathode catalyst layer 15 that does not face the electrolyte membrane 14. Further, the cathode gas diffusion layer 31A may have any configuration as long as it has the desired elasticity, the desired electrical conductivity, and the desired gas permeability. For example, the cathode gas diffusion layer 31A may be made of highly elastic graphitized carbon fiber, a porous body obtained by plating the surface of a titanium powder sintered body with platinum, or the like, and may be in the form of paper. When the former graphitized carbon fiber is used, when the carbon fiber is heat-treated at, for example, 2000 ° C. or higher, graphite crystals develop and change into graphite fibers.

また、電気化学式水素ポンプ100では、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に収納されている。 Further, in the electrochemical hydrogen pump 100, the cathode separator 31B includes a recess 35 through which the cathode gas derived from the cathode gas diffusion layer 31A flows. The cathode gas diffusion layer 31A is housed in the recess 35.

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導出流路33とを備える。 The cathode separator 31B includes a manifold hole 32C through which the cathode gas flows, and a cathode gas outlet flow path 33 that leads the cathode gas in the recess 35 to the manifold hole 32C.

本例のカソードガス拡散デバイス31では、カソードガス導出流路33は、マニホルド孔32Cとカソードガス拡散層31Aとを連通する連通孔で構成されている。この連通孔は、例えば、図4に示す如く、凹部35の底面から、カソードセパレータ31Bの厚み方向に形成されたマニホルド孔32Cにまで延伸していても良い。また、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5参照)と、マニホルド孔32Cとによって形成される。 In the cathode gas diffusion device 31 of this example, the cathode gas lead-out flow path 33 is composed of a communication hole that communicates the manifold hole 32C and the cathode gas diffusion layer 31A. As shown in FIG. 4, the communication hole may extend from the bottom surface of the recess 35 to the manifold hole 32C formed in the thickness direction of the cathode separator 31B. Further, when the single cells 100A are laminated, a cylindrical cathode gas lead-out manifold is formed by the manifold hole 32A (see FIG. 5) provided in the anode gas diffusion device 9 and the manifold hole 32C.

以上により、高圧状態のカソードガス拡散層31Aからカソードガス導出流路33を通じてカソードガスを取り出すことができる。カソードガス導出流路33を通過したカソードガスは、カソードガス導出マニホルドおよびカソードガス導出配管30をこの順に流通する。 As described above, the cathode gas can be taken out from the cathode gas diffusion layer 31A in the high pressure state through the cathode gas lead-out flow path 33. The cathode gas that has passed through the cathode gas lead-out flow path 33 flows through the cathode gas lead-out manifold and the cathode gas lead-out pipe 30 in this order.

[アノードガス拡散デバイスの構成]
図5は、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5(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5(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5(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。
[Anode gas diffusion device configuration]
FIG. 5 is a diagram showing an example of an anode gas diffusion device of an electrochemical hydrogen pump. FIG. 5A is a plan view of the anode main body 1 of the anode gas diffusion device 9. FIG. 5B is a plan view of the anode gas flow path plate 5 of the anode gas diffusion device 9. FIG. 5C is a plan view of the anode end plate 10 of the anode gas diffusion device 9.

図5(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5(d)では、図5(a)、図5(b)および図5(c)に平面視で示された部材が積層された場合のD−D部に対応するアノードガス拡散デバイス9の断面が示されている。 FIG. 5D is a cross-sectional view of the anode gas diffusion device 9. That is, in FIG. 5 (d), the anode gas diffusion corresponding to the DD portion when the members shown in plan view in FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) are laminated. A cross section of the device 9 is shown.

図5(d)に示すように、アノードガス拡散デバイス9は、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を備える。 As shown in FIG. 5D, the anode gas diffusion device 9 includes an anode main body 1, an anode gas flow path plate 5, and an anode end plate 10.

アノード本体1は、アノードガスを拡散させる金属性部材である。アノード本体1は、アノードガスを拡散させる金属性部材であれば、どのような構成であっても構わない。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良い。アノード本体1の厚みは、数百μm程度(例えば、約400μm程度)であっても良い。これらの材質および数値は例示であって、本例に限定されない。 The anode body 1 is a metallic member that diffuses the anode gas. The anode main body 1 may have any structure as long as it is a metallic member that diffuses the anode gas. The anode body 1 may be made of a metal such as stainless steel, titanium, a titanium alloy, or an aluminum alloy. The thickness of the anode body 1 may be about several hundred μm (for example, about 400 μm). These materials and numerical values are examples and are not limited to this example.

また、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。なお、アノードガス拡散層24は、貫通孔を備える金属板の積層体、多孔構造の金属粉の焼結体などを用いて、アノードガスを拡散し得るように構成されている。 Further, the anode main body 1 includes an anode gas diffusion layer 24, a manifold hole 3 for introducing the anode gas, and a manifold hole 4 for deriving the anode gas. The anode gas diffusion layer 24 is configured to be able to diffuse the anode gas by using a laminate of metal plates having through holes, a sintered body of a metal powder having a porous structure, or the like.

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の主面と面接触するように設けられている。 The anode gas flow path plate 5 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 provided so as to be in surface contact with the main surface of the anode main 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)であっても良い。これらの材質および数値は例示であって、本例に限定されない。 As the material of the anode gas flow path plate 5, for example, stainless steel, titanium, a titanium alloy, an 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 about 50 μm). These materials and numerical values are examples and are not limited to this example.

また、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と、アノードガス流路6と、を備える。 Further, the anode gas flow path plate 5 includes a manifold hole 7 for introducing the anode gas, a manifold hole 8 for leading out the anode gas, and an anode gas flow path 6.

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 arranged so as to face each of the manifold hole 3 and the manifold hole 4 of the anode body 1, respectively.

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のアノードガス流路6は、マニホルド孔7と連通し、マニホルド孔8に向けて直線状に延伸するとともにマニホルド孔8とは連通しない複数のスリット孔36Dと、マニホルド孔8と連通し、マニホルド孔7に向けて直線状に延伸するとともにマニホルド孔7とは連通しない複数のスリット孔36Uと、で構成されている。つまり、アノードガス流路板5は、スリット孔36Dを備える第1金属層5Dとスリット孔36Uを備える第2金属層5Uとを、これらのスリット孔36Dおよびスリット孔36U同士が重なり合うように一体的に接合することにより形成されている。そして、スリット孔36Dおよびスリット孔36U同士の重なり合う部分が、アノードガス流路板5を貫通するアノードガス流路6のスリット孔36を構成している。この場合、マニホルド孔7は、複数のアノードガス流路6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、複数のアノードガス流路6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。 In the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the anode gas flow path 6 of the anode gas flow path plate 5 communicates with the manifold hole 7, extends linearly toward the manifold hole 8, and communicates with the manifold hole 8. It is composed of a plurality of slit holes 36D that do not communicate with each other and a plurality of slit holes 36U that communicate with the anode hole 8 and extend linearly toward the anode hole 7 and do not communicate with the manifold hole 7. That is, the anode gas flow path plate 5 integrates the first metal layer 5D provided with the slit hole 36D and the second metal layer 5U provided with the slit hole 36U so that the slit hole 36D and the slit hole 36U overlap each other. It is formed by joining to. The overlapping portion of the slit hole 36D and the slit hole 36U constitutes the slit hole 36 of the anode gas flow path 6 penetrating the anode gas flow path plate 5. In this case, 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 plurality of anode gas flow paths 6. 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. Further, the manifold hole 8 is used for deriving the anode gas from the anode gas diffusion layer 24 by communicating with the other ends of the plurality of anode gas flow paths 6.

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の複数のスリット孔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 is provided on the main surface (hereinafter, the opposite surface) of the main surface of the anode gas flow path plate 5 that does not face the anode main body 1. Specifically, the plurality of slit holes 36 of the anode gas flow path plate 5 are 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)であっても良い。これらの材質および数値は例示であって、本例に限定されない。 As the material of the anode end plate 10, for example, stainless steel, titanium, titanium alloy, aluminum alloy and the like can be used. The thickness of the anode end plate 10 may be about several tens of μm (for example, about about 50 μm). These materials and numerical values 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 the anode gas and a manifold hole 12 for deriving the anode gas. The manifold hole 11 and the manifold hole 12 of the anode end plate 10 are arranged so as to face each of the manifold hole 7 and the manifold hole 8 of the anode gas flow path plate 5, respectively.

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とカソードガス拡散デバイス31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とカソードガス拡散デバイス31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 cell 100A is laminated, 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 gas diffusion device 31. The anode gas lead-out manifold 29A is formed by a manifold hole 12, a manifold hole 8, a manifold hole 4, and a manifold hole of the cathode gas diffusion device 31.

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良い。例えば、アノード端板10の主面とアノードガス流路板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良い。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、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 the anode gas diffusion device 9 of the present embodiment, the anode end plate 10, the anode gas flow path plate 5, and the anode main body 1 may be integrally bonded by metal bonding 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 path plate, and the main surface of the anode main body 1 may be surface-bonded by diffusion bonding or the like. As a result, as 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 by a mechanical fastening member, the voids at the joints thereof disappear, so that the anode gas diffusion device 9 Contact resistance (electrical resistance) can be reduced. Then, when a voltage is applied to the anode gas diffusion device 9, it is possible to suppress an increase in power consumption required for the electrochemical hydrogen pump 100.

[動作]
図6は、第1実施形態の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。
[motion]
FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the first embodiment.

以下、第1実施形態の水素供給システム200の動作について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the hydrogen supply system 200 of the first embodiment will be described with reference to the drawings.

以下の動作は、制御器50の演算回路が、記憶回路から制御プログラムにより行われても構わない。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。例えば、水素供給システム200が、表示機構およびタッチ操作機能を有する液晶ディスプレイなどの表示器を備えても良い。この場合、水素供給システム200の動作状態が表示器に表示されるとともに、操作者の制御指令が、適時に、表示器を介して制御器50の演算回路に入力される。 The following operation may be performed by the arithmetic circuit of the controller 50 from the storage circuit by the control program. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some or all of the operations. For example, the hydrogen supply system 200 may include a display such as a liquid crystal display having a display mechanism and a touch operation function. In this case, the operating state of the hydrogen supply system 200 is displayed on the display, and the control command of the operator is input to the arithmetic circuit of the controller 50 via the display in a timely manner.

まず、ステップS1で、電気化学式水素ポンプ100のアノードANにアノードガスが供給される。 First, in step S1, the anode gas is supplied to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100.

例えば、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5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、アノードガス流路板5のアノードガス流路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にガスが送られる。 For example, 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 to the manifold hole 7 of FIG. 5 from the anode gas introduction pipe 28. Then, since the manifold hole 7 communicates with one end of the anode gas flow path 6 of the anode gas flow path plate 5, 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、アノードガス流路板5のアノードガス流路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 flow path 6 is sent to the anode gas diffusion layer 24 of the anode main body 1. Since the anode gas diffusion layer 24 has a gas diffusion action, the anode gas heading from the anode gas flow path 6 to the main surface (hereinafter, the opposite surface) of the anode gas diffusion layer 24 not facing the anode gas flow path plate 5 , Can pass through this opposite surface while being uniformly diffused by the anode gas diffusion layer 24. As a result, the anode gas is uniformly supplied to the anode catalyst layer 16 arranged on the opposite surface of the anode gas diffusion layer 24. The excess anode gas that did not pass through the opposite surface is sent to the manifold hole 8 communicating with the other end of the anode gas flow path 6 of the anode gas flow path plate 5 and discharged to the anode gas outlet pipe 29. Ru. As the anode gas, for example, hydrogen gas and the like can be mentioned.

次に、ステップS2で、電圧印加器19により、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ことで、以下の如く、カソードCAのガス圧P2が昇圧される。 Next, in step S2, by applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage applyer 19, the gas pressure P2 of the cathode CA is boosted as follows.

まず、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。 First, hydrogen in the anode gas liberates an electron on the anode catalyst layer 16 to become a proton (H + ) (formula (1)). The liberated electrons move to the cathode catalyst layer 15 via the voltage applyer 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、カソードガスが発生する(式(2))。 On the other hand, the 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 carried out between the protons that have passed through the electrolyte membrane 14 and the electrons, and a cathode gas is generated (formula (2)).

これにより、アノードガスが、例えば、COガスなどの不純物を含む水素ガスであっても、アノードガスから高効率に水素ガスの純化が行われる。 As a result, even if the anode gas is a hydrogen gas containing impurities such as CO 2 gas, the hydrogen gas is purified from the anode gas with high efficiency.

なお、アノードガスには、例えば、不純物としてCOガスを含有する場合がある。この場合は、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)で除去する方が良い。 The anode gas may contain CO gas as an impurity, for example. In this case, since the CO gas reduces the catalytic activity of the anode catalyst layer 16 and the like, it is better to remove the CO gas with a CO remover (for example, a transformer, a CO selective oxidizer, etc.) (not shown).

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CAのガス圧P2が高圧になる。具体的には、アノードANのガス圧P1、カソードCA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。 Then, by increasing the pressure loss of the cathode gas lead-out pipe 30 and increasing the voltage E of the voltage adapter 19, the gas pressure P2 of the cathode CA becomes high pressure. Specifically, the relationship between the gas pressure P1 of the anode AN, the gas pressure P2 of the cathode CA, and the voltage E of the voltage adapter 19 is formulated by the following equation (3).

アノードAN:H(低圧)→2H+2e ・・・(1)
カソードCA:2H+2e→H(高圧) ・・・(2)
E=(RT/2F)ln(P2/P1)+ir・・・(3)
Anode AN: H 2 (low pressure) → 2H + + 2e - ··· (1)
Cathode CA: 2H + + 2e - → H 2 ( high pressure) (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は電気化学式水素ポンプ100のセル温度(K)、Fはファラデー定数(96485C/mol)、P2はカソードCA側のガス圧、P1はアノードAN側のガス圧、iは電流密度(A/cm)、rはセル抵抗(Ω・cm)である。 In the formula (3), R is the gas constant (8.3145 J / K · mol), T is the cell temperature (K) of the electrochemical hydrogen pump 100, F is the Faraday constant (96485 C / mol), and P2 is the cathode CA side. Gas pressure, P1 is the gas pressure on the anode AN side, 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CA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 the equation (3), it can be easily understood that the gas pressure P2 of the cathode CA can be increased by increasing the voltage E of the voltage applyer 19. The pressure loss of the cathode gas lead-out pipe 30 can be increased or decreased by, for example, the opening degree of the on-off valve provided in the cathode gas lead-out pipe 30.

以上により、電気化学式水素ポンプ100では、上記のカソードガス導出配管30の圧損を大きくするとともに、電圧印加器19の電圧Eを上げることで、カソードCA側のガス圧P2を上昇させる。カソードCA側のガス圧P2が上昇したカソードガスは、例えば、カソードガス導出配管30を通じて外部(例えば、図示しない水素貯蔵器など)に排出される。 As described above, in the electrochemical hydrogen pump 100, the pressure loss of the cathode gas lead-out pipe 30 is increased and the voltage E of the voltage adapter 19 is increased to increase the gas pressure P2 on the cathode CA side. The cathode gas in which the gas pressure P2 on the cathode CA side has increased is discharged to the outside (for example, a hydrogen reservoir (not shown)) through, for example, the cathode gas outlet pipe 30.

ところで、水素供給システム200の水素圧縮動作時には、アノードANからカソードCAにプロトンと同伴して移動(浸透)した水が、カソードCAおよびアノードAN間の差圧によってカソードCAからアノードANに逆流(逆浸透)する。これにより、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24においてフラディング(ガス流路の水による閉塞現象)を引き起こす可能性がある。 By the way, during the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200, the water that has moved (penetrated) from the anode AN to the cathode CA along with the proton flows back (reverse) from the cathode CA to the anode AN due to the differential pressure between the cathode CA and the anode AN. Penetrate). This may cause flooding (blocking phenomenon of the gas flow path by water) in the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24.

例えば、図2および図5に示す如く、水素供給システム200の水素圧縮動作時に、アノードガスがアノードガス流路6を上流から下流へ通過する過程で、アノードガス中のプロトンが、電解質膜14を通じてカソードに移動する構成を取る場合、アノードガス流路6の下流側を流れるアノードガス中の水素ガス量は、上流側を流れるアノードガスの水素ガス量よりも少ない。 For example, as shown in FIGS. 2 and 5, during the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200, the protons in the anode gas pass through the electrolyte membrane 14 in the process of the anode gas passing through the anode gas flow path 6 from upstream to downstream. When the configuration is such that the anode gas moves to the cathode, the amount of hydrogen gas in the anode gas flowing on the downstream side of the anode gas flow path 6 is smaller than the amount of hydrogen gas in the anode gas flowing on the upstream side.

これに対して、アノードガス中には、上記のとおり、カソードCAおよびアノードAN間の差圧によってカソードCAからアノードANに水が逆流(逆浸透)する。よって、以上の構成を取る場合、アノードガス流路6の下流側を流れるアノードガスの露点は、上流側を流れるアノードガスの露点に比べて高くなる。すると、アノードガス流路6の下流側におけるアノード触媒層16およびアノードガス拡散層24で、上記のフラディングを引き起こしやすい。 On the other hand, in the anode gas, as described above, water flows back (reverse osmosis) from the cathode CA to the anode AN due to the differential pressure between the cathode CA and the anode AN. Therefore, when the above configuration is adopted, the dew point of the anode gas flowing on the downstream side of the anode gas flow path 6 is higher than the dew point of the anode gas flowing on the upstream side. Then, the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24 on the downstream side of the anode gas flow path 6 are likely to cause the above-mentioned flooding.

そこで、本実施形態の水素供給システム200では、電圧印加器19によりカソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧を印加して、アノードANからカソードCAにプロトンを移動させる動作中に、ステップS3で、予め設定された所定時間、このような電圧印加器19による電圧印加を中断させる。 Therefore, in the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, a voltage is applied between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage applyer 19, and a step is performed during the operation of moving the proton from the anode AN to the cathode CA. In S3, the voltage application by the voltage applicator 19 is interrupted for a predetermined time set in advance.

なお、ステップS3で、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間への電圧印加を中断しているとき、カソードCAのガス圧P2が、高圧に維持されていても良い。例えば、上記の開閉弁を閉止することで、カソードCAのガス圧P2を高圧に維持することができる。詳細は、第2変形例で説明する。 When the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is interrupted in step S3, the gas pressure P2 of the cathode CA may be maintained at a high pressure. For example, by closing the on-off valve, the gas pressure P2 of the cathode CA can be maintained at a high pressure. Details will be described with reference to the second modification.

そして、上記の所定時間が経過した後、ステップS4で、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間への電圧印加が再開される。 Then, after the predetermined time has elapsed, the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is restarted in step S4.

以上により、本実施形態の水素供給システム200は、水素の拡散性を適切に確保することで、水素圧縮動作時の効率を従来よりも向上し得る。 As described above, the hydrogen supply system 200 of the present embodiment can improve the efficiency during the hydrogen compression operation as compared with the conventional case by appropriately ensuring the diffusibility of hydrogen.

具体的には、電圧印加器19によりカソード触媒層15およびアノード触媒層16間の電圧を印加することで、アノードANからカソードCAにプロトンを移動させる動作中において、この電圧印加を中断させる。すると、アノードANからカソードCAへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Specifically, by applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage applicator 19, this voltage application is interrupted during the operation of moving the proton from the anode AN to the cathode CA. Then, the movement of protons and water from the anode AN to the cathode CA can be stopped for the above-mentioned predetermined time.

これにより、上記の所定時間は、アノードガスの露点は、アノードガス流路6の下流側と上流側とで変化しにくくなる。つまり、この場合、アノードガス流路6の入口からに流入したアノードガスは、水素ガス量および水蒸気量を一定に保ったまま、アノードガス流路6内を通過した後、アノードガス流路6の出口から流入する。 As a result, the dew point of the anode gas is less likely to change between the downstream side and the upstream side of the anode gas flow path 6 for the above predetermined time. That is, in this case, the anode gas flowing from the inlet of the anode gas flow path 6 passes through the anode gas flow path 6 while keeping the amount of hydrogen gas and the amount of water vapor constant, and then passes through the anode gas flow path 6. It flows in from the exit.

このようにして、本実施形態の水素供給システム200は、上記の所定時間は、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を行うことができる。そして、仮に、フラディングが発生した場合、水素供給システム200の水素の拡散性が阻害される可能性があるが、本実施形態の水素供給システム200は、以上の構成により、このような可能性を低減できる。 In this way, the hydrogen supply system 200 of the present embodiment can perform a refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24 for the above-mentioned predetermined time. If flooding occurs, the diffusibility of hydrogen in the hydrogen supply system 200 may be hindered, but the hydrogen supply system 200 of the present embodiment has such a possibility due to the above configuration. Can be reduced.

(第1変形例)
図7は、第1実施形態の第1変形例の水素供給システムの一例を示す図である。
(First modification)
FIG. 7 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a first modification of the first embodiment.

図7に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、カソードガス流路60と、逆止弁61と、を備える。電気化学式水素ポンプ100および制御器50は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 7, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a controller 50, a cathode gas flow path 60, and a check valve 61. Since the electrochemical hydrogen pump 100 and the controller 50 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

カソードガス流路60は、カソードCAから出力される水素ガスが流れる流路である。カソードガス流路60は、カソードCAから出力される水素ガスが流れる流路であれば、どのような構成であっても良い。カソードガス流路60は、例えば、カソードガス導出配管30(図2参照)により構成されていても良い。 The cathode gas flow path 60 is a flow path through which hydrogen gas output from the cathode CA flows. The cathode gas flow path 60 may have any configuration as long as it is a flow path through which hydrogen gas output from the cathode CA flows. The cathode gas flow path 60 may be configured by, for example, a cathode gas lead-out pipe 30 (see FIG. 2).

逆止弁61は、カソードガス流路60に設けられている。具体的には、逆止弁61は、カソードCAから電気化学式水素ポンプ100の外部に水素が流出する方向が正方向となるように、カソードガス流路60に設けられている。 The check valve 61 is provided in the cathode gas flow path 60. Specifically, the check valve 61 is provided in the cathode gas flow path 60 so that the direction in which hydrogen flows out from the cathode CA to the outside of the electrochemical hydrogen pump 100 is in the positive direction.

以上により、カソード触媒層15およびアノード触媒層16間の電圧印加を中断させた場合において、逆止弁61の作用により、外部からカソードCAに流入するガスの流れを抑制できる。よって、本変形例の水素供給システム200は、逆止弁61を備えない場合に比べて、カソードCAの圧力変動を抑制することができる。 As described above, when the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is interrupted, the flow of gas flowing into the cathode CA from the outside can be suppressed by the action of the check valve 61. Therefore, the hydrogen supply system 200 of this modification can suppress the pressure fluctuation of the cathode CA as compared with the case where the check valve 61 is not provided.

本変形例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態の水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of this modification may be the same as the hydrogen supply system 200 of the first embodiment except for the above-mentioned features.

(第2変形例)
電気化学式水素ポンプ100の動作における電解質膜14のプロトン伝導性について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
(Second modification)
The proton conductivity of the electrolyte membrane 14 in the operation of the electrochemical hydrogen pump 100 was intensively studied, and the following findings were obtained.

電解質膜14のプロトン伝導性確保には、電解質膜14を所望の湿潤状態に維持することが必要である。つまり、電解質膜14を湿潤状態は、電解質膜14の電気抵抗と直結しており、電気化学式水素ポンプ100のセル抵抗を左右する重要な要因となる。そして、このセル抵抗の増加は、電圧印加器19の電圧Eの上昇を招くので、電気化学式水素ポンプ100の動作効率、ひいては、水素供給システム200の動作効率を低下させる。 In order to ensure the proton conductivity of the electrolyte membrane 14, it is necessary to maintain the electrolyte membrane 14 in a desired wet state. That is, the wet state of the electrolyte membrane 14 is directly connected to the electric resistance of the electrolyte membrane 14, and is an important factor that influences the cell resistance of the electrochemical hydrogen pump 100. Since this increase in cell resistance causes an increase in the voltage E of the voltage applyer 19, the operating efficiency of the electrochemical hydrogen pump 100 and, by extension, the operating efficiency of the hydrogen supply system 200 are lowered.

ここで、発明者らは、電気化学式水素ポンプ100の動作における電解質膜14の湿潤状態が、カソードCAに存在する水の電解質膜14への浸透と密接に関係することを見出した。 Here, the inventors have found that the wet state of the electrolyte membrane 14 in the operation of the electrochemical hydrogen pump 100 is closely related to the permeation of water present in the cathode CA into the electrolyte membrane 14.

水素供給システム200の水素圧縮動作時、電気化学式水素ポンプ100では、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。つまり、アノードANからカソードCAに水が移動する。このとき、カソードCAに移動した水と電解質膜14との接触により、電解質膜14がカソードCAから加湿される。そして、アノードANからカソードCAにプロトンと同伴して移動する水の量が多い程、アノードANからの電解質膜14の加湿量が減少することとなり、その結果、電解質膜14の膜厚方向および面内方向における湿潤状態の分布(不均一)が発生する可能性がある。 During the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200, in the electrochemical hydrogen pump 100, protons permeate through the electrolyte membrane 14 with water molecules and move to the cathode catalyst layer 15. That is, water moves from the anode AN to the cathode CA. At this time, the electrolyte membrane 14 is humidified from the cathode CA by the contact between the water moved to the cathode CA and the electrolyte membrane 14. The larger the amount of water that moves from the anode AN to the cathode CA along with the protons, the smaller the amount of humidification of the electrolyte membrane 14 from the anode AN, and as a result, the film thickness direction and surface of the electrolyte membrane 14. Inwardly wet distribution (non-uniformity) may occur.

一方、カソードCAからの電解質膜14の加湿量はカソードCAのガス圧P2の高低に依存する。つまり、電解質膜14と接触する水は、カソードCAのガス圧P2が高い程、電解質膜14に水が浸透しやすくなり、その結果、電解質膜14の加湿が促進される。 On the other hand, the amount of humidification of the electrolyte membrane 14 from the cathode CA depends on the level of the gas pressure P2 of the cathode CA. That is, as for the water in contact with the electrolyte membrane 14, the higher the gas pressure P2 of the cathode CA, the easier it is for the water to permeate into the electrolyte membrane 14, and as a result, the humidification of the electrolyte membrane 14 is promoted.

第1実施形態の第2変形例の水素供給システム200では、以上の原理を利用して、電解質膜14の均一な湿潤状態が維持される。 In the hydrogen supply system 200 of the second modification of the first embodiment, the uniform wet state of the electrolyte membrane 14 is maintained by utilizing the above principle.

図8は、第1実施形態の第2変形例の水素供給システムの一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second modification of the first embodiment.

図8に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、カソードガス流路60と、弁62と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。カソードガス流路60は、第1実施形態の第1変形例と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 8, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a controller 50, a cathode gas flow path 60, and a valve 62. Since the electrochemical hydrogen pump 100 is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted. Since the cathode gas flow path 60 is the same as the first modification of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

弁62は、カソードガス流路60に設けられている。具体的には、弁62は、カソードガス流路60を開放および閉止可能な開閉弁である。弁62として、例えば、電磁式開閉弁を用いることができるが、これに限定されない。 The valve 62 is provided in the cathode gas flow path 60. Specifically, the valve 62 is an on-off valve capable of opening and closing the cathode gas flow path 60. As the valve 62, for example, an electromagnetic on-off valve can be used, but the valve is not limited to this.

そして、制御器50は、電圧印加器19による電圧印加を中断しているとき、弁62を閉止させる。すると、カソード触媒層15およびアノード触媒層16間の電圧印加を中断させた場合において、弁62の閉止作用により、カソードCA内のカソードガスの流れを抑制できる。よって、本変形例の水素供給システム200は、弁62を閉止しない場合に比べてカソードCAのガス圧P2を高圧に維持することができる。 Then, the controller 50 closes the valve 62 when the voltage application by the voltage applyr 19 is interrupted. Then, when the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is interrupted, the flow of the cathode gas in the cathode CA can be suppressed by the closing action of the valve 62. Therefore, the hydrogen supply system 200 of this modification can maintain the gas pressure P2 of the cathode CA at a high pressure as compared with the case where the valve 62 is not closed.

以上により、カソード触媒層15およびアノード触媒層16間の電圧印加を再開した場合に、仮に、カソードCAのガス圧P2が低圧になっていると、カソードCAのガス圧P2を低圧から高圧するための時間ロスおよびエネルギーロスが発生する恐れがあるが、本変形例の水素供給システム200は、上記の構成により、このような不都合を軽減できる。 As described above, when the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is restarted, if the gas pressure P2 of the cathode CA is low, the gas pressure P2 of the cathode CA is increased from low pressure. Although there is a possibility that time loss and energy loss may occur, the hydrogen supply system 200 of the present modification can alleviate such inconvenience by the above configuration.

また、カソードCAのガス圧P2は、上記のとおり、電解質膜14の加湿を促進させる効果を発揮する。そこで、本変形例の水素供給システム200では、電圧印加器19による電圧印加を中断しているとき、弁62を閉止させることにより、カソードCA内のガス圧P2を電解質膜14に均一に付与することで、カソードCAに存在する水を電解質膜14の面内において均一に浸透させることができる。これにより、電解質膜14の膜厚方向および面内方向における電解質膜14の湿潤状態の分布を均一にするリフレッシュ運転を行うことができる。よって、電解質膜14の電気抵抗の増加を抑制でき、その結果、水素供給システム200の水素圧縮動作に必要な消費電力の増加を抑制できる。 Further, the gas pressure P2 of the cathode CA exerts the effect of promoting the humidification of the electrolyte membrane 14 as described above. Therefore, in the hydrogen supply system 200 of the present modification, when the voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted, the gas pressure P2 in the cathode CA is uniformly applied to the electrolyte membrane 14 by closing the valve 62. As a result, the water present in the cathode CA can be uniformly permeated in the plane of the electrolyte membrane 14. As a result, a refresh operation can be performed to make the distribution of the wet state of the electrolyte membrane 14 uniform in the film thickness direction and the in-plane direction of the electrolyte membrane 14. Therefore, it is possible to suppress an increase in the electric resistance of the electrolyte film 14, and as a result, it is possible to suppress an increase in power consumption required for the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200.

なお、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧を印加させずに、カソードCAのガス圧P2を高圧にする期間は、水素供給システム200のそれまでの運転時間、直前のカソードCAのガス圧P2、電解質膜14の湿潤状態と電解質膜14の電気抵抗などの物性との相関などを考慮して、電解質膜14の膜厚方向および面内方向における湿潤状態を改善できる期間として、予め設定することが望ましい。 The period during which the gas pressure P2 of the cathode CA is increased without applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is the operating time of the hydrogen supply system 200 up to that point and the immediately preceding cathode CA. Considering the correlation between the gas pressure P2 and the wet state of the electrolyte membrane 14 and the physical properties such as the electrical resistance of the electrolyte membrane 14, the wet state of the electrolyte membrane 14 in the film thickness direction and the in-plane direction can be improved in advance. It is desirable to set.

本変形例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態または第1実施形態の第1変形例の水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of the present modification may be the same as the hydrogen supply system 200 of the first modification of the first embodiment or the first embodiment except for the above-mentioned features.

(第1実施例)
図9は、第1実施形態の第1実施例の水素供給システムの一例を示す図である。
(First Example)
FIG. 9 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the first embodiment of the first embodiment.

図9に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、電圧計測器70と、を備える。 In the example shown in FIG. 9, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100 and a controller 50. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, a voltage applyer 19, and a voltage measuring instrument 70.

電解質膜14、アノードAN、カソードCAおよび電圧印加器19は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Since the electrolyte membrane 14, the anode AN, the cathode CA, and the voltage adapter 19 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

電圧計測器70は、電圧印加器19でカソード触媒層15およびアノード触媒層16の間にかける電圧Eを計測する装置である。電圧計測器70は、電圧印加器19の電圧Eを計測できれば、どのような構成であっても良い。 The voltage measuring instrument 70 is a device that measures the voltage E applied between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage applying device 19. The voltage measuring instrument 70 may have any configuration as long as it can measure the voltage E of the voltage applying device 19.

なお、本実施例の水素供給システム200は、電圧計測器70を備えているが、このような電圧計測器を備えなくても良い。後者の場合、電圧印加器19の電圧Eは、例えば、制御器50で電圧印加器19を制御する場合の電圧印加器19の制御量として把握することができる。 Although the hydrogen supply system 200 of this embodiment includes a voltage measuring instrument 70, it is not necessary to provide such a voltage measuring instrument. In the latter case, the voltage E of the voltage applicator 19 can be grasped as, for example, the control amount of the voltage applicator 19 when the voltage applicator 19 is controlled by the controller 50.

制御器50は、電圧印加器19の印加電圧が増加すると、電圧印加器19による電圧印加を中断させる。 The controller 50 interrupts the voltage application by the voltage applyr 19 when the applied voltage of the voltage applyr 19 increases.

図10は、第1実施形態の第1実施例の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the first embodiment of the first embodiment.

以下の動作は、制御器50の演算回路が、記憶回路から制御プログラムにより行われても構わない。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。 The following operation may be performed by the arithmetic circuit of the controller 50 from the storage circuit by the control program. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some or all of the operations.

図10のステップS1、ステップS2、ステップS3およびステップS4は、図6のステップS1、ステップS2、ステップS3およびステップS4と同様であるので詳細な説明を省略する。 Since step S1, step S2, step S3 and step S4 in FIG. 10 are the same as step S1, step S2, step S3 and step S4 in FIG. 6, detailed description thereof will be omitted.

ステップS5で、電圧印加器19の電圧E(例えば、電圧計測器70で計測する電圧)が、予め設定された電圧閾値を上回るか否かが判定される。 In step S5, it is determined whether or not the voltage E of the voltage adapter 19 (for example, the voltage measured by the voltage measuring instrument 70) exceeds the preset voltage threshold value.

電圧印加器19の電圧Eが、電圧閾値以下の場合(ステップS5で、Noの場合)、ステップS2で、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ことで、カソードCAのガス圧P2を昇圧する動作が継続される。 When the voltage E of the voltage applyr 19 is equal to or less than the voltage threshold value (No in step S5), the cathode CA is formed by applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 in step S2. The operation of boosting the gas pressure P2 is continued.

電圧印加器19の電圧Eが、電圧閾値を上回る場合(ステップS5で、Yesの場合)、ステップS3で、予め設定された所定時間、電圧印加器19によるカソード触媒層15およびアノード触媒層16間への電圧印加が中断され、上記の所定時間が経過した後、ステップS4で、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間への電圧印加が再開される。そして、ステップS2で、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ことで、カソードCAのガス圧P2を昇圧する動作が継続される。 When the voltage E of the voltage adapter 19 exceeds the voltage threshold (in the case of Yes in step S5), in step S3, between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage adapter 19 for a predetermined time set in advance. After the voltage application to the cathode catalyst layer 15 is interrupted and the predetermined time elapses, the voltage application between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 is restarted in step S4. Then, in step S2, the operation of boosting the gas pressure P2 of the cathode CA is continued by applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16.

ここで、アノードANでフラディングが発生すると、水素供給システム200の水素の拡散性が阻害されるので、所望のプロトン移動を確保するためのポンプ動作に必要な電圧印加器19の電圧Eが上昇する。つまり、電圧印加器19の電圧Eは、フラディング現象に相関する値である。 Here, when flooding occurs in the anode AN, the diffusibility of hydrogen in the hydrogen supply system 200 is hindered, so that the voltage E of the voltage adapter 19 required for the pump operation to secure the desired proton transfer rises. do. That is, the voltage E of the voltage adapter 19 is a value that correlates with the flooding phenomenon.

また、電圧印加器19の電圧Eはセル抵抗の増加に伴って上昇する。このセル抵抗は電解質膜14の電気抵抗と直結しており、電解質膜14の湿潤状態が変化することで、電解質膜14の電気抵抗が変化する結果、セル抵抗が変化する。例えば、電圧印加器19の電圧Eが増加した場合、電解質膜14の湿潤状態に不均一な分布が発生していると予測できる。つまり、電圧印加器19の電圧Eは、電解質膜14の湿潤状態に相関する値である。 Further, the voltage E of the voltage adapter 19 increases as the cell resistance increases. This cell resistance is directly connected to the electric resistance of the electrolyte membrane 14, and the cell resistance changes as a result of the change in the electric resistance of the electrolyte membrane 14 due to the change in the wet state of the electrolyte membrane 14. For example, when the voltage E of the voltage adapter 19 increases, it can be predicted that a non-uniform distribution occurs in the wet state of the electrolyte membrane 14. That is, the voltage E of the voltage adapter 19 is a value that correlates with the wet state of the electrolyte membrane 14.

そこで、本実施例の水素供給システム200では、ステップS5に示す如く、電圧印加器19の電圧について所定の閾値電圧が設定されている。そして、電圧印加器19の印加電圧が、閾値電圧を上回る場合に、電圧印加器19による電圧印加を中断することで、アノードANからカソードCAへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Therefore, in the hydrogen supply system 200 of this embodiment, as shown in step S5, a predetermined threshold voltage is set for the voltage of the voltage applyr 19. Then, when the applied voltage of the voltage applyr 19 exceeds the threshold voltage, the voltage application by the voltage applyr 19 is interrupted, so that the movement of protons and water from the anode AN to the cathode CA is performed during the above-mentioned predetermined time. , Can be stopped.

これにより、フラディング現象に相関する電圧印加器19の印加電圧に基づいて、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を行うことができる。また、電解質膜14の湿潤状態に相関する電圧印加器19の印加電圧に基づいて、例えば、カソードCAのガス圧P2を高圧に維持することで、電解質膜14の膜厚方向および面内方向における電解質膜14の湿潤状態の分布を均一にするリフレッシュ運転を行うこともできる。 As a result, it is possible to perform a refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24 based on the applied voltage of the voltage adapter 19 that correlates with the flooding phenomenon. Further, for example, by maintaining the gas pressure P2 of the cathode CA at a high voltage based on the applied voltage of the voltage adapter 19 that correlates with the wet state of the electrolyte membrane 14, in the film thickness direction and the in-plane direction of the electrolyte membrane 14, for example. It is also possible to perform a refresh operation to make the distribution of the wet state of the electrolyte membrane 14 uniform.

なお、ステップS5の電圧閾値は、電解質膜14の湿潤状態と電解質膜14の電気抵抗などの物性との相関などを考慮して、水素供給システム200の水素圧縮動作の安定性、水素供給システム200の目標効率を達成し得る電圧を指標として設定すると良い。閾値電圧は、例えば、触媒金属が溶出する下限電圧より小さい値であっても良い。例えば、触媒金属としてPtが用いられている場合は、閾値電圧は、触媒金属が溶出する下限電圧(例えば、1.19V)よりも小さい値で設定しても良い。 The voltage threshold in step S5 is the stability of the hydrogen compression operation of the hydrogen supply system 200 and the hydrogen supply system 200 in consideration of the correlation between the wet state of the electrolyte membrane 14 and the physical properties such as the electric resistance of the electrolyte membrane 14. It is advisable to set the voltage that can achieve the target efficiency of. The threshold voltage may be, for example, a value smaller than the lower limit voltage at which the catalyst metal elutes. For example, when Pt is used as the catalyst metal, the threshold voltage may be set to a value smaller than the lower limit voltage (for example, 1.19V) at which the catalyst metal elutes.

本実施例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態および第1実施形態の第1変形例−第2変形例のいずれかの水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of this embodiment may be the same as the hydrogen supply system 200 of any of the first modification and the second modification of the first embodiment and the first embodiment except for the above-mentioned features.

(第2実施例)
図11は、第1実施形態の第2実施例の水素供給システムの一例を示す図である。
(Second Example)
FIG. 11 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second embodiment of the first embodiment.

図11に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、電圧計測器70と、圧力計測器71と、を備える。 In the example shown in FIG. 11, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100 and a controller 50. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, a voltage applicator 19, a voltage measuring instrument 70, and a pressure measuring instrument 71.

電解質膜14、アノードAN、カソードCAおよび電圧印加器19は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。電圧計測器70は、第1実施形態の第1実施例と同様であるので説明を省略する。 Since the electrolyte membrane 14, the anode AN, the cathode CA, and the voltage adapter 19 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Since the voltage measuring instrument 70 is the same as that of the first embodiment of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

圧力計測器71は、カソードCA側の圧力を計測する装置である。つまり、圧力計測器71により、カソードCAのガス圧P2が計測される。圧力計測器71は、カソードCA側の圧力を計測できれば、どのような構成であっても良い。 The pressure measuring instrument 71 is a device for measuring the pressure on the cathode CA side. That is, the gas pressure P2 of the cathode CA is measured by the pressure measuring instrument 71. The pressure measuring instrument 71 may have any configuration as long as it can measure the pressure on the cathode CA side.

制御器50は、圧力計測器71で計測する圧力が増加すると、電圧印加器19による電圧印加を中断させる。 When the pressure measured by the pressure measuring instrument 71 increases, the controller 50 interrupts the voltage application by the voltage applying device 19.

図12は、第1実施形態の第2実施例の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the second embodiment of the first embodiment.

以下の動作は、制御器50の演算回路が、記憶回路から制御プログラムにより行われても構わない。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。 The following operation may be performed by the arithmetic circuit of the controller 50 from the storage circuit by the control program. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some or all of the operations.

図12のステップS1、ステップS2、ステップS3およびステップS4は、図6のステップS1、ステップS2、ステップS3およびステップS4と同様であるので詳細な説明を省略する。図12のステップS5は、図10のステップS5と同様であるので詳細な説明を省略する。 Since step S1, step S2, step S3 and step S4 in FIG. 12 are the same as step S1, step S2, step S3 and step S4 in FIG. 6, detailed description thereof will be omitted. Since step S5 in FIG. 12 is the same as step S5 in FIG. 10, detailed description thereof will be omitted.

ステップS6で、圧力計測器71で計測する圧力が、予め設定された圧力閾値を上回るか否かが判定される。 In step S6, it is determined whether or not the pressure measured by the pressure measuring instrument 71 exceeds a preset pressure threshold value.

圧力計測器71で計測する圧力が、圧力閾値以下の場合(ステップS6で、Noの場合)、ステップS2で、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ことで、カソードCAのガス圧P2を昇圧する動作が継続される。 When the pressure measured by the pressure measuring instrument 71 is equal to or less than the pressure threshold value (No in step S6), the cathode CA is obtained by applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 in step S2. The operation of boosting the gas pressure P2 of the above is continued.

圧力計測器71で計測する圧力が、圧力閾値を上回る場合(ステップS6で、Yesの場合)、次の判定ステップS5に進む。そして、ステップS5では、第1実施形態の第1実施例の水素供給システムと同様の動作が行われる。 When the pressure measured by the pressure measuring instrument 71 exceeds the pressure threshold value (in the case of Yes in step S6), the process proceeds to the next determination step S5. Then, in step S5, the same operation as the hydrogen supply system of the first embodiment of the first embodiment is performed.

ここで、水素供給システム200のフラディングは、上記のとおり、アノードANからカソードCAにプロトンと同伴して移動(浸透)した水が、カソードCAおよびアノードAN間の差圧によってカソードCAからアノードANに逆流(逆浸透)することで発生する現象である。よって、カソードCAおよびアノードAN間の差圧が大きい程(つまり、カソードCAのガス圧P2が高い程)、水素供給システム200のフラディングは発生しやすくなる。 Here, in the flooding of the hydrogen supply system 200, as described above, the water that has moved (penetrated) from the anode AN to the cathode CA along with the proton is transferred from the cathode CA to the anode AN due to the differential pressure between the cathode CA and the anode AN. It is a phenomenon that occurs due to backflow (back-penetration). Therefore, the larger the differential pressure between the cathode CA and the anode AN (that is, the higher the gas pressure P2 of the cathode CA), the more likely it is that the hydrogen supply system 200 will be flooded.

そこで、本実施例の水素供給システム200では、常圧から水素供給システム200の定格運転時の圧力(高圧)までの間の圧力(例えば、中間圧力)を、カソードCAのガス圧P2の圧力閾値として設定している。圧力閾値は複数、設定されていても良い。そして、圧力計測器71の計測データが、このような圧力閾値を上回る場合には、電圧印加器19による電圧印加を中断することで、アノードANからカソードCAへのプロトンおよび水の移動を上記の所定時間の間、停止できる。 Therefore, in the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, the pressure (for example, intermediate pressure) between the normal pressure and the pressure (high pressure) at the rated operation of the hydrogen supply system 200 is set to the pressure threshold value of the gas pressure P2 of the cathode CA. It is set as. A plurality of pressure threshold values may be set. When the measurement data of the pressure measuring instrument 71 exceeds such a pressure threshold value, the voltage application by the voltage applying device 19 is interrupted to move protons and water from the anode AN to the cathode CA. It can be stopped for a predetermined time.

これにより、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24においてフラディングを引き起こす状態を改善するリフレッシュ運転を、カソードCAのガス圧P2が圧力閾値を上回る場合にも行うことができる。つまり、本実施例の水素供給システム200では、カソードCAのガス圧P2が、水素供給システム200の定格運転時の圧力より低圧であっても、アノード触媒層16およびアノードガス拡散層24においてフラディングが発生する可能性があることに鑑み、このような圧力閾値を設定している。 Thereby, the refresh operation for improving the state of causing flooding in the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24 can be performed even when the gas pressure P2 of the cathode CA exceeds the pressure threshold. That is, in the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, even if the gas pressure P2 of the cathode CA is lower than the pressure at the rated operation of the hydrogen supply system 200, flooding occurs in the anode catalyst layer 16 and the anode gas diffusion layer 24. In view of the possibility that the pressure threshold may occur, such a pressure threshold is set.

本実施例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の第1変形例−第2変形例および第1実施形態の第1実施例のいずれかの水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of the present embodiment has the hydrogen supply of any one of the first embodiment, the first modification of the first embodiment-the second modification, and the first embodiment of the first embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as the system 200.

(第2実施形態)
図13は、第2実施形態の水素供給システムの一例を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing an example of the hydrogen supply system of the second embodiment.

図13に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、ガス供給器80と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 13, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a controller 50, and a gas supply device 80. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, and a voltage adapter 19. Since the electrochemical hydrogen pump 100 is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

ガス供給器80は、電気化学式水素ポンプ100のアノードANにガスを供給する装置である。ガス供給器80は、アノードANにガスを供給することができれば、どのような構成であっても良い。 The gas supply device 80 is a device that supplies gas to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100. The gas supply device 80 may have any configuration as long as it can supply gas to the anode AN.

ガス供給器80は、電気化学式水素ポンプ100のアノードANへ供給するガス流量を調整する流量調整器を備えても良い。流量調整器は、昇圧器および流量調整弁の両方、または、いずれか一方により構成されても良い。昇圧器として、例えば、ブースターポンプなどを挙げることができるが、これに限定されない。 The gas supply device 80 may include a flow rate regulator that adjusts the gas flow rate to be supplied to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100. The flow rate regulator may be composed of a booster and / or a flow control valve. Examples of the booster include, but are not limited to, a booster pump.

また、水素供給システム200では、所定の供給圧を有するガス供給源(図示せず)からガス供給器80にガスが供給される。ガス供給源として、例えば、ガス貯蔵器(例えば、ガスボンベ)、ガス供給インフラなどを挙げることができるが、これらに限定されない。 Further, in the hydrogen supply system 200, gas is supplied to the gas supply device 80 from a gas supply source (not shown) having a predetermined supply pressure. Examples of the gas supply source include, but are not limited to, a gas reservoir (for example, a gas cylinder), a gas supply infrastructure, and the like.

制御器50は、電圧印加器19による電圧印加を中断している時に、ガス供給器80よりアノードANにガスを供給させる。 The controller 50 supplies gas to the anode AN from the gas supply device 80 when the voltage application by the voltage applyr 19 is interrupted.

図14は、第2実施形態の水素供給システムの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation of the hydrogen supply system of the second embodiment.

以下の動作は、制御器50の演算回路が、記憶回路から制御プログラムにより行われても構わない。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。 The following operation may be performed by the arithmetic circuit of the controller 50 from the storage circuit by the control program. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some or all of the operations.

図14のステップS1、ステップS2およびステップS4は、図6のステップS1、ステップS2およびステップS4と同様であるので詳細な説明を省略する。 Since step S1, step S2 and step S4 in FIG. 14 are the same as step S1, step S2 and step S4 in FIG. 6, detailed description thereof will be omitted.

電圧印加器19によりカソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧を印加して、アノードANからカソードCAにプロトンを移動させる動作中に、ステップS3Aで、予め設定された所定時間、このような電圧印加器19による電圧印加を中断させるとともに、ガス供給器80によりアノードANにガスが供給される。 During the operation of applying a voltage between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16 by the voltage applyer 19 to move the proton from the anode AN to the cathode CA, in step S3A, in this way, for a predetermined time preset. The voltage application by the voltage applyer 19 is interrupted, and the gas is supplied to the anode AN by the gas supply device 80.

このとき、ガス供給器80からアノードANに供給されるガスは、例えば、水素ガス(アノードガス)であるが、これに限定されず、窒素などの酸素を除く他のガスであっても良い。ガス供給器80からアノードANに供給されるガスが、水素ガス(アノードガス)である場合、アノードANにアノードガスを供給するステップS1の動作が継続されていても良い。つまり、この場合、ステップS3Aは、ステップS3と同様であっても良い。 At this time, the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN is, for example, hydrogen gas (anode gas), but is not limited to this, and may be another gas other than oxygen such as nitrogen. When the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN is hydrogen gas (anode gas), the operation of step S1 for supplying the anode gas to the anode AN may be continued. That is, in this case, step S3A may be the same as step S3.

また、ガス供給器80からアノードANに供給されるガスが、窒素などの他のガスである場合、図示を省略しているが、ステップS3Aで、ステップS1の動作が停止されていても良い。これにより、上記のリフレッシュ運転において水素ガスを使用せずに済む。 Further, when the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN is another gas such as nitrogen, although not shown, the operation of step S1 may be stopped in step S3A. As a result, it is not necessary to use hydrogen gas in the above refreshing operation.

以上により、本実施形態の水素供給システム200は、電圧印加器19による電圧印加を中断している時にガス供給器80よりアノードANにガスを供給することで、このようなガス供給を行わない場合に比べてアノードANで発生したフラディングを軽減することができる。 As described above, the hydrogen supply system 200 of the present embodiment supplies gas from the gas supply device 80 to the anode AN when the voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted, so that such gas supply is not performed. It is possible to reduce the flooding generated in the anode AN as compared with the above.

具体的には、アノードANでフラディング発生した場合でも、アノード触媒層16のガス流路を閉塞した水、アノードガス拡散層24のガス流路を閉塞した水を、ガス供給器80から供給されるガスの流れの作用によって効果的に排水することができる。 Specifically, even when flooding occurs in the anode AN, water that blocks the gas flow path of the anode catalyst layer 16 and water that blocks the gas flow path of the anode gas diffusion layer 24 are supplied from the gas supply device 80. It can be effectively drained by the action of the gas flow.

本実施形態の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の第1変形例−第2変形例および第1実施形態の第1実施例−第2実施例のいずれかの水素供給システム200と同様であっても良い。例えば、図14では、図6のステップS3が、上記のステップS3Aに置き換えられているが、図10のステップS3が、上記のステップS3Aに置き換えられても良いし、図12のステップS3が、上記のステップS3Aに置き換えられても良い。 Except for the above features, the hydrogen supply system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first modification of the first embodiment-the second modification, and the first embodiment of the first embodiment-the second embodiment. It may be the same as any hydrogen supply system 200. For example, in FIG. 14, step S3 of FIG. 6 is replaced with the above step S3A, but step S3 of FIG. 10 may be replaced with the above step S3A, and step S3 of FIG. 12 may be replaced with the above step S3A. It may be replaced with the above step S3A.

(第1実施例)
第2実施形態の第1実施例の水素供給システム200は、以下の特徴以外は、第2実施形態の水素供給システム200と同様である。
(First Example)
The hydrogen supply system 200 of the first embodiment of the second embodiment is the same as the hydrogen supply system 200 of the second embodiment except for the following features.

電圧印加器19による電圧印加が中断されている時に、ガス供給器80からアノードANに供給されるガスの露点は、電圧印加器19により電圧を印加している時にアノードANに供給される水素ガス(アノードガス)の露点以下であっても良い。例えば、ガス供給器80からアノードANに供給されるガスが、水素ガス(アノードガス)である場合、両者の露点が等しくなる場合がある。 When the voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted, the dew point of the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN is the hydrogen gas supplied to the anode AN when the voltage is applied by the voltage adapter 19. It may be below the dew point of (anode gas). For example, when the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN is hydrogen gas (anode gas), the dew points of both may be equal.

また、ガス供給器80からアノードANに供給されるガスの露点は、電圧印加器19により電圧を印加している時にアノードANに供給される水素ガス(アノードガス)の露点よりも小さくても良い。かかる装置構成の一例は、第2実施例で説明する。 Further, the dew point of the gas supplied from the gas supply device 80 to the anode AN may be smaller than the dew point of the hydrogen gas (anode gas) supplied to the anode AN when the voltage is applied by the voltage adapter 19. .. An example of such an apparatus configuration will be described in the second embodiment.

以上により、本実施例の水素供給システム200は、電圧印加器19による電圧印加が中断されている時に、低露点のガスをアノードANに供給することで、このようなガス供給を行わない場合に比べてアノードANで発生したフラディングを軽減することができる。 As described above, the hydrogen supply system 200 of the present embodiment supplies the gas having a low dew point to the anode AN when the voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted, so that such gas supply is not performed. In comparison, the flooding generated in the anode AN can be reduced.

具体的には、アノードANでフラディング発生した場合でも、アノード触媒層16のガス流路を閉塞した水、アノードガス拡散層24のガス流路を閉塞した水を、ガス供給器80から供給されるガスの流れの作用によって効果的に排水することができる。また、アノードANに供給されるガスの露点は、電圧印加器19により電圧を印加している時にアノードANに供給される水素ガス(アノードガス)の露点以下であるので、かかるガスの温度が低下しても、ガス中の水蒸気は凝縮しにくい。よって、アノードANに供給されるガスの温度低下により、アノードANでフラディングを引き起こすことを適切に抑制できる。 Specifically, even when flooding occurs in the anode AN, water that blocks the gas flow path of the anode catalyst layer 16 and water that blocks the gas flow path of the anode gas diffusion layer 24 are supplied from the gas supply device 80. It can be effectively drained by the action of the gas flow. Further, since the dew point of the gas supplied to the anode AN is equal to or lower than the dew point of the hydrogen gas (anode gas) supplied to the anode AN when the voltage is applied by the voltage adapter 19, the temperature of the gas drops. However, the water vapor in the gas is difficult to condense. Therefore, it is possible to appropriately suppress the cause of flooding in the anode AN due to the temperature decrease of the gas supplied to the anode AN.

(第2実施例)
図15は、第2実施形態の第2実施例の水素供給システムの一例を示す図である。
(Second Example)
FIG. 15 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a second embodiment of the second embodiment.

図15に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、ガス供給器180と、加湿器82と、第1の流路83と、第2の流路84と、を備える。ガス供給器180は、流量調整器85を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 15, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a controller 50, a gas supply device 180, a humidifier 82, a first flow path 83, and a second flow path 84. And. The gas supply device 180 includes a flow rate regulator 85. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, and a voltage adapter 19. Since the electrochemical hydrogen pump 100 is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

なお、ガス供給器180からアノードANに供給されるガスは、例えば、水素ガス(アノードガス)である。 The gas supplied from the gas supply device 180 to the anode AN is, for example, hydrogen gas (anode gas).

第1の流路83は、図示しないガス貯蔵器から出力されるガスが加湿器82を経由して、アノードANに供給される流路である。また、第2の流路84は、ガス貯蔵器から出力されるガスが加湿器82をバイパスして、アノードANに供給される流路である。 The first flow path 83 is a flow path in which the gas output from a gas reservoir (not shown) is supplied to the anode AN via the humidifier 82. Further, the second flow path 84 is a flow path in which the gas output from the gas reservoir bypasses the humidifier 82 and is supplied to the anode AN.

なお、ガス貯蔵器は、アノードANに供給されるガスを貯蔵する装置であり、ガス貯蔵器として、例えば、ガスボンベなどを挙げることができる。なお、図示を省略しているが、水素供給システム200が、このようなガス貯蔵器を備えても良い。 The gas reservoir is a device for storing the gas supplied to the anode AN, and examples of the gas reservoir include gas cylinders and the like. Although not shown, the hydrogen supply system 200 may include such a gas reservoir.

ここで、加湿器82は、ガス貯蔵器から出力されるガスを加湿する装置である。加湿器82は、ガス貯蔵器から出力されるガスを加湿できれば、どのような構成であっても良い。 Here, the humidifier 82 is a device that humidifies the gas output from the gas reservoir. The humidifier 82 may have any configuration as long as it can humidify the gas output from the gas reservoir.

例えば、ガス貯蔵器から出力されるガスを加湿するのにバブリング方式を用いても良い。この場合、加湿器82は、第1の流路83に接続されたバブリングタンク(図示せず)を備える。バブリングタンク内の水に、第1の流路83を流通するガスをバブリングすることで、ガスが加湿される。そして、バブリングタンクの上部空間に充満した加湿状態のガスが、第1の流路83を通じてアノードANに供給される。 For example, a bubbling method may be used to humidify the gas output from the gas reservoir. In this case, the humidifier 82 includes a bubbling tank (not shown) connected to the first flow path 83. The gas is humidified by bubbling the gas flowing through the first flow path 83 with the water in the bubbling tank. Then, the humidified gas that fills the upper space of the bubbling tank is supplied to the anode AN through the first flow path 83.

ガス供給器180の流量調整器85は、第1の流路83を流れるガスの第1流量および第2の流路84を流れるガスの第2流量を調整する装置である。流量調整器85は、第1流量および第2流量を調整できれば、どのような構成であっても良い。 The flow rate adjuster 85 of the gas supply device 180 is a device that adjusts the first flow rate of the gas flowing through the first flow path 83 and the second flow rate of the gas flowing through the second flow path 84. The flow rate regulator 85 may have any configuration as long as the first flow rate and the second flow rate can be adjusted.

例えば、流量調整器85は、第1の流路83と第2の流路84とを切り替える切替器であっても良い。つまり、第1流量および第2流量の調整には、第1流量および第2流量のいずれか一方がゼロになる場合が含まれる。 For example, the flow rate regulator 85 may be a switch for switching between the first flow path 83 and the second flow path 84. That is, the adjustment of the first flow rate and the second flow rate includes the case where either the first flow rate or the second flow rate becomes zero.

上記の切替器は、第1の流路83と第2の流路84との分岐領域86Aに設けられた切替弁(図示せず)を備えても良い。また、切替器は、第1の流路83と第2の流路84との合流領域86Bに設けられた切替弁(図示せず)を備えても良い。切替弁は、例えば、三方弁で構成しても良いし、二方弁の組合せで構成しても良い。 The switch may include a switching valve (not shown) provided in the branch region 86A between the first flow path 83 and the second flow path 84. Further, the switching device may include a switching valve (not shown) provided in the confluence region 86B between the first flow path 83 and the second flow path 84. The switching valve may be composed of, for example, a three-way valve or a combination of two-way valves.

制御器50は、流量調整器85を制御して、電圧印加器19により電圧を印加しているとき、第1流量を第2流量より多くするとともに、電圧印加器19による電圧印加を中断しているとき、第1流量を第2流量よりも少なくする。 When the controller 50 controls the flow rate regulator 85 and applies a voltage by the voltage applyr 19, the first flow rate is made larger than the second flow rate, and the voltage application by the voltage applyr 19 is interrupted. When present, the first flow rate is made smaller than the second flow rate.

流量調整器85が、上記の切替器である場合、制御器50は、電圧印加器19により電圧を印加しているとき、切替器を第1の流路83側に切替え、電圧印加器19による電圧印加を中断しているとき、切替器を第2の流路84側に切替える。 When the flow rate regulator 85 is the above-mentioned switch, the controller 50 switches the switch to the first flow path 83 side when the voltage is applied by the voltage adapter 19, and the voltage adapter 19 switches the switch to the first flow path 83 side. When the voltage application is interrupted, the switch is switched to the second flow path 84 side.

以上により、本実施例の水素供給システム200は、カソード触媒層15およびアノード触媒層16の間に電圧が印加されているときは、加湿器82による加湿量が多い高露点のガスがアノードANに供給されるので、このようなガス供給を行わない場合に比べて、ガス中の水を用いて電解質膜14を所望の湿潤状態に維持することができる。 As described above, in the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, when a voltage is applied between the cathode catalyst layer 15 and the anode catalyst layer 16, a high dew point gas having a large amount of humidification by the humidifier 82 is sent to the anode AN. Since it is supplied, the electrolyte membrane 14 can be maintained in a desired wet state by using water in the gas as compared with the case where such gas supply is not performed.

また、電圧印加器19による電圧印加が中断されているときは、加湿器82による加湿量が少ない低露点のガスがアノードANに供給されるので、このようなガス供給を行わない場合に比べて、アノードANで発生したフラディングを軽減することができる。具体的には、アノードANでフラディング発生した場合でも、アノード触媒層16のガス流路を閉塞した水、アノードガス拡散層24のガス流路を閉塞した水を、ガス供給器180から供給されるガスの流れの作用によって効果的に排水することができる。また、アノードANに供給されるガスは、低露点であるので、かかるガスの温度が低下しても、ガス中の水蒸気は凝縮しにくい。よって、アノードANに供給されるガスの温度低下により、アノードANでフラディングを引き起こすことを適切に抑制できる。 Further, when the voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted, the gas having a low dew point with a small amount of humidification by the humidifier 82 is supplied to the anode AN, so that it is compared with the case where such gas supply is not performed. , Flooding generated in the anode AN can be reduced. Specifically, even when flooding occurs in the anode AN, water that blocks the gas flow path of the anode catalyst layer 16 and water that blocks the gas flow path of the anode gas diffusion layer 24 are supplied from the gas supply device 180. It can be effectively drained by the action of the gas flow. Further, since the gas supplied to the anode AN has a low dew point, the water vapor in the gas is unlikely to condense even if the temperature of the gas drops. Therefore, it is possible to appropriately suppress the cause of flooding in the anode AN due to the temperature decrease of the gas supplied to the anode AN.

本実施例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第2実施形態の第1実施例の水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of this embodiment may be the same as the hydrogen supply system 200 of the first embodiment of the second embodiment except for the above-mentioned features.

(変形例)
アノードANから排出されるアノードガスは、所望量の水蒸気を含む高露点のガスである。よって、水素供給システム200は、アノードANから排出されるアノードガス(リサイクルガス)を、ガス供給器80から出力されるアノードガスに混合させることで、ガス供給器80から出力されるアノードガスを加湿する構成を取っても良い。
(Modification example)
The anode gas discharged from the anode AN is a gas having a high dew point containing a desired amount of water vapor. Therefore, the hydrogen supply system 200 humidifies the anode gas output from the gas supply device 80 by mixing the anode gas (recycled gas) discharged from the anode AN with the anode gas output from the gas supply device 80. You may take the configuration to do.

図16は、第2実施形態の変形例の水素供給システムの一例を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing an example of a hydrogen supply system according to a modification of the second embodiment.

図16に示す例では、水素供給システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、制御器50と、ガス供給器80と、流量調整器87と、リサイクルガス流路88と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、電解質膜14と、アノードANと、カソードCAと、電圧印加器19と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。ガス供給器80は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 16, the hydrogen supply system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a controller 50, a gas supply device 80, a flow rate regulator 87, and a recycled gas flow path 88. The electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 14, an anode AN, a cathode CA, and a voltage adapter 19. Since the electrochemical hydrogen pump 100 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Since the gas supply device 80 is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

流量調整器87は、ガス供給器80から出力されるアノードガスに混合されるリサイクルガスの流量を調整する装置である。流量調整器87は、このようなリサイクルガスの流量を調整することができれば、どのような構成であっても良い。流量調整器87として、例えば、流量調整弁などを挙げることができる。 The flow rate regulator 87 is a device that adjusts the flow rate of the recycled gas mixed with the anode gas output from the gas supply device 80. The flow rate regulator 87 may have any configuration as long as the flow rate of such recycled gas can be adjusted. As the flow rate regulator 87, for example, a flow rate regulator valve and the like can be mentioned.

リサイクルガス流路88は、アノードANから排出されるリサイクルガスを、アノードANとガス供給器80との間のガス流路内のアノードガスに送るための流路である。 The recycled gas flow path 88 is a flow path for sending the recycled gas discharged from the anode AN to the anode gas in the gas flow path between the anode AN and the gas supply device 80.

制御器50は、この流量調整器87を制御して、電圧印加器19により電圧を印加しているとき、ガス供給器80から出力されるガスに混合されるリサイクルガスの流量を多くするとともに、電圧印加器19による電圧印加を中断しているとき、このようなリサイクルガスの流量を少なくする。 The controller 50 controls the flow rate regulator 87 to increase the flow rate of the recycled gas mixed with the gas output from the gas supply device 80 when the voltage is applied by the voltage adapter 19. When the voltage application by the voltage applyer 19 is interrupted, the flow rate of such recycled gas is reduced.

以上により、本変形例の水素供給システム200は、ガス供給器80から出力されるアノードガスをリサイクルガス中の水蒸気により加湿することができる。また、アノードANから排出される水素ガスを適切に再利用することもできる。 As described above, the hydrogen supply system 200 of the present modification can humidify the anode gas output from the gas supply device 80 with the steam in the recycled gas. Further, the hydrogen gas discharged from the anode AN can be appropriately reused.

本変形例の水素供給システム200は、上記特徴以外は、第2実施形態の第1実施例の水素供給システム200と同様であっても良い。 The hydrogen supply system 200 of the present modification may be the same as the hydrogen supply system 200 of the first embodiment of the second embodiment except for the above-mentioned features.

(第3実施形態)
第3実施形態の水素供給システム200は、以下の報知器が設けられていること以外は、第1実施形態、第1実施形態の第1変形例−第2変形例、第1実施形態の第1実施例−第2実施例、第2実施形態、第2実施形態の第1実施例−第2実施例および第2実施形態の変形例のいずれかの水素供給システム200と同様である。
(Third Embodiment)
The hydrogen supply system 200 of the third embodiment is the first modification of the first embodiment, the first modification of the first embodiment, the second modification, and the first embodiment, except that the following alarms are provided. 1 It is the same as the hydrogen supply system 200 of any one of the second embodiment, the second embodiment, the first embodiment of the second embodiment-the second embodiment, and the modified example of the second embodiment.

報知器は、水素供給システム200が運転停止している第1状態および第1状態と異なる第2状態のいずれであるかを示す情報を報知する装置である。第2状態は、例えば、水素供給システム200の通常の運転状態、電圧印加器19による電圧印加が中断している状態(上記のリフレッシュ運転の状態)などが例示される。 The alarm is a device that notifies information indicating whether the hydrogen supply system 200 is in the first state in which the operation is stopped or in a second state different from the first state. Examples of the second state include a normal operating state of the hydrogen supply system 200, a state in which voltage application by the voltage adapter 19 is interrupted (the above-mentioned refreshing operation state), and the like.

図17および図18は、第3実施形態の水素供給システムの報知器の一例を示す図である。図17には、水素供給システム200の通常の運転状態を表示する表示器90の表示画面90Aが示されている。図18には、水素供給システム200のリフレッシュ運転の状態を表示する表示器90の表示画面90Bが示されている。なお、表示器90として、例えば、タッチ操作機能を備える液晶ディスプレイなどを挙げることができる。これにより、水素供給システム200の動作状態が表示器90の表示画面に表示されるとともに、操作者が、制御器50に対して適宜の制御指令を入力することもできる。 17 and 18 are diagrams showing an example of the alarm of the hydrogen supply system of the third embodiment. FIG. 17 shows a display screen 90A of the display 90 that displays a normal operating state of the hydrogen supply system 200. FIG. 18 shows a display screen 90B of the display 90 that displays the state of the refresh operation of the hydrogen supply system 200. As the display 90, for example, a liquid crystal display having a touch operation function can be mentioned. As a result, the operating state of the hydrogen supply system 200 is displayed on the display screen of the display 90, and the operator can input an appropriate control command to the controller 50.

制御器50は、電圧印加器19による電圧印加が中断しているとき、報知器を制御して水素供給システム200が、このような第2状態であること示す情報を報知する。 When the voltage application by the voltage applyr 19 is interrupted, the controller 50 controls the alarm to notify the information indicating that the hydrogen supply system 200 is in such a second state.

本実施形態の水素供給システム200では、水素供給システム200の第1状態および第2状態を報知する報知器が、制御器50に設けられる表示器90により構成されているが、これに限定されない。報知器は、例えば、情報端末に、水素供給システム200の状態が、第1状態および第2状態のいずれであるかを示す情報を送信する送信器であっても良い。送信器は、LTE、Wi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)などの通信規格に対応する無線通信機を挙げることができるが、これに限定されない。 In the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, the alarm for notifying the first state and the second state of the hydrogen supply system 200 is configured by the display 90 provided in the controller 50, but is not limited thereto. The alarm may be, for example, a transmitter that transmits information indicating whether the state of the hydrogen supply system 200 is the first state or the second state to the information terminal. The transmitter may include, but is not limited to, a wireless communication device compatible with communication standards such as LTE, Wi-Fi (registered trademark), and Bluetooth (registered trademark).

以上により、本実施形態の水素供給システム200は、表示器90により、水素供給システム200がリフレッシュ運転などの第2状態であること示す視覚情報を、例えば、操作者などが、適時に知ることができる。また、表示器90のタッチ操作機能により、操作者が、例えば、リフレッシュ運転を適時に解除することもできる。 As described above, in the hydrogen supply system 200 of the present embodiment, for example, the operator can timely know the visual information indicating that the hydrogen supply system 200 is in the second state such as the refresh operation by the display 90. can. Further, the touch operation function of the display 90 allows the operator to, for example, cancel the refresh operation in a timely manner.

なお、第1実施形態、第1実施形態の第1変形例−第2変形例、第1実施形態の第1実施例−第2実施例、第2実施形態、第2実施形態の第1実施例−第2実施例、第2実施形態の変形例および第3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。 It should be noted that the first embodiment of the first embodiment, the first modification of the first embodiment-the second modification, the first embodiment of the first embodiment-the second embodiment, the second embodiment, and the first embodiment of the second embodiment. Example-The second embodiment, the modified example of the second embodiment, and the third embodiment may be combined with each other as long as the other party is not excluded from 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。 Also, from the above description, many improvements and other embodiments of the present disclosure will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the above description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best aspects of carrying out the present disclosure. The details of its structure and / or function can be substantially modified without departing from the spirit of the present disclosure.

本開示の一態様は、水素の拡散性を適切に確保することで、水素圧縮動作時の効率を従来よりも向上し得る水素供給システムに利用することができる。 One aspect of the present disclosure can be used in a hydrogen supply system that can improve the efficiency during hydrogen compression operation as compared with the conventional case by appropriately ensuring the diffusibility of hydrogen.

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
5D :第1金属層
5U :第2金属層
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
24 :アノードガス拡散層
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
32C :マニホルド孔
33 :カソードガス導出流路
35 :凹部
36 :スリット孔
36D :スリット孔
36U :スリット孔
40 :シール部材
41 :シール部材
42 :シール部材
50 :制御器
60 :カソードガス流路
61 :逆止弁
62 :弁
70 :電圧計測器
71 :圧力計測器
80 :ガス供給器
82 :加湿器
83 :第1の流路
84 :第2の流路
85 :流量調整器
86A :分岐領域
86B :合流領域
87 :流量調整器
88 :リサイクルガス流路
90 :表示器
90A :表示画面
90B :表示画面
100 :電気化学式水素ポンプ
100A :単セル
100B :積層体
180 :ガス供給器
200 :水素供給システム
AN :アノード
CA :カソード
1: Anodic body 3: Manifold hole 4: Manifold hole 5: Anodic gas flow path plate 5D: First metal layer 5U: Second metal layer 6: Anodic gas flow path 7: Manifold hole 8: Manifold hole 9: Anodic gas diffusion Device 10: Anodic end plate 11: Manifold hole 12: Manifold hole 14: Electrolyte film 15: Cathode catalyst layer 16: Anode catalyst layer 19: Voltage applyer 24: Anodic gas diffusion layer 26D: End plate 26U: End plate 27: Fastening Instrument 28: Anodic gas introduction pipe 28A: Anodic gas introduction manifold 29: Anodic gas lead-out pipe 29A: Anodic gas lead-out manifold 30: Cathode gas lead-out pipe 31: Cathode gas diffusion device 31A: Cathode gas diffusion layer 31B: Cathode separator 32A: Manifold Hole 32C: Manifold hole 33: Cathode gas lead-out flow path 35: Recessed part 36: Slit hole 36D: Slit hole 36U: Slit hole 40: Seal member 41: Seal member 42: Seal member 50: Controller 60: Cathode gas flow path 61 : Check valve 62: Valve 70: Voltage measuring instrument 71: Pressure measuring instrument 80: Gas supply device 82: Humidifier 83: First flow path 84: Second flow path 85: Flow rate regulator 86A: Branch region 86B : Confluence area 87: Flow regulator 88: Recycled gas flow path 90: Display 90A: Display screen 90B: Display screen 100: Electrochemical hydrogen pump 100A: Single cell 100B: Laminated body 180: Gas supply device 200: Hydrogen supply system AN: Anogas CA: Cathode

Claims (12)

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および前記カソード触媒層に接して設けられたカソードガス拡散層を含むカソードと、
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および前記アノード触媒層に接して設けられたアノードガス拡散層を含むアノードと、
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、
前記電圧印加器により電圧を印加して、前記アノードに供給されたアノードガス中の水素を前記カソードに移動させ、昇圧させ電気化学式水素ポンプと、
水素の昇圧動作中に、前記電圧印加器の印加電圧が、所定の電圧閾値を上回ると、前記電圧印加器による電圧印加を中断させる制御器と、
を備える水素供給システム。
Electrolyte membrane and
A cathode including a cathode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane and a cathode gas diffusion layer provided in contact with the cathode catalyst layer,
An anode including an anode catalyst layer provided on the other main surface of the electrolyte membrane and an anode gas diffusion layer provided in contact with the anode catalyst layer,
A voltage applyer that applies a voltage between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer,
Equipped with
A voltage is applied by the voltage applying unit, the hydrogen in the anode gas supplied to the anode is moved to the cathode, and the electrochemical hydrogen pump Ru boosts,
When the voltage applied by the voltage applyer exceeds a predetermined voltage threshold value during the hydrogen boosting operation, the controller interrupts the voltage application by the voltage applyer.
A hydrogen supply system equipped with.
前記制御器は、予め設定される所定時間、前記電圧印加器による電圧印加を中断させる請求項1に記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to claim 1, wherein the controller interrupts voltage application by the voltage applyer for a predetermined time set in advance. 前記カソードから出力される水素ガスが流れるカソードガス流路と、前記カソードガス流路に設けられた逆止弁と、を備える請求項1または2に記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to claim 1 or 2, further comprising a cathode gas flow path through which hydrogen gas output from the cathode flows, and a check valve provided in the cathode gas flow path. 前記カソードから出力される水素ガスが流れるカソードガス流路と、前記カソードガス流路に設けられた弁と、を備え、
前記制御器は、前記電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、前記弁を閉止させる請求項1−3のいずれか1項に記載の水素供給システム。
A cathode gas flow path through which hydrogen gas output from the cathode flows and a valve provided in the cathode gas flow path are provided.
The hydrogen supply system according to any one of claims 1-3, wherein the controller closes the valve when the voltage application by the voltage applyer is interrupted.
前記制御器は、前記電圧印加器の印加電圧が増加すると、前記電圧印加器による電圧印加を中断させる請求項1−4のいずれか1項に記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to any one of claims 1-4, wherein the controller interrupts voltage application by the voltage applyer when the applied voltage of the voltage applyer increases. 前記カソード側の圧力を計測する圧力計測器を備え、
前記制御器は、前記圧力計測器で計測する圧力が増加すると、前記電圧印加器による電圧印加を中断させる請求項1−5のいずれか1項に記載の水素供給システム。
A pressure measuring instrument for measuring the pressure on the cathode side is provided.
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller interrupts voltage application by the voltage adapter when the pressure measured by the pressure measuring instrument increases.
前記アノードにガスを供給するガス供給器を備え、
前記制御器は、前記電圧印加器による電圧印加を中断している時に、前記ガス供給器より前記アノードにガスを供給させる請求項1−6のいずれか1項に記載の水素供給システム。
A gas supply device for supplying gas to the anode is provided.
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 6, wherein the controller supplies a gas from the gas supply device to the anode when the voltage application by the voltage applyer is interrupted.
前記電圧印加器による電圧印加が中断されている時に、前記アノードに供給されるガスの露点は、前記電圧印加器により電圧を印加している時に前記アノードに供給される水素ガスの露点よりも小さい請求項7に記載の水素供給システム。 The dew point of the gas supplied to the anode when the voltage application by the voltage applicator is interrupted is smaller than the dew point of the hydrogen gas supplied to the anode when the voltage is applied by the voltage applicator. The hydrogen supply system according to claim 7. 前記電圧印加器による電圧印加が中断されている時に、前記アノードに供給されるガスの露点は、前記電圧印加器により電圧を印加している時に前記アノードに供給される水素ガスの露点以下である請求項7に記載の水素供給システム。 The dew point of the gas supplied to the anode when the voltage application by the voltage applicator is interrupted is equal to or lower than the dew point of the hydrogen gas supplied to the anode when the voltage is applied by the voltage applicator. The hydrogen supply system according to claim 7. ガス貯蔵器から出力されるガスを加湿する加湿器と、前記ガス貯蔵器から出力されるガスが前記加湿器を経由して、前記アノードに供給される第1の流路と、前記ガス貯蔵器から出力されるガスが前記加湿器をバイパスして、前記アノードに供給される第2の流路とを備え、
前記ガス供給器は、前記第1の流路を流れるガスの第1流量および前記第2の流路を流れるガスの第2流量を調整する流量調整器を含み、
前記制御器は、前記流量調整器を制御して、前記電圧印加器により電圧を印加しているとき、前記第1流量を第2流量より多くするとともに、前記電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、前記第1流量を前記第2流量よりも少なくする請求項8に記載の水素供給システム。
A humidifier that humidifies the gas output from the gas reservoir, a first flow path in which the gas output from the gas reservoir is supplied to the anode via the humidifier, and the gas reservoir. The gas output from the humidifier bypasses the humidifier and is provided with a second flow path to be supplied to the anode.
The gas supply device includes a flow rate regulator that adjusts a first flow rate of gas flowing through the first flow path and a second flow rate of gas flowing through the second flow path.
When the controller controls the flow rate regulator and applies a voltage by the voltage applyer, the first flow rate is made larger than the second flow rate and the voltage application by the voltage applyer is interrupted. The hydrogen supply system according to claim 8, wherein the first flow rate is made smaller than the second flow rate.
前記流量調整器が前記第1の流路と第2の流路とを切り替える切替器であり、
前記制御器は、前記電圧印加器により電圧を印加しているとき、前記切替器を前記第1の流路側に切替え、前記電圧印加器による電圧印加を中断しているとき、前記切替器を前記第2の流路側に切替える請求項10に記載の水素供給システム。
The flow rate regulator is a switch for switching between the first flow path and the second flow path.
The controller switches the switch to the first flow path side when a voltage is applied by the voltage applyer, and switches the switch to the first flow path side when the voltage application by the voltage applyer is interrupted. The hydrogen supply system according to claim 10, which switches to the second flow path side.
前記水素供給システムが運転停止している第1状態および第1状態と異なる第2状態のいずれであるかを示す情報を報知する報知器を備え、
前記制御器は、前記電圧印加器による電圧印加が中断しているとき、前記報知器を制御して前記水素供給システムが、第2状態であること示す情報を報知する請求項1−11のいずれか1項に記載の水素供給システム。
A notification device for notifying information indicating whether the hydrogen supply system is in the first state in which the operation is stopped or in a second state different from the first state is provided.
Any of claims 1-11, wherein the controller controls the alarm to notify information indicating that the hydrogen supply system is in the second state when the voltage application by the voltage applyer is interrupted. The hydrogen supply system according to item 1.
JP2017151767A 2017-08-04 2017-08-04 Hydrogen supply system Active JP6979626B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017151767A JP6979626B2 (en) 2017-08-04 2017-08-04 Hydrogen supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017151767A JP6979626B2 (en) 2017-08-04 2017-08-04 Hydrogen supply system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019031700A JP2019031700A (en) 2019-02-28
JP6979626B2 true JP6979626B2 (en) 2021-12-15

Family

ID=65523095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017151767A Active JP6979626B2 (en) 2017-08-04 2017-08-04 Hydrogen supply system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6979626B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7144349B2 (en) * 2019-03-27 2022-09-29 Eneos株式会社 Electrochemical hydrogen pump system and method of operating electrochemical hydrogen pump
WO2020230417A1 (en) * 2019-05-14 2020-11-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 Hydrogen system
KR102258287B1 (en) * 2019-06-28 2021-05-31 주식회사 에어브릿지 Electrochemical hydrogen compressor
JP6979637B2 (en) * 2019-08-21 2021-12-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 Compressor
CN113366152A (en) * 2019-12-24 2021-09-07 松下知识产权经营株式会社 Electrochemical hydrogen pump and control method thereof
EP4257728A1 (en) * 2020-12-03 2023-10-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Hydrogen system and method for operating hydrogen system
WO2022118490A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Hydrogen system and method for operating hydrogen system
JP7292326B2 (en) * 2020-12-15 2023-06-16 本田技研工業株式会社 Electrochemical hydrogen boost system
CN114639852B (en) * 2020-12-15 2024-04-16 本田技研工业株式会社 Electrochemical hydrogen boosting system
EP4276225A4 (en) * 2021-01-07 2024-10-09 Panasonic Intellectual Property Man Co Ltd Compressor and method for controlling compressor
CN115976572B (en) * 2022-12-22 2023-08-08 北京科技大学 Method, system, device and storage medium for controlling gas purity of electrolytic cell

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4028320B2 (en) * 2002-08-06 2007-12-26 本田技研工業株式会社 Fuel circulation fuel cell system
JP4745314B2 (en) * 2007-11-05 2011-08-10 本田技研工業株式会社 Ion pump system and operation method thereof
JP2010242183A (en) * 2009-04-07 2010-10-28 Toyota Motor Corp Impurity concentration apparatus
JP2010282783A (en) * 2009-06-03 2010-12-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system
EP2962349B1 (en) * 2013-02-28 2017-08-09 Nuvera Fuel Cells, LLC Electrochemical cell having a cascade seal configuration and hydrogen reclamation
AU2015284224B2 (en) * 2014-07-03 2019-05-16 Nuvera Fuel Cells, LLC System and method for regenerating absorber bed for drying compressed humidified hydrogen
JP2018199852A (en) * 2017-05-29 2018-12-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 Electrochemical type hydrogen pump

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019031700A (en) 2019-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6979626B2 (en) Hydrogen supply system
JP7162284B2 (en) Hydrogen supply system
JP7162258B2 (en) Hydrogen supply system and method of operating hydrogen supply system
JP7122541B2 (en) Electrochemical hydrogen pump and method of operating the electrochemical hydrogen pump
JP7209221B2 (en) electrochemical hydrogen pump
US10756376B2 (en) Hydrogen supply system and driving method of hydrogen supply system
JP2019099915A (en) Hydrogen supply system
JP6887100B2 (en) Membrane electrode assembly and electrochemical hydrogen pump
US20190311890A1 (en) Hydrogen supply system
JP6667151B1 (en) Hydrogen pressurization system
JP2020015930A (en) Electrochemical type hydrogen pump
JP2018109217A (en) Electrochemical hydrogen pump
US20220025529A1 (en) Electrochemical hydrogen pump and method for controlling the same
US20240060190A1 (en) Electrochemical cell for hydrogen pump and compression apparatus
US20230122705A1 (en) Hydrogen system and method of operating hydrogen system
JP2020132934A (en) Hydrogen boosting system
JP6956392B1 (en) Compressor
US20210197120A1 (en) Compression apparatus
JP7002045B1 (en) Compressor and compressor control method
JP6902707B1 (en) Hydrogen system and how to operate the hydrogen system
WO2022149301A1 (en) Compressor and method for controlling compressor
WO2023233842A1 (en) Compression device, operation method for compression device, and manufacturing method for compression device
WO2023037755A1 (en) Electrochemical hydrogen pump
EP4328356A1 (en) Compression device and control method for compression device
WO2021181772A1 (en) Hydrogen system and hydrogen system operation method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200727

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210525

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211101

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6979626

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151