JP7828990B2 - 電気化学式水素昇圧システム - Google Patents

Description

本開示は、電気化学式水素昇圧システムに関する。

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する電気化学式水素昇圧システムに関する研究開発が行われている。

特許文献１には、水素ガスを昇圧する電気化学式水素昇圧システムが開示されている。この電気化学式水素昇圧システムは、電気化学式水素昇圧装置を含む。電気化学式水素昇圧装置は、プロトン交換膜（電解質膜）と、プロトン交換膜の両側に設けられたアノード及びカソードとにより形成された単位セルを有し、アノード及びカソード間に電流を印加することで、アノードに供給された水素ガスを昇圧してカソードに高圧水素ガスを発生させる。

特許文献２には、圧力スイング吸着により低露点空気を得るＰＳＡ式除湿装置が開示されている。このＰＳＡ式除湿装置は、吸着剤を収納した吸着容器内に処理空気を通す処理工程と再生空気を通す再生工程を交互に行い、圧力スイング吸着により低露点空気を得る。

特開２０２２－９４８９１号公報 特開２００９－２９１７３２号公報

ところで、電気化学式水素昇圧システムによって得られる高圧の水素ガスは多くの水分を含んでいる。したがって、例えば、車両等の移動体に搭載された燃料電池システムの水素タンクにこの水素ガスを供給するには、水素ガスに含まれる水分を除去する必要がある。この場合、ＰＳＡ装置により水素ガスに含まれる水分を除去することが考えられる。

ＰＳＡ装置は、吸着剤を収納した少なくとも２つの吸着塔を有する。ＰＳＡ装置は、一方の吸着塔の水分の吸着量が上限値に達した時に、他方の吸着塔に切り替えて水分の除去を継続するとともに一方の吸着塔には、再生用の水素ガスを流通させて吸着した水分を放出させる。再生に利用した再生水素ガスは多くの水分を含んでいるため燃料電池システムでの利用に適さず電気化学式水素昇圧システムの水素製造効率が低下する課題があった。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本開示の第１の態様は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極とを含む単セルを有し、前記アノード電極に水素ガスを供給し、前記カソード電極から昇圧された高圧水素ガスを放出する水素昇圧スタックと、前記水素昇圧スタックに電圧を印加する電源装置と、水素供給流路を介して前記水素昇圧スタックに水素ガスを供給する水素供給装置と、前記水素昇圧スタックから放出された前記高圧水素ガスを除湿する複数の吸着塔を有するＰＳＡ装置と、を備え、前記吸着塔の再生に利用された再生水素ガスを前記水素昇圧スタックの前記水素供給流路又は前記水素供給装置に還流させる戻し流路を有する、電気化学式水素昇圧システムである。

上記の態様によれば、再生に利用した再生水素ガスを戻し流路により水素昇圧スタックの水素供給流路又は水素供給装置に還流させるので、再生水素ガスを外部に排出することなく無駄なく利用することができる。したがって、電気化学式水素昇圧システムの水素製造効率の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る電気化学式水素昇圧システムの概略構成図である。 図２（ａ）は、ＰＳＡ装置の吸着塔Ａの吸着工程に係わる説明図である。図２（ｂ）は、ＰＳＡ装置の吸着塔Ｂの吸着工程に係わる説明図である。図２（ｃ）は、ＰＳＡ装置の吸着塔Ａの再生工程に係わる説明図である。図２（ｄ）は、ＰＳＡ装置の吸着塔Ｂの再生工程に係わる説明図である。 図３は、ＰＳＡ装置の吸着工程と再生工程のフローチャートである。 図４は、図３に続くＰＳＡ装置の吸着工程と再生工程のフローチャートである。 図５は、吸着塔Ａと吸着塔Ｂの各々の工程及び原料水素の供給に係わるタイミングチャートである。

図１は、実施形態における電気化学式水素昇圧システム１０を示す概略図である。電気化学式水素昇圧システム１０は、電気化学式水素昇圧装置１２と、水素供給装置１４と、気液分離器１８と、凝縮器２０と、ＰＳＡ装置２２と、制御装置３０とを備える。

電気化学式水素昇圧装置１２は、電気化学的に水素ガスを昇圧する。電気化学式水素昇圧装置１２は、水素昇圧スタック１６と、水素昇圧スタック１６に電圧を印加する電源装置２８とを備える。

水素昇圧スタック１６は、水素導入口ＰＴ１と、水素導出口ＰＴ２と、高圧水素導出口ＰＴ３とを有する。水素導入口ＰＴ１は、水素供給装置１４から水素ガスを水素昇圧スタック１６に供給する。供給された水素ガスは、各単セル３２のアノード電極３６に連通する。水素導出口ＰＴ２は、未利用の水素ガスを排出する。高圧水素導出口ＰＴ３は、単セル３２において生成される高圧水素ガスを放出する。高圧水素ガスは、各単セル３２のカソード電極４０に連通する。

水素昇圧スタック１６は、複数の単セル３２を積層して構成される。複数の単セル３２はいずれも同じ構造を有している。単セル３２は、電解質膜３４と、電解質膜３４の一方の面に設けられたアノード電極３６と、アノード給電体３７と、電解質膜３４の他方の面に設けられたカソード電極４０と、カソード給電体４１とを有する。

電解質膜３４としては、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）が採用される。電解質膜３４は、そのアノード側が繊維状の骨格を含む保護シート（図示せず）で補強されてもよい。これによりカソード側から付与される高圧水素ガスの圧力に良好に耐えることができる。また、電解質膜３４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３４は、アノード電極３６及びカソード電極４０に挟持される。

アノード電極３６は、電解質膜３４の一方の面に接合されるアノード触媒層を含む。アノード触媒層には、アノード給電体３７が積層される。アノード触媒層は白金系の触媒を含む。アノード給電体３７には、水素ガスが流通するアノード流路が形成される。水素導入口ＰＴ１から供給された水素ガスは、アノード流路を流通してアノード触媒層に到達する。アノード触媒層とアノード給電体３７との間には、多孔質の補強プレートを介装してもよい。補強プレートは、カソード側から付与される高圧水素ガスの圧力を良好に受けることができる。

カソード電極４０は、電解質膜３４の他方の面に接合されるカソード触媒層を含む。カソード触媒層には、カソード給電体４１が積層される。カソード触媒層は白金系の触媒を含む。カソード給電体４１には、昇圧された高圧水素ガスが流通するカソード流路が形成される。発生した高圧水素ガスは、カソード流路を流通して高圧水素導出口ＰＴ３から放出される。

アノード電極３６とカソード電極４０との間に電圧が印加されると、水素導入口ＰＴ１からアノード電極３６に供給された水素ガスは、アノード触媒層において触媒反応によりプロトン（水素イオン）と電子に電離する。発生したプロトンは、電解質膜３４を透過してカソード電極４０に移動する。このとき、プロトンは水分をカソード電極４０に随伴する。したがって、アノード電極３６に供給される水素ガスは加湿されている必要がある。カソード電極４０では、電解質膜３４を透過したプロトンと電子が結合する電気化学反応により高圧水素ガスが発生する。アノード電極３６で電離することなく未利用の水素ガスは、水素導出口ＰＴ２から導出される。カソード流路を流通する高圧水素ガスの圧力は、アノード流路を流通する水素ガスの圧力よりも高い。

電源装置２８は、水素昇圧スタック１６に直流電圧を印加する。これにより水素昇圧スタック１６には電流が流れる。水素昇圧スタック１６は、複数の単セル３２を積層した積層体を含み、積層体の両端には、それぞれアノード接続端子及びカソード接続端子（図示せず）が配置される。電源装置２８の正極は、接続ケーブルを介してアノード接続端子に接続され、電源装置２８の負極は、接続ケーブルを介してカソード接続端子に接続される。これにより、各単セル３２のアノード電極３６には、正の電位が印加され、各単セル３２のカソード電極４０には、負の電位が印加される。

電源装置２８は、制御装置３０からの制御指令に応じて、水素昇圧スタック１６に印加する電圧の大きさを調整可能に構成される。水素昇圧スタック１６に供給された電圧は、各単セル３２に均等に印加される。水素昇圧スタック１６に供給される電圧が大きくなるほど、流れる電流も大きくなり水素昇圧スタック１６において発生する高圧水素ガスの発生量が多くなる。

水素供給装置１４は、重力方向の下方に液水が貯留された密閉容器４４を含む。原料水素は、原料水素供給路５０を介して密閉容器４４の液水の中に供給される。原料水素供給路５０には原料水素弁５２が設けられている。原料水素弁５２は、開弁により原料水素を流通させ、閉弁により原料水素の流通を停止する。

原料水素供給路５０の一端には開口部が設けられ、この開口部は、密閉容器４４の液水の中で開口し、原料水素である水素ガスは開口部から放出され、液水の中で気泡となっての密閉容器４４の上方に浮上する。このとき、原料水素に含まれる液滴は、液水の中に取り込まれる。また、液水の上方に浮上した水素ガスは液水により加湿される。密閉容器４４は気液分離器１８としての機能及び加湿器としての機能の両方の機能を有している。

原料水素は、水素ガスを含んでいればよく、例えば水の電気分解により生成される。あるいは、炭化水素を含む原料から改質反応により原料水素を生成してもよい。原料水素は、水を電気分解する際に電解液に含まれる水酸化カリウム等の導電性成分や、改質反応の際に生成する水素ガス以外の不純物を含んでいてもよい。これらの不純物は水素昇圧スタック１６で除去され、生成する高圧水素ガスの中には含まれない。

密閉容器４４に貯留される液水の上方には、液水の中を通過し加湿された水素ガスが集められる空間４５が形成される。空間４５の内部に含まれる水素ガスは所定の圧力に加圧されている。密閉容器４４には、空間４５に連通して、空間４５に含まれる水素ガスの圧力を計測する圧力センサ６４が設けられる。また、密閉容器４４の上方には、空間４５に連通して水素ガスを導出する水素導出口４６が設けられる。所定の圧力に加圧された水素ガスは、水素導出口４６から導出される。

水素導出口４６は、水素供給流路６０を介して水素昇圧スタック１６の水素導入口ＰＴ１に連通する。水素昇圧スタック１６の水素導出口ＰＴ２は、水素循環流路６２を介して密閉容器４４の水素循環口６７に接続される。水素循環口６７は、密閉容器４４の液水に連通する。水素昇圧スタック１６において未利用の水素ガスは密閉容器４４に循環される。水素循環流路６２には、水素ガスを循環させる循環ポンプ６６が設けられている。

水素昇圧スタック１６の高圧水素導出口ＰＴ３は、高圧水素供給流路７０を介してＰＳＡ装置２２の導入路８０に接続される。高圧水素供給流路７０には、上流側から順に背圧弁７１、チェック弁７２、気液分離器１８及び凝縮器２０が設けられている。なお、凝縮器２０は、高圧水素ガスに要求される仕様に応じて設ければよく、省略してもよい。

背圧弁７１は、水素昇圧スタック１６から導出される高圧水素ガスの圧力を調整する。チェック弁７２は、水素昇圧スタック１６から気液分離器１８に高圧水素ガスを流通させるとともに、気液分離器１８から水素昇圧スタック１６に高圧水素ガスが逆流するのを防止する。

気液分離器１８は、高圧水素ガスに含まれる液体成分（液滴）を液水として除去する。気液分離器１８は、液水が除去された高圧水素ガスを下流側に設けられたＰＳＡ装置２２に供給する。気液分離器１８は密閉容器により構成される。気液分離器１８の内部には、貯留された液水の量を計測するレベルスイッチ７７が設けられている。レベルスイッチ７７は、密閉容器の内部に貯留された液面（液水の上面）の高さを計測する。

気液分離器１８の重力方向の下方には、分離された液水を外部に排出するドレイン流路７８が接続される。ドレイン流路７８には、上流から順に絞り弁７５と開閉弁７９が設けられる。絞り弁７５は、ドレイン流路７８を流通する液水の流量を調整する。開閉弁７９は、開弁することによりドレイン流路７８から液水を排出し、閉弁することにより液水の排出を停止する。制御装置３０は、レベルスイッチ７７からの信号により、気液分離器１８の内部に上限値を越える液水が貯留したことを検出すると、開閉弁７９を開弁し、液水を外部に放出する。

気液分離器１８の重力方向の上方には、内部の高圧水素ガスに連通するリリーフ流路７６が接続される。リリーフ流路７６には、上流から順に減圧弁７３と流量調整弁７４が設けられる。リリーフ流路７６では、減圧弁７３と流量調整弁７４を調整して作動させることにより水素昇圧スタック１６に繋がる流路の内部の圧力を脱圧する。減圧弁７３は、リリーフ流路７６を流通する高圧水素ガスの圧力を減圧して脱圧に適した圧力に調整する。流量調整弁７４は、リリーフ流路７６を流通する高圧水素ガスの流量を調整するとともに、閉弁することにより、水素ガスの放出を停止する。

凝縮器２０は、気液分離器１８とＰＳＡ装置２２との間に設けられる。凝縮器２０は、流通する高圧水素ガスと熱交換を行うことにより高圧水素ガスを冷却する。これにより、高圧水素ガスに含まれる水分である水蒸気を凝縮させ、高圧水素ガスの湿度を低下させる。

［ＰＳＡ装置］
図１に示すＰＳＡ装置２２について説明する。

実施形態に係るＰＳＡ装置２２は、複数の吸着塔２４（吸着塔Ａ及び吸着塔Ｂ）を備える。複数の吸着塔２４は、交互に切り替えられ、導入され水素ガスに含まれる水分を吸着剤により吸着して乾燥した水素ガスを導出する。吸着した水分量が上限値に達した吸着塔２４には、乾燥した水素ガスを流通させて吸着した水分を放出させて再生を行う。ＰＳＡ装置２２は、水素ガスが導入される水素導入口１１０と水素ガスが導出される水素導出口１２０とを有する。

ＰＳＡ装置２２の各吸着塔２４の内部には、例えば、活性炭、ゼオライト、アルミナ又はシリカ等の多孔質の吸着剤が充填されている。吸着塔２４は円筒形の吸着容器から構成される。吸着容器は円筒形の軸線が重力方向に沿って設置される。なお、軸線が水平方向に沿って設置されてもよい。本実施形態では２本の吸着塔２４（吸着塔Ａ及び吸着塔Ｂ）を有するＰＳＡ装置２２について説明を行う。但し、吸着塔２４の本数は２本に限定されず、複数本であればよく３本以上でもよい。

吸着塔２４の下端にはガス入口（ＩＮ）が設けられる。ガス入口から供給される水分を含んだ水素ガスは、吸着塔２４に充填された吸着剤により水分が除去され、ガス出口（ＯＵＴ）から排出される。ガス出口は、吸着塔２４の上端に設けられる。吸着塔２４に含まれる吸着剤は含水量が上限値に達すると水分を吸着する能力が低下するため、水分を放出して再生を行う必要がある。

複数の吸着塔２４には、水素ガスに含まれる水分を吸着して吸着工程を行う処理吸着塔と、吸着剤が吸着した水分を放出して再生工程を行う再生吸着塔とが含まれる。再生工程では、他の吸着塔２４の吸着工程により除湿され乾燥した水素ガスが用いられる。但し、電気化学式水素昇圧システム１０の内部に乾燥した水素ガスが蓄えられた水素貯蔵装置を備え、この水素貯蔵装置から水素ガスを供給してもよい。複数の吸着塔２４は、それぞれ吸着工程と再生工程とを交互に行う。

複数の吸着塔２４には、少なくとも１本の処理吸着塔と、少なくとも１本の再生吸着塔とが含まれる。処理吸着塔と再生吸着塔は、どちらかの吸着塔２４が２本以上でもよい。再生吸着塔の再生に利用され水分が含まれた水素ガス（再生水素ガス）は、ＰＳＡ装置２２の再生水素排出口１３０から排出される。複数の吸着塔２４は、同じ仕様で構成される。但し、互いに異なった仕様の吸着塔２４で構成してもよい。

ＰＳＡ装置２２の水素導入口１１０は、高圧水素供給流路７０を介して水素昇圧スタック１６の高圧水素導出口ＰＴ３に連通する。ＰＳＡ装置２２の水素導出口１２０は、高圧水素導出流路１２２を介して図示しない水素タンク等に連通する。高圧水素導出流路１２２には、背圧弁１２４が設けられ、導出する高圧水素ガスの圧力を調整する。高圧水素導出流路１２２には図示しない開閉弁が設けられ、開弁により高圧水素ガスを供給し、閉弁により高圧水素ガスの供給を停止する。高圧水素導出流路１２２と水素タンクとの間には、水素タンクとの接続を解除可能なカプラ等を設けてもよい。水素タンクは、燃料電池システムを搭載した移動車両、産業機器、定置発電装置等に設置される。なお、高圧水素導出流路１２２は、水素タンクを有しない燃料電池システムに直接接続されてもよい。ＰＳＡ装置２２の再生水素排出口１３０は、戻し流路９４を介して水素供給装置１４の密閉容器４４に連通する。したがって、再生吸着塔の再生に利用された水素ガス（再生水素ガス）は密閉容器４４の内部に還流される。

戻し流路９４は、気液分離器１８と水素昇圧スタック１６とを接続する高圧水素供給流路７０に接続されてもよい。この場合、戻し流路９４は、水素昇圧スタック１６の水素導入口ＰＴ１に接続されることと同等である。すなわち、再生水素排出口１３０から排出される再生水素ガスは、戻し流路９４を介して水素昇圧スタック１６の上流側の機器に還流される。

戻し流路９４は、下流側の端部に水素放出口を有する。水素放出口は密閉容器４４の上部の空間４５に開口する。なお、水素放出口は密閉容器４４の液水の中に開口してもよい。これにより、水素放出口から放出された再生水素ガスは、液水中で水滴が除去されるとともに良好に加湿されて上方の空間４５に到達し、水素供給流路６０を介して水素昇圧スタック１６に供給される。

戻し流路９４には、減圧弁９６と流量調整弁９８が設けられている。減圧弁９６は、ＰＳＡ装置２２から排出される再生水素ガスの圧力を減圧する。減圧された再生水素ガスが下流側に流通する。流量調整弁９８は、ＰＳＡ装置２２から排出される再生水素ガスの流量を調整する。流量調整弁９８は、密閉容器４４の液水の上方の空間４５の圧力に応じて供給する再生水素ガスの流量を調整する。

すなわち、密閉容器４４の空間４５から水素供給流路６０を介して水素昇圧スタック１６に供給される水素ガスの流量が増えると、圧力センサ６４が検出する密閉容器４４の空間４５の圧力が低下する、そこで制御装置３０は、戻し流路９４を介して密閉容器４４に供給する再生水素ガスの流量が増えるように流量調整弁９８を調整する。なお、戻し流路９４を介して密閉容器４４に再生水素ガスが供給されている際に、原料水素は密閉容器４４に供給されない。すなわち、原料水素供給路５０に設けられている原料水素弁５２は閉弁される。なお、戻し流路９４から供給される再生水素ガスの圧力は、原料水素の圧力よりも低い。

ＰＳＡ装置２２は、複数本の吸着塔２４の他に、制御装置３０からの指令に基づいて吸着塔２４への水素ガスの流れを制御する複数の開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０及びこれらの開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０に連結する複数の連結流路を有する。以下の説明において、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０は、単にＶＬ１～ＶＬ１０ともいう。なお、ＶＬ５及びＶＬ６は欠番である。

ＰＳＡ装置２２の水素導入口１１０に接続された導入路８０は、分岐点８６にて第１供給流路８２と第２供給流路８４に分岐する。第１供給流路８２と第２供給流路８４は、それぞれ吸着塔Ａのガス入口と吸着塔Ｂのガス入口とに接続される。第１供給流路８２と第２供給流路８４には、それぞれ開閉弁ＶＬ１と開閉弁ＶＬ２が設けられ、第１供給流路８２と第２供給流路８４における水素ガスの流れを制御する。

開閉弁ＶＬ１の下流の第１供給流路８２には、再生水素排出口１３０に繋がる第１再生水素排出流路９０が接続される。第１再生水素排出流路９０には開閉弁ＶＬ３が設けられ、第１再生水素排出流路９０における水素ガスの流れを制御する。開閉弁ＶＬ２の下流の第２供給流路８４には、再生水素排出口１３０に繋がる第２再生水素排出流路９２が接続される。第２再生水素排出流路９２には開閉弁ＶＬ４が設けられ、第２再生水素排出流路９２における水素ガスの流れを制御する。

第１再生水素排出流路９０と第２再生水素排出流路９２とは、下流側の合流点９３で合流して、再生水素排出口１３０に接続される。

吸着塔Ａのガス出口と吸着塔Ｂのガス出口には、それぞれ第１放出流路１０２と第２放出流路１０４とが接続される。第１放出流路１０２と第２放出流路１０４は合流点１０６で合流し、導出路１００を介して水素導出口１２０に接続される。第１放出流路１０２と第２放出流路１０４には、それぞれ開閉弁ＶＬ７とＶＬ８が設けられ、第１放出流路１０２と第２放出流路１０４における水素ガスの流れを制御する。

開閉弁ＶＬ７の上流の第１放出流路１０２と開閉弁ＶＬ８の上流の第２放出流路１０４とは出口バイパス流路１０８により互いに接続される。出口バイパス流路１０８には、開閉弁ＶＬ９と開閉弁ＶＬ１０が設けられ、出口バイパス流路１０８における水素ガスの流れを制御する。

第１放出流路１０２と第２放出流路１０４には、それぞれの流路を流通する水素ガスの露点を計測する露点計ＤＰ１と露点計ＤＰ２が設けられている。露点は、水素ガスを冷却した際に含まれる水蒸気が結露する温度である。露点は水素ガスに含まれる水分の量を示す物理量であり、露点が低いほど、含まれる水分の量が少なく、水素ガスは乾燥している。露点の計測には、例えば静電容量式、鏡面冷却式、水晶発振式等の周知の露点計（ＤＰ１～ＤＰ４）が用いられる。また、導出路１００には、流通する水素ガスの露点を計測する露点計ＤＰ３が設けられている。露点計ＤＰ３は、第１放出流路１０２と第２放出流路１０４の両方から放出される水素ガスの露点を計測する。

［ＰＳＡ装置の作動］
次に、図２（ａ）～（ｄ）を用いて実施形態に係るＰＳＡ装置２２の作動について説明する。本実施形態では２本の吸着塔２４を有するＰＳＡ装置２２について、説明する。但し、３本以上の吸着塔２４を有する装置についても、吸着工程と再生工程を交互に行う作動は、本実施形態と同様あるので詳しい説明は省略する。

図２（ａ）には、水素昇圧スタック１６から供給された水素ガスがＰＳＡ装置２２の水素導入口１１０に導入され、吸着塔Ａ（処理吸着塔）により除湿された後に水素導出口１２０から導出されている吸着工程が示されている。

具体的には、制御装置３０は、ＶＬ１を開弁し、ＶＬ２、ＶＬ３及びＶＬ４を閉弁する。これにより、水素昇圧スタック１６から水素導入口１１０を経て導入路８０に導入された水素ガスは、分岐点８６及び第１供給流路８２を流通し、開閉弁ＶＬ１を通って吸着塔Ａのガス入口に供給される。吸着塔Ａに供給された水素ガスは、吸着塔Ａの内部に含まれる吸着剤に接触することにより除湿される。

さらに、制御装置３０は、ＶＬ７及びＶＬ９を開弁し、ＶＬ８及びＶＬ１０を閉弁する。これにより、除湿され乾燥した水素ガス（乾燥水素ガス）は、吸着塔Ａのガス出口から第１放出流路１０２に放出され、開閉弁ＶＬ７を通り合流点１０６及び導出路１００を流通して水素導出口１２０から導出される。

第１放出流路１０２及び導出路１００には、それぞれ、露点計ＤＰ１とＤＰ３が設けられており、流通する水素ガスの露点を計測する。

図２（ｂ）には、水素昇圧スタック１６から供給された水素ガスがＰＳＡ装置２２の水素導入口１１０に供給され、吸着塔Ｂ（処理吸着塔）により除湿された後に水素導出口１２０から導出されている吸着工程が示されている。これは、吸着塔Ａ（処理吸着塔）の水分の吸着量が上限に達した後、吸着塔Ｂ（再生吸着塔）に作動を切り替えられた状態である。

具体的には、制御装置３０は、ＶＬ２を開弁し、ＶＬ１、ＶＬ３及びＶＬ４を閉弁する。これにより、水素昇圧スタック１６から水素導入口１１０を経て導入路８０に導入された水素ガスは、分岐点８６及び第２供給流路８４を流通し、開閉弁ＶＬ２を通って吸着塔Ｂのガス入口に供給される。吸着塔Ｂに供給された水素ガスは、吸着塔Ｂの内部に含まれる吸着剤に接触することにより除湿される。

さらに、制御装置３０は、ＶＬ８及びＶＬ１０を開弁し、ＶＬ７及び、ＶＬ９を閉弁する。これにより、除湿され乾燥した水素ガス（除湿水素ガス）は、吸着塔Ｂのガス出口から第２放出流路１０４に放出され、開閉弁ＶＬ８を通り合流点１０６及び導出路１００を流通して水素導出口１２０から導出される。

第２放出流路１０４及び導出路１００には、それぞれ、露点計ＤＰ２と露点計ＤＰ３が設けられており、流通する水素ガスの露点を計測する。

図２（ｃ）には、除湿された水素ガスを吸着塔Ｂ（処理吸着塔）から吸着塔Ａ（再生吸着塔）に供給し、吸着塔Ａの吸着剤に含まれる水分を放出して吸着塔Ａを再生している再生工程が示されている。

具体的には、制御装置３０は、ＶＬ２及びＶＬ３を開弁し、ＶＬ１及びＶＬ４を閉弁する。これにより、水素昇圧スタック１６から水素導入口１１０を経て導入路８０に導入された水素ガスは、分岐点８６で分岐して第２供給流路８４を流通し、開閉弁ＶＬ２を通って吸着塔Ｂのガス入口に供給される。吸着塔Ｂに供給された水素ガスは、吸着塔Ｂの内部に含まれる吸着剤に接触することにより除湿される。

さらに、制御装置３０は、ＶＬ８、ＶＬ９及びＶＬ１０を開弁し、ＶＬ７を閉弁する。これにより、除湿された水素ガスは、吸着塔Ｂのガス出口から出口バイパス流路１０８を通って吸着塔Ａのガス出口に供給される。同時に、除湿された水素ガスは、吸着塔Ｂのガス出口から第２放出流路１０４に放出され、開閉弁ＶＬ８を通り合流点１０６及び導出路１００を流通して水素導出口１２０から導出される。吸着塔Ａの吸着剤から放出された水分を吸収した再生水素ガスは、吸着塔Ａのガス入口から排出され、第１再生水素排出流路９０を通って再生水素排出口１３０に導出される。この場合、出口バイパス流路１０８に図示しない絞り弁を設け、吸着塔Ｂから排出される水素ガスを減圧して吸着塔Ａに供給してもよい。これにより、吸着塔Ａの再生を更に良好に行うことができる。

図２（ｄ）には、除湿された水素ガスを吸着塔Ａ（処理吸着塔）から吸着塔Ｂ（再生吸着塔）に供給し、吸着塔Ｂの吸着剤に含まれる水分を放出して吸着塔Ｂを再生している再生工程が示されている。

具体的には、制御装置３０は、ＶＬ１及びＶＬ４を開弁し、ＶＬ２及びＶＬ３を閉弁する。これにより、水素昇圧スタック１６から水素導入口１１０を経て導入路８０に導入された水素ガスは、分岐点８６及び第１供給流路８２を流通し、開閉弁ＶＬ１を通って吸着塔Ａのガス入口に供給される。吸着塔Ａに供給された水素ガスは、吸着塔Ａの内部に含まれる吸着剤に接触することにより除湿される。

さらに、制御装置３０は、ＶＬ７、ＶＬ９及びＶＬ１０を開弁し、ＶＬ８を閉弁する。これにより、除湿された水素ガスは、吸着塔Ａのガス出口から出口バイパス流路１０８を通って吸着塔Ｂのガス出口に供給される。同時に、除湿された水素ガスは、吸着塔Ａのガス出口から第１放出流路１０２に放出され、開閉弁ＶＬ７を通り合流点１０６及び導出路１００を流通して水素導出口１２０から導出される。吸着塔Ｂの吸着剤から放出された水分を吸収した再生水素ガスは、吸着塔Ｂのガス入口から放出され、第２再生水素排出流路９２を通って再生水素排出口１３０から導出される。この場合、出口バイパス流路１０８に図示しない絞り弁を設け、吸着塔Ａから排出される水素ガスを減圧して吸着塔Ｂに供給してもよい。これにより、吸着塔Ｂの更に再生を良好に行うことができる。

制御装置３０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成される。ＥＣＵは、１以上のプロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ、入出力インタフェース及び電子回路を有するコンピュータにより構成される。１以上のプロセッサ（ＣＰＵ）は、メモリに記憶された図示しないプログラム（コンピュータ実行可能な指令）を実行する。制御装置３０は、電気化学式水素昇圧システム１０に係わる全ての制御を行う。

電気化学式水素昇圧システム１０の作動について、図１を参照して説明する。

制御装置３０は、原料水素供給路５０に設けられた原料水素弁５２を開弁して、原料水素を水素供給装置１４に供給する。水素供給装置１４が有する密閉容器４４に供給された原料水素は、含まれる水分量が調整され、水素ガスとして水素導出口４６及び水素供給流路６０を介して水素昇圧スタック１６の水素導入口ＰＴ１に供給される。水素昇圧スタック１６の水素導出口ＰＴ２から排出された未利用の水素ガスは、水素循環流路６２を介して密閉容器４４の水素循環口６７に循環される。制御装置３０は、水素循環流路６２に設けられた循環ポンプ６６の回転数を制御し循環する水素ガスの流量を調整する。

水素昇圧スタック１６に供給された水素ガスは、電気化学的に昇圧されて高圧水素ガスとなって高圧水素導出口ＰＴ３から高圧水素供給流路７０に導出される。高圧水素ガスは、気液分離器１８で液水が除去された後、凝縮器２０に供給される。凝縮器２０で除湿された高圧水素ガスはＰＳＡ装置２２に供給される。次に、ＰＳＡ装置２２で更に除湿された後、乾燥した高圧水素ガスとして高圧水素導出流路１２２を介して水素タンク等に供給される。

［電気化学式水素昇圧システムのフローチャート］
実施形態に係る電気化学式水素昇圧システム１０の吸着工程及び再生工程の作動手順について図３、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１にて、制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２の吸着塔Ａの第１放出流路１０２に設けられた露点計ＤＰ１により、吸着工程において放出される水素ガスに含まれる水分の露点を計測する。計測された露点は制御装置３０に送信され、制御装置３０は露点に基づき吸着塔Ａに含まれる含水量を推定する。なお、ステップＳ１では、ＰＳＡ装置２２は既に説明した図２（ａ）の吸着工程を実施する。

ステップＳ２にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ１により計測された露点が予め設定された所定値ＤＰ＿Ｈ（露点上限値）以上か否かを判定する。判定結果が肯定的な場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ３に進む。判定結果が否定的な場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ１に戻る。ここで、所定値ＤＰ＿Ｈは、吸着塔２４に充填された吸着剤が吸収できる上限の含水量に基づいて設定される。吸着剤の含水量の増加にともなって吸着できる水分の量が低下し、露点が大きくなる。所定値ＤＰ＿Ｈは、吸着剤の含水量が上限値に達した際に放出される水素ガスの露点である。

本実施形態では、露点により吸着剤に含まれる含水量を推定している。但し、露点の代わりに水素ガスの積算流量、水素ガスの流通時間、吸着塔２４の重量等から吸着剤の含水量を推定し、対応する所定値を設定してもよい。以降の説明においても同様に露点の代わりに水素ガスの積算流量、水素ガスの流通時間、吸着塔２４の重量等の物理量を用いてもよい。

ステップＳ３にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ａから吸着塔Ｂに切り替えを行う。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ａ）で示す状態から図２（ｂ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ａから吸着塔Ｂに切り替えを行う。

ステップＳ４にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ａの再生を行う再生工程を開始する。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ｂ）で示す状態から図２（ｃ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ａの再生工程を開始する。

ステップＳ５にて、制御装置３０は原料水素供給路５０に設けられた原料水素弁５２を閉弁（ＯＦＦ）する。これにより、原料水素の水素供給装置１４への供給が停止される。

ステップＳ６にて、制御装置３０は、減圧弁９６及び流量調整弁９８を制御して、ＰＳＡ装置２２の再生水素排出口１３０から排出された再生水素ガスを戻し流路９４経由で水素供給装置１４に供給する。次に、制御装置３０は、再生水素ガスを水素ガスとして水素昇圧スタック１６に供給し、水素昇圧スタック１６から導出された高圧水素ガスを気液分離器１８及び凝縮器２０を介してＰＳＡ装置２２の吸着塔Ｂに供給する。

ステップＳ７にて、制御装置３０は、戻し流路９４に設けられた露点計ＤＰ４により、吸着塔Ａの再生工程において排出された再生水素ガスの露点を計測する。

ステップＳ８にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ４により計測された露点が予め設定された所定値ＤＰ＿Ｌ（露点下限値）より小さいか否かを判定する。判定結果が肯定的な場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ９に進む。判定結果が否定的な場合（ステップＳ８：ＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ７に戻る。ここで、所定値ＤＰ＿Ｌは、吸着剤の含水量に基づいて設定される。吸着剤の含水量の減少にともなって、露点計ＤＰ４で計測される露点が所定値ＤＰ＿Ｌまで低下すると、制御装置３０は、吸着剤に含まれる水分が十分に放出されたと判断し、ステップＳ９に進み吸着塔Ａの再生処理は完了する。

ステップＳ１０にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ｂによる吸着工程を開始する。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ｃ）で示す状態から図２（ｂ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ｂによる吸着工程を行う。

ステップＳ１１にて、制御装置３０は原料水素供給路５０に設けられた原料水素弁５２を開弁（ＯＮ）する。これにより、原料水素の水素供給装置１４への供給が開始される。

ステップＳ１２にて、制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２の吸着塔Ｂの第２放出流路１０４に設けられた露点計ＤＰ２により、吸着工程において放出される水素ガスに含まれる水分の露点を計測する。計測された露点は制御装置３０に送信され、制御装置３０は露点に基づき吸着塔Ｂに含まれる含水量を推定する。なお、ステップＳ１２では、ＰＳＡ装置２２は既に説明した図２（ｂ）の吸着工程を実施する。

ステップＳ１３にて、ステップＳ２と同様に制御装置３０は、露点計ＤＰ２により計測された露点が予め設定された所定値ＤＰ＿Ｈ（露点上限値）以上か否かを判定する。判定結果が肯定的な場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ１４に進む。判定結果が否定的な場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ１２に戻る。ここで、所定値ＤＰ＿Ｈは、ステップＳ２と同様に設定される。

なお、露点の所定値（ＤＰ＿Ｈ、ＤＰ＿Ｌ）は吸着塔Ａと吸着塔Ｂとで異なった値に設定してもよい。また、露点に代わり水素ガスの積算流量、水素ガスの流通時間、吸着塔２４の重量等の物理量を用いた場合でも吸着塔Ａと吸着塔Ｂとで異なった所定値（上限値及び下限値）を設定してもよい。

ステップＳ１４にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ｂから吸着塔Ａに切り替えを行う。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ｂ）で示す状態から図２（ａ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ｂから吸着塔Ａに切り替えを行う。

ステップＳ１５にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ｂの再生を行う再生工程を開始する。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ａ）で示す状態から図２（ｄ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ｂの再生工程を開始する。

ステップＳ１６にて、制御装置３０は原料水素供給路５０に設けられた原料水素弁５２を閉弁する。これにより、原料水素の水素供給装置１４への供給が停止される。

ステップＳ１７にて、制御装置３０は、減圧弁９６及び流量調整弁９８を制御して、ＰＳＡ装置２２の再生水素排出口１３０から排出された再生水素ガスを戻し流路９４経由で水素供給装置１４に供給する。次に、制御装置３０は、再生水素ガスを水素ガスとして水素昇圧スタック１６に供給し、水素昇圧スタック１６から導出された高圧水素ガスを気液分離器１８及び凝縮器２０を介してＰＳＡ装置２２の吸着塔Ｂに供給する。

ステップＳ１８にて、制御装置３０は、戻し流路９４に設けられた露点計ＤＰ４により、吸着塔Ｂの再生工程において排出された再生水素ガスの露点を計測する。

ステップＳ１９にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ４により計測された露点が予め設定された所定値ＤＰ＿Ｌ（露点下限値）より小さいか否かを判定する。判定結果が肯定的な場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ２０に進む。判定結果が否定的な場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ１８に戻る。ここで、所定値ＤＰ＿Ｌは、ステップＳ８と同様に設定される。制御装置３０は、ステップＳ２０に進み吸着塔Ｂの再生処理は完了する。

ステップＳ２１にて、制御装置３０は、開閉弁ＶＬ１～ＶＬ１０の各々を制御することにより吸着塔Ａによる吸着工程を開始する。具体的には、既に説明したように制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２を図２（ｄ）で示す状態から図２（ａ）で示す状態に移行させることにより、吸着塔Ａの吸着工程を行う。

ステップＳ２２にて、制御装置３０は原料水素供給路５０に設けられた原料水素弁５２を開弁（ＯＮ）する。これにより、原料水素の気液分離器１８への供給が開始される。

［タイミングチャート］
本実施形態に係わる吸着塔Ａ、吸着塔Ｂ及び原料水素の供給に係わるタイムチャートを図５に基づいて説明する。このタイミングチャートでは、図２（ａ）～図２（ｄ）で説明した吸着工程と再生工程と、図３及び図４で説明したフローチャートとを時間軸で説明する。

時点ｔ０にて、制御装置３０は、吸着塔Ａに吸着工程を開始させる。吸着塔Ａは、水素ガスに含まれる水分を除湿して乾燥した水素ガスを導出する。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ａ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。この場合、制御装置３０は、吸着塔Ｂに待機工程を実施し、吸着塔Ｂには水素ガスが供給されない。原料水素は、水素供給装置１４から水素昇圧スタック１６に供給され、昇圧された高圧水素ガスが吸着塔Ａに供給される。

時点ｔ１にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ１により水素ガスの露点を計測する露点計測工程を開始する（ステップＳ１）。時点ｔ１は、時点ｔ０から所定時間Ｔ１が経過した後に設定される。所定時間Ｔ１は、吸着塔Ａに含まれる吸着剤の含水量がおおむね上限値に近づくまでの時間である。この所定時間Ｔ１は、実験により予め設定される。なお、所定時間Ｔ１の経過を待つことなく、吸着塔Ａが吸着工程を開始すると同時に露点計測工程を開始してもよい。

時点ｔ２にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ１により計測された露点が所定値ＤＰ＿Ｈより大きくなったと判断する（ステップＳ２：ＹＥＳ）。次に、制御装置３０は、吸着塔Ａから吸着塔Ｂに切り替えを行う（ステップＳ３参照）。すなわち、吸着塔Ａに代わって、吸着塔Ｂが水素昇圧スタック１６から供給される高圧水素ガスに含まれる水分を除湿して乾燥した水素ガスを導出する。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ｂ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。

吸着塔Ａから吸着塔Ｂへの切り替えの後に、制御装置３０は、吸着塔Ａの再生工程を開始する（ステップＳ４）。吸着塔Ｂから吸着塔Ａに乾燥した水素ガスが供給され、吸着塔Ａが再生される。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ｃ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。この場合、制御装置３０は、原料水素の供給を停止する（ステップＳ５）。制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２から排出された再生水素ガスを水素供給装置１４に供給する。次に、制御装置３０は、再生水素ガスを水素ガスとして水素昇圧スタック１６に供給し、水素昇圧スタック１６から導出された高圧水素ガスをＰＳＡ装置２２の吸着塔Ｂに供給する。

時点ｔ３にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ４により水素ガスの露点を計測する露点計測工程を開始する（ステップＳ７）。時点ｔ３は、時点ｔ２から所定時間Ｔ２が経過した後に設定される。所定時間Ｔ２は、吸着塔Ａに含まれる吸着剤の含水量がおおむね下限値に近づくまでの時間である。この所定時間Ｔ２は、実験により予め設定される。なお、所定時間Ｔ２の経過を待つことなく、吸着塔Ａが再生工程を開始すると同時に露点計測工程を開始してもよい。

時点ｔ４にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ３が計測する露点が所定値ＤＰ＿Ｌより小さくなったと判断すると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、吸着塔Ａの再生工程が完了する（ステップＳ９）。その結果、吸着塔Ｂから吸着塔Ａへの水素ガスの供給が停止する。制御装置３０は、吸着塔Ｂによる吸着工程を開始する（ステップＳ１０）。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ｂ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。この場合、制御装置３０は、原料水素の供給を開始する（ステップＳ１１）。供給された原料水素ガスは、水素供給装置１４で水分量が調整された後に水素ガスとして、水素昇圧スタック１６に供給される。制御装置３０は、水素昇圧スタック１６で昇圧された高圧水素ガスを吸着塔Ｂに供給する。吸着塔Ａは待機工程を実施する。

時点ｔ５にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ２により露点計測工程を開始する（ステップＳ１２参照）。時点ｔ５は、時点ｔ４から所定時間Ｔ１が経過した後に設定される。所定時間Ｔ１は、吸着塔Ｂに含まれる吸着剤の含水量がおおむね上限値に近づくまでの時間である。この所定時間Ｔ１は、実験により予め設定される。なお、所定時間Ｔ１の経過を待つことなく、吸着塔Ｂが吸着工程を開始すると同時に露点計測工程を開始してもよい。

時点ｔ６にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ２が計測した露点が所定値ＤＰ＿Ｈより大きくなったと判断する（ステップＳ１３：ＹＥＳ）。次に、制御装置３０は、吸着塔Ｂから吸着塔Ａに切り替えを行う（ステップＳ１４）。すなわち、吸着塔Ｂに代わって、吸着塔Ａが水素昇圧スタック１６から供給される高圧水素ガスに含まれる水分を除湿して乾燥した水素ガスを導出する。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ａ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。

吸着塔Ｂから吸着塔Ａへの切り替えの後に、制御装置３０は、吸着塔Ｂの再生工程を開始する（ステップＳ１５）。吸着塔Ａから吸着塔Ｂに乾燥した水素が供給され、吸着塔Ｂが再生される。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ｄ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。この場合、制御装置３０は、原料水素の供給を停止する（ステップＳ１６）。制御装置３０は、ＰＳＡ装置２２から排出された再生水素ガスを水素供給装置１４に供給する。次に、制御装置３０は、再生水素ガスを水素ガスとして水素昇圧スタック１６に供給し、水素昇圧スタック１６から導出された高圧水素ガスを、ＰＳＡ装置２２の吸着塔Ａに供給する。

時点ｔ７にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ４により水素ガスの露点を計測する露点計測工程を開始する（ステップＳ１８参照）。時点ｔ７は、時点ｔ６から所定時間Ｔ２が経過した後に設定される。所定時間Ｔ２は、吸着塔Ｂに含まれる吸着剤の含水量がおおむね下限値に近づくまでの時間である。この所定時間Ｔ２は、実験により予め設定される。なお、所定時間Ｔ２の経過を待つことなく、吸着塔Ｂが再生工程を開始すると同時に露点計測工程を開始してもよい。

時点ｔ８にて、制御装置３０は、露点計ＤＰ４が計測する露点が所定値ＤＰ＿Ｌより小さくなったと判断すると（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、吸着塔Ｂの再生工程が完了する（ステップＳ２０）。その結果、吸着塔Ａから吸着塔Ｂへの水素ガスの供給が停止する。制御装置３０は、吸着塔Ａによる吸着工程を開始する（ステップＳ２１）。ＰＳＡ装置２２の内部では、図２（ａ）の矢印で示すように水素ガスが流通する。この場合、制御装置３０は、原料水素の供給を開始する（ステップＳ２２）。供給された原料水素ガスは、水素供給装置１４で水分量が調整された後に水素ガスとして、水素昇圧スタック１６に供給される。制御装置３０は、水素昇圧スタック１６で昇圧された高圧水素ガスを吸着塔Ａに供給する。

時点ｔ９における動作は、時点ｔ１（ステップＳ１）における動作と同じであり、また時点ｔ１０における動作は、時点ｔ２における動作と同じであるので、以降のタイミングにおける詳細な説明は省略する。

上記実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
本開示の電気化学式水素昇圧システム（１０）は、電解質膜（３４）と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極（３６）と、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極（４０）とを含む単セル（３２）を有し、前記アノード電極に水素ガスを供給し、前記カソード電極から昇圧された高圧水素ガスを放出する水素昇圧スタック（１６）と、前記水素昇圧スタックに電圧を印加する電源装置（２８）と、水素供給流路（６０）を介して前記水素昇圧スタックに水素ガスを供給する水素供給装置（１４）と、前記水素昇圧スタックから放出された高圧水素ガスを除湿する複数の吸着塔（２４）（吸着塔Ａ、吸着塔Ｂ）を有するＰＳＡ装置（２２）と、を備え、前記吸着塔の再生に利用された再生水素ガスを前記水素昇圧スタックの前記水素供給流路又は前記水素供給装置に還流させる戻し流路（９４）を有する。

これにより、再生に利用した再生水素ガスを戻し流路により水素昇圧スタックの水素供給流路又は水素供給装置に還流させるので、電気化学式水素昇圧システムの内部で水素ガスが循環されて再利用され外部に排出されることがない。したがって、水素ガスの利用効率が高く、電気化学式水素昇圧システムの水素製造効率の低下を抑制することができる。また、吸着塔の再生に利用した水素ガスを外部に排出しないので、排出するために特別な装置が必要なく、電気化学式水素昇圧システムの構成が簡易になり、経済的である。

（付記２）
付記１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、前記複数の吸着塔（吸着塔Ａ、吸着塔Ｂ）は、水素ガスを除湿する処理吸着塔と、吸着した水分を放出する再生吸着塔とを含み、前記再生吸着塔を再生する時に、前記処理吸着塔から前記再生吸着塔に除湿された水素ガスを供給し、前記再生吸着塔が吸着した水分を放出させて前記再生吸着塔を再生してもよい。

これにより、吸着剤の含水量が上限に達した一方の吸着塔をＰＳＡ装置に含まれる他の吸着塔から排出される乾燥した水素ガスで再生することができる。したがって、吸着塔を再生するために特別な装置を備える必要がなく、電気化学式水素昇圧システムの構成が簡易になり、経済的である。

（付記３）
付記１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、前記水素昇圧スタックと前記ＰＳＡ装置とは、高圧水素供給流路（７０）により接続され、前記高圧水素供給流路には気液分離器（１８）が設けられていてもよい。

これにより、ＰＳＡ装置に供給される前の高圧水素ガスから液水を良好に分離して除去することができる。したがって、ＰＳＡ装置が除去する水分の量を減少させることができ、吸着塔の含水量が上限値に達するまでの時間を延ばすことができる。よって、吸着塔の稼働率が向上する。

（付記４）
付記１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、前記戻し流路には、流通する前記再生水素ガスを減圧する減圧弁（９６）が設けられていてもよい。

これにより、戻し流路から水素供給装置を介して水素昇圧スタックに供給する再生水素ガスの圧力を調整することができ、水素昇圧スタックに最適な圧力の水素ガスを供給することができる。

（付記５）
付記１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、前記戻し流路には、流通する前記再生水素ガスの流量を調整する流量調整弁（９８）が設けられ、前記水素供給装置が有する密閉容器（４４）の内部圧力に基づいて、前記流量調整弁は、流通する前記再生水素ガスの流量を調整してもよい。

これにより、水素昇圧スタックから放出される高圧水素ガスの流量に合わせて水素昇圧スタックに適切な量の再生水素ガスを供給することができる。したがって、水素昇圧スタックの運転を最適化できる。

（付記６）
付記１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、前記戻し流路の下流側の端部に設けられた水素放出口は、前記水素供給装置が有する密閉容器に貯留された液水の中に開口してもよい。

これにより、戻し流路から供給される水素ガスに含まれる液滴を除去できるともに、液水によって水素昇圧スタックに供給する水素ガスの湿度を良好に調整することができる。

本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。

１０…電気化学式水素昇圧システム １２…電気化学式水素昇圧装置
１４…水素供給装置 １６…水素昇圧スタック
１８…気液分離器 ２０…凝縮器
２２…ＰＳＡ装置 ２４…吸着塔
２８…電源装置 ３０…制御装置
３２…単セル ３４…電解質膜
３６…アノード電極 ４０…カソード電極
４４…密閉容器 ５０…原料水素供給路
６０…水素供給流路 ７０…高圧水素供給流路
８０…導入路 ９０…第１再生水素排出流路
９２…第２再生水素排出流路 ９４…戻し流路
１００…導出路 １１０…水素導入口
１２０…水素導出口 １３０…再生水素排出口

Claims (4)

1. 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極とを含む単セルを有し、前記アノード電極に水素ガスを供給し、前記カソード電極から昇圧された高圧水素ガスを放出する水素昇圧スタックと、
   前記水素昇圧スタックに電圧を印加する電源装置と、
   水素供給流路を介して前記水素昇圧スタックに水素ガスを供給する水素供給装置と、
   前記水素昇圧スタックから放出された前記高圧水素ガスを除湿する複数の吸着塔を有するＰＳＡ装置と、
   を備え、
   前記吸着塔の再生に利用された再生水素ガスを前記水素昇圧スタックの前記水素供給装置に還流させる戻し流路を有し、
   前記水素供給装置は、重力方向の下方に液水が貯留された密閉容器と、
   前記密閉容器の前記液水の上方に形成される空間に含まれる水素ガスの圧力を計測する圧力センサと、を含み、
   前記戻し流路の下流側の端部に設けられた水素放出口は、前記液水の中に開口し、前記水素放出口から放出された前記再生水素ガスは、前記液水の上方の前記空間に到達し、
   前記戻し流路には、流通する前記再生水素ガスの流量を調整する流量調整弁が設けられ、
   前記圧力センサが検出する前記空間に含まれる水素ガスの圧力に基づいて、前記流量調整弁は、流通する前記再生水素ガスの流量を調整する、
   電気化学式水素昇圧システム。
2. 請求項１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、
   複数の前記吸着塔は、水素ガスを除湿する処理吸着塔と、吸着した水分を放出する再生吸着塔とを含み、前記再生吸着塔を再生する時に、前記処理吸着塔から前記再生吸着塔に除湿された水素ガスを供給し、前記再生吸着塔が吸着した水分を放出させて前記再生吸着塔を再生する、
   電気化学式水素昇圧システム。
3. 請求項１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、
   前記水素昇圧スタックと前記ＰＳＡ装置とは、高圧水素供給流路により接続され、前記高圧水素供給流路には気液分離器が設けられている、
   電気化学式水素昇圧システム。
4. 請求項１に記載の電気化学式水素昇圧システムにおいて、
   前記戻し流路には、流通する前記再生水素ガスを減圧する減圧弁が設けられている、
   電気化学式水素昇圧システム。