WO2022064818A1 - 圧縮装置 - Google Patents

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WO2022064818A1
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cathode
separator
path
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修 酒井
洋三 喜多
孝 嘉久和
貴之 中植
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a compression device.
  • hydrogen used as fuel for a fuel cell vehicle is generally stored in a hydrogen tank in the vehicle in a high pressure state compressed to several tens of MPa.
  • Such high-pressure hydrogen is generally obtained by compressing low-pressure (normal pressure) hydrogen with a mechanical compression device.
  • Patent Document 1 proposes an electrochemical hydrogen pump that purifies and boosts hydrogen in a hydrogen-containing gas by applying a desired voltage between an anode and a cathode arranged across an electrolyte membrane.
  • a desired voltage between an anode and a cathode arranged across an electrolyte membrane has been done.
  • the laminate of the cathode, the electrolyte membrane and the anode is referred to as a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA: Membrane Electrode Assembly).
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • the hydrogen-containing gas supplied to the anode may contain impurities.
  • the hydrogen-containing gas may be a hydrogen gas secondarily generated from a steel mill or the like, or may be a reformed gas obtained by reforming a city gas.
  • Patent Document 2 proposes a differential pressure type water electrolysis device in which low-pressure hydrogen generated by electrolysis of water is boosted by using MEA.
  • the compression device of one aspect of the present disclosure comprises an electrolyte membrane, an anode provided on one main surface of the electrolyte membrane, and the other main surface of the electrolyte membrane.
  • the anode separator is a compression device that generates compressed hydrogen by moving protons extracted from a hydrogen-containing gas supplied to an anode to a cathode via an electrolyte membrane by applying a voltage with an adapter.
  • a first flow path through which the cooling fluid flows is provided on the main surface opposite to the anode.
  • the compression device of one aspect of the present disclosure can have the effect that the flow path through which the cooling fluid for maintaining the compression unit at an appropriate temperature can be arranged more appropriately than before.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electrochemical hydrogen pump according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the bipolar plate and the hydrogen pump unit of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an exploded perspective view of the bipolar plate of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view of the bipolar plate of FIG. 2 as viewed from above.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the first embodiment of the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the second embodiment of the embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electrochemical hydrogen pump according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the bipolar plate and the hydrogen pump unit of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an exploded perspective view of the bipolar plate of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the third embodiment of the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a connecting path provided in the cathode separator of the electrochemical hydrogen pump in the modified example of the embodiment.
  • an electrochemical compression device using a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as an electrolyte membrane)
  • protons (H + ) taken out from the anode fluid supplied to the anode are moved to the cathode via the electrolyte membrane, and the pressure is high at the cathode.
  • Compressed hydrogen (H 2 ) (for example, about several tens of MPa) is generated.
  • the electrolyte membrane in the cell (compression unit) of the compression device has increased proton conductivity under predetermined temperature conditions and humidification conditions, and the efficiency of the hydrogen compression operation of the compression unit is improved. Therefore, in many cases, a flow path through which a cooling fluid for maintaining the temperature of the compression unit at an appropriate temperature flows is provided in the compression unit.
  • the compressed hydrogen in the cathode becomes high pressure, so when providing a flow path through which the cooling fluid flows in the compression unit, the pressure resistance design of each member constituting the compression unit and the cost of the member, etc. Need to be considered.
  • the compression device of the first aspect of the present disclosure is on the anode, the anode provided on one main surface of the electrolyte membrane, the cathode provided on the other main surface of the electrolyte membrane, and the anode. It is provided with an anode separator provided, a cathode separator provided on the cathode, and a voltage applicator that applies a voltage between the anode and the cathode, and is supplied to the anode by applying a voltage by the voltage applicator.
  • a compression device that generates compressed hydrogen by moving protons extracted from the hydrogen-containing gas to the cathode via an electrolyte membrane.
  • the anode separator is the first surface on which the cooling fluid flows on the main surface opposite to the anode. Channel is provided.
  • the first flow path through which the cooling fluid for maintaining the compression unit at an appropriate temperature flows can be more appropriately arranged than before.
  • a dedicated plate provided with the first flow path is provided by providing a first flow path through which the cooling fluid flows on the main surface opposite to the anode of the anode separator. No need to place. Therefore, the compression device of this embodiment can reduce the device cost as compared with the case of arranging such a dedicated plate.
  • the cathode separator As the above-mentioned first flow path is provided on the main surface of the cathode separator on the opposite side to the cathode, it is necessary to provide the cathode separator with a recess for the first flow path, but this recess is provided. In the area, the thickness of the cathode separator becomes thin.
  • the main surface of the cathode separator on the cathode side is exposed to high-pressure compressed hydrogen, it is necessary to increase the rigidity of the cathode separator in the above region. For example, it is possible to increase the rigidity in the above region by increasing the thickness of the entire cathode separator, which may lead to an increase in size and cost of the apparatus.
  • the main surface of the anode separator on the anode side is only exposed to the low pressure anode fluid. Therefore, in the compression device of this embodiment, the above inconvenience can be alleviated by providing the above-mentioned first flow path on the main surface of the anode separator on the opposite side to the anode.
  • the compression device of the second aspect of the present disclosure is the compression device of the first aspect, in which the anode separator is a first manifold through which a cathode gas containing compressed hydrogen flows, and a first manifold on a main surface opposite to the anode. May be provided with a first connecting path for guiding the cathode gas.
  • the compression device of this embodiment can appropriately supply high pressure cathode gas from the cathode on the cathode separator to the first manifold of the anode separator through the first connecting path of the anode separator.
  • the third aspect of the present disclosure is the compression device of the first aspect, wherein the cathode separator has a second manifold on which a cathode gas containing compressed hydrogen flows, and a second manifold on the main surface opposite to the cathode side.
  • the manifold may be provided with a second connecting path for guiding the cathode gas.
  • the compression device of this embodiment can appropriately supply high pressure cathode gas from the cathode on the cathode separator to the second manifold of the cathode separator through the second connecting path of the cathode separator.
  • the compression device of the fourth aspect of the present disclosure is configured in the compression device of the second aspect so that the first flow path surrounds a part of the first communication path including the upstream end of the first communication path. It may have been done.
  • the first flow path is uniformly arranged in the electrode facing portion of the anode separator in order to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA due to the cooling fluid, but the first communication path and the first flow path are It is necessary not to interfere.
  • a high-pressure cathode gas flows through the first connecting path, it is desirable to lay both of them so that the first connecting path and the first flow path are not too close to each other.
  • the first flow path is provided so as to surround a part of the first connecting path including the upstream end of the first connecting path (hereinafter, a part of the first connecting path). If it is not provided, temperature unevenness may occur in the portion of MEA close to a part of the first connecting path. Then, the efficiency of the hydrogen compression operation of the compression device may decrease.
  • the first flow path is arranged so as to surround a part of the first connecting path.
  • the compression device of this embodiment can suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where the first flow path does not surround a part of the first connecting path.
  • the first flow path is a region of the region facing the second connecting path on the main surface opposite to the anode of the anode separator. It may be configured to surround a part including the end facing the upstream end of the connecting path of 2.
  • the first flow path is uniformly arranged in the electrode facing portion of the anode separator in order to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA due to the cooling fluid, but the second connecting path and the first flow path are It is necessary not to interfere.
  • a high-pressure cathode gas flows through the second connecting path, it is desirable to lay both of them so that the second connecting path and the first flow path are not too close to each other.
  • the first flow path is arranged so as to surround a part of the region facing the upstream end of the second connecting path.
  • the compression device of this embodiment suppresses the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where the first flow path does not surround a part of the region facing the upstream end of the second connecting path. Can be done.
  • the first flow path has a serpentine flow path, and two high-amplitude reciprocations included in the serpentine flow path are included.
  • a road and one flow path having a small amplitude between the roads may be configured to surround the above-mentioned part.
  • the compression device of this embodiment consists of two high-amplitude reciprocating paths included in the serpentine flow path and one low-amplitude flow path between them, which is a part of a first connecting path or a first.
  • the compression device of the seventh aspect of the present disclosure is the compression device of the fourth aspect or the fifth aspect, in which the first flow path has a first linear flow path and is provided in the first linear flow path.
  • the part may be surrounded by a detour that bypasses the part.
  • the detour surrounds a part of the first connecting path or a part of the region facing the upstream end of the second connecting path, so that the detour is one of the above. It is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where the portion is not surrounded.
  • the pitch between the first linear flow path and the second linear flow path adjacent to the inside thereof is the second linear flow path and the second linear flow path. It may be larger than the pitch with the third linear flow path adjacent to the inside thereof.
  • the compression device of this embodiment can further widen the cooling region as compared with the case where the pitches between the flow paths are aligned, so that the occurrence of temperature unevenness in the MEA can be further suppressed.
  • the upstream end and the downstream end of the detour may have a convex shape toward the outside in the compression device of the seventh aspect.
  • the compression device of this embodiment can further suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where the upstream end and the downstream end of the detour are not convex toward the outside.
  • the compression device of the tenth aspect of the present disclosure is any one of the compression devices of the first aspect to the ninth aspect, and the anode separator is provided with a second flow path through which hydrogen-containing gas flows on the main surface on the anode side.
  • the flow path width of the first flow path and the flow path width of the second flow path are the same, and the flow path depth of the first flow path and the flow path depth of the second flow path are the same. You may.
  • the compression device of this embodiment reduces the manufacturing cost of the anode separator by setting the flow path width and the flow path depth in the first flow path and the second flow path to be the same. Can be done.
  • each of the first flow path and the second flow path can be machined under the same machining conditions using the same machining apparatus.
  • the anode separator can be used in a single etching apparatus. Both main surfaces can be processed under the same etching conditions.
  • anode fluid of the above compression device various types of gases and liquids are assumed.
  • hydrogen-containing gas can be mentioned as the anode fluid.
  • water electrolyzer liquid water can be mentioned as the anode fluid.
  • the configuration and operation of the electrochemical hydrogen pump including the hydrogen pump unit will be described as an example of the compression device including the above-mentioned compression unit.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electrochemical hydrogen pump according to an embodiment.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 includes a laminated body 100A (stack) in which a plurality of hydrogen pump units 10 (see FIG. 2) are laminated, and a voltage adapter 102.
  • a plate that functions as an anode separator and a plate that functions as a cathode separator are integrated.
  • each of the bipolar plates 29 functions as a cathode separator in one of the adjacent hydrogen pump units 10 and the other of the adjacent hydrogen pump units 10.
  • a plate, which functions as an anode separator, is provided.
  • each of the hydrogen pump units 10 is laminated, and the laminated body 100A (stack) is attached to a pair of ends via a pair of feeding plates 11 and 12 and a pair of insulating plates 13 and 14 from both sides.
  • It is a general laminated fastening structure in which both ends plates 15 and 16 are sandwiched between the plates 15 and 16 and fastened with a plurality of fasteners 17.
  • a groove-shaped flow path is branched from an appropriate pipeline, and these flow paths are branched into the anode. It is necessary to connect to one end of the gas flow path provided at each electrode facing portion of the separator.
  • Such a pipeline is referred to as an anode gas introduction manifold, and the anode gas introduction manifold is composed of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions in the constituent members of the laminated body 100A.
  • the hydrogen-containing gas flowing into the electrochemical hydrogen pump 100 is distributed to each of the hydrogen pump units 10 by the anode gas introduction manifold, whereby the hydrogen-containing gas is distributed from the anode gas introduction manifold. It is supplied to the anode of the hydrogen pump unit 10. Further, in order to discharge the excess hydrogen-containing gas that has passed through the hydrogen pump unit 10 from each of the hydrogen pump units 10 to the outside, in each of the anode separators, a groove-shaped flow path is branched from an appropriate conduit, and these are used. It is necessary to connect the flow path of the above to the other end of the gas flow path provided at each electrode facing portion of the anode separator.
  • Such a conduit is referred to as an anode gas lead-out manifold, and the anode gas lead-out manifold is composed of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions in the constituent members of the laminated body 100A. Then, in the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen-containing gas passing from each of the hydrogen pump units 10 joins at the anode gas lead-out manifold, so that the hydrogen-containing gas is discharged from the anode gas lead-out manifold to the outside of the electrochemical hydrogen pump 100. Will be done.
  • each of the cathode separators in order to discharge the cathode gas containing high-pressure compressed hydrogen to the outside from each cathode of the cathode separator, it is necessary to configure each of the cathode separators so that an appropriate conduit and an appropriate connecting path are connected to each other. be.
  • a conduit is called a cathode lead-out manifold
  • the cathode lead-out manifold is composed of a series of through holes provided at appropriate positions in each of the constituent members of the laminated body 100A.
  • a groove-shaped flow path is branched from an appropriate conduit in each of the anode separators. It is necessary to connect the flow path of the above to one end of the cooling fluid flow path provided at each electrode facing portion of the anode separator.
  • a pipeline is called a cooling fluid introduction manifold, and the cooling fluid introduction manifold is composed of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions in the constituent members of the laminated body 100A.
  • the cooling fluid flowing into the electrochemical hydrogen pump 100 is distributed to each of the hydrogen pump units 10 by the cooling fluid introduction manifold, whereby the cooling fluid is transferred from the cooling fluid introduction manifold to the hydrogen pump. It is supplied to the unit 10. Further, in order to discharge the cooling fluid that has passed through the hydrogen pump unit 10 to the outside from each of the hydrogen pump units 10, in each of the anode separators, a groove-shaped flow path is branched from an appropriate pipeline, and these flow paths are branched. Need to be connected to the other end of the cooling fluid flow path provided at each electrode facing portion of the anode separator.
  • Such a pipeline is called a cooling fluid lead-out manifold
  • the cooling fluid lead-out manifold is composed of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions in the constituent members of the laminated body 100A. Then, in the electrochemical hydrogen pump 100, the cooling fluid passing from each of the hydrogen pump units 10 joins at the cooling fluid lead-out manifold, so that the cooling fluid is discharged from the cooling fluid lead-out manifold to the outside of the electrochemical hydrogen pump 100. ..
  • the voltage applyer 102 is a device that applies a voltage between the anode and the cathode of the hydrogen pump unit 10. Specifically, the high potential of the voltage applicator 102 is applied to the anode, and the low potential of the voltage applicator 102 is applied to the cathode.
  • the voltage adapter 102 may have any configuration as long as a voltage can be applied between the anode and the cathode.
  • the voltage applyer 102 may be a device that adjusts the voltage applied between the anode and the cathode.
  • the voltage adapter 102 includes a DC / DC converter when connected to a DC power source such as a battery, a solar cell, or a fuel cell, and AC when connected to an AC power source such as a commercial power source. It is equipped with a / DC converter.
  • the voltage applied between the anode and the cathode and the current flowing between the anode and the cathode are adjusted so that the electric power supplied to the hydrogen pump unit 10 becomes a predetermined set value. It may be a type power supply.
  • the terminal on the low potential side of the voltage adapter 102 is connected to the feeding plate 11, and the terminal on the high potential side of the voltage adapter 102 is connected to the feeding plate 12.
  • the feeding plate 11 is in electrical contact with the cathode separator located at one end in the stacking direction
  • the feeding plate 12 is in electrical contact with the anode separator located at the other end in the stacking direction. is doing.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the bipolar plate and the hydrogen pump unit of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an exploded perspective view of the bipolar plate of FIG. 2. Specifically, a view of a pair of members constituting the bipolar plate 29 viewed from the portion AA of FIG. 2 and a view in which both are integrated are shown. Note that FIG. 3 shows a diagram in which the MEA and the O-ring are omitted for convenience of explanation.
  • FIG. 4 is a view of the bipolar plate of FIG. 2 as viewed from above. Specifically, a plan view of the members constituting the bipolar plate 29 from the BB portion of FIG. 2 is shown.
  • the bipolar plate 29 includes a plate that functions as an anode separator of one of the adjacent hydrogen pump units 10 and a plate that functions as a cathode separator of the other of the adjacent hydrogen pump units 10.
  • a part of the bipolar plate 29 on the upper stage side constitutes a cathode separator
  • a part of the bipolar plate 29 on the lower stage side constitutes an anode separator.
  • the plate that functions as the cathode separator is referred to as the cathode separator 29A
  • the plate that functions as the anode separator is referred to as the anode separator 29B.
  • the cathode separator 29A and the anode separator 29B in each of the bipolar plates 29 are integrated by surface bonding.
  • the cathode separator 29A and the anode separator 29B can be joined by diffusion joining of a pair of metal plates.
  • diffusion bonding means "atoms generated between the bonding surfaces by bringing the base metal into close contact and applying pressure to the extent that plastic deformation does not occur as much as possible under temperature conditions below the melting point of the base metal. It is defined as "a method of joining using the diffusion of.”
  • the anode separator 29B is provided with a cooling fluid flow path 60 through which a cooling fluid flows on the main surface opposite to the anode AN.
  • a cooling fluid flow path 60 through which a cooling fluid for adjusting the temperature of the hydrogen pump unit 10 flows flows on the bonding surface of the anode separator 29B. It is provided. Both ends of the cooling fluid flow path 60 communicate with each of the cooling fluid introduction manifold 61 and the cooling fluid lead-out manifold 62, respectively.
  • the cooling fluid include, but are not limited to, cooling water.
  • the hydrogen pump unit 10 includes an electrolyte membrane 21, an anode AN, a cathode CA, a cathode separator 29A, an anode separator 29B, a frame body 28, and a surface sealing material 40. Then, in the hydrogen pump unit 10, an electrolyte membrane 21, an anode catalyst layer 24, a cathode catalyst layer 23, an anode feeder 25, a cathode feeder 22, a cathode separator 29A and an anode separator 29B are laminated.
  • the anode AN is provided on one main surface of the electrolyte membrane 21.
  • the anode AN is an electrode including an anode catalyst layer 24 and an anode feeder 25.
  • the cathode CA is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 21.
  • the cathode CA is an electrode including a cathode catalyst layer 23 and a cathode feeding body 22.
  • a membrane CCM Catalyst Coated Membrane
  • a catalyst layer in which the cathode catalyst layer 23 and the anode catalyst layer 24 are integrally bonded to the electrolyte membrane 21 may be used.
  • the anode feeding body 25 and the cathode feeding body 22 are provided on each of the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 23 of the film CCM with a catalyst layer, respectively.
  • the electrolyte membrane 21 is sandwiched between the anode AN and the cathode CA.
  • the electrolyte membrane 21 is a polymer membrane having proton conductivity.
  • the electrolyte membrane 21 may have any structure as long as it has proton conductivity.
  • examples of the electrolyte membrane 21 include, but are not limited to, a fluorine-based polyelectrolyte membrane and a hydrocarbon-based polyelectrolyte membrane.
  • Nafion registered trademark, manufactured by DuPont
  • Aciplex registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Corporation
  • the like can be used as the electrolyte membrane 21.
  • the anode catalyst layer 24 is provided so as to be in contact with one main surface of the electrolyte membrane 21.
  • the anode catalyst layer 24 includes, but is not limited to, platinum as the catalyst metal.
  • the cathode catalyst layer 23 is provided so as to be in contact with the other main surface of the electrolyte membrane 21.
  • the cathode catalyst layer 23 contains, for example, platinum as the catalyst metal, but is not limited thereto.
  • Examples of the catalyst carrier of the cathode catalyst layer 23 and the anode catalyst layer 24 include, but are not limited to, carbon particles such as carbon black and graphite, and conductive oxide particles.
  • the fine particles of the catalyst metal are supported on the catalyst carrier in a highly dispersed manner. Further, it is common to add a proton-conducting ionomer component into the cathode catalyst layer 23 and the anode catalyst layer 24 in order to increase the electrode reaction field.
  • the cathode feeding body 22 is provided on the cathode catalyst layer 23. Further, the cathode feeding body 22 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. Further, it is desirable that the cathode feeding body 22 has elasticity so as to appropriately follow the displacement and deformation of the constituent members generated by the differential pressure between the cathode CA and the anode AN during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • a member made of carbon fiber is used as the cathode feeding body 22.
  • a porous carbon fiber sheet such as carbon paper, carbon cloth, or carbon felt may be used. It is not necessary to use the carbon fiber sheet as the base material of the cathode feeding body 22.
  • a sintered body of metal fibers made of titanium, a titanium alloy, stainless steel, or the like, a sintered body of metal particles made of these materials, or the like may be used.
  • the anode feeder 25 is provided on the anode catalyst layer 24. Further, the anode feeding body 25 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. Further, it is desirable that the anode feeding body 25 has high rigidity capable of suppressing displacement and deformation of components generated by the differential pressure between the cathode CA and the anode AN during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the base material of the anode feeder 25 for example, a fiber sintered body made of titanium, a titanium alloy, stainless steel, carbon, etc., a powder sintered body, an expanded metal, a metal mesh, a punching metal, or the like is used. You may use it.
  • the anode separator 29B is a member laminated on the anode AN.
  • the cathode separator 29A is a member laminated on the cathode CA.
  • the anode feeder 25 is in contact with the central portion of the surface of the anode separator 29B on the anode AN side facing the anode AN. Then, as shown in FIG. 4, a serpentine-shaped anode gas flow path 30 through which the hydrogen-containing gas flows is provided in the central portion thereof in a plan view. Both ends of the anode gas flow path 30 communicate with each of the anode gas introduction manifold 31 and the anode gas lead-out manifold 32, respectively.
  • a recess is provided in the center of the surface of the cathode separator 29A on the cathode CA side facing the cathode CA, and the cathode feeding body 22 is housed in the recess. That is, the recess corresponds to the space S (see FIG. 3) for storing the cathode gas containing the compressed hydrogen generated by the cathode CA of the hydrogen pump unit 10.
  • the anode separator 29B includes a first cathode gas lead-out manifold 35A through which the cathode gas flows, a second cathode gas lead-out manifold 36A through which the cathode gas flows, and a cathode CA (space) of the cathode separator 29A.
  • a connecting path 37 and a connecting path 38 for guiding the cathode gas flowing in from S) to each of the first cathode gas lead-out manifold 35A and the second cathode gas lead-out manifold 36A of the anode separator 29B is provided. ..
  • the connecting path 37 is composed of a flow path groove on the bonding surface of the anode separator 29B before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded.
  • this flow path groove extends linearly so as to straddle the O-ring groove 50 and the O-ring groove 51 provided on the main surface of the cathode separator 29A on the anode AN side.
  • one end of the flow path groove communicates with the inside of the recess (space S) of the cathode separator 29A via a communication hole 70 extending vertically near the edge of the bottom surface of the recess (space S).
  • the other end of the flow path groove is connected to the first cathode gas lead-out manifold 35A.
  • the connecting path 37 is appropriately gas-sealed by integrating the cathode separator 29A and the anode separator 29B by surface bonding.
  • the high-pressure cathode gas generated by the cathode CA accumulates in the recess (space S) of the cathode separator 29A, and then the cathode gas is as shown by the dotted arrow in FIG. , Flows from the space S through the communication hole 70 and the connecting path 37 in this order, and is supplied to the first cathode gas lead-out manifold 35A.
  • the connecting path 38 is composed of a flow path groove on the bonding surface of the anode separator 29B before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded.
  • This flow path groove extends linearly so as to straddle the O-ring groove 50 and the O-ring groove 52 provided in the cathode separator 29A in a plan view.
  • one end of the flow path groove communicates with the inside of the recess (space S) of the cathode separator 29A via a communication hole 71 extending vertically near the edge of the bottom surface of the recess (space S).
  • the other end of the flow path groove is connected to the second cathode gas lead-out manifold 36A.
  • the connecting path 38 is appropriately gas-sealed by integrating the cathode separator 29A and the anode separator 29B by surface bonding.
  • the high-pressure cathode gas generated by the cathode CA accumulates in the recess (space S) of the cathode separator 29A, and then the cathode gas is as shown by the dotted arrow in FIG. , Flows from the space S through the communication hole 71 and the connecting path 38 in this order, and is supplied to the second cathode gas lead-out manifold 36A.
  • the communication path 37 and the communication path 38, and the communication hole 70 and the communication hole 71 are the center of the first cathode gas lead-out manifold 35 and the center of the second cathode gas lead-out manifold 36, respectively, in a plan view. It is provided on a straight line connecting the above, but is not limited to this.
  • the arrangement position and shape of the communication path and the communication hole may be any location and shape as long as the cathode gas flowing from the cathode CA (space S) of the cathode separator 29A can be guided to the cathode gas lead-out manifold. Further, the number of communication paths and communication holes may be one or three or more.
  • the above cathode separator 29A and anode separator 29B may be made of, for example, a metal sheet such as titanium, stainless steel, or gold, but the present invention is not limited thereto.
  • the base material of the cathode separator 29A and the anode separator 29B may be made of carbon or a resin having a metal film formed on the surface thereof.
  • SUS316L is desirable to use as the material of the cathode separator 29A and the anode separator 29B. This is because SUS316L has excellent properties such as acid resistance and hydrogen embrittlement resistance among various types of stainless steel.
  • the hydrogen pump unit 10 is formed by sandwiching the above MEA between the cathode separator 29A and the anode separator 29B.
  • the cathode separator 29A is provided with an O-ring groove 50 on the main surface on the cathode CA side, which surrounds a region of the main surface facing the cathode CA, and the O-ring 45 is formed. It is held in the O-ring groove 50.
  • the O-ring groove 50 faces a region of the main surface of the electrolyte membrane 21 on the cathode CA side where the cathode CA is not provided.
  • the electrolyte membrane 21 is provided wide so as to straddle the side wall of the recess in which the cathode CA is housed, and the O-ring 45 is provided so as to abut on the wide portion of the electrolyte membrane 21. ..
  • a fluororubber-based O-ring can be used from the viewpoint of acid resistance and hydrogen embrittlement resistance, but is not limited thereto.
  • the frame body 28 is a member provided so as to surround the outer periphery of the electrolyte membrane 21.
  • Examples of the base material of the frame body 28 include, but are not limited to, fluororubber from the viewpoint of acid resistance and hydrogen embrittlement resistance.
  • the insulating frame 28 makes it possible to appropriately prevent a short circuit between the cathode separator 29A and the anode separator 29B in the hydrogen pump unit 10.
  • the surface sealing material 40 is provided on the outer periphery of the region of the anode separator 29B on the main surface of the anode AN side facing the anode AN. Further, the surface sealing material 40 faces a region of the main surface of the electrolyte membrane 21 on the anode AN side where the anode AN is not provided, and the main surface of the frame 28 on the anode AN side.
  • the electrolyte membrane 21 is provided wide so as to straddle the outer peripheral end of the anode AN, and the main surface of the surface sealing material 40, the wide portion of the electrolyte membrane 21, and the main surface of the frame body 28 are formed. Are in contact.
  • Examples of the base material of the surface sealing material 40 include, but are not limited to, fluororubber and fluororesin from the viewpoint of acid resistance and hydrogen embrittlement resistance.
  • the insulating surface sealing material 40 can be configured so that the cathode separator 29A and the anode separator 29B in the hydrogen pump unit 10 are not easily short-circuited appropriately.
  • the electrolyte membrane 21 and the frame body 28 are formed as separate bodies, but both may be integrated. Further, it is not necessary to provide such a frame body 28.
  • the cathode separator 29A and the anode separator 29B can be configured so as not to be short-circuited by the surface sealing material 40 without providing the frame body 28.
  • the cathode separator 29A is provided with an O-ring groove 51 surrounding the first cathode gas lead-out manifold 35.
  • the O-ring 41 is held in the O-ring groove 51.
  • the cathode separator 29A is provided with an O-ring groove 52 surrounding the second cathode gas lead-out manifold 36.
  • the O-ring 42 is held in the O-ring groove 52.
  • the O-ring 41 and the O-ring 42 are in contact with the main surface of the anode separator 29B on the anode AN side, respectively. That is, the O-ring 41 and the O-ring 42 are in contact with both the cathode separator 29A and the anode separator 29B corresponding to the bipolar plates 29 on both sides, respectively.
  • the surface sealing material 40 is not provided on the region of the main surface of the anode separator 29B on the anode AN side where the O-ring 41 and the O-ring 42 are in contact with each other. Further, the frame body 28 is not provided in the area where the O-ring 41 and the O-ring 42 are arranged.
  • the frame body 28 has through holes so that the outer shapes of the pair of through holes (circular openings) are the same as the outer shapes of the O-ring groove 51 and the O-ring groove 51. It is formed. Further, the surface sealing material 40 is formed with through holes so that the outer shapes of the pair of through holes (circular openings) are the same as the outer shapes of the O-ring groove 51 and the O-ring groove 51. ing. A columnar space composed of through holes provided in the frame body 28 and the surface sealing material 40 accommodates the O-ring 41, and the inside of the O-ring 41 provided in the columnar space leads out the first cathode gas. It constitutes a part of the manifold 35.
  • the cylindrical space composed of the through holes provided in the frame body 28 and the surface sealing material 40 accommodates the O-ring 42, and the inside of the O-ring 42 provided in the cylindrical space leads out the second cathode gas. It constitutes a part of the manifold 36.
  • the cooling fluid flow path 60 through which the cooling fluid for maintaining the hydrogen pump unit 10 at an appropriate temperature can be arranged more appropriately than before.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment is provided with a cooling fluid flow path 60 on the main surface of the anode separator 29B opposite to the anode AN, so that a dedicated plate provided with a cooling fluid flow path is provided. There is no need to place. Therefore, the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the equipment cost as compared with the case of arranging such a dedicated plate.
  • the cathode separator 29A is provided on the main surface of the cathode separator 29A on the opposite side to the cathode CA, it is necessary to provide the cathode separator 29A with a recess for the cooling fluid flow path, but this recess is provided. In this region, the thickness of the cathode separator 29A becomes thin.
  • the main surface of the cathode separator 29A on the cathode CA side is exposed to high-pressure compressed hydrogen, it is necessary to increase the rigidity of the cathode separator 29A in the above region. For example, it is possible to increase the rigidity in the above region by increasing the thickness of the entire cathode separator 29A, but this may lead to an increase in size and cost of the apparatus.
  • the main surface of the anode separator 29B on the anode AN side is only exposed to the low pressure hydrogen-containing gas. Therefore, in the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment, the above inconvenience can be alleviated by providing the cooling fluid flow path 60 on the main surface of the anode separator 29B opposite to the anode AN.
  • the first cathode gas lead-out manifold of the anode separator 29B is transmitted from the cathode CA (space S) on the cathode separator 29A through each of the connecting path 37 and the connecting path 38 of the anode separator 29B.
  • High-pressure cathode gas can be appropriately supplied to each of the 35A and the second cathode gas lead-out manifold 36A.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the first embodiment of the embodiment. Specifically, a view showing a plan view of the bonding surface of the anode separator 29B before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded is shown. In FIG. 5, for convenience of explanation, illustration of manifolds other than the cooling fluid introduction manifold 61 and the cooling fluid lead-out manifold 62 is omitted.
  • the cooling fluid flow path 60 includes a part of the connecting path 37 including the upstream end 37E of the connecting path 37 (hereinafter, a part of the connecting path 37) and the upstream end 38E of the connecting path 38. It is configured to surround a part of the connecting path 38 including the connecting path 38 (hereinafter, a part of the connecting path 38). This is due to the following reasons.
  • the cooling fluid flow path 60 is uniformly arranged in the electrode facing portion G of the anode separator 29B in order to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA due to the cooling fluid, but the connecting path 37 and the connecting path 38 are preferably arranged. And the cooling fluid flow path 60 need not interfere with each other. In particular, since high-pressure cathode gas flows through the connecting path 37 and the connecting path 38, it is desirable to lay them so that the connecting path 37 and the connecting path 38 and the cooling fluid flow path 60 are not too close to each other. ..
  • the anode separator 29B is not provided with the cooling fluid flow path 60 so as to surround a part of the connecting path 37, the temperature unevenness occurs in the part of the MEA close to the part of the connecting path 37. It can occur. Further, when the cooling fluid flow path 60 is not provided so as to surround a part of the connecting path 38, temperature unevenness may occur in the portion of the MEA facing the part of the connecting path 38. Then, the efficiency of the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 may decrease.
  • the cooling fluid flow path 60 is arranged so as to surround each of a part of the connecting path 37 and a part of the connecting path 38 in the anode separator 29B.
  • temperature unevenness in the MEA occurs as compared with the case where the cooling fluid flow path 60 does not surround a part of the connecting path 37 and a part of the connecting path 38. Can be suppressed.
  • the cooling fluid flow path 60 has two serpentine flow paths provided on the connecting path 37 side, and the cooling fluid flow path of these serpentine flow paths Two round-trip paths 160A1 and 160B1 having a large amplitude and one flow path 160C1 having a small amplitude between them, which are included in each, are configured to surround a part of the connecting path 37.
  • each straight line portion of the round-trip route 160A1 and the round-trip route 160B1 extends in parallel with the extending direction of the connecting road 37 on both sides of the connecting road 37, and the round-trip route 160A1 and the round-trip route 160B1.
  • the flow path 160C1 connected to each is folded back in the vicinity of the upstream end 37E of the connecting path 37.
  • the cooling fluid flow path 60 has two serpentine flow paths provided on the connecting path 38 side, and two round-trip paths 160A2 and a round-trip path 160B2 having a large amplitude included in each of these serpentine flow paths are included. And one flow path 160C2 having a small amplitude between them are configured to surround a part of the connecting path 38 including the upstream end 38E of the connecting path 38.
  • each straight line portion of the round-trip route 160A2 and the round-trip route 160B2 extends in parallel with the extending direction of the connecting road 38 on both sides of the connecting road 38, and the round-trip route 160A2 and the round-trip route 160B2.
  • the flow path 160C2 connected to each is folded back in the vicinity of the upstream end 38E of the connecting path 38.
  • the connecting path 37 includes two high-amplitude reciprocating paths 160A1 and 160B1 included in the serpentine flow path and one low-amplitude flow path 160C1 between them.
  • the serpentine flow path becomes one of the above. It is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where the portion is not surrounded.
  • serpentine flow path is an example and is not limited to this example.
  • the number of serpentine channels can be set to an appropriate value according to the temperature control conditions of the MEA and the like.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the embodiment except for the above-mentioned features.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the second embodiment of the embodiment. Specifically, a view showing a plan view of the bonding surface of the anode separator 29B before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded is shown. In FIG. 6, for convenience of explanation, illustration of manifolds other than the cooling fluid introduction manifold 61 and the cooling fluid lead-out manifold 62 is omitted.
  • the cooling fluid flow path 60 has 12 linear flow paths, and is provided in the straight flow path 260A1 closest to the communication path 37 among these linear flow paths.
  • a detour 260R1 that bypasses a part of the 37 is configured to surround a part of the connecting path 37.
  • the cooling fluid flow path 60 is provided in the linear flow path 260A2 which is closest to the connecting path 38 among these linear flow paths, and is provided in the connecting path 38 by a detour circuit 260R2 which bypasses a part of the connecting path 38. It is configured to surround a part.
  • the straight flow path 260A1 and the straight flow path 260A2 extend in a direction perpendicularly intersecting each of the connecting path 37 and the connecting path 38, respectively, and the straight flow path 260A1 and the straight flow path 260A2
  • Each of the detours 260R1 and 260R2 connected to each of them is folded back in the vicinity of the upstream end 37E of the connecting path 37 and the upstream end 38E of the connecting path 38, respectively.
  • the pitch L1 between the linear flow path 260A1 and the linear flow path 260B1 adjacent to the inside thereof is adjacent to the linear flow path 260B1. It is larger than the pitch L2 with the matching linear flow path 260C1. Further, the pitch L3 between the linear flow path 260A2 and the linear flow path 260B2 adjacent to the inside thereof is larger than the pitch L4 between the linear flow path 260B2 and the linear flow path 260C2 adjacent to the inside thereof.
  • the detour 260R1 and the detour 260R2 surround each part of the connecting path 37 and the connecting path 38, respectively, so that the detour 260R1 and the detour 260R2 are described above. It is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where a part is not surrounded. Since the details of the action and effect of this configuration are the same as the details of the action and effect of the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can further widen the cooling region as compared with the case where the pitches between the flow paths are aligned, so that the occurrence of temperature unevenness in the MEA can be further suppressed.
  • the cooling fluid flow path 60 is laid using the linear flow path and the detour as shown in FIG. 6, and the cooling fluid flow path 60 is laid using the serpentine flow path as shown in FIG. It was found that the pressure loss in the cooling fluid flow path 60 was reduced as compared with the case of laying.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment can reduce the pressure loss in the cooling fluid flow path 60 while suppressing the occurrence of temperature unevenness in the MEA. Thereby, the efficiency of the hydrogen compression operation of the hydrogen pump unit 10 can be further improved.
  • the above straight flow paths and detours are examples, and are not limited to this example.
  • 12 linear flow paths are shown in FIG. 6, the number of linear flow paths can be set to an appropriate value according to the temperature control conditions of MEA and the like.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the embodiment except for the above-mentioned features.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a cooling fluid flow path provided in the anode separator of the electrochemical hydrogen pump in the third embodiment of the embodiment. Specifically, a view showing a plan view of the bonding surface of the anode separator 29B before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded is shown. In FIG. 7, for convenience of explanation, illustration of manifolds other than the cooling fluid introduction manifold 61 and the cooling fluid lead-out manifold 62 is omitted.
  • the cooling fluid flow path 60 has 12 linear flow paths, and is provided in the straight flow path 360A1 closest to the communication path 37 among these linear flow paths.
  • a detour 360R1 that bypasses a part of the 37 is configured to surround a part of the connecting path 37.
  • the cooling fluid flow path 60 is provided in the linear flow path 360A2 which is closest to the connecting path 38 among these linear flow paths, and is provided in the connecting path 38 by a detour circuit 360R2 which bypasses a part of the connecting path 38. It is configured to surround a part.
  • the straight flow path 360A1 and the straight flow path 360A2 extend in a direction perpendicularly intersecting each of the connecting path 37 and the connecting path 38, respectively, and the straight flow path 360A1 and the straight flow path 360A2
  • Each of the detours 360R1 and 360R2 connected to each is folded back in the vicinity of the upstream end 37E of the connecting path 37 and the upstream end 38E of the connecting path 38, respectively.
  • the upstream end and the downstream end of the detours 360R1 and 360R2, respectively, have a convex shape toward the outside.
  • the upstream end and the downstream end of the detour 360R1 each include a convex portion 360T1 protruding outward along the extending direction of the connecting path 37.
  • the upstream end and the downstream end of the detour 360R2 each include a convex portion 360T2 protruding outward along the extending direction of the connecting path 38.
  • the pitches between the adjacent straight flow paths are all set to the same distance.
  • the detour 360R1 and the detour 360R2 surround each part of the connecting path 37 and the connecting path 38, respectively, so that the detour 360R1 and the detour 360R2 are described above. It is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness in the MEA as compared with the case where a part is not surrounded. Since the details of the action and effect of this configuration are the same as the details of the action and effect of the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • temperature unevenness in the MEA occurs as compared with the case where the upstream end and the downstream end of the detour circuit 360R1 and the detour circuit 360R2 do not have a convex shape toward the outside. Can be further suppressed.
  • the cooling fluid flow path 60 is laid using the linear flow path and the detour as shown in FIG. 7, and the cooling fluid flow path 60 is laid using the serpentine flow path as shown in FIG. It was found that the pressure loss in the cooling fluid flow path 60 was reduced as compared with the case of laying.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment can reduce the pressure loss in the cooling fluid flow path 60 while suppressing the occurrence of temperature unevenness in the MEA. Thereby, the efficiency of the hydrogen compression operation of the hydrogen pump unit 10 can be further improved.
  • the above straight flow paths and detours are examples, and are not limited to this example.
  • 12 linear flow paths are shown in FIG. 6, the number of linear flow paths can be set to an appropriate value according to the temperature control conditions of MEA and the like.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the embodiment except for the above-mentioned features.
  • the manufacturing cost of the anode separator 29B is reduced by setting the flow path width and the flow path depth in the cooling fluid flow path 60 and the anode gas flow path 30 to be the same. It can be reduced.
  • each of the cooling fluid flow path 60 and the anode gas flow path 30 can be processed under the same processing conditions using the same processing equipment.
  • the cooling fluid flow path 60 and the anode gas flow path 30 are formed by an etching method, if the cooling fluid flow path 60 and the anode gas flow path 30 have the same shape, the anode separator 29B is provided in a single etching apparatus. Both main surfaces can be processed under the same etching conditions.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any of the first embodiment to the third embodiment of the embodiment and the embodiment except for the above-mentioned features.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a connecting path provided in the cathode separator of the electrochemical hydrogen pump in the modified example of the embodiment.
  • a connecting path 137 and a connecting path 138 for guiding the inflowing cathode gas to each of the first cathode gas lead-out manifold 35B and the second cathode gas lead-out manifold 36B of the cathode separator 29A are provided.
  • the connecting path 137 and the connecting path 138 are composed of a flow path groove on the junction surface (main surface opposite to the cathode CA side) of the cathode separator 29A before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded.
  • a flow path groove on the junction surface (main surface opposite to the cathode CA side) of the cathode separator 29A before the cathode separator 29A and the anode separator 29B are surface-bonded.
  • the cooling fluid flow path 60 is a region of the anode separator 29B facing the connecting path 137 and the connecting path 138 on the main surface opposite to the anode AN.
  • a part including an end facing the upstream end of the connecting path 137 and the connecting path 138 (hereinafter, a part of a region facing the upstream end of the connecting path 137 and the connecting path 138) is configured to surround the connecting path 137 and a part of the area facing the upstream end of the connecting path 138. ..
  • the cooling fluid flow path 60 does not surround a part including the end facing the upstream end of the connecting path 137 and the connecting path 138, as compared with the case where the cooling fluid flow path 60 does not surround a part thereof. It is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness.
  • the detailed configuration of the cooling fluid flow path 60 in the electrode facing portion G of the anode separator 29B and the action and effect of this configuration can be easily understood by referring to the first to third embodiments of the embodiment. Since it can be done, it is omitted.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this modification may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any of the first embodiment to the fourth embodiment of the embodiment and the embodiment except for the above-mentioned features.
  • first embodiment-4th embodiment of the embodiment and the modified examples of the embodiment may be combined with each other as long as the other party is not excluded from each other.
  • the flow path structure of the electrochemical hydrogen pump 100 can be applied to other compression devices such as a water electrolyzer.
  • One aspect of the present disclosure can be used for a compression device in which a flow path through which a cooling fluid for maintaining a compression unit at an appropriate temperature can be arranged more appropriately than before.

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Abstract

圧縮装置は、電解質膜と、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、アノード上に設けられたアノードセパレーターと、カソード上に設けられたカソードセパレーターと、アノードおよびカソード間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、電圧印加器により電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮水素を生成する圧縮装置であって、アノードセパレーターは、アノードと反対側の主面に、冷却流体が流れる第１の流路が設けられる。

Description

圧縮装置
　本開示は圧縮装置に関する。
　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生成せず、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は燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに開発および普及が進んでいる。
　例えば、燃料電池車の燃料として使用される水素は、一般的に、数十ＭＰａに圧縮された高圧状態で車内の水素タンクに貯蔵される。そして、このような高圧の水素は、一般的に、低圧（常圧）の水素を機械式の圧縮装置によって圧縮することで得られる。
　ところで、来るべき水素社会では、水素を製造することに加えて、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用し得る技術開発が求められている。特に、燃料電池の普及促進には水素供給インフラを整備する必要があり、水素を安定的に供給するために、高純度の水素を製造、精製、高密度貯蔵する様々な提案が行われている。
　そこで、例えば、特許文献１では、電解質膜を挟んで配されたアノードおよびカソード間に所望の電圧を印加することによって、水素含有ガス中の水素の精製および昇圧が行われる電気化学式水素ポンプが提案されている。なお、カソード、電解質膜およびアノードの積層体を膜－電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）という。このとき、アノードに供給される水素含有ガスは、不純物が混入していてもよい。例えば、水素含有ガスは、製鉄工場などからの副次生成の水素ガスでもよいし、都市ガスを改質した改質ガスでもよい。
　また、例えば、特許文献２では、水の電気電解で発生した低圧の水素がＭＥＡを用いて昇圧される差圧式の水電解装置が提案されている。
特開２０１５－１１７１３９号公報 特許第６１２９８０９号公報
　本開示は、一例として、圧縮ユニットを適温に維持するための冷却流体が流れる流路を従来よりも適切に配置し得る圧縮装置を提供することを課題とする。
　上記の課題を解決するため、本開示の一態様(aspect)の圧縮装置は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、前記アノード上に設けられたアノードセパレーターと、前記カソード上に設けられたカソードセパレーターと、前記アノードおよび前記カソード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することで、アノードに供給される水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮水素を生成する圧縮装置であって、前記アノードセパレーターは、前記アノードと反対側の主面に、冷却流体が流れる第１の流路が設けられる。
　本開示の一態様の圧縮装置は、圧縮ユニットを適温に維持するための冷却流体が流れる流路を従来よりも適切に配置し得る、という効果を奏することができる。
図１は、実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す斜視図である。 図２は、図１のバイポーラプレートおよび水素ポンプユニットの一例を示す図である。 図３は、図２のバイポーラプレートの分解斜視図を示す図である。 図４は、図２のバイポーラプレートを上方から見た図である。 図５は、実施形態の第１実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。 図６は、実施形態の第２実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。 図７は、実施形態の第３実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。 図８は、実施形態の変形例における電気化学式水素ポンプのカソードセパレーターに設けられた連絡路の一例を示す図である。
　固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）による電気化学式の圧縮装置では、アノードに供給されるアノード流体から取り出されたプロトン（Ｈ＋）を、電解質膜を介してカソードに移動させ、カソードで高圧（例えば、数十ＭＰａ程度）の圧縮水素（Ｈ２）が生成される。このとき、一般的に、圧縮装置のセル（圧縮ユニット）における電解質膜は、所定の温度条件および加湿条件で、プロトン伝導率が上がり、圧縮ユニットの水素圧縮動作の効率が向上する。そこで、圧縮ユニットの温度を適温に維持するための冷却流体が流れる流路を圧縮ユニット内に設けることが多い。
　ところで、以上の圧縮ユニットでは、カソード内の圧縮水素が高圧になるので、圧縮ユニット内に冷却流体が流れる流路を設ける際には、圧縮ユニットを構成する各部材の耐圧設計および部材のコストなどを検討する必要がある。
　すなわち、本開示の第１態様の圧縮装置は、電解質膜と、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、アノード上に設けられたアノードセパレーターと、カソード上に設けられたカソードセパレーターと、アノードおよびカソード間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、電圧印加器により電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮水素を生成する圧縮装置であって、アノードセパレーターは、アノードと反対側の主面に、冷却流体が流れる第１の流路が設けられる。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、圧縮ユニットを適温に維持するための冷却流体が流れる第１の流路を従来よりも適切に配置し得る。
　具体的には、本態様の圧縮装置は、アノードセパレーターのアノードと反対側の主面に冷却流体が流れる第１の流路を設けることで、第１の流路が設けられた専用のプレートを配置する必要がない。よって、本態様の圧縮装置は、このような専用のプレートを配置する場合に比べて、装置コストを低減することができる。
　また、仮に、カソードセパレーターのカソードと反対側の主面に、上記の第１の流路を設ける場合は、カソードセパレーターに第１の流路用の凹部を設ける必要があるが、この凹部が設けられた領域において、カソードセパレーターの厚みは薄くなる。一方、カソードセパレーターのカソード側の主面は、高圧の圧縮水素に曝されているので、カソードセパレーターの上記領域における剛性を上げる必要がある。例えば、カソードセパレーター全体の厚みを厚くすることで上記領域における剛性を上げることが可能であるが、このことが、装置の大型化およびコストアップを招くことになり得る。
　これに対して、アノードセパレーターのアノード側の主面は低圧のアノード流体に曝されるだけである。よって、本態様の圧縮装置は、アノードセパレーターのアノードと反対側の主面に上記の第１の流路を設けることで、以上の不都合を軽減することができる。
　本開示の第２態様の圧縮装置は、第１態様の圧縮装置において、アノードセパレーターは、圧縮水素を含むカソードガスが流れる第１のマニホールドと、アノードと反対側の主面に、第１のマニホールドにカソードガスを導く第１の連絡路とが設けられていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、アノードセパレーターの第１の連絡路を通じて、カソードセパレーター上のカソードからアノードセパレーターの第１のマニホールドに高圧のカソードガスを適切に供給することができる。
　本開示の第３態様の圧縮装置は、第１態様の圧縮装置において、カソードセパレーターは、圧縮水素を含むカソードガスが流れる第２のマニホールドと、カソード側と反対側の主面に、第２のマニホールドにカソードガスを導く第２の連絡路とが設けられていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、カソードセパレーターの第２の連絡路を通じて、カソードセパレーター上のカソードからカソードセパレーターの第２のマニホールドに高圧のカソードガスを適切に供給することができる。
　本開示の第４態様の圧縮装置は、第２態様の圧縮装置において、第１の流路は、第１の連絡路の上流端を含む、第１の連絡路の一部を囲むように構成されていてよい。
　第１の流路は、冷却流体によりＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制すべく、アノードセパレーターの電極対向部内において均一に配置することが望ましいが、第１の連絡路と第１の流路とが干渉しないことが必要である。特に、第１の連絡路には、高圧のカソードガスが流れているので、第１の連絡路と第１の流路とが近接し過ぎないように両者を敷設する方が望ましい。
　このため、仮に、アノードセパレーターにおいて、第１の連絡路の上流端を含む第１の連絡路の一部（以下、第１の連絡路の一部）を囲むように、第１の流路が設けられていない場合は、第１の連絡路の一部に近接するＭＥＡの部分において温度ムラが発生する可能性がある。すると、圧縮装置の水素圧縮動作の効率が低下する可能性がある。
　そこで、本態様の圧縮装置は、上記の如く、アノードセパレーターにおいて、第１の連絡路の一部を囲むように第１の流路を配置している。これにより、本態様の圧縮装置は、第１の流路が、第１の連絡路の一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　本開示の第５態様の圧縮装置は、第３態様の圧縮装置において、第１の流路は、アノードセパレーターのアノードと反対側の主面の第２の連絡路に対向する領域のうち、第２の連絡路の上流端に対向する端部を含む一部を囲むよう構成されていてもよい。
　第１の流路は、冷却流体によりＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制すべく、アノードセパレーターの電極対向部内において均一に配置することが望ましいが、第２の連絡路と第１の流路とが干渉しないことが必要である。特に、第２の連絡路には、高圧のカソードガスが流れているので、第２の連絡路と第１の流路とが近接し過ぎないように両者を敷設する方が望ましい。
　このため、仮に、アノードセパレーターにおいて、アノードセパレーターのアノードと反対側の主面の第２の連絡路に対向する領域のうち、第２の連絡路の上流端に対向する端部を含む一部（以下、第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部）を囲むように、第１の流路が配置されていない場合は、第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部に近接するＭＥＡの部分において温度ムラが発生する可能性がある。すると、圧縮装置の水素圧縮動作の効率が低下する可能性がある。
　そこで、本態様の圧縮装置は、上記の如く、アノードセパレーターにおいて、第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部を囲むように第１の流路を配置している。これにより、本態様の圧縮装置は、第１の流路が、第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　本開示の第６態様の圧縮装置は、第４態様または第５態様の圧縮装置において、第１の流路は、サーペンタイン流路を有し、サーペンタイン流路に含まれる、振幅の大きい２つの往復路と、その間の振幅の小さい１つの流路とで上記一部を囲むように構成されていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、サーペンタイン流路に含まれる、振幅の大きい２つの往復路と、その間の振幅の小さい１つの流路とで、第１の連絡路の一部または第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部を囲むことで、サーペンタイン流路が上記一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　本開示の第７態様の圧縮装置は、第４態様または第５態様の圧縮装置において、第１の流路は、第１の直線流路を有し、第１の直線流路に設けられた、上記一部を迂回する迂回路により上記一部を囲むように構成されていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、迂回路が、第１の連絡路の一部または第２の連絡路の上流端に対向する領域の一部を囲むことで、迂回路が上記一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　本開示の第８態様の圧縮装置は、第７態様の圧縮装置において、第１の直線流路とその内側で隣り合う第２の直線流路とのピッチは、第２の直線流路と、その内側で隣り合う第３の直線流路とのピッチよりも大きくてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、流路間のピッチを揃えた場合に比べ、冷却領域をより広げることができるので、ＭＥＡ内の温度ムラ発生をより抑制することができる。
　本開示の第９態様の圧縮装置は、第７態様の圧縮装置において、迂回路の上流端と下流端は、外側に向けて凸形状となっていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、迂回路の上流端と下流端が、外側に向けて凸形状となっていない場合に比べ、ＭＥＡ内の温度ムラ発生をより抑制することができる。
　本開示の第１０態様の圧縮装置は、第１態様から第９態様のいずれか一つの圧縮装置において、アノードセパレーターは、アノード側の主面に水素含有ガスが流れる、第２の流路が設けられ、第１の流路の流路幅と第２の流路の流路幅は同等であり、第１の流路の流路深さと第２の流路の流路深さは同等であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第１の流路および第２の流路における、流路幅および流路深さを同等に設定することで、アノードセパレーターの製造コストを低減させることができる。
　例えば、アノードセパレーターの両主面のそれぞれに対して、第１の流路および第２の流路のそれぞれを、同じ加工装置を用いて同じ加工条件で加工することができる。例えば、第１の流路および第２の流路をエッチング法で形成する場合、第１の流路および第２の流路が同一形状であると、単一のエッチング装置内において、アノードセパレーターの両主面を同一エッチング条件で加工することができる。
　以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。なお、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。よって、以下で示される形状、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、あくまで一例であり、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、上記の各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。
　（実施形態）
　上記の圧縮装置のアノード流体は、様々な種類のガス、液体が想定される。例えば、圧縮装置が電気化学式水素ポンプである場合、アノード流体として、水素含有ガスを挙げることができる。また、例えば、圧縮装置が水電解装置である場合、アノード流体として、液体の水を挙げることができる。
　そこで、以下の実施形態では、アノード流体が水素含有ガスである場合において、上記の圧縮ユニットを備える圧縮装置の一例として、水素ポンプユニットを備える電気化学式水素ポンプの構成および動作について説明する。
　［装置構成］
　図１は、実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す斜視図である。
　図１に示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、複数の水素ポンプユニット１０（図２参照）が積層された積層体１００Ａ（スタック）と、電圧印加器１０２と、を備える。
　ここで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、アノードセパレーターとして機能するプレートおよびカソードセパレーターとして機能するプレートが一体化されている。具体的には、バイポーラプレート（双極板）２９（図２参照）のそれぞれが、隣接する水素ポンプユニット１０のうちの一方のカソードセパレーターとして機能するプレートと、隣接する水素ポンプユニット１０のうちの他方のアノードセパレーターとして機能するプレートと、を備える。
　図１に示すように、水素ポンプユニット１０のそれぞれを積層して、その積層体１００Ａ（スタック）を両側から、一対の給電板１１、１２および一対の絶縁板１３、１４を介して一対の端板１５、１６で挟み、両端板１５、１６を複数の締結器１７で締め付けるのが一般的な積層締結構造である。
　ここで、水素ポンプユニット１０のそれぞれに外部から適量の水素含有ガスを供給するには、アノードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の流路を分岐させ、これらの流路を、アノードセパレーターのそれぞれの電極対向部に設けられたガス流路の一方の端部に接続させる必要がある。このような管路のことをアノードガス導入マニホールドといい、このアノードガス導入マニホールドは、例えば、積層体１００Ａの構成部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。そして、電気化学式水素ポンプ１００では、電気化学式水素ポンプ１００内に流入した水素含有ガスがアノードガス導入マニホールドで水素ポンプユニット１０のそれぞれに分配され、これにより、水素含有ガスは、アノードガス導入マニホールドから水素ポンプユニット１０のアノードに供給される。また、水素ポンプユニット１０を通過した余剰の水素含有ガスを水素ポンプユニット１０のそれぞれから外部に排出するには、アノードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の流路を分岐させ、これらの流路を、アノードセパレーターのそれぞれの電極対向部に設けられたガス流路の他方の端部に接続させる必要がある。このような管路のことをアノードガス導出マニホールドといい、このアノードガス導出マニホールドは、例えば、積層体１００Ａの構成部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。そして、電気化学式水素ポンプ１００では、水素ポンプユニット１０のそれぞれから通過した水素含有ガスがアノードガス導出マニホールドで合流することで、水素含有ガスは、アノードガス導出マニホールドから電気化学式水素ポンプ１００外に排出される。
　また、カソードセパレーターのそれぞれのカソードから外部に高圧の圧縮水素を含むカソードガスを排出するには、カソードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路と適宜の連絡路とが連結するように構成する必要がある。このような管路のことをカソード導出マニホールドといい、このカソード導出マニホールドは、積層体１００Ａの構成部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。
　さらに、水素ポンプユニット１０のそれぞれに外部から適量および適温の冷却流体（例えば、冷却水）を供給するには、アノードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の流路を分岐させ、これらの流路を、アノードセパレーターのそれぞれの電極対向部に設けられた冷却流体流路の一方の端部に接続させる必要がある。このような管路のことを冷却流体導入マニホールドといい、この冷却流体導入マニホールドは、例えば、積層体１００Ａの構成部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。そして、電気化学式水素ポンプ１００では、電気化学式水素ポンプ１００内に流入した冷却流体が冷却流体導入マニホールドで水素ポンプユニット１０のそれぞれに分配され、これにより、冷却流体は、冷却流体導入マニホールドから水素ポンプユニット１０に供給される。また、水素ポンプユニット１０を通過した冷却流体を水素ポンプユニット１０のそれぞれから外部に排出するには、アノードセパレーターのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の流路を分岐させ、これらの流路を、アノードセパレーターのそれぞれの電極対向部に設けられた冷却流体流路の他方の端部に接続させる必要がある。このような管路のことを冷却流体導出マニホールドといい、この冷却流体導出マニホールドは、例えば、積層体１００Ａの構成部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。そして、電気化学式水素ポンプ１００では、水素ポンプユニット１０のそれぞれから通過した冷却流体が冷却流体導出マニホールドで合流することで、冷却流体は、冷却流体導出マニホールドから電気化学式水素ポンプ１００外に排出される。
　なお、以上のバイポーラプレート２９、水素ポンプユニット１０および各マニホールドの詳細な構成は後で説明する。
　電圧印加器１０２は、水素ポンプユニット１０のアノードとカソードとの間に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器１０２の高電位が、アノードに印加され、電圧印加器１０２の低電位が、カソードに印加されている。電圧印加器１０２は、アノードおよびカソード間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。例えば、電圧印加器１０２は、アノードおよびカソード間に印加する電圧を調整する装置であってもよい。このとき、電圧印加器１０２は、バッテリ、太陽電池、燃料電池などの直流電源と接続されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、商用電源などの交流電源と接続されているときは、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
　また、電圧印加器１０２は、例えば、水素ポンプユニット１０に供給する電力が所定の設定値となるように、アノードおよびカソード間に印加される電圧、アノードおよびカソード間に流れる電流が調整される電力型電源であってもよい。
　なお、図１に示す例では、電圧印加器１０２の低電位側の端子が、給電板１１に接続され、電圧印加器１０２の高電位側の端子が、給電板１２に接続されている。給電板１１は、上記の積層方向において一方の端に位置するカソードセパレーターと電気的に接触しており、給電板１２は、上記の積層方向において他方の端に位置するアノードセパレーターと電気的に接触している。
　このようにして、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器１０２が上記の電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、カソードで圧縮水素を生成する。
　＜バイポーラプレートおよび水素ポンプユニットの構成＞
　図２は、図１のバイポーラプレートおよび水素ポンプユニットの一例を示す図である。
　図３は、図２のバイポーラプレートの分解斜視図を示す図である。具体的には、バイポーラプレート２９を構成する一対の部材を図２のＡ－Ａ部から斜視した図、および、両者を一体化した図が示されている。なお、図３には、説明の便宜上、ＭＥＡおよびＯリングを省略した図が示されている。
　図４は、図２のバイポーラプレートを上方から見た図である。具体的には、バイポーラプレート２９を構成する部材を、図２のＢ－Ｂ部から平面視した図が示されている。
　上記のとおり、バイポーラプレート２９が、隣接する水素ポンプユニット１０のうちの一方のアノードセパレーターとして機能するプレートと、隣接する水素ポンプユニット１０のうちの他方のカソードセパレーターとして機能するプレートと、備える。図２に示す例では、水素ポンプユニット１０のそれぞれにおいて、上段側のバイポーラプレート２９の一部が、カソードセパレーターを構成するとともに、下段側のバイポーラプレート２９の一部が、アノードセパレーターを構成している。
　以下の説明では、カソードセパレーターとして機能するプレートを、カソードセパレーター２９Ａといい、アノードセパレーターとして機能するプレートをアノードセパレーター２９Ｂという。
　ここで、図３に示すように、バイポーラプレート２９のそれぞれにおけるカソードセパレーター２９Ａとアノードセパレーター２９Ｂとは面接合により一体化されている。例えば、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂは、一対の金属プレートの拡散接合などで接合することができる。なお、「拡散接合」とは、ＪＩＳ規格によれば、「母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」と定義されている。
　本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００においては、アノードセパレーター２９Ｂは、アノードＡＮと反対側の主面に、冷却流体が流れる冷却流体流路６０が設けられている。具体的には、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前における、アノードセパレーター２９Ｂの接合面に、水素ポンプユニット１０の温度を適温に調整するための冷却流体が流れる冷却流体流路６０が設けられている。この冷却流体流路６０の両端はそれぞれ、冷却流体導入マニホールド６１および冷却流体導出マニホールド６２のそれぞれと連通している。冷却流体として、例えば、冷却水などを挙げることができるが、これに限定されない。なお、図２においては、アノードセパレーター２９Ｂの電極対向部Ｇ内における冷却流体流路６０の図示を省略しているが、かかる電極対向部Ｇ内の冷却流体流路６０の具体例は、実施例で説明する。
　図２に示すように、水素ポンプユニット１０は、電解質膜２１と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、カソードセパレーター２９Ａと、アノードセパレーター２９Ｂと、枠体２８と、面シール材４０と、を備える。そして、水素ポンプユニット１０において、電解質膜２１、アノード触媒層２４、カソード触媒層２３、アノード給電体２５、カソード給電体２２、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが積層されている。
　アノードＡＮは、電解質膜２１の一方の主面上に設けられている。アノードＡＮは、アノード触媒層２４と、アノード給電体２５とを含む電極である。
　カソードＣＡは、電解質膜２１の他方の主面上に設けられている。カソードＣＡは、カソード触媒層２３と、カソード給電体２２とを含む電極である。
　ここで、一般的に、電気化学式水素ポンプ１００では、カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４が電解質膜２１に一体的に接合された触媒層付き膜ＣＣＭ（Catalyst Coated Membrane）が使用されることが多い。
　そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、触媒層付き膜ＣＣＭのアノード触媒層２４およびカソード触媒層２３のそれぞれに、上記のアノード給電体２５およびカソード給電体２２がそれぞれ設けられている。
　以上により、電解質膜２１は、アノードＡＮとカソードＣＡとによって挟持されている。
　電解質膜２１は、プロトン伝導性を備える高分子膜である。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備えていれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜２１として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜を挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、例えば、電解質膜２１として、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）などを用いることができる。
　アノード触媒層２４は、電解質膜２１の一方の主面に接するように設けられている。アノード触媒層２４は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層２３は、電解質膜２１の他方の主面に接するように設けられている。カソード触媒層２３は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４の触媒担体としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などのカーボン粒子、導電性の酸化物粒子などが挙げられるが、これらに限定されない。
　なお、カソード触媒層２３およびアノード触媒層２４では、触媒金属の微粒子が、触媒担体に高分散に担持されている。また、これらのカソード触媒層２３およびアノード触媒層２４中には、電極反応場を大きくするために、プロトン伝導性のイオノマー成分を加えることが一般的である。
　カソード給電体２２は、カソード触媒層２３上に設けられている。また、カソード給電体２２は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、カソード給電体２２は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形に適切に追従するような弾性を備える方が望ましい。なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カソード給電体２２として、カーボン繊維で構成した部材が用いられている。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの多孔性のカーボン繊維シートでもよい。なお、カソード給電体２２の基材として、カーボン繊維シートを用いなくもよい。例えば、カソード給電体２２の基材として、チタン、チタン合金、ステンレスなどを素材とする金属繊維の焼結体、これらを素材とする金属粒子の焼結体などを用いてもよい。
　アノード給電体２５は、アノード触媒層２４上に設けられている。また、アノード給電体２５は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、アノード給電体２５は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形を抑制可能な高剛性であることが望ましい。
　具体的には、アノード給電体２５の基材として、例えば、チタン、チタン合金、ステンレス、カーボンなどを素材とした繊維焼結体、粉体焼結体、エキスパンドメタル、金属メッシュ、パンチングメタルなどを用いてもよい。
　アノードセパレーター２９Ｂは、アノードＡＮ上に積層された部材である。カソードセパレーター２９Ａは、カソードＣＡ上に積層された部材である。
　アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮ側のアノードＡＮに対向する面の中央部は、アノード給電体２５が接触している。そして、この中央部に、図４に示す如く、平面視において、水素含有ガスが流れるサーペンタイン状のアノードガス流路３０が設けられている。アノードガス流路３０の両端はそれぞれ、アノードガス導入マニホールド３１およびアノードガス導出マニホールド３２のそれぞれと連通している。
　カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡ側のカソードＣＡに対向する面の中央部には、凹部が設けられ、この凹部内に、カソード給電体２２が収容されている。つまり、凹部は、水素ポンプユニット１０のカソードＣＡで生成された圧縮水素を含むカソードガスを溜めるための空間Ｓ（図３参照）に相当する。
　ここで、図３に示すように、アノードセパレーター２９Ｂには、カソードガスが流れる第１カソードガス導出マニホールド３５Ａと、カソードガスが流れる第２カソードガス導出マニホールド３６Ａと、カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡ（空間Ｓ）から流入したカソードガスを、アノードセパレーター２９Ｂの第１カソードガス導出マニホールド３５Ａおよび第２カソードガス導出マニホールド３６Ａのそれぞれに導くための連絡路３７および連絡路３８のそれぞれと、が設けられている。
　具体的には、連絡路３７は、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるアノードセパレーター２９Ｂの接合面上の流路溝で構成されている。この流路溝は、平面視において、カソードセパレーター２９ＡのアノードＡＮ側の主面に設けられたＯリング溝５０およびＯリング溝５１を跨ぐように直線状に延伸している。そして、流路溝の一端が、カソードセパレーター２９Ａの凹部（空間Ｓ）の底面の縁部近傍で上下に延伸する連通孔７０を介して、当該凹部内と連通している。流路溝の他端が、第１カソードガス導出マニホールド３５Ａに接続されている。連絡路３７は、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合で一体化されることで適切にガスシールされる。
　電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作中、カソードＣＡで生成された高圧のカソードガスは、カソードセパレーター２９Ａの凹部（空間Ｓ）内に溜まり、その後、カソードガスは、図３の点線矢印で示す如く、空間Ｓから連通孔７０および連絡路３７をこの順に流れて、第１カソードガス導出マニホールド３５Ａに供給される。
　連絡路３８は、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるアノードセパレーター２９Ｂの接合面上の流路溝で構成されている。この流路溝は、平面視において、カソードセパレーター２９Ａに設けられたＯリング溝５０およびＯリング溝５２を跨ぐように直線状に延伸している。そして、流路溝の一端が、カソードセパレーター２９Ａの凹部（空間Ｓ）の底面の縁部近傍で上下に延伸する連通孔７１を介して、当該凹部内と連通している。流路溝の他端が、第２カソードガス導出マニホールド３６Ａに接続されている。連絡路３８は、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合で一体化されることで適切にガスシールされる。
　電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作中、カソードＣＡで生成された高圧のカソードガスは、カソードセパレーター２９Ａの凹部（空間Ｓ）内に溜まり、その後、カソードガスは、図３の点線矢印で示す如く、空間Ｓから連通孔７１および連絡路３８をこの順に流れて、第２カソードガス導出マニホールド３６Ａに供給される。
　なお、本例では、連絡路３７および連絡路３８、および、連通孔７０および連通孔７１はそれぞれ、平面視において、第１カソードガス導出マニホールド３５の中心と第２カソードガス導出マニホールド３６の中心とを結ぶ直線上に設けられているが、これに限定されない。連絡路および連通孔の配置位置および形状は、カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡ（空間Ｓ）から流入したカソードガスをカソードガス導出マニホールドに導くことができれば、どのような箇所および形状であってもよい。また、連絡路および連通孔の個数は１個であってもよいし、３個以上であってもよい。
　以上のカソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂは、例えば、チタン、ステンレス、金などの金属シートで構成されていてもよいが、これに限定されない。例えば、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂの基材は、カーボン、または、表面に金属膜が形成され樹脂などで構成されていてもよい。なお、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂをステンレスで構成する場合、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂの素材としてＳＵＳ３１６Ｌを使用することが望ましい。これは、ＳＵＳ３１６Ｌが様々な種類のステンレスの中で耐酸性および耐水素脆性などの特性に優れているからである。
　このようにして、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂによって、上記のＭＥＡを挟むことにより、水素ポンプユニット１０が形成されている。
　図２および図３に示すように、カソードセパレーター２９Ａには、カソードＣＡ側の主面上に、当該主面のカソードＣＡに対向する領域を囲むＯリング溝５０が設けられ、Ｏリング４５が、Ｏリング溝５０に保持されている。
　また、Ｏリング溝５０は、電解質膜２１のカソードＣＡ側の主面のうち、カソードＣＡが設けられていない領域に面している。図２に示す例では、電解質膜２１は、カソードＣＡが収容された凹部の側壁を跨ぐように幅広に設けられ、Ｏリング４５は、電解質膜２１の幅広部に当接するように設けられている。Ｏリング４５（他のＯリングも同じ）として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴム系のＯリングを用いることができるが、これに限定されない。
　枠体２８は、電解質膜２１の外周を囲むように設けられた部材である。枠体２８の基材として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴムなどを挙げることができるが、これに限定されない。なお、絶縁性の枠体２８により、水素ポンプユニット１０内における、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂ間を適切に短絡しにくく構成することができる。
　面シール材４０は、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮ側の主面のアノードＡＮに対向する領域の外周上に設けられている。また、面シール材４０は、電解質膜２１のアノードＡＮ側の主面のうち、アノードＡＮが設けられていない領域、および枠体２８のアノードＡＮ側の主面に面している。図２に示す例では、電解質膜２１は、アノードＡＮの外周端を跨ぐように幅広に設けられ、面シール材４０の主面と、電解質膜２１の幅広部と枠体２８の主面とが接触している。面シール材４０の基材として、例えば、耐酸性および耐水素脆性の視点からフッ素ゴム、フッ素樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されない。なお、絶縁性の面シール材４０により、水素ポンプユニット１０内における、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂ間を適切に短絡しにくく構成することができる。
　本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００においては、電解質膜２１と枠体２８とを別体で構成しているが、両者を一体化してもよい。また、このような枠体２８を設けなくてもよい。例えば、水素ポンプユニット１０内における、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂ間は、枠体２８を設けなくても、面シール材４０で短絡しにくく構成することが可能である。
　図２に示すように、カソードセパレーター２９Ａには、第１カソードガス導出マニホールド３５を囲むＯリング溝５１が設けられている。そして、Ｏリング４１が、Ｏリング溝５１に保持されている。カソードセパレーター２９Ａには、第２カソードガス導出マニホールド３６を囲むＯリング溝５２が設けられている。そして、Ｏリング４２が、Ｏリング溝５２に保持されている。
　ここで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮ側の主面に当接している。つまり、Ｏリング４１およびＯリング４２はそれぞれ、両隣のバイポーラプレート２９に対応する、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂの両方に当接している。そして、面シール材４０は、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮ側の主面のうち、Ｏリング４１およびＯリング４２が当接している領域上には設けられていない。また、枠体２８は、Ｏリング４１およびＯリング４２が配設されている領域には設けられていない。
　具体的には、枠体２８には、一対の貫通孔（円形の開口部）のそれぞれの外形が、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５１のそれぞれの外形と同じになるように、貫通孔が形成されている。また、面シール材４０には、一対の貫通孔（円形の開口部）のそれぞれの外形が、Ｏリング溝５１およびＯリング溝５１のそれぞれの外形と同じになるように、貫通孔が形成されている。そして、枠体２８および面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される円柱空間が、Ｏリング４１を収容するとともに、円柱空間に設けられたＯリング４１の内部が、第１カソードガス導出マニホールド３５の一部を構成する。また、枠体２８および面シール材４０に設けられた貫通孔で構成される円柱空間が、Ｏリング４２を収容するとともに、円柱空間に設けられたＯリング４２の内部が、第２カソードガス導出マニホールド３６の一部を構成する。
　以上のとおり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、水素ポンプユニット１０を適温に維持するための冷却流体が流れる冷却流体流路６０を従来よりも適切に配置し得る。
　具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮと反対側の主面に冷却流体流路６０を設けることで、冷却流体流路が設けられた専用のプレートを配置する必要がない。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、このような専用のプレートを配置する場合に比べて、装置コストを低減することができる。
　また、仮に、カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡと反対側の主面に、上記の冷却流体流路を設ける場合、カソードセパレーター２９Ａに冷却流体流路用の凹部を設ける必要があるが、この凹部が設けられた領域において、カソードセパレーター２９Ａの厚みは薄くなる。一方、カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡ側の主面は、高圧の圧縮水素に曝されているので、カソードセパレーター２９Ａの上記領域における剛性を上げる必要がある。例えば、カソードセパレーター２９Ａ全体の厚みを厚くすることで上記領域における剛性を上げることが可能であるが、このことが、装置の大型化およびコストアップを招くことになり得る。
　これに対して、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮ側の主面は低圧の水素含有ガスに曝されるだけである。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮと反対側の主面に冷却流体流路６０を設けることで、以上の不都合を軽減することができる。
　また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２９Ｂの連絡路３７および連絡路３８のそれぞれを通じて、カソードセパレーター２９Ａ上のカソードＣＡ（空間Ｓ）からアノードセパレーター２９Ｂの第１カソードガス導出マニホールド３５Ａおよび第２カソードガス導出マニホールド３６Ａのそれぞれに高圧のカソードガスを適切に供給することができる。
　（第１実施例）
　図５は、実施形態の第１実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。具体的には、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるアノードセパレーター２９Ｂの接合面を平面視した図が示されている。なお、図５では、説明の便宜上、冷却流体導入マニホールド６１および冷却流体導出マニホールド６２以外のマニホールドの図示を省略している。
　図５に示すように、冷却流体流路６０は、連絡路３７の上流端３７Ｅを含む連絡路３７の一部（以下、連絡路３７の一部）、および、連絡路３８の上流端３８Ｅを含む連絡路３８の一部（以下、連絡路３８の一部）を囲むように構成されている。これは、以下の理由による。
　図３に示すように、連絡路３７の上流端３７Ｅおよび連絡路３８の上流端３８Ｅはいずれも、カソードセパレーター２９Ａ上のカソードＣＡ（空間Ｓ）から高圧のカソードガスが、カソードセパレーター２９Ａを介して流入する部分に対応する。よって、連絡路３７および連絡路３８は、図５に示す如く、アノードセパレーター２９Ｂの電極対向部Ｇ内にまで延伸する。つまり、連絡路３７および連絡路３８のそれぞれの上流端３７Ｅおよび上流端３８Ｅはそれぞれ、アノードセパレーター２９Ｂの電極対向部Ｇ内に存在する。
　ここで、冷却流体流路６０は、冷却流体によりＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制すべく、アノードセパレーター２９Ｂの電極対向部Ｇ内において均一に配置することが望ましいが、連絡路３７および連絡路３８と冷却流体流路６０とが干渉しないことが必要である。特に、連絡路３７および連絡路３８には、高圧のカソードガスが流れているので、連絡路３７および連絡路３８と冷却流体流路６０とが近接し過ぎないように両者を敷設する方が望ましい。
　このため、仮に、アノードセパレーター２９Ｂにおいて、連絡路３７の一部を囲むように、冷却流体流路６０が設けられていない場合は、連絡路３７の一部に近接するＭＥＡの部分において温度ムラが発生する可能性がある。また、連絡路３８の一部を囲むように、冷却流体流路６０が設けられていない場合は、連絡路３８の一部に対向するＭＥＡの部分において温度ムラが発生する可能性がある。すると、電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作の効率が低下する可能性がある。
　そこで、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２９Ｂにおいて、連絡路３７の一部および連絡路３８の一部のそれぞれを囲むように冷却流体流路６０を配置している。これにより、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００圧縮装置は、冷却流体流路６０が、連絡路３７の一部および連絡路３８の一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００においては、図５に示すように、冷却流体流路６０は、連絡路３７側に設けられた２本のサーペンタイン流路を有し、これらのサーペンタイン流路のそれぞれに含まれる、振幅の大きい２つの往復路１６０Ａ１および往復路１６０Ｂ１と、その間の振幅の小さい１つの流路１６０Ｃ１とで、連絡路３７の一部を囲むように構成されている。
　図５に示す例では、往復路１６０Ａ１および往復路１６０Ｂ１のそれぞれの直線部が、連絡路３７の両側のそれぞれにおいて連絡路３７の延伸方向と並行に延びており、往復路１６０Ａ１および往復路１６０Ｂ１のそれぞれに接続する流路１６０Ｃ１が、連絡路３７の上流端３７Ｅの近傍で折り返している。
　また、冷却流体流路６０は、連絡路３８側に設けられた２本のサーペンタイン流路を有し、これらのサーペンタイン流路のそれぞれに含まれる、振幅の大きい２つの往復路１６０Ａ２および往復路１６０Ｂ２と、その間の振幅の小さい１つの流路１６０Ｃ２とで、連絡路３８の上流端３８Ｅを含む連絡路３８の一部を囲むように構成されている。
　図５に示す例では、往復路１６０Ａ２および往復路１６０Ｂ２のそれぞれの直線部が、連絡路３８の両側のそれぞれにおいて連絡路３８の延伸方向と並行に延びており、往復路１６０Ａ２および往復路１６０Ｂ２のそれぞれに接続する流路１６０Ｃ２が、連絡路３８の上流端３８Ｅの近傍で折り返している。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、サーペンタイン流路に含まれる、振幅の大きい２つの往復路１６０Ａ１および往復路１６０Ｂ１と、その間の振幅の小さい１つの流路１６０Ｃ１とで連絡路３７の一部を囲むとともに、振幅の大きい２つの往復路１６０Ａ２および往復路１６０Ｂ２と、その間の振幅の小さい１つの流路１６０Ｃ２とで連絡路３８の一部を囲むことで、サーペンタイン流路が上記一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。
　なお、以上のサーペンタイン流路は例示であって、本例に限定されない。例えば、図５には、４本のサーペンタイン流路が示されているが、サーペンタイン流路の本数は、ＭＥＡの温度制御の条件などに合わせて、適宜の値に設定することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第２実施例）
　図６は、実施形態の第２実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。具体的には、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるアノードセパレーター２９Ｂの接合面を平面視した図が示されている。なお、図６では、説明の便宜上、冷却流体導入マニホールド６１および冷却流体導出マニホールド６２以外のマニホールドの図示を省略している。
　図６に示すように、冷却流体流路６０は、１２本の直線流路を有し、これらの直線流路のうちの連絡路３７に最も近接する直線流路２６０Ａ１に設けられた、連絡路３７の一部を迂回する迂回路２６０Ｒ１により連絡路３７の一部を囲むように構成されている。また、冷却流体流路６０は、これらの直線流路のうちの連絡路３８に最も近接する直線流路２６０Ａ２に設けられた、連絡路３８の一部を迂回する迂回路２６０Ｒ２により連絡路３８の一部を囲むように構成されている。
　図６に示す例では、直線流路２６０Ａ１および直線流路２６０Ａ２がそれぞれ、連絡路３７および連絡路３８のそれぞれと垂直に交差する方向ように延びており、直線流路２６０Ａ１および直線流路２６０Ａ２のそれぞれに接続する迂回路２６０Ｒ１および迂回路２６０Ｒ２のそれぞれが、連絡路３７の上流端３７Ｅおよび連絡路３８の上流端３８Ｅのそれぞれの近傍で折り返している。
　さらに、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００においては、図６に示すように、直線流路２６０Ａ１とその内側で隣り合う直線流路２６０Ｂ１とのピッチＬ１は、直線流路２６０Ｂ１とその内側で隣り合う直線流路２６０Ｃ１とのピッチＬ２よりも大きい。また、直線流路２６０Ａ２とその内側で隣り合う直線流路２６０Ｂ２とのピッチＬ３は、直線流路２６０Ｂ２とその内側で隣り合う直線流路２６０Ｃ２とのピッチＬ４よりも大きい。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、迂回路２６０Ｒ１および迂回路２６０Ｒ２がそれぞれ、連絡路３７および連絡路３８のそれぞれの一部を囲むことで、迂回路２６０Ｒ１および迂回路２６０Ｒ２が上記一部を囲まない場合に比べてＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。なお、本構成が奏する作用効果の詳細は、第１実施例の電気化学式水素ポンプ１００が奏する作用効果の詳細と同様であるので説明を省略する。
　また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、流路間のピッチを揃えた場合に比べ、冷却領域をより広げることができるので、ＭＥＡ内の温度ムラ発生をより抑制することができる。
　また、数値シミュレーションによれば、冷却流体流路６０を図６に示す如く直線流路および迂回路を用いて敷設することで、冷却流体流路６０を図５に示す如くサーペンタイン流路を用いて敷設する場合に比べて、冷却流体流路６０における圧力損失が低減することが分かった。
　よって、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制しながら、冷却流体流路６０における圧力損失が低減することができる。これにより、水素ポンプユニット１０の水素圧縮動作の効率をさらに向上させることができる。
　なお、以上の直線流路および迂回路は例示であって、本例に限定されない。例えば、図６には、１２本の直線流路が示されているが、直線流路の本数は、ＭＥＡの温度制御の条件などに合わせて、適宜の値に設定することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第３実施例）
　図７は、実施形態の第３実施例における電気化学式水素ポンプのアノードセパレーターに設けられた冷却流体流路の一例を示す図である。具体的には、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるアノードセパレーター２９Ｂの接合面を平面視した図が示されている。なお、図７では、説明の便宜上、冷却流体導入マニホールド６１および冷却流体導出マニホールド６２以外のマニホールドの図示を省略している。
　図７に示すように、冷却流体流路６０は、１２本の直線流路を有し、これらの直線流路のうちの連絡路３７に最も近接する直線流路３６０Ａ１に設けられた、連絡路３７の一部を迂回する迂回路３６０Ｒ１により連絡路３７の一部を囲むように構成されている。また、冷却流体流路６０は、これらの直線流路のうちの連絡路３８に最も近接する直線流路３６０Ａ２に設けられた、連絡路３８の一部を迂回する迂回路３６０Ｒ２により連絡路３８の一部を囲むように構成されている。
　図７に示す例では、直線流路３６０Ａ１および直線流路３６０Ａ２がそれぞれ、連絡路３７および連絡路３８のそれぞれと垂直に交差する方向ように延びており、直線流路３６０Ａ１および直線流路３６０Ａ２のそれぞれに接続する迂回路３６０Ｒ１および迂回路３６０Ｒ２のそれぞれが、連絡路３７の上流端３７Ｅおよび連絡路３８の上流端３８Ｅのそれぞれの近傍で折り返している。
　さらに、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００においては、図７に示すように、迂回路３６０Ｒ１および３６０Ｒ２のそれぞれの上流端と下流端は、外側に向けて凸形状となっている。具体的には、迂回路３６０Ｒ１の上流端および下流端はそれぞれ、連絡路３７の延伸方向に沿って外側に突出する凸部３６０Ｔ１を備える。迂回路３６０Ｒ２の上流端および下流端はそれぞれ、連絡路３８の延伸方向に沿って外側に突出する凸部３６０Ｔ２を備える。なお、図７に示す例では、１２本の直線流路において、隣り合う直線流路間のピッチは全て、同一距離に設定されている。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、迂回路３６０Ｒ１および迂回路３６０Ｒ２がそれぞれ、連絡路３７および連絡路３８のそれぞれの一部を囲むことで、迂回路３６０Ｒ１および迂回路３６０Ｒ２が上記一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。なお、本構成が奏する作用効果の詳細は、第１実施例の電気化学式水素ポンプ１００が奏する作用効果の詳細と同様であるので説明を省略する。
　また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、迂回路３６０Ｒ１および迂回路３６０Ｒ２のそれぞれの上流端と下流端が、外側に向けて凸形状となっていない場合に比べ、ＭＥＡ内の温度ムラ発生をより抑制することができる。
　また、数値シミュレーションによれば、冷却流体流路６０を図７に示す如く直線流路および迂回路を用いて敷設することで、冷却流体流路６０を図５に示す如くサーペンタイン流路を用いて敷設する場合に比べて、冷却流体流路６０における圧力損失が低減することが分かった。
　よって、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制しながら、冷却流体流路６０における圧力損失が低減することができる。これにより、水素ポンプユニット１０の水素圧縮動作の効率をさらに向上させることができる。
　なお、以上の直線流路および迂回路は例示であって、本例に限定されない。例えば、図６には、１２本の直線流路が示されているが、直線流路の本数は、ＭＥＡの温度制御の条件などに合わせて、適宜の値に設定することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第４実施例）
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター２９Ｂにおいて、冷却流体流路６０の流路幅とアノードガス流路３０の流路幅が同等であり、冷却流体流路６０の流路深さとアノードガス流路３０の流路深さが同等であること以外は、実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、冷却流体流路６０およびアノードガス流路３０における、流路幅および流路深さを同等に設定することで、アノードセパレーター２９Ｂの製造コストを低減させることができる。
　例えば、アノードセパレーター２９Ｂの両主面のそれぞれに対して、冷却流体流路６０およびアノードガス流路３０のそれぞれを、同じ加工装置を用いて同じ加工条件で加工することができる。例えば、冷却流体流路６０およびアノードガス流路３０をエッチング法で形成する場合、冷却流体流路６０およびアノードガス流路３０が同一形状であると、単一のエッチング装置内において、アノードセパレーター２９Ｂの両主面を同一エッチング条件で加工することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、実施形態および実施形態の第１実施例－第３実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（変形例）
　図８は、実施形態の変形例における電気化学式水素ポンプのカソードセパレーターに設けられた連絡路の一例を示す図である。
　図８に示すように、カソードセパレーター２９Ａには、カソードガスが流れる第１カソードガス導出マニホールド３５Ｂと、カソードガスが流れる第２カソードガス導出マニホールド３６Ｂと、カソードセパレーター２９ＡのカソードＣＡ（空間Ｓ）から流入したカソードガスを、カソードセパレーター２９Ａの第１カソードガス導出マニホールド３５Ｂおよび第２カソードガス導出マニホールド３６Ｂのそれぞれに導くための連絡路１３７および連絡路１３８のそれぞれと、が設けられている。
　つまり、連絡路１３７および連絡路１３８は、カソードセパレーター２９Ａおよびアノードセパレーター２９Ｂが面接合する前におけるカソードセパレーター２９Ａの接合面（カソードＣＡ側と反対側の主面）上の流路溝で構成されている。なお、このような流路溝の詳細な構成は、実施形態の説明を参酌することで容易に理解することができるので省略する。
　また、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００においては、冷却流体流路６０（図３参照）は、アノードセパレーター２９ＢのアノードＡＮと反対側の主面の連絡路１３７および連絡路１３８に対向する領域のうち、連絡路１３７および連絡路１３８の上流端に対向する端部を含む一部（以下、連絡路１３７および連絡路１３８の上流端に対向する領域の一部）を囲むよう構成されている。
　これにより、本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、冷却流体流路６０が、連絡路１３７および連絡路１３８の上流端に対向する端部を含む一部を囲まない場合に比べて、ＭＥＡ内の温度ムラ発生を抑制することができる。なお、アノードセパレーター２９Ｂの電極対向部Ｇ内における冷却流体流路６０の詳細な構成、および、本構成が奏する作用効果は、実施形態の第１実施例－第３実施例の参酌により容易に理解することができるので省略する。
　本変形例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、実施形態および実施形態の第１実施例－第４実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　なお、実施形態、実施形態の第１実施例－第４実施例および実施形態の変形例は、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。
　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することができる。
　例えば、電気化学式水素ポンプ１００の流路構造は、水電解装置などの他の圧縮装置にも適用することができる。
　本開示の一態様は、圧縮ユニットを適温に維持するための冷却流体が流れる流路を従来よりも適切に配置し得る圧縮装置に利用することができる。
１０　　　　：水素ポンプユニット
１１　　　　：給電板
１２　　　　：給電板
１３　　　　：絶縁板
１４　　　　：絶縁板
１５　　　　：端板
１６　　　　：端板
１７　　　　：締結器
２１　　　　：電解質膜
２２　　　　：カソード給電体
２３　　　　：カソード触媒層
２４　　　　：アノード触媒層
２５　　　　：アノード給電体
２８　　　　：枠体
２９　　　　：バイポーラプレート
２９Ａ　　　：カソードセパレーター
２９Ｂ　　　：アノードセパレーター
３０　　　　：アノードガス流路
３１　　　　：アノードガス導入マニホールド
３２　　　　：アノードガス導出マニホールド
３５　　　　：第１カソードガス導出マニホールド
３５Ａ　　　：第１カソードガス導出マニホールド
３５Ｂ　　　：第１カソードガス導出マニホールド
３６　　　　：第２カソードガス導出マニホールド
３６Ａ　　　：第２カソードガス導出マニホールド
３６Ｂ　　　：第２カソードガス導出マニホールド
３７　　　　：連絡路
３７Ｅ　　　：上流端
３８　　　　：連絡路
３８Ｅ　　　：上流端
４０　　　　：面シール材
４１　　　　：Ｏリング
４２　　　　：Ｏリング
４５　　　　：Ｏリング
５０　　　　：Ｏリング溝
５１　　　　：Ｏリング溝
５２　　　　：Ｏリング溝
６０　　　　：冷却流体流路
６１　　　　：冷却流体導入マニホールド
６２　　　　：冷却流体導出マニホールド
７０　　　　：連通孔
７１　　　　：連通孔
１００　　　：電気化学式水素ポンプ
１００Ａ　　：積層体
１０２　　　：電圧印加器
１３７　　　：連絡路
１３８　　　：連絡路
１６０Ａ１　：往復路
１６０Ａ２　：往復路
１６０Ｂ１　：往復路
１６０Ｂ２　：往復路
１６０Ｃ１　：流路
１６０Ｃ２　：流路
２６０Ａ１　：直線流路
２６０Ａ２　：直線流路
２６０Ｂ１　：直線流路
２６０Ｂ２　：直線流路
２６０Ｃ１　：直線流路
２６０Ｃ２　：直線流路
２６０Ｒ１　：迂回路
２６０Ｒ２　：迂回路
３６０Ａ１　：直線流路
３６０Ａ２　：直線流路
３６０Ｒ１　：迂回路
３６０Ｒ２　：迂回路
３６０Ｔ１　：凸部
３６０Ｔ２　：凸部
ＡＮ　　　　：アノード
ＣＡ　　　　：カソード
ＣＣＭ　　　：触媒層付き膜
Ｇ　　　　　：電極対向部
Ｓ　　　　　：空間

Claims (10)

  1. 　電解質膜と、
    　前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノードと、
    　前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソードと、
    　前記アノード上に設けられたアノードセパレーターと、
    　前記カソード上に設けられたカソードセパレーターと、
    　前記アノードおよび前記カソード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することで、アノードに供給される水素含有ガスから取り出されたプロトンを、電解質膜を介してカソードに移動させ、圧縮水素を生成する圧縮装置であって、
    　前記アノードセパレーターは、前記アノードと反対側の主面に、冷却流体が流れる第１の流路が設けられる、圧縮装置。
  2. 　前記アノードセパレーターは、圧縮水素を含むカソードガスが流れる第１のマニホールドと、前記アノードと反対側の主面に、前記第１のマニホールドにカソードガスを導く第１の連絡路とが設けられている、請求項１に記載の圧縮装置。
  3. 　前記カソードセパレーターは、圧縮水素を含むカソードガスが流れる第２のマニホールドと、前記カソード側と反対側の主面に、前記第２のマニホールドにカソードガスを導く第２の連絡路とが設けられている、請求項１に記載の圧縮装置。
  4. 　前記第１の流路は、前記第１の連絡路の上流端を含む、前記第１の連絡路の一部を囲むように構成されている、請求項２に記載の圧縮装置。
  5. 　前記第１の流路は、前記アノードセパレーターの前記アノードと反対側の主面の前記第２の連絡路に対向する領域のうち、前記第２の連絡路の上流端に対向する端部を含む一部を囲むよう構成されている、請求項３に記載の圧縮装置。
  6. 　前記第１の流路は、サーペンタイン流路を有し、前記サーペンタイン流路に含まれる、振幅の大きい２つの往復路と、その間の振幅の小さい１つの流路とで前記一部を囲むように構成されている、請求項４または５に記載の圧縮装置。
  7. 　前記第１の流路は、第１の直線流路を有し、前記第１の直線流路に設けられた、前記一部を迂回する迂回路により前記一部を囲むように構成されている、請求項４または５に記載の圧縮装置。
  8. 　前記第１の直線流路とその内側で隣り合う第２の直線流路とのピッチは、前記第２の直線流路と、その内側で隣り合う第３の直線流路とのピッチよりも大きい、請求項７に記載の圧縮装置。
  9. 　前記迂回路の上流端と下流端は、外側に向けて凸形状となっている、請求項７に記載の圧縮装置。
  10. 　前記アノードセパレーターは、前記アノード側の主面に水素含有ガスが流れる、第２の流路が設けられ、前記第１の流路の流路幅と前記第２の流路の流路幅は同等であり、前記第１の流路の流路深さと前記第２の流路の流路深さは同等である、請求項１－９のいずれか１項に記載の圧縮装置。
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