WO2023233842A1 - 圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法 - Google Patents

圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法 Download PDF

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WO2023233842A1
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cathode
anode
compression device
test gas
pressure
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美紗 萬家
貴之 中植
修 酒井
幸宗 可児
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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

  • the present disclosure relates to a compression device, a method of operating the compression device, and a method of manufacturing the compression device.
  • hydrogen used as fuel for a fuel cell vehicle is generally compressed to several tens of MPa and stored in a hydrogen tank inside the vehicle.
  • Such high-pressure hydrogen is generally obtained by compressing low-pressure (normal pressure) hydrogen using a mechanical compression device.
  • Patent Document 1 by applying a desired voltage between an anode and a cathode arranged with an electrolyte membrane in between, hydrogen in a hydrogen-containing gas supplied to the anode is moved to the cathode, and compressed hydrogen is generated. It has been proposed to make the stiffness of the cathode flow structure (gas diffusion layer) lower than the stiffness of the anode flow structure (gas diffusion layer) in an electrochemical cell.
  • a compression device generates compressed hydrogen at the cathode by applying a voltage between an anode and a cathode having lower bending rigidity than the anode, or by electrolyzing water.
  • a compressor that generates the gas
  • a controller that determines an abnormality based on the gas flow rate at the outlet of the anode or the pressure of the cathode after supplying test gas from a test gas supply device to the cathode when starting or stopping. Be prepared.
  • a method for operating a compression device includes applying a voltage between an anode and a cathode having lower bending rigidity than the anode to generate compressed hydrogen at the cathode by oxidation-reduction of hydrogen or electrolysis of water.
  • a test gas is supplied to the cathode, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the outlet of the anode or the pressure of the cathode after the test gas is supplied.
  • a method for manufacturing a compression device includes stacking an electrolyte membrane, an electrochemical cell having an anode on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode on the other main surface of the electrolyte membrane to form a laminate.
  • a test gas is supplied to the cathode, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the outlet of the anode or the pressure of the cathode after the test gas is supplied.
  • a compression device, a method of operating a compression device, and a method of manufacturing a compression device according to one aspect of the present disclosure can have the effect that abnormalities in the compressor can be determined more appropriately than in the past.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a compression device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a compression device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the compression device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the operation of the compression device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a compression device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a compression device according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the compression device according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the operation of the compression device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a compression device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a compression device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the operation of the compression device of the first modification of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the compression device of the second modification of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of manufacturing a compression device according to the fourth embodiment.
  • the inventors of the present invention discovered that in order to detect the above abnormality, when testing for leaks between the anode and cathode by supplying a test gas to the electrochemical cell, the test gas is supplied to the cathode rather than the anode. It has been found that damage to the electrolyte membrane during inspection can be suppressed by doing so.
  • the supply pressure of the test gas is relatively high to make it easier to detect leaks, so if the test gas were to be supplied to the anode, the electrolyte membrane would fall to the cathode side, which has lower bending rigidity than the anode. This is because the electrolyte membrane may be damaged.
  • the compression device of the first aspect of the present disclosure generates compressed hydrogen at the cathode by applying a voltage between the anode and the cathode, which has lower bending rigidity than the anode, or by oxidation-reduction of hydrogen or by electrolysis of water. It includes a compressor and a controller that determines an abnormality based on the gas flow rate at the anode outlet or the cathode pressure after a test gas is supplied to the cathode from a test gas supply device when starting or stopping.
  • the compressor of this aspect can determine whether there is an abnormality in the compressor more appropriately than before.
  • the amount of test gas that leaks from the cathode to the anode via the electrolyte membrane after the test gas is supplied from the test gas supply device to the cathode is thought to change depending on the state of damage to the electrolyte membrane.
  • An abnormality in the compressor can be appropriately determined using the gas flow rate at the outlet of the anode or the pressure at the cathode after the test gas is supplied from the supply device to the cathode.
  • the electrolyte membrane is more likely to be damaged due to deformation of the electrolyte membrane than when the same test gas is supplied to the cathode.
  • the reason for this is that, as mentioned above, the bending rigidity of the cathode is lower than that of the anode.
  • the compression device of this embodiment supplies the test gas to the cathode from the test gas supply device and then uses the gas flow rate at the anode outlet or the pressure of the cathode to confirm the presence or absence of damage to the electrolyte membrane.
  • the possibility of inducing damage to the electrolyte membrane can be reduced compared to when the electrolyte is supplied to the anode.
  • the supply pressure of the test gas from the test gas supply device may be higher than the supply pressure of the anode fluid during the compressed hydrogen generation operation.
  • the compression device of the present aspect performs such control by controlling the supply pressure of the test gas from the test gas supply device to be higher than the supply pressure of the anode fluid during the compressed hydrogen generation operation. This makes it easier to determine whether there is an abnormality in the compressor compared to the case where this is not done. The reason for this is that the higher the test gas supply pressure is compared to the anode fluid supply pressure, the more pronounced the change in the gas flow rate at the anode outlet or the change in the cathode pressure will be in the event of an abnormality in which the electrolyte membrane is damaged. be.
  • the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is the upper limit of the supply pressure of the anode fluid during the compressed hydrogen generation operation. May be higher than the value.
  • the compression device of this aspect can control the supply pressure of the test gas from the test gas supply device to be higher than the upper limit value of the supply pressure of the anode fluid during the compressed hydrogen generation operation. , it becomes easier to determine whether there is an abnormality in the compressor than when such control is not performed. The reason for this is that the higher the test gas supply pressure is compared to the upper limit of the anode fluid supply pressure, the more pronounced the change in the gas flow rate at the anode outlet or the change in the cathode pressure will be in the event of an abnormality in which the electrolyte membrane is damaged. Because it appears.
  • the bending stiffness of the cathode gas diffusion layer included in the cathode is such that the bending rigidity of the anode gas diffusion layer included in the anode is It may be lower than the rigidity.
  • the controller controls the gas flow rate at the outlet of the anode after supplying the test gas to the cathode to a first level. If it is equal to or greater than a threshold value, it may be determined that there is an abnormality.
  • the gas flow rate at the outlet of the anode after supplying the test gas to the cathode tends to be higher than the above gas flow rate during normal times when the electrolyte membrane is not damaged. Therefore, by setting the first threshold value to a desired value, the compression device of this aspect performs compression based on the comparison between the gas flow rate at the outlet of the anode and the first threshold value after supplying the test gas to the cathode. It is possible to appropriately determine abnormalities in the machine.
  • the controller is configured such that the pressure of the cathode after supplying the test gas to the cathode is equal to or lower than a second threshold value. may be determined to be abnormal.
  • the pressure of the cathode after the test gas is supplied to the cathode in an abnormal state where the electrolyte membrane is damaged tends to be lower than the pressure at the cathode in a normal state where the electrolyte membrane is not damaged. Therefore, by setting the second threshold value to a desired value, the compressor device of this embodiment detects an abnormality in the compressor based on the comparison between the pressure of the cathode after supplying the test gas to the cathode and the second threshold value. can be appropriately determined.
  • the controller is configured such that the pressure drop in the cathode after supplying the test gas to the cathode is equal to or higher than a third threshold value. It may be determined that there is an abnormality.
  • the compression device of this embodiment adjusts the pressure of the compressor based on the comparison between the pressure drop of the cathode after supplying the test gas to the cathode and the third threshold value. Abnormalities can be appropriately determined.
  • the controller is configured such that the speed of pressure decrease of the cathode after supplying the test gas to the cathode is set to a fourth level. If it is equal to or greater than a threshold value, it may be determined that there is an abnormality.
  • the speed of the pressure drop at the cathode after supplying the test gas to the cathode tends to be greater than the speed at which the pressure drops at the cathode in a normal state where the electrolyte membrane is not damaged. . Therefore, by setting the fourth threshold value to a desired value, the compression device of this embodiment performs compression based on the comparison between the speed of the pressure drop of the cathode after supplying the test gas to the cathode and the fourth threshold value. It is possible to appropriately determine abnormalities in the machine.
  • a method for operating a compression device is to apply a voltage between an anode and a cathode having lower bending rigidity than the anode to generate compressed hydrogen at the cathode by oxidation-reduction of hydrogen or electrolysis of water.
  • a test gas is supplied to the cathode at startup or stop, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the anode outlet or the cathode pressure after the test gas is supplied.
  • a method for manufacturing a compression device includes producing a laminate by stacking an electrolyte membrane, an electrochemical cell having an anode on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode on the other main surface of the electrolyte membrane. Then, a test gas is supplied to the cathode, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the outlet of the anode or the pressure of the cathode after the test gas is supplied.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a compression device according to the first embodiment.
  • the compression device 100 of this embodiment includes a compressor 1 and a controller 50.
  • the compressor 1 includes an ion-conductive electrolyte membrane 11, an anode AN, and a cathode CA.
  • the compressor 1 is a device that generates compressed hydrogen at the cathode CA by applying a voltage between the anode AN and the cathode CA, which has lower bending rigidity than the anode AN, and oxidizing and reducing the hydrogen, or by electrolyzing water.
  • an example of the compressor 1 that generates compressed hydrogen at the cathode CA by redox of hydrogen is an electrochemical hydrogen pump.
  • hydrogen-containing gas is supplied to the anode AN as an anode fluid.
  • the electrochemical hydrogen pump by applying a voltage between the anode AN and the cathode CA provided with the electrolyte membrane 11 in between, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN is oxidized and becomes protons. . These protons move to the cathode CA via the electrolyte membrane and are reduced, resulting in compressed hydrogen being generated at the cathode CA.
  • the hydrogen-containing gas may be, for example, hydrogen gas produced by electrolysis of water, or reformed gas produced by a reforming reaction of hydrocarbon gas.
  • a PEM type or AEM (anion exchange membrane) type water electrolyzer can be mentioned as the compressor 1 in which compressed hydrogen is generated at the cathode CA by electrolysis of water.
  • water is supplied to the anode AN as an anode fluid during the compressed hydrogen generation operation.
  • the AEM type water electrolysis device water may be supplied to the cathode CA. That is, the water electrolysis device is a device that generates oxygen at the anode AN and hydrogen at the cathode CA by applying a voltage between the anode AN and the cathode CA provided with the electrolyte membrane 11 in between.
  • a PEM type water electrolysis device uses a proton exchange membrane that transmits protons (H + )
  • an AEM type water electrolysis device uses an anion exchange membrane that transmits anions (OH ⁇ ).
  • the anode AN is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • Anode AN is an electrode including an anode catalyst layer 22 and an anode gas diffusion layer 24.
  • Cathode CA is provided on the other main surface of electrolyte membrane 11.
  • Cathode CA is an electrode including a cathode catalyst layer 23 and a cathode gas diffusion layer 25.
  • the electrolyte membrane 11 may have any configuration as long as it has proton conductivity.
  • the electrolyte membrane 11 may include a fluoropolymer electrolyte membrane, a hydrocarbon electrolyte membrane, and the like.
  • the electrolyte membrane 11 for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Corporation), etc. can be used, but the electrolyte membrane 11 is not limited thereto.
  • the anode catalyst layer 22 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the anode catalyst layer 22 includes, but is not limited to, carbon that can support a catalyst metal (eg, platinum) in a dispersed state.
  • the cathode catalyst layer 23 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the cathode catalyst layer 23 includes carbon that can support a catalyst metal (eg, platinum) in a dispersed state, but is not limited thereto.
  • examples of the carbon-based powder include powders such as graphite, carbon black, and electrically conductive activated carbon.
  • the method of supporting platinum or other catalytic metal on the carbon carrier is not particularly limited.
  • methods such as powder mixing or liquid phase mixing may be used.
  • Examples of the latter liquid phase mixing include a method in which a carrier such as carbon is dispersed in a catalyst component colloidal liquid and adsorbed thereon.
  • the state in which the catalyst metal such as platinum is supported on the carbon carrier is not particularly limited.
  • the catalyst metal may be made into fine particles and supported on a carrier in a highly dispersed state.
  • the cathode gas diffusion layer 25 is provided on the cathode catalyst layer 23.
  • the cathode gas diffusion layer 25 is made of a porous material and has electrical conductivity and gas diffusivity. It is preferable that the cathode gas diffusion layer 25 has elasticity so as to appropriately follow the displacement and deformation of the constituent members that occur due to the differential pressure between the cathode CA and the anode AN during operation of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • a carbon fiber sintered body can be used, but the material is not limited thereto.
  • the anode gas diffusion layer 24 is provided on the anode catalyst layer 22.
  • the anode gas diffusion layer 24 is made of a porous material and has electrical conductivity and gas diffusivity. It is preferable that the anode gas diffusion layer 24 has enough rigidity to withstand the pressing of the electrolyte membrane 11 due to the above-mentioned differential pressure during operation of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the base material of the anode gas diffusion layer 24 for example, a carbon particle sintered body or a titanium sintered body can be used, but the base material is not limited thereto.
  • the bending rigidity of the cathode gas diffusion layer 25 included in the cathode CA is lower than the bending rigidity of the anode gas diffusion layer 24 included in the anode AN.
  • the voltage applicator may have any configuration as long as it can apply a voltage between the anode AN and the cathode CA.
  • examples of the voltage applicator include a DC/DC converter, an AC/DC converter, and the like.
  • a DC/DC converter is used when a voltage applier is connected to a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, or a battery.
  • An AC/DC converter is used when a voltage applier is connected to an alternating current power source such as a commercial power source.
  • the voltage applicator is configured to apply a voltage between the anode AN and the cathode CA, for example, so that the power supplied to the electrochemical cell of the electrochemical hydrogen pump 1A becomes a predetermined set value.
  • the power source may be a power type power source in which the current flowing through the power source is adjusted.
  • the controller 50 determines an abnormality based on the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after the test gas is supplied from the test gas supply device to the cathode CA at the time of startup or stop. Further, the controller 50 may control the overall operation of the compression device 100.
  • At the time of stoppage refers to a time after the supply of cathode gas containing compressed hydrogen from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A to the hydrogen demand unit (not shown) is stopped. Moreover, “at the time of stoppage” may be after the compression operation that generates compressed hydrogen to be supplied to the hydrogen consumer is stopped.
  • “At the time of startup” refers to the time of preparatory operation for the start of compression operation of the compression device 100 (during the start-up operation). Note that “starting" of the compression device 100 may be started at the timing when an appropriate starting signal is input to the controller 50. Furthermore, when the "startup" of the compression device 100 is completed, the compression operation of the compression device 100 is started.
  • determination an abnormality based on the gas flow rate at the outlet of the anode AN after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device means that after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device, Any form is included as long as an abnormality is determined using the gas flow rate at the outlet of the anode AN.
  • the determination may be made based on the gas flow rate itself at the outlet of the anode AN after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device, or the test gas may be supplied to the cathode CA from the test gas supply device.
  • the determination may be made based on a change in the gas flow rate value at the outlet of the anode AN after being supplied. Alternatively, it may be the speed of change (differential value) of the gas flow rate value at the outlet of the anode AN after the test gas is supplied from the test gas supply device to the cathode CA.
  • determining an abnormality based on the pressure of the cathode CA after the test gas is supplied from the test gas supply device to the cathode CA means that the anode AN after the test gas is supplied from the test gas supply device to the cathode CA. Any form is included as long as an abnormality is determined using an exit.
  • the determination may be made based on the pressure value of the cathode CA itself after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device, or after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device.
  • the determination may be made based on a change in the pressure value of the cathode CA. Alternatively, it may be the speed of change (differential value) in the pressure value of the cathode CA after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device.
  • Examples of the hydrogen demand bodies include hydrogen storage devices, fuel cells, and hydrogen infrastructure piping.
  • Examples of the hydrogen storage device include a dispenser installed at a hydrogen station, a hydrogen cylinder, and the like.
  • the controller 50 includes, for example, an arithmetic circuit (not shown) and a storage circuit (not shown) that stores a control program.
  • Examples of the arithmetic circuit include an MPU and a CPU.
  • Examples of the storage circuit include a memory.
  • the controller 50 may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that cooperate with each other to perform distributed control.
  • each of the pair of separators may sandwich the anode AN and the cathode CA from the outside.
  • the separator in contact with the anode AN is a conductive plate-shaped member for supplying hydrogen-containing gas to the anode AN.
  • This plate-shaped member includes a serpentine-shaped gas flow path through which hydrogen-containing gas to be supplied to the anode AN flows.
  • the separator in contact with the cathode CA is a conductive plate-shaped member for deriving hydrogen from the cathode CA.
  • This plate-shaped member includes a gas flow path through which hydrogen derived from the cathode CA flows.
  • sealing materials such as gaskets are usually provided on both sides of the electrochemical cell to prevent high-pressure hydrogen from leaking to the outside, and are integrated with the electrochemical cell of the electrochemical hydrogen pump 1A. Pre-assembled.
  • the above-mentioned separator is arranged outside the electrochemical cell to mechanically fix the electrochemical cell and to electrically connect adjacent electrochemical cells in series.
  • electrochemical cells Approximately 10 to 200 electrochemical cells are stacked by alternately stacking electrochemical cells and separators, and the stack is sandwiched between end plates with a current collector plate and an insulating plate in between.
  • the laminated structure is generally tightened with a fastening rod.
  • groove-shaped branch paths are branched from appropriate pipes in each of the separators, and the downstream ends of these paths are connected to the separator. It is necessary to connect it to one end of each gas flow path.
  • groove-shaped branch paths are branched from appropriate pipes in each of the separators, and the upstream ends of these paths are connected to each of the separators. It is necessary to configure it so that it is connected to the other end of the gas flow path.
  • groove-shaped branch paths are branched from appropriate pipes in each separator, and the upstream ends of these are connected to each cathode of the separator. You need to configure it to do so.
  • the above-mentioned conduit is called a manifold, and the manifold is made up of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions in each of the members making up the stack.
  • the compression device 100 also includes a temperature detector that detects the temperature of the electrochemical cell, a temperature regulator that adjusts the temperature of the electrochemical cell, a dew point regulator that adjusts the dew point of the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN, etc. may be provided.
  • a low-pressure and high-humidity hydrogen-containing gas is supplied to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A, and a voltage from a voltage applicator is supplied to the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • hydrogen molecules are separated into protons and electrons in the anode catalyst layer 22 of the anode AN (Formula (1)). Protons conduct within the electrolyte membrane 11 and move to the cathode catalyst layer 23. Electrons move to the cathode catalyst layer 23 through the voltage applier.
  • a Hydrogen (H 2 ) generated at the cathode CA can be compressed by increasing the pressure loss in the cathode gas outlet channel using a back pressure valve, a regulating valve (not shown), etc.
  • increasing the pressure loss of the cathode gas outlet flow path corresponds to reducing the opening degree of the back pressure valve and adjustment valve provided in the cathode gas outlet flow path.
  • the compression operation of the compression device 100 is stopped. Specifically, for example, the supply of cathode gas from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A to the hydrogen storage device is stopped by closing the back pressure valve and adjustment valve provided in the cathode gas outlet flow path. Note that the cathode gas stored in the hydrogen storage device may be supplied to a fuel cell or the like at an appropriate time.
  • a test gas is supplied to the cathode CA when starting or stopping, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after the test gas is supplied. The action is performed.
  • the compressor 100 and the operating method of the compressor 100 of this embodiment can determine whether the electrochemical hydrogen pump 1A is abnormal more appropriately than before.
  • an abnormality in the electrochemical hydrogen pump 1A can be appropriately determined using the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after the test gas is supplied to the cathode CA from the test gas supply device.
  • the electrolyte membrane 11 will be damaged due to deformation of the electrolyte membrane 11, compared to when the same test gas is supplied to the cathode CA. It becomes easier. The reason for this is that, as described above, the bending rigidity of the cathode CA is lower than that of the anode AN.
  • the compression device 100 and the operating method of the compression device 100 of the present embodiment are to use the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after supplying the test gas from the test gas supply device to the cathode CA.
  • the compression device 100 and the operating method of the compression device 100 of the present embodiment are to use the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after supplying the test gas from the test gas supply device to the cathode CA.
  • the compression device 100 of this embodiment is the same as the compression device 100 of the first embodiment except for the test gas supply pressure described below.
  • the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas during the compressed hydrogen generation operation.
  • the supply pressure of the hydrogen-containing gas during the compressed hydrogen generation operation is often set to an appropriate value, for example, about 0.1 MPaG (gauge pressure) or less. Therefore, the supply pressure of the test gas is set to a value higher than about 0.1 MPaG, for example, preferably at least 0.2 MPaG, and more preferably 0.4 MPaG or more.
  • the upper limit value of the test gas supply pressure is the design upper limit pressure of the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A, in other words, the durability pressure of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the design upper limit pressure of the cathode CA is often set, for example, to several times the upper limit value of the cathode CA during compressed hydrogen generation operation.
  • the upper limit value of the cathode CA during the compressed hydrogen generation operation can be about 40 MPaG.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A of this embodiment is controlled so that the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas during the compressed hydrogen generation operation. Therefore, it becomes easier to determine whether there is an abnormality in the electrochemical hydrogen pump 1A compared to the case where such control is not performed.
  • the reason for this is that the higher the supply pressure of the test gas is compared to the supply pressure of the hydrogen-containing gas, the more pronounced the change in the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the change in the pressure of the cathode CA in the event of an abnormality in which the electrolyte membrane 11 is damaged. Because it appears.
  • the compression device 100 of this embodiment may be the same as the compression device 100 of the first embodiment except for the above characteristics.
  • the compression device 100 of this embodiment is the same as the compression device 100 of the first embodiment except for the test gas supply pressure described below.
  • the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is higher than the upper limit of the supply pressure of the hydrogen-containing gas during the compressed hydrogen generation operation.
  • the upper limit value of the supply pressure of the hydrogen-containing gas during the compressed hydrogen generation operation is often set to about 0.1 MPaG (gauge pressure), for example. Therefore, the supply pressure of the test gas is set to a value higher than about 0.1 MPaG, preferably at least 0.2 MPaG, and more preferably 0.4 MPaG or higher.
  • the upper limit value of the test gas supply pressure is the design upper limit pressure of the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A, in other words, the durability pressure of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the design upper limit pressure of the cathode CA is often set, for example, to several times the upper limit value of the cathode CA during compressed hydrogen generation operation.
  • the upper limit value of the cathode CA during the compressed hydrogen generation operation can be about 40 MPaG.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A of this embodiment is configured such that the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is higher than the upper limit of the supply pressure of hydrogen-containing gas during compressed hydrogen generation operation.
  • the supply pressure of the test gas from the test gas supply device is higher than the upper limit of the supply pressure of hydrogen-containing gas during compressed hydrogen generation operation.
  • the compression device 100 of this embodiment may be the same as the compression device 100 of the first embodiment or the first example of the first embodiment except for the above characteristics.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a compression device according to the second embodiment.
  • the compression device 100 of this embodiment includes an electrochemical hydrogen pump 1A, a test gas supply path 5, an anode supply path 8, an anode discharge path 6, and a controller 50.
  • the configuration of the electrochemical hydrogen pump 1A is the same as that of the first embodiment, the explanation will be omitted.
  • the anode supply path 8 is a flow path for supplying hydrogen-containing gas to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the anode supply path 8 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the anode supply path 8 may be connected to the inlet of the anode AN.
  • the downstream end of the anode supply path 8 may communicate with a manifold for introducing hydrogen-containing gas.
  • the upstream end of the anode supply path 8 may be connected to an appropriate hydrogen supply source, for example. Examples of the hydrogen supply source include a water electrolysis device, a reformer, a hydrogen tank, and the like.
  • the anode discharge path 6 is a flow path for exhausting excess hydrogen-containing gas from the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the upstream end of the anode discharge path 6 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the upstream end of the anode discharge path 6 may be connected to the outlet of the anode AN.
  • the upstream end of the anode discharge path 6 may communicate with a manifold for deriving hydrogen-containing gas.
  • the anode discharge path 6 may be routed such that the downstream end of the anode discharge path 6 is connected to the anode supply path 8 at a suitable position, for example.
  • the hydrogen-containing gas discharged from the anode AN can be appropriately reused.
  • the downstream end of the anode discharge path 6 may be connected to, for example, a flow meter or a gas sensor.
  • a gas sensor for example, a gas detector manufactured by Riken Keiki Co., Ltd. (model number: GP-1000) can be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the test gas supply path 5 is a flow path for supplying test gas to the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the test gas supply path 5 may be connected to any location as long as it communicates with the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the test gas supply path 5 may be connected to the outlet of the cathode CA.
  • the downstream end of the test gas supply path 5 may communicate with a manifold for deriving cathode gas.
  • the upstream end of the test gas supply path 5 may be connected to a test gas supply device, for example.
  • test gas supply device examples include a test gas supply source with a predetermined supply pressure, a pump that communicates with the test gas supply source, and the like.
  • Examples of the former test gas supply source include a hydrogen gas girdle, a hydrogen gas cylinder, a helium gas cylinder, and the like.
  • a hydrogen gas girdle or a hydrogen gas cylinder can be used.
  • a helium gas cylinder can be used.
  • the pump may be an external device provided outside the compression device 100, but it can also be configured as an internal device provided in the compression device 100.
  • a specific example of such a configuration will be explained in a modified example.
  • the controller 50 determines that the gas flow rate L at the outlet of the anode AN after supplying the test gas to the cathode CA is abnormal if it is equal to or greater than the threshold value A.
  • the threshold value A (Ls) in FIG. 4 is a reference value that is appropriately set in order to know whether or not the electrolyte membrane 11 is damaged. can be determined from the measured value of
  • the detailed configuration of the controller 50 is the same as that in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the compression device according to the second embodiment.
  • the operation shown in FIG. 3 may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not necessarily essential that this operation be performed by the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, a case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.
  • step S1 When the compression operation of the compression device 100 is stopped in step S1 (“YES” in step S1), the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected as described below when the compression operation of the compression device 100 is stopped.
  • step S2 supply of test gas to the cathode CA is started.
  • a valve provided in the test gas supply path 5 is opened, and thereby an appropriate amount of test gas is supplied to the cathode CA for a predetermined period of time.
  • step S3 the test gas supply to the cathode CA is stopped.
  • a valve provided in the test gas supply path 5 is closed.
  • step S4 after the test gas is supplied to the cathode CA, a gas flow rate L passing through the outlet of the anode AN is derived using a flow meter provided at the outlet of the anode AN.
  • step S5 it is determined whether the gas flow rate L in step S4 is greater than or equal to a threshold value A (Ls).
  • step S5 as shown by the dotted line in FIG. It is determined that it exists.
  • step S5 if the gas flow rate L in step S4 is not equal to or greater than the threshold value A (Ls) (“NO” in step S5), it is determined in step S7 that there is no damage to the electrolyte membrane 11.
  • the above inspection of the electrochemical hydrogen pump 1A is an example, and is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected when the compression operation of the compression device 100 is stopped, but such an inspection may be conducted when the compression operation of the compression device 100 is started.
  • the presence or absence of damage to the electrolyte membrane 11 is determined using a flow meter, but the presence or absence of damage to the electrolyte membrane 11 may be determined using a gas sensor.
  • the gas flow rate L at the outlet of the anode AN after supplying the test gas to the cathode CA tends to be larger than the gas flow rate L in a normal situation where the electrolyte membrane 11 is not damaged. . Therefore, by setting the threshold value A (Ls) to a desired value, the compression device 100 of the present embodiment can adjust the gas flow rate L at the outlet of the anode AN after supplying the test gas to the cathode CA and the threshold value A (Ls). Based on the comparison, abnormalities in the electrochemical hydrogen pump 1A can be appropriately determined.
  • the compression device 100 of the present embodiment may be the same as the compression device 100 of the first embodiment and any of the first to second examples of the first embodiment, except for the above characteristics.
  • the compression device 100 of this modification is the same as the compression device 100 of the second embodiment except for the gas flow path configuration described below.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a compression device according to a modification of the second embodiment.
  • the compression device 100 of this embodiment includes an electrochemical hydrogen pump 1A, a test gas supply path 5A, a second valve 5B, an anode supply path 8A, a first valve 8B, and an anode discharge path 6. , a hydrogen-containing gas supply device 7, and a controller 50.
  • the configuration of the electrochemical hydrogen pump 1A is the same as that of the first embodiment, the explanation will be omitted.
  • the configuration of the anode discharge path 6 is the same as that in the second embodiment, the explanation will be omitted.
  • the hydrogen-containing gas supply device 7 is provided in the anode supply path 8A, and is a device for supplying hydrogen-containing gas to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A, as shown by the dotted line in FIG.
  • the hydrogen-containing gas supply device 7 may have any configuration as long as it can supply hydrogen-containing gas to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 1A. Examples of the hydrogen-containing gas supply device 7 include, but are not limited to, a pump.
  • the test gas supply path 5A is branched from the anode supply path 8A between the hydrogen-containing gas supply device 7 and the first valve 8B, and is connected to the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • This is a flow path for supplying gas.
  • the upstream end of the test gas supply path 5A is connected to the anode supply path 8A at a branch point BR.
  • the test gas supply path 5A extends so as to communicate with the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the test gas supply path 5A may be connected to any location that communicates with the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the downstream end of the test gas supply path 5A may communicate with a manifold for deriving hydrogen.
  • the hydrogen-containing gas supply device 7 provided in the compression device 100 is used as the test gas supply device.
  • a hydrogen-containing gas is used as the test gas. That is, the hydrogen-containing gas supply device 7 is provided in the anode supply path 8A, and as shown by the dashed line in FIG. It is.
  • the compression device 100 of this modification can reduce the number of parts compared to the case where an external device provided outside the compression device 100 is used as the test gas supply device.
  • the first valve 8B is provided in the anode supply path 8A downstream of the branch point BR, and is a valve for opening and closing the anode supply path 8A.
  • the second valve 5B is provided in the test gas supply path 5A, and is a valve for opening and closing the test gas supply path 5A. That is, when the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected, the first valve 8B is closed and the second valve 5B is opened.
  • the first valve 8B and the second valve 5B may have any configuration as long as they can open and close the anode supply path 8A and the test gas supply path 5A.
  • first valve 8B and the second valve 5B may be an on-off valve.
  • an on-off valve for example, a driven valve or an electromagnetic valve driven by nitrogen gas or air can be used, but the invention is not limited to these.
  • the gas flow path configuration of the compression device 100 described above is an example, and is not limited to this example.
  • a water supply device provided in the water electrolysis device can be used as the test gas supply device.
  • a tank storing an appropriate inspection gas is connected to the water supply device.
  • a three-way valve provided at the branch point BR can also be used.
  • the compression device 100 of this modification is the same as the compression device 100 of the first embodiment, the first example to the second example of the first embodiment, and the second embodiment except for the above-mentioned features. Good too.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a compression device according to the third embodiment.
  • the compression device 100 of this embodiment includes an electrochemical hydrogen pump 1A, a pressure gauge 9, and a controller 50.
  • the configuration of the electrochemical hydrogen pump 1A is the same as that of the first embodiment, the explanation will be omitted.
  • the pressure gauge 9 is a device that detects the pressure of the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the pressure gauge 9 may have any configuration as long as it can detect the pressure of the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 1A.
  • the pressure gauge 9 may be configured to detect the pressure within the gas flow path communicating with the cathode CA.
  • the controller 50 determines that there is an abnormality if the pressure of the cathode CA after supplying the test gas to the cathode CA is equal to or less than the threshold value B.
  • the threshold value B (Ps) in FIG. 8 is a reference value that is appropriately set in order to know whether or not the electrolyte membrane 11 is damaged.
  • the threshold value B (Ps) in FIG. can be determined from the measured value of
  • the detailed configuration of the controller 50 is the same as that in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the compression device according to the third embodiment.
  • the operation shown in FIG. 7 may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not necessarily essential that this operation be performed by the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, a case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.
  • step S11 When the compression operation of the compression device 100 is stopped in step S11 (“YES” in step S11), the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected as described below when the compression operation of the compression device 100 is stopped.
  • step S12 and step S13 are the same as step S2 and step S3 in FIG. 3, respectively, so a description thereof will be omitted.
  • step S14 after the test gas is supplied to the cathode CA, the pressure P of the cathode CA is derived using the pressure gauge 9.
  • step S15 it is determined whether the pressure P in step S14 is less than or equal to the threshold value B (Ps).
  • step S15 as shown by the dotted line in FIG. 8, if the pressure P in step S14 is equal to or lower than the threshold value B (Ps) ("YES" in step S15), in step S16, there is damage to the electrolyte membrane 11. Then it is determined.
  • Ps threshold value B
  • step S15 if the pressure P in step S14 is not less than the threshold value B (Ps) ("NO" in step S15), it is determined in step S17 that there is no damage to the electrolyte membrane 11.
  • the above inspection of the electrochemical hydrogen pump 1A is an example, and is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected when the compression operation of the compression device 100 is stopped, but such an inspection may be conducted when the compression operation of the compression device 100 is started.
  • the compression device 100 of the present embodiment can set the threshold value B (Ps) based on the comparison between the cathode pressure P after supplying the test gas to the cathode CA and the threshold value B (Ps). Therefore, abnormality in the electrochemical hydrogen pump 1A can be appropriately determined.
  • the compression device 100 of this embodiment is the same as any one of the first embodiment, the first example to the second example of the first embodiment, the second embodiment, and the modification of the second embodiment, except for the above-mentioned characteristics. It may be similar to the compression device 100.
  • the compression device 100 of this modification is the same as the compression device 100 of the third embodiment except for the control details of the controller 50 described below.
  • the controller 50 determines that there is an abnormality if the rate of pressure drop in the cathode CA after the test gas is supplied to the cathode CA is equal to or higher than the threshold value C. That is, the "threshold C" corresponds to an example of the "fourth threshold” of the present disclosure.
  • the "rate of pressure drop in cathode CA” can be expressed, for example, as the rate of drop in pressure (P) in cathode CA per unit time ( ⁇ t) after supplying test gas to cathode CA ( ⁇ P/ ⁇ t). I can do it. Therefore, in this modification, a case will be described in which "the rate of pressure drop in the cathode CA" is expressed by the amount of change ( ⁇ P/ ⁇ t).
  • the threshold value C ( ⁇ Ps/ ⁇ t) in FIG. 8 is a reference value appropriately set in order to know whether or not the electrolyte membrane 11 is damaged. It can be determined from a total of nine measured values.
  • the detailed configuration of the controller 50 is the same as that in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the operation of the compression device of the first modification of the third embodiment.
  • the operation shown in FIG. 9 may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not necessarily essential that this operation be performed by the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, a case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.
  • step S21 When the compression operation of the compression device 100 is stopped in step S21 (“YES” in step S21), the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected as described below when the compression operation of the compression device 100 is stopped.
  • step S22 and step S23 are the same as step S2 and step S3 in FIG. 3, respectively, so a description thereof will be omitted.
  • step S24 after the test gas is supplied to the cathode CA, the pressure drop rate ( ⁇ P/ ⁇ t) of the cathode CA is derived using the pressure gauge 9.
  • step S25 it is determined whether the speed of pressure drop ( ⁇ P/ ⁇ t) in step S24 is greater than or equal to the threshold value C ( ⁇ Ps/ ⁇ t).
  • step S25 as shown by the dotted line in FIG.
  • step S26 it is determined that the electrolyte membrane 11 is damaged.
  • step S25 if the speed of pressure drop ( ⁇ P/ ⁇ t) in step S24 is not equal to or higher than the threshold value C ( ⁇ Ps/ ⁇ t) (“NO” in step S25), in step S27, damage to the electrolyte membrane 11 exists. It is determined that it does not.
  • the above inspection of the electrochemical hydrogen pump 1A is an example, and is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected when the compression operation of the compression device 100 is stopped, but such an inspection may be conducted when the compression operation of the compression device 100 is started.
  • the rate of pressure drop in the cathode CA after supplying the test gas to the cathode CA ( ⁇ P/ ⁇ t) in an abnormal situation when the electrolyte membrane 11 is damaged is equal to the pressure in the cathode CA in a normal state when the electrolyte membrane 11 is not damaged. It tends to be larger than the rate of decline ( ⁇ P/ ⁇ t). Therefore, by setting the threshold value C ( ⁇ Ps/ ⁇ t) to a desired value, the compression device 100 of the present embodiment can control the rate of pressure drop ( ⁇ P/ ⁇ t) at the cathode after supplying the test gas to the cathode CA. Based on the comparison with the threshold value C ( ⁇ Ps/ ⁇ t), it is possible to appropriately determine whether the electrochemical hydrogen pump 1A is abnormal.
  • the compression device 100 of the present embodiment has the following features except for the above characteristics: the first embodiment, the first example-second example of the first embodiment, the second embodiment, the modification of the second embodiment, and the third example. It may be similar to the compression device 100 in any of the configurations.
  • the compression device 100 of this modification is the same as the compression device 100 of the third embodiment except for the control details of the controller 50 described below.
  • the controller 50 determines that there is an abnormality if the pressure drop in the cathode CA after supplying the test gas to the cathode CA is equal to or greater than the threshold value D. That is, the "threshold D" corresponds to an example of the "third threshold” of the present disclosure.
  • the "pressure drop in the cathode CA” can be expressed, for example, by the difference ( ⁇ P) in the pressure (P) of the cathode CA at a predetermined time ( ⁇ t) after the completion of supplying the test gas to the cathode CA. Therefore, in this modification, a case where the "pressure drop in the cathode CA" is expressed by the amount of change ( ⁇ P) will be described.
  • the threshold value D ( ⁇ Ps) in FIG. 8 is a reference value that is appropriately set in order to know whether or not the electrolyte membrane 11 is damaged. can be determined from the measured value of
  • the detailed configuration of the controller 50 is the same as that in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the compression device of the second modification of the third embodiment.
  • the operation shown in FIG. 10 may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not necessarily essential that this operation be performed by the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, a case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.
  • step S31 When the compression operation of the compression device 100 is stopped in step S31 (“YES” in step S31), the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected as described below when the compression operation of the compression device 100 is stopped.
  • step S32 and step S33 are the same as step S2 and step S3 in FIG. 3, respectively, so a description thereof will be omitted.
  • step S40 it is determined whether a predetermined time ( ⁇ t) has elapsed.
  • step S40 if the predetermined time ( ⁇ t) has not elapsed (“No” in step S40), the operation of step S40 is re-executed.
  • step S40 if the predetermined time ( ⁇ t) has elapsed (“Yes” in step S40), the process proceeds to the next step, and in step S34, using the pressure gauge 9,
  • the pressure drop ( ⁇ P) of the cathode CA over a predetermined time ( ⁇ t) is derived. Specifically, the pressure drop value ( ⁇ P).
  • step S35 it is determined whether the pressure drop ( ⁇ P) in step S34 is greater than or equal to the threshold D ( ⁇ Ps).
  • step S35 as shown by the dotted line in FIG. It is determined that corruption exists.
  • step S35 if the pressure drop ( ⁇ P) in step S34 is not equal to or greater than the threshold value D ( ⁇ Ps) (“NO” in step S35), it is determined in step S37 that there is no damage to the electrolyte membrane 11.
  • the above inspection of the electrochemical hydrogen pump 1A is an example, and is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected when the compression operation of the compression device 100 is stopped, but such an inspection may be conducted when the compression operation of the compression device 100 is started.
  • the pressure drop ( ⁇ P) at the cathode CA after supplying test gas to the cathode CA during an abnormality when the electrolyte membrane 11 is damaged is equal to the pressure drop ( ⁇ P) at the cathode CA during normal times when the electrolyte membrane 11 is not damaged. It tends to get bigger compared to Therefore, the compression device 100 of the present embodiment sets the threshold D ( ⁇ Ps) to a desired value, thereby adjusting the difference between the pressure drop ( ⁇ P) of the cathode after supplying the test gas to the cathode CA and the threshold D ( ⁇ Ps). Based on the comparison, abnormalities in the electrochemical hydrogen pump 1A can be appropriately determined.
  • the compression device 100 of the present embodiment has the following features except for the above characteristics: the first embodiment, the first example-second example of the first embodiment, the second embodiment, the modification of the second embodiment, and the third example. It may be the same as the compression device 100 in any one of the configurations and the first modification of the third embodiment.
  • the compression device 100 of this embodiment is the same as the compression device 100 of the first embodiment except for the method of manufacturing the electrochemical cell 1B described below.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the method for manufacturing the compression device of the fourth embodiment.
  • the electrochemical hydrogen pump 1A is inspected as follows in the manufacturing process before the compression device 100 is shipped from the factory.
  • an electrolyte membrane 11, an electrochemical cell 1B having an anode AN on one main surface of the electrolyte membrane 11, and a cathode CA on the other main surface of the electrolyte membrane 11 are stacked to form a laminate.
  • the laminate often includes about 10 to 200 electrochemical cells 1B.
  • a test gas is supplied to the cathode CA, and an abnormality is determined based on the gas flow rate at the outlet of the anode AN or the pressure of the cathode CA after the test gas is supplied.
  • the controller for determining abnormality in the laminate is an external device provided outside the compression device 100. However, this controller may be built into the compression device 100. The detailed configuration of the controller and the inspection of the electrochemical hydrogen pump executed by this controller are the same as those in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • the method for manufacturing the compression device 100 of the present embodiment includes the first embodiment, the first example-second example of the first embodiment, the second embodiment, a modification of the second embodiment, except for the above-mentioned characteristics. It may be the same as the third embodiment and any one of the first modification example and the second modification example of the third embodiment.
  • first embodiment the first example of the first embodiment - the second example, the second embodiment, a modification of the second embodiment, the third embodiment, the first modification of the third embodiment -
  • the second modification and the fourth embodiment may be combined with each other as long as they do not exclude each other.
  • One aspect of the present disclosure can be used in a compression device, a method for operating a compressor, and a method for manufacturing a compressor, in which abnormalities in a compressor can be determined more appropriately than in the past.
  • Compressor 1A Electrochemical hydrogen pump 1B: Electrochemical cell 5: Test gas supply path 5A: Test gas supply path 5B: Second valve 6: Anode discharge path 7: Hydrogen-containing gas supply device 8: Anode supply path 8A : Anode supply path 8B : First valve 9 : Pressure gauge 11 : Electrolyte membrane 22 : Anode catalyst layer 23 : Cathode catalyst layer 24 : Anode gas diffusion layer 25 : Cathode gas diffusion layer 50 : Controller 100 : Compressor A : Threshold AN: Anode B: Threshold BR: Branch point C: Threshold CA: Cathode D: Threshold L: Gas flow rate P: Pressure

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Abstract

本開示の一態様の圧縮装置は、アノードおよび前記アノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元、または水の電気分解により前記カソードで圧縮水素を生成する圧縮機と、起動時または停止時に、検査ガス供給器より前記カソードに検査ガスを供給した後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する制御器と、を備える。

Description

圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法
　本開示は圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法に関する。
　近年、地球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、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに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。
　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、アノードに供給された水素含有ガス中の水素をカソードに移動させ、圧縮水素を生成する電気化学セルにおいて、カソードのフロー構造（ガス拡散層）の剛性を、アノードのフロー構造（ガス拡散層）の剛性よりも低くすることが提案されている。
特許第６３６００６１号公報
　本開示は、一例として、従来よりも適切に圧縮機の異常が判定され得る圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法を提供することを課題とする。
　本開示の一態様(aspect)の圧縮装置は、アノードおよび前記アノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元、または水の電気分解により前記カソードで圧縮水素を生成する圧縮機と、起動時または停止時に、検査ガス供給器より前記カソードに検査ガスを供給した後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する制御器と、を備える。
　本開示の一態様の圧縮装置の運転方法は、アノードおよび前記アノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元または水の電気分解により前記カソードで圧縮水素を生成し、起動時または停止時に、前記カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する。
　本開示の一態様の圧縮装置の製造方法は、電解質膜、前記電解質膜の一方の主面にアノード、および前記電解質膜の他方の主面にカソードを備える電気化学セルを積層して積層体を作製し、前記カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する。
　本開示の一態様の圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法は、従来よりも適切に圧縮機の異常が判定され得る、という効果を奏することができる。
図１は、第１実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。 図２は、第２実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。 図３は、第２実施形態の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、第２実施形態の圧縮装置の動作の一例を説明するための図である。 図５は、第２実施形態の変形例の圧縮装置の一例を示す図である。 図６は、第３実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。 図７は、第３実施形態の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、第３実施形態の圧縮装置の動作の一例を説明するための図である。 図９は、第３実施形態の第１変形例の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第３実施形態の第２変形例の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第４実施形態の圧縮装置の製造方法を説明するための図である。
　特許文献１の圧縮水素を生成する電気化学セルでは、上記の如くカソードの剛性を、アノードの剛性よりも低くすることが同文献で開示されている。しかし、特許文献１の電気化学セルで電解質膜の破損等の異常を検出する適切な方法について、十分検討されていなかった。
　本発明者等は、鋭意検討した結果、上記異常を検出するために、電気化学セルに検査ガスを供給して、アノードおよびカソード間の漏れ検査を行うにあたって、アノードよりもカソードに検査ガスを供給した方が、検査時の電解質膜の破損を抑制できることを見出した。
　これは、漏れ検出しやすくするため、検査ガスの供給圧は比較的高いので、仮に、検査ガスが、アノードに供給されると、電解質膜がアノードよりも曲げ剛性の低いカソード側に落ち込むことで、電解質膜が破損する可能性があるからである。
　そこで、本開示の第１態様の圧縮装置は、アノードおよびアノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元、または水の電気分解によりカソードで圧縮水素を生成する圧縮機と、起動時または停止時に、検査ガス供給器よりカソードに検査ガスを供給した後のアノードの出口のガス流量またはカソードの圧力に基づき異常を判定する制御器と、を備える。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、従来よりも適切に圧縮機の異常が判定され得る。
　具体的には、検査ガス供給器よりカソードに検査ガスを供給した後に電解質膜を介してカソードからアノードに漏洩する検査ガス量は、電解質膜の破損状態に応じて変化すると考えられるので、検査ガス供給器よりカソードに検査ガスを供給した後のアノードの出口のガス流量またはカソードの圧力を用いて、圧縮機の異常を適切に判定することができる。
　ここで、仮に、検査ガス供給器により高圧の検査ガスをアノードに供給すると、同検査ガスをカソードに供給する場合に比べて、電解質膜の変形に起因して電解質膜が破損しやすくなる。この理由は、上記のとおり、カソードの曲げ剛性がアノードの曲げ剛性よりも低いからである。
　そこで、本態様の圧縮装置は、検査ガス供給器よりカソードに検査ガスを供給した後のアノード出口のガス流量またはカソードの圧力を用いて電解質膜の破損の存否を確認することで、同検査ガスをアノードに供給する場合に比べて、圧縮機の検査において、電解質膜の破損を誘発する可能性を低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、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧よりも高くてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧が、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧よりも高くなるように制御することで、かかる制御を行わない場合に比べて圧縮機の異常を判定しやすくなる。この理由は、検査ガスの供給圧がアノード流体の供給圧に比べて高くなるほど、電解質膜が破損した異常時における、アノードの出口のガス流量の変化またはカソードの圧力の変化が顕著に現れるからである。
　本開示の第３態様の圧縮装置は、第1態様または第２態様の圧縮装置において、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧の上限値よりも高くてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧が、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧の上限値よりも高くなるように制御することで、かかる制御を行わない場合に比べて圧縮機の異常を判定しやすくなる。この理由は、検査ガスの供給圧がアノード流体の供給圧の上限値に比べて高くなるほど、電解質膜が破損した異常時における、アノードの出口のガス流量の変化またはカソードの圧力の変化が顕著に現れるからである。
　本開示の第４態様の圧縮装置は、第1態様から第３態様のいずれか一つの圧縮装置において、カソードに含まれるカソードガス拡散層の曲げ剛性が、アノードに含まれるアノードガス拡散層の曲げ剛性よりも低くてもよい。
　本開示の第５態様の圧縮装置は、第1態様から第４態様のいずれか一つの圧縮装置において、制御器は、カソードに検査ガスを供給後のアノードの出口のガス流量が、第１の閾値以上であると異常と判定してもよい。
　電解質膜が破損した異常時における、カソードに検査ガスを供給後のアノードの出口のガス流量は、電解質膜が破損していない正常時における上記ガス流量に比べて多くなりやすい。よって、本態様の圧縮装置は、第１の閾値を所望の値に設定することで、カソードに検査ガスを供給後のアノードの出口のガス流量と第１の閾値との比較に基づいて、圧縮機の異常を適切に判定することができる。
　本開示の第６態様の圧縮装置は、第1態様から第５態様のいずれか一つの圧縮装置において、制御器は、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力が第２の閾値以下であると異常と判定してもよい。
　電解質膜が破損した異常時における、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力は、電解質膜が破損していない正常時における上記カソードの圧力に比べて小さくなりやすい。よって、本態様の圧縮装置は、第２の閾値を所望の値に設定することで、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力と第２の閾値との比較に基づいて、圧縮機の異常を適切に判定することができる。
　本開示の第７態様の圧縮装置は、第1態様から第６態様のいずれか一つの圧縮装置において、制御器は、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下が第３の閾値以上であると異常と判定してもよい。
　電解質膜が破損した異常時における、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下は、電解質膜が破損していない正常時における上記カソードの圧力低下に比べて大きくなりやすい。よって、本態様の圧縮装置は、第３の閾値を所望の値に設定することで、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下と第３の閾値との比較に基づいて、圧縮機の異常を適切に判定することができる。
　本開示の第８態様の圧縮装置は、第1態様から第７態様のいずれか一つの圧縮装置において、制御器は、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下の速さが第４の閾値以上であると異常と判定してもよい。
　電解質膜が破損した異常時における、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下の速さは、電解質膜が破損していない正常時における上記カソードの圧力低下の速さに比べて大きくなりやすい。よって、本態様の圧縮装置は、第４の閾値を所望の値に設定することで、カソードに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下の速さと第４の閾値との比較に基づいて、圧縮機の異常を適切に判定することができる。
　本開示の第９態様の圧縮装置の運転方法は、アノードおよびアノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元または水の電気分解によりカソードで圧縮水素を生成し、起動時または停止時に、カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後のアノードの出口のガス流量またはカソードの圧力に基づき異常を判定する。
　本態様の圧縮装置の運転方法が奏する作用効果は、第１態様の圧縮装置が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。
　本開示の第１０態様の圧縮装置の製造方法は、電解質膜、電解質膜の一方の主面にアノード、および電解質膜の他方の主面にカソードを備える電気化学セルを積層して積層体を作製し、カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後のアノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する。
　本態様の圧縮装置の製造方法が奏する作用効果は、第１態様の圧縮装置が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。
　以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される数値、形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、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、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。また、動作においては、必要に応じて、各工程の順序などを変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
　（第１実施形態）
　［装置構成］
　図１は、第１実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　図１に示す例では、本実施形態の圧縮装置１００は、圧縮機１と、制御器５０と、を備える。圧縮機１は、イオン伝導性の電解質膜１１と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、を備える。
　圧縮機１は、アノードＡＮおよびアノードＡＮよりも曲げ剛性の低いカソードＣＡ間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元、または水の電気分解によりカソードＣＡで圧縮水素を生成する装置である。
　ここで、水素の酸化還元によりカソードＣＡで圧縮水素が生成される圧縮機１として、例えば、電気化学式水素ポンプを挙げることができる。この場合、圧縮水素の生成動作時、アノードＡＮにはアノード流体として水素含有ガスが供給される。つまり、電気化学式水素ポンプは、電解質膜１１を挟んで設けられたアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電圧を印加することで、アノードＡＮに供給された水素含有ガス中の水素が酸化され、プロトンとなる。このプロトンは、電解質膜を介してカソードＣＡに移動し、還元された結果、カソードＣＡで圧縮水素が生成する。なお、上記水素含有ガスは、例えば、水の電気分解で生成された水素ガスであってもよいし、炭化水素ガスの改質反応で生成された改質ガスであってもよい。
　また、水の電気分解によりカソードＣＡで圧縮水素が生成される圧縮機１として、例えば、ＰＥＭ型またはＡＥＭ（アニオン交換膜）型の水電解装置を挙げることができる。この場合、圧縮水素の生成動作時、アノードＡＮにはアノード流体として水が供給される。ただし、ＡＥＭ型の水電解装置では、カソードＣＡに水が供給されてもよい。つまり、水電解装置は、電解質膜１１を挟んで設けられたアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電圧を印加することで、アノードＡＮで酸素を発生させ、カソードＣＡで水素を発生させる装置である。このとき、ＰＥＭ型の水電解装置では、プロトン（Ｈ+）を伝動するプロトン交換膜が使用され、ＡＥＭ型の水電解装置では、アニオン（ＯＨ-）を伝動するアニオン交換膜が使用される。
　以下、図１を参照しながら、圧縮機１の一例である電気化学式水素ポンプ１Ａを備える圧縮装置１００の構成および動作について、さらに詳細に説明する。
　アノードＡＮは、電解質膜１１の一方の主面に設けられている。アノードＡＮは、アノード触媒層２２およびアノードガス拡散層２４を含む電極である。カソードＣＡは、電解質膜１１の他方の主面に設けられている。カソードＣＡは、カソード触媒層２３およびカソードガス拡散層２５を含む電極である。これにより、電解質膜１１は、アノード触媒層２２およびカソード触媒層２３のそれぞれと接触するようにして、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１１はプロトン伝導性を備える膜であれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜１１として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系電解質膜などを挙げることができる。具体的には、電解質膜１１として、例えば、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が、これらに限定されない。
　アノード触媒層２２は、電解質膜１１の一方の主面に設けられている。アノード触媒層２２は、触媒金属（例えば、白金）を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層２３は、電解質膜１１の他方の主面に設けられている。カソード触媒層２３は、触媒金属（例えば、白金）を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層２３もアノード触媒層２２も、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるが、特に限定されない。例えば、カーボン系粉末としては、黒鉛、カーボンブラック、導電性を有する活性炭などの粉末を挙げることができる。カーボン担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合または液相混合などの方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボンなどの担体を分散させ、吸着させる方法などが挙げられる。白金などの触媒金属のカーボン担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。
　カソードガス拡散層２５は、カソード触媒層２３上に設けられている。カソードガス拡散層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。カソードガス拡散層２５は、電気化学式水素ポンプ１Ａ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。カソードガス拡散層２５の基材として、例えば、カーボン繊維焼結体などを使用することができるが、これに限定されない。
　アノードガス拡散層２４は、アノード触媒層２２上に設けられている。アノードガス拡散層２４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。アノードガス拡散層２４は、電気化学式水素ポンプ１Ａの動作時に、上記の差圧による電解質膜１１の押し付けに耐え得る程度の剛性を備える方が望ましい。アノードガス拡散層２４の基材として、例えば、カーボン粒子焼結体、またはチタン焼結体などを使用することができるが、これらに限定されない。
　このように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１Ａでは、カソードＣＡに含まれるカソードガス拡散層２５の曲げ剛性が、アノードＡＮに含まれるアノードガス拡散層２４の曲げ剛性よりも低い。
　以上の電気化学式水素ポンプ１Ａにおいて、上記の如く、アノードＡＮとカソードＣＡの間に電圧を印加することにより、アノードＡＮに供給された水素含有ガス中の水素がカソードＣＡに移動することで、カソードＣＡで圧縮水素が生成される。なお、本電圧は、図示しない電圧印加器により印加されてもよい。
　電圧印加器は、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電圧を印加することができれば、どのような構成であってもよい。例えば、電圧印加器として、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータなどを挙げることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧印加器が、太陽電池、燃料電池、バッテリなどの直流電源と接続された場合に用いられる。ＡＣ／ＤＣコンバータは、電圧印加器が、商用電源などの交流電源と接続された場合に用いられる。また、電圧印加器は、例えば、電気化学式水素ポンプ１Ａの電気化学セルに供給する電力が所定の設定値となるように、アノードＡＮおよびカソードＣＡ間に印加される電圧、アノードＡＮおよびカソードＣＡ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。
　制御器５０は、起動時または停止時に、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量またはカソードＣＡの圧力に基づき異常を判定する。また、制御器５０は、圧縮装置１００の全体の動作を制御してもよい。
　ここで、「停止時」とは、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡから水素需要体（図示せず）への圧縮水素を含むカソードガスの供給停止後のことをいう。また、「停止時」とは、水素需要体へ供給するための圧縮水素を生成する圧縮運転の停止後のことであってもよい。
　「起動時」とは、圧縮装置１００の圧縮運転開始のための準備動作時（起動動作時）のことをいう。なお、圧縮装置１００の「起動」は、制御器５０に適宜の起動信号が入力されるタイミングで開始してもよい。また、圧縮装置１００の「起動」が終了すると、圧縮装置１００の圧縮運転が開始される。
　また、「検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量に基づき異常を判定する」とは、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量を用いて異常を判定する形態であれば、任意の形態を含む。例えば、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量値自体に基づいて判定する形態であってもよいし、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量値の変化に基づいて判定する形態であってもよい。また、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量値の変化の速さ（微分値）であってもよい。
　また、「検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のカソードＣＡの圧力に基づき異常を判定する」とは、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口を用いて異常を判定する形態であれば、任意の形態を含む。例えば、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のカソードＣＡの圧力値自体に基づいて判定する形態であってもよいし、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のカソードＣＡの圧力値の変化に基づいて判定する形態であってもよい。また、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のカソードＣＡの圧力値の変化の速さ（微分値）であってもよい。
　上記水素需要体として、水素貯蔵器、燃料電池、水素インフラの配管などを挙げることができる。水素貯蔵器として、例えば、水素ステーションに設置されたディスペンサー、水素ボンベなどを挙げることができる。
　制御器５０は、例えば、演算回路（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを挙げることができる。記憶回路として、例えば、メモリなどを挙げることができる。制御器５０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
　ここで、図面には示されていないが、圧縮装置１００の水素圧縮動作において必要となる部材および機器は適宜、設けられる。
　例えば、電気化学式水素ポンプ１Ａにおいて、一対のセパレータのそれぞれが、アノードＡＮおよびカソードＣＡのそれぞれを外側から挟んでいてもよい。この場合、アノードＡＮに接触するセパレータは、アノードＡＮに水素含有ガスを供給するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、アノードＡＮに供給する水素含有ガスが流れるサーペンタイン状のガス流路を備える。カソードＣＡに接触するセパレータは、カソードＣＡから水素を導出するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、カソードＣＡから導出した水素が流れるガス流路を備える。
　また、電気化学式水素ポンプ１Ａでは、通常、高圧の水素が外部へリークしないように、電気化学セルの両側からガスケットなどのシール材が設けられ、電気化学式水素ポンプ１Ａの電気化学セルと一体化して予め組み立てられる。そして、この電気化学セルの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接する電気化学セル同士を互いに電気的に直列に接続するための上記のセパレータが配置されている。
　電気化学セルとセパレータを交互に重ねて、電気化学セルを１０～２００個程度、積層して、その積層体（スタック）を、集電板および絶縁板を介して端板で挟み、両端板を締結ロッドで締め付けるのが一般的な積層構造である。なお、この場合、セパレータのそれぞれのガス流路に適量の水素含有ガスを供給するには、セパレータのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の分岐経路を分岐させ、これらの下流端が、セパレータのそれぞれのガス流路の一方の端部に連結するように構成する必要がある。また、セパレータのそれぞれのガス流路から適量の水素含有ガスを排出するには、セパレータのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の分岐経路を分岐させ、これらの上流端が、セパレータのそれぞれのガス流路の他方の端部に連結するように構成する必要がある。さらに、セパレータのそれぞれのカソードから高圧のカソードガスを排出するには、セパレータのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の分岐経路を分岐させ、これらの上流端が、セパレータのそれぞれのカソードに連結するように構成する必要がある。
　以上のような管路のことをマニホールドといい、マニホールドは、例えば、スタックを構成する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。
　また、圧縮装置１００には、電気化学セルの温度を検知する温度検知器、電気化学セルの温度を調整する温度調整器、アノードＡＮに供給される水素含有ガスの露点を調整する露点調整器などが設けられていてもよい。
　なお、以上の図示しない部材および機器は例示であって、本例に限定されない。
　［動作］
　以下、圧縮装置１００の水素圧縮動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器５０により動作を制御する場合について、説明する。
　まず、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮに低圧および高湿度の水素含有ガスが供給されるとともに、電圧印加器の電圧が電気化学式水素ポンプ１Ａに給電される。すると、アノードＡＮのアノード触媒層２２において、水素分子がプロトンと電子とに分離する（式（１））。プロトンは電解質膜１１内を伝導してカソード触媒層２３に移動する。電子は電圧印加器を通じてカソード触媒層２３に移動する。
　そして、カソード触媒層２３において、水素分子が再び生成される（式（２））。なお、プロトンが電解質膜１１内を移動する際に、所定水量の水が、電気浸透水としてアノードＡＮからカソードＣＡにプロトンに同伴することが知られている。
　このとき、例えば、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡで生成される高圧の圧縮水素が、図示しないカソードガス導出流路を通じて、図示しない水素貯蔵器に供給される場合、カソードガス導出流路に設けられた背圧弁、調整弁（図示せず）などを用いて、カソードガス導出流路の圧損を増加させることにより、カソードＣＡで生成された水素（Ｈ2）を圧縮することができる。ここで、カソードガス導出流路の圧損を増加させるとは、カソードガス導出流路に設けられた背圧弁、調整弁の開度を小さくすることに対応する。
　アノード：Ｈ2（低圧）→２Ｈ+＋２ｅ-　　　・・・（１）
　カソード：２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2（高圧）　　　・・・（２）
　このようにして、圧縮装置１００において、電解質膜１１を挟んで設けられたアノードＡＮおよびカソードＣＡ間に電圧を印加することにより、アノードＡＮに供給された水素含有ガス中の水素を、カソードＣＡに移動させ、圧縮水素を生成する動作が行われる。カソードＣＡで生成された圧縮水素を含むカソードガスは、例えば、カソードガス中の水分および不純物などを除去した後、水素貯蔵器に一時的に貯蔵される。
　次に、圧縮装置１００の圧縮運転が停止する。具体的には、例えば、カソードガス導出流路に設けられた背圧弁、調整弁を閉止することで、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡから水素貯蔵器へのカソードガスの供給が停止する。なお、水素貯蔵器で貯蔵されたカソードガスは、適時に、燃料電池などに供給されてもよい。
　ここで、本実施形態の圧縮装置１００では、起動時または停止時に、カソードＣＡに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後のアノードＡＮの出口のガス流量またはカソードＣＡの圧力に基づき異常を判定する動作が行われる。
　以上のとおり、本実施形態の圧縮装置１００および圧縮装置１００の運転方法は、従来よりも適切に電気化学式水素ポンプ１Ａの異常が判定され得る。
　具体的には、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後に電解質膜１１を介してカソードＣＡからアノードＡＮに漏洩する検査ガス量は、電解質膜１１の破損状態に応じて変化すると考えられるので、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量またはカソードＣＡの圧力を用いて、電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を適切に判定することができる。
　ここで、仮に、検査ガス供給器により高圧の検査ガスをアノードＡＮに供給すると、同検査ガスをカソードＣＡに供給する場合に比べて、電解質膜１１の変形に起因して電解質膜１１が破損しやすくなる。この理由は、上記のとおり、カソードＣＡの曲げ剛性がアノードＡＮの曲げ剛性よりも低いからである。
　そこで、本実施形態の圧縮装置１００および圧縮装置１００の運転方法は、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給した後のアノードＡＮの出口のガス流量またはカソードＣＡの圧力を用いて電解質膜１１の破損の存否を確認することで、同検査ガスをアノードＡＮに供給する場合に比べて、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査において、電解質膜１１の破損を誘発する可能性を低減することができる。
　（第１実施例）
　本実施例の圧縮装置１００は、以下に説明する検査ガスの供給圧以外は、第１実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１Ａでは、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧よりも高い。具体的には、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧は、例えば、約０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）以下の適宜の値に設定されることが多い。よって、検査ガスの供給圧は、約０．１ＭＰａＧよりも高い値に設定され、例えば、少なくとも０．２ＭＰａＧ以上であることが望ましく、０．４ＭＰａＧ以上であることがさらに望ましい。
　なお、検査ガスの供給圧の上限値は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡの設計上限圧、換言すると、電気化学式水素ポンプ１Ａの耐久圧である。カソードＣＡの設計上限圧として、例えば、圧縮水素の生成動作時のカソードＣＡの上限値の数倍に設定されることが多い。圧縮水素の生成動作時のカソードＣＡの上限値として、例えば、約４０ＭＰａＧ程度を例示することができる。
　以上のとおり、本実施例の電気化学式水素ポンプ１Ａは、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧が、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧よりも高くなるように制御することで、かかる制御を行わない場合に比べて電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を判定しやすくなる。この理由は、検査ガスの供給圧が水素含有ガスの供給圧に比べて高くなるほど、電解質膜１１が破損した異常時におけるアノードＡＮの出口のガス流量の変化またはカソードＣＡの圧力の変化が顕著に現れるからである。
　本実施例の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第２実施例）
　本実施例の圧縮装置１００は、以下に説明する検査ガスの供給圧以外は、第１実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１Ａでは、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧の上限値よりも高い。具体的には、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧の上限値は、例えば、約０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）程度に設定されることが多い。よって、検査ガスの供給圧は、約０．１ＭＰａＧよりも高い値に設定され、少なくとも０．２ＭＰａＧ以上であることが望ましく、０．４ＭＰａＧ以上であることがさらに望ましい。
　なお、検査ガスの供給圧の上限値は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡの設計上限圧、換言すると、電気化学式水素ポンプ１Ａの耐久圧である。カソードＣＡの設計上限圧として、例えば、圧縮水素の生成動作時のカソードＣＡの上限値の数倍に設定されることが多い。圧縮水素の生成動作時のカソードＣＡの上限値として、例えば、約４０ＭＰａＧ程度を例示することができる。
　以上のとおり、本実施例の電気化学式水素ポンプ１Ａは、検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧が、圧縮水素の生成動作時における水素含有ガスの供給圧の上限値よりも高くなるように制御することで、かかる制御を行わない場合に比べて電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を判定しやすくなる。この理由は、検査ガスの供給圧が水素含有ガスの供給圧の上限値に比べて高くなるほど、電解質膜１１が破損した異常時におけるアノードＡＮの出口のガス流量の変化またはカソードＣＡの圧力の変化が顕著に現れるからである。
　本実施例の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の第１実施例の圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第２実施形態）
　［装置構成］
　図２は、第２実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　図２に示す例では、本実施形態の圧縮装置１００は、電気化学式水素ポンプ１Ａと、検査ガス供給路５と、アノード供給路８と、アノード排出路６と、制御器５０と、を備える。ここで、電気化学式水素ポンプ１Ａの構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　アノード供給路８は、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮに水素含有ガスを供給するための流路である。
　アノード供給路８の下流端は、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮと連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。例えば、アノード供給路８の下流端は、アノードＡＮの入口に接続していてもよい。具体的には、電気化学式水素ポンプ１Ａが、上記のスタックを備える場合、アノード供給路８の下流端は、水素含有ガス導入用のマニホールドに連通していてもよい。アノード供給路８の上流端は、例えば、適宜の水素供給源に接続していてもよい。水素供給源として、例えば、水電解装置、改質器、水素タンクなどを挙げることができる。
　アノード排出路６は、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮから余剰の水素含有ガスを排出するための流路である。
　アノード排出路６の上流端は、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮと連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。例えば、アノード排出路６の上流端は、アノードＡＮの出口に接続していてもよい。具体的には、電気化学式水素ポンプ１Ａが、上記のスタックを備える場合、アノード排出路６の上流端は、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよい。
　ここで、圧縮装置１００の圧縮運転時には、アノード排出路６の下流端が、例えば、アノード供給路８の適所で接続するように、アノード排出路６が引き回されていてもよい。これにより、圧縮装置１００の圧縮運転において、アノードＡＮから排出された水素含有ガスを適切に再利用することができる。
　これに対して、検査ガス供給器よりカソードＣＡに検査ガスを供給する際には、アノード排出路６の下流端が、例えば、流量計またはガスセンサと接続していてもよい。ガスセンサとして、例えば、理研計器株式会社製のガス検知器（型番：ＧＰ－１０００）などを使用することができるが、これに限定されない。
　検査ガス供給路５は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡに検査ガスを供給するための流路である。
　検査ガス供給路５の下流端は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡと連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。例えば、検査ガス供給路５の下流端は、カソードＣＡの出口に接続していてもよい。具体的には、電気化学式水素ポンプ１Ａが、上記のスタックを備える場合、検査ガス供給路５の下流端は、カソードガス導出用のマニホールドに連通していてもよい。検査ガス供給路５の上流端は、例えば、検査ガス供給器に接続していてもよい。
　検査ガス供給器として、例えば、所定の供給圧を備える検査ガス供給源、この検査ガス供給源に連通するポンプなどを挙げることができる。
　前者の検査ガス供給源として、例えば、水素ガスガードル、水素ガスボンベ、ヘリウムガスボンベなどを挙げることができる。例えば、圧縮装置１００の起動時または停止時は、水素ガスガードル、水素ガスボンベを使用することができる。圧縮装置１００の工場出荷前は、ヘリウムガスボンベを使用することができる。
　ここで、上記ポンプは、圧縮装置１００の外部に設けられた外部機器であってもよいが、圧縮装置１００に設けられた内部機器で構成することも可能である。かかる構成の具体例については変形例で説明する。
　制御器５０は、カソードＣＡに検査ガスを供給後のアノードＡＮの出口のガス流量Ｌが、閾値Ａ以上であると異常と判定する。
　なお、図４の閾値Ａ（Ｌｓ）は、電解質膜１１の破損の存否を知るために適宜、設定された基準値であって、例えば、電解質膜１１が破損していない正常時における上記流量計の測定値から決定することができる。制御器５０の詳細な構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　［動作］
　図３は、第２実施形態の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、本動作を制御器５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器５０により動作を制御する場合について説明する。
　ステップＳ１で、圧縮装置１００の圧縮運転が停止すると（ステップＳ１で「ＹＥＳ」の場合）、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時において、以下に説明する電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる。
　まず、ステップＳ２で、カソードＣＡへの検査ガス供給が開始される。例えば、検査ガス供給路５に設けられた弁が開放され、これにより、所定時間だけ、適量の検査ガスがカソードＣＡに供給される。
　次に、ステップＳ３で、カソードＣＡへの検査ガス供給が停止する。例えば、検査ガス供給路５に設けられた弁が閉止される。
　次に、ステップＳ４で、カソードＣＡへの検査ガス供給後において、アノードＡＮの出口に設けられた流量計を用いて、アノードＡＮの出口を通過するガス流量Ｌが導出される。
　次に、ステップＳ５で、ステップＳ４のガス流量Ｌが閾値Ａ（Ｌｓ）以上であるか否かが判定される。
　ステップＳ５において、図４の点線で示すように、ステップＳ４のガス流量Ｌが閾値Ａ（Ｌｓ）以上である場合（ステップＳ５で「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ６で、電解質膜１１の破損が存在すると判定される。
　ステップＳ５において、ステップＳ４のガス流量Ｌが閾値Ａ（Ｌｓ）以上でない場合（ステップＳ５で「ＮＯ」の場合）、ステップＳ７で、電解質膜１１の破損が存在しないと判定される。
　上記の電気化学式水素ポンプ１Ａの検査は例示であって、本例に限定されない。例えば、上記では、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時に、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われているが、圧縮装置１００の圧縮運転の起動時に、かかる検査が行われてもよい。また、上記では、流量計を用いて、電解質膜１１の破損の存否が判定されているが、ガスセンサを用いて、電解質膜１１の破損の存否が判定されてもよい。
　電解質膜１１が破損した異常時における、カソードＣＡに検査ガスを供給後のアノードＡＮの出口のガス流量Ｌは、電解質膜１１が破損していない正常時における上記ガス流量Ｌに比べて多くなりやすい。よって、本実施形態の圧縮装置１００は、閾値Ａ（Ｌｓ）を所望の値に設定することで、カソードＣＡに検査ガスを供給後のアノードＡＮの出口のガス流量Ｌと閾値Ａ（Ｌｓ）との比較に基づいて、電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を適切に判定することができる。
　本実施形態の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第２実施例のいずれかの圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（変形例）
　本変形例の圧縮装置１００は、以下に説明するガス流路構成以外は、第２実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　図５は、第２実施形態の変形例の圧縮装置の一例を示す図である。
　図５に示す例では、本実施形態の圧縮装置１００は、電気化学式水素ポンプ１Ａと、検査ガス供給路５Ａと、第２弁５Ｂ、アノード供給路８Ａと、第１弁８Ｂ、アノード排出路６と、水素含有ガス供給器７と、制御器５０と、を備える。ここで、電気化学式水素ポンプ１Ａの構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、アノード排出路６の構成は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
　水素含有ガス供給器７は、アノード供給路８Ａに設けられ、図５の点線で示す如く電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮに水素含有ガスを供給するための装置である。水素含有ガス供給器７は、電気化学式水素ポンプ１ＡのアノードＡＮに水素含有ガスを供給できれば、どのような構成であってもよい。水素含有ガス供給器７として、例えば、ポンプを挙げることができるが、これに限定されない。
　ここで、図５に示すように、検査ガス供給路５Ａは、水素含有ガス供給器７と第１弁８Ｂとの間のアノード供給路８Ａから分岐して電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡに検査ガスを供給するための流路である。具体的には、検査ガス供給路５Ａの上流端が、分岐箇所ＢＲでアノード供給路８Ａに接続している。そして、検査ガス供給路５Ａは、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡと連通するように延伸している。検査ガス供給路５Ａの下流端は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡと連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。例えば、電気化学式水素ポンプ１Ａが、上記のスタックを備える場合、検査ガス供給路５Ａの下流端は、水素導出用のマニホールドに連通していてもよい。
　このように、本変形例の圧縮装置１００では、検査ガス供給器として、圧縮装置１００に設けられた水素含有ガス供給器７が利用されている。この場合、検査ガスとして、水素含有ガスが使用される。つまり、水素含有ガス供給器７は、アノード供給路８Ａに設けられ、図５の一点鎖線で示す如く、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡに、検査ガスとしての水素含有ガスを供給するための装置である。
　以上により、本変形例の圧縮装置１００は、検査ガス供給器として、圧縮装置１００の外部に設けられた外部機器が利用される場合に比べて、部品点数を削減することができる。
　ここで、第１弁８Ｂは、分岐箇所ＢＲよりも下流のアノード供給路８Ａに設けられ、アノード供給路８Ａを開閉するための弁である。第２弁５Ｂは、検査ガス供給路５Ａに設けられ、検査ガス供給路５Ａを開閉するための弁である。つまり、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる際には、第１弁８Ｂが閉止されるとともに、第２弁５Ｂが開放される。
　第１弁８Ｂおよび第２弁５Ｂは、アノード供給路８Ａおよび検査ガス供給路５Ａを開閉することができれば、どのような構成であってもよい。
　例えば、第１弁８Ｂおよび第２弁５Ｂとして、開閉弁などを挙げることができる。かかる開閉弁として、例えば、窒素ガスまたは空気などで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。
　上記の圧縮装置１００のガス流路構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、圧縮装置１００が水電解装置である場合、検査ガス供給器として、水電解装置に設けられた水供給器を利用することができる。この場合、圧縮機１の検査が行われる際には、水供給器には、適宜の検査ガスを貯蔵するタンクが接続される。また、第１弁８Ｂおよび第２弁５Ｂに代えて、分岐箇所ＢＲに設けられた三方弁を用いることもできる。
　本変形例の圧縮装置１００が奏する作用効果は、第２実施形態の圧縮装置１００が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。
　本変形例の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例および第２実施形態のいずれかの圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第３実施形態）
　［装置構成］
　図６は、第３実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　図６に示す例では、本実施形態の圧縮装置１００は、電気化学式水素ポンプ１Ａと、圧力計９と、制御器５０と、を備える。ここで、電気化学式水素ポンプ１Ａの構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　圧力計９は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡの圧力を検知する装置である。圧力計９は、電気化学式水素ポンプ１ＡのカソードＣＡの圧力を検知することができれば、どのような構成であってもよい。例えば、圧力計９は、カソードＣＡに連通するガス流路内の圧力を検知するように構成されていてもよい。
　制御器５０は、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力が閾値Ｂ以下であると異常と判定する。
　なお、図８の閾値Ｂ（Ｐｓ）は、電解質膜１１の破損の存否を知るために適宜、設定された基準値であって、例えば、電解質膜１１が破損していない正常時における圧力計９の測定値から決定することができる。制御器５０の詳細な構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　［動作］
　図７は、第３実施形態の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。図７に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、本動作を制御器５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器５０により動作を制御する場合について説明する。
　ステップＳ１１で、圧縮装置１００の圧縮運転が停止すると（ステップＳ１１で「ＹＥＳ」の場合）、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時において、以下に説明する電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる。なお、ステップＳ１２およびステップＳ１３はそれぞれ、図３のステップＳ２およびステップＳ３のそれぞれと同様であるので説明を省略する。
　ステップＳ１４で、カソードＣＡへの検査ガス供給後において、圧力計９を用いて、カソードＣＡの圧力Ｐが導出される。
　次に、ステップＳ１５で、ステップＳ１４の圧力Ｐが閾値Ｂ（Ｐｓ）以下であるか否かが判定される。
　ステップＳ１５において、図８の点線で示すように、ステップＳ１４の圧力Ｐが閾値Ｂ（Ｐｓ）以下である場合（ステップＳ１５で「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ１６で、電解質膜１１の破損が存在すると判定される。
　ステップＳ１５において、ステップＳ１４の圧力Ｐが閾値Ｂ（Ｐｓ）以下でない場合（ステップＳ１５で「ＮＯ」の場合）、ステップＳ１７で、電解質膜１１の破損が存在しないと判定される。
　上記の電気化学式水素ポンプ１Ａの検査は例示であって、本例に限定されない。例えば、上記では、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時に、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われているが、圧縮装置１００の圧縮運転の起動時に、かかる検査が行われてもよい。
　電解質膜１１が破損した異常時における、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力Ｐは、電解質膜１１が破損していない正常時における上記カソードＣＡの圧力Ｐに比べて小さくなりやすい。よって、本実施形態の圧縮装置１００は、閾値Ｂ（Ｐｓ）を所望の値に設定することで、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードの圧力Ｐと閾値Ｂ（Ｐｓ）との比較に基づいて、電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を適切に判定することができる。
　本実施形態の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例、第２実施形態および第２実施形態の変形例のいずれかの圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第１変形例）
　本変形例の圧縮装置１００は、以下に説明する制御器５０の制御内容以外は、第３実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　制御器５０は、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力低下の速さが閾値Ｃ以上であると異常と判定する。つまり、「閾値Ｃ」は、本開示の「第４の閾値」の一例に対応する。ここで、「カソードＣＡの圧力低下の速さ」は、例えば、カソードＣＡに検査ガスを供給後の単位時間（Δｔ）におけるカソードＣＡの圧力（Ｐ）の低下速度（ΔＰ／Δｔ）で表すことができる。よって、本変形例では、「カソードＣＡの圧力低下の速さ」を上記変化量（ΔＰ／Δｔ）で表す場合について、説明する。
　なお、図８の閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）は、電解質膜１１の破損の存否を知るために適宜、設定された基準値であって、例えば、電解質膜１１が破損していない正常時における圧力計９の測定値から決定することができる。制御器５０の詳細な構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　図９は、第３実施形態の第１変形例の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。図９に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、本動作を制御器５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器５０により動作を制御する場合について説明する。
　ステップＳ２１で、圧縮装置１００の圧縮運転が停止すると（ステップＳ２１で「ＹＥＳ」の場合）、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時において、以下に説明する電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる。なお、ステップＳ２２およびステップＳ２３はそれぞれ、図３のステップＳ２およびステップＳ３のそれぞれと同様であるので説明を省略する。
　ステップＳ２４で、カソードＣＡへの検査ガス供給後において、圧力計９を用いて、カソードＣＡの圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）が導出される。
　次に、ステップＳ２５で、ステップＳ２４の圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）が閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）以上であるか否かが判定される。
　ステップＳ２５において、図８の点線で示すように、ステップＳ２４の圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）が閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）以上である場合（ステップＳ２５で「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ２６で、電解質膜１１の破損が存在すると判定される。
　ステップＳ２５において、ステップＳ２４の圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）が閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）以上でない場合（ステップＳ２５で「ＮＯ」の場合）、ステップＳ２７で、電解質膜１１の破損が存在しないと判定される。
　上記の電気化学式水素ポンプ１Ａの検査は例示であって、本例に限定されない。例えば、上記では、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時に、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われているが、圧縮装置１００の圧縮運転の起動時に、かかる検査が行われてもよい。
　電解質膜１１が破損した異常時における、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）は、電解質膜１１が破損していない正常時における上記カソードＣＡの圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）に比べて大きくなりやすい。よって、本実施形態の圧縮装置１００は、閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）を所望の値に設定することで、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下の速さ（ΔＰ／Δｔ）と閾値Ｃ（ΔＰｓ／Δｔ）との比較に基づいて、電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を適切に判定することができる。
　本実施形態の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第３実施形態のいずれかの圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第２変形例）
　本変形例の圧縮装置１００は、以下に説明する制御器５０の制御内容以外は、第３実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　制御器５０は、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力低下が閾値Ｄ以上であると異常と判定する。つまり、「閾値Ｄ」は、本開示の「第３の閾値」の一例に対応する。ここで、「カソードＣＡの圧力低下」は、例えば、カソードＣＡに検査ガスを供給完了後の所定時間（Δｔ）におけるカソードＣＡの圧力（Ｐ）の差分（ΔＰ）で表すことができる。よって、本変形例では、「カソードＣＡの圧力低下」を上記変化量（ΔＰ）で表す場合について、説明する。
　なお、図８の閾値Ｄ（ΔＰｓ）は、電解質膜１１の破損の存否を知るために適宜、設定された基準値であって、例えば、電解質膜１１が破損していない正常時における圧力計９の測定値から決定することができる。制御器５０の詳細な構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　図１０は、第３実施形態の第２変形例の圧縮装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１０に示された動作は、例えば、制御器５０の演算回路が、制御器５０の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、本動作を制御器５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器５０により動作を制御する場合について説明する。
　ステップＳ３１で、圧縮装置１００の圧縮運転が停止すると（ステップＳ３１で「ＹＥＳ」の場合）、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時において、以下に説明する電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる。なお、ステップＳ３２およびステップＳ３３はそれぞれ、図３のステップＳ２およびステップＳ３のそれぞれと同様であるので説明を省略する。
　ステップＳ４０で、所定時間（Δｔ）が経過したか否かが判定される。
　ステップＳ４０において、所定時間（Δｔ）が経過していない場合（ステップＳ４０で「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ４０の動作が再実行される。
　ステップＳ４０において、所定時間（Δｔ）が経過した場合（ステップＳ４０で「Ｙｅｓ」の場合）、次のステップに進み、ステップＳ３４で、圧力計９を用いて、カソードＣＡに検査ガス供給完了後の所定時間（Δｔ）におけるカソードＣＡの圧力低下（ΔＰ）が導出される。具体的には、ステップＳ３３でカソード（ＣＡ）への検査ガスの供給を停止した直後の圧力とステップＳ４０でステップＳ３３から所定時間（Δｔ）経過した後の圧力との差分が圧力低下の値（ΔＰ）となる。
　次に、ステップＳ３５で、ステップＳ３４の圧力低下（ΔＰ）が閾値Ｄ（ΔＰｓ）以上であるか否かが判定される。
　ステップＳ３５において、図８の点線で示すように、ステップＳ３４の圧力低下（ΔＰ）が閾値Ｄ（ΔＰｓ）以上である場合（ステップＳ３５で「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ３６で、電解質膜１１の破損が存在すると判定される。
　ステップＳ３５において、ステップＳ３４の圧力低下（ΔＰ）が閾値Ｄ（ΔＰｓ）以上でない場合（ステップＳ３５で「ＮＯ」の場合）、ステップＳ３７で、電解質膜１１の破損が存在しないと判定される。
　上記の電気化学式水素ポンプ１Ａの検査は例示であって、本例に限定されない。例えば、上記では、圧縮装置１００の圧縮運転の停止時に、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われているが、圧縮装置１００の圧縮運転の起動時に、かかる検査が行われてもよい。
　電解質膜１１が破損した異常時における、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードＣＡの圧力低下（ΔＰ）は、電解質膜１１が破損していない正常時における上記カソードＣＡの圧力低下（ΔＰ）に比べて大きくなりやすい。よって、本実施形態の圧縮装置１００は、閾値Ｄ（ΔＰｓ）を所望の値に設定することで、カソードＣＡに検査ガスを供給後のカソードの圧力低下（ΔＰ）と閾値Ｄ（ΔＰｓ）との比較に基づいて、電気化学式水素ポンプ１Ａの異常を適切に判定することができる。
　本実施形態の圧縮装置１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第３実施形態および第３実施形態の第１変形例のいずれかの圧縮装置１００と同様であってもよい。
　（第４実施形態）
　本実施形態の圧縮装置１００は、以下に説明する電気化学セル１Ｂの製造方法以外は、第１実施形態の圧縮装置１００と同様である。
　図１１は、第４実施形態の圧縮装置の製造方法を説明するための図である。
　本実施形態の圧縮装置１００では、圧縮装置１００の工場出荷前の製造工程において、以下の如く、電気化学式水素ポンプ１Ａの検査が行われる。
　まず、電解質膜１１、電解質膜１１の一方の主面にアノードＡＮ、および電解質膜１１の他方の主面にカソードＣＡを備える電気化学セル１Ｂを積層して積層体を作製する。なお、図１０では、単一の電気化学セル１Ｂのみが示されているが、上記積層体は、約１０～２００個程度の電気化学セル１Ｂを含むことが多い。
　次に、カソードＣＡに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後のアノードＡＮの出口のガス流量またはカソードＣＡの圧力に基づき異常を判定する。このとき、積層体における異常を判定するための制御器は、圧縮装置１００の外部に設けられた外部機器である。ただし、この制御器は、圧縮装置１００に内蔵されていてもよい。制御器の詳細な構成およびこの制御器により実行される電気化学式水素ポンプの検査は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　本実施形態の圧縮装置１００の製造方法が奏する作用効果は、第１実施形態の圧縮装置１００が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。
　本実施形態の圧縮装置１００の製造方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第３実施形態および第３実施形態の第１変形例－第２変形例のいずれかと同様であってもよい。
　なお、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第２実施例、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第３実施形態、第３実施形態の第１変形例－第２変形例および第４実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。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。
　本開示の一態様は、従来よりも適切に圧縮機の異常が判定され得る圧縮装置、圧縮装置の運転方法および圧縮装置の製造方法に利用することができる。
１　　　：圧縮機
１Ａ　　：電気化学式水素ポンプ
１Ｂ　　：電気化学セル
５　　　：検査ガス供給路
５Ａ　　：検査ガス供給路
５Ｂ　　：第２弁
６　　　：アノード排出路
７　　　：水素含有ガス供給器
８　　　：アノード供給路
８Ａ　　：アノード供給路
８Ｂ　　：第１弁
９　　　：圧力計
１１　　：電解質膜
２２　　：アノード触媒層
２３　　：カソード触媒層
２４　　：アノードガス拡散層
２５　　：カソードガス拡散層
５０　　：制御器
１００　：圧縮装置
Ａ　　　：閾値
ＡＮ　　：アノード
Ｂ　　　：閾値
ＢＲ　　：分岐箇所
Ｃ　　　：閾値
ＣＡ　　：カソード
Ｄ　　　：閾値
Ｌ　　　：ガス流量
Ｐ　　　：圧力

Claims (10)

  1. 　アノードおよび前記アノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元、または水の電気分解により前記カソードで圧縮水素を生成する圧縮機と、
    　起動時または停止時に、検査ガス供給器より前記カソードに検査ガスを供給した後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する制御器と、を備える圧縮装置。
  2. 　検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧よりも高い請求項１に記載の圧縮装置。
  3. 　検査ガス供給器からの検査ガスの供給圧は、圧縮水素の生成動作時におけるアノード流体の供給圧の上限値よりも高い、請求項１または２に記載の圧縮装置。
  4. 　前記カソードに含まれるカソードガス拡散層の曲げ剛性が、前記アノードに含まれるアノードガス拡散層の曲げ剛性よりも低い請求項１－３のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  5. 　前記制御器は、前記カソードに検査ガスを供給後の前記アノードの出口のガス流量が、第１の閾値以上であると異常と判定する請求項１－４のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  6. 　前記制御器は、前記カソードに検査ガスを供給後の前記カソードの圧力が第２の閾値以下であると異常と判定する請求項１－５のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  7. 　前記制御器は、前記カソードに検査ガスを供給後の前記カソードの圧力低下が第３の閾値以上であると異常と判定する請求項１－６のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  8. 　前記制御器は、前記カソードに検査ガスを供給後の前記カソードの圧力低下の速さが第４の閾値以上であると異常と判定する請求項１－７のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  9. 　アノードおよび前記アノードよりも曲げ剛性の低いカソード間に電圧を印加して生じた水素の酸化還元または水の電気分解により前記カソードで圧縮水素を生成し、
    　起動時または停止時に、前記カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する圧縮装置の運転方法。
  10. 　電解質膜、前記電解質膜の一方の主面にアノード、および前記電解質膜の他方の主面にカソードを備える電気化学セルを積層して積層体を作製し、
    　前記カソードに検査ガスを供給し、検査ガスの供給後の前記アノードの出口のガス流量または前記カソードの圧力に基づき異常を判定する圧縮装置の製造方法。
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