CN110670088A - 电化学式氢气泵 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种电化学式氢气泵，包含：具备电解质膜、阳极催化剂层、阴极催化剂层、阳极气体扩散层、阳极隔板、阴极气体扩散层和阴极隔板的氢气泵单元；设置在至少三个层叠的氢气泵单元的层叠方向两端的第1端板和第2端板；将第1端板与第2端板紧固，将氢气泵单元在层叠方向上压缩的紧固件；向阳极催化剂层与阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器。通过施加电压，被供给到阳极催化剂层的含氢气的气体中的氢气向阴极催化剂层移动并升压。用于使从至少三个层叠的氢气泵单元的阴极气体扩散层流出的阴极气体流动的阴极气体流路是连通的。位于两端中至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的因紧固件的紧固而被压缩的厚度比没有位于两端的更大。

Description

电化学式氢气泵

技术领域

本公开涉及电化学式氢气泵。

背景技术

近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢气作为代替化石燃料的清洁能源受到关注。氢气即使燃烧基本上也只释放水，几乎不会排出导致全球变暖的二氧化碳和氮氧化物等，因此作为清洁能源备受期待。另外，作为高效利用氢气作为燃料的装置，例如有燃料电池，在汽车用电源用途、家庭用发电用途上，燃料电池的开发和普及正在开展。

在即将到来的氢气社会中，不仅需要制造氢气，还需要开发能够以高密度储存氢气、以小容量且低成本进行运输或利用的技术。特别是为了促进作为分散型能源的燃料电池的普及，需要配置氢气供给基础设施。另外，为了稳定地供给氢气，已提出对高纯度的氢气进行制造、提纯、高密度储存的各种技术方案。

例如，专利文献1公开了一种高压氢气制造装置，其在利用端板夹持固体高分子电解质膜、供电体和隔板的层叠体的状态下，通过贯穿端板的紧固螺栓来固定层叠体。该高压氢气制造装置中，在高压侧的阴极供电体与低压侧的阳极供电体之间产生预定压力以上的压差时，固体高分子电解质膜和低压侧的阳极供电体会发生变形。从而使高压侧的阴极供电体与固体高分子电解质膜之间的接触电阻增加。

因此，专利文献1的高压氢气制造装置设有即使固体高分子电解质膜和低压侧的阳极供电体发生变形，也能够将高压侧的阴极供电体紧密按压在固体高分子电解质膜上的碟形弹簧、线圈弹簧等按压单元。由此，能够抑制高压侧的阴极供电体与固体高分子电解质膜之间的接触电阻的增加。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2006-70322号公报

发明内容

但是，以往的例子中，对于阴极的气体压力成为高压的情况下的阴极隔板与阴极之间的接触电阻的增加没有充分研究。

本公开的一技术方案(aspect)是鉴于这样的情况而完成的，提供一种与以往相比，能够简单且适当地抑制构成氢气泵单元的构件之间的接触电阻的增加的电化学式氢气泵。

为解决上述课题，本公开的一技术方案涉及的电化学式氢气泵，具备氢气泵单元、第1端板和第2端板、紧固件、以及电压施加器，所述氢气泵单元具备：电解质膜；设置于所述电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；设置于所述电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；设置于所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置于所述阳极气体扩散层上的阳极隔板；设置于所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及设置于所述阴极气体扩散层上的阴极隔板，所述第1端板和第2端板设置在至少三个层叠的所述氢气泵单元的层叠方向的两端上，所述紧固件将所述第1端板与所述第2端板紧固，将所述氢气泵单元在层叠方向上压缩，所述电压施加器向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压，通过所述电压施加器施加电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，用于使从至少三个层叠的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层流出的阴极气体流动的阴极气体流路是连通的，位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度，比没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

本公开的一技术方案涉及的电化学式氢气泵，与以往相比，能够简单且适当地抑制构成氢气泵单元的构件之间的接触电阻的增加。

附图说明

图1A是表示电化学式氢气泵的一例的图。

图1B是表示电化学式氢气泵的一例的图。

图2A是表示第1实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

图2B是图2A的B部分的放大图。

图3A是表示第1实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

图3B是图3A的B部分的放大图。

图4是表示第1实施方式的第1实施例的电化学式氢气泵的一例的图。

图5是表示第1实施方式的第2实施例的电化学式氢气泵的一例的图。

图6A是表示第1实施方式的第1变形例的电化学式氢气泵的一例的图。

图6B是表示第1实施方式的第1变形例的电化学式氢气泵的一例的图。

图7是表示第2实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

图8是表示第3实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

附图标记说明

11：电解质膜

12：阴极催化剂层

13：阳极催化剂层

14：阴极气体扩散层

14D：阴极气体扩散层

14M：阴极气体扩散层

14U：阴极气体扩散层

15：阳极气体扩散层

16：阴极隔板

16D：阴极隔板

16M：阴极隔板

16U：阴极隔板

17：阳极隔板

17D：阳极隔板

21：绝缘体

22A：阳极供电板

22C：阴极供电板

23A：阳极绝缘板

23C：阴极绝缘板

24A：阳极端板

24C：阴极端板

25：紧固件

26：阴极气体导出路径

27：阳极气体导入歧管

29：阳极气体导入路径

30：阳极气体导出歧管

31：阳极气体导出路径

32：阴极气体流路

33：阳极气体流路

34：阴极气体通过路径

35：第1阳极气体通过路径

36：第2阳极气体通过路径

40：密封件

42：密封件

43：密封件

50：阴极气体导出歧管

51：阴极气体供给路径

52：阴极气体供给路径

60：第一空间

61：第二空间

70：凸部

100：氢气泵单元

100D：氢气泵单元

100M：氢气泵单元

100U：氢气泵单元

102：电压施加器

200：电化学式氢气泵

AN：阳极

CA：阴极

具体实施方式

专利文献1的高压氢气制造装置，通过贯穿端板的紧固螺栓来固定层叠体，在层叠方向进行压缩。但是，本发明人进行了认真研究，结果发现由于阴极的气体压力为高压，因此阴极隔板会向与其接近的端板侧膨胀变形，与此相伴，端板也向与层叠体侧相反的方向即外侧膨胀变形。另外，上述层叠体为多个时，在多个层叠体中，位于层叠方向端部的隔板会向接近的端板侧变形。与该变形相伴，端板也会与上述同样地发生变形。

伴随阴极隔板的上述变形，会在阴极隔板与阴极供电体之间产生比专利文献1的0020段记载的间隙更大的间隙，为了填补该间隙，将阴极供电体与阴极隔板电连接的碟形弹簧的距离变长，碟形弹簧的电阻增加。

这不限于专利文献1的高压氢气制造装置，在本申请人提出的在先申请涉及的电化学式氢气泵中也同样会发生。

例如图1A所示，提出了以下述方式配设的结构：阴极气体扩散层114被收纳在阴极隔板116的凹部，并且在电解质膜111、阴极催化剂层112、阳极催化剂层113、阴极气体扩散层114和阳极气体扩散层115的层叠体500的固定之前，阴极气体扩散层114从凹部向其厚度方向伸出预定的大小E。

此时，如图1B所示，在层叠体500的固定时，使阴极气体扩散层114以伸出量的程度在厚度方向上发生弹性变形。

在该电化学式氢气泵工作时，当层叠体500的阴极气体扩散层114的气体压力成为高压时，气体不会穿过电解质膜111，因此阳极气体扩散层115、阳极催化剂层113和电解质膜111受到高压。由此，阳极气体扩散层115、阳极催化剂层113和电解质膜111分别发生压缩变形。但是，此时阴极气体扩散层114在从通过紧固件进行压缩后的厚度ΔT恢复成压缩前的厚度T的方向上发生弹性变形，由此能够适当地维持阴极催化剂层112与阴极气体扩散层114之间的接触。

但是，如上所述，当阴极的气体压力成为高压时，阴极隔板116会向与其接近的未图示的端板侧(外侧)膨胀变形，因此在阴极隔板116的凹部的底面与阴极气体扩散层114之间容易产生间隙。于是，两者之间的接触电阻有可能增加。其结果，由于电压施加器施加的电压增加，有可能使电化学式氢气泵的运行效率降低。

因此，本发明人为了确保阴极隔板116与阴极气体扩散层114的电接触，想到了考虑阴极隔板116的变形量，进一步增大阴极气体扩散层114的伸出量E，从而完成以下的本公开的一技术方案。

再者，该问题不限于上述申请人的在先申请的例子，在没有设置凹部的阴极隔板的平面上设有阴极气体扩散层的情况下也会同样地发生。

即、本公开的第1技术方案涉及的电化学式氢气泵，具备氢气泵单元、第1端板和第2端板、紧固件、以及电压施加器，

氢气泵单元具备：电解质膜；设置于电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；设置于电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；设置于阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置于阳极气体扩散层上的阳极隔板；设置于阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及设置于阴极气体扩散层上的阴极隔板，

第1端板和第2端板设置在至少三个层叠的氢气泵单元的层叠方向的两端上，

紧固件将第1端板与第2端板紧固，将氢气泵单元在层叠方向上压缩，

电压施加器向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压，

通过所述电压施加器施加电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，

用于使从至少三个层叠的氢气泵单元的阴极气体扩散层流出的阴极气体流动的阴极气体流路是连通的，

位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学式氢气泵与以往相比，能够简单且适当地抑制构成氢气泵单元的构件之间的接触电阻的增加。

具体而言，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元中，当阴极气体扩散层的气压成为高压时，氢气泵单元的隔板会向端板侧(外侧)膨胀变形。

例如，当阴极气体扩散层的气压成为高压时，与阴极端板接近的氢气泵单元的阴极隔板会向阴极端板侧(外侧)膨胀变形。于是，在该氢气泵单元中，容易在阴极隔板与阴极气体扩散层之间产生间隙。

另外，例如当阴极气体扩散层的气压成为高压时，与阳极端板接近的氢气泵单元的阳极隔板会受到来自阳极气体扩散层的压力，因此向阳极端板侧(外侧)膨胀变形。于是，在该氢气泵单元中，容易在阴极气体扩散层与电解质膜(阴极催化剂层)之间产生间隙。

但是，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元(以下有时简称为中间部的氢气泵单元)的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

由此，即使阴极隔板向阴极端板侧(外侧)膨胀变形，与阴极端板接近的氢气泵单元的阴极气体扩散层也能够跟随阴极隔板的变形，在从通过紧固件进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上弹性变形。从而，本技术方案涉及的电化学式氢气泵能够降低在阴极隔板与阴极气体扩散层之间产生间隙的可能性。其结果，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，在上述氢气泵单元中能够简单且适当地抑制阴极隔板与阴极气体扩散层之间的接触电阻的增加。

另外，即使阳极隔板向阳极端板侧(外侧)膨胀变形，与阳极端板接近的氢气泵单元的阴极气体扩散层也能够跟随阳极隔板的变形，在从通过紧固件进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上弹性变形。从而，本技术方案涉及的电化学式氢气泵能够降低在阴极气体扩散层与电解质膜之间产生间隙的可能性。其结果，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，在上述氢气泵单元中能够简单且适当地抑制阴极气体扩散层与电解质膜之间的接触电阻的增加。

另外，本技术方案涉及的电化学式氢气泵中，用于使从氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层流出的阴极气体流动的阴极气体流路是连通的。由此，在中间部的氢气泵单元中，通过氢气泵单元的两侧的氢气泵单元的高压的含氢气的气体，抑制构成氢气泵单元的构件的变形。从而，即使在中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度小的情况下，也难以在构成氢气泵单元的构件之间产生间隙。也就是说，在中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层中，即使从通过紧固件进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上的弹性变形量小于位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的弹性变形量，也能够降低在构成氢气泵单元的构件之间产生间隙的可能性。另外，本技术方案涉及的电化学式氢气泵中，与将中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度设为与两端部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度相同的情况相比，中间部的氢气泵单元的氢气泵单元的厚度方向的电阻减小。因此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，与将中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度设为与两端部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度相同的情况相比，发热量减小。另外，将弹性模量相同的阴极气体扩散层用于两端部和中间部的氢气泵单元的情况下，本技术方案涉及的电化学式氢气泵中，中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层比两端部的氢气泵单元的阴极气体扩散层更薄，氢气泵单元自身也更薄。因此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，与将中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度设为与两端部的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度相同的情况相比，能够谋求氢气泵整体的薄型化、轻量化。

根据以上，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，能够简单且适当地抑制构成中间部的氢气泵单元的构件之间的接触电阻的增加。

本公开的第2技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：在利用紧固件进行紧固之前，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度，大于没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度。

本公开的第3技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：阴极隔板设有用于设置阴极气体扩散层的凹部，在利用紧固件进行紧固之前，从位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极隔板的凹部突出的阴极气体扩散层的厚度，大于从没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元的阴极隔板的凹部突出的阴极气体扩散层的厚度。

根据以上的技术构成，本技术方案涉及的电化学式氢气泵中，能够使位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层通过紧固件的紧固而被压缩的厚度适当大于中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层通过紧固件的紧固而被压缩的厚度。

本公开的第4技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第3技术方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极隔板的凹部的深度，小于没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元的阴极隔板的凹部的深度。

根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，即使在氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度相同的情况下，也能够使位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层通过紧固件的紧固而被压缩的厚度适当大于中间部的氢气泵单元的阴极气体扩散层通过紧固件的紧固而被压缩的厚度。

本公开的第5技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案～第4技术方案中的任一方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：在位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的阴极隔板侧的主面设有凸部。

如上所述，当与阴极端板接近的氢气泵单元的阴极气体扩散层的气压成为高压时，该氢气泵单元的阴极隔板会向阴极端板侧(外侧)膨胀变形。于是，阴极气体扩散层侧的阴极隔板的主面通过高压的含氢气的气体而以中央部的变形量大于端部的变形量的方式变形。也就是说，阴极隔板的主面通过高压的含氢气的气体而以圆顶状变形。

再者，该现象在设有用于设置阴极气体扩散层的凹部的阴极隔板和没有设置这样的凹部的阴极隔板的任一形态下都会发生。

因此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵被构成为：通过在阴极气体扩散层的阴极隔板侧的主面设置凸部，阴极气体扩散层的主面容易与通过高压的含氢气的气体而以圆顶状变形的阴极隔板的主面贴合。由此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，与没有在阴极气体扩散层的主面设置凸部的情况相比，能够降低在阴极隔板与阴极气体扩散层之间产生间隙的可能性。

阴极气体扩散层的厚度方向的电阻与阴极气体扩散层的厚度成正比。另外，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比中间部的氢气泵单元的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大。由此，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻，比中间部的氢气泵单元的厚度方向的电阻更容易伴随紧固件的紧固而降低。

本公开的第6技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案～第5技术方案中的任一方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：在利用紧固件进行紧固之前，位于层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻，大于没有位于层叠的氢气泵单元的两端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻。

根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，在利用紧固件进行紧固时，能够容易使氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻均匀化。

也就是说，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，能够利用在通过紧固件进行紧固之前的氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻的不均匀性，抵消伴随紧固件的紧固而产生的氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻降低的参差变动。由此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，与在通过紧固件进行紧固之前氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻均等的情况相比，能够使通过紧固件进行紧固时的氢气泵单元的各自的阴极气体扩散层的厚度方向的电阻更均匀化。

本公开的第7技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案～第6技术方案中的任一方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：在第1端板与层叠的氢气泵单元之中位于第1端板侧这一端的氢气泵单元之间，设有用于存储从阴极气体流路排出的含氢气的气体的第一空间，层叠的氢气泵单元之中位于第2端板侧这一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比层叠的氢气泵单元之中位于第1端板侧这一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

在层叠的氢气泵单元之中位于第1端板侧这一端的氢气泵单元(以下称为第1端板侧的氢气泵单元)与第1端板之间设置的第一空间的含氢气的气体压力是与氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力大致相等的高压。由此，通过第一空间内的含氢气的气体而赋予第1端板侧的氢气泵单元的隔板的载荷，发挥抑制由于阴极内的含氢气的气体压力而引起的隔板的变形(挠曲)的作用。

与此相对，在层叠的氢气泵单元之中位于第2端板侧这一端的氢气泵单元(以下称为第2端板侧的氢气泵单元)与第2端板之间，不存在用于存储与氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力大致相等的高压的氢气的空间。因此，第2端板侧的氢气泵单元的隔板没有被赋予能够抑制由于阴极内的含氢气的气体压力而引起的隔板的变形(挠曲)的载荷。也就是说，第2端板侧的氢气泵单元，比第1端板侧的氢气泵单元容易通过氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力而在构成氢气泵单元的构件之间产生间隙。

因此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，第2端板侧的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比第1端板侧的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大，由此能够降低在构成第2端板侧的氢气泵单元的构件之间产生间隙的可能性。

本公开的第8技术方案涉及的电化学式氢气泵，在第1技术方案～第6技术方案中的任一方案涉及的电化学式氢气泵的基础上可以设为：在第2端板与层叠的氢气泵单元之中位于第2端板侧这一端的氢气泵单元之间，设有用于存储从阴极气体流路排出的含氢气的气体的第二空间，层叠的氢气泵单元之中位于第1端板侧这一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比层叠的氢气泵单元之中位于第2端板侧这一端的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

在第2端板侧的氢气泵单元与第2端板之间设置的第二空间的含氢气的气体压力是与氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力大致相等的高压。由此，通过第二空间内的含氢气的气体而赋予第2端板侧的氢气泵单元的隔板的载荷，发挥抑制由于阴极内的含氢气的气体压力而引起的隔板的变形(挠曲)的作用。

与此相对，在第1端板侧的氢气泵单元与第1端板之间不存在用于存储与氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力大致相等的高压的氢气的空间。因此，第1端板侧的氢气泵单元的隔板没有被赋予能够抑制由于阴极内的含氢气的气体压力而引起的隔板的变形(挠曲)的载荷。也就是说，第1端板侧的氢气泵单元，比第2端板侧的氢气泵单元容易通过氢气泵单元的阴极内的含氢气的气体压力而在构成氢气泵单元的构件之间产生间隙。

因此，本技术方案涉及的电化学式氢气泵，第1端板侧的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度，比第2端板侧的氢气泵单元的阴极气体扩散层的通过紧固件的紧固而被压缩的厚度大，由此能够降低在构成第1端板侧的氢气泵单元的构件之间产生间隙的可能性。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。再者，以下说明的实施方式都仅表示上述各技术方案的一例。因此，以下所示的形状、材料、构成要素以及构成要素的配置位置和连接方式等都只是一例，只要权利要求中没有记载，就不限定上述各技术方案。另外，关于以下的构成要素之中没有记载于表示上述各技术方案的最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。另外，对于附图中附带相同标记的部位和构件，有时会省略说明。附图中为了便于理解，示意性地表示出各个构成要素，关于形状和尺寸比例等有时并不是准确地表示。

(第1实施方式)

[装置结构]

图2A和图3A是表示第1实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。图2B是图2A的B部分的放大图。图3B是图3A的B部分的放大图。

图2A中示出包含在平面图中穿过电化学式氢气泵200的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线的电化学式氢气泵200的垂直截面。另外，图3A中示出包含在平面图中穿过电化学式氢气泵200的中心、阳极气体导入歧管27的中心和阳极气体导出歧管30的中心的直线的电化学式氢气泵200的垂直截面。

再者，图2A和图3A中，如图所示，示出了“上”和“下”(图7和图8中也同样)。但这些图中的“上”和“下”只是为了便于说明而附加的，电化学式氢气泵200相对于重力作用方向可以配置为任意朝向。

图2A和图3B所示的例子中，电化学式氢气泵200具备至少三个氢气泵单元100。

再者，图2A和图3B的电化学式氢气泵200，层叠有3个氢气泵单元100U、100M、100D，但氢气泵单元100的个数不限定于此。也就是说，氢气泵单元100的个数可以根据电化学式氢气泵200升压的氢气量等运行条件而设定为适当的数量。

氢气泵单元100U、100M、100D分别具备电解质膜11、阳极AN、阴极CA、阴极隔板16、阳极隔板17和绝缘体21。

阳极AN设置在电解质膜11的一侧主面上。阳极AN是包含阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15的电极。再者，以在平面图中包围阳极催化剂层13的周围的方式设置环状的密封件43，通过密封件43将阳极催化剂层13适当密封。

阴极CA设置在电解质膜11的另一侧主面上。阴极CA是包含阴极催化剂层12和阴极气体扩散层14的电极。再者，以在平面图中包围阴极催化剂层12的周围的方式设置环状的密封件42，通过密封件42将阴极催化剂层12适当密封。

通过以上，电解质膜11以与阳极催化剂层13和阴极催化剂层12分别接触的方式，被阳极AN和阴极CA夹持。再者，将阴极CA、电解质膜11和阳极AN的层叠体称为膜-电极接合体(以下简称为MEA：Membrane Electrode Assembly)。

电解质膜11具备质子传导性。电解质膜11只要具备质子传导性，则可以是任意结构。例如，作为电解质膜11可举出氟系高分子电解质膜、烃系高分子电解质膜，但不限定于此。具体而言，例如作为电解质膜11可以使用Nafion(注册商标，杜邦公司制)、Aciplex(注册商标，旭化成株式会社制)等。

阳极催化剂层13设置在电解质膜11的一侧主面上。阳极催化剂层13中作为催化剂金属例如包含铂，但不限定于此。

阴极催化剂层12设置在电解质膜11的另一侧主面上。阴极催化剂层12中作为催化剂金属例如包含铂，但不限定于此。

作为阴极催化剂层12和阳极催化剂层13的催化剂载体，例如可举出炭黑、石墨等碳粉体、导电性的氧化物粉体等，但不限定于此。

再者，阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，催化剂金属的微粒高分散地担载于催化剂载体。另外，在这些阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，为了增大电极反应场，通常添加氢离子传导性的离聚物成分。

阳极气体扩散层15设置在阳极催化剂层13上。阳极气体扩散层15由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阳极气体扩散层15优选具备能够抑制在电化学式氢气泵200工作时由于阴极CA与阳极AN之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的高刚性。由此，阳极气体扩散层15的弹性模量比阴极气体扩散层14的弹性模量高。

作为阳极气体扩散层15的基材，例如可以使用将钛、钛合金、不锈钢等作为材料的金属纤维的烧结体、将它们作为材料的金属粉体的烧结体、膨胀金属、金属丝网、冲孔金属等。

阴极气体扩散层14设置在阴极催化剂层12上。阴极气体扩散层14由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阴极气体扩散层14优选具备能够在电化学式氢气泵200工作时适当跟随由于阴极与阳极之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的弹性。由此，阴极气体扩散层14的弹性模量比阳极气体扩散层15的弹性模量低。

作为阴极气体扩散层14的基材，例如可以使用将钛、钛合金、不锈钢等作为材料的金属纤维的烧结体、将它们作为材料的金属粉体的烧结体。另外，作为阴极气体扩散层14的基材也可以使用碳纸、碳布、碳毡等多孔性碳材料。另外，也可以使用将炭黑和PTFE等弹性体进行混炼、压延而得到的多孔性片材料等。

阳极隔板17是设置在阳极气体扩散层15上的构件。另外，阴极隔板16是设置在阴极气体扩散层14上的构件。具体而言，在阴极隔板16和阳极隔板17各自的中央部，设有用于分别设置阴极气体扩散层14和阳极气体扩散层15的凹部。也就是说，这些凹部各自分别收纳阴极气体扩散层14和阳极气体扩散层15。

像这样，通过利用阴极隔板16和阳极隔板17夹持上述MEA，形成氢气泵单元100。

在与阴极气体扩散层14接触的阴极隔板16的主面上，设有在平面图中例如包含多个U字状的弯折部分和多个直线部分的蜿蜒形状的阴极气体流路32。并且，阴极气体流路32的直线部分在图2A中与纸面垂直的方向(图3A中与纸面平行的方向)上延伸。但这样的阴极气体流路32只是例示，不限定于本例。例如，阴极气体流路也可以由多个直线状的流路构成。

在与阳极气体扩散层15接触的阳极隔板17的主面上，设有在平面图中例如包含多个U字状的弯折部分和多个直线部分的蜿蜒形状的阳极气体流路33。并且，阳极气体流路33的直线部分在图3A中与纸面垂直的方向(图2A中与纸面平行的方向)上延伸。但这样的阳极气体流路33只是例示，不限定于本例。例如，阳极气体流路也可以由多个直线状的流路构成。

另外，在导电性的阴极隔板16与阳极隔板17之间，夹入以包围MEA的周围的方式设置的环状且平板状的绝缘体21。由此防止阴极隔板16与阳极隔板17的短路。

如图2A和图3A所示，电化学式氢气泵200具备设置在氢气泵单元100的层叠方向的两端上的第1端板(以下称为阴极端板24C)和第2端板(以下称为阳极端板24A)、以及用于将阴极端板24C和阳极端板24A紧固并将氢气泵单元100在层叠方向上压缩的紧固件25。

也就是说，阳极端板24A是设置于在氢气泵单元100层叠的层叠方向上位于一端的阳极隔板17D上的构件。阴极端板24C是设置于在氢气泵单元100层叠的层叠方向上位于另一端的阴极隔板16U上的构件。

紧固件25只要能够将阴极端板24C和阳极端板24A固定并将氢气泵单元100在层叠方向上压缩，则可以是任意结构。

例如，作为紧固件25，可举出螺栓和碟形弹簧螺母等。此时，紧固件25的螺栓可以构成为仅贯穿阳极端板24A和阴极端板24C，但在电化学式氢气泵200中，该螺栓贯穿分别构成氢气泵单元100U、100M、100D的构件、阴极供电板22C、阴极绝缘板23C、阳极供电板22A、阳极绝缘板23A、阳极端板24A和阴极端板24C。利用阴极端板24C和阳极端板24A，分别隔着阴极供电板22C和阴极绝缘板23C以及阳极供电板22A和阳极绝缘板23A，夹持在上述层叠方向上位于另一端的阴极隔板16U的端面和在上述层叠方向上位于另一端的阳极隔板17D的端面，通过紧固件25赋予氢气泵单元100期望的紧固压力。

通过以上，本实施方式的电化学式氢气泵200中，多段(图2A和图3A中为三个)氢气泵单元100在上述层叠方向上通过紧固件25的紧固压力而以层叠状态适当保持，并且紧固件25的螺栓贯穿构成电化学式氢气泵200的构件，因此能够适当抑制这些构件在面内方向上的移动。

本实施方式的电化学式氢气泵200中，用于使从氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14流出的阴极气体流动的阴极气体流路32是连通的。以下，参照附图对各阴极气体流路32连通的结构进行说明。

首先，如图2A所示，阴极气体导出歧管50通过设置于氢气泵单元100U、100M、100D各自的构件和阴极端板24C的贯穿孔以及设置于阳极端板24A的非贯穿孔的连接而构成。另外，在阴极端板24C设有阴极气体导出路径26。阴极气体导出路径26可以由用于使从阴极CA排出的含氢气的气体流通的配管构成。阴极气体导出路径26与上述阴极气体导出歧管50连通。

另外，阴极气体导出歧管50经由各阴极气体通过路径34而与氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体流路32的一端部连通。由此，从氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体流路32和阴极气体通过路径34中通过的含氢气的气体在阴极气体导出歧管50合流。合流后的含氢气的气体被导向阴极气体导出路径26。

像这样，氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体流路32，经由氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体通过路径34和阴极气体导出歧管50而连通。

在阴极隔板16与阳极隔板17之间、阴极隔板16U与阴极供电板22C之间、阳极隔板17D与阳极供电板22A之间，以在平面图中包围阴极气体导出歧管50的方式设有O型环等环状的密封件40，阴极气体导出歧管50被该密封件40适当地密封。

如图3A所示，在阳极端板24A设有阳极气体导入路径29。阳极气体导入路径29可以由用于使向阳极AN供给的含氢气的气体流通的配管构成。阳极气体导入路径29与筒状的阳极气体导入歧管27连通。再者，阳极气体导入歧管27通过设置于氢气泵单元100U、100M、100D各自的构件和阳极端板24A的贯穿孔的连接而构成。

另外，阳极气体导入歧管27经由各第1阳极气体通过路径35而与氢气泵单元100U、100M、100D各自的阳极气体流路33的一端部连通。由此，从阳极气体导入路径29供给到阳极气体导入歧管27的含氢气的气体，在氢气泵单元100U、100M、100D各自的第1阳极气体通过路径35中通过，分别向氢气泵单元100U、100M、100D分配。在所分配的含氢气的气体从阳极气体流路33中通过的期间，从阳极气体扩散层15向阳极催化剂层13供给含氢气的气体。

另外，如图3A所示，在阳极端板24A设有阳极气体导出路径31。阳极气体导出路径31可以由用于使从阳极AN排出的含氢气的气体流通的配管构成。阳极气体导出路径31与筒状的阳极气体导出歧管30连通。再者，阳极气体导出歧管30通过设置于氢气泵单元100U、100M、100D各自的构件和阳极端板24A的贯通孔的连接而构成。

另外，阳极气体导出歧管30经由各第2阳极气体通过路径36而与氢气泵单元100U、100M、100D各自的阳极气体流路33的另一端部连通。由此，从氢气泵单元100U、100M、100D各自的阳极气体流路33中通过的含氢气的气体，通过各第2阳极气体通过路径36向阳极气体导出歧管30供给并在此合流。合流后的含氢气的气体被导向阳极气体导出路径31。

在阴极隔板16与阳极隔板17之间、阴极隔板16U与阴极供电板22C之间、阳极隔板17D与阳极供电板22A之间，以在平面图中包围阳极气体导入歧管27和阳极气体导出歧管30的方式设有O型环等环状的密封件40，阳极气体导入歧管27和阳极气体导出歧管30被密封件40适当地密封。

如图2A和图3A所示，电化学式氢气泵200具备电压施加器102。

电压施加器102是向阳极AN与阴极CA之间施加电压的装置。具体而言，电压施加器102的高电位施加于导电性的阳极AN，电压施加器102的低电位施加于导电性的阴极CA。电压施加器102只要能够向阳极AN与阴极CA之间施加电压，则可以是任意结构。

电压施加器102例如可以是调整对阳极AN与阴极CA之间施加的电压的装置。此时，电压施加器102与电池、太阳能电池、燃料电池等直流电源连接时，具备DC/DC转换器，与商用电源等交流电源连接时，具备AC/DC转换器。

另外，电压施加器102例如可以是调整对阳极AN与阴极CA之间施加的电压、在阳极AN与阴极CA之间流动的电流，以使得向氢气泵单元100供给的电力成为预定的设定值的电力型电源。

再者，图2A和图3A所示的例子中，电压施加器102的低电位侧的端子与阴极供电板22C连接，电压施加器102的高电位侧的端子与阳极供电板22A连接。阴极供电板22C与在上述层叠方向上位于另一端的阴极隔板16U电接触，阳极供电板22A与在上述层叠方向上位于一端的阳极隔板17D电接触。

本实施方式的电化学式氢气泵200中，位于层叠的氢气泵单元100的两端中的至少一端的氢气泵单元100的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比没有位于层叠的氢气泵单元100的两端的氢气泵单元100的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度大。通过第1实施例和第2实施例，对该阴极气体扩散层14的具体结构进行说明。

再者，虽然省略了图示，但也可以构建具备上述电化学式氢气泵200的氢气供给系统。该情况下，可适当设置在氢气供给系统的氢气供给工作中所需的设备。

例如，可以在氢气供给系统中设置露点调整器(例如加湿器)，其用于调整通过阳极气体导出路径31而从阳极AN排出的高加湿状态的含氢气的气体与通过阳极气体导入路径29而从外部的氢气供给源供给的低加湿状态的含氢气的气体混合而成的混合气体的露点。此时，从外部的氢气供给源供给的含氢气的气体例如可以利用水电解装置生成。

另外，在氢气供给系统中，例如可以设置用于检测电化学式氢气泵200的温度的温度检测器、用于暂时储存从电化学式氢气泵200的阴极CA排出的含氢气的气体的氢气储存器、用于检测氢气储存器内的氢气压力的压力检测器等。

再者，上述电化学式氢气泵200的结构、以及氢气供给系统中的未图示的各种设备只是例示，并不限定于本例。

例如，可以采用不设置阳极气体导出歧管30和阳极气体导出路径31，而是将通过阳极气体导入歧管27向阳极AN供给的含氢气的气体全部在阴极CA升压的死端结构。

另外，含氢气的气体例如可以是氢气浓度约为100％的气体，也可以是氢气浓度小于100％的气体。

[工作]

以下，参照附图对电化学式氢气泵200的氢气升压工作的一例进行说明。

以下的工作，例如可以通过未图示的控制器的运算回路从控制器的存储回路中读取控制程序来执行。但并不是必须利用控制器执行以下的工作。也可以由操作员执行其中一部分的工作。

首先，向电化学式氢气泵200的阳极AN供给低压的含氢气的气体，并且电压施加器102的电压向电化学式氢气泵200供电。

于是，在阳极AN的阳极催化剂层13中，通过氧化反应使氢分子分离为氢离子(质子)和电子(式(1))。质子在电解质膜11内传导而向阴极催化剂层12移动。电子通过电压施加器102向阴极催化剂层12移动。

然后，在阴极催化剂层12中，通过还原反应再次生成氢分子(式(2))。再者，已知质子在电解质膜11中传导时，预定水量的水作为电渗透水与质子相伴地从阳极AN向阴极CA移动。

此时，利用未图示的流量调整器(例如设置于配管的背压阀、调整阀等)，使氢气导出路径(例如图2A的阴极气体导出路径26)的压力损失增加，由此能够将在阴极CA生成的氢气升压。

阳极：H₂(低压)→2H⁺+2e^-···(1)

阴极：2H⁺+2e^-→H₂(高压)···(2)

像这样，在电化学式氢气泵200中，通过利用电压施加器102施加电压，向阳极AN供给的含氢气的气体在阴极CA中被升压。由此，进行电化学式氢气泵200的氢气升压工作，在阴极CA被升压了的含氢气的气体例如暂时储存在未图示的氢气储存器中。另外，被氢气储存器储存的含氢气的气体适时地向氢气需求体供给。再者，作为氢气需求体，例如可举出利用含氢气的气体中的氢气发电的燃料电池等。

在此，以上的电化学式氢气泵200的氢气升压工作中，通过阴极CA的气体压力成为高压，使电解质膜11、阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15被挤压。于是，通过该挤压，电解质膜11、阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15分别被压缩。

此时，如果阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间的密合性低，则容易在两者之间产生间隙。在阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间产生间隙的情况下，两者之间的接触电阻增加。于是，通过由电压施加器102施加的电压增加，电化学式氢气泵200的运行效率有可能降低。

因此，阴极气体扩散层14被构成为在利用紧固件25将氢气泵单元100紧固之前，从阴极隔板16的凹部起在其厚度方向上伸出期望的伸出量。另外，阴极气体扩散层14在氢气泵单元100的紧固时，通过紧固件25的紧固力，以上述伸出量被压缩。

像这样，在电化学式氢气泵200工作时，即使电解质膜11、阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15分别压缩变形，在本实施方式的电化学式氢气泵200中，阴极气体扩散层14在从利用紧固件25进行压缩之后的厚度恢复成为压缩之前的原本的厚度的方向上弹性变形，由此能够适当维持阴极催化剂层12与阴极气体扩散层14之间的接触。

另外，本实施方式的电化学式氢气泵200，与以往相比能够简单且适当地抑制氢气泵单元100U的阴极隔板16与阴极气体扩散层14之间的接触电阻的增加。并且，本实施方式的电化学式氢气泵200，与以往相比能够简单且适当地抑制氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14与电解质膜11之间的接触电阻的增加。

具体而言，如果位于所层叠的氢气泵单元100的两端中的至少一端的氢气泵单元100(图2A和图3A中是与阴极供电板22C接触的上段的氢气泵单元100U或与阳极供电板22A接触的下段的氢气泵单元100D)的阴极气体扩散层14的气压成为高压，则该氢气泵单元100的隔板向端板侧(外侧)膨胀变形。

例如，如果氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14的气压成为高压，则氢气泵单元100U的阴极隔板16U向阴极端板24C侧(外侧)膨胀变形。于是，在该氢气泵单元100U中，容易在阴极隔板16U与阴极气体扩散层14之间产生间隙。

另外，例如如果氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14的气压成为高压，则氢气泵单元100D的阳极隔板17D会受到来自阳极气体扩散层15的压力，因此向阳极端板24A侧(外侧)膨胀变形。于是，在该氢气泵单元100D中，容易在阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)之间产生间隙。

但是，本实施方式的电化学式氢气泵200，氢气泵单元100U、100D的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比没有位于所层叠的氢气泵单元100的两端的氢气泵单元100(图2A和图3A中为中段的氢气泵单元100M)的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度大。

由此，即使氢气泵单元100U的阴极隔板16U向阴极端板24C侧(外侧)膨胀变形，该氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14也能够跟随阴极隔板16U的变形，在从通过紧固件25进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上弹性变形。从而，本实施方式的电化学式氢气泵200能够降低在阴极隔板16U与阴极气体扩散层14之间产生间隙的可能性。其结果，本实施方式的电化学式氢气泵200能够在氢气泵单元100U中简单且适当地抑制阴极隔板16U与阴极气体扩散层14之间的接触电阻的增加。

另外，即使氢气泵单元100D的阳极隔板17D向阳极端板24A侧(外侧)膨胀变形，该氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14也能够跟随阳极隔板17D的变形，在从通过紧固件25进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上弹性变形。从而，本实施方式的电化学式氢气泵200能够降低在阴极气体扩散层14与电解质膜11(阴极催化剂层12)之间产生间隙的可能性。其结果，本实施方式的电化学式氢气泵200能够在氢气泵单元100D中简单且适当地抑制阴极气体扩散层14与电解质膜11之间的接触电阻的增加。

另外，本实施方式的电化学式氢气泵200中，如上所述，用于使从氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14流出的阴极气体流动的阴极气体流路32是连通的。由此，在中段的氢气泵单元100M中，通过该氢气泵单元100M的两侧的氢气泵单元100U、100D的高压的含氢气的气体，抑制构成氢气泵单元100M的构件的变形。因此，即使在氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比氢气泵单元100U、100D的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度小的情况下，也难以在构成氢气泵单元100M的构件之间产生间隙。也就是说，即使氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14的从通过紧固件25进行压缩后的厚度恢复成压缩前的原本的厚度的方向上的弹性变形量小于氢气泵单元100U、100D的阴极气体扩散层14的弹性变形量，也能够降低在构成氢气泵单元100M的构件之间产生间隙的可能性。

通过以上，本实施方式的电化学式氢气泵200能够简单且适当地抑制构成中段的氢气泵单元100M的构件之间的接触电阻的增加。

(第1实施例)

图4是表示第1实施方式的第1实施例的电化学式氢气泵的一例的图。

图4(a)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从上段的氢气泵单元100U(参照图2A和图3A)的阴极隔板16U的凹部突出的阴极气体扩散层14U的状态。

图4(b)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从中段的氢气泵单元100M(参照图2A和图3A)的阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的状态。

图4(c)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从下段的氢气泵单元100D(参照图2A和图3A)的阴极隔板16D的凹部突出的阴极气体扩散层14D的状态。

本实施例的电化学式氢气泵200，如图4(a)和图4(b)所示，在通过紧固件25进行紧固之前，氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14U的厚度TU大于氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M的厚度TM。由此，该情况下，如果阴极隔板16U的凹部的深度与阴极隔板16M的凹部的深度相同，则在通过紧固件25进行紧固之前，从阴极隔板16U的凹部突出的阴极气体扩散层14U的厚度EU大于从阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的厚度EM。

另外，本实施例的电化学式氢气泵200，如图4(b)和图4(c)所示，在通过紧固件25进行紧固之前，氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14D的厚度TD大于氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M的厚度TM。由此，该情况下，如果阴极隔板16D的凹部的深度与阴极隔板16M的凹部的深度相同，则在通过紧固件25进行紧固之前，从阴极隔板16D的凹部突出的阴极气体扩散层14D的厚度ED大于从阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的厚度EM。

根据以上的技术构成，本实施例的电化学式氢气泵200，能够使氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14U通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度适当大于氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度。另外，能够使氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14D通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度适当大于氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度。

本实施例的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式的电化学式氢气泵200相同。

(第2实施例)

图5是表示第1实施方式的第2实施例的电化学式氢气泵的一例的图。

图5(a)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从上段的氢气泵单元100U(参照图2A和图3A)的阴极隔板16U的凹部突出的阴极气体扩散层14U的状态。

图5(b)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从中段的氢气泵单元100M(参照图2A和图3A)的阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的状态。

图5(c)中示出通过紧固件25进行紧固之前的从下段的氢气泵单元100D(参照图2A和图3A)的阴极隔板16D的凹部突出的阴极气体扩散层14D的状态。

本实施例的电化学式氢气泵200，如图5(a)和图5(b)所示，氢气泵单元100U的阴极隔板16U的凹部的深度ZU小于氢气泵单元100M的阴极隔板16M的凹部的深度ZM。由此，该情况下，如果通过紧固件25进行紧固之前的阴极气体扩散层14U的厚度TU与阴极气体扩散层14M的厚度TM相同，则在通过紧固件25进行紧固之前，从阴极隔板16U的凹部突出的阴极气体扩散层14U的厚度EU大于从氢气泵单元100M的阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的厚度EM。

另外，本实施例的电化学式氢气泵200，如图5(b)和图5(c)所示，氢气泵单元100D的阴极隔板16D的凹部的深度ZD小于氢气泵单元100M的阴极隔板16M的凹部的深度ZM。由此，该情况下，如果通过紧固件25进行紧固之前的阴极气体扩散层14D的厚度TD与阴极气体扩散层14M的厚度TM相同，则在通过紧固件25进行紧固之前，从阴极隔板16D的凹部突出的阴极气体扩散层14D的厚度ED大于从氢气泵单元100M的阴极隔板16M的凹部突出的阴极气体扩散层14M的厚度EM。

根据以上的技术构成，本实施例的电化学式氢气泵200，即使在氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14U的厚度TU与氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M的厚度TM相同的情况下，也能够使阴极气体扩散层14U通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度适当大于阴极气体扩散层14M通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度。另外，即使在氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14D的厚度TD与氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14M的厚度TM相同的情况下，也能够使阴极气体扩散层14D通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度适当大于阴极气体扩散层14M通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度。

本实施例的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式或第1实施方式的第1实施例的电化学式氢气泵200相同。

(第1变形例)

本变形例的电化学式氢气泵200，除了在位于所层叠的氢气泵单元100的两端中的至少一端的氢气泵单元100的阴极气体扩散层14的阴极隔板16侧的主面设有凸部以外，与第1实施方式和第1实施方式的第1实施例～第2实施例的任一电化学式氢气泵200相同。

图6A和图6B是表示第1实施方式的第1变形例的电化学式氢气泵的一例的图。

如上所述，如果与阴极端板24C接近的上段的氢气泵单元100U的阴极气体扩散层114U的气体压力成为高压，则该阴极隔板16U向阴极端板24C侧(外侧)膨胀变形。于是，阴极气体扩散层14U侧的阴极隔板16U的主面S，通过高压的含氢气的气体，以中央部的变形量大于端部的变形量的方式变形。也就是说，阴极隔板16U的主面S通过高压的含氢气的气体而以圆顶状变形。

再者，该现象在如图6A所示设有用于设置阴极气体扩散层14U的凹部的阴极隔板16U、以及如图6B所示没有设置这样的凹部的阴极隔板的任一形态下都会发生。

因此，本变形例的电化学式氢气泵200被构成为，在阴极气体扩散层14U的阴极隔板16U侧的主面设置凸部70，由此使阴极气体扩散层14U的主面容易与通过高压的含氢气的气体而以圆顶状变形的阴极隔板16U的主面S贴合。从而，本变形例的电化学式氢气泵200，与没有在阴极气体扩散层14U的主面设置凸部70的情况相比，能够降低在阴极隔板16U与阴极气体扩散层14U之间产生间隙的可能性。

本变形例的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1实施例～第2实施例的任一电化学式氢气泵200相同。

(第2变形例)

阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻与阴极气体扩散层14的厚度成正比。另外，上段的氢气泵单元100U和下段的氢气泵单元100D的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比中段的氢气泵单元100M的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度大。由此，氢气泵单元100U、100D的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻，比氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻更容易随着通过紧固件25进行的紧固而降低。

因此，本变形例的电化学式氢气泵200被构成为，在通过紧固件25进行紧固之前，使位于所层叠的氢气泵单元100的两端中的至少一端的氢气泵单元100(图2A和图3A中为氢气泵单元100U、100D)的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻，大于没有位于所层叠的氢气泵单元100的两端的氢气泵单元100(图2A和图3A中为氢气泵单元100M)的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻。

在通过紧固件25进行紧固之前使阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻增减的结构可以为任意结构，例如可以通过改变多孔性的阴极气体扩散层14的孔隙率，使阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻增减。也就是说，该情况下，在通过紧固件25进行紧固之前，使氢气泵单元100U、100D的阴极气体扩散层14的孔隙率大于氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14的孔隙率即可。

另外，例如也可以通过改变阴极气体扩散层14的材料，使阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻增减。也就是说，该情况下，氢气泵单元100U、100D与氢气泵单元100M相比，使用电阻率更高的材料即可。

根据以上的技术构成，本变形例的电化学式氢气泵200，能够在通过紧固件25进行紧固时，容易地使氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻均匀化。

也就是说，本变形例的电化学式氢气泵200，能够利用在通过紧固件25进行紧固之前的氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻的不均匀性，抵消伴随紧固件25的紧固而产生的氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻降低的参差变动。

由此，本变形例的电化学式氢气泵200，与在通过紧固件25进行紧固之前，氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻均等的情况相比，能够使通过紧固件25进行紧固时的氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻更加均匀化。

再者，如果通过紧固件25进行紧固时的氢气泵单元100U、100M、100D各自的阴极气体扩散层14的厚度方向的电阻不均匀，则在电化学式氢气泵200的运行时(电流通电时)，有可能在氢气泵单元100U、100M、100D之间由于发热量不同而导致氢气泵单元100U、100M、100D之间的工作温度不同。但是，本变形例的电化学式氢气泵200，根据上述技术构成，能够降低发生这样的不良情况的可能性。

本变形例的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例和第1实施方式的第1变形例的任一电化学式氢气泵200相同。

(第2实施方式)

图7是表示第2实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

图7中示出包含在平面图中穿过电化学式氢气泵200的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线的电化学式氢气泵200的垂直截面。

本实施方式的电化学式氢气泵200，除了具备以下说明的第一空间60和第1气体流路、以及上段的氢气泵单元100U和下段的氢气泵单元100D中通过紧固件25的紧固使阴极气体扩散层14(参照图2B)压缩的厚度不同以外，与第1实施方式的电化学式氢气泵200相同。

本实施方式的电化学式氢气泵200，在阴极端板24C与氢气泵单元100之中位于阴极端板24C侧这一端的氢气泵单元100U之间，设有用于存储从阴极气体流路32排出的含氢气的气体的第一空间60。

另外，电化学式氢气泵200具备用于向设置于阴极端板24C与氢气泵单元100U的阴极隔板16U之间的第一空间60供给在阴极CA生成的含氢气的气体的第1气体流路。

只要第一空间60是设置于阴极端板24C与阴极隔板16U之间的空间，就可以是任意结构。另外，只要第1气体流路是用于向第一空间60供给在阴极CA生成的氢气的流路，就可以是任意结构。

例如，本实施方式的电化学式氢气泵200，如图7所示，第1气体流路具备筒状的阴极气体导出歧管50、以及将阴极气体导出歧管50与第一空间60连通的阴极气体供给路径51。

第一空间60由设置于阴极端板24C的中央部的凹部和设置于阴极绝缘板23C的中央部的开口构成。

另外，阴极气体供给路径51由设置于将阴极端板24C的凹部内(第一空间60)与阴极气体导出歧管50的端部连通的阴极端板24C的主面的槽构成。

像这样，本实施方式的电化学式氢气泵200，能够将在氢气泵单元100的阴极CA生成的高压的含氢气的气体通过阴极气体导出歧管50和阴极气体供给路径51向设置于阴极端板24C与阴极隔板16之间的第一空间60供给。也就是说，能够使高压的含氢气的气体滞留在第一空间60内。

设置于氢气泵单元100U与阴极端板24C之间的第一空间60的含氢气的气体压力是与氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力同等的高压。于是，通过第一空间60内的含氢气的气体而赋予氢气泵单元100U的阴极隔板16U的载荷，发挥抑制由于阴极CA内的含氢气的气体压力引起的阴极隔板16U的变形(挠曲)的作用。

与此相对，在氢气泵单元100D与阳极端板24A之间，不存在储存与氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力大致同等的高压的含氢气的气体的空间。因此，没有向氢气泵单元100D的阳极隔板17D赋予能够抑制由于阴极CA内的含氢气的气体压力引起的阳极隔板17D的变形(挠曲)的载荷。也就是说，氢气泵单元100D比氢气泵单元100U容易因氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力而在构成氢气泵单元100D的构件之间产生间隙。

因此，本实施方式的电化学式氢气泵200被构成为，氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度大。再者，此时，通过紧固件25的紧固使氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14压缩的厚度，可以与通过紧固件25的紧固使氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14压缩的厚度大致相同。

通过以上，本实施方式的电化学式氢气泵200，能够降低在构成氢气泵单元100D的构件之间产生间隙的可能性。

本实施方式的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例和第1实施方式的第1变形例～第2变形例的任一电化学式氢气泵200相同。

(第3实施方式)

图8是表示第3实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。

图8中示出包含在平面图中穿过电化学式氢气泵200的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线的电化学式氢气泵200的垂直截面。

本实施方式的电化学式氢气泵200，除了具备以下说明的第二空间61和第2气体流路，以及上段的氢气泵单元100U与下段的氢气泵单元100D通过紧固件25的紧固使阴极气体扩散层14(参照图2B)压缩的厚度不同以外，与第1实施方式的电化学式氢气泵200相同。

本实施方式的电化学式氢气泵200，在阳极端板24A与氢气泵单元100之中位于阳极端板24A侧这一端的氢气泵单元100D之间，设有用于储存从阴极气体流路32排出的含氢气的气体的第二空间61。

另外，电化学式氢气泵200具备用于向设置于阳极端板24A与氢气泵单元100D的阳极隔板17D之间的第二空间61供给在阴极CA生成的含氢气的气体的第2气体流路。

第二空间61只要是设置于阳极端板24A与阳极隔板17D之间的空间，就可以是任意结构。另外，第2气体流路只要是用于向第二空间61供给在阴极CA生成的氢气的流路，就可以是任意结构。

例如，本实施方式的电化学式氢气泵200，如图8所示，第2气体流路具备筒状的阴极气体导出歧管50、以及将阴极气体导出歧管50与第二空间61连通的阴极气体供给路径52。

第二空间61由设置于阳极端板24A的中央部的凹部和设置于阳极绝缘板23A的中央部的开口构成。

另外，阴极气体供给路径52由设置于将阳极端板24A的凹部内(第二空间61)与阴极气体导出歧管50的端部连通的阳极端板24A的主面的槽构成。

像这样，本实施方式的电化学式氢气泵200，能够将在氢气泵单元100的阴极CA生成的高压的含氢气的气体通过阴极气体导出歧管50和阴极气体供给路径52向设置于阳极端板24A与阳极隔板17D之间的第二空间61供给。也就是说，能够使高压的含氢气的气体滞留在第二空间61内。

设置于氢气泵单元100U与阳极端板24A之间的第二空间61的含氢气的气体压力，是与氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力大致相等的高压。于是，通过第二空间61内的含氢气的气体而赋予氢气泵单元100D的阳极隔板17D的载荷，能够发挥抑制由于阴极CA内的含氢气的气体压力引起的阳极隔板17D的变形(挠曲)的作用。

与此相对，在氢气泵单元100U与阴极端板24C之间，不存在储存与氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力大致相等的高压的含氢气的气体的空间。因此，没有向氢气泵单元100U的阴极隔板16U赋予能够抑制由于阴极CA内的含氢气的气体压力引起的阴极隔板16U的变形(挠曲)的载荷。也就是说，氢气泵单元100U与氢气泵单元100D相比，难以因氢气泵单元100的阴极CA内的含氢气的气体压力在构成氢气泵单元100U的构件之间产生间隙。

因此，本实施方式的电化学式氢气泵200被构成为，氢气泵单元100U的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度，比氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14的通过紧固件25的紧固而被压缩的厚度大。再者，此时，通过紧固件25的紧固使氢气泵单元100D的阴极气体扩散层14压缩的厚度，可以与通过紧固件25的紧固使氢气泵单元100M的阴极气体扩散层14压缩的厚度大致相同。

通过以上，本实施方式的电化学式氢气泵200能够降低在构成氢气泵单元100U的构件之间产生间隙的可能性。

本实施方式的电化学式氢气泵200，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例和第1实施方式的第1变形例～第2变形例的任一电化学式氢气泵200相同。

第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第2实施例、第1实施方式的第1变形例～第2变形例、第2实施方式和第3实施方式，只要不彼此排斥，可以相互组合。

对于本领域技术人员而言，通过上述说明可以了解到本公开的多处改良以及其它实施方式。因此，上述说明应该被解释为仅用于例示，是为了向本领域技术人员启示执行本公开的最佳方式而提供的。可以不脱离本公开的主旨，对其结构和/或功能的详细情况进行实质变更。

产业可利用性

本公开的一技术方案，可利用于与以往相比能够简单且适当地抑制构成氢气泵单元的构件之间的接触电阻的增加的电化学式氢气泵。

Claims (8)

1.一种电化学式氢气泵，具备氢气泵单元、第1端板和第2端板、紧固件、以及电压施加器，

所述氢气泵单元具备：电解质膜；设置于所述电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；设置于所述电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；设置于所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置于所述阳极气体扩散层上的阳极隔板；设置于所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；以及设置于所述阴极气体扩散层上的阴极隔板，

所述第1端板和第2端板设置在至少三个层叠的所述氢气泵单元的层叠方向的两端上，

所述紧固件将所述第1端板与所述第2端板紧固，将所述氢气泵单元在层叠方向上压缩，

所述电压施加器向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压，

通过所述电压施加器施加电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，

用于使从至少三个层叠的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层流出的阴极气体流动的阴极气体流路是连通的，

位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度，比没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

2.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

在利用所述紧固件进行紧固之前，位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的厚度，大于没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的厚度。

3.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

所述阴极隔板设有用于设置所述阴极气体扩散层的凹部，

在利用所述紧固件进行紧固之前，从位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极隔板的凹部突出的所述阴极气体扩散层的厚度，大于从没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极隔板的凹部突出的所述阴极气体扩散层的厚度。

4.根据权利要求3所述的电化学式氢气泵，

位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极隔板的凹部的深度，小于没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极隔板的凹部的深度。

5.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

在位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的所述阴极隔板侧的主面设有凸部。

6.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

在利用所述紧固件进行紧固之前，位于所述层叠的氢气泵单元的两端中的至少一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的厚度方向的电阻，大于没有位于所述层叠的氢气泵单元的两端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的厚度方向的电阻。

7.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

在所述第1端板与所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第1端板侧这一端的所述氢气泵单元之间，设有用于存储从所述阴极气体流路排出的含氢气的气体的第一空间，

所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第2端板侧这一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度，比所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第1端板侧这一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

8.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，

在所述第2端板与所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第2端板侧这一端的所述氢气泵单元之间，设有用于存储从所述阴极气体流路排出的含氢气的气体的第二空间，

所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第1端板侧这一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度，比所述层叠的氢气泵单元之中位于所述第2端板侧这一端的所述氢气泵单元的所述阴极气体扩散层的通过所述紧固件的紧固而被压缩的厚度大。

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