WO2021014870A1 - 圧縮装置 - Google Patents

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WO2021014870A1
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cathode
gas
remover
anode
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幸宗 可児
鵜飼　邦弘
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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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    • B01D—SEPARATION
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Definitions

  • This disclosure relates to a compression device.
  • Patent Document 1 discloses a water electrolyzer that generates high-pressure hydrogen while electrolyzing water.
  • the hydrogen produced by water electrolysis contains water vapor. Therefore, when storing such hydrogen in a hydrogen reservoir such as a tank, if there is a large amount of water vapor contained in the hydrogen, the amount of hydrogen in the hydrogen reservoir decreases due to the presence of water vapor in the hydrogen reservoir, which is efficient. Not the target.
  • water vapor contained in hydrogen condenses in the hydrogen reservoir. Therefore, it is desired to reduce the amount of water vapor of hydrogen when stored in the hydrogen reservoir to, for example, about 5 ppm or less.
  • Patent Document 1 a gas-liquid separator for separating hydrogen and liquid water and water vapor are adsorbed and removed from hydrogen on the path through which hydrogen flows between the water electrolyzer and the hydrogen storage device.
  • a hydrogen generation system provided with an adsorption tower for this purpose has been proposed.
  • Patent Document 2 proposes a system for stably removing water vapor in hydrogen by configuring an adsorption tower for adsorbing and removing water vapor in high-pressure hydrogen as a pressure swing adsorption type purifier (PSA). Has been done.
  • PSA pressure swing adsorption type purifier
  • An object of the present disclosure is to provide, as an example, a compressor capable of more easily configuring a remover for removing at least one of water vapor and liquid water in a cathode gas containing hydrogen compressed by a compressor. To do.
  • the compression device of one aspect of the present disclosure is provided on an electrolyte membrane, an anode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, and on the other main surface of the electrolyte membrane.
  • a cathode catalyst layer provided, an anode gas diffusion layer provided on the anode catalyst layer, a cathode gas diffusion layer provided on the cathode catalyst layer, and a voltage between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
  • the cathode catalyst layer is provided with a voltage applyer for applying the voltage, and the protons extracted from the anode fluid supplied onto the anode catalyst layer by applying the voltage are transferred to the cathode catalyst layer via the electrolyte membrane.
  • a compressor that moves up to produce compressed hydrogen, A water permeable film, a first flow path provided on one main surface of the water permeable film through which the cathode gas discharged from the compressor flows, and a water permeable film provided on the other main surface of the water permeable film.
  • a remover that includes a second flow path through which a gas having a pressure lower than that of the cathode gas flows and removes at least one of water vapor and liquid water contained in the cathode gas flowing through the first flow path is provided.
  • the compressor and the remover are integrally provided.
  • the compressor of one aspect of the present disclosure has an effect that a remover for removing at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas containing hydrogen compressed by the compressor can be constructed more easily than before.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of the compression device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is an enlarged view of a portion B of the compression device of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a compression device according to a first embodiment of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a compression device according to a second embodiment of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the compression device of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the compression device of the third embodiment.
  • an electrolyte membrane for example, an electrochemical hydrogen pump
  • hydrogen contained as a constituent element in a substance in an anode fluid such as a hydrogen-containing gas supplied to the anode is protonated to a cathode.
  • Compressed hydrogen is produced by moving and converting the proton (H + ) to hydrogen (H 2 ) at the cathode.
  • the electrolyte membrane has increased proton conductivity under high temperature and high humidification conditions (for example, the temperature and dew point of the hydrogen-containing gas supplied to the electrolyte membrane are about 60 ° C.), and hydrogen in the electrochemical hydrogen pump The efficiency of the compression operation is improved.
  • cathode gas high-pressure hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as cathode gas) discharged from the cathode of the electrochemical hydrogen pump is stored in the hydrogen reservoir.
  • cathode gas high-pressure hydrogen-containing gas
  • water vapor in hydrogen can be adsorbed by a porous adsorbent such as zeolite.
  • a porous adsorbent such as zeolite.
  • the operating time of the adsorption tower is determined by the amount of water sent to the adsorption tower, it is necessary to increase the size of the adsorption tower when the adsorption tower is used under the condition that the amount of water vapor in hydrogen is large.
  • high-pressure hydrogen flows in the adsorption tower, it is necessary to configure the container of the adsorption tower so that it can withstand high pressure, which may lead to a further increase in size of the adsorption tower.
  • Patent Document 2 it is possible to reduce the filling amount of the adsorbent by using a pressure swing adsorption type refiner. However, in this case, there is room for improvement, such as complication of the members constituting the flow path through which hydrogen flows, and the problem that it is necessary to handle hydrogen adsorbed together with water vapor by the adsorbent when the adsorbent is regenerated.
  • Patent Document 1 it is proposed to separate the liquid water in hydrogen discharged from the water electrolyzer from hydrogen by a gas-liquid separator, but the gas-liquid separator is provided with the above water permeable membrane. Has not been considered.
  • the compression device of the first aspect of the present disclosure includes an electrolyte membrane, an anode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane, a cathode catalyst layer provided on the other main surface of the electrolyte membrane, and an anode catalyst.
  • the anodic gas diffusion layer provided on the layer, the cathode gas diffusion layer provided on the cathode catalyst layer, and a voltage applyer for applying a voltage between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are provided, and the voltage applyer is provided.
  • a water permeable film When, A water permeable film, a first flow path provided on one main surface of the water permeable film through which the cathode gas discharged from the compressor flows, and a first flow path provided on the other main surface of the water permeable film, from the cathode gas. Also includes a second flow path through which a low pressure gas flows, and includes a remover that removes at least one of water vapor and liquid water contained in the cathode gas flowing through the first flow path.
  • a compressor and a remover are provided integrally.
  • the compressor of this embodiment can configure a remover for removing at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas containing hydrogen compressed by the compressor more easily than before.
  • the apparatus configuration can be simplified by integrally providing the compressor and the remover.
  • the compression device of the second aspect of the present disclosure is the compression device of the first aspect, and the first porous member may be provided in the above-mentioned first flow path.
  • the flow of the cathode gas in the first flow path tends to be a laminar flow.
  • at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas flows along with the cathode gas for example, at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas existing at a position away from the water permeable film is water. The probability of contact with the permeable film is low.
  • At least one of the water vapor and the liquid water that permeates the water permeable membrane may be limited to at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas that flows along the vicinity of the main surface of the water permeable membrane.
  • the flow of the cathode gas in the main cathode gas flow path can be forcibly changed in a random direction by providing the first porous member in the cathode gas flow path. it can.
  • at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas existing at various positions in the cathode gas flow path may come into contact with the water permeable membrane.
  • the water permeable film is formed by the differential pressure between the first flow path (high pressure) and the second flow path (low pressure) of the remover. At least one of the high pressure water vapor and the liquid water in contact with the water vapor can efficiently permeate the low pressure gas through the water permeable film. This makes it possible to promote the removal of at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas in the remover.
  • the compression device of the third aspect of the present disclosure may be provided with a second porous member in the above-mentioned second flow path in the compression device of the first aspect or the second aspect.
  • the difference pressure between the first flow path (high pressure) and the second flow path (low pressure) of the remover causes the second flow path.
  • the water permeable membrane is deformed in the direction of blocking the flow path of. For example, due to such a differential pressure, the water permeable membrane may come into contact with the member of the remover constituting the second flow path. Then, the flow of gas in the second flow path may become difficult, but since the compression device of this embodiment is provided with the second porous member in the second flow path, such a problem. Is reduced.
  • the water that has permeated the water permeable membrane can be efficiently drained to the outside of the remover together with the gas in the second flow path through the pores of the second porous member.
  • the first porous member may include a cathode gas diffusion layer.
  • the compression device of the fifth aspect of the present disclosure is the compression device of the third aspect, and the second porous member may include an anode gas diffusion layer.
  • the compression device of the sixth aspect of the present disclosure is the compression device of any one of the first to fifth aspects, and the remover is such that the first flow path is located above the second flow path. It may be provided in.
  • the compression device of this embodiment removes the liquid water in the cathode gas in the remover as compared with the case where the vertical positional relationship between the first flow path and the second flow path is reversed. Can be promoted.
  • the compressor according to the seventh aspect of the present disclosure is one of the compressors according to the first to sixth aspects, and the remover may be provided under the compressor.
  • this gas When the gas passes through the second flow path of the remover, this gas is humidified by at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas that has passed through the water permeable membrane. For this reason, if a remover is provided on the upper side of the compressor, it is difficult to provide a low-pressure gas outlet on the bottom surface of the remover. If a low-pressure gas outlet is not provided on the bottom surface of the remover, it becomes difficult for the liquid water in the low-pressure gas in the second flow path to be drained smoothly, and the pipe through which the low-pressure gas flows is blocked by the liquid water. There is a fear.
  • the compressor of this embodiment by providing a remover under the compressor, it becomes easy to provide a low-pressure gas outlet on the bottom surface of the remover.
  • a low-pressure gas outlet is provided on the bottom surface of the remover, the compression device of this embodiment can smoothly drain the liquid water in the low-pressure gas in the second flow path by the action of gravity.
  • the compressor of the eighth aspect of the present disclosure may include a heat insulating member between the compressor and the remover in any one of the first to seventh aspects of the compressor.
  • the electrolyte membrane has increased proton conductivity under high temperature and high humidification conditions (for example, the temperature and dew point of the hydrogen-containing gas supplied to the electrolyte membrane is about 60 ° C.), and the hydrogen compression operation of the compressor is performed. Efficiency is improved.
  • the temperature of the low-pressure gas flowing into the second flow path of the remover is made lower than the temperature of the cathode gas flowing into the first flow path of the remover.
  • the cathode gas is appropriately cooled when the cathode gas passes through the first flow path.
  • the high-pressure condensed water generated by the condensation of water vapor in the cathode gas is converted into a low-pressure gas through the water permeable membrane by the differential pressure between the first flow path (high pressure) and the second flow path (low pressure). It can be efficiently transmitted.
  • the temperature of the compressor changes due to heat exchange between the compressor and the remover. , Can be below the desired temperature. Also, the temperature of the remover may exceed the desired temperature due to heat exchange between the compressor and the remover.
  • the above inconvenience can be alleviated by providing a heat insulating member between the compressor and the remover.
  • the compression device of the ninth aspect of the present disclosure may be a hydrogen-containing gas as the low-pressure gas in any one of the compression devices of the first to eighth aspects.
  • the compressor of this embodiment can humidify the hydrogen-containing gas in the remover when the hydrogen-containing gas flowing out from the second flow path of the remover is supplied to the anode of the compressor. ..
  • the compression device of the tenth aspect of the present disclosure may include a cooler for cooling the cathode gas flowing through the first flow path of the remover in any one of the compression devices of the first to ninth aspects.
  • the compression device of this embodiment can promote the removal of water vapor in the cathode gas by cooling the cathode gas in the remover by the cooler.
  • the amount of saturated water vapor contained in the cathode gas decreases as the temperature of the cathode gas decreases. Therefore, when the amount of water vapor in the cathode gas is the saturated amount of water vapor, when the temperature of the cathode gas is lowered by the cooler, the amount of water vapor in the cathode gas can be quickly reduced, so that the amount of water vapor in the cathode gas can be removed. Can be promoted.
  • the probability that the liquid water comes into contact with the water permeable membrane increases.
  • the high pressure liquid water in contact with the water permeable membrane is permeated by the differential pressure between the first flow path (high pressure) and the second flow path (low pressure) of the remover. It can be efficiently permeated into low pressure gas through a membrane.
  • the compressor of the eleventh aspect of the present disclosure is the compressor of any one of the first to tenth aspects, and the remover is the anode gas diffusion layer, the anode catalyst layer, and the electrolyte in the compressor with respect to the compressor.
  • the film, the cathode catalyst layer, and the cathode gas diffusion layer may be laminated in the same direction as the stacking direction.
  • the compressor of this embodiment can configure a remover for removing at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas containing hydrogen compressed by the compressor more easily than before.
  • the details of the operation and effect of the compression device of this embodiment are the same as the details of the operation and effect of the compression device of the first aspect, and thus the description thereof will be omitted.
  • the anodic fluid of the above compressor various types of gases and liquids are assumed as long as it is a fluid that produces protons by an oxidation reaction at the anode.
  • the anodic fluid may be, for example, a hydrogen-containing gas or liquid water.
  • the compressor is an electrochemical hydrogen pump
  • hydrogen-containing gas or the like can be mentioned as the anode fluid.
  • the compressor is a water electrolyzer
  • liquid water or the like can be mentioned as the anode fluid.
  • the anodic fluid is liquid water
  • a liquid water electrolysis reaction is carried out on the anodic catalyst layer. Therefore, in each of the following embodiments, when the anode fluid is a hydrogen-containing gas, the configuration and operation of an electrochemical hydrogen pump, which is an example of a compressor, and a compressor including the compressor will be described.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of the compression device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is an enlarged view of a portion B of the compression device of FIG. 1A.
  • the compression device 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a remover 300, and a voltage applyer 102.
  • each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and each member of the remover 300 are arranged so as to be laminated in the vertical direction, and the electrochemical hydrogen pump 100 is above the remover 300 in the vertical direction. It is provided at the position of.
  • the compression device 200 includes a hydrogen pump unit 100A and a hydrogen pump unit 100B of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the hydrogen pump unit 100A is provided at a position above the hydrogen pump unit 100A.
  • the number of hydrogen pump units 100A and hydrogen pump unit 100B are shown, but the number of hydrogen pump units is not limited to this example. That is, the number of hydrogen pump units can be set to an appropriate number based on operating conditions such as the amount of hydrogen compressed by the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100, for example.
  • the hydrogen pump unit 100A includes an electrolyte membrane 11, an anode AN, a cathode CA, a cathode separator 16, and an intermediate separator 17.
  • the hydrogen pump unit 100B includes an electrolyte membrane 11, an anode AN, a cathode CA, an intermediate separator 17, and an anode separator 18. That is, the intermediate separator 17 functions as an anode separator of the hydrogen pump unit 100A and also as a cathode separator of the hydrogen pump unit 100B, and is shared by the hydrogen pump unit 100A and the hydrogen pump unit 100B.
  • the laminated configuration of the hydrogen pump unit 100A will be described in more detail. Since the laminated structure of the hydrogen pump unit 100B is the same as that of the hydrogen pump unit 100A, the description may be omitted.
  • the anode AN is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the anode AN is an electrode including an anode catalyst layer 13 and an anode gas diffusion layer 15.
  • a membrane CCM Catalyst Coated Membrane
  • the above-mentioned membrane CCM with a catalyst layer is used as the electrolyte membrane 11
  • the above-mentioned anode gas diffusion layer 15 is provided on the main surface of the anode catalyst layer 13 bonded to the membrane CCM with a catalyst layer. ..
  • the cathode CA is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the cathode CA is an electrode including a cathode catalyst layer 12 and a cathode gas diffusion layer 14.
  • the above-mentioned cathode gas diffusion layer 14 is provided on the main surface of the cathode catalyst layer 12 bonded to the membrane CCM with a catalyst layer.
  • the electrolyte membrane 11 is sandwiched between the anode AN and the cathode CA so that the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12 are in contact with each other.
  • a cell containing a cathode CA, an electrolyte membrane 11 and an anode AN is referred to as a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA: Membrane Electrode Assembly).
  • An annular and flat insulator and a sealing member (shown) provided between the cathode separator 16 and the intermediate separator 17 and between the intermediate separator 17 and the anode separator 18 so as to surround the MEA in a plan view. Is sandwiched. This prevents a short circuit between the cathode separator 16 and the intermediate separator 17 and a short circuit between the intermediate separator 17 and the anode separator 18.
  • the electrolyte membrane 11 has proton conductivity.
  • the electrolyte membrane 11 may have any structure as long as it has proton conductivity.
  • examples of the electrolyte membrane 11 include, but are not limited to, a fluorine-based polymer electrolyte membrane and a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane.
  • Nafion registered trademark, manufactured by DuPont
  • Aciplex registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Corporation
  • the like can be used as the electrolyte membrane 11.
  • the anode catalyst layer 13 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the anode catalyst layer 13 includes, but is not limited to, platinum as the catalyst metal.
  • the cathode catalyst layer 12 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the cathode catalyst layer 12 includes, but is not limited to, platinum as the catalyst metal.
  • Examples of the catalyst carrier of the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 13 include, but are not limited to, carbon black, carbon powder such as graphite, and conductive oxide powder.
  • the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 13 fine particles of the catalyst metal are supported on the catalyst carrier in a highly dispersed manner. Further, in order to increase the electrode reaction field, a proton-conducting ionomer component is generally added to the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 13.
  • the cathode gas diffusion layer 14 is provided on the cathode catalyst layer 12. Further, the cathode gas diffusion layer 14 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. Further, it is desirable that the cathode gas diffusion layer 14 has elasticity so as to appropriately follow the displacement and deformation of the constituent members generated by the differential pressure between the cathode CA and the anode AN during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • a member made of carbon fiber is used as the cathode gas diffusion layer 14.
  • a porous carbon fiber sheet such as carbon paper, carbon cloth, or carbon felt may be used. It is not necessary to use a carbon fiber sheet as the base material of the cathode gas diffusion layer 14.
  • a sintered body of metal fibers made of titanium, a titanium alloy, stainless steel, or the like a sintered body of metal powder made of these materials, or the like may be used.
  • the anode gas diffusion layer 15 is provided on the anode catalyst layer 13. Further, the anode gas diffusion layer 15 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. Further, it is desirable that the anode gas diffusion layer 15 has high rigidity capable of suppressing displacement and deformation of constituent members generated by the differential pressure between the cathode CA and the anode AN during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • a member made of a thin plate of a titanium powder sintered body is used as the anode gas diffusion layer 15, but the present invention is not limited to this. That is, as the base material of the anode gas diffusion layer 15, for example, a sintered body of metal fibers made of titanium, a titanium alloy, stainless steel, or the like, or a sintered body of metal powder made of these materials can be used. However, carbon porous materials can also be used. Further, as the base material of the anode gas diffusion layer 15, for example, an expanded metal, a metal mesh, a punching metal, or the like can be used.
  • the anode separator 18 is a conductive member provided on the anode gas diffusion layer 15 of the anode AN of the hydrogen pump unit 100B.
  • the cathode separator 16 is a conductive member provided on the cathode gas diffusion layer 14 of the cathode CA of the hydrogen pump unit 100A.
  • the intermediate separator 17 is a conductive member provided on the anode gas diffusion layer 15 of the anode AN of the hydrogen pump unit 100A and on the cathode gas diffusion layer 14 of the cathode CA of the hydrogen pump unit 100B.
  • the cathode separator 16, the intermediate separator 17, and the anode separator 18 may be made of, for example, a metal such as titanium or SUS316L, but the present invention is not limited thereto.
  • a recess is provided in the central portion of the main surface of the cathode separator 16, and a portion of the cathode CA of the hydrogen pump unit 100A and the electrolyte membrane 11 in the thickness direction is housed in this recess.
  • a recess is provided in the central portion of the main surface of the anode separator 18, and the anode AN of the hydrogen pump unit 100B and a part of the electrolyte membrane 11 in the thickness direction are housed in this recess.
  • recesses are provided in the central portions of both main surfaces of the intermediate separator 17. Then, one of these recesses accommodates the anode AN of the hydrogen pump unit 100A and a part of the electrolyte membrane 11 in the thickness direction, and the other recess contains the cathode CA and the electrolyte membrane 11 of the hydrogen pump unit 100B. A part of the thickness direction is accommodated.
  • the hydrogen pump unit 100A is formed by sandwiching the MEA between the cathode separator 16 and the intermediate separator 17. Further, the hydrogen pump unit 100B is formed by sandwiching the MEA between the anode separator 18 and the intermediate separator 17.
  • the main surface of the intermediate separator 17 in contact with the anode gas diffusion layer 15 and the main surface of the anode separator 18 in contact with the anode gas diffusion layer 15 have, for example, a plurality of U-shaped folded portions in a plan view.
  • a serpentine-shaped anode gas flow path (not shown) including the above and a plurality of straight portions may be provided.
  • such an anode gas flow path is an example and is not limited to this example.
  • the anode gas flow path may be composed of a plurality of linear flow paths.
  • the compression device 200 includes a voltage applyer 102.
  • the voltage applyer 102 is a device that applies a voltage between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12. Specifically, the high potential of the voltage applyer 102 is applied to the anode catalyst layer 13, and the low potential of the voltage applyer 102 is applied to the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applyer 102 may have any configuration as long as a voltage can be applied between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applyer 102 may be a device that adjusts the voltage applied between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applyer 102 includes a DC / DC converter when connected to a DC power source such as a battery, a solar cell, or a fuel cell, and when connected to an AC power source such as a commercial power source. , AC / DC converter.
  • the voltage applyr 102 for example, the voltage applied between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12 so that the electric power supplied to the electrochemical hydrogen pump 100 becomes a predetermined set value, the anode catalyst layer 13 and the voltage applyer 102 It may be a power supply type power source in which the current flowing between the cathode catalyst layers 12 is adjusted.
  • the terminal on the low potential side of the voltage applyer 102 is connected to the cathode feeding plate, and the terminal on the high potential side of the voltage adapter 102 is connected to the anode feeding plate.
  • the cathode feeding plate is provided, for example, on the cathode separator 16 of the hydrogen pump unit 100A.
  • the anode feeding plate is provided, for example, on the anode separator 18 of the hydrogen pump unit 100B.
  • the cathode feeding plate and the anode feeding plate are in electrical contact with each of the cathode separator 16 and the anode separator 18, respectively.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 when the voltage applyer 102 applies the above voltage, the protons taken out from the anode fluid supplied on the anode catalyst layer 13 are cathodeed through the electrolyte membrane 11. It is an apparatus that is moved onto the catalyst layer 12 to generate compressed hydrogen. That is, in the electrochemical hydrogen pump 100, the proton (H + ) extracted from the hydrogen-containing gas at the anode AN moves to the cathode CA via the electrolyte membrane 11, and the cathode gas is generated at the cathode CA.
  • the cathode gas is, for example, a high-pressure hydrogen-containing gas containing water vapor discharged from the cathode CA.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 includes an anode gas supply path 40 for supplying hydrogen-containing gas to the anode AN from the outside, and a cathode gas passage path 50 for sending the cathode gas from the cathode CA to the remover 300. , Are provided, but the detailed configuration of these routes will be described later.
  • the compression device 200 includes a removal unit 300A of the remover 300. Although one removing unit 300A is shown in the removing device 300, the number of removing units 300A is not limited to this example.
  • the removal unit 300A includes a water permeable membrane 115, a first flow path, a second flow path, a first plate 19, and a second plate 20.
  • the first flow path is provided on one main surface of the water permeable membrane 115, and a flow path through which the cathode gas discharged from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100 flows (hereinafter, the cathode gas flow path 114). ). That is, the high-pressure cathode gas flows through the cathode gas flow path 114 while being in contact with one main surface of the water permeable membrane 115.
  • the second flow path is provided on the other main surface of the water permeable membrane 115, and is a flow path through which a gas having a pressure lower than that of the cathode gas flows (hereinafter referred to as a low pressure gas flow path 113). That is, a gas having a pressure lower than that of the cathode gas flows through the low-pressure gas flow path 113 while contacting the other main surface of the water-permeable membrane 115.
  • the details of the low-pressure gas will be described in Examples.
  • the water permeable membrane 115 may have any structure as long as it has low permeability of hydrogen (H 2 ) in the cathode gas and allows at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas to permeate.
  • the water permeable membrane 115 may be composed of a polymer membrane containing a sulfonic acid group. Thereby, the water permeable membrane 115 can be provided with a function of permeating at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas.
  • a proton conductive polymer membrane capable of permeating protons (H + ) made of the same material as the electrolyte membrane 11 can be used. That is, examples of the water permeable membrane 115 include, but are not limited to, a fluorine-based polymer membrane and a hydrocarbon-based polymer membrane that can be used for a proton-conducting polymer membrane.
  • a recess is provided in the central portion of each of the main surfaces of the first plate 19 and the second plate 20.
  • a part of the water permeable membrane 115 in the thickness direction is housed in each of these recesses. That is, the cathode gas flow path 114 corresponds to a region partitioned by the recess provided in the first plate 19 and the water permeable membrane 115.
  • the low-pressure gas flow path 113 corresponds to a region partitioned by the recess provided in the second plate 20 and the water permeable membrane 115.
  • the first plate 19 and the second plate 20 may be made of, for example, titanium metal, but are not limited thereto.
  • annular and flat plate-shaped sealing member (not shown) provided so as to surround the water permeable membrane 115 in a plan view is sandwiched between the first plate 19 and the second plate 20. There is.
  • the remover 300 has a cathode gas passage path 50 for sending the cathode gas from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100 to the cathode gas flow path 114, and discharges the cathode gas from the cathode gas flow path 114 to the outside.
  • the remover 300 has an anode gas diffusion layer 15, an anode catalyst layer 13, an electrolyte film 11, and a cathode catalyst layer 12 in the electrochemical hydrogen pump 100 with respect to the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the cathode gas diffusion layer 14 are laminated in the same direction as the stacking direction.
  • a highly rigid first end plate is provided on the outer surface of the cathode separator 16 of the electrochemical hydrogen pump 100, for example, via a first insulating plate. Further, on the outer surface of the second plate 20 of the remover 300, for example, a highly rigid second end plate is provided via a second insulating plate.
  • a fastener (not shown) fastens each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, the first insulating plate, the first end plate, the second insulating plate, and the second end plate in the above-mentioned stacking direction. ..
  • the fastener may have any configuration as long as such members can be fastened in the above-mentioned stacking direction.
  • bolts and nuts with disc springs can be mentioned as fasteners.
  • the bolts of the fastener may penetrate only the first end plate and the second end plate, and the bolts are the members of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, the first insulating plate, and the first. It may penetrate the end plate, the second insulating plate and the second end plate. Then, the end face of the cathode separator 16 and the end face of the second plate 20 are sandwiched between the first end plate and the second end plate, respectively, via the first insulating plate and the second insulating plate, respectively.
  • the fasteners apply the desired fastening pressure to the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300.
  • each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 When the bolt of the fastener penetrates each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, the first insulating plate, the first end plate, the second insulating plate, and the second end plate, the electrochemical type is used.
  • Each member of the hydrogen pump 100 and the remover 300 is appropriately held in a laminated state by the fastening pressure of the fastener in the above-mentioned stacking direction, and each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 is attached to the fastener. Since the bolt penetrates, the movement of each of these members in the in-plane direction can be appropriately suppressed.
  • each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and each member of the remover 300 are laminated and integrated in the stacking direction by the fastener.
  • FIG. 1A a schematic diagram of the flow of the hydrogen-containing gas is indicated by a thin alternate long and short dash arrow.
  • the compression device 200 includes an anode gas supply path 40.
  • the anode gas supply path 40 is provided, for example, at an appropriate position in each member of the electrochemical hydrogen pump 100, and is provided at an appropriate position in each of the vertical flow path 40H extending in the vertical direction and the intermediate separator 17 and the anode separator 18, and is horizontal. It is composed of a series of a first horizontal flow path 40A and a second horizontal flow path 40B extending in the direction.
  • the vertical flow path 40H communicates with the anode AN of the hydrogen pump unit 100A via the first horizontal flow path 40A provided in the intermediate separator 17.
  • the first transverse flow path 40A may be connected to the end of a serpentine-shaped anode gas flow path (not shown) provided in the intermediate separator 17.
  • the vertical flow path 40H communicates with the anode AN of the hydrogen pump unit 100B via the second horizontal flow path 40B provided in the anode separator 18.
  • the second transverse flow path 40B may be connected to the end of a serpentine-shaped anode gas flow path (not shown) provided on the anode separator 18.
  • the hydrogen-containing gas from the outside flows through the vertical flow path 40H, the first horizontal flow path 40A, and the anode AN of the hydrogen pump unit 100A in this order, as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in FIG. 1A.
  • the longitudinal flow path 40H, the second horizontal flow path 40B, and the anode AN of the hydrogen pump unit 100B are circulated in this order. That is, the hydrogen-containing gas in the vertical flow path 40H is divided so as to flow through both the first horizontal flow path 40A and the second horizontal flow path 40B.
  • the hydrogen-containing gas is supplied to the electrolyte membrane 11 via the anode gas diffusion layer 15, so that the hydrogen in the hydrogen-containing gas is compressed in the hydrogen pump unit 100A and the hydrogen pump unit 100B.
  • FIG. 1A a schematic diagram of the flow of cathode gas is indicated by a thin alternate long and short dash arrow.
  • the compression device 200 includes a cathode gas passage path 50 and a cathode gas discharge path 51.
  • the cathode gas passage path 50 is provided at an appropriate position in each member of the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, for example, a vertical flow path 50H extending in the vertical direction, a cathode separator 16, an intermediate separator 17, and a first plate.
  • Each of 19 is provided at an appropriate position, and is composed of a series of a first transverse flow path 50A, a second transverse flow path 50B, and a third transverse flow path 50C extending in the horizontal direction.
  • the vertical flow path 50H communicates with the cathode CA of the hydrogen pump unit 100A via the first horizontal flow path 50A provided in the cathode separator 16.
  • the vertical flow path 50H communicates with the cathode CA of the hydrogen pump unit 100B via the second horizontal flow path 50B provided in the intermediate separator 17. Further, the vertical flow path 50H communicates with the cathode gas flow path 114 of the removal unit 300A via a third horizontal flow path 50C provided on the first plate 19.
  • the cathode gas discharge path 51 is a series of, for example, a vertical vertical flow path 51H provided at an appropriate position of each member of the remover 300 and a horizontal horizontal flow path 51A provided at an appropriate position of the first plate 19. It is composed of. Specifically, the vertical flow path 51H communicates with the cathode gas flow path 114 of the removal unit 300A via the horizontal flow path 51A provided on the first plate 19.
  • the high-pressure cathode gas containing hydrogen compressed by the cathode CA of the hydrogen pump unit 100A has the first transverse flow path 50A, the longitudinal flow path 50H, and the third transverse flow path, as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in FIG. 1A.
  • the passage 50C, the cathode gas flow path 114, the horizontal flow path 51A, and the vertical flow path 51H are circulated in this order. After that, the cathode gas is discharged to the outside of the compressor 200. Further, as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in FIG.
  • the high-pressure cathode gas containing hydrogen compressed by the cathode CA of the hydrogen pump unit 100B has the second horizontal flow path 50B, the vertical flow path 50H, and the third horizontal flow path 50C.
  • the cathode gas flow path 114, the horizontal flow path 51A, and the vertical flow path 51H are circulated in this order.
  • the cathode gas is discharged to the outside of the compressor 200. That is, the cathode gases of both the first horizontal flow path 50A and the second horizontal flow path 50B merge in the vertical flow path 50H, and then flow through the third horizontal flow path 50C.
  • the cathode gas passes through the cathode gas flow path 114 of the removal unit 300A, at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas is removed in the removal unit 300A.
  • FIG. 1A a schematic diagram of the low-pressure gas flow is indicated by a thin alternate long and short dash arrow.
  • the compression device 200 includes a low-pressure gas supply path 61 and a low-pressure gas discharge path 60.
  • the low-pressure gas supply path 61 is provided at an appropriate position on the second plate 20 of the remover 300, and extends in the vertical direction so as to communicate between the outside and one end of the low-pressure gas flow path 113. It is composed of a flow path 61H.
  • the low pressure gas discharge path 60 is provided at an appropriate position on the second plate 20 of the remover 300, for example, and extends vertically so as to communicate between the outside and the other end of the low pressure gas flow path 113. It is composed of a flow path 60H.
  • the low-pressure gas from the outside flows through the low-pressure gas supply path 61, the low-pressure gas flow path 113, and the low-pressure gas discharge path 60 in this order as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in FIG. 1A. After that, the low pressure gas is discharged to the outside of the removal unit 300A.
  • controller arithmetic circuit (not shown) reading a control program from the controller storage circuit.
  • controller arithmetic circuit
  • the operator may perform some of the operations.
  • a low-pressure hydrogen-containing gas is supplied to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100, and the voltage of the voltage adapter 102 is applied to the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the protons extracted from the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN move to the cathode CA via the electrolyte membrane 11, and a hydrogen compression operation is performed in which compressed hydrogen is generated. ..
  • hydrogen molecules are separated into protons and electrons (Equation (1)). Protons conduct in the electrolyte membrane 11 and move to the cathode catalyst layer 12. Electrons move to the cathode catalyst layer 12 through the voltage applyer 102.
  • Equation (2) hydrogen molecules are generated again in the cathode catalyst layer 12 (Equation (2)). It is known that when protons are conducted in the electrolyte membrane 11, a predetermined amount of water moves from the anode AN to the cathode CA as electroosmotic water together with the protons.
  • the hydrogen generated by the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100 is compressed by the cathode CA as a cathode gas.
  • the cathode gas can be compressed by the cathode CA by increasing the pressure loss of the cathode gas lead-out path by using a flow rate regulator (not shown).
  • the flow rate regulator include a back pressure valve and a regulating valve provided in the cathode gas lead-out path.
  • the cathode gas is sent from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100 to the remover 300 through the cathode gas passage path 50.
  • the flow rate regulator is to increase the opening degree of valves such as the back pressure valve and the control valve.
  • the cathode gas discharged from the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100 flows. Therefore, by passing a gas having a pressure lower than that of the cathode gas through the low-pressure gas flow path 113 of the remover 300, the cathode gas can be removed when the cathode gas contains liquid water. Further, by passing a gas having a lower water vapor partial pressure than the cathode gas through the low pressure gas flow path 113 of the remover 300, the water vapor removing operation of the cathode gas can be performed.
  • the temperature of the gas flowing into the low-pressure gas flow path 113 of the remover 300 should be lower than the temperature of the cathode gas flowing into the cathode gas flow path 114 of the remover 300.
  • water condensation of the cathode gas flowing through the cathode gas flow path 114 is promoted, so that removal of water vapor in the cathode gas is also promoted.
  • the compression device 200 of the present embodiment has a simpler configuration than the conventional remover 300 for removing at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas containing hydrogen compressed by the electrochemical hydrogen pump 100. obtain.
  • the device configuration can be simplified by integrally providing the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 a high-pressure cathode gas flows. Therefore, if the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 are provided separately, a pair of high-rigidity end plates for fixing the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 from above and below are required. There are many. Therefore, in the compression device 200 of the present embodiment, by integrating the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, for example, the end plate used for the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 can be shared. Since it can be done, the device configuration is simplified.
  • the cathode gas flow path 114 is provided so as to be located above the low pressure gas flow path 113 in the vertical direction of the compression device 200.
  • the condensed water in the cathode gas flowing through the cathode gas flow path 114 is generated, the condensed water moves from top to bottom by the action of gravity, so that the condensed water and water It becomes easy to come into contact with the permeable membrane 115.
  • the condensed water in the cathode gas in the remover 300 is compared with the case where the vertical positional relationship between the cathode gas flow path 114 and the low pressure gas flow path 113 is reversed. Can be promoted.
  • the remover 300 is provided below the electrochemical hydrogen pump 100 in the vertical direction of the compression device 200.
  • the reason for this is as follows.
  • this gas When the gas passes through the low pressure gas flow path 113 of the remover 300, this gas is humidified by at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas that has passed through the water permeable membrane 115. Therefore, if a remover is provided on the upper side of the electrochemical hydrogen pump 100, it is difficult to provide a low-pressure gas outlet on the bottom surface of the second plate 20. When the low pressure gas outlet is not provided on the bottom surface of the second plate 20, it becomes difficult for the liquid water in the low pressure gas in the low pressure gas flow path 113 to be drained smoothly, and the pipe through which the low pressure gas flows is blocked by the liquid water. There is a fear.
  • the compression device 200 of the present embodiment by providing the remover 300 under the electrochemical hydrogen pump 100, it becomes easy to provide a low pressure gas outlet on the bottom surface of the second plate 20.
  • a low-pressure gas outlet is provided on the bottom surface of the second plate 20
  • the compression device 200 of the present embodiment can smoothly drain the liquid water in the low-pressure gas in the low-pressure gas flow path 113 by the action of gravity.
  • the compressor 200 is provided with a temperature detector that detects the temperature of the electrochemical hydrogen pump 100, a pressure detector that detects the pressure of the cathode gas containing hydrogen compressed by the cathode CA of the electrochemical hydrogen pump 100, and the like. It may have been.
  • the compression device 200 of the present embodiment may be provided with a hydrogen reservoir (not shown) for storing the cathode gas (hydrogen) from which at least one of water vapor and liquid water has been removed by the remover 300.
  • a hydrogen reservoir (not shown) for storing the cathode gas (hydrogen) from which at least one of water vapor and liquid water has been removed by the remover 300.
  • the hydrogen storage device include a hydrogen tank.
  • the dry cathode gas (hydrogen) stored in the hydrogen reservoir is supplied to the hydrogen consumer in a timely manner.
  • the hydrogen consumer include a fuel cell and the like.
  • the compression device 200 employs a dead-end structure in which the entire amount of hydrogen (H 2 ) in the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN is compressed by the cathode CA, but the hydrogen supplied to the anode AN.
  • a recycling structure may be adopted in which a part of the contained gas is discharged to the outside.
  • the hydrogen-containing gas may be, for example, pure hydrogen gas or a gas having a lower hydrogen concentration than pure hydrogen gas.
  • the latter hydrogen-containing gas may be, for example, a hydrogen gas generated by electrolysis of water or a reformed gas containing hydrogen.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a compression device according to a first embodiment of the first embodiment.
  • the cathode gas flow path 114 of the remover 300 is provided with the first porous member 114A, and the low pressure gas flow path 113 of the remover 300 is provided with the second porous member. It is the same as the compression device 200 of the first embodiment except that the member 113A is provided.
  • the first porous member 114A may be provided in the cathode gas flow path 114 of the remover 300 so as to be in contact with the water permeable membrane 115 of the remover 300.
  • the second porous member 113A may be provided in the low pressure gas flow path 113 of the remover 300 so as to be in contact with the water permeable membrane 115 of the remover 300.
  • the first porous member 114A appropriately follows the displacement and deformation of the water permeable film 115 generated by the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300. It is desirable to have such elasticity.
  • the first porous member 114A may be made of an elastic body containing carbon fibers. Examples of such an elastic body include carbon felt on which carbon fibers are laminated.
  • the first porous member 114A may include the cathode gas diffusion layer 14.
  • the second porous member 113A has a high height capable of suppressing displacement and deformation of the water permeable film 115 generated by the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300. It is desirable that it is rigid.
  • the second porous member 113A may be made of metal.
  • the second porous member 113A made of metal may be, for example, a metal sintered body. Examples of the metal sintered body include a metal powder sintered body made of stainless steel or titanium, a metal fiber sintered body, and the like.
  • the second porous member 113A may include the anode gas diffusion layer 15.
  • the removal unit 300A may have a cell structure similar to that of the hydrogen pump unit 100A and the hydrogen pump unit 100B.
  • the flow of the cathode gas in the main cathode gas flow path 114 tends to be laminar.
  • at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas flows along with the cathode gas for example, at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas existing at a position away from the water permeable film 115 is The probability of contact with the water permeable film 115 is low.
  • At least one of the water vapor and the liquid water that permeates the water permeable film 115 may be limited to at least one of the water vapor and the liquid water in the cathode gas that flows along the vicinity of the main surface of the water permeable film 115. is there.
  • the compression device 200 of the present embodiment by providing the first porous member 114A in the cathode gas flow path 114, the flow of the cathode gas in the main cathode gas flow path 114 is forcibly randomized. You can change the direction. In this case, at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas existing at various positions in the cathode gas flow path 114 may come into contact with the water permeable membrane 115.
  • the compression device 200 of the present embodiment as compared with the case where the first porous member 114A is not provided in the cathode gas flow path 114, at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas and the water permeable membrane 115 Increases the probability of contact.
  • water is generated by the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300.
  • At least one of the high-pressure water vapor and the liquid water in contact with the permeable film 115 can be efficiently permeated through the water permeable film 115 to the low-pressure gas in contact with the water permeable film 115. Thereby, in the remover 300, the removal of at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas can be promoted.
  • the cathode gas easily passes through the gap between the first porous member 114A and the water permeable membrane 115. Then, for example, when the size of the void changes depending on the magnitude of the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300, the flow state of the cathode gas changes. It changes in the cathode gas flow path 114.
  • the water permeability of the water permeable membrane 115 is affected, so that it becomes difficult to stably remove at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas.
  • the contact interface between the two can be kept stable, so that the above problems are alleviated. Will be done.
  • the first porous member 114A is provided so as to be in contact with the water permeable membrane 115, so that the first porous member 114A cools the cathode gas flowing through the cathode gas flow path 114. Acts as a heat conductor for. Therefore, the cathode gas is effectively cooled when the cathode gas passes through the cathode gas flow path 114.
  • condensed water is generated from the water vapor in the cathode gas. Can be promoted.
  • the second porous member 113A is not provided in the low pressure gas flow path 113 of the remover 300, the pressure difference between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300 causes. , The water permeable film 115 is deformed in the direction of closing the low pressure gas flow path 113. For example, due to such a differential pressure, the water permeable membrane 115 may come into contact with a member of the remover 300 constituting the low pressure gas flow path 113. Then, the flow of gas in the low-pressure gas flow path 113 may become difficult. However, in the compression device 200 of the present embodiment, the second porous member 113A is provided in the low-pressure gas flow path 113. Such problems are alleviated. The water that has permeated the water permeable membrane 115 can be efficiently drained to the outside of the remover 300 together with the gas in the low pressure gas flow path 113 through the pores of the second porous member 113A.
  • the second porous member 113A is not provided so as to be in contact with the water permeable membrane 115, for example, at the edge portion of the member of the remover 300 constituting the low pressure gas flow path 113, the cathode gas of the remover 300 Bending stress on the water permeable membrane 115 based on the differential pressure between the flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) may occur. Then, the water permeable membrane 115 may be damaged by such bending stress.
  • the compression device 200 of this embodiment is provided with the second porous member 113A in contact with the water permeable membrane 115, Such problems are alleviated.
  • the second porous member 113A is not provided so as to be in contact with the water permeable membrane 115, for example, the low pressure gas passes through the gap between the second porous member 113A and the water permeable membrane 115. It will be easier.
  • the gas flow state changes to the low pressure gas flow path 113. Change within.
  • the water permeability of the water permeable membrane 115 is affected, so that it becomes difficult to stably remove at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas.
  • the contact interface between the two can be kept stable, so that the above problems are alleviated. Will be done.
  • the rigidity of the second porous member 113A can be appropriately ensured by forming the second porous member 113A with a metal material. Then, the water permeable membrane 115 is less likely to be deformed by the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure), so that the space between the second porous member 113A and the water permeable membrane 115 And the contact interface between the first porous member 114A and the water permeable membrane 115 can be stably maintained. Thereby, the compression device 200 of this embodiment can stabilize the removal of at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas.
  • the first porous member 114A is made of an elastic material, so that the elastic deformation of the first porous member 114A can be appropriately generated. As a result, even if a differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300 is generated, there is a gap between the first porous member 114A and the water permeable membrane 115. The contact interface can be kept stable.
  • the contact interface between the first porous member 114A and the water permeable membrane 115 is stable. Difficult to keep in. Then, as described above, since the water permeability of the water permeable membrane 115 is affected, it becomes difficult to stably remove at least one of water vapor and liquid water in the cathode gas.
  • the first porous member 114A is made of an elastic material, so that the first porous member 114A and the water permeable membrane 115 are opposed to the above deformation of the water permeable membrane 115.
  • the elastic deformation of the first porous member 114A can be followed in the direction of maintaining contact with the first porous member 114A.
  • the first porous member 114A may be compressed in advance by an amount corresponding to the amount of deformation of the water permeable membrane 115.
  • the compression device 200 of this embodiment may be the same as the compression device 200 of the first embodiment except for the above features.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a compression device according to a second embodiment of the first embodiment.
  • the compression device 200 of this embodiment is the same as the compression device 200 of the first embodiment except that the low-pressure gas flowing into the low-pressure gas flow path 113 of the remover 300 is a hydrogen-containing gas.
  • the hydrogen-containing gas may be, for example, a dry pure hydrogen gas or a dry gas having a lower hydrogen concentration than the pure hydrogen gas. Further, the temperature of the hydrogen-containing gas should be lower than the temperature of the cathode gas flowing into the cathode gas flow path 114 of the remover 300.
  • the compressor 200 of the present embodiment contains hydrogen in the remover 300 when the hydrogen-containing gas flowing out from the cathode gas flow path 114 of the remover 300 is supplied to the anode AN of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the gas can be humidified.
  • the low-pressure gas flowing into the low-pressure gas flow path 113 of the remover 300 does not necessarily have to be a hydrogen-containing gas.
  • the low pressure gas may be dry air. This alleviates the need for special post-treatment of the gas discharged from the remover 300.
  • the compression device 200 of this embodiment may be the same as the compression device 200 of the first embodiment or the first embodiment except for the above-mentioned features.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the compression device of the second embodiment.
  • the compression device 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a remover 300, a voltage applyer 102, and a heat insulating member 70.
  • the heat insulating member 70 is provided between the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300.
  • the heat insulating member 70 is provided between the anode separator 18 of the hydrogen pump unit 100B and the first plate 19 of the removal unit 300A.
  • the electrolyte membrane 11 has an increased proton conductivity under high temperature and high humidification conditions (for example, the temperature and dew point of the hydrogen-containing gas supplied to the electrolyte membrane 11 are about 60 ° C.), and the electrochemical formula The efficiency of the hydrogen compression operation of the hydrogen pump 100 is improved.
  • the temperature of the low-pressure gas flowing into the low-pressure gas flow path 113 of the remover 300 is made lower than the temperature of the cathode gas flowing into the cathode gas flow path 114 of the remover.
  • the heat exchange between the two gases via the water permeable film 115 appropriately cools the cathode gas when the cathode gas passes through the cathode gas flow path 114.
  • the high-pressure condensed water generated by the condensation of water vapor in the cathode gas is brought into a low-pressure gas through the water permeable film 115 by the differential pressure between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low-pressure gas flow path 113 (low pressure). Can be efficiently permeated into.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 when the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300 are integrated, if the heat insulating member 70 is not provided between the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300, the electrochemical hydrogen pump 100
  • the temperature of the hydrogen pump unit 100B may be lower than the desired temperature due to heat exchange between the hydrogen pump unit 100B and the remover 300. Further, the temperature of the remover 300 may exceed a desired temperature due to heat exchange between the hydrogen pump unit 100B and the remover 300.
  • the above inconvenience can be alleviated by providing the heat insulating member 70 between the electrochemical hydrogen pump 100 and the remover 300.
  • the compression device 200 of the present embodiment may be the same as the compression device 200 of any one of the first embodiment and the first embodiment-second embodiment except for the above-mentioned features.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the compression device of the third embodiment.
  • the compression device 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a remover 300, a voltage applyer 102, and a cooler 80.
  • the cooler 80 is a device that cools the cathode gas flowing through the cathode gas flow path 114 of the removal unit 300A.
  • the cooler 80 may have any configuration as long as it is a device having the above-mentioned cooling function.
  • the cooler 80 may be, for example, a cooler that uses a coolant.
  • the first plate 19 is provided with a flow path through which the coolant flows.
  • the coolant for example, cooling water, antifreeze, etc. can be used.
  • the compression device 200 of the present embodiment can promote the removal of water vapor from the cathode gas by cooling the cathode gas in the remover 300 with the cooler 80.
  • the amount of saturated water vapor contained in the cathode gas decreases as the temperature of the cathode gas decreases. Therefore, when the amount of water vapor in the cathode gas is the saturated amount of water vapor, when the temperature of the cathode gas is lowered by the cooler 80, the amount of water vapor in the cathode gas can be quickly reduced, so that the amount of water vapor in the cathode gas can be reduced. Removal can be accelerated.
  • the probability that the liquid water comes into contact with the water permeable membrane 115 increases.
  • the pressure difference between the cathode gas flow path 114 (high pressure) and the low pressure gas flow path 113 (low pressure) of the remover 300 causes the high-pressure liquid water to come into contact with the water permeable film 115. , It can be efficiently permeated into a low pressure gas through the water permeable film 115.
  • the compression device 200 of the present embodiment is the same as the compression device 200 of any of the first embodiment, the first embodiment-the second embodiment, and the second embodiment except for the above-mentioned features. You may.
  • first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, and the third embodiment of the first embodiment may be combined with each other as long as the other party is not excluded from each other.
  • One aspect of the present disclosure can be used, for example, in a compressor in which a remover for removing at least one of water vapor and liquid water in a cathode gas containing hydrogen compressed by a compressor can be configured more easily than before. it can.
  • Electrolyte film 12 Cathode catalyst layer 13: Anode catalyst layer 14: Cathode gas diffusion layer 15: Anode gas diffusion layer 16: Cathode separator 17: Intermediate separator 18: Anode separator 19: First plate 20: Second plate 40: Anode gas supply path 40A: 1st horizontal flow path 40B: 2nd horizontal flow path 40H: Vertical flow path 50: Cathode gas passage path 50A: 1st horizontal flow path 50B: 2nd horizontal flow path 50C: 3rd horizontal flow path 50H: Vertical flow path Flow path 51: Cathode gas discharge path 51A: Horizontal flow path 51H: Vertical flow path 60: Low pressure gas discharge path 60H: Vertical flow path 61: Low pressure gas supply path 61H: Vertical flow path 70: Insulation member 80: Cooler 100: Compression Machine 100A: Hydrogen pump unit 100B: Hydrogen pump unit 102: Voltage applyer 113: Low pressure gas flow path 113A: Second porous member 114: Cathode gas flow path 114: Ca

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Abstract

  本開示は、一例として、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る圧縮装置を提供することを課題とする。   本開示の一態様の圧縮装置は、電解質膜、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード触媒層、アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層、カソード触媒層上に設けられたカソードガス拡散層、およびアノード触媒層とカソード触媒層との間に電圧を印加する電圧印加器を備え、電圧印加器がこの電圧を印加することで、アノード触媒層上に供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介して前記カソード触媒層上に移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮機と、水透過膜、水透過膜の一方の主面上に設けられ、圧縮機から排出されたカソードガスが流れる第１の流路、および、水透過膜の他方の主面上に設けられ、カソードガスよりも低圧のガスが流れる第２の流路を含み、第１の流路を流れるカソードガスに含まれる水蒸気および液水の少なくともいずれか一方を除去する除去器と、を備える。そして、圧縮機と除去器とが一体で設けられている。

Description

圧縮装置
　本開示は圧縮装置に関する。
　近年、地球の温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素が注目されている。水素は燃焼しても基本的に水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素が排出されずかつ窒素酸化物などもほとんど排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。また、水素を燃料として高効率に利用する装置として、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに、燃料電池の開発および普及が進んでいる。
　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、分散型のエネルギー源となる燃料電池の普及の促進には、燃料供給インフラを整備する必要がある。
　そこで、燃料供給インフラで水素を安定的に供給するために、高純度の水素を精製および圧縮する様々な提案が行われている。
　例えば、特許文献１には、水の電気分解を行いながら、高圧の水素を生成する水電解装置が開示されている。ここで、水電解により生成された水素は水蒸気を含む。よって、このような水素をタンクなどの水素貯蔵器に貯蔵する際に、仮に水素に含まれる水蒸気が多い場合、水素貯蔵器内に水蒸気の存在により水素貯蔵器内の水素量が減少するので効率的でない。また、水素に含まれる水蒸気が水素貯蔵器内で凝縮する問題もある。このため、水素貯蔵器に貯蔵する際の水素の水蒸気量は、例えば、約５ｐｐｍ程度以下までの低減が望まれている。そこで、この特許文献１では、水電解装置と水素貯蔵器との間の水素が流れる経路上に、水素と液水とを分離するための気液分離器、および、水素から水蒸気を吸着除去するための吸着塔が設けられた水素生成システムが提案されている。
　また、例えば、特許文献２では、高圧の水素中の水蒸気を吸着除去する吸着塔を圧力スイング吸着式精製器（ＰＳＡ）として構成することで、水素中の水蒸気を安定的に除去するシステムが提案されている。
特開２００９－１７９８４２号公報 特表２０１７－５３４４３５号公報
　本開示は、一例として、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る圧縮装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本開示の一態様(aspect)の圧縮装置は、電解質膜、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層、前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード触媒層、前記アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層、前記カソード触媒層上に設けられたカソードガス拡散層、および前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に電圧を印加する電圧印加器を備え、前記電圧印加器が前記電圧を印加することで、前記アノード触媒層上に供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介して前記カソード触媒層上に移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮機と、
　水透過膜、前記水透過膜の一方の主面上に設けられ、前記圧縮機から排出されたカソードガスが流れる第１の流路、および前記水透過膜の他方の主面上に設けられ、前記カソードガスよりも低圧のガスが流れる第２の流路を含み、前記第１の流路を流れるカソードガスに含まれる水蒸気および液水の少なくともいずれか一方を除去する除去器と、を備え、
　前記圧縮機と前記除去器とが一体で設けられている。
　本開示の一態様の圧縮装置は、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る、という効果を奏する。
図１Ａは、第１実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。 図１Ｂは、図１Ａの圧縮装置のＢ部の拡大図である。 図２は、第１実施形態の第１実施例の圧縮装置の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態の第２実施例の圧縮装置の一例を示す図である。 図４は、第２実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。 図５は、第３実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）による圧縮機、例えば、電気化学式水素ポンプでは、アノードに供給する水素含有ガスなどのアノード流体中の物質に構成元素として含まれる水素をプロトン化してカソードに移動させ、プロトン（Ｈ＋）をカソードで水素（Ｈ２）にすることで圧縮された水素が生成される。このとき、一般に、電解質膜は、高温および高加湿の条件（例えば、電解質膜に供給する水素含有ガスの温度および露点が約６０℃程度）で、プロトン伝導率が上がり、電気化学式水素ポンプの水素圧縮動作の効率が向上する。これに対して、電気化学式水素ポンプのカソードから排出される高圧の水素含有ガス（以下、カソードガス）を水素貯蔵器に貯蔵する際のカソードガス中の水蒸気量は、低減することが望まれているが、このようなカソードガス中の水蒸気を効率的に除去することが困難な場合が多い。
　例えば、特許文献１および特許文献２に開示された吸着塔の如く、水素中の水蒸気をゼオライトなどの多孔質吸着材により吸着させことができる。しかし、吸着材の吸着性能には、限界がある。吸着塔の運転時間は、吸着塔に送られる水の量で決まるので、水素中の水蒸気量が多い条件で吸着塔を使用する場合、吸着塔の大型化が必要とある。また、吸着塔内には、高圧水素が流通するので、吸着塔の容器を高圧に耐え得るような構成にする必要性があり、吸着塔の更なる大型化を招く恐れがある。なお、特許文献２の如く、圧力スイング吸着式の精製器を用いて吸着材の充填量を低減することは可能である。しかし、この場合、水素が流れる流路を構成する部材の複雑化、吸着材の再生時に、吸着材で水蒸気とともに吸着した水素の取り扱いが必要になるという問題など、改善の余地がある。
　そこで、本開示者らは、以下の如く鋭意検討を行った結果、圧縮機のカソードから排出されるカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を、水透過膜を用いることでカソードガスから効率的に除去できることを見出した。なお、特許文献１では、水電解装置から排出される水素中の液水を気液分離器により水素から分離することが提案されているが、気液分離器に上記の水透過膜を設けることは検討されていない。
　すなわち、本開示の第１態様の圧縮装置は、電解質膜、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード触媒層、アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層、カソード触媒層上に設けられたカソードガス拡散層、およびアノード触媒層とカソード触媒層との間に電圧を印加する電圧印加器を備え、電圧印加器が上記の電圧を印加することで、アノード触媒層上に供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介して前記カソード触媒層上に移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮機と、
　水透過膜、水透過膜の一方の主面上に設けられ、圧縮機から排出されたカソードガスが流れる第１の流路、および水透過膜の他方の主面上に設けられ、カソードガスよりも低圧のガスが流れる第２の流路を含み、第１の流路を流れるカソードガスに含まれる水蒸気および液水の少なくともいずれか一方を除去する除去器と、を備え、
　圧縮機と除去器とが一体で設けられている。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る。
　具体的には、本態様の圧縮装置は、圧縮機および除去器を一体に設けることで、装置構成を簡易化することができる。
　例えば、圧縮機および除去器では、高圧のカソードガスが流通する。よって、仮に、圧縮機および除去器が別体で設けられる場合、圧縮機および除去器をそれぞれ上下から固定するための高剛性の一対の端板が必要であることが多い。そこで、本態様の圧縮装置は、圧縮機と除去器とを一体化することにより、例えば、圧縮機および除去器に使用する端板を共用化することができるので、装置構成が簡易化する。
　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、上記の第１の流路には、第１の多孔質部材が設けられていてもよい。
　仮に、除去器の第１の流路に、第１の多孔質部材を設けない場合、この第１の流路内のカソードガスの流れは層流になりやすい。この場合、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方は、カソードガスに同伴して流れるので、例えば、水透過膜から離れた位置に存在するカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方は水透過膜と接触する確率が低い。つまり、この場合、水透過膜を透過する水蒸気および液水の少なくとも一方は、水透過膜の主面近傍に沿って流れるカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方に限定される恐れがある。
　これに対して、本態様の圧縮装置は、第１の多孔質部材をカソードガス流路に設けることにより、本カソードガス流路内のカソードガスの流れを強制的にランダムな方向に変えることができる。この場合、カソードガス流路内の様々な位置に存在するカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方が水透過膜と接触できる可能性がある。これにより、本態様の圧縮装置は、第２の多孔質部材をカソードガス流路に設けない場合に比べて、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方と水透過膜とが接触する確率が高くなる。そして、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方が水透過膜と接触すると、除去器の第１の流路（高圧）と第２の流路（低圧）との差圧によって、水透過膜に接触する高圧の水蒸気および液水の少なくとも一方が、水透過膜を介して低圧のガスへ効率的に透過し得る。これにより、除去器において、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を促進することができる。
　本開示の第３態様の圧縮装置は、第１態様または第２態様の圧縮装置において、上記の第２の流路には、第２の多孔質部材が設けられていてもよい。
　仮に、除去器の第２の流路に第２の多孔質部材を設けない場合、除去器の第１の流路（高圧）と第２の流路（低圧）との差圧によって、第２の流路を閉塞する方向に、水透過膜が変形する。例えば、このような差圧によって、水透過膜が第２の流路を構成する除去器の部材に接触する恐れがある。すると、第２の流路内のガスの流れが困難になる恐れがあるが、本態様の圧縮装置は、第２の多孔質部材を第２の流路に設けているので、このような問題が軽減される。なお、水透過膜を透過した水は、第２の多孔質部材の細孔を通じて、第２の流路のガスとともに効率的に除去器外に排水され得る。
　本開示の第４態様の圧縮装置は、第２態様の圧縮装置において、第１の多孔質部材は、カソードガス拡散層を含むものであってもよい。
　本開示の第５態様の圧縮装置は、第３態様の圧縮装置において、第２の多孔質部材は、アノードガス拡散層を含むものであってもよい。
　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、除去器は、第１の流路が、第２の流路よりも上に位置するように設けられていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、第１の流路を流れるカソードガス中の液水が重力の作用によって上から下へ移動することで、液水と水透過膜とが接触しやすくなる。よって、本態様の圧縮装置は、第１の流路と第２の流路との間の上下の位置関係を逆にする場合に比べて、除去器において、カソードガス中の液水の除去を促進することができる。
　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、除去器は、圧縮機の下側に設けられていてもよい。
　除去器の第２の流路内をガスが通過する際に、このガスは、水透過膜を透過したカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方によって加湿される。このため、仮に、圧縮機の上側に、除去器を設けた場合は、除去器の底面に低圧のガスの出口を設けることが困難である。除去器の底面に低圧のガスの出口を設けない場合、第２の流路内の低圧のガス中の液水がスムーズに排水されにくくなり、低圧のガスが流れる配管が、液水によって閉塞する恐れがある。
　しかし、本態様の圧縮装置は、圧縮機の下側に、除去器を設けることで、除去器の底面に低圧のガスの出口を設けることが容易になる。除去器の底面に低圧のガスの出口を設けると、本態様の圧縮装置は、第２の流路内の低圧のガス中の液水が重力の作用によりスムーズに排水され得る。
　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、圧縮機と除去器との間に、断熱部材を備えてもよい。
　圧縮機では、電解質膜は、高温および高加湿の条件（例えば、電解質膜に供給する水素含有ガスの温度および露点が約６０℃程度）で、プロトン伝導率が上がり、圧縮機の水素圧縮動作の効率が向上する。
　これに対して、除去器では、例えば、除去器の第２の流路に流入する低圧のガスの温度を、除去器の第１の流路に流入するカソードガスの温度よりも低くすることで、水透過膜を介した両ガス間の熱交換により、第１の流路をカソードガスが通過する際にカソードガスが適切に冷却される。すると、カソードガス中の水蒸気凝縮によって発生した高圧の凝縮水を、第１の流路（高圧）と第２の流路（低圧）との差圧によって、水透過膜を介して低圧のガスへ効率的に透過させ得る。
　以上の圧縮装置において、圧縮機と除去器とを一体化するとき、圧縮機と除去器との間に断熱部材を設けない場合、圧縮機の温度が、圧縮機と除去器との熱交換により、所望の温度未満になる可能性がある。また、除去器の温度が、圧縮機と除去器との熱交換により、所望の温度を上回る可能性がある。
　そこで、本実施形態の圧縮装置は、圧縮機と除去器との間に断熱部材を設けることで、以上の不都合を軽減することができる。
　本開示の第９態様の圧縮装置は、第１態様から第８態様のいずれか一つの圧縮装置において、低圧のガスが、水素含有ガスでもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、除去器の第２の流路から流出した水素含有ガスが圧縮機のアノードに供給される場合は、除去器において水素含有ガスを加湿することができる。
　本開示の第１０態様の圧縮装置は、第１態様から第９態様のいずれか一つの圧縮装置において、除去器の第１の流路を流れるカソードガスを冷却する冷却器を備えてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、冷却器により、除去器内においてカソードガスを冷却することで、カソードガス中の水蒸気の除去を促進させることができる。例えば、カソードガスに含まれる飽和水蒸気量は、カソードガスの温度が低い程、少なくなる。よって、カソードガス中の水蒸気量が飽和水蒸気量である場合、冷却器によりカソードガスの温度が低下すると、カソードガス中の水蒸気量を速やかに低減することができるので、カソードガス中の水蒸気の除去を促進させることができる。このとき、除去器内に存在する液水の量が増加することで、水透過膜に液水が接触する確率が高くなる。液水が水透過膜と接触すると、除去器の第１の流路（高圧）と第２の流路（低圧）との差圧によって、水透過膜に接触する高圧の液水を、水透過膜を介して低圧のガスへ効率的に透過させ得る。
　本開示の第１１態様の圧縮装置は、第１態様から第１０態様のいずれか一つの圧縮装置において、除去器は、圧縮機に対して、圧縮機内のアノードガス拡散層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、およびカソードガス拡散層の積層方向と同一方向に積層されていてもよい。
　かかる構成によると、本態様の圧縮装置は、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る。なお、本態様の圧縮装置の作用効果の詳細は、第１態様の圧縮装置の作用効果の詳細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、本開示の各態様の具体例について説明する。以下で説明する具体例は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、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。また、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。
　（第１実施形態）
　以上の圧縮機のアノード流体は、アノードにおける酸化反応でプロトンを生成する流体であれば、様々な種類のガス、液体が想定される。アノード流体は例えば、水素含有ガスまたは液水であってもよい。例えば、圧縮機が電気化学式水素ポンプである場合、アノード流体として、水素含有ガスなどを挙げることができる。また、例えば、圧縮機が水電解装置である場合、アノード流体として、液水などを挙げることができる。アノード流体が液水の場合、アノード触媒層上で液水の電気分解反応が実行される。そこで、以下の各実施形態では、アノード流体が水素含有ガスである場合において、圧縮機の一例である電気化学式水素ポンプ、および圧縮機を備える圧縮装置の構成および動作について説明する。
　［装置構成］
　図１Ａは、第１実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの圧縮装置のＢ部の拡大図である。
　なお、圧縮装置２００の鉛直方向における「上」および「下」が、図１Ａの如く取られており、重力が「上」から「下」に作用するものとする（他の図面も同じ）。
　図１および図１Ｂに示す例では、圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、除去器３００と、電圧印加器１０２と、を備える。
　ここで、電気化学式水素ポンプ１００の各部材と除去器３００の各部材とは、鉛直方向に積層するように配置されており、電気化学式水素ポンプ１００が、鉛直方向において除去器３００に対して上側の位置に設けられている。
　以下、圧縮装置２００の各機器の構成などについて、図面を参照しながら詳しく説明する。
　＜電気化学式水素ポンプの構成＞
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００の水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂを備える。なお、水素ポンプユニット１００Ａが、水素ポンプユニット１００Ａに対して上側の位置に設けられている。
　ここでは、２個の水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂが示されているが、水素ポンプユニットの個数は、本例に限定されない。つまり、水素ポンプユニットの個数は、例えば、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡで圧縮する水素量などの運転条件をもとに適宜の数に設定することができる。
　水素ポンプユニット１００Ａは、電解質膜１１と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、カソードセパレーター１６と、中間セパレーター１７と、を備える。水素ポンプユニット１００Ｂは、電解質膜１１と、アノードＡＮと、カソードＣＡと、中間セパレーター１７と、アノードセパレーター１８と、を備える。つまり、中間セパレーター１７は、水素ポンプユニット１００Ａのアノードセパレーターとして機能するとともに、水素ポンプユニット１００Ｂのカソードセパレーターとして機能することで、水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂにおいて共用されている。
　以下、水素ポンプユニット１００Ａの積層構成についてさらに詳しく説明する。水素ポンプユニット１００Ｂの積層構成は、水素ポンプユニット１００Ａと同様であるので説明を省略する場合がある。
　図１Ｂに示すように、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１３と、アノードガス拡散層１５とを含む電極である。
　ここで、一般的に、電気化学式水素ポンプ１００では、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２が電解質膜１１に一体的に接合された触媒層付き膜ＣＣＭ（Catalyst Coated Membrane）が使用されることが多い。そこで、電解質膜１１として、上記の触媒層付き膜ＣＣＭを使用する場合は、触媒層付き膜ＣＣＭに接合されたアノード触媒層１３の主面に、上記のアノードガス拡散層１５が設けられている。
　図１Ｂに示すように、カソードＣＡは、電解質膜１１の他方の主面上に設けられている。カソードＣＡは、カソード触媒層１２と、カソードガス拡散層１４とを含む電極である。電解質膜１１として、上記の触媒層付き膜ＣＣＭを使用する場合は、触媒層付き膜ＣＣＭに接合されたカソード触媒層１２の主面に、上記のカソードガス拡散層１４が設けられている。
　以上により、水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂでは、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２のそれぞれが接触するようにして、電解質膜１１がアノードＡＮとカソードＣＡとによって挟持されている。なお、カソードＣＡ、電解質膜１１およびアノードＡＮを含むセルを膜－電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）という。
　カソードセパレーター１６および中間セパレーター１７の間、および、中間セパレーター１７およびアノードセパレーター１８の間には、平面視においてＭＥＡの周囲を囲むように設けられた環状かつ平板状の絶縁体およびシール部材（図示せず）が挟み込まれている。これにより、カソードセパレーター１６および中間セパレーター１７間の短絡および中間セパレーター１７およびアノードセパレーター１８間の短絡、が防止されている。
　電解質膜１１は、プロトン伝導性を備える。電解質膜１１は、プロトン伝導性を備えていれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜１１として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜を挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、例えば、電解質膜１１として、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）などを用いることができる。
　アノード触媒層１３は、電解質膜１１の一方の主面上に設けられている。アノード触媒層１３は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層１２は、電解質膜１１の他方の主面上に設けられている。カソード触媒層１２は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層１２およびアノード触媒層１３の触媒担体としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉体、導電性の酸化物粉体などが挙げられるが、これらに限定されない。
　なお、カソード触媒層１２およびアノード触媒層１３では、触媒金属の微粒子が、触媒担体に高分散に担持されている。また、これらのカソード触媒層１２およびアノード触媒層１３中には、電極反応場を大きくするために、プロトン伝導性のイオノマー成分を加えることが一般的である。
　カソードガス拡散層１４は、カソード触媒層１２上に設けられている。また、カソードガス拡散層１４は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、カソードガス拡散層１４は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形に適切に追従するような弾性を備える方が望ましい。なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カソードガス拡散層１４として、カーボン繊維で構成した部材が用いられている。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの多孔性のカーボン繊維シートでもよい。なお、カソードガス拡散層１４の基材として、カーボン繊維シートを用いなくもよい。例えば、カソードガス拡散層１４の基材として、チタン、チタン合金、ステンレススチールなどを素材とする金属繊維の焼結体、これらを素材とする金属粉体の焼結体などを用いてもよい。
　アノードガス拡散層１５は、アノード触媒層１３上に設けられている。また、アノードガス拡散層１５は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、アノードガス拡散層１５は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソードＣＡおよびアノードＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形を抑制可能な高剛性であることが望ましい。
　なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、アノードガス拡散層１５として、チタン粉体焼結体の薄板で構成した部材が用いられているが、これに限定されない。つまり、アノードガス拡散層１５の基材として、例えば、チタン、チタン合金、ステンレススチールなどを素材とする金属繊維の焼結体、これらを素材とする金属粉体の焼結体を用いることができるが、カーボン多孔体も使用可能である。また、アノードガス拡散層１５の基材として、例えば、エキスパンドメタル、金属メッシュ、パンチングメタルなどを用いることもできる。
　アノードセパレーター１８は、水素ポンプユニット１００ＢのアノードＡＮのアノードガス拡散層１５上に設けられた導電性の部材である。カソードセパレーター１６は、水素ポンプユニット１００ＡのカソードＣＡのカソードガス拡散層１４上に設けられた導電性の部材である。中間セパレーター１７は、水素ポンプユニット１００ＡのアノードＡＮのアノードガス拡散層１５上、および、水素ポンプユニット１００ＢのカソードＣＡのカソードガス拡散層１４上に設けられた導電性の部材である。これらのカソードセパレーター１６、中間セパレーター１７およびアノードセパレーター１８は、例えば、チタン、ＳＵＳ３１６Ｌといった金属などで構成されていてもよいが、これに限定されない。
　カソードセパレーター１６の主面の中央部には、凹部が設けられ、この凹部に、水素ポンプユニット１００ＡのカソードＣＡおよび電解質膜１１の厚み方向の一部が収容されている。
　また、アノードセパレーター１８の主面の中央部には、凹部が設けられ、この凹部に、水素ポンプユニット１００ＢのアノードＡＮおよび電解質膜１１の厚み方向の一部が収容されている。
　また、中間セパレーター１７の両主面の中央部にはそれぞれ、凹部が設けられている。そして、これらの凹部のうちの一方の凹部に、水素ポンプユニット１００ＡのアノードＡＮおよび電解質膜１１の厚み方向の一部が収容され、他方の凹部に、水素ポンプユニット１００ＢのカソードＣＡおよび電解質膜１１の厚み方向の一部が収容されている。
　このようにして、カソードセパレーター１６および中間セパレーター１７でＭＥＡを挟むことにより、水素ポンプユニット１００Ａが形成されている。また、アノードセパレーター１８および中間セパレーター１７でＭＥＡを挟むことにより、水素ポンプユニット１００Ｂが形成されている。
　なお、アノードガス拡散層１５と接触する中間セパレーター１７の主面、および、アノードガス拡散層１５と接触するアノードセパレーター１８の主面には、平面視において、例えば、複数のＵ字状の折り返す部分と複数の直線部分とを含むサーペンタイン状のアノードガス流路（図示せず）が設けられていてもよい。但し、このようなアノードガス流路は、例示であって、本例に限定されない。例えば、アノードガス流路は、複数の直線状の流路により構成されていてもよい。
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、電圧印加器１０２を備える。
　電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３とカソード触媒層１２との間に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器１０２の高電位が、アノード触媒層１３に印加され、電圧印加器１０２の低電位が、カソード触媒層１２に印加されている。電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３よびカソード触媒層１２間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。例えば、電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に印加する電圧を調整する装置であってもよい。具体的には、電圧印加器１０２は、バッテリ、太陽電池、燃料電池などの直流電源と接続されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、商用電源などの交流電源と接続されているときは、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
　また、電圧印加器１０２は、例えば、電気化学式水素ポンプ１００に供給する電力が所定の設定値となるように、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に印加される電圧、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に流れる電流が調整される電力型電源であってもよい。
　なお、図示を省略するが、電圧印加器１０２の低電位側の端子がカソード給電板に接続され、電圧印加器１０２の高電位側の端子がアノード給電板に接続されている。カソード給電板は、例えば、水素ポンプユニット１００Ａのカソードセパレーター１６に設けられている。アノード給電板は、例えば、水素ポンプユニット１００Ｂのアノードセパレーター１８に設けられている。そして、カソード給電板およびアノード給電板はそれぞれ、カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１８のそれぞれと電気的に接触している。
　このように、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器１０２が上記の電圧を印加することで、アノード触媒層１３上に供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、電解質膜１１を介してカソード触媒層１２上に移動させ、圧縮された水素を生成する装置である。つまり、電気化学式水素ポンプ１００では、アノードＡＮにおいて水素含有ガスから取り出されたプロトン（Ｈ＋）が、電解質膜１１を介してカソードＣＡに移動することで、カソードＣＡにおいてカソードガスが生成される。なお、カソードガスは、例えば、カソードＣＡから排出される水蒸気を含む高圧の水素含有ガスである。
　なお、電気化学式水素ポンプ１００には、外部からアノードＡＮに水素含有ガスを供給させるためのアノードガス供給経路４０と、カソードＣＡから除去器３００にカソードガスを送出するためのカソードガス通過経路５０と、が設けられているが、これらの経路の詳細な構成は後で説明する。
　＜除去器の構成＞
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、除去器３００の除去ユニット３００Ａを備える。なお、除去器３００には、１個の除去ユニット３００Ａが示されているが、除去ユニット３００Ａの個数は、本例に限定されない。
　除去ユニット３００Ａは、水透過膜１１５と、第１の流路と、第２の流路と、第１のプレート１９と、第２のプレート２０と、を備える。
　ここで、第１の流路は、水透過膜１１５の一方の主面上に設けられ、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡから排出されたカソードガスが流れる流路（以下、カソードガス流路１１４）である。つまり、カソードガス流路１１４には、高圧のカソードガスが、水透過膜１１５の一方の主面と接触しながら流通している。また、第２の流路は、水透過膜１１５の他方の主面上に設けられ、カソードガスよりも低圧のガスが流れる流路（以下、低圧ガス流路１１３）である。つまり、低圧ガス流路１１３には、カソードガスよりも圧力が低いガスが、水透過膜１１５の他方の主面と接触しながら流通している。なお、低圧のガスの詳細は実施例で説明する。
　水透過膜１１５は、カソードガス中の水素（Ｈ２）の透過性が低く、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を透過させる膜であれば、どのような構成であってもよい。例えば、水透過膜１１５は、スルホン酸基を含む高分子膜で構成されていてもよい。これにより、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を透過する機能を水透過膜１１５に付与することができる。また、このような水透過膜１１５として、例えば、電解質膜１１と同様の材料により構成されるプロトン（Ｈ＋）を透過可能なプロトン伝導性の高分子膜を用いることができる。つまり、水透過膜１１５として、例えば、プロトン伝導性の高分子膜に使用可能な、フッ素系高分子膜、炭化水素系高分子膜などを挙げることができるが、これらに限定されない。
　第１のプレート１９および第２のプレート２０の主面のそれぞれの中央部には、凹部が設けられている。これらの凹部のそれぞれに、水透過膜１１５の厚み方向の一部が収容されている。つまり、カソードガス流路１１４は、第１のプレート１９に設けられた凹部と水透過膜１１５とによって区画された領域に相当する。低圧ガス流路１１３は、第２のプレート２０に設けられた凹部と水透過膜１１５とによって区画された領域に相当する。これらの第１のプレート１９および第２のプレート２０は、例えば、チタン金属などで構成されていてもよいが、これに限定されない。
　また、第１のプレート１９および第２のプレート２０の間には、平面視において水透過膜１１５の周囲を囲むように設けられた環状かつ平板状のシール部材（図示せず）が挟み込まれている。
　なお、除去器３００には、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡからカソードガス流路１１４にカソードガスを送出するためのカソードガス通過経路５０と、カソードガス流路１１４からカソードガスを外部へ排出するためのカソードガス排出経路５１と、外部から低圧ガス流路１１３にガスを供給するための低圧ガス供給経路６１と、低圧ガス流路１１３から外部へガスを排出するための低圧ガス排出経路６０と、が設けられているが、これらの経路の詳細は後で説明する。
　＜電気化学式水素ポンプおよび除去器の締結構成＞
　図１Ａおよび図１Ｂに示すように、除去器３００は、電気化学式水素ポンプ１００に対して、電気化学式水素ポンプ１００内のアノードガス拡散層１５、アノード触媒層１３、電解質膜１１、カソード触媒層１２、およびカソードガス拡散層１４の積層方向と同一方向に積層されている。
　ここで、図示を省略するが、電気化学式水素ポンプ１００のカソードセパレーター１６の外面には、例えば、第１絶縁板を介して高剛性の第１端板が設けられている。また、除去器３００の第２のプレート２０の外面には、例えば、第２絶縁板を介して高剛性の第２端板が設けられている。
　そして、図示しない締結器が、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材、第１絶縁板、第１端板、第２絶縁板および第２端板を上記の積層方向に締結している。
　締結器は、このような各部材を上記の積層方向に締結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、締結器として、ボルトおよび皿ばね付きナットなどを挙げることができる。
　このとき、締結器のボルトは、第１端板および第２端板のみを貫通してもよいし、ボルトは、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材、第１絶縁板、第１端板、第２絶縁板および第２端板を貫通してもよい。そして、カソードセパレーター１６の端面、および、第２のプレート２０の端面をそれぞれ、第１絶縁板および第２絶縁板のそれぞれを介して、第１端板および第２端板のそれぞれで挟むようにして、締結器により電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００に所望の締結圧が付与されている。
　なお、締結器のボルトが、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材、第１絶縁板、第１端板、第２絶縁板および第２端板を貫通する構成を取る場合、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材が、上記の積層方向において、締結器の締結圧により積層状態で適切に保持されるとともに、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材を締結器のボルトが貫通しているので、これらの各部材の面内方向における移動を適切に抑えることができる。
　このようにして、本実施形態の圧縮装置２００では、電気化学式水素ポンプ１００の各部材と除去器３００の各部材とが、締結器によって積層方向に積層されて一体化されている。
　＜水素含有ガスの流路構成＞
　以下、図１Ａを参照しながら、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに水素含有ガスを供給するための流路構成の一例を説明する。なお、図１Ａでは、水素含有ガスの流れの模式図が細い一点鎖線の矢印で示されている。
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、アノードガス供給経路４０を備える。
　アノードガス供給経路４０は、例えば、電気化学式水素ポンプ１００の各部材の適所に設けられ、鉛直方向に延伸する縦流路４０Ｈと、中間セパレーター１７およびアノードセパレーター１８のそれぞれの適所に設けられ、水平方向に延伸する第１横流路４０Ａおよび第２横流路４０Ｂとの連なりによって構成されている。具体的には、縦流路４０Ｈは、中間セパレーター１７に設けられた第１横流路４０Ａを介して、水素ポンプユニット１００ＡのアノードＡＮと連通している。例えば、この第１横流路４０Ａと、中間セパレーター１７に設けられたサーペンタイン状のアノードガス流路（図示せず）の端部とが接続していてもよい。また、縦流路４０Ｈは、アノードセパレーター１８に設けられた第２横流路４０Ｂを介して、水素ポンプユニット１００ＢのアノードＡＮと連通している。例えば、この第２横流路４０Ｂと、アノードセパレーター１８に設けられたサーペンタイン状のアノードガス流路（図示せず）の端部とが接続していてもよい。
　以上の構成により、外部からの水素含有ガスは、図１Ａの一点鎖線の矢印で示す如く、縦流路４０Ｈ、第１横流路４０Ａおよび水素ポンプユニット１００ＡのアノードＡＮをこの順番に流通するとともに、縦流路４０Ｈ、第２横流路４０Ｂおよび水素ポンプユニット１００ＢのアノードＡＮをこの順番に流通する。つまり、縦流路４０Ｈの水素含有ガスは、第１横流路４０Ａおよび第２横流路４０Ｂの両方を流れるように分流する。すると、水素含有ガスが、アノードガス拡散層１５を介して電解質膜１１に供給されることで、水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂにおいて水素含有ガス中の水素の圧縮が行われる。
　＜カソードガスの流路構成＞
　以下、図１Ａを参照しながら、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００におけるカソードガスの流路構成の一例を説明する。なお、図１Ａでは、カソードガスの流れの模式図が細い一点鎖線の矢印で示されている。
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、カソードガス通過経路５０と、カソードガス排出経路５１と、を備える。
　カソードガス通過経路５０は、例えば、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の各部材の適所に設けられ、鉛直方向に延伸する縦流路５０Ｈと、カソードセパレーター１６、中間セパレーター１７および第１のプレート１９のそれぞれの適所に設けられ、水平方向に延伸する第１横流路５０Ａ、第２横流路５０Ｂおよび第３横流路５０Ｃとの連なりによって構成されている。具体的には、縦流路５０Ｈは、カソードセパレーター１６に設けられた第１横流路５０Ａを介して、水素ポンプユニット１００ＡのカソードＣＡと連通している。また、縦流路５０Ｈは、中間セパレーター１７に設けられた第２横流路５０Ｂを介して、水素ポンプユニット１００ＢのカソードＣＡと連通している。さらに、縦流路５０Ｈは、第１のプレート１９に設けられた第３横流路５０Ｃを介して、除去ユニット３００Ａのカソードガス流路１１４と連通している。
　カソードガス排出経路５１は、例えば、除去器３００の各部材の適所に設けられた鉛直方向の縦流路５１Ｈと、第１のプレート１９の適所に設けられた水平方向の横流路５１Ａとの連なりによって構成されている。具体的には、縦流路５１Ｈは、第１のプレート１９に設けられた横流路５１Ａを介して、除去ユニット３００Ａのカソードガス流路１１４と連通している。
　以上の構成により、水素ポンプユニット１００ＡのカソードＣＡで圧縮された水素を含む高圧のカソードガスは、図１Ａの一点鎖線の矢印で示す如く、第１横流路５０Ａ、縦流路５０Ｈ、第３横流路５０Ｃ、カソードガス流路１１４、横流路５１Ａおよび縦流路５１Ｈをこの順番に流通する。その後、カソードガスは、圧縮装置２００外へ排出される。また、水素ポンプユニット１００ＢのカソードＣＡで圧縮された水素を含む高圧のカソードガスは、図１Ａの一点鎖線の矢印で示す如く、第２横流路５０Ｂ、縦流路５０Ｈ、第３横流路５０Ｃ、カソードガス流路１１４、横流路５１Ａおよび縦流路５１Ｈをこの順番に流通する。その後、カソードガスは、圧縮装置２００外へ排出される。つまり、第１横流路５０Ａおよび第２横流路５０Ｂの両方のカソードガスは、縦流路５０Ｈで合流してから、第３横流路５０Ｃを流通する。このとき、カソードガスが除去ユニット３００Ａのカソードガス流路１１４を通過する際に、除去ユニット３００Ａにおいてカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去が行われる。
　＜低圧のガスの流路構成＞
　以下、図１Ａを参照しながら、除去ユニット３００Ａの低圧のガスの流路構成の一例を説明する。なお、図１Ａでは、低圧のガスの流れの模式図が細い一点鎖線の矢印で示されている。
　図１Ａに示すように、圧縮装置２００は、低圧ガス供給経路６１と、低圧ガス排出経路６０と、を備える。
　低圧ガス供給経路６１は、例えば、除去器３００の第２のプレート２０の適所に設けられ、外部と低圧ガス流路１１３の一方の端部との間を連通するように鉛直方向に延伸する縦流路６１Ｈによって構成されている。低圧ガス排出経路６０は、例えば、除去器３００の第２のプレート２０の適所に設けられ、外部と低圧ガス流路１１３の他方の端部との間を連通するように鉛直方向に延伸する縦流路６０Ｈによって構成されている。
　以上の構成により、外部からの低圧のガスは、図１Ａの一点鎖線の矢印で示す如く、低圧ガス供給経路６１、低圧ガス流路１１３および低圧ガス排出経路６０をこの順番に流通する。その後、低圧のガスは、除去ユニット３００Ａ外へ排出される。
　なお、以上の電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００の構成は例示であって、本例に限定されない。
　[動作]
　以下、第１実施形態の圧縮装置２００の動作の一例について図面を参照しながら説明する。
　なお、以下の動作は、例えば、図示しない制御器の演算回路が、制御器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。
　まず、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに低圧の水素含有ガスが供給されるとともに、電圧印加器１０２の電圧が電気化学式水素ポンプ１００に印加される。すると、電気化学式水素ポンプ１００において、アノードＡＮに供給する水素含有ガスから取り出されたプロトンが、電解質膜１１を介してカソードＣＡに移動し、圧縮された水素が生成される水素圧縮動作が行われる。具体的には、アノードＡＮのアノード触媒層１３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１２に移動する。電子は電圧印加器１０２を通じてカソード触媒層１２に移動する。そして、カソード触媒層１２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中を伝導する際に、所定量の水が、電気浸透水としてアノードＡＮからカソードＣＡにプロトンと同伴して移動することが知られている。
　　　アノード：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ－　　　・・・（１）
　　　カソード：２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２（高圧）　　　・・・（２）
　電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡで生成された水素は、カソードガスとして、カソードＣＡで圧縮される。例えば、図示しない流量調整器を用いて、カソードガス導出経路の圧損を増加させることにより、カソードＣＡでカソードガスを圧縮させることができる。なお、流量調整器として、例えば、カソードガス導出経路に設けられた背圧弁、調整弁などを挙げることができる。
　ここで、適時に、流量調整器を用いて、カソードガス導出経路の圧損を低下させると、カソードガスが、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡから、カソードガス通過経路５０を通じて除去器３００へ送出される。流量調整器を用いて、カソードガス導出経路の圧損を低下させるとは、背圧弁、調整弁等の弁の開度を大きくすることである。
　すると、除去器３００のカソードガス流路１１４では、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡから排出されたカソードガスが流通する。よって、除去器３００の低圧ガス流路１１３に、カソードガスよりも低圧のガスを流通させることで、カソードガス中に液水が含まれる場合、カソードガスの除水動作が行われ得る。また、除去器３００の低圧ガス流路１１３に、カソードガスよりも水蒸気分圧の低いガスを流通させることで、カソードガスの水蒸気除去動作が行われ得る。なお、このとき、除去器３００の低圧ガス流路１１３に流入するガスの温度は、除去器３００のカソードガス流路１１４に流入するカソードガスの温度よりも低い方がよい。これにより、カソードガス流路１１４を流れるカソードガスの水凝縮が促進されるため、カソードガス中の水蒸気の除去も促進される。
　以上のとおり、本実施形態の圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器３００を従来よりも簡易に構成し得る。具体的には、本実施形態の圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００を一体に設けることで、装置構成を簡易化することができる。
　例えば、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００では、高圧のカソードガスが流通する。よって、仮に、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００が別体で設けられる場合、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００をそれぞれ上下から固定するための高剛性の一対の端板が必要であることが多い。そこで、本実施形態の圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００と除去器３００とを一体化することにより、例えば、電気化学式水素ポンプ１００および除去器３００に使用する端板を共用化することができるので、装置構成が簡易化する。
　また、本実施形態の圧縮装置２００では、図１Ａに示す如く、圧縮装置２００の鉛直方向において、カソードガス流路１１４が、低圧ガス流路１１３よりも上に位置するように設けられている。これにより、本実施形態の圧縮装置２００は、カソードガス流路１１４を流れるカソードガス中の凝縮水が発生する場合、重力の作用によって凝縮水が上から下へ移動することで、凝縮水と水透過膜１１５とが接触しやすくなる。よって、本実施形態の圧縮装置２００は、カソードガス流路１１４と低圧ガス流路１１３との間の上下の位置関係を逆にする場合に比べて、除去器３００において、カソードガス中の凝縮水の除去を促進することができる。
　また、本実施形態の圧縮装置２００では、図１Ａに示す如く、圧縮装置２００の鉛直方向において、除去器３００が、電気化学式水素ポンプ１００の下側に設けられている。この理由は、以下のとおりである。
　除去器３００の低圧ガス流路１１３内をガスが通過する際に、このガスは、水透過膜１１５を透過したカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方によって加湿される。このため、仮に、電気化学式水素ポンプ１００の上側に、除去器を設けた場合は、第２のプレート２０の底面に低圧ガスの出口を設けることが困難である。第２のプレート２０の底面に低圧ガスの出口を設けない場合、低圧ガス流路１１３内の低圧ガス中の液水がスムーズに排水されにくくなり、低圧ガスが流れる配管が、液水によって閉塞する恐れがある。
　しかし、本実施形態の圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００の下側に、除去器３００を設けることで、第２のプレート２０の底面に低圧ガスの出口を設けることが容易になる。第２のプレート２０の底面に低圧ガスの出口を設けると、本実施形態の圧縮装置２００は、低圧ガス流路１１３内の低圧ガス中の液水が重力の作用によりスムーズに排水され得る。
　なお、ここでは、図示を省略しているが、本実施形態の圧縮装置２００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、圧縮装置２００には、電気化学式水素ポンプ１００の温度を検出する温度検出器、電気化学式水素ポンプ１００のカソードＣＡで圧縮された水素を含むカソードガスの圧力を検出する圧力検出器などが設けられていてもよい。
　また、本実施形態の圧縮装置２００は、除去器３００で水蒸気および液水の少なくとも一方が除去されたカソードガス（水素）を貯蔵する水素貯蔵器（図示せず）が設けられていてもよい。水素貯蔵器として、例えば、水素タンクなどを挙げることができる。なお、水素貯蔵器に貯蔵された乾燥状態のカソードガス（水素）は、適時に、水素消費体に供給される。水素消費体として、例えば、燃料電池などを挙げることができる。
　以上の圧縮装置２００の構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、本実施形態の圧縮装置２００では、アノードＡＮに供給する水素含有ガス中の水素（Ｈ２）を全量、カソードＣＡで圧縮するデッドエンド構造が採用されているが、アノードＡＮに供給する水素含有ガスの一部を外部に排出するリサイクル構造が採用されてもよい。
　また、水素含有ガスは、例えば、純水素ガスであってもよいし、純水素ガスよりも水素濃度の低いガスであってもよい。後者の水素含有ガスは、例えば、水の電気分解により生成する水素ガスであってもよいし、水素を含む改質ガスであってもよい。
　（第１実施例）
　図２は、第１実施形態の第１実施例の圧縮装置の一例を示す図である。
　本実施例の圧縮装置２００は、除去器３００のカソードガス流路１１４に、第１の多孔質部材１１４Ａが設けられること、および、除去器３００の低圧ガス流路１１３に、第２の多孔質部材１１３Ａが設けられること以外、第１実施形態の圧縮装置２００と同様である。なお、第１の多孔質部材１１４Ａは、除去器３００の水透過膜１１５と接するように除去器３００のカソードガス流路１１４に設けられていてもよい。第２の多孔質部材１１３Ａは、除去器３００の水透過膜１１５と接するように除去器３００の低圧ガス流路１１３に設けられていてもよい。
　第１の多孔質部材１１４Ａは、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧で発生する水透過膜１１５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。例えば、第１の多孔質部材１１４Ａとして、炭素繊維を含む弾性体で構成されていてもよい。このような弾性体として、例えば、カーボン繊維が積層されるカーボンフェルトなどを挙げることができる。なお、第１の多孔質部材１１４Ａは、カソードガス拡散層１４を含んでもよい。
　第２の多孔質部材１１３Ａは、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧で発生する水透過膜１１５の変位、変形を抑制可能な高剛性であることが望ましい。例えば、第２の多孔質部材１１３Ａは、金属製であってもよい。金属製の第２の多孔質部材１１３Ａは、例えば、金属焼結体であってもよい。金属焼結体として、例えば、ステンレス製またはチタン製の金属粉焼結体、金属繊維焼結体などを挙げることができる。なお、第２の多孔質部材１１３Ａは、アノードガス拡散層１５を含んでもよい。
　このように、除去ユニット３００Ａは、水素ポンプユニット１００Ａおよび水素ポンプユニット１００Ｂと同様のセル構造で構成されていてもよい。
　次に、除去器３００のカソードガス流路１１４に、第１の多孔質部材１１４Ａを設ける場合の本実施例の圧縮装置２００の作用効果について説明する。
　仮に、除去器３００のカソードガス流路１１４に、第１の多孔質部材１１４Ａを設けない場合、本カソードガス流路１１４内のカソードガスの流れは層流になりやすい。この場合、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方は、カソードガスに同伴して流れるので、例えば、水透過膜１１５から離れた位置に存在するカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方は水透過膜１１５と接触する確率が低い。つまり、この場合、水透過膜１１５を透過する水蒸気および液水の少なくとも一方は、水透過膜１１５の主面近傍に沿って流れるカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方に限定される恐れがある。
　これに対して、本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａをカソードガス流路１１４に設けることにより、本カソードガス流路１１４内のカソードガスの流れを強制的にランダムな方向に変えることができる。この場合、カソードガス流路１１４内の様々な位置に存在するカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方が水透過膜１１５と接触できる可能性がある。これにより、本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａをカソードガス流路１１４に設けない場合に比べて、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方と水透過膜１１５とが接触する確率が高くなる。そして、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方が水透過膜１１５と接触すると、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧によって、水透過膜１１５に接触する高圧の水蒸気および液水の少なくとも一方を、水透過膜１１５に接触する低圧のガスへ水透過膜１１５を介して効率的に透過させることができる。これにより、除去器３００において、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を促進することができる。
　また、仮に、第１の多孔質部材１１４Ａを水透過膜１１５と接するように設けない場合、第１の多孔質部材１１４Ａと水透過膜１１５との間の空隙をカソードガスが通過しやすくなる。すると、例えば、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧の大小などによって上記の空隙の大きさが変化する場合、カソードガスの流通状態がカソードガス流路１１４内で変化する。これにより、水透過膜１１５における水透過性に影響を与えるので、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を安定的に行うことが困難になる。しかし、本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａを水透過膜１１５と接するように設けることで、両者間の接触界面を安定に保つことができるので、以上の問題が軽減される。
　また、本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａを水透過膜１１５と接するように設けることで、第１の多孔質部材１１４Ａが、カソードガス流路１１４を流れるカソードガス冷却のための熱伝導体として機能する。よって、カソードガスがカソードガス流路１１４を通過する際にカソードガスが効果的に冷却される。これにより、本実施例の圧縮装置２００は、除去器３００において、第１の多孔質部材１１４Ａを水透過膜１１５と接するように設けない場合に比べて、カソードガス中の水蒸気からの凝縮水発生を促進させることができる。
　次に、除去器３００の低圧ガス流路１１３に、第２の多孔質部材１１３Ａを設ける場合の本実施例の圧縮装置２００の作用効果について説明する。
　仮に、除去器３００の低圧ガス流路１１３に第２の多孔質部材１１３Ａを設けない場合、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧によって、低圧ガス流路１１３を閉塞する方向に、水透過膜１１５が変形する。例えば、このような差圧によって、水透過膜１１５が、低圧ガス流路１１３を構成する除去器３００の部材に接触する恐れがある。すると、低圧ガス流路１１３内のガスの流れが困難になる恐れがあるが、本実施例の圧縮装置２００は、第２の多孔質部材１１３Ａを低圧ガス流路１１３に設けているので、このような問題が軽減される。なお、水透過膜１１５を透過した水は、第２の多孔質部材１１３Ａの細孔を通じて、低圧ガス流路１１３のガスとともに効率的に除去器３００外に排水され得る。
　また、仮に、第２の多孔質部材１１３Ａを水透過膜１１５と接するように設けない場合、例えば、低圧ガス流路１１３を構成する除去器３００の部材のエッジ部で、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧に基づく水透過膜１１５への曲げ応力が発生する場合がある。すると、このような曲げ応力によって水透過膜１１５が破損する恐れがあるが、本実施例の圧縮装置２００は、第２の多孔質部材１１３Ａを水透過膜１１５と接するように設けているので、このような問題が軽減される。
　また、仮に、第２の多孔質部材１１３Ａを水透過膜１１５と接するように設けない場合、例えば、第２の多孔質部材１１３Ａと水透過膜１１５との間の空隙を低圧のガスが通過しやすくなる。
　すると、例えば、カソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧の大小などによって上記の空隙の大きさが変化する場合、ガスの流通状態が低圧ガス流路１１３内で変化する。これにより、水透過膜１１５の水透過性に影響を与えるので、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を安定的に行うことが困難になる。しかし、本実施例の圧縮装置２００は、第２の多孔質部材１１３Ａを水透過膜１１５と接するように設けることで、両者間の接触界面を安定に保つことができるので、以上の問題が軽減される。
　次に、第２の多孔質部材１１３Ａおよび第１の多孔質部材１１４Ａをそれぞれ、金属材料および弾性材料のそれぞれで構成する場合の本実施例の圧縮装置２００の作用効果について説明する。
　本実施例の圧縮装置２００は、第２の多孔質部材１１３Ａを金属材料で構成することで、第２の多孔質部材１１３Ａの剛性を適切に確保することができる。すると、カソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧によって水透過膜１１５が変形しにくくなるので、第２の多孔質部材１１３Ａと水透過膜１１５との間の接触界面、および、第１の多孔質部材１１４Ａと水透過膜１１５との間の接触界面を安定的に保つことができる。これにより、本実施例の圧縮装置２００は、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を安定化させることができる。
　本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａを弾性材料で構成することで、第１の多孔質部材１１４Ａの弾性変形を適切に生じさせることができる。これにより、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧が発生しても、第１の多孔質部材１１４Ａと水透過膜１１５との間の接触界面を安定的に保つことができる。
　例えば、上記の差圧の発生により、水透過膜１１５が低圧ガス流路１１３を閉塞する方向に変形した場合、第１の多孔質部材１１４Ａと水透過膜１１５との間の接触界面を安定的に保つことが難しい。すると、上記のとおり、水透過膜１１５における水透過性に影響を与えるので、カソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方の除去を安定的に行うことが困難になる。しかし、本実施例の圧縮装置２００は、第１の多孔質部材１１４Ａを弾性材料で構成することで、水透過膜１１５の上記変形に対して、第１の多孔質部材１１４Ａと水透過膜１１５との間の接触を維持する方向に、第１の多孔質部材１１４Ａの弾性変形を追従させ得る。例えば、第１のプレート１９の凹部に、第１の多孔質部材１１４Ａを収容する際に、水透過膜１１５の変形量相当分以上、第１の多孔質部材１１４Ａを予め圧縮させるとよい。
　本実施例の圧縮装置２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態の圧縮装置２００と同様であってもよい。
　（第２実施例）
　図３は、第１実施形態の第２実施例の圧縮装置の一例を示す図である。
　本実施例の圧縮装置２００は、除去器３００の低圧ガス流路１１３を流入する低圧のガスが水素含有ガスであること以外、第１実施形態の圧縮装置２００と同様である。
　上記の水素含有ガスは、例えば、乾燥状態の純水素ガスであってもよいし、純水素ガスよりも水素濃度の低い乾燥状態のガスであってもよい。また、この水素含有ガスの温度は、除去器３００のカソードガス流路１１４に流入するカソードガスの温度よりも低い方がよい。
　以上により、本実施例の圧縮装置２００は、除去器３００のカソードガス流路１１４から流出した水素含有ガスが、電気化学式水素ポンプ１００のアノードＡＮに供給される場合は、除去器３００において水素含有ガスを加湿することができる。
　なお、除去器３００の低圧ガス流路１１３を流入する低圧のガスは、必ずしも水素含有ガスでなくても構わない。例えば、低圧のガスは、乾燥状態の空気であってもよい。これにより、除去器３００から排出するガスに対して、特別の後処理の必要性が軽減される。
　本実施例の圧縮装置２００は、上記の特徴以外は、第１実施形態または第１実施例の圧縮装置２００と同様であってもよい。
　（第２実施形態）
　図４は、第２実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　図４に示す例では、圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、除去器３００と、電圧印加器１０２と、断熱部材７０と、を備える。
　ここで、電気化学式水素ポンプ１００、除去器３００および電圧印加器１０２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　断熱部材７０は、電気化学式水素ポンプ１００と除去器３００との間に設けられている。本実施形態の圧縮装置２００では、断熱部材７０は、水素ポンプユニット１００Ｂのアノードセパレーター１８と除去ユニット３００Ａの第１のプレート１９の間に設けられている。
　電気化学式水素ポンプ１００では、電解質膜１１は、高温および高加湿の条件（例えば、電解質膜１１に供給する水素含有ガスの温度および露点が約６０℃程度）で、プロトン伝導率が上がり、電気化学式水素ポンプ１００の水素圧縮動作の効率が向上する。
　これに対して、除去器３００では、例えば、除去器３００の低圧ガス流路１１３に流入する低圧のガスの温度を、除去器のカソードガス流路１１４に流入するカソードガスの温度よりも低くすることで、水透過膜１１５を介した両ガス間の熱交換により、カソードガス流路１１４をカソードガスが通過する際にカソードガスが適切に冷却される。すると、カソードガス中の水蒸気凝縮によって発生した高圧の凝縮水を、カソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧によって、水透過膜１１５を介して低圧のガスへ効率的に透過させ得る。
　以上の圧縮装置２００において、電気化学式水素ポンプ１００と除去器３００とを一体化するとき、電気化学式水素ポンプ１００と除去器３００との間に断熱部材７０を設けない場合、電気化学式水素ポンプ１００の水素ポンプユニット１００Ｂの温度が、水素ポンプユニット１００Ｂと除去器３００との熱交換により、所望の温度未満になる可能性がある。また、除去器３００の温度が、水素ポンプユニット１００Ｂと除去器３００との熱交換により、所望の温度を上回る可能性がある。
　そこで、本実施形態の圧縮装置２００は、図４の如く、電気化学式水素ポンプ１００と除去器３００との間に断熱部材７０を設けることで、以上の不都合を軽減することができる。
　本実施形態の圧縮装置２００は、上記の特徴以外は、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２００と同様であってもよい。
　（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態の圧縮装置の一例を示す図である。
　図５に示す例では、圧縮装置２００は、電気化学式水素ポンプ１００と、除去器３００と、電圧印加器１０２と、冷却器８０と、を備える。
　ここで、電気化学式水素ポンプ１００、除去器３００および電圧印加器１０２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
　冷却器８０は、除去ユニット３００Ａのカソードガス流路１１４を流れるカソードガスを冷却する装置である。冷却器８０は、上記の冷却機能を備える装置であれば、どのような構成であってもよい。冷却器８０は、例えば、冷却液を用いる冷却器でもよい。この場合、冷却器８０は、例えば、第１のプレート１９には、冷却液が流れる流路が設けられる。冷却液として、例えば、冷却水、不凍液などを用いることができる。
　以上により、本実施形態の圧縮装置２００は、冷却器８０により、除去器３００内においてカソードガスを冷却することで、カソードガスの水蒸気の除去を促進させることができる。例えば、カソードガスに含まれる飽和水蒸気量は、カソードガスの温度が低い程、少なくなる。よって、カソードガス中の水蒸気量が飽和水蒸気量である場合、冷却器８０によりカソードガスの温度が低下すると、カソードガス中の水蒸気量を速やかに低減することができるので、カソードガス中の水蒸気の除去を促進させることができる。このとき、除去器３００内に存在する液水の量が増加することで、水透過膜１１５に液水が接触する確率が高くなる。液水が水透過膜１１５と接触すると、除去器３００のカソードガス流路１１４（高圧）と低圧ガス流路１１３（低圧）との差圧によって、水透過膜１１５に接触する高圧の液水を、水透過膜１１５を介して低圧のガスへ効率的に透過させ得る。
　本実施形態の圧縮装置２００は、上記の特徴以外は、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２００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実施形態および第３実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。
　また、上記の説明から、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、上記の説明は、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、その動作条件、組成、構造および／または機能を実質的に変更できる。
　本開示の一態様は、例えば、圧縮機で圧縮された水素を含むカソードガス中の水蒸気および液水の少なくとも一方を除去する除去器を従来よりも簡易に構成し得る圧縮装置に利用することができる。
１１　　　：電解質膜
１２　　　：カソード触媒層
１３　　　：アノード触媒層
１４　　　：カソードガス拡散層
１５　　　：アノードガス拡散層
１６　　　：カソードセパレーター
１７　　　：中間セパレーター
１８　　　：アノードセパレーター
１９　　　：第１のプレート
２０　　　：第２のプレート
４０　　　：アノードガス供給経路
４０Ａ　　：第１横流路
４０Ｂ　　：第２横流路
４０Ｈ　　：縦流路
５０　　　：カソードガス通過経路
５０Ａ　　：第１横流路
５０Ｂ　　：第２横流路
５０Ｃ　　：第３横流路
５０Ｈ　　：縦流路
５１　　　：カソードガス排出経路
５１Ａ　　：横流路
５１Ｈ　　：縦流路
６０　　　：低圧ガス排出経路
６０Ｈ　　：縦流路
６１　　　：低圧ガス供給経路
６１Ｈ　　：縦流路
７０　　　：断熱部材
８０　　　：冷却器
１００　　：圧縮機
１００Ａ　：水素ポンプユニット
１００Ｂ　：水素ポンプユニット
１０２　　：電圧印加器
１１３　　：低圧ガス流路
１１３Ａ　：第２の多孔質部材
１１４　　：カソードガス流路
１１４Ａ　：第１の多孔質部材
１１５　　：水透過膜
２００　　：圧縮装置
３００　　：除去器
３００Ａ　：除去ユニット
ＡＮ　　　：アノード
ＣＡ　　　：カソード

Claims (11)

  1. 　電解質膜、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層、前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード触媒層、前記アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層、前記カソード触媒層上に設けられたカソードガス拡散層、および前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に電圧を印加する電圧印加器を備え、前記電圧印加器が前記電圧を印加することで、前記アノード触媒層上に供給されたアノード流体から取り出されたプロトンを、前記電解質膜を介して前記カソード触媒層上に移動させ、圧縮された水素を生成する圧縮機と、
    　水透過膜、前記水透過膜の一方の主面上に設けられ、前記圧縮機から排出されたカソードガスが流れる第１の流路、および、前記水透過膜の他方の主面上に設けられ、前記カソードガスよりも低圧のガスが流れる第２の流路を含み、前記第１の流路を流れるカソードガスに含まれる水蒸気および液水の少なくともいずれか一方を除去する除去器と、を備え、
    　前記圧縮機と前記除去器とが一体で設けられている圧縮装置。
  2. 　前記第１の流路には、第１の多孔質部材が設けられている請求項１に記載の圧縮装置。
  3. 　前記第２の流路には、第２の多孔質部材が設けられている請求項１または２に記載の圧縮装置。
  4. 　前記第１の多孔質部材は、前記カソードガス拡散層を含む請求項２に記載の圧縮装置。
  5. 　前記第２の多孔質部材は、前記アノードガス拡散層を含む請求項３に記載の圧縮装置。
  6. 　前記除去器は、前記第１の流路が、前記第２の流路よりも上に位置するように設けられている請求項１－５のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  7. 　前記除去器は、前記圧縮機の下側に設けられている請求項１－６のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  8. 　前記圧縮機と前記除去器との間に、断熱部材を備える請求項１－７のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  9. 　前記低圧のガスが、水素含有ガスである請求項１－８のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  10. 　前記第１の流路を流れるカソードガスを冷却する冷却器を備える請求項１－９のいずれか１項に記載の圧縮装置。
  11. 　前記除去器は、前記圧縮機に対して、前記圧縮機内の前記アノードガス拡散層、前記アノード触媒層、前記電解質膜、前記カソード触媒層、および前記カソードガス拡散層の積層方向と同一方向に積層されている請求項１－１０のいずれか１項に記載の圧縮装置。
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