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JP2021088734A - Hydrogen compressing device - Google Patents

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JP2021088734A
JP2021088734A JP2019218211A JP2019218211A JP2021088734A JP 2021088734 A JP2021088734 A JP 2021088734A JP 2019218211 A JP2019218211 A JP 2019218211A JP 2019218211 A JP2019218211 A JP 2019218211A JP 2021088734 A JP2021088734 A JP 2021088734A
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JP
Japan
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gas
hydrogen
anode
liquid separator
regulating valve
Prior art date
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Application number
JP2019218211A
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Japanese (ja)
Inventor
高橋 康文
Yasufumi Takahashi
康文 高橋
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a hydrogen compressing device capable of efficiently compressing hydrogen.SOLUTION: The hydrogen compressing device according to the present invention, comprises an electrochemical hydrogen compressor comprising an anode, a cathode, and an electrolyte membrane placed between the anode and the cathode, a feed path of an anode connected to the anode to feed hydrogen to the anode, a discharge path of the anode connected to the anode to discharge hydrogen from the anode, a first gas/liquid separator connected to the anode via the discharge path of the anode, a gas discharge path that connects the first gas/liquid separator and the feed path of the anode, a hydrogen pump disposed in the gas discharge path to feed hydrogen to the feed path of the anode from the first gas/liquid separator, a second gas/liquid separator connected to the cathode, a gas discharge port connected to the second gas/liquid separator to discharge gas from the second gas/liquid separator, and a first liquid discharge path that connects the first gas/liquid separator and the second gas/liquid separator.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、水素圧縮装置に関する。 The present disclosure relates to a hydrogen compressor.

水素圧縮装置の例として、例えば、特許文献1に記載の圧縮水素製造システムが開示されている。特許文献1に記載の圧縮水素製造システムでは、水素圧縮機は、イオン伝導体を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成されている。アノードには、水素導入路から水素が導入される。水素導入路には、貯水バブラーから水蒸気が供給される。アノードから排出されたアノードオフガス中の水は、アノードオフガス路により水素導入路へ供給される。 As an example of the hydrogen compression device, for example, the compressed hydrogen production system described in Patent Document 1 is disclosed. In the compressed hydrogen production system described in Patent Document 1, in the hydrogen compressor, an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side of the hydrogen compressor. Hydrogen is introduced into the anode from the hydrogen introduction path. Water vapor is supplied to the hydrogen introduction path from the water storage bubbler. The water in the anode off-gas discharged from the anode is supplied to the hydrogen introduction path by the anode off-gas path.

特開2018―165385号JP-A-2018-165385

近年、水素を効率良く圧縮することができる水素圧縮装置が求められている。 In recent years, there has been a demand for a hydrogen compression device capable of efficiently compressing hydrogen.

したがって、本開示の目的は、前記課題を解決することにあって、水素を効率良く圧縮することができる水素圧縮装置を提供することである。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a hydrogen compressor capable of efficiently compressing hydrogen in order to solve the above-mentioned problems.

前記目的を達成するために、本開示の一態様に係る水素圧縮装置は、
アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードとに挟まれる電解質膜を有する電気化学式の水素圧縮機と、
前記アノードに接続され、前記アノードへ水素を供給するアノード供給路と、
前記アノードに接続され、前記アノードから水素を排出するアノード排出路と、
前記アノード排出路を介して前記アノードと接続される第1気液分離器と、
前記第1気液分離器と前記アノード供給路とを接続する気体排出路と、
前記気体排出路に配置され、前記第1気液分離器から前記アノード供給路に水素を供給する水素ポンプと、
前記カソードと接続される第2気液分離器と、
前記第2気液分離器と接続され、前記第2気液分離器から気体を排出する気体吐出口と、
前記第1気液分離器と前記第2気液分離器とを接続する第1液体排出路と、
を備える。
In order to achieve the above object, the hydrogen compressor according to one aspect of the present disclosure is
An electrochemical hydrogen compressor having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode.
An anode supply path connected to the anode and supplying hydrogen to the anode,
An anode discharge path connected to the anode and discharging hydrogen from the anode,
A first gas-liquid separator connected to the anode via the anode discharge path,
A gas discharge path connecting the first gas-liquid separator and the anode supply path,
A hydrogen pump arranged in the gas discharge path and supplying hydrogen from the first gas-liquid separator to the anode supply path,
A second gas-liquid separator connected to the cathode,
A gas discharge port connected to the second gas-liquid separator and discharging gas from the second gas-liquid separator,
A first liquid discharge path connecting the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator,
To be equipped.

本開示に係る水素圧縮装置によれば、水素を効率良く圧縮することができる。 According to the hydrogen compression device according to the present disclosure, hydrogen can be efficiently compressed.

図1は、本開示の実施の形態1に係る水素圧縮装置の一例の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a hydrogen compression device according to a first embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の実施の形態2に係る水素圧縮装置の一例の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an example of the hydrogen compression device according to the second embodiment of the present disclosure. 図3は、本開示の実施の形態2に係る水素圧縮装置における第1調整弁、第2調整弁および第3調整弁の制御の一例のタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart of an example of control of the first regulating valve, the second regulating valve, and the third regulating valve in the hydrogen compressor according to the second embodiment of the present disclosure. 図4は、本開示の実施の形態3に係る水素圧縮装置における第1調整弁、第2調整弁および第3調整弁の制御の一例のタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart of an example of control of the first regulating valve, the second regulating valve, and the third regulating valve in the hydrogen compressor according to the third embodiment of the present disclosure. 図5は、特許文献1に記載の圧縮水素製造システムの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the compressed hydrogen production system described in Patent Document 1.

(本開示の基礎となった知見)
図5は、特許文献1に記載の圧縮水素製造システムの概略構成図である。図5に示すように、圧縮水素製造システム101では、水素タンク等と水素配管106を介して貯水バブラー107が接続されている。また、貯水バブラー107には水が貯留されているので、水の飽和蒸気により水素が加湿される。加湿された水素は、水素導入路108を経て水素圧縮機102のアノード103へ導入される。アノード103では、所定の電力が与えられることにより水素がイオン化される。イオン化された水素は、アノード103からイオン伝導体105を経てカソード104側へ移動し、カソード104で水素に戻る。これにより、高圧の水素を得ることができる。
(Knowledge on which this disclosure was based)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the compressed hydrogen production system described in Patent Document 1. As shown in FIG. 5, in the compressed hydrogen production system 101, the water storage bubbler 107 is connected to the hydrogen tank or the like via the hydrogen pipe 106. Further, since water is stored in the water storage bubbler 107, hydrogen is humidified by the saturated steam of water. The humidified hydrogen is introduced into the anode 103 of the hydrogen compressor 102 via the hydrogen introduction path 108. At the anode 103, hydrogen is ionized by applying a predetermined electric power. The ionized hydrogen moves from the anode 103 to the cathode 104 side via the ion conductor 105, and returns to hydrogen at the cathode 104. Thereby, high pressure hydrogen can be obtained.

カソード104からは、水を含んだ圧縮水素がカソード排出路109を介して排出され、水分離部110へ送出される。水分離部110は、水と水素を分離する。水分離部110で分離された水素は、圧縮水素出力路111から送出される。分離された水は、カソード排出水循環路112を通り減圧バルブ113に流れて減圧され、貯水バブラー107へ供給される。貯水バブラー107では、水に溶解していた水素が放出される。 Compressed hydrogen containing water is discharged from the cathode 104 via the cathode discharge path 109, and is sent to the water separation unit 110. The water separation unit 110 separates water and hydrogen. The hydrogen separated by the water separation unit 110 is sent out from the compressed hydrogen output path 111. The separated water flows through the cathode discharge water circulation path 112 to the pressure reducing valve 113, is depressurized, and is supplied to the water storage bubbler 107. In the water storage bubbler 107, hydrogen dissolved in water is released.

このように、アノード103からカソード104に移動した水素と水は、水分離部110と貯水バブラー107により分離され、水と分離した水素が再びアノード103に流れる。 In this way, the hydrogen and water that have moved from the anode 103 to the cathode 104 are separated by the water separation unit 110 and the water storage bubbler 107, and the hydrogen separated from the water flows to the anode 103 again.

一方、水素圧縮機102で利用されなかった水と水素は、アノード103に接続されたアノードオフガス路114と、水素ポンプ115で送られて再びアノード103へ供給される。 On the other hand, the water and hydrogen not used in the hydrogen compressor 102 are sent to the anode off-gas passage 114 connected to the anode 103 and the hydrogen pump 115 and supplied to the anode 103 again.

このように、特許文献1に記載の圧縮水素製造システムでは、アノード103で利用されなかった水素と水は、アノードオフガス路114を流れ、そのままアノード103に戻されることによってアノード3に循環される。この場合、循環される水は、水素と比べて継続して量が増えていくため、アノード103に供給される水素に必要以上の水が含まれた状態となる。 As described above, in the compressed hydrogen production system described in Patent Document 1, hydrogen and water not used in the anode 103 flow through the anode off-gas passage 114 and are returned to the anode 103 as they are to be circulated to the anode 3. In this case, the amount of circulated water continuously increases as compared with hydrogen, so that the hydrogen supplied to the anode 103 contains more water than necessary.

また、特許文献1には、カソード104から排出され、分離された水に含まれる水素が、再びアノード103に供給され、再利用される実施形態についても開示されている(特許文献1に記載の第2実施形態及び第4実施形態を参照)。このような実施形態では、アノード103で利用されなかった水(水蒸気)を含む水素は、冷却器を介して、排気気体室に送出される。排気気体室では、凝縮された水が貯留され、それ以外の気体(水素など)は排気気体室から排気管を通って外部へ排出される。 Further, Patent Document 1 also discloses an embodiment in which hydrogen discharged from the cathode 104 and contained in the separated water is supplied to the anode 103 again and reused (Patent Document 1). (See second and fourth embodiments). In such an embodiment, hydrogen containing water (water vapor) not used in the anode 103 is sent to the exhaust gas chamber via the cooler. Condensed water is stored in the exhaust gas chamber, and other gases (hydrogen, etc.) are discharged from the exhaust gas chamber to the outside through the exhaust pipe.

このように、特許文献1に記載の第2実施形態及び第4実施形態の圧縮水製造システムでは、アノード103で利用されなかった水素は、再利用されることなく外部へ排出される。 As described above, in the compressed water production system of the second embodiment and the fourth embodiment described in Patent Document 1, the hydrogen not used in the anode 103 is discharged to the outside without being reused.

そこで、本発明者らは、上記課題を解決するため、アノードを循環する水素から水を除去する気液分離器を備える水素圧縮装置を検討した。これにより、本発明者らは、アノードに供給される水素に必要以上の水が含まれることを抑制しつつ、アノードで利用されなかった水素を循環して再利用することによって、水素を効率良く圧縮することを見出した。 Therefore, in order to solve the above problems, the present inventors have studied a hydrogen compressor equipped with a gas-liquid separator that removes water from hydrogen circulating in the anode. As a result, the present inventors efficiently recycle hydrogen that has not been used at the anode while suppressing the hydrogen supplied to the anode from containing more water than necessary. Found to compress.

本発明者らは、これらの知見に基づき、以下の開示に至った。 Based on these findings, the present inventors have reached the following disclosure.

本開示の第1態様の水素圧縮装置は、
アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードとに挟まれる電解質膜を有する電気化学式の水素圧縮機と、
前記アノードに接続され、前記アノードへ水素を供給するアノード供給路と、
前記アノードに接続され、前記アノードから水素を排出するアノード排出路と、
前記アノード排出路を介して前記アノードと接続される第1気液分離器と、
前記第1気液分離器と前記アノード供給路とを接続する気体排出路と、
前記気体排出路に配置され、前記第1気液分離器から前記アノード供給路に水素を供給する水素ポンプと、
前記カソードと接続される第2気液分離器と、
前記第2気液分離器と接続され、前記第2気液分離器から気体を排出する気体吐出口と、
前記第1気液分離器と前記第2気液分離器とを接続する第1液体排出路と、
を備える。
The hydrogen compressor of the first aspect of the present disclosure is
An electrochemical hydrogen compressor having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode.
An anode supply path connected to the anode and supplying hydrogen to the anode,
An anode discharge path connected to the anode and discharging hydrogen from the anode,
A first gas-liquid separator connected to the anode via the anode discharge path,
A gas discharge path connecting the first gas-liquid separator and the anode supply path,
A hydrogen pump arranged in the gas discharge path and supplying hydrogen from the first gas-liquid separator to the anode supply path,
A second gas-liquid separator connected to the cathode,
A gas discharge port connected to the second gas-liquid separator and discharging gas from the second gas-liquid separator,
A first liquid discharge path connecting the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator,
To be equipped.

このような構成により、水素を効率良く圧縮することができる。 With such a configuration, hydrogen can be efficiently compressed.

本開示の第2態様の水素圧縮装置においては、さらに、
前記アノード排出路に配置され、前記第1気液分離器から前記水素圧縮機への水素の逆流を防止する逆止弁を備えていてもよい。
In the hydrogen compressor of the second aspect of the present disclosure, further
A check valve that is arranged in the anode discharge path and prevents the backflow of hydrogen from the first gas-liquid separator to the hydrogen compressor may be provided.

このような構成により、第1気液分離器からの水素及び水の逆流を防止することができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the backflow of hydrogen and water from the first gas-liquid separator.

本開示の第3態様の水素圧縮装置においては、鉛直方向において、前記アノード排出路は、前記第1気液分離器の中央よりも低い位置で前記第1気液分離器に接続されていてもよい。 In the hydrogen compressor of the third aspect of the present disclosure, even if the anode discharge path is connected to the first gas-liquid separator at a position lower than the center of the first gas-liquid separator in the vertical direction. Good.

このような構成により、第1気液分離器から水を排出しやすくなる。 With such a configuration, water can be easily discharged from the first gas-liquid separator.

本開示の第4態様の水素圧縮装置においては、さらに、
前記第1気液分離器から水を排出する第2液体排出路と、
前記第1気液分離器に貯留される水の水位に応じて、前記第1気液分離器から前記第2液体排出路への水の排出を制御する液体排出機構と、
を備えていてもよい。
In the hydrogen compressor of the fourth aspect of the present disclosure, further
A second liquid discharge path for discharging water from the first gas-liquid separator,
A liquid discharge mechanism that controls the discharge of water from the first gas-liquid separator to the second liquid discharge path according to the water level of the water stored in the first gas-liquid separator.
May be provided.

このような構成により、第1気液分離器の内部に貯留される水の量を制御することができる。 With such a configuration, the amount of water stored inside the first gas-liquid separator can be controlled.

本開示の第5態様の水素圧縮装置においては、前記液体排出機構は、前記第1気液分離器の内部に配置されるフロートであってもよい。 In the hydrogen compressor of the fifth aspect of the present disclosure, the liquid discharge mechanism may be a float arranged inside the first gas-liquid separator.

このような構成により、簡便な構成で第1気液分離器の内部に貯留される水の量を制御することができる。 With such a configuration, the amount of water stored inside the first gas-liquid separator can be controlled with a simple configuration.

本開示の第6態様の水素圧縮装置においては、さらに、
前記カソードと前記第2気液分離器との間に配置される冷却器を備えていてもよい。
In the hydrogen compressor of the sixth aspect of the present disclosure, further
A cooler arranged between the cathode and the second gas-liquid separator may be provided.

このような構成により、カソードから排出される水蒸気を含む水を冷却し、第2気液分離器で捕集する水の捕集率を向上させることができる。 With such a configuration, it is possible to cool the water containing water vapor discharged from the cathode and improve the collection rate of the water collected by the second gas-liquid separator.

本開示の第7態様の水素圧縮装置においては、さらに、
前記第1液体排出路に配置され、前記第2気液分離器から排出される水の背圧を減圧する減圧弁を備えていてもよい。
In the hydrogen compressor of the seventh aspect of the present disclosure, further
A pressure reducing valve arranged in the first liquid discharge path and reducing the back pressure of water discharged from the second gas-liquid separator may be provided.

このような構成により、第2気液分離器から排出する水の背圧を減圧することができる。 With such a configuration, the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator can be reduced.

本開示の第8態様の水素圧縮装置においては、前記減圧弁は、前記第2気液分離器から排出される水の背圧を一定の圧力に保っていてもよい。 In the hydrogen compressor of the eighth aspect of the present disclosure, the pressure reducing valve may keep the back pressure of water discharged from the second gas-liquid separator at a constant pressure.

このような構成により、圧力変動を検知する機構を有さなくてもよく、部品点数を減らすことができる。 With such a configuration, it is not necessary to have a mechanism for detecting pressure fluctuations, and the number of parts can be reduced.

本開示の第9態様の水素圧縮装置においては、さらに、
前記第1気液分離器と前記水素ポンプとを接続する前記気体排出路に配置される第1調整弁と、
前記水素圧縮機と前記第1気液分離器との間で前記アノード排出路に接続され、前記第1調整弁と前記水素ポンプの間で前記気体排出路と接続されるバイパスと、
前記バイパスに配置される第2調整弁と、
前記第1液体排出路に配置される第3調整弁と、
前記第1調整弁、前記第2調整弁および前記第3調整弁を制御する制御部と、
を備えてもよい。
In the hydrogen compressor of the ninth aspect of the present disclosure, further
A first regulating valve arranged in the gas discharge path connecting the first gas-liquid separator and the hydrogen pump,
A bypass connected to the anode discharge path between the hydrogen compressor and the first gas-liquid separator and connected to the gas discharge path between the first regulating valve and the hydrogen pump.
The second regulating valve arranged in the bypass and
A third regulating valve arranged in the first liquid discharge path and
A control unit that controls the first regulating valve, the second regulating valve, and the third regulating valve.
May be provided.

このような構成により、効率よく水素と水とを再利用することができる。 With such a configuration, hydrogen and water can be efficiently reused.

本開示の第10態様の水素圧縮装置においては、前記制御部は、
前記第1調整弁を開状態とし、前記第2調整弁を閉状態とする第1制御と、
前記第1調整弁を閉状態とし、前記第2調整弁を開状態とする第2制御と、
を実施してもよい。
In the hydrogen compression device of the tenth aspect of the present disclosure, the control unit is
The first control in which the first regulating valve is opened and the second regulating valve is closed, and
A second control that closes the first regulating valve and opens the second regulating valve.
May be carried out.

このような構成により、より効率よく水素と水とを再利用することができる。 With such a configuration, hydrogen and water can be reused more efficiently.

本開示の第11態様の水素圧縮装置においては、前記制御部は、
前記第1調整弁を開状態とし、前記第2調整弁を閉状態とする第1制御と、
前記第1調整弁を閉状態とし、前記第2調整弁を開状態とする第2制御と、
前記第2制御の後に、前記第1調整弁を開状態とする第3制御と、
を実施し、
前記第3制御における前記第1調整弁の開閉度は、前記第1制御における前記第1調整弁の開閉度よりも小さくてもよい。
In the hydrogen compression device of the eleventh aspect of the present disclosure, the control unit is
The first control in which the first regulating valve is opened and the second regulating valve is closed, and
A second control that closes the first regulating valve and opens the second regulating valve.
After the second control, a third control that opens the first regulating valve and
And carry out
The opening / closing degree of the first adjusting valve in the third control may be smaller than the opening / closing degree of the first adjusting valve in the first control.

このような構成により、より効率よく水素と水とを再利用することができる。 With such a configuration, hydrogen and water can be reused more efficiently.

以下、本開示の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. Further, in each figure, each element is exaggerated for easy explanation.

(実施の形態1)
[全体構成]
本開示の実施の形態1に係る水素圧縮装置の一例について説明する。図1は、本開示の実施の形態1に係る水素圧縮装置1Aの一例の概略構成図である。図1に示すように、水素圧縮装置1Aは、水素圧縮機2、アノード供給路7、アノード排出路8、第1気液分離器9、逆止弁10、気体排出路11、水素ポンプ12、第2気液分離器17、気体吐出口21、第1液体排出路18、及び減圧弁19を備える。
(Embodiment 1)
[overall structure]
An example of the hydrogen compression device according to the first embodiment of the present disclosure will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of the hydrogen compression device 1A according to the first embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the hydrogen compressor 1A includes a hydrogen compressor 2, an anode supply path 7, an anode discharge path 8, a first gas-liquid separator 9, a check valve 10, a gas discharge path 11, and a hydrogen pump 12. A second gas-liquid separator 17, a gas discharge port 21, a first liquid discharge path 18, and a pressure reducing valve 19 are provided.

<水素圧縮機>
水素圧縮機2は、アノード3、カソード4、及びアノード3とカソード4とに挟まれる電解質膜(MEA)5を有する電気化学式の水素圧縮機である。アノード3及びカソード4は、触媒を配したガス拡散電極である。電解質膜5は、イオン伝導性を有する電解質膜である。
<Hydrogen compressor>
The hydrogen compressor 2 is an electrochemical hydrogen compressor having an anode 3, a cathode 4, and an electrolyte membrane (MEA) 5 sandwiched between the anode 3 and the cathode 4. The anode 3 and the cathode 4 are gas diffusion electrodes on which a catalyst is arranged. The electrolyte membrane 5 is an electrolyte membrane having ionic conductivity.

アノード3に水(水蒸気)を含む水素を供給し、アノード3とカソード4とに所定の電圧を印加することによって、水素がアノード3でイオン化する。イオン化した水素は、水と共に電解質膜5を通ってカソード4に移動する。カソード4に移動する際に、イオン化された水素がガスに戻ることにより、圧縮水素を得ることができる。 By supplying hydrogen containing water (water vapor) to the anode 3 and applying a predetermined voltage to the anode 3 and the cathode 4, hydrogen is ionized at the anode 3. The ionized hydrogen moves to the cathode 4 through the electrolyte membrane 5 together with water. When moving to the cathode 4, the ionized hydrogen returns to the gas, so that compressed hydrogen can be obtained.

<アノード供給路>
アノード供給路7は、水素圧縮機2のアノード3に接続され、アノード3へ水素を供給する供給路である。具体的には、アノード供給路7の一端は、水素を吸入する水素吸入口6に接続されている。アノード供給路7の他端は、アノード3の一端に接続されている。アノード供給路7は、例えば、配管で形成されている。
<Anode supply path>
The anode supply path 7 is a supply path that is connected to the anode 3 of the hydrogen compressor 2 and supplies hydrogen to the anode 3. Specifically, one end of the anode supply path 7 is connected to a hydrogen suction port 6 for sucking hydrogen. The other end of the anode supply path 7 is connected to one end of the anode 3. The anode supply path 7 is formed of, for example, a pipe.

<アノード排出路>
アノード排出路8は、水素圧縮機2のアノード3に接続され、アノード3から水素を排出する排出路である。具体的には、アノード排出路8の一端は、アノード3の他端に接続されている。アノード排出路8の他端は、第1気液分離器9に接続されている。アノード排出路8は、例えば、配管で形成されている。アノード排出路8には、アノード3で利用されなかった水及び水素が流れる。
<Anode discharge path>
The anode discharge path 8 is a discharge path that is connected to the anode 3 of the hydrogen compressor 2 and discharges hydrogen from the anode 3. Specifically, one end of the anode discharge path 8 is connected to the other end of the anode 3. The other end of the anode discharge path 8 is connected to the first gas-liquid separator 9. The anode discharge path 8 is formed of, for example, a pipe. Water and hydrogen not used in the anode 3 flow through the anode discharge path 8.

<第1気液分離器>
第1気液分離器9は、アノード排出路8を介して水素圧縮機2のアノード3と接続される。具体的には、第1気液分離器9は、アノード排出路8に接続されており、アノード排出路8を介してアノード3から送られてきた水及び水素を貯留する。また、第1気液分離器9は、第1液体排出路18を介して第2気液分離器17から送られてきた水を貯留する。
<1st gas-liquid separator>
The first gas-liquid separator 9 is connected to the anode 3 of the hydrogen compressor 2 via the anode discharge path 8. Specifically, the first gas-liquid separator 9 is connected to the anode discharge path 8 and stores water and hydrogen sent from the anode 3 via the anode discharge path 8. Further, the first gas-liquid separator 9 stores water sent from the second gas-liquid separator 17 via the first liquid discharge passage 18.

第1気液分離器9は、水と水素とを分離する。第1気液分離器9の底部には、第1気液分離器9に貯留された水を排出する第2液体排出路14が接続されている。第2液体排出路14の一端は、第1気液分離器9の底部に接続されている。第2液体排出路14の他端は、液体排出口15に接続されている。第2液体排出路14は、例えば、配管で形成されている。 The first gas-liquid separator 9 separates water and hydrogen. A second liquid discharge path 14 for discharging the water stored in the first gas-liquid separator 9 is connected to the bottom of the first gas-liquid separator 9. One end of the second liquid discharge path 14 is connected to the bottom of the first gas-liquid separator 9. The other end of the second liquid discharge path 14 is connected to the liquid discharge port 15. The second liquid discharge path 14 is formed of, for example, a pipe.

第1気液分離器9の上部には、第1気液分離器9に貯留された水素を排出する気体排出路11が接続されている。 A gas discharge path 11 for discharging hydrogen stored in the first gas-liquid separator 9 is connected to the upper part of the first gas-liquid separator 9.

鉛直方向において、アノード排出路8と第1気液分離器9との接続は、気体排出路11と第1気液分離器9との接続位置よりも低い位置に設けられている。具体的には、鉛直方向において、アノード排出路8は、第1気液分離器9の中央よりも低い位置で接続されている。 In the vertical direction, the connection between the anode discharge path 8 and the first gas-liquid separator 9 is provided at a position lower than the connection position between the gas discharge path 11 and the first gas-liquid separator 9. Specifically, in the vertical direction, the anode discharge path 8 is connected at a position lower than the center of the first gas-liquid separator 9.

第1気液分離器9には、第1気液分離器9に貯留される水の水位に応じて、第1気液分離器9から第2液体排出路14への水の排出を制御する液体排出機構が設けられている。 The first gas-liquid separator 9 controls the discharge of water from the first gas-liquid separator 9 to the second liquid discharge passage 14 according to the water level of the water stored in the first gas-liquid separator 9. A liquid discharge mechanism is provided.

実施の形態1では、液体排出機構は、第1気液分離器9の内部に配置されるフロート9aである。フロート9aは、水に浮く材料、例えば、樹脂材料で形成されている。フロート9aが水に浮いていない状態では、フロート9aは第1気液分離器9の底部に接続される第2液体排出路14の一端側の開口を塞いでいる。第1気液分離器9の内部の水の液量が増えて、水位が上昇すると、フロート9aが水に浮いた状態となる。フロート9aが水に浮いた状態になると、第2液体排出路14の一端側の開口へ水が流れ込む。これにより、第1気液分離器9の内部に貯留された水が第2液体排出路14を通って液体排出口15から排出される。 In the first embodiment, the liquid discharge mechanism is a float 9a arranged inside the first gas-liquid separator 9. The float 9a is made of a material that floats on water, for example, a resin material. When the float 9a is not floating on water, the float 9a closes the opening on one end side of the second liquid discharge path 14 connected to the bottom of the first gas-liquid separator 9. When the amount of water inside the first gas-liquid separator 9 increases and the water level rises, the float 9a floats on the water. When the float 9a floats on water, water flows into the opening on one end side of the second liquid discharge path 14. As a result, the water stored inside the first gas-liquid separator 9 is discharged from the liquid discharge port 15 through the second liquid discharge path 14.

<逆止弁>
逆止弁10は、アノード排出路8に配置され、第1気液分離器9から水素圧縮機2への水素の逆流を防止する弁である。具体的には、逆止弁10は、アノード排出路8内を流れる水素が、水素圧縮機2のアノード3から第1気液分離器9に向かう方向に流れるようにしている。
<Check valve>
The check valve 10 is arranged in the anode discharge path 8 and is a valve for preventing the backflow of hydrogen from the first gas-liquid separator 9 to the hydrogen compressor 2. Specifically, the check valve 10 allows hydrogen flowing in the anode discharge path 8 to flow in the direction from the anode 3 of the hydrogen compressor 2 toward the first gas-liquid separator 9.

<気体排出路>
気体排出路11は、第1気液分離器9とアノード供給路7とを接続する排出路である。具体的には、気体排出路11の一端は、第1気液分離器9の上部に接続されている。気体排出路11の他端は、水素ポンプ12に接続されており、水素ポンプ12を介してアノード供給路7に接続される。気体排出路11は、例えば、配管で形成されている。気体排出路11には、第1気液分離器9から排出された水素が流れる。
<Gas discharge path>
The gas discharge path 11 is a discharge path that connects the first gas-liquid separator 9 and the anode supply path 7. Specifically, one end of the gas discharge path 11 is connected to the upper part of the first gas-liquid separator 9. The other end of the gas discharge path 11 is connected to the hydrogen pump 12, and is connected to the anode supply path 7 via the hydrogen pump 12. The gas discharge path 11 is formed of, for example, a pipe. Hydrogen discharged from the first gas-liquid separator 9 flows through the gas discharge path 11.

<水素ポンプ>
水素ポンプ12は、気体排出路11に配置され、第1気液分離器9からアノード供給路7に水素を供給するポンプである。具体的には、水素ポンプ12は、気体排出路11に接続されると共に、第1水素配管13に接続されている。水素ポンプ12は、気体排出路11を流れる水素を、第1水素配管13を介してアノード供給路7に供給する。
<Hydrogen pump>
The hydrogen pump 12 is a pump that is arranged in the gas discharge path 11 and supplies hydrogen from the first gas-liquid separator 9 to the anode supply path 7. Specifically, the hydrogen pump 12 is connected to the gas discharge path 11 and is connected to the first hydrogen pipe 13. The hydrogen pump 12 supplies hydrogen flowing through the gas discharge path 11 to the anode supply path 7 via the first hydrogen pipe 13.

実施の形態1では、アノード供給路7、アノード3、アノード排出路8、気体排出路11、水素ポンプ12及び第1水素配管13を有する循環経路によって、アノード3で利用されなかった水及び水素をアノード3に循環させている。また、循環経路のアノード排出路8と気体排出路11との間に、第1気液分離器9を設けることによって、循環経路を循環する水素から水を除去することができる。 In the first embodiment, water and hydrogen not used in the anode 3 are removed by a circulation path having an anode supply path 7, an anode 3, an anode discharge path 8, a gas discharge path 11, a hydrogen pump 12, and a first hydrogen pipe 13. It is circulated to the anode 3. Further, by providing the first gas-liquid separator 9 between the anode discharge path 8 and the gas discharge path 11 of the circulation path, water can be removed from the hydrogen circulating in the circulation path.

<第2気液分離器>
第2気液分離器17は、カソード4と接続される。具体的には、第2気液分離器17は、第2水素配管16を介してカソード4に接続される。第2気液分離器17は、カソード4から第2水素配管16を介して排出された水素と水とを貯留し、水素と水とを分離する。
<Second gas-liquid separator>
The second gas-liquid separator 17 is connected to the cathode 4. Specifically, the second gas-liquid separator 17 is connected to the cathode 4 via the second hydrogen pipe 16. The second gas-liquid separator 17 stores hydrogen and water discharged from the cathode 4 through the second hydrogen pipe 16, and separates hydrogen and water.

実施の形態1では、カソード4と第2気液分離器17との間に冷却器16aが配置されている。具体的には、カソード4と第2気液分離器17とを接続する第2水素配管16に、冷却器16aが接続されている。冷却器16aは、カソード4から排出される水素に含まれる水蒸気を冷却する。例えば、冷却器16aは、水蒸気を大気温度以下に冷却する。これにより、水蒸気が凝縮されて水になる。冷却器16aは、例えば、放熱フィンで構成されている。 In the first embodiment, the cooler 16a is arranged between the cathode 4 and the second gas-liquid separator 17. Specifically, the cooler 16a is connected to the second hydrogen pipe 16 that connects the cathode 4 and the second gas-liquid separator 17. The cooler 16a cools the water vapor contained in the hydrogen discharged from the cathode 4. For example, the cooler 16a cools the water vapor below the atmospheric temperature. As a result, water vapor is condensed into water. The cooler 16a is composed of, for example, radiating fins.

<気体吐出口>
気体吐出口21は、第2気液分離器17と接続され、第2気液分離器17から気体を排出する吐出口である。具体的には、気体吐出口21は、第3水素配管20を介して第2気液分離器17の上部に接続されている。気体吐出口21からは、高圧の水素が吐出される。
<Gas outlet>
The gas discharge port 21 is a discharge port that is connected to the second gas-liquid separator 17 and discharges gas from the second gas-liquid separator 17. Specifically, the gas discharge port 21 is connected to the upper part of the second gas-liquid separator 17 via the third hydrogen pipe 20. High-pressure hydrogen is discharged from the gas discharge port 21.

<第1液体排出路>
第1液体排出路18は、第1気液分離器9と第2気液分離器17とを接続する排出路である。具体的には、第1液体排出路18の一端は、第2気液分離器17の底部に接続されている。第1液体排出路18の他端は、水素圧縮機2のアノード3と第1気液分離器9とを接続するアノード排出路8に接続される。第1液体排出路18には、第2気液分離器17から排出される液体、即ち水が流れる。第1液体排出路18を流れる水は、アノード排出路8を通って第1気液分離器9に供給される。
<First liquid discharge path>
The first liquid discharge path 18 is a discharge path connecting the first gas-liquid separator 9 and the second gas-liquid separator 17. Specifically, one end of the first liquid discharge path 18 is connected to the bottom of the second gas-liquid separator 17. The other end of the first liquid discharge path 18 is connected to the anode discharge path 8 that connects the anode 3 of the hydrogen compressor 2 and the first gas-liquid separator 9. The liquid discharged from the second gas-liquid separator 17, that is, water flows through the first liquid discharge path 18. The water flowing through the first liquid discharge passage 18 is supplied to the first gas-liquid separator 9 through the anode discharge passage 8.

<減圧弁>
減圧弁19は、第1液体排出路18に配置され、第2気液分離器17から排出される水の背圧を減圧する弁である。具体的には、減圧弁19は、第2気液分離器17から排出される水の背圧を調節する調圧部22を備える。調圧部22は、配管23を介してアノード排出路8と接続されている。
<Pressure valve>
The pressure reducing valve 19 is a valve arranged in the first liquid discharge path 18 to reduce the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator 17. Specifically, the pressure reducing valve 19 includes a pressure adjusting unit 22 that adjusts the back pressure of water discharged from the second gas-liquid separator 17. The pressure adjusting unit 22 is connected to the anode discharge path 8 via the pipe 23.

減圧弁19は、アノード3から出てくる水素の圧力に反応して、その圧力よりもやや低い圧力まで第2気液分離器17から排出される水の背圧を減圧する。具体的には、減圧弁19は、アノード排出路8から配管23へ流れる水素の圧力を検出し、調圧部22によって検出した圧力に基づき、第2気液分離器17から排出される水の背圧を減圧する。 The pressure reducing valve 19 reacts with the pressure of hydrogen coming out of the anode 3 and reduces the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator 17 to a pressure slightly lower than the pressure. Specifically, the pressure reducing valve 19 detects the pressure of hydrogen flowing from the anode discharge path 8 to the pipe 23, and based on the pressure detected by the pressure adjusting unit 22, the water discharged from the second gas-liquid separator 17 Reduce back pressure.

[動作]
水素圧縮装置1Aの動作の一例について説明する。
[motion]
An example of the operation of the hydrogen compressor 1A will be described.

図1に示すように、水素吸入口6からアノード供給路7へ水素を供給する。アノード供給路7に供給された水素は、水素圧縮機2のアノード3内に流入する。水素圧縮機2において、アノード3とカソード4の間の電解質膜5に電圧が印加される。水素は電解質膜5の表面で電子が奪われてイオンのプロトンとなり、電解質膜5内を透過してカソード4側の電解質膜5表面で再び電子と結合して水素となる。 As shown in FIG. 1, hydrogen is supplied from the hydrogen suction port 6 to the anode supply path 7. The hydrogen supplied to the anode supply path 7 flows into the anode 3 of the hydrogen compressor 2. In the hydrogen compressor 2, a voltage is applied to the electrolyte membrane 5 between the anode 3 and the cathode 4. Hydrogen is deprived of electrons on the surface of the electrolyte membrane 5 to become ion protons, permeates through the electrolyte membrane 5, and is recombined with electrons on the surface of the electrolyte membrane 5 on the cathode 4 side to become hydrogen.

カソード4では移動した水素の排出量を制限することにより圧力が高い状態になるので、昇圧機能が実現される。このとき、アノード3に入った水素の多くがカソード4に移動する一方、一部の水素と水は、アノード3からアノード排出路8へ排出される。また、水は電解質膜5内をプロトンに随伴してカソード4に移動するが、カソード4がアノード3より高圧となるため、逆浸透が起こる場合がある。この場合、カソード4への水の移動量が少なくなる。このため、アノード3からアノード排出路8へ排出される水素と水の重量割合では、アノード供給路7からアノード3に入る重量割合よりも水の割合が多くなる。 At the cathode 4, the pressure is increased by limiting the amount of hydrogen transferred, so that the boosting function is realized. At this time, most of the hydrogen that has entered the anode 3 moves to the cathode 4, while some hydrogen and water are discharged from the anode 3 to the anode discharge path 8. Further, water moves in the electrolyte membrane 5 along with protons to the cathode 4, but since the cathode 4 has a higher pressure than the anode 3, reverse osmosis may occur. In this case, the amount of water transferred to the cathode 4 is reduced. Therefore, the weight ratio of hydrogen and water discharged from the anode 3 to the anode discharge path 8 is larger than the weight ratio of water entering the anode 3 from the anode supply path 7.

アノード3で移動しなかった水素と水は、アノード排出路8を流れて逆止弁10を通り第1気液分離器9に入る。第1気液分離器9では、水素は水と分離されて気体排出路11を流れる。気体排出路11を流れる水素は、水素ポンプ12によって、第1水素配管13に送られ、アノード供給路7に入る。アノード供給路7において、第1水素配管13からの水素は、水素吸入口6からの水素と合流して再び水素圧縮機2のアノード3に流れる。 Hydrogen and water that did not move at the anode 3 flow through the anode discharge path 8 and enter the first gas-liquid separator 9 through the check valve 10. In the first gas-liquid separator 9, hydrogen is separated from water and flows through the gas discharge path 11. The hydrogen flowing through the gas discharge path 11 is sent to the first hydrogen pipe 13 by the hydrogen pump 12 and enters the anode supply path 7. In the anode supply path 7, the hydrogen from the first hydrogen pipe 13 merges with the hydrogen from the hydrogen suction port 6 and flows again to the anode 3 of the hydrogen compressor 2.

一方、第1気液分離器9で分離された水は一定の量になると、フロート9aが上昇して第2液体排出路14を流れ、液体排出口15から外部に排出される。また、第1気液分離器9では、アノード排出路8から第1気液分離器9に流入する水素は、水中を通過してから気体排出路11へ流れるので、水蒸気を多く含まない場合は加湿される。 On the other hand, when the amount of water separated by the first gas-liquid separator 9 reaches a certain amount, the float 9a rises and flows through the second liquid discharge passage 14, and is discharged to the outside from the liquid discharge port 15. Further, in the first gas-liquid separator 9, hydrogen flowing from the anode discharge passage 8 into the first gas-liquid separator 9 flows into the gas discharge passage 11 after passing through the water, so that if it does not contain a large amount of water vapor, It is humidified.

カソード4に移動した水素と水は、第2水素配管16を流れて第2気液分離器17に入る。第2水素配管16の内部を流れる水蒸気は、冷却器16aにより冷却され、凝縮して水になる。第2気液分離器17では、水素は水と分離され、第3水素配管20を流れて気体吐出口21から吐出される。一方、第2気液分離器17で分離された水は、第1液体排出路18を流れ、アノード排出路8を通って第1気液分離器9に流れる。このとき、減圧弁19は、アノード3から配管23へ流れる水素圧力に反応して、調圧部22によって、配管23内の水素圧力よりもやや低い圧力まで、第2気液分離器17から排出される水の背圧を減圧する。なお、圧力変動により減圧弁19からの圧力が大きくなったとしても、アノード排出路8に配置される逆止弁10により、水素が逆流してアノード3に流れることを抑制することができる。 The hydrogen and water that have moved to the cathode 4 flow through the second hydrogen pipe 16 and enter the second gas-liquid separator 17. The water vapor flowing inside the second hydrogen pipe 16 is cooled by the cooler 16a and condensed into water. In the second gas-liquid separator 17, hydrogen is separated from water, flows through the third hydrogen pipe 20, and is discharged from the gas discharge port 21. On the other hand, the water separated by the second gas-liquid separator 17 flows through the first liquid discharge path 18, and flows through the anode discharge path 8 to the first gas-liquid separator 9. At this time, the pressure reducing valve 19 reacts with the hydrogen pressure flowing from the anode 3 to the pipe 23, and is discharged from the second gas-liquid separator 17 by the pressure adjusting unit 22 to a pressure slightly lower than the hydrogen pressure in the pipe 23. The back pressure of the generated water is reduced. Even if the pressure from the pressure reducing valve 19 increases due to the pressure fluctuation, the check valve 10 arranged in the anode discharge path 8 can prevent hydrogen from flowing back to the anode 3.

第1気液分離器9では、第1液体排出路18とアノード排出路8から流れてくる水と水素が合流し、水と水素に分離される。第1気液分離器9で分離された水素は、気体排出路11及び水素ポンプ12によってアノード供給路7に供給される。 In the first gas-liquid separator 9, water and hydrogen flowing from the first liquid discharge passage 18 and the anode discharge passage 8 merge and are separated into water and hydrogen. The hydrogen separated by the first gas-liquid separator 9 is supplied to the anode supply path 7 by the gas discharge path 11 and the hydrogen pump 12.

[効果]
実施の形態1の水素圧縮装置1Aによれば、以下の効果を奏することができる。
[effect]
According to the hydrogen compressor 1A of the first embodiment, the following effects can be obtained.

水素圧縮装置1Aでは、アノード3を循環する水素から水を除去する第1気液分離器9を備える。具体的には、アノード供給路7、アノード3、アノード排出路8、気体排出路11、水素ポンプ12及び第1水素配管13を有する循環経路に、第1気液分離器9が設けられている。このような構成により、水素を効率良く圧縮することができる。 The hydrogen compressor 1A includes a first gas-liquid separator 9 that removes water from hydrogen circulating in the anode 3. Specifically, the first gas-liquid separator 9 is provided in a circulation path having an anode supply path 7, an anode 3, an anode discharge path 8, a gas discharge path 11, a hydrogen pump 12, and a first hydrogen pipe 13. .. With such a configuration, hydrogen can be efficiently compressed.

水素吸入口6から入った水素は、不要な水が除去されながらアノード3へ流れるので、アノード3内では水素が良好に流れ、水素を効率よく利用することができる。また、カソード4から昇圧されて吐出した水素と水は、第2気液分離器17で水を除去された水素が気体吐出口21から出力される。また、第2気液分離器17で分離された水は、第1液体排出路18を通って第1気液分離器9に供給される。第1気液分離器9では、水に溶解していた水素が放出され、アノード3で効率よく利用される。 Since the hydrogen entering from the hydrogen suction port 6 flows to the anode 3 while removing unnecessary water, the hydrogen flows well in the anode 3 and the hydrogen can be used efficiently. Further, as for the hydrogen and water that are boosted and discharged from the cathode 4, the hydrogen from which the water has been removed by the second gas-liquid separator 17 is output from the gas discharge port 21. Further, the water separated by the second gas-liquid separator 17 is supplied to the first gas-liquid separator 9 through the first liquid discharge passage 18. In the first gas-liquid separator 9, hydrogen dissolved in water is released and efficiently used in the anode 3.

このように、水素が効率よく利用され、水素を効率よく圧縮することができる。 In this way, hydrogen is efficiently used, and hydrogen can be efficiently compressed.

水素圧縮装置1Aは、アノード排出路8に配置され、第1気液分離器9から水素圧縮機2への水素の逆流を防止する逆止弁10を備える。このような構成により、アノード排出路8内を流れる水素が、水素圧縮機2のアノード3から第1気液分離器9に向かう方向に流れるようにすることができる。これにより、アノード排出路8において、アノード3への水素の逆流を防止することができる。 The hydrogen compressor 1A is arranged in the anode discharge path 8 and includes a check valve 10 for preventing the backflow of hydrogen from the first gas-liquid separator 9 to the hydrogen compressor 2. With such a configuration, hydrogen flowing in the anode discharge path 8 can be made to flow in the direction from the anode 3 of the hydrogen compressor 2 toward the first gas-liquid separator 9. As a result, it is possible to prevent the backflow of hydrogen to the anode 3 in the anode discharge path 8.

鉛直方向において、アノード排出路8は、第1気液分離器9の中央よりも低い位置で第1気液分離器9に接続される。このような構成により、アノード排出路8と第1気液分離器9との接続位置と、気体排出路11と第1気液分離器9との接続位置とを離すことができる。これにより、第1気液分離器9に貯留された水を第2液体排出路14から排出しやすくなり、且つ第1気液分離器9に貯留された水素を気体排出路11から排出しやすくなる。 In the vertical direction, the anode discharge path 8 is connected to the first gas-liquid separator 9 at a position lower than the center of the first gas-liquid separator 9. With such a configuration, the connection position between the anode discharge path 8 and the first gas-liquid separator 9 and the connection position between the gas discharge path 11 and the first gas-liquid separator 9 can be separated. As a result, the water stored in the first gas-liquid separator 9 can be easily discharged from the second liquid discharge path 14, and the hydrogen stored in the first gas-liquid separator 9 can be easily discharged from the gas discharge path 11. Become.

水素圧縮装置1Aは、第1気液分離器9から水を排出する第2液体排出路14と、第1気液分離器9に貯留される水の水位に応じて、第1気液分離器9から第2液体排出路14への水の排出を制御する液体排出機構と、を備える。このような構成により、第1気液分離器9に貯留された水を効率よく除去することができる。 The hydrogen compressor 1A is a first gas-liquid separator according to a second liquid discharge path 14 for discharging water from the first gas-liquid separator 9 and a water level of water stored in the first gas-liquid separator 9. A liquid discharge mechanism for controlling the discharge of water from 9 to the second liquid discharge path 14 is provided. With such a configuration, the water stored in the first gas-liquid separator 9 can be efficiently removed.

液体排出機構は、第1気液分離器9の内部に配置されるフロート9aである。このような構成により、簡便な構成で第1気液分離器9に貯留された水を除去することができる。 The liquid discharge mechanism is a float 9a arranged inside the first gas-liquid separator 9. With such a configuration, the water stored in the first gas-liquid separator 9 can be removed with a simple configuration.

水素圧縮装置1Aは、カソード4と第2気液分離器17との間に配置される冷却器16aを備える。このような構成により、カソード4から排出された水蒸気を冷却し、凝縮することによって水に戻すことができる。これにより、第2気液分離器17において、水と水素とを分離しやすくなる。 The hydrogen compressor 1A includes a cooler 16a arranged between the cathode 4 and the second gas-liquid separator 17. With such a configuration, the water vapor discharged from the cathode 4 can be returned to water by cooling and condensing. This facilitates the separation of water and hydrogen in the second gas-liquid separator 17.

水素圧縮装置1Aは、第1液体排出路18に配置され、第2気液分離器17から排出される水の背圧を減圧する減圧弁19を備える。このような構成により、第2気液分離器17から排出される液体(水)がアノード3へ流れることを抑制することができる。 The hydrogen compressor 1A is arranged in the first liquid discharge passage 18 and includes a pressure reducing valve 19 for reducing the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator 17. With such a configuration, it is possible to suppress the liquid (water) discharged from the second gas-liquid separator 17 from flowing to the anode 3.

なお、実施の形態1では、水素圧縮装置1Aが逆止弁10、冷却器16a、減圧弁19及び第2液体排出路14を備える例について説明したが、これに限定されない。これらの要素は、必須の構成ではない。水素圧縮装置1Aは、逆止弁10、冷却器16a、減圧弁19及び/又は第2液体排出路14を備えていなくてもよい。 In the first embodiment, an example in which the hydrogen compressor 1A includes a check valve 10, a cooler 16a, a pressure reducing valve 19, and a second liquid discharge path 14 has been described, but the present invention is not limited to this. These elements are not mandatory configurations. The hydrogen compressor 1A may not include a check valve 10, a cooler 16a, a pressure reducing valve 19, and / or a second liquid discharge path 14.

実施の形態1では、第1気液分離器9の液体排出機構が、第1気液分離器9の内部に配置されるフロート9aである例について説明したが、これに限定されない。液体排出機構は、第1気液分離器9に貯留される水の水位に応じて、第1気液分離器9から第2液体排出路14への水の排出を制御することができる機構であればよい。例えば、液体排出機構は、第1気液分離器9に貯留される水の水位を検出する検出器と、検出器の検出に基づいて第1気液分離器9の内部の水を排出する開閉弁と、を備えていてもよい。この場合、検出器によって水の水位を検出し、所定の第1水位以上になったときに開閉弁を開き、第1気液分離器9の内部の水を排出する。次に、検出器によって検出される水位が所定の第2水位以下になったときに開閉弁を閉じる。このような構成においても、第1気液分離器9に貯留される水の水位に応じて、第1気液分離器9から第2液体排出路14への水の排出を制御することができる。 In the first embodiment, an example in which the liquid discharge mechanism of the first gas-liquid separator 9 is a float 9a arranged inside the first gas-liquid separator 9 has been described, but the present invention is not limited to this. The liquid discharge mechanism is a mechanism capable of controlling the discharge of water from the first gas-liquid separator 9 to the second liquid discharge passage 14 according to the water level of the water stored in the first gas-liquid separator 9. All you need is. For example, the liquid discharge mechanism has a detector that detects the water level of water stored in the first gas-liquid separator 9 and an opening / closing that discharges water inside the first gas-liquid separator 9 based on the detection of the detector. It may be provided with a valve. In this case, the water level is detected by the detector, and when the water level reaches a predetermined first water level or higher, the on-off valve is opened and the water inside the first gas-liquid separator 9 is discharged. Next, the on-off valve is closed when the water level detected by the detector falls below a predetermined second water level. Even in such a configuration, it is possible to control the discharge of water from the first gas-liquid separator 9 to the second liquid discharge path 14 according to the water level of the water stored in the first gas-liquid separator 9. ..

実施の形態1では、冷却器16aは、放熱フィンで構成される例について説明したが、これに限定されない。冷却器16aは、カソード4から排出される水蒸気を冷却できる機構であればよい。例えば、冷却器16aは、空冷式又は水冷式の熱交換器であってもよい。また、冷却器16aは、ファンを備えていてもよい。 In the first embodiment, an example in which the cooler 16a is composed of heat radiation fins has been described, but the present invention is not limited to this. The cooler 16a may be a mechanism capable of cooling the water vapor discharged from the cathode 4. For example, the cooler 16a may be an air-cooled or water-cooled heat exchanger. Further, the cooler 16a may include a fan.

実施の形態1では、第1液体排出路18は、アノード排出路8に接続される例について説明したが、これに限定されない。第1液体排出路18は、第1気液分離器9に接続されてもよい。 In the first embodiment, an example in which the first liquid discharge path 18 is connected to the anode discharge path 8 has been described, but the present invention is not limited thereto. The first liquid discharge passage 18 may be connected to the first gas-liquid separator 9.

実施の形態1では、減圧弁19は、配管23内の水素の圧力を検出し、検出した圧力に基づいて調圧部22によって、第2気液分離器17から排出される水の背圧を制御する例について説明したが、これ限定されない。例えば、減圧弁19は、第2気液分離器17から排出される水の背圧を一定に保ってもよい。この場合、減圧弁19は、例えば、背圧弁を採用することができる。このように、減圧弁19は、アノード排出路8を流れる水素の圧力よりも低い一定の圧力に保ってもよい。このような構成においては、圧力変動を検知する機構を有さなくてもよく、部品点数を減らすことができる。 In the first embodiment, the pressure reducing valve 19 detects the pressure of hydrogen in the pipe 23, and the pressure adjusting unit 22 determines the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator 17 based on the detected pressure. An example of control has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the pressure reducing valve 19 may keep the back pressure of the water discharged from the second gas-liquid separator 17 constant. In this case, as the pressure reducing valve 19, for example, a back pressure valve can be adopted. In this way, the pressure reducing valve 19 may be maintained at a constant pressure lower than the pressure of hydrogen flowing through the anode discharge path 8. In such a configuration, it is not necessary to have a mechanism for detecting pressure fluctuations, and the number of parts can be reduced.

実施の形態1では、アノード排出路8は、第1気液分離器9の中央よりも低い位置で第1気液分離器9に接続される例について説明したが、これに限定されない。例えば、アノード排出路8は、第1気液分離器9の上部に接続されてもよい。この場合、第1気液分離器9の前に加湿器が設けられていてもよい。即ち、アノード排出路8に加湿器が設けられていてもよい。 In the first embodiment, an example in which the anode discharge path 8 is connected to the first gas-liquid separator 9 at a position lower than the center of the first gas-liquid separator 9 has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, the anode discharge path 8 may be connected to the upper part of the first gas-liquid separator 9. In this case, a humidifier may be provided in front of the first gas-liquid separator 9. That is, a humidifier may be provided in the anode discharge path 8.

(実施の形態2)
本開示の実施の形態2に係る水素圧縮装置について説明する。なお、実施の形態2では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態2においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態2では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
(Embodiment 2)
The hydrogen compressor according to the second embodiment of the present disclosure will be described. In the second embodiment, the points different from the first embodiment will be mainly described. In the second embodiment, the same or equivalent configurations as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. Further, in the second embodiment, the description overlapping with the first embodiment is omitted.

図2は、本開示の実施の形態2に係る水素圧縮装置1Bの一例の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an example of the hydrogen compression device 1B according to the second embodiment of the present disclosure.

図2に示すように、実施の形態2では、第1調整弁24、バイパス25、第2調整弁26、第3調整弁27及び制御部28を備える点が、実施の形態1と異なる。 As shown in FIG. 2, the second embodiment is different from the first embodiment in that the first regulating valve 24, the bypass 25, the second regulating valve 26, the third regulating valve 27, and the control unit 28 are provided.

<第1調整弁>
第1調整弁24は、第1気液分離器9と水素ポンプ12とを接続する気体排出路11に配置される。第1調整弁24は、気体排出路11内の水素の流れを制御する。例えば、第1調整弁24は、バルブを開くことによって気体排出路11内の水素を水素ポンプ12に向かって流し、バルブを閉じることによって気体排出路11内を流れる水素を止める。第1調整弁24は、例えば、バルブの開閉を電気的に制御する電磁弁である。第1調整弁24は、制御部28によって制御される。
<1st regulating valve>
The first regulating valve 24 is arranged in a gas discharge path 11 that connects the first gas-liquid separator 9 and the hydrogen pump 12. The first regulating valve 24 controls the flow of hydrogen in the gas discharge path 11. For example, the first regulating valve 24 causes hydrogen in the gas discharge path 11 to flow toward the hydrogen pump 12 by opening the valve, and stops hydrogen flowing in the gas discharge path 11 by closing the valve. The first regulating valve 24 is, for example, a solenoid valve that electrically controls the opening and closing of the valve. The first regulating valve 24 is controlled by the control unit 28.

<バイパス>
バイパス25は、アノード排出路8と気体排出路11とを接続する経路である。具体的には、バイパス25は、水素圧縮機2と第1気液分離器9との間でアノード排出路8に接続され、第1調整弁24と水素ポンプ12の間で気体排出路11に接続される。バイパス25は、例えば、配管で形成されている。バイパス25には、アノード3から排出された水素が流れる。
<Bypass>
The bypass 25 is a path connecting the anode discharge path 8 and the gas discharge path 11. Specifically, the bypass 25 is connected to the anode discharge path 8 between the hydrogen compressor 2 and the first gas-liquid separator 9, and is connected to the gas discharge path 11 between the first regulating valve 24 and the hydrogen pump 12. Be connected. The bypass 25 is formed of, for example, a pipe. Hydrogen discharged from the anode 3 flows through the bypass 25.

<第2調整弁>
第2調整弁26は、バイパス25に配置される。第2調整弁26は、バイパス25内の水素の流れを制御する。例えば、第2調整弁26は、バルブを開くことによってバイパス25内の水素を水素ポンプ12に向かって流し、バルブを閉じることによってバイパス25内を流れる水素を止める。第2調整弁26は、例えば、バルブの開閉を電気的に制御する電磁弁である。第2調整弁26は、制御部28によって制御される。
<Second regulating valve>
The second regulating valve 26 is arranged in the bypass 25. The second regulating valve 26 controls the flow of hydrogen in the bypass 25. For example, the second regulating valve 26 causes the hydrogen in the bypass 25 to flow toward the hydrogen pump 12 by opening the valve, and stops the hydrogen flowing in the bypass 25 by closing the valve. The second regulating valve 26 is, for example, a solenoid valve that electrically controls the opening and closing of the valve. The second regulating valve 26 is controlled by the control unit 28.

<第3調整弁>
第3調整弁27は、第1液体排出路18に配置される。第3調整弁27は、第1液体排出路18内の水の流れを制御する。例えば、第3調整弁27は、バルブを開くことによって第1液体排出路18内の水を第1気液分離器9に向かって流し、バルブを閉じることによって第1液体排出路18内を流れる水を止める。第3調整弁27は、例えば、バルブの開閉を電気的に制御する電磁弁である。第3調整弁27は、制御部28によって制御される。なお、実施の形態2では、実施の形態1の減圧弁19の代わりに第3調整弁27が配置されている。
<Third regulating valve>
The third regulating valve 27 is arranged in the first liquid discharge path 18. The third regulating valve 27 controls the flow of water in the first liquid discharge path 18. For example, the third regulating valve 27 causes water in the first liquid discharge path 18 to flow toward the first gas-liquid separator 9 by opening the valve, and flows in the first liquid discharge path 18 by closing the valve. Stop the water. The third regulating valve 27 is, for example, a solenoid valve that electrically controls the opening and closing of the valve. The third regulating valve 27 is controlled by the control unit 28. In the second embodiment, the third regulating valve 27 is arranged instead of the pressure reducing valve 19 of the first embodiment.

<制御部>
制御部28は、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27を制御する。制御部28は、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27と電気的に接続されており、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27をそれぞれ個別に制御する。具体的には、制御部28は、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27のそれぞれのバルブの開閉動作を制御する。
<Control unit>
The control unit 28 controls the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27. The control unit 28 is electrically connected to the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27, and connects the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27, respectively. Control individually. Specifically, the control unit 28 controls the opening / closing operation of each of the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27.

制御部28は、例えば、プログラムを記憶したメモリと、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサに対応する処理回路(図示せず)を備える。例えば、制御部28においては、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行する。 The control unit 28 includes, for example, a memory for storing a program and a processing circuit (not shown) corresponding to a processor such as a CPU (Central Processing Unit). For example, in the control unit 28, the processor executes a program stored in the memory.

[動作]
水素圧縮装置1Bの動作の一例について図3を用いて説明する。図3は、本開示の実施の形態2に係る水素圧縮装置1Bにおける第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27の制御の一例のタイミングチャートである。
[motion]
An example of the operation of the hydrogen compressor 1B will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a timing chart of an example of control of the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27 in the hydrogen compressor 1B according to the second embodiment of the present disclosure.

図3に示すように、制御部28は、第1制御A1及び第2制御A2を実施し、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27を制御する。実施の形態2では、制御部28は、一定の周期で第1制御A1と第2制御A2とを繰り返す。なお、一定の周期の制御は、例えば、タイマーなどの任意の手法で実現することができる。 As shown in FIG. 3, the control unit 28 implements the first control A1 and the second control A2, and controls the first adjustment valve 24, the second adjustment valve 26, and the third adjustment valve 27. In the second embodiment, the control unit 28 repeats the first control A1 and the second control A2 at regular intervals. It should be noted that the control of a fixed cycle can be realized by an arbitrary method such as a timer.

第1制御A1では、制御部28は、第1調整弁24を開状態に制御し、第2調整弁26及び第3調整弁27を閉状態に制御する。これにより、アノード3から排出された水素及び水は、アノード排出路8を通って第1気液分離器9に送られる。第1気液分離器9では、水素と水とが分離される。分離された水素は、気体排出路11を通って水素ポンプ12によって送られ、アノード供給路7に送られる。 In the first control A1, the control unit 28 controls the first regulating valve 24 in the open state, and controls the second regulating valve 26 and the third regulating valve 27 in the closed state. As a result, the hydrogen and water discharged from the anode 3 are sent to the first gas-liquid separator 9 through the anode discharge path 8. In the first gas-liquid separator 9, hydrogen and water are separated. The separated hydrogen is sent by the hydrogen pump 12 through the gas discharge path 11 and sent to the anode supply path 7.

なお、「開状態」とは、バルブを開いた状態を意味し、「閉状態」とはバルブを閉じた状態を意味する。バルブを開いた状態においては、水素及び/又は水が通過可能になる。開閉度とは、バルブの開き度合いを意味する。実施の形態2では、「開状態」において、バルブの開閉度が100%であり、「閉状態」において、バルブの開閉度が0%である。 The "open state" means a state in which the valve is open, and the "closed state" means a state in which the valve is closed. With the valve open, hydrogen and / or water can pass through. The degree of opening and closing means the degree of opening of the valve. In the second embodiment, the opening / closing degree of the valve is 100% in the "open state", and the opening / closing degree of the valve is 0% in the "closed state".

このように、第1制御A1では、アノード3から排出された水素と水は、アノード排出路8、第1気液分離器9、気体排出路11、水素ポンプ12及びアノード供給路7を通ってアノード3を循環する。 As described above, in the first control A1, the hydrogen and water discharged from the anode 3 pass through the anode discharge path 8, the first gas-liquid separator 9, the gas discharge path 11, the hydrogen pump 12, and the anode supply path 7. Circulates the anode 3.

また、第1制御A1では、第2調整弁26が閉状態となっているため、アノード3から排出された水素及び水は、バイパス25に送られない。また、第3調整弁27が閉状態となっているため、第2気液分離器17に、カソード4から排出された水が貯留されていく。 Further, in the first control A1, since the second regulating valve 26 is in the closed state, the hydrogen and water discharged from the anode 3 are not sent to the bypass 25. Further, since the third regulating valve 27 is in the closed state, the water discharged from the cathode 4 is stored in the second gas-liquid separator 17.

第1制御A1においては、アノード3を循環する水素と水から水を除去し、アノード3を循環する水素に必要以上の水が含まれないようにしている。 In the first control A1, water is removed from the hydrogen and water circulating in the anode 3 so that the hydrogen circulating in the anode 3 does not contain more water than necessary.

第2制御A2では、制御部28は、第1調整弁24を閉状態に制御し、第2調整弁26及び第3調整弁27を開状態に制御する。これにより、アノード3から排出された水素及び水は、バイパス25を通って気体排出路11に流れる。気体排出路11を流れる水素及び水は、水素ポンプ12によって、アノード供給路7に送られる。 In the second control A2, the control unit 28 controls the first regulating valve 24 in the closed state and controls the second regulating valve 26 and the third regulating valve 27 in the open state. As a result, the hydrogen and water discharged from the anode 3 flow to the gas discharge path 11 through the bypass 25. Hydrogen and water flowing through the gas discharge path 11 are sent to the anode supply path 7 by the hydrogen pump 12.

第2制御A2では、第1調整弁24が閉状態となっているため、アノード3から排出された水素及び水は、第1気液分離器9に送られない。一方、第3調整弁27が開状態となっているため、第2気液分離器17に貯留された水が第1液体排出路18を通って第1気液分離器9に送られる。 In the second control A2, since the first regulating valve 24 is in the closed state, the hydrogen and water discharged from the anode 3 are not sent to the first gas-liquid separator 9. On the other hand, since the third regulating valve 27 is in the open state, the water stored in the second gas-liquid separator 17 is sent to the first gas-liquid separator 9 through the first liquid discharge passage 18.

このように、第2制御A2では、アノード3から排出された水素及び水は、バイパス25、気体排出路11、水素ポンプ及びアノード供給路7を通ってアノード3を循環する。 As described above, in the second control A2, the hydrogen and water discharged from the anode 3 circulate in the anode 3 through the bypass 25, the gas discharge path 11, the hydrogen pump and the anode supply path 7.

また、第2制御A2では、第3調整弁27が開状態となっているため、第2気液分離器17に貯留されている水は、第1液体排出路18を通って第1気液分離器9に送られる。これにより、第2気液分離器17から第1液体排出路18を通って排出される水を第1気液分離器9で回収している。なお、第1液体排出路18から排出される水は、アノード排出路8に合流するが、逆止弁10によってアノード排出路8を逆流することを抑制することができる。 Further, in the second control A2, since the third regulating valve 27 is in the open state, the water stored in the second gas-liquid separator 17 passes through the first liquid discharge path 18 and is the first gas-liquid. It is sent to the separator 9. As a result, the water discharged from the second gas-liquid separator 17 through the first liquid discharge path 18 is collected by the first gas-liquid separator 9. The water discharged from the first liquid discharge path 18 joins the anode discharge path 8, but the check valve 10 can prevent the water from flowing back through the anode discharge path 8.

[効果]
実施の形態2の水素圧縮装置1Bによれば、以下の効果を奏することができる。
[effect]
According to the hydrogen compressor 1B of the second embodiment, the following effects can be obtained.

水素圧縮装置1Bは、第1調整弁24、バイパス25、第2調整弁26、第3調整弁27及び制御部28を備える。第1調整弁24は、第1気液分離器9と水素ポンプ12とを接続する気体排出路11に配置される。バイパス25は、水素圧縮機2と第1気液分離器9との間でアノード排出路8に接続され、第2調整弁26と水素ポンプ12の間で気体排出路11と接続される。第2調整弁26は、バイパス25に配置される。第3調整弁27は、第1液体排出路18に配置される。制御部28は、第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27を制御する。また、制御部28は、第1調整弁24を開状態とし、第2調整弁26を閉状態とする第1制御A1と、第1調整弁24を閉状態とし、第2調整弁26を開状態とする第2制御A2と、を実施する。 The hydrogen compressor 1B includes a first regulating valve 24, a bypass 25, a second regulating valve 26, a third regulating valve 27, and a control unit 28. The first regulating valve 24 is arranged in a gas discharge path 11 that connects the first gas-liquid separator 9 and the hydrogen pump 12. The bypass 25 is connected to the anode discharge path 8 between the hydrogen compressor 2 and the first gas-liquid separator 9, and is connected to the gas discharge path 11 between the second regulating valve 26 and the hydrogen pump 12. The second regulating valve 26 is arranged in the bypass 25. The third regulating valve 27 is arranged in the first liquid discharge path 18. The control unit 28 controls the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27. Further, the control unit 28 opens the first control A1 in which the first adjusting valve 24 is opened and the second adjusting valve 26 is closed, and the first adjusting valve 24 is closed and the second adjusting valve 26 is opened. The second control A2 and the state are carried out.

このような構成により、アノード3に水素を循環させると共に、カソード4から排出される水と水に含まれる水素をアノード3で再利用することができる。これにより、第1気液分離器9において、アノード3への水素の循環と、第2気液分離器17からの水の再利用とを交互に行うことができ、安定した動作を維持しつつ、水素を効率よく圧縮することができる。 With such a configuration, hydrogen can be circulated through the anode 3 and the water discharged from the cathode 4 and the hydrogen contained in the water can be reused in the anode 3. As a result, in the first gas-liquid separator 9, hydrogen can be circulated alternately to the anode 3 and water can be reused from the second gas-liquid separator 17, while maintaining stable operation. , Hydrogen can be compressed efficiently.

なお、実施の形態2では、制御部28は、第1制御A1と第2制御A2とを周期的に繰り返して実施する例について説明したが、これに限定されない。例えば、制御部28は、第2気液分離器17の水位に応じて第1制御A1と第2制御A2とを実施してもよい。この場合、水素圧縮装置1Bは、第2気液分離器17内部の水位を計測する水位センサを備えてもよい。制御部28は、水位センサによって計測される第2気液分離器17内部の水位が所定の閾値を超えたとき、第1制御A1を行ってもよい。また、制御部28は、水位センサによって計測される第2気液分離器17内部の水位が所定の閾値以下であるとき、第2制御A2を行ってもよい。このような構成により、より効率的に水素及び水を再利用することができる。 In the second embodiment, the control unit 28 has described an example in which the first control A1 and the second control A2 are periodically repeated, but the present invention is not limited to this. For example, the control unit 28 may carry out the first control A1 and the second control A2 according to the water level of the second gas-liquid separator 17. In this case, the hydrogen compressor 1B may include a water level sensor that measures the water level inside the second gas-liquid separator 17. The control unit 28 may perform the first control A1 when the water level inside the second gas-liquid separator 17 measured by the water level sensor exceeds a predetermined threshold value. Further, the control unit 28 may perform the second control A2 when the water level inside the second gas-liquid separator 17 measured by the water level sensor is equal to or lower than a predetermined threshold value. With such a configuration, hydrogen and water can be reused more efficiently.

あるいは、制御部28は、第2気液分離器17内部に貯留される水の量により変化する固有振動数に応じて第1制御A1と第2制御A2とを実施してもよい。この場合、水素圧縮装置1Bは、第2気液分離器17内部に貯留される水の量により変化する固有振動数を計測する振動センサを備えてもよい。水素圧縮装置1Bは、振動センサによって計測される第2気液分離器17内部の水の量により変化する固有振動数が所定の閾値を超えたとき、第1制御A1を行ってもよい。また、制御部28は、振動センサによって計測される第2気液分離器17内部の水の量により変化する固有振動数が所定の閾値以下であるとき、第2制御A2を行ってもよい。このような構成においても、より効率的に水素及び水を再利用することができる。 Alternatively, the control unit 28 may carry out the first control A1 and the second control A2 according to the natural frequency that changes depending on the amount of water stored in the second gas-liquid separator 17. In this case, the hydrogen compressor 1B may include a vibration sensor that measures a natural frequency that changes depending on the amount of water stored in the second gas-liquid separator 17. The hydrogen compressor 1B may perform the first control A1 when the natural frequency that changes depending on the amount of water inside the second gas-liquid separator 17 measured by the vibration sensor exceeds a predetermined threshold value. Further, the control unit 28 may perform the second control A2 when the natural frequency that changes depending on the amount of water inside the second gas-liquid separator 17 measured by the vibration sensor is equal to or less than a predetermined threshold value. Even in such a configuration, hydrogen and water can be reused more efficiently.

実施の形態2では、制御部28は、第1制御A1と第2制御A2の2つの制御を繰り返して実施する例について説明したが、これに限定されない。制御部28は、2つ以上の制御を繰り返し実施してもよい。 In the second embodiment, the control unit 28 has described an example in which the two controls of the first control A1 and the second control A2 are repeatedly performed, but the present invention is not limited thereto. The control unit 28 may repeatedly perform two or more controls.

実施の形態2では、第1制御A1において、第3調整弁27が閉状態となり、第2制御A2において、第3調整弁27が開状態となる例について説明したが、これに限定されない。例えば、第1制御A1及び第2制御A2において、第2気液分離器17内部に貯留されている水の量に応じて第3調整弁27を開閉してもよい。即ち、第1制御A1において、第3調整弁27が開状態となってもよいし、第2制御A2において、第3調整弁27が閉状態となってもよい。 In the second embodiment, an example in which the third regulating valve 27 is in the closed state in the first control A1 and the third regulating valve 27 is in the open state in the second control A2 has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, in the first control A1 and the second control A2, the third regulating valve 27 may be opened and closed according to the amount of water stored in the second gas-liquid separator 17. That is, in the first control A1, the third regulating valve 27 may be in the open state, or in the second control A2, the third regulating valve 27 may be in the closed state.

実施の形態2では、「開状態」において、バルブの開閉度が100%であり、「閉状態」において、バルブの開閉度が0%である例について説明したが、これに限定されない。第1調整弁24、第2調整弁26及び第3調整弁27では、バルブの開閉度を調整することによって、水素及び/又は水の通過可能な流量を調整してもよい。 In the second embodiment, an example in which the opening / closing degree of the valve is 100% in the “open state” and the opening / closing degree of the valve is 0% in the “closed state” has been described, but the present invention is not limited to this. In the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27, the flow rate through which hydrogen and / or water can pass may be adjusted by adjusting the opening / closing degree of the valves.

(実施の形態3)
本開示の実施の形態3に係る水素圧縮装置について説明する。なお、実施の形態3では、主に実施の形態2と異なる点について説明する。実施の形態3においては、実施の形態2と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態3では、実施の形態2と重複する記載は省略する。
(Embodiment 3)
The hydrogen compressor according to the third embodiment of the present disclosure will be described. In the third embodiment, the points different from the second embodiment will be mainly described. In the third embodiment, the same or equivalent configurations as those in the second embodiment will be described with the same reference numerals. Further, in the third embodiment, the description overlapping with the second embodiment is omitted.

図4は、本開示の実施の形態3に係る水素圧縮装置1Cにおける第1調整弁24、第2調整弁26および第3調整弁27の制御の一例のタイミングチャートである。なお、実施の形態3に係る水素圧縮装置1Cは、図2に示す実施の形態2の水素圧縮装置1Bと同様の構成要素を備える。 FIG. 4 is a timing chart of an example of control of the first regulating valve 24, the second regulating valve 26, and the third regulating valve 27 in the hydrogen compressor 1C according to the third embodiment of the present disclosure. The hydrogen compression device 1C according to the third embodiment includes the same components as the hydrogen compression device 1B of the second embodiment shown in FIG.

図4に示すように、実施の形態3では、制御部28が第1制御A1、第2制御A2及び第3制御A3を実施する点が、実施の形態2と異なる。 As shown in FIG. 4, the third embodiment is different from the second embodiment in that the control unit 28 executes the first control A1, the second control A2, and the third control A3.

[動作]
水素圧縮装置1Cの動作の一例について説明する。実施の形態3では、制御部28は、一定の周期で第1制御A1、第2制御A2及び第3制御A3を繰り返す。なお、一定の周期の制御は、例えば、タイマーなどの任意の手法で実現することができる。
[motion]
An example of the operation of the hydrogen compressor 1C will be described. In the third embodiment, the control unit 28 repeats the first control A1, the second control A2, and the third control A3 at regular intervals. It should be noted that the control of a fixed cycle can be realized by an arbitrary method such as a timer.

第1制御A1では、制御部28は、第1調整弁24を開状態に制御し、第2調整弁26及び第3調整弁27を閉状態に制御する。 In the first control A1, the control unit 28 controls the first regulating valve 24 in the open state, and controls the second regulating valve 26 and the third regulating valve 27 in the closed state.

第2制御A2では、制御部28は、第1調整弁24を閉状態に制御し、第2調整弁26及び第3調整弁27を開状態に制御する。 In the second control A2, the control unit 28 controls the first regulating valve 24 in the closed state and controls the second regulating valve 26 and the third regulating valve 27 in the open state.

実施の形態3の第1制御A1及び第2制御A2は、実施の形態2と同様であるため、詳細な説明を省略する。なお、実施の形態3において、第2制御A2を実施している時間は、実施の形態2よりも短くなっている。 Since the first control A1 and the second control A2 of the third embodiment are the same as those of the second embodiment, detailed description thereof will be omitted. In the third embodiment, the time during which the second control A2 is executed is shorter than that in the second embodiment.

第3制御A3では、制御部28は、第1調整弁24及び第2調整弁26を開状態に制御し、第3調整弁27を閉状態に制御する。第3制御A3における第1調整弁24の開閉度は、第1制御A1における第1調整弁24の開閉度よりも小さい。実施の形態3では、第3制御A3において、第1調整弁24は、半開状態に制御される。「半開状態」とは、バルブの開閉度が50%である。 In the third control A3, the control unit 28 controls the first regulating valve 24 and the second regulating valve 26 in the open state, and controls the third regulating valve 27 in the closed state. The opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the third control A3 is smaller than the opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the first control A1. In the third embodiment, in the third control A3, the first regulating valve 24 is controlled in a half-open state. In the "half-open state", the degree of opening and closing of the valve is 50%.

[効果]
実施の形態3の水素圧縮装置1Cによれば、以下の効果を奏することができる。
[effect]
According to the hydrogen compressor 1C of the third embodiment, the following effects can be obtained.

水素圧縮装置1Cにおいて、制御部28は、第1制御A1、第2制御A2及び第3制御A3を実施する。第1制御A1は、第1調整弁24を開状態とし、第2調整弁26を閉状態とする。第2制御A2は、第1調整弁24を閉状態とし、第2調整弁26を開状態とする。第3制御A3は、第2制御A2の後に、第1調整弁24を開状態とする。第3制御A3における第1調整弁24の開閉度は、第1制御A1における第1調整弁24の開閉度よりも小さい。 In the hydrogen compressor 1C, the control unit 28 implements the first control A1, the second control A2, and the third control A3. The first control A1 opens the first regulating valve 24 and closes the second regulating valve 26. The second control A2 closes the first regulating valve 24 and opens the second regulating valve 26. The third control A3 opens the first regulating valve 24 after the second control A2. The opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the third control A3 is smaller than the opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the first control A1.

このような構成により、第2制御A2において、第1調整弁24の上流に配置されている第1気液分離器9に高圧ガスが溜まっている場合、第3制御A3を実施することによって第1気液分離器9内に溜まった高圧ガスを気体排出路11から排出することができる。これにより、第1気液分離器9内部の圧力を減圧することができる。 With such a configuration, in the second control A2, when high-pressure gas is accumulated in the first gas-liquid separator 9 arranged upstream of the first regulating valve 24, the third control A3 is performed to perform the third control A3. 1 The high-pressure gas accumulated in the gas-liquid separator 9 can be discharged from the gas discharge path 11. As a result, the pressure inside the first gas-liquid separator 9 can be reduced.

また、第3制御A3において、第2調整弁26を開状態とすることによって、第1気液分離器9内部の圧力を減圧している間、バイパス25を通して水素をアノード3に循環させることができる。 Further, in the third control A3, by opening the second regulating valve 26, hydrogen can be circulated to the anode 3 through the bypass 25 while the pressure inside the first gas-liquid separator 9 is reduced. it can.

なお、実施の形態3では、第3制御A3において、第1調整弁24を半開状態にする例について説明したが、これに限定されない。第3制御A3における第1調整弁24の開閉度は、第1制御A1における第1調整弁24の開閉度よりも小さければよい。 In the third embodiment, an example in which the first regulating valve 24 is set to the half-open state in the third control A3 has been described, but the present invention is not limited to this. The opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the third control A3 may be smaller than the opening / closing degree of the first regulating valve 24 in the first control A1.

実施の形態3では、第3制御A3において、第2調整弁26を開状態にする例について説明したが、これに限定されない。第3制御A3において、第2調整弁26は閉状態にしてもよい。 In the third embodiment, an example in which the second regulating valve 26 is opened in the third control A3 has been described, but the present invention is not limited to this. In the third control A3, the second regulating valve 26 may be in the closed state.

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。 Although the present disclosure has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various modifications and modifications are obvious to those skilled in the art. It should be understood that such modifications and amendments are included within the scope of this disclosure by the appended claims.

本開示に係る水素圧縮装置は、水素を効率良く圧縮する用途に用いることができる。 The hydrogen compressor according to the present disclosure can be used for efficiently compressing hydrogen.

1A,1B,1C 水素圧縮装置
2 水素圧縮機
3 アノード
4 カソード
5 電解質膜
6 水素吸入口
7 アノード供給路
8 アノード排出路
9 第1気液分離器
10 逆止弁
11 気体排出路
12 水素ポンプ
13 第1水素配管
14 第2液体排出路
15 液体排出口
16 第2水素配管
17 第2気液分離器
18 第1液体排出路
19 減圧弁
20 第3水素配管
21 気体吐出口
22 調圧部
23 配管
24 第1調整弁
25 バイパス
26 第2調整弁
27 第3調整弁
28 制御部
1A, 1B, 1C Hydrogen compressor 2 Hydrogen compressor 3 Anophode 4 Cathode 5 Electrolyte membrane 6 Hydrogen inlet 7 Anoden supply path 8 Anode discharge path 9 First gas-liquid separator 10 Check valve 11 Gas discharge path 12 Hydrogen pump 13 1st hydrogen pipe 14 2nd liquid discharge passage 15 Liquid discharge port 16 2nd hydrogen pipe 17 2nd gas-liquid separator 18 1st liquid discharge passage 19 Pressure reducing valve 20 3rd hydrogen pipe 21 Gas discharge port 22 Pressure regulating part 23 Pipe 24 1st regulating valve 25 Bypass 26 2nd regulating valve 27 3rd regulating valve 28 Control unit

Claims (11)

アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードとに挟まれる電解質膜を有する電気化学式の水素圧縮機と、
前記アノードに接続され、前記アノードへ水素を供給するアノード供給路と、
前記アノードに接続され、前記アノードから水素を排出するアノード排出路と、
前記アノード排出路を介して前記アノードと接続される第1気液分離器と、
前記第1気液分離器と前記アノード供給路とを接続する気体排出路と、
前記気体排出路に配置され、前記第1気液分離器から前記アノード供給路に水素を供給する水素ポンプと、
前記カソードと接続される第2気液分離器と、
前記第2気液分離器と接続され、前記第2気液分離器から気体を排出する気体吐出口と、
前記第1気液分離器と前記第2気液分離器とを接続する第1液体排出路と、
を備える、水素圧縮装置。
An electrochemical hydrogen compressor having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode.
An anode supply path connected to the anode and supplying hydrogen to the anode,
An anode discharge path connected to the anode and discharging hydrogen from the anode,
A first gas-liquid separator connected to the anode via the anode discharge path,
A gas discharge path connecting the first gas-liquid separator and the anode supply path,
A hydrogen pump arranged in the gas discharge path and supplying hydrogen from the first gas-liquid separator to the anode supply path,
A second gas-liquid separator connected to the cathode,
A gas discharge port connected to the second gas-liquid separator and discharging gas from the second gas-liquid separator,
A first liquid discharge path connecting the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator,
A hydrogen compressor equipped with.
さらに、
前記アノード排出路に配置され、前記第1気液分離器から前記水素圧縮機への水素の逆流を防止する逆止弁を備える、
請求項1に記載の水素圧縮装置。
further,
It is provided in the anode discharge path and includes a check valve for preventing the backflow of hydrogen from the first gas-liquid separator to the hydrogen compressor.
The hydrogen compressor according to claim 1.
鉛直方向において、前記アノード排出路は、前記第1気液分離器の中央よりも低い位置で前記第1気液分離器に接続される、
請求項1又は2に記載の水素圧縮装置。
In the vertical direction, the anode discharge path is connected to the first gas-liquid separator at a position lower than the center of the first gas-liquid separator.
The hydrogen compressor according to claim 1 or 2.
さらに、
前記第1気液分離器から水を排出する第2液体排出路と、
前記第1気液分離器に貯留される水の水位に応じて、前記第1気液分離器から前記第2液体排出路への水の排出を制御する液体排出機構と、
を備える、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素圧縮装置。
further,
A second liquid discharge path for discharging water from the first gas-liquid separator,
A liquid discharge mechanism that controls the discharge of water from the first gas-liquid separator to the second liquid discharge path according to the water level of the water stored in the first gas-liquid separator.
To prepare
The hydrogen compressor according to any one of claims 1 to 3.
前記液体排出機構は、前記第1気液分離器の内部に配置されるフロートである、
請求項4に記載の水素圧縮装置。
The liquid discharge mechanism is a float arranged inside the first gas-liquid separator.
The hydrogen compressor according to claim 4.
さらに、
前記カソードと前記第2気液分離器との間に配置される冷却器を備える、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の水素圧縮装置。
further,
A cooler is provided between the cathode and the second gas-liquid separator.
The hydrogen compressor according to any one of claims 1 to 5.
さらに、
前記第1液体排出路に配置され、前記第2気液分離器から排出される水の背圧を調整する減圧弁を備える、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の水素圧縮装置。
further,
A pressure reducing valve arranged in the first liquid discharge path and adjusting the back pressure of water discharged from the second gas-liquid separator is provided.
The hydrogen compressor according to any one of claims 1 to 6.
前記減圧弁は、前記第2気液分離器から排出される水の背圧を一定の圧力に保つ、
請求項7に記載の水素圧縮装置。
The pressure reducing valve keeps the back pressure of water discharged from the second gas-liquid separator at a constant pressure.
The hydrogen compressor according to claim 7.
さらに、
前記第1気液分離器と前記水素ポンプとを接続する前記気体排出路に配置される第1調整弁と、
前記水素圧縮機と前記第1気液分離器との間で前記アノード排出路に接続され、前記第1調整弁と前記水素ポンプの間で前記気体排出路と接続されるバイパスと、
前記バイパスに配置される第2調整弁と、
前記第1液体排出路に配置される第3調整弁と、
前記第1調整弁、前記第2調整弁および前記第3調整弁を制御する制御部と、
を備える、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の水素圧縮装置。
further,
A first regulating valve arranged in the gas discharge path connecting the first gas-liquid separator and the hydrogen pump,
A bypass connected to the anode discharge path between the hydrogen compressor and the first gas-liquid separator and connected to the gas discharge path between the first regulating valve and the hydrogen pump.
The second regulating valve arranged in the bypass and
A third regulating valve arranged in the first liquid discharge path and
A control unit that controls the first regulating valve, the second regulating valve, and the third regulating valve.
To prepare
The hydrogen compressor according to any one of claims 1 to 6.
前記制御部は、
前記第1調整弁を開状態とし、前記第2調整弁を閉状態とする第1制御と、
前記第1調整弁を閉状態とし、前記第2調整弁を開状態とする第2制御と、
を実施する、
請求項9に記載の水素圧縮装置。
The control unit
The first control in which the first regulating valve is opened and the second regulating valve is closed, and
A second control that closes the first regulating valve and opens the second regulating valve.
To carry out,
The hydrogen compressor according to claim 9.
前記制御部は、
前記第1調整弁を開状態とし、前記第2調整弁を閉状態とする第1制御と、
前記第1調整弁を閉状態とし、前記第2調整弁を開状態とする第2制御と、
前記第2制御の後に、前記第1調整弁を開状態とする第3制御と、
を実施し、
前記第3制御における前記第1調整弁の開閉度は、前記第1制御における前記第1調整弁の開閉度よりも小さい、
請求項9に記載の水素圧縮装置。
The control unit
The first control in which the first regulating valve is opened and the second regulating valve is closed, and
A second control that closes the first regulating valve and opens the second regulating valve.
After the second control, a third control that opens the first regulating valve and
And carry out
The opening / closing degree of the first regulating valve in the third control is smaller than the opening / closing degree of the first regulating valve in the first control.
The hydrogen compressor according to claim 9.
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