氢气供给系统和氢气供给系统的运行方法技术方案

本公开提供一种氢气供给系统，具备电化学式氢气泵、湿度调整器和控制器，电化学式氢气泵具备：质子传导性电解质膜；设置在该电解质膜一侧的主面的阳极；设置在阳极上、供氢气流动的阳极流路；设置在该电解质膜另一侧的主面的阴极；设置在阴极上、供氢气流动的阴极流路；以及对阳极与阴极之间施加电压的电压施加器，利用电压施加器施加电压，由此将经由阳极流路供给到阳极的氢气向阴极升压输送，将阴极流路内的被升压了的氢气向氢气储存器供给，湿度调整器调整阳极流路和阴极流路中的至少一者的湿度，在相对湿度小于100％的氢气向阳极流路供给，电化学式氢气泵运行时，控制器执行控制：控制湿度调整器使阳极流路和阴极流路中的至少一者的湿度增加。

Operation method of hydrogen supply system and hydrogen supply system

The invention provides a hydrogen supply system, which is provided with an electrochemical hydrogen pump, a humidity regulator and a controller. The electrochemical hydrogen pump is provided with: a proton conductive electrolyte membrane; an anode arranged on one side of the electrolyte membrane; a positive current path arranged on the anode for hydrogen flow; a cathode arranged on the other side of the electrolyte membrane; a cathode arranged on the cathode for hydrogen supply The air flowing cathode flow path and the voltage applicator applying voltage between the anode and the cathode use the voltage applicator to apply voltage, thus the hydrogen supplied to the anode via the anode flow path is boosted to the cathode, the boosted hydrogen in the cathode flow path is supplied to the hydrogen accumulator, and the humidity regulator adjusts the humidity of at least one of the anode flow path and the cathode flow path, When the relative humidity is less than 100% hydrogen is supplied to the anode flow path, and the electrochemical hydrogen gas pump is running, the controller performs the control: the humidity regulator is controlled to increase the humidity of at least one of the anode flow path and the cathode flow path.

【技术实现步骤摘要】
氢气供给系统和氢气供给系统的运行方法
本公开涉及氢气供给系统和氢气供给系统的运行方法。
技术介绍
近年来，从提高燃料效率、利用无碳燃料的观点出发，利用由燃料电池发电产生的电力驱动发动机从而行驶的燃料电池车受到关注，并且已经投放市场。但是，在燃料电池车的普及上，需要配备用于供给作为燃料的氢气的基础设施，在全国范围内能够广泛设置多少氢气站成为一个课题。至今为止，作为氢气站，采用变压吸附法(PSA)将氢气纯化和压缩的方法等，但设备的大型化和巨大的安装成本等已经成为氢气站在全国展开的阻碍。在即将到来的氢气社会中，不仅需要制造氢气，还需要开发能够以高密度储存氢气、以小容量且低成本运输或利用氢气的技术。特别是为了促进作为分散型能源的燃料电池的普及，需要配备燃料供给基础设施。因此，为了通过燃料供给基础设施稳定地供给氢气，已提出各种将高纯度的氢气纯化和升压的方案。例如专利文献1中记载了通过对氢气纯化升压系统的阳极与阴极之间施加电压，从而将氢气纯化和升压。具体而言，通过阳极与阴极之间的电压施加，在电流流动于电解质膜时，阳极的低压的氢气(H2)成为质子(H+)，质子伴随水分子在电解质膜中从阳极向阴极移动，并在阴极恢复成为高压的氢气(H2)。再者，将阳极、电解质膜和阴极的层叠结构体称为膜电极接合体(以下简称为MEA：MembraneElectrodeAssembly)。专利文献2中提出一种氢气制造系统，通过对具备固体高分子形的电解质膜的MEA的阳极与阴极之间施加电压，将被供给到阳极侧的水电解，由此在阳极侧制造氧气，在阴极侧制造氢气。非专利文献1中提出一种氢气升压装置，通过将干燥状态的氢气向阳极供给，并且利用设置于阴极的储水部使电解质膜成为湿润状态，由此在阴极将氢气升压。在先技术文献专利文献1：日本特开2015-117139号公报专利文献2：日本特许第5455874号公报非专利文献1：Y.Hao,H.Nakajima,H.Yoshizumi,A.Inada,K.Sasaki,K.Ito,InternationalJournalofHydrogenEnergy,41(2016)13879.
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，以往的例子中，对于电化学式氢气泵运行中的质子传导性电解质膜的含水率降低的问题没有充分研究。本公开的一技术方案(aspect)是鉴于这样的情况而完成的，提供一种与以往相比能够减轻电化学式氢气泵运行中的质子传导性电解质膜的含水率降低的氢气供给系统。另外，本公开的一技术方案提供这样的氢气供给系统的运行方法。用于解决课题的手段为解决上述课题，本公开的一技术方案涉及的氢气供给系统，具备电化学式氢气泵、湿度调整器和控制器，所述电化学式氢气泵具备：质子传导性电解质膜；设置在所述质子传导性电解质膜的一侧的主面的阳极；设置在所述阳极上、供氢气流动的阳极流路；设置在所述质子传导性电解质膜的另一侧的主面的阴极；设置在所述阴极上、供氢气流动的阴极流路；以及对所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，利用所述电压施加器施加电压，由此将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢气向所述阴极升压输送，将所述阴极流路内的进行了所述升压的氢气向氢气储存器供给，所述湿度调整器调整所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度，在相对湿度小于100％的氢气向所述阳极流路供给，所述电化学式氢气泵运行时，所述控制器执行控制：控制所述湿度调整器使所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度增加。另外，本公开的一技术方案涉及的氢气供给系统的运行方法，具备以下步骤：步骤(a)，在具备质子传导性电解质膜、设置在所述质子传导性电解质膜的一侧的主面的阳极、以及设置在所述质子传导性电解质膜的另一侧的主面的阴极的电化学式氢气泵中，通过对所述阳极与所述阴极之间施加电压，将被供给到所述阳极的氢气向所述阴极升压输送；步骤(b)，将所述阴极的进行了所述升压的氢气向氢气储存器供给；以及步骤(c)，在所述步骤(a)中，相对湿度小于100％的氢气向所述阳极供给时，使所述阳极和所述阴极中的至少一者的湿度增加。专利技术的效果本公开的一技术方案涉及的氢气供给系统和氢气供给系统的运行方法，发挥与以往相比能够减轻电化学式氢气泵运行中的质子传导性电解质膜的含水率降低的效果。附图说明图1是表示对于将高露点的氢气向阳极供给的情况和将干燥状态的氢气向阳极供给的情况，将对MEA的阳极与阴极之间施加的电压和MEA的IR损失的变化进行绘制的实验结果的一例的图。图2是表示实施方式的氢气供给系统的一例的图。图3A是表示实施方式的氢气供给系统的电化学式氢气泵的一例的图。图3B是表示实施方式的氢气供给系统的电化学式氢气泵的一例的图。图4是表示实施方式的第1实施例的氢气供给系统的一例的图。图4A是表示实施方式的第1实施例的氢气供给系统的运行方法的一例的图。图4B是表示实施方式的第1实施例的氢气供给系统的运行方法的一例的图。图4C是表示实施方式的第1实施例的氢气供给系统的运行方法的一例的图。图4D是表示实施方式的第1实施例的氢气供给系统的运行方法的一例的图。附图标记说明1：电解质膜2A：阳极催化剂层2C：阴极催化剂层3A：阳极气体扩散层3C：阴极气体扩散层5A：阳极隔板5C：阴极隔板6：阳极流路6IN：阳极入口6OUT：阳极出口7：阴极流路14：止回阀15：三通阀16：三通阀17：开闭阀18：开闭阀19：开闭阀21：电压施加器22：湿度调整器22A：发泡罐23：氢气供给器24：冷凝器25：氢气储存器26：氢气供给路径26A：路径26B：路径26C：旁通路径27：循环路径28：氢气导出路径31：阳极气体扩散板31A：中央部分31B：周边部分33：密封件50：控制器100：电化学式氢气泵200：氢气供给系统AN：阳极CA：阴极具体实施方式一直以来期望以高效率利用氢能源，电化学式氢气泵的氢气升压工作的效率提高至关重要。在此，质子传导性电解质膜(以下称为电解质膜)例如为高分子电解质膜的情况下，该高分子电解质膜在湿润状态下显示出期望的质子传导性。因此，为了将电化学式氢气泵的氢气升压工作的效率维持期望的值，需要将电解质膜保持湿润状态。因此，一直以来大多采取通过加湿器将向电化学式氢气泵的阳极供给的氢气预先加湿的技术构成。例如，通过控制加湿器的温度，能够调整从加湿器通过的气体中的水分量。由此，将从加湿器通过的湿润状态的氢气向电化学式氢气泵的阳极供给，从而能够利用氢气中的水分将电解质膜维持湿润状态。但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢气供给系统，具备电化学式氢气泵、湿度调整器和控制器，/n所述电化学式氢气泵具备：/n质子传导性电解质膜；/n设置在所述质子传导性电解质膜的一侧的主面的阳极；/n设置在所述阳极上、供氢气流动的阳极流路；/n设置在所述质子传导性电解质膜的另一侧的主面的阴极；/n设置在所述阴极上、供氢气流动的阴极流路；以及/n对所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，/n利用所述电压施加器施加电压，由此将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢气向所述阴极升压输送，将所述阴极流路内的进行了所述升压的氢气向氢气储存器供给，/n所述湿度调整器调整所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度，/n在相对湿度小于100％的氢气向所述阳极流路供给，所述电化学式氢气泵运行时，所述控制器执行控制：控制所述湿度调整器使所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度增加。/n

【技术特征摘要】
20180530 JP 2018-1035431.一种氢气供给系统，具备电化学式氢气泵、湿度调整器和控制器，
所述电化学式氢气泵具备：
质子传导性电解质膜；
设置在所述质子传导性电解质膜的一侧的主面的阳极；
设置在所述阳极上、供氢气流动的阳极流路；
设置在所述质子传导性电解质膜的另一侧的主面的阴极；
设置在所述阴极上、供氢气流动的阴极流路；以及
对所述阳极与所述阴极之间施加电压的电压施加器，
利用所述电压施加器施加电压，由此将经由所述阳极流路供给到所述阳极的氢气向所述阴极升压输送，将所述阴极流路内的进行了所述升压的氢气向氢气储存器供给，
所述湿度调整器调整所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度，
在相对湿度小于100％的氢气向所述阳极流路供给，所述电化学式氢气泵运行时，所述控制器执行控制：控制所述湿度调整器使所述阳极流路和所述阴极流路中的至少一者的湿度增加。


2.根据权利要求1所述的氢气供给系统，所述控制器间歇地执行所述控制。

【专利技术属性】
技术研发人员：胁田英延，鹈饲邦弘，酒井修，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP