氢精制升压装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及从低压含氢气体制造高浓度且高压的精制氢气的氢精制升压装置。
【背景技术】
[0002]以氢为燃料的固体高分子型燃料电池(以下，称PEFC)的开发正在被推进中，比如针对以汽车以及家庭用的自家发电正在被广泛地进行开发。针对家庭用自家发电的燃料电池系统已经被实用化，另外，人们正在期待装备有燃料电池的燃料电池汽车，将在不久的将来也被实用化。不同于针对家庭用自家发电的燃料电池系统，为了燃料电池汽车的普及，需要建立燃料供应的基础设施。即，根据燃料电池汽车的普及，需要建设各地的氢气加气站。
[0003]在氢气加气站，储藏的高纯度且高压的氢将供应到燃料电池汽车。另外，供应氢气到氢气加气站的方法有，将在异地制造的氢气利用槽车运输的方法，以及在氢气加气站制造氢气的方法。但是，由于氢的能量密度低，故不像汽油，不适合用槽车运输。因此，优选为在氢气加气站制造氢气，精制.升压其氢气。况且，尤其在燃料电池汽车普及的初期，需要小型且低成本的氢气加气站。
[0004]根据以往的氢制造过程包括，改质以甲烷为主要成分的城市燃气而制造含氢的改良气，将产生的改良气利用压力摇摆吸附(PSA:Pressure Swing Adsorpt1n)系统精制，将产生的氢利用压缩机进行升压的过程。但是，PSA系统为大型系统，其成本高。况且，高纯度氢的回收率通常为80%以下，其剩余部分只能用于改质反应的热源。另外，在氢气加气站将氢升压至所需的700?1000气压时，需要使用具备有2段压缩机的系统，但是压缩效率低，仅为60?70%，产生不必要的电能量的损失，其成本变高。
即，以往的氢制造过程具有，系统本身为大型所带来的高成本，以及能量变换效率低的问题。
[0005]为此，同时进行氢的精制以及升压来实现，系统的小型化以及用低成本制造氢的制造工艺正在被开发。作为这种制造工艺，专利文献1记载有将含氢改良气精制.升压的氢升压工艺。该工艺为，将PEFC的电池单元上连接外部电力的方式，从阳极侧供应的改良气在阴极侧被精制.升压而制造氢。由于同时进行氢的精制以及升压，因此电能量直接可以利用到精制.升压，其效率高，成本低。
[0006]另外，专利文献2记载利用水的电解制造.升压氢的水电解工艺。该工艺为，将PEFC的电池单元上施加外部电力的方式，电解在阳极侧供应的水，在阴极侧制造被升压的氢。
现有技术文献专利文献
[0007]专利文献1:日本专利第3358820号公报专利文献2:日本专利第4010193号公报
【发明内容】
发明要解决的问题
[0008]然而，上述文献的以往的技术具有如下的需要改进的余地。
专利文献1记载的氢升压装置，只能取出10气压以下的氢气。这是，因为该装置为单电池单元，随着被制造的氢的量的增加，电极的面积也比例地增加，同时需要密封的截面积也增加，导致气密性的保持极为困难，被升压的氢的压力大于10气压时，氢排出路径会产生漏气等问题。即，专利文献1记载的氢升压装置不具备，针对在氢气加气站为了取出氢而所需的700?1000气压的足够的耐久性。
[0009]专利文献2记载的高压氢制造装置利用在高压容器内固定水解电池单元的方式，可制造350气压以上的氢。但是，由于水的电解需要大量的电能量，与从改良气精制.升压氢的系统相比，能效率低，成本高。另外，水电解需要使用耐腐蚀性的电池单元材料，故材料的成本也高。
[0010]本发明为了解决上述课题，提供一种即使在高压环境下也具有耐久性，并且，低成本的从改良气精制.升压氢的精制升压装置为目的。
为了解决课题的手段
[0011]根据本发明，提供一种从含氢气体制造比上述含氢气体高压且高纯度的精制氢气的氢精制升压装置。该氢精制升压装置具备:经多层层叠的电池单元结构，以及在该电池单元结构的层叠方向上施加紧固应力的按压结构。并且，该电池单元结构具备:固体高分子电解质膜、层叠在该固体高分子电解质膜的一侧的阳极催化剂层、以及层叠在该固体高分子电解质膜的另一侧的阴极催化剂层。另外，该电池单元结构具备:与该阳极催化剂层对置设置在该阳极催化剂层的外侧的阳极侧供电体，以及与所述阴极催化剂层对置设置在所述阴极催化剂层的外侧的阴极侧供电体。进一步，该电池单元结构具备:与该阳极侧供电体对置设置在该阳极侧供电体的外侧且具备供应上述含氢气体的流路的阳极侧隔离件，以及与该阴极侧供电体对置设置在该阴极侧供电体的外侧且具备排出该精制氢气的流路的阴极侧隔呙件。
[0012]另外，上述氢精制升压装置优选进一步具备收容该电池单元结构和该按压结构的高压罐。并且，优选该高压罐内充填有气体介质，该气体介质的压力保持在高于该含氢气体的压力且低于该精制氢气的压力。
发明的效果
[0013]如上所述的氢精制升压装置，即使在高压力环境也具有耐久性，并且，可以低成本地从改良气制造精制.升压的氢。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的各实施方式的氢制造系统的框图。
图2为本发明的第1实施方式的氢精制升压装置的概略图。
图3为本发明的第1实施方式的氢精制升压装置的单元电池单元的截面图。
图4为本发明的(a)第1实施方式，(b)第2实施方式的氢精制升压装置的电路图。
图5为本发明的(a)第1实施方式，(b)第3实施方式的设置在氢精制升压装置的阴极侧隔离件内的具有弹性的导电性部件。
图6为(a)本发明的第1实施方式的氢精制升压装置的单元电池单元的截面图，(b)c部分的放大图，(c)d部分的放大图。
图7的(a)?(f)为，阳极侧隔离件的阳极侧侧面图。
图8为相对于图7(a)的阳极侧隔离件的阴极侧隔离件的阴极侧侧面图。
图9为图6(a)的c部分的放大图，且为图6(b)所示的密封结构的变形例。
图10为表示具有一层单电池单元的本发明的氢精制升压装置的运转结果的图表。
【具体实施方式】
[0015]以下是结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。且在所有附图中的相同的构成要素赋予相同的符号，适宜省略相关的说明。
[0016]<氢制造系统的整体结构>
附图1显示，本发明的各个实施方式中的氢精制升压装置的氢制造系统1。氢制造系统1通过从外部供应城市燃气，在氢制造系统1内制造高纯且高压的氢。所制造的氢储藏到氢罐4内，并供应到燃料电池汽车等。
[0017]如附图1显示，氢制造系统1具备改良器2a，一氧化碳选择氧化反应器(PR0X)2b，以及氢精制升压装置3，另附加有捕水.排水器4a和氢罐4。从外部供应的城市燃气的主成分为甲烷，其压力为1-10气压。在改良器2a，城市燃气被水蒸气混合，在高温环境下通过接触催化剂使甲烧分解成氢。城市燃气被改质产生氢，一氧化碳，以及二氧化碳。
[0018]由改良器2a制成的含有氢，一氧化碳，二氧化碳，以及水蒸气的改良气，不适合直接供应到氢精制升压装置。因为，改良气中所含有的一氧化碳供应到氢精制升压装置3，会有可能会导致的催化剂劣化。
[0019]因此，为了预先除去从改良器2a放出的改良气中的一氧化碳，改良气被供应到一氧化碳选择氧化反应器2b中。改良气和空气一并被供应到一氧化碳选择氧化反应器2b中，改良气中的一氧化碳被氧化成二氧化碳。该一氧化碳选择氧化反应器2b的内部优选使用，载荷有PtFe/丝光沸石催化剂的金属蜂窝。
[0020]从一氧化碳选择氧化反应器2b排出含有氢，二氧化碳，以及水蒸气的改良气，供应到氢精制升压装置3。
应当注意的是，代替一氧化碳选择氧化反应器2b可以使用一氧化碳选择甲烷化器。其内部可使用，载荷有Ru或者V-Ni/铝催化剂的金属蜂窝。另外，可以具备一氧化碳选择氧化反应器或者一氧化碳选择甲烷化器与改良器2a的在容器内的形成的一体成型体。
[0021]在氢精制升压装置3，精制升压含氢的改良气，取出比改良气高圧且高浓度的氢。改良气的气压推定为1-10气压，但也可以