DE19629719C2

DE19629719C2 - Wasserverdampfungs-Kühlsystem und -verfahren auf Basis einer elektrolytischen Reaktion

Info

Publication number: DE19629719C2
Application number: DE19629719A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Moriguchi; Shiro Yamauchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: US5687576A; DE19629719A1; FR2737284A1; JPH09196504A; CN1147619A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren und ein Kühlsystem, das für elektronische Teile wie etwa Großintegrations schaltungen bzw. LSI und Leistungs-Baugruppen brauchbar ist, die an elektronischen Einrichtungen und elektrischen Gene ratoranlagen anzubringen sind, insbesondere ein Kühlver fahren und -system vom Wasserverdampfungs-Typ, die ausgelegt sind, um zwischen beiden Oberflächen einer schichtartigen Substanz, die aus einem festen Polyelektrolyt besteht, auf der Basis ihres elektrolytischen Effekts eine Feuchtigkeits differenz zu bewirken und einen Kühleffekt zu erzeugen, indem die Wasserverdampfung bzw. -verdunstung und die Kondensation von Dampf beschleunigt werden.

Als Wärmepumpen zum Kühlen oder für die Klimatisierung sind eine Wärmepumpe vom Kältemittelverdichtungs-Typ, eine Wärme pumpe vom Absorptions-Typ, die als Kältemittel Wasser aus Lithiumbromid nutzt, usw. bekannt. Außerdem ist ein elek tronisches Kühlverfahren bekannt, das den Peltier-Effekt ausnützt. Ferner wird beispielsweise zur Entfeuchtung eine Feuchtigkeits-Aufbereitungsvorrichtung vom Absorptionstyp verwendet, die ausgebildet ist, um eine feuchtigkeits absorbierende Flüssigkeit wie Lithiumchlorid mit Luft in Kontakt zu bringen, um die Absorption von Dampf in der Luft zu bewirken.

Vorrichtungen, die eine schichtartige Substanz verwenden, wurden beispielsweise in der JP-OS 6-154543 oder der JP-PS 2-24572 vorgeschlagen.

Fig. 25 zeigt den Aufbau eines Entfeuchtungssystems vom Dampftransmissionsmembran- bzw. -schicht-Typ, das in der JP-OS 6-154543 offenbart ist. Dieses Entfeuchtungssystem umfaßt einen Behälter 2 zur Aufnahme einer Entfeuchtungs flüssigkeit 1, einen Lüftungskanal bzw. -durchgang 3 mit einem Einlaß 3a, der mit dem Innenbereich verbunden ist, und ferner mit Auslässen 3b, 3c, die selektiv mit einem von dem Innenbereich und dem Außenbereich je nach den Öffnungs- und Schließvorgängen einer Drosselklappe 12 kommunizieren, ein Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul 5, das in dem Lüftungskanal 3 angeordnet ist, um Feuchtigkeit zwischen der Entfeuchtungsflüssigkeit 1 in einer als Rohr 4 ausgebildeten Dampftransmissionsmembran und der strömenden Luft an der Außenseite des Rohrs 4 durch seine Dampftransmissionsmembran abzugeben bzw. aufzunehmen, und ein Gebläse 13, um Luft von der Seite des Einlasses 3a zu dem Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul 5 zu fördern. Außerdem sind Rohrleitun gen 7 und 8, die durch eine Pumpe 6 verlaufen, zwischen die beiden Endbereiche des Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmoduls 5 und den Behälter 2 gekoppelt, so daß die Entfeuchtungsflüssigkeit 1 in dem Behälter 2 durch die Pumpe 6 zu dem Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul umge wälzt werden kann. Außerdem ist eine elektronische Kühlein richtung 9 vorgesehen, um mit der Rohrleitung 7 einen Wärme austausch durchzuführen und so die Entfeuchtungsflüssigkeit 1 entsprechend dem Peltier-Effekt selektiv zu erwärmen und zu kühlen.

In diesem Fall kann die Entfeuchtungsflüssigkeit 1 eine wäß rige Lithiumchlorid- bzw. LiCl-Lösung sein, und das System nutzt das Prinzip, daß die relative Feuchte der Luft, die damit in Berührung gelangt, auf einem niedrigeren Wert gehalten wird, während ihre Lösungskonzentration zunimmt oder ihre Temperatur sinkt. Außerdem besteht die das Rohr 4 bildende Dampftransmissionsmembran aus einem Polyester- Hochpolymeren (Makromolekül), das an seinen Haupt- oder Seitenketten Hydroxylgruppen und dergleichen hat.

Als nächstes folgt die Beschreibung des Betriebs des her kömmlichen Entfeuchtungssystems vom Dampftransmissions membran-Typ.

Dadurch, daß zum Entfeuchten des Raumbereichs ein Schalter 10 in eine in Fig. 25 gezeigte Position gebracht wird, fließt ein Strom von einer Gleichstromquelle 11 zu der elektronischen Kühleinrichtung 9 in der positiven Richtung. Zu diesem Zeitpunkt bringt die Drosselklappe 12, die in der in Fig. 25 gezeigten Position ist, den Auslaß 3b in Verbin dung mit dem Raumbereich, wobei das Gebläse 13 und auch die Pumpe 6 angetrieben werden. Somit wird die hochkonzentrierte Entfeuchtungsflüssigkeit 1 unter Druck von der Pumpe 6 durch die Rohrleitung 7 geleitet, während sie gleichzeitig dadurch gekühlt wird, daß sie durch einen Radiator 14a mit einer Seite der elektrischen Kühleinrichtung 9 in Kontakt gebracht wird und dann das Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissions modul 5 in einem Zustand niedriger Temperatur und hoher Konzentration erreicht. Die in das Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul 5 eingespeiste Entfeuchtungsflüssigkeit 1 strömt innerhalb des Rohrs 4 und absorbiert durch die Dampftransmissionsmembran, die die Wand des Rohrs 4 bildet, die Feuchtigkeit, die in der Raumluft enthalten ist, die in dem Lüftungskanal 3 aufgrund des Betriebs des Gebläses 13 strömt, auf der Basis der Dampfdruckdifferenz. Die entfeuch tete Luft wird durch den Auslaß 3b in den Raumbereich zu rückgeleitet. Eine solche Umwälzung der Luft in dem Raum bereich ermöglicht die Entfeuchtung innerhalb des Raumbe reichs. Andererseits hat nun die Entfeuchtungsflüssigkeit 1, die die Feuchtigkeit aufgenommen bzw. absorbiert hat, eine geringe Konzentration und wird durch die Rohrleitung 8 ge leitet, um in den Behälter 2 zurückzuströmen, wodurch die Konzentration der Entfeuchtungsflüssigkeit 1 innerhalb des Behälters 2 verringert wird.

Um die Entfeuchtungsflüssigkeit 1, deren Absorptionsfähig keit gesättigt ist, zu entwässern, wird der Schalter 10 in einer Richtung umgelegt, die in der Figur durch einen Pfeil bezeichnet ist, so daß ein Strom von der Gleichstromquelle 11 zu der elektronischen Kühleinrichtung 9 in der entgegen gesetzten Richtung fließt. Dabei wird die Drosselklappe 12 in einer mit einem Pfeil bezeichneten Richtung umgeschaltet, so daß der Auslaß 3c mit dem Außenbereich in Verbindung treten kann, während das Gebläse 13 und die Pumpe 6 ange trieben werden. Daraufhin wird die in dem Behälter 2 befind liche Entfeuchtungsflüssigkeit 1 mit geringer Konzentration unter Druck von der Pumpe 6 durch die Leitung 7 gefördert, während sie dabei durch den Radiator 14a mit einer Ober fläche der elektronischen Kühleinrichtung 9 in Kontakt ge langt, so daß sie durch den Peltier-Effekt erwärmt wird. Nachdem sie so erwärmt worden ist, zeigt die Entfeuchtungs flüssigkeit 1 hohe Konzentration und erreicht das Feuchtig keitsabsorptions- und -emissionsmodul 5. Die in der dem Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul 5 zugeführten Entfeuchtungsflüssigkeit 1 enthaltene Feuchtigkeit durch strömt das Rohr 4 und wird dabei aufgrund der Dampfdruckdif ferenz durch die Dampftransmissionsmembran, die die Wand des Rohrs 4 bildet, an die Luft abgegeben, die in dem Lüftungs kanal 3 strömt. Die Luft, die die abgegebene Feuchtigkeit enthält, wird durch den Auslaß 3c zum Außenbereich abge geben. Nachdem die Feuchtigkeit abgegeben ist, zeigt die Entfeuchtungsflüssigkeit 1 hohe Konzentration und wird durch die Rohrleitung 8 in den Behälter 2 zurückgeleitet. Diese Vorgänge ermöglichen die immer wiederholte Entfeuchtung der Raumluft und die Regeneration der Entfeuchtungsflüssigkeit 1.

Fig. 26 zeigt einen Aufbau eines Temperaturregenerierers vom Absorptions-Typ, der eine poröse Membran verwendet, gemäß der JP-OS 2-24572. Dieser Temperaturregenerierer vom Absorp tions-Typ umfaßt eine Verdünnungseinheit 15, die in eine Absorptionskammer 15a und eine Verdampfungskammer 15b unter teilt ist, wobei eine hydrophobe poröse Membran 19 dazwi schen vorgesehen ist, die nur den selektiven Durchtritt bzw. die Transmission von Dampf zuläßt. Ferner umfaßt der Tempe raturregenerierer eine Konzentrationseinheit 16, die in einen Konzentrationsbehälter 16a zum Zweck der Konzentration einer Absorptionsflüssigkeit und einen Kondensationsbehälter (Kondensator) 16b unterteilt ist, wobei zwischen beiden eine gleichartige hydrophobe poröse Membran 19 vorgesehen ist. Außerdem weist der Temperaturregenerierer Umwälzpumpen 17a, 17b, um die Absorptionsflüssigkeit und Wasser umzuwälzen, sowie einen Regenerierungs-Wärmetauscher 18 auf.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des bekannten Tempera turregenerierers vom Absorptions-Typ. Dabei wird als die Absorptionsflüssigkeit ein chemisches Material wie etwa eine wäßrige Lithiumbromidlösung mit der Eigenschaft niedrigen Dampfdrucks eingesetzt, und dieses Material wird zwischen der Absorptionskammer 15a und dem Konzentrationsbehälter 16a umgewälzt. Der Dampf 21, der in der Verdampfungskammer 15b zur Verdampfung gelangt und erzeugt wird, durchdringt die hydrophobe poröse Membran 19, tritt in die Absorptionskammer 15a ein und wird dann in der Absorptionsflüssigkeit absor biert. Die Absorptionsflüssigkeit, die durch Absorption der Feuchtigkeit verdünnt worden ist, wird dem Konzentrationsbe hälter 16a zugeführt. Nachdem sie dort erwärmt und zum Sie den gebracht worden ist, wird die Absorptionsflüssigkeit als konzentrierte Flüssigkeit in die Absorptionskammer 15a zu rückgeleitet, um zu der Dampfabsorption beizutragen.

Andererseits wird das Wasser, dessen Temperatur infolge der Verdampfung innerhalb der Verdampfungskammer 15b sinkt, als Kühlquelle genutzt. Außerdem durchdringt der Dampf 21, der dadurch erzeugt wird, daß die verdünnte Absorptionsflüssig keit in dem Konzentrationsbehälter 16a erhitzt und zum Sieden gebracht wird, die hydrophobe poröse Membran 19 und gelangt in den Kondensationsbehälter 16b. In dem Kondensa tionsbehälter 16b wird der Dampf 21 kondensiert bzw. ver flüssigt und wiederum zu der Verdampfungskammer 15b zurück geleitet. Wenigstens entweder "kalte Wärme oder "heiße Wärme" wird durch die Wiederholung dieser Abläufe erreicht.

Eine Absorptionsflüssigkeit wie etwa eine wäßrige Lithium bromidlösung hat einen niedrigen Wasserdampf-Partialdruck. Daher verdampft die Absorptionsflüssigkeit nicht, und es verdampft nur das Wasser innerhalb der Verdampfungskammer 15b, selbst wenn beide dieselbe Temperatur haben. Das Wasser innerhalb der Verdampfungskammer 15b verdampft, indem es die latente Verdampfungswärme absorbiert, und die Temperatur des Wassers nimmt ab.

Wenn andererseits die Absorptionsflüssigkeit den Dampf 21 absorbiert, der aus der Verdampfungskammer 15b in die Ab sorptionskammer 15a durch die hydrophobe poröse Membran 19 eintritt, wird die Absorptionsflüssigkeit durch die Konden sationswärme und die Verdünnungswärme warm bzw. erzeugt Wär me, und die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit nimmt zu.

Wenn beispielsweise das System der Verdampfungskammer 15b Wärme zuführt, so daß die Temperatur der Verdampfungskammer 15b nicht absinkt, liefert die Absorptionskammer 15a dieje nige Wärme, deren Temperatur höher als die der zugeführten Wärme ist. Das ist also die vorgenannte "heiße Wärme", deren Temperatur höher als die der zugeführten Wärme ist.

Wenn dagegen das System der Absorptionskammer 15a die Wärme zuführt, deren Temperatur niedriger als diejenige der Ab sorptionskammer 15a ist, so daß die Temperatur der Absorp tionskammer 15a nicht ansteigen kann, liefert die Verdamp fungskammer 15b die Wärme, deren Temperatur niedriger als die der zugeführten Wärme ist. Das ist die oben erwähnte "kalte Wärme", deren Temperatur niedriger als die der zuge führten Wärme ist.

Wenn die Absorptionsflüssigkeit in die Wasserleitung ein tritt, die die Verdampfungskammer 15b und die Kondensations kammer 16b, speziell die Verdampfungskammer 15b, aufweist, behindert die Absorptionsflüssigkeit die Verdampfung von Wasser, so daß die Funktion der Wärmepumpe schlechter wird. Diese hydrophobe poröse Membran 19 hat eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 19a mit einem Durchmesser von 1 bis 5 µm, so daß selbst dann, wenn der Flüssigkeitströpfchen 20 enthaltende Dampf 21 in die Nähe der hydrophoben porösen Membran 19 gelangt, die Flüssigkeitströpfchen 20 mit der Membran 19 aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaft nicht in Kontakt gelangen können, wodurch eine Grenzschicht gebildet wird, wie eine Strichlinie in Fig. 27 zeigt. Daher zeigt die hydrophobe poröse Membran 19 eine Gas- und Flüssigkeits- Trennfunktion, so daß nur der Dampf 21 selektiv hindurch tritt, ohne daß die Flüssigkeitströpfchen 20 hindurchge lassen werden. Aufgrund dieser Funktion kann verhindert werden, daß die Absorptionsflüssigkeit aus der Absorptions kammer 15a durch die hydrophobe poröse Membrnan 19 in die Verdampfungskammer 15b gelangt, wodurch das vorgenannte Problem beseitigt wird.

Mit dem Fortschreiten der Halbleitertechnologie werden heute elektronische Einrichtungen und Leistungsbauelemente ein schließlich Modulbauelemente und elektronische Teile wie etwa Großintegrations- bzw. LSI-Schaltungen immer mehr ver wendet. Für den praktischen Gebrauch sind Halbleiterbau elemente mit verschiedenen Einschränkungen behaftet, wofür die Temperatur ein Beispiel darstellt. Aus diesem Grund ist, wie etwa in Fig. 28 gezeigt ist, zur Wärmeableitung eine Kühleinrichtung vorgesehen, um die von elektronischen Teilen 23 auf elektronischen Substraten 22 erzeugte Wärme durch Wärmeleitungen 24 zu einem Wärmestrahler 25 zu übertragen. Außerdem kann es erforderlich sein, daß elektronische Ein richtungen oder Halbleitersensoren in einer Umgebung ange ordnet werden, in der die Temperatur höher als eine vor dem Betrieb zulässige Temperatur ist. Die in Fig. 28 gezeigte Kühleinrichtung kann aber die elektronische Einrichtung oder die Halbleitersensoren nicht unter die Umgebungstemperatur kühlen, und es besteht daher ein Bedarf zur Bereitstellung einer sehr kleinen oder mikroskopisch kleinen Kühleinrich tung, die eine Kühlung der elektronischen Teile auf den elektronischen Substraten 22 ermöglicht. Außerdem muß in den meisten Fällen die Kühleinrichtung von dem kleinen, ruhenden und geräuschlosen Typ sein, der hohen Wirkungsgrad hat und wartungsfrei ist. Außerdem besteht das bekannte Entfeuch tungssystem vom Dampftransmissionsmembran-Typ aus einer Reihe von Komponenten wie dem Behälter 2 zur Aufnahme der Feuchtigkeitsabsorptionsflüssigkeit 1, dem Lüftungskanal 3, dem Feuchtigkeitsabsorptions- und -emissionsmodul 5, der Pumpe 6 zum Fördern der Feuchtigkeitsabsorptionsflüssigkeit 1 unter Druck, den Rohrleitungen 7, 8 und den elektronischen Kühleinrichtungen 9. Ebenso weist der herkömmliche Tempera turregenerator vom Absorptions-Typ eine Reihe von Komponen ten auf wie etwa die Verdünnungseinheit 15, die Konzentra tionseinheit 16, eine Umwälzpumpe 17 zum Umwälzen der Ab sorptionsflüssigkeit und von Wasser sowie den Regenerie rungs-Wärmetauscher 18. Außerdem wird zwar die schichtartige Hochpolymer-Substanz verwendet, aber die bekannte Vorrich tung nutzt sie nicht für die Zwecke der Größenverringerung.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die bekannte Vorrichtung, weil sie aus einer Kombination einer Vielzahl von Komponenten besteht, mit dem Problem behaftet ist, daß sie die Anforderungen an eine Kühlung in Einheiten elektronischer Teile nicht erfüllt. Außerdem benötigt die be kannte Vorrichtung die Feuchtigkeitsabsorptionsflüssigkeit 1 und die Absorptionsflüssigkeits- oder Wasser-Umwälzpumpen 6, 17, so daß die Erzielung eines geräuschfreien Kühlsystems auf Schwierigkeiten stößt.

Aus der FR 2 529 651 A1 ist die Verwendung von Festkörperelek trolyten als elektrochemische Kompressoren für Kühlzwecke be schrieben. Das Verfahren beruht auf dem Verdampfungsprinzip, wobei eine erste Komponente elektrochemisch gepumpt und eine zweite Komponente kondensiert wird.

In der US 5,024,060 und in der US 4,829,785 ist ebenfalls die Verwendung von Festkörperelektrolyten als elektrochemische Kompressoren für Kühlzwecke beschrieben. Die darin beschriebe nen Vorrichtungen und Verfahren verwenden den Joule-Thomson- Effekt.

Die Erfindung wurde mit dem Ziel entwickelt, die vorgenann ten Probleme zu beseitigen. Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines kleinen, ruhenden, geräuschfreien Kühlsystems, das hohen Wirkungsgrad zeigt und wartungsfrei ist, wobei das Kühlsystem eine Festelektrolytmembran verwen det, die die Funktion hat, Wassermoleküle elektrolytisch zu zerlegen bzw. zu elektrolysieren, wobei in einem Gas ent haltener Dampf elektrolysiert wird, um eine Feuchtigkeits differenz zwischen beiden Oberflächen der Membran zu erzeu gen und Wasser durch die Wasserverdampfung und Kondensation aufzunehmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß einem Aspekt der Erfin dung ein Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf Basis einer elektrolytischen Reaktion vorgesehen, das gekenn zeichnet ist durch ein hermetisches Gehäuse, das ein Gas enthält; eine Festelektrolytmembran, die in dem hermetischen Gehäuse angeordnet ist und es in einen ersten und einen zweiten hermetischen Raum unterteilt, wobei die Festelektro lytmembran so ausgebildet ist, daß poröse Elektroden an Oberflächen eines Hochpolymer-Festelektrolyten vorgesehen sind, um den selektiven Durchtritt von Protonen zuzulassen; Wasser, das in dem ersten hermetischen Raum gespeichert ist; eine Kondensatoreinrichtung, die in dem Gas im zweiten her metischen Raum enthaltene Feuchtigkeit kondensiert; eine Wasserrückleitungseinrichtung, um Wasser, das von der Kon densatoreinrichtung kondensiert wird, zu dem ersten herme tischen Raum rückzuleiten; eine Ventilationseinrichtung vom Differenzdruck-Typ, die die Kommunikation zwischen Gasbe reichen des ersten und des zweiten hermetischen Raums zu läßt, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Gasbereichen des ersten und des zweiten hermetischen Raums einen vorbestimm ten Betriebsdruck überschreitet; und eine Gleichstromquelle, um zwischen die porösen Elektroden der Festelektrolytmembran eine Gleichspannung anzulegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kühlsy stem vom Wasserverdampfungs-Typ auf Basis einer elektroly tischen Reaktion angegeben, das gekennzeichnet ist durch ein hermetisches Gehäuse, das ein Gas enthält; eine Festelektro lytmembran, die in dem hermetischen Gehäuse angeordnet ist und dieses in einen ersten und einen zweiten Raum unter teilt, wobei die Festelektrolytmembran so aufgebaut ist, daß an Oberflächen von Hochpolymer-Festelektrolyten poröse Elek troden vorgesehen sind, die den selektiven Durchtritt von Protonen gestatten; eine in dem ersten Raum ausgebildete wasserhaltige Membran; eine Kondensatoreinrichtung zum Kon densieren von Feuchtigkeit, die in dem Gas innerhalb des zweiten Raums enthalten ist, in einem Kondensationsraum, der mit dem zweiten Raum in Verbindung ist; eine Wasserrücklei tungseinrichtung zum Rückleiten von Wasser, das von der Kon densatoreinrichtung kondensiert wird, zu der wasserhaltigen Membran in dem ersten Raum; eine Ventilationsöffnung, die vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herzustellen; und eine Gleichstromquelle, um zwischen die porösen Elektroden an der Festelektrolyt membran eine Gleichspannung anzulegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kühlver fahren vom Wasserverdampfungs-Typ angegeben, das ein herme tisches Gehäuse verwendet, das ein Gas enthält und in einen ersten und einen zweiten Raum von einer Festelektrolytmem bran unterteilt ist, die an Oberflächen ihres Hochpolymer- Festelektrolyten poröse Elektroden hat, so daß Protonen selektiv durchgelassen werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Anlegen einer Gleichspannung zwischen die porösen Elektroden, um eine Wasserelektrolyse an einer Festelektrolytmembranoberfläche auf einer Seite eines ersten Raums zu bewirken; Überführen von Protonen, die durch die Wasserelektrolyse erzeugt werden, durch die Festelektrolyt membran zu einer Festelektrolytmembranoberfläche auf einer Seite des zweiten Raums; und Ablaufenlassen einer Wasserer zeugungsreaktion an der Festelektrolytmembranoberfläche auf der Seite des zweiten Raums, um eine Feuchtigkeitsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum zu erzeugen und so die Temperatur von in dem ersten Raum gespeichertem Wasser zu senken.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Kühl systems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt, der einen Aufbau einer Fest elektrolytmembran zur Verwendung in dem Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3 einen Querschnitt, der einen Aufbau eines Diffe renzdruck-Lüftungsmechanismus zur Verwendung in dem Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 4 die Beziehung zwischen der Siede-Verdampfungs temperatur und dem Sättigungsdruck von Wasser;

Fig. 5 die Beziehung zwischen der Feuchtkugeltemperatur und der Trockenkugeltemperatur in dem Fall, daß ein Gas mit Wasser in Berührung gelangt;

Fig. 6 eine Erläuterung eines Kühlbetriebs in dem Kühl system vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer dritten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Differenzdruck-Ventilationsmechanismus einer vierten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Festelektrolytmembran einer fünften Ausführungs form des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion;

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Festelektrolytmembran zur Verwendung in einer sechsten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion;

Fig. 13 eine Charakteristik der Festelektrolytmembran des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer siebten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion;

Fig. 15 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Modifikation des Kühlsystems vom Wasserver dampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 18 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 19 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 20 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22 eine schematische Darstellung eines Gebrauchs zustands des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs- Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß der sechzehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 23 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 24 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 25 eine Darstellung des Aufbaus eines bekannten Ent feuchtungssystems vom Dampftransmissionsmembran- Typ;

Fig. 26 eine Darstellung des Aufbaus eines bekannten Temperaturregenerators vom Absorptions-Typ, der eine hydrophobe poröse Membran verwendet;

Fig. 27 einen Querschnitt zur Erläuterung einer Gas/ Flüssigkeits-Trennung aufgrund der selektiven Transmission von Dampf durch die hydrophobe poröse Membran; und

Fig. 28 eine Darstellung zur Erläuterung eines bekannten Kühlverfahrens für ein elektronisches Schaltungs substrat.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion. Dabei weist das System eine Festelektrolytmembran 50 auf, die die Funktion hat, die Elektrolyse von Wassermolekülen durchzuführen, und die in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse (einem Gefäß) 51 positioniert ist, das einen hermetisch abgeschlossenen Raum bildet, um das hermetisch abgeschlossene Gehäuse 51 in einen ersten und einen zweiten hermetischen Raum 51a, 51b zu un terteilen. Außerdem sind beide Oberflächen der Festelektro lytmembran 50 mit einer Gleichstromquelle 11 verbunden und erhalten davon eine Gleichspannung. Ein unterer Bereich des Raums 51a nimmt Wasser 52 auf, das mit einem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist. Ein Kondensator 54 ist angeordnet, um mit dem vorgenannten Raum 51b zu kommuni zieren. An der äußeren Oberfläche des Kondensators 54 ist ein Wärmeradiator bzw. Wärmeabstrahlungselement 57 ange bracht, das Wärme aus dem inneren Dampf absorbiert und sie nach außen abstrahlt. Der aus dem Raum 51b in den Konden sator 54 gelangende Dampf wird gekühlt und zu Wasser kon densiert, das wiederum in einem unteren Bereich des Konden sators 54 gespeichert wird. Das Kondenswasserreservoir des unteren Bereichs des Kondensators 54 steht über einen als Wasserrückleitungseinrichtung dienenden Wasserkanal 55 mit dem Wasserspeicher des Raums 51a in Verbindung. Außerdem ist ein Differenzdruck-Ventilationsmechanismus 56 vorgesehen, der als Differenzdruck-Ventilationseinrichtung dient, um eine Verbindung zwischen einem Gas(oder Dampf)abschnitt des Raums 51b und einem Gas(Dampf)abschnitt des Raums 51a her zustellen. In diesem Fall kann der Differenzdruck-Venti lationsmechanismus 56 auch ausgebildet sein, um eine Ver bindung zwischen einem Gasabschnitt des Kondensators 54 und dem Gasabschnitt des Raums 51a herzustellen. Ferner sind Sauerstoffgas und Dampf mit reduziertem Druck in den Räumen 51a, 51b eingeschlossen.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des Aufbaus der Fest elektrolytmembran 50, wobei auf Fig. 2 Bezug genommen wird. Diese Festelektrolytmembran 50 besteht aus einem Protonen leiter 58, der ein Hochpolymer-Festelektrolyt ist, der zu läßt, daß Protonen selektiv in ihn eintreten, wobei der Protonenleiter 58 zwischen einer Anode (einer positiven Elektrode) 59 und einer Kathode (einer negativen Elektrode) 60 angeordnet ist. Ein Rahmen 61 aus Harz hält die Endbe reiche des Protonenleiters 58, der Anode 59 und der Kathode 60, so daß die Anode 59 und die Kathode 60 an beiden Ober flächen des Protonenleiters 58 jeweils fest angebracht sind. Dieser Protonenleiter 58 kann eine Protonenaustauschmembran (Hochpolymer-Festelektrolytmembran) wie etwa Nafion-117 (eingetragenes Warenzeichen von DuPont Co., Ltd.) sein. Außerdem können die Anode 59 und die Kathode 60 eine poröse Elektrode sein, die aus einem platinplattierten Gitterele ment aus Titanium, Tantal oder rostfreiem Stahl oder aus einem metallisierten Element aufgebaut ist, in dem Fasern als Leitelemente dienen.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des Aufbaus des Diffe renzdruck-Ventilationsmechanismus 56, wobei auf Fig. 3 Bezug genommen wird. Dieser Differenzdruck-Ventilationsmechanismus 56 weist eine Ventilkammer 56a und eine Ventilkammer 56b auf, die durch ein Ventil 56c voneinander getrennt sind. Eine Schließkraft, die von einer Membran 56d und einer Druckeinstellfeder 56e aufgebracht wird, wirkt auf das Ventil 56c. Wenn die Druckdifferenz zwischen der Ventil kammer 56a und der Ventilkammer 56b die auf das Ventil 56c aufgebrachte Schließkraft überschreitet, gelangt das Ventil 56c in den geöffneten Zustand, so daß die Ventilation zuge lassen wird. Diese Schließkraft ist äquivalent einem Be triebsdruck des Differenzdruck-Ventilationsmechanismus 56 und beispielsweise durch Drehen einer Justierschraube 56f leicht auf den Ausdehnungs- oder den Kontraktionsbetrag, d. h. die Vorspannkraft der Druckeinstellfeder 56e, ein stellbar.

Nachstehend folgt die Beschreibung des Betriebs der ersten Ausführungsform. Wenn eine Gleichspannung von der Gleich stromquelle 11 zwischen Anode 59 und Kathode 60 angelegt wird, findet eine Oxidations/Reduktions-Reaktion an beiden Elektrodenoberflächen statt, die entsprechend der nachste henden Formel geschrieben wird. Wie Fig. 2 zeigt, geht dabei H⁺ (Proton), das aufgrund der Elektrolyse von Wasser an der Anode 59 erzeugt wird, durch den Protonenleiter 58 und er reicht die Kathode 60, um zu der Erzeugung von Wasser beizu tragen. Somit wird Wasser an der Anode 59 elektrolysiert, und Wasser wird an der Kathode 60 erzeugt, und infolgedessen wird der Dampf auf der Seite der Anode 59 zu der Seite der Kathode 60 überführt, während der Sauerstoff auf der Seite der Kathode 60 zu der Seite der Anode 59 bewegt wird.
Anode: H₂O → 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^-
Kathode: 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^- → H₂O
Gesamt: H₂O (Anodenseite) → H₂O (Kathodenseite)
O₂ (Kathodenseite) → O₂ (Anodenseite)

Wenn die Festelektrolytmembran 50 so angeordnet ist, daß die Anode 59 auf der Seite des Raums 51a positioniert ist, wird infolge dieser Reaktion der Dampf innerhalb des Raums 51a zu der Seite des Raums 51b verlagert, und der Sauerstoff inner halb des Raums 51b wird zu der Seite des Raums 51a verla gert. Daraufhin sinkt die Feuchtigkeit in dem Raum 51a, so daß die Verdampfung des gespeicherten Wassers 52 beschleu nigt wird, um den Temperaturabfall zu induzieren.

Da das in dem Raum 51a gespeicherte Wasser 52 mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, wird die in dem Inneren des gekühlten Objekts 53 erzeugte Wärme von dem Wasser 52 absorbiert, das in dem Raum 51a den Temperatur abfall erfährt. Somit wird der zu kühlende Gegenstand 53 gekühlt, wohingegen das Wasser 52 aufgrund der Absorption von Wärme verdampft. Der durch die Verdampfung erzeugte Dampf wird in den Raum 51b infolge der dampfabziehenden Wirkung der Festelektrolytmembran 50 gezogen, wobei der Raum 51a ständig auf einer geringen Feuchtigkeit gehalten wird und die Verdampfung des Wassers 52 beschleunigt. Der aus dem Raum 51a in den Raum 51b abgezogene Dampf strömt in den damit gekoppelten Kondensator 54 in Kanalform. Die Wärme des in den Kondensators 54 strömenden Dampfs wird durch den Wärmestrahler 57 nach außen abgestrahlt oder abgegeben, und somit wird der Dampf abgekühlt und wird zu Kondenswasser, das wiederum im unteren Bereich des Kondensators 54 gesam melt wird. Dieses Kondenswasser, das in dem unteren Bereich des Kondensators 54 gespeichert ist, strömt ständig durch den Wasserkanal 55 zum unteren Bereich des Raums 51a zurück. Somit kann das Wasser 52 in dem Raum 51a zirkulieren, ohne daß eine mechanische Einrichtung wie etwa eine Pumpe ver wendet wird.

Aufgrund einer Sauerstoffmolekül-Überführungsfunktion, die die Festelektrolytmembran 50 zusätzlich zu der Dampfabzugs wirkung hat, wird andererseits der gasförmige Sauerstoff in dem Raum 51b in den Raum 51a überführt. Dadurch steigt der Druck in dem Raum 51a und verringert sich der Druck in dem Raum 51b, so daß zwischen den beiden Räumen 51a und 51b eine Druckdifferenz entsteht. Wenn diese Druckdifferenz den Betriebsdruck des Differenzdruck-Ventilationsmechanismus 56 überschreitet, gelangt das Ventil 56c in den offenen Zu stand, so daß die Ventilkammern 56a und 56b miteinander kommunizieren, um dem Sauerstoffgas in dem Raum 51a zu ge statten, in den Raum 51b zurückzukehren. Daraufhin gehen die gegenseitigen Dampf- und Sauerstoffgas-Überführungsvorgänge der Festelektrolytmembran 50 weiter.

Das Kühlsystem muß die Kühltemperatur beliebig vorgeben können, denn die für das zu kühlende Objekt 53 erforderliche Kühltemperatur hängt von verschiedenen Situationen ab. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Siede-Verdampfungstem peratur von Wasser und dem Sättigungsdruck. Wie daraus her vorgeht, kann eine gegebene Kühltemperatur derart vorgegeben werden, daß der Betriebsdruck des hermetischen Gehäuses 51 festgelegt ist, so daß die Siede-Verdampfungstemperatur des Wassers unter der Kühltemperatur des zu kühlenden Objekts 53 liegt. Wenn beispielsweise das zu kühlende Objekt 53 unter 50°C gekühlt werden muß, wie eine Strichlinie in Fig. 4 anzeigt, wird in das hermetische Gehäuse 51 ein Dampf und Sauerstoff enthaltendes Gas gefüllt, so daß der Druck in dem hermetischen Gehäuse 51 unter dem Wert (0,15 kg/cm²) liegt, der durch einen Punkt P bezeichnet ist.

Nachstehend folgt eine Beschreibung des Prinzips, das das Kühlen des zu kühlenden Objekts 53 mit der Konstruktion des vorliegenden Kühlsystems ermöglicht. Fig. 5 zeigt den Feuch tegehalt von Gasen, d. h. die Beziehung zwischen der Trockenkugeltemperatur und der Feuchtkugeltemperatur in bezug auf die relative Feuchte, wenn Wasser und Gas in einem Berührungszustand sind. Die Feuchtkugeltemperatur ist eine Temperatur eines Gases, das mit Wasser in Berührung kommt, und die Temperatur von Wasser, das mit einem Gas in Berüh rung gelangt, fällt, um sich der Trockenkugeltemperatur endlos anzunähern. Wie beispielsweise eine Strichlinie in Fig. 5 zeigt, nimmt die Trockenkugeltemperatur eines Gases, das eine Temperatur von 30°C und eine relative Feuchte von 20% hat, einen durch einen Punkt Q bezeichneten Wert (16°C) an. Daraus resultiert, daß die Temperatur des damit in Berührung gelangenden Wassers gegen 16°C sinkt. Wenn daher das Wasser, das in ein Gas mit geringer Feuchte ge langt, mit dem zu kühlenden Objekt 53 in thermisch gekop pelter Beziehung ist, kann das Objekt 53 unter die Umge bungstemperatur gekühlt werden.

Fig. 6 zeigt den Betriebszustand des Systems von Fig. 1 auf einer Luftlinienkarte. Dabei ist unter der Annahme, daß die relative Feuchte des Raums 51a mit x₁ und die Raumtemperatur mit t₁ angenommen ist, der thermische Zustand des Raums an einem Punkt P₁ auf der Karte gezeigt. Das Wasser 52, das mit dem Gas der relativen Feuchte x₁ in Kontakt gelangt, beginnt entlang einer Linie L₁ in Richtung zu der Feuchtkugeltempe ratur t_w zu sinken. Das Wasser 52 nimmt Wärme von dem damit thermisch gekoppelten Objekt 53 auf und gelangt somit bei seiner Zwischentemperatur in einen Gleichgewichtszustand. Infolge der Wirkung der Festelektrolytmembran 50 wird der in dem Raum 51a erzeugte Dampf in den Raum 51b bewegt, wohin gegen das Sauerstoffgas aus dem Raum 51b in den Raum 51a bewegt wird, und infolgedessen wird die relative Feuchte des Raums 51a immer niedrig gehalten.

Ebenso ist unter der Annahme, daß die relative Feuchte des Raums 51b mit x₂ im Sättigungszustand oder in der Nähe des Sättigungszustands und die Raumtemperatur mit t₁ angenommen wird, der thermische Zustand des Raums an einem Punkt P₂ auf dem Luftliniendiagramm angedeutet. Wenn die Kondensations temperatur des Kondensators 54 t_c ist, verschiebt sich der thermische Zustand des Gases horizontal von dem Punkt P₂ zu einem Punkt P_d, während der Dampf zu kondensieren beginnt und einen Punkt P_c erreicht, wenn er weiter abgekühlt wird, und dann zu dem Raum 51b entlang einer Geraden L₂ zurück kehrt, so daß er einen durch P₂ bezeichneten Zustand an nimmt. Diese Wiederholung kondensiert den Dampf, der von der Festelektrolytmembran 50 verlagert wurde. Durch die vorste hende elektrolytische Reaktion bewegt sich das Sauerstoff gas, das mit dem Dampf äquimolar ist, zwischen den Räumen 51b und 51a in einer Richtung, die zu derjenigen des Dampfs entgegengesetzt ist.

Wie oben beschrieben wird, ist bei der ersten Ausführungs form das hermetische Gehäuse 51, das Sauerstoff und Dampf einschließt, von der Festelektrolytmembran 50 in die Räume 51a und 51b unterteilt, und die Oberfläche der Festelektro lytmembran 50 auf der Seite des Raums 51a verursacht die Elektrolyse von Wasser, während das durch die Elektrolyse von Wasser erzeugte Proton durch die Festelektrolytmembran 50 ihrer anderen Oberfläche auf der Seite des Raums 51b zugeführt wird, so daß die Produktionsreaktion von Wasser an der Oberfläche der Festelektrolytmembran 50 auf der Seite des Raums 51b stattfindet, um eine Feuchtigkeitsdifferenz zwischen den Räumen 51a und 51b zu erzeugen, und anschlie ßend wird das in dem Raum 51a gespeicherte Wasser 52 mit dem Gas geringer Feuchte innerhalb des Raums 51a in Kontakt ge bracht, um die Wassertemperatur zu verringern. Bei dieser Anordnung können das Wasser 52 und das Gas ohne die Anwen dung einer mechanischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe umgewälzt werden, so daß ein geräuschfreies Kühlverfahren angegeben wird, das auch für die lokale Kühlung an einem elektronischen Substrat anwendbar ist.

Außerdem umfaßt diese Ausführungsform die Festelektrolyt membran 50, die angeordnet ist, um das hermetische Gehäuse 51, das den Sauerstoff und den Dampf umschließt, in die beiden Räume 51a und 51b zu unterteilen, das in dem Raum 51a gespeicherte Wasser, den Kondensator 54, der zur Kommuni kation mit dem Raum 51b vorgesehen ist, den Wasserkanal 55 zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Kondenwasser speicherbereich des Kondensators 54 und dem Wasserspeicher bereich des Raums 51a, den Differenzdruck-Ventilations mechanismus 56 zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Gasabschnitten der Räume 51a und 51b sowie die Gleichstrom quelle 11 zum Anlegen einer Gleichspannung an beide Ober flächen der Festelektrolytmembran 50. Somit kann das System das Wasser 52 und das Gas ohne die Verwendung einer mecha nischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe umwälzen und kann mit ruhenden Einrichtungen und einer geringeren Anzahl Kom ponenten aufgebaut sein. Das erlaubt eine Größenverminderung und somit eine Kühlung auf mikroskopischem oder Kleinst niveau wie etwa lokake Kühlung an einem elektronischen Sub strat. Zusätzlich kann dieses System geräuschfrei sein. Da keine interne Antriebseinrichtung vorhanden ist, ist das resultierende Kühlsystem wartungsfrei. Da die Kühltemperatur des Wassers 52 durch Einstellen des Drucks des in das hermetische Gehäuse 51 eingefüllten Gases einstellbar ist, wird die Kühlung entsprechend der für das zu kühlende Objekt 53 erforderlichen Kühltemperatur ermöglicht. Da nunmehr das in die Räume 51a und 51b eingefüllte Gas durch Sauerstoffgas und Dampf erzeugt wird, existieren in den Räumen 51a und 51b nur Faktoren, die zu der Elektrolyse beitragen, wodurch die Reaktion gefördert und die Kühlfähigkeit verbessert wird.

Zweite Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Bewegung des Gases zwischen den Räumen 51a und 51b von der natürlichen Konvektion aufgrund der Dichtedifferenz zwischen dem Wassermolekül und dem Sauerstoffmolekül abhängig, d. h. also davon, daß die Dichte des Wassermoleküls ungefähr 1/2 derjenigen des Sauerstoffmoleküls ist; bei der zweiten Ausführungsform sind dagegen Drehflügel 62, die eine Misch- oder Bewegungseinrichtung bilden und in Fig. 7 zu sehen sind, in den Gasabschnitten der Räume 51a und 51b vorgesehen und werden von einer Antriebseinrichtung 63 drehangetrieben.

Nachdem also bei dieser zweiten Ausführungsform die Drehflü gel 62 von der Antriebseinrichtung 63 drehangetrieben wer den, werden die Gase in den Räumen 51a und 51b zwangsbewegt. Dadurch können die Sauerstoff- und die Wassermoleküle wir kungsvoll mit den elektrolytischen Reaktionsflächen der Festelektrolytmembran 50, d. h. der Anode 59 und der Kathode 60, in Kontakt gelangen, wodurch die elektrolytische Re aktion gefördert und das Kühlvermögen gesteigert wird.

Dritte Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird das Wasser 52 im unteren Bereich des Raums 51a gespeichert und mit dem Gas geringer Feuchte in Kontakt gebracht, so daß seine Temperatur absinkt, und ist ferner mit dem zu kühlen den Objekt 53 thermisch gekoppelt, um das Objekt 53 zu kühlen; bei der in Fig. 8 gezeigten dritten Ausführungsform ist eine Kühlplatte 64, die mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, integral an einem Bereich des hermetischen Gehäuses 51 so angebracht, daß der Raum 51a von der Festelektrolytmembran 50, dem hermetischen Gehäuse 51 und der Kühlplatte 64 definiert ist. Außerdem ist an der Oberfläche der Kühlplatte 64, die der Festelektrolytmembran 50 zugewandt ist, eine wasserhaltige Schicht 65 fest ange bracht, die eine poröse Platte, eine siebähnliche Platte oder eine folienähnliche Platte ist, die gute Wärmeleit fähigkeit und eine gute Wasseraufnahmefähigkeit hat. Ferner ist ein Bereich dieser Kühlplatte 64 unter dem Kondensator 54 positioniert und hat einen Kondenswasserspeicherbereich 64a, um das Kondenswasser vom Kondensator 54 zu speichern, und dieser Kondenswasserspeicherbereich 64a kommuniziert mit der wasserhaltigen Schicht 65, so daß die wasserhaltige Schicht 65 in einem feuchten Zustand gehalten wird.

Da, wie oben beschrieben, bei dieser dritten Ausführungsform die wasserhaltige Schicht 65 angeordnet ist, um der Anode 59 der Festelektrolytmembran 50 zugewandt zu sein, wird ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Dampf in dem Raum 51a zu dem Raum 51b gefördert, während gleichzeitig die Sauer stoffmoleküle aus dem Raum 51b zu dem Raum 51a gefördert werden, so daß der Raum 51a geringe Feuchte zeigt und die Oberfläche der wasserhaltigen Schicht 65 mit dem Gas gerin ger Feuchte in Kontakt tritt, so daß die Temperatur der wasserhaltigen Schicht 65 sinkt. Infolgedessen wird die Kühlplatte 64 gekühlt, um auf wirksame Weise das zu kühlende Objekt 53 zu kühlen, das damit thermisch gekoppelt ist. Da außerdem der Kondensator 54 über der Kühlplatte 64 angeord net ist, um mit dem Raum 51b in Kanalform gekoppelt zu sein, und der Wasserspeicherbereich 64a in der Kühlplatte 64 vor gesehen ist, um direkt unter dem Kondensator 54 positioniert zu sein, und ferner mit der wasserhaltigen Schicht 65 ver bunden ist, so daß sich das Wasser in diese bewegt, bewegt sich der Dampf in dem Raum 51b aufgrund der Dichtedifferenz zu dem oberen Kondensator 54, weil seine Dichte geringer als die von Sauerstoff ist. Daher wird der Dampf in dem Konden sator 54 kondensiert und wird zu Kondenswasser, das wiederum nach unten gelangt, um in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a gespeichert zu werden. Anschließend wird das Wasser 52, das in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a gespeichert ist, aufgrund der Dichtedifferenz der wasserhaltigen Schicht 65 zugeführt, so daß die wasserhaltige Schicht 65 in dem feuchten Zustand gehalten wird. Ferner wird das Wasser 52, das in der wasserhaltigen Schicht 65 enthalten ist, von deren Oberfläche in den Raum 51a verdampft, wodurch die Umwälzung von Wasser und Dampf fortgesetzt wird.

Andererseits steigt der Druck in dem Raum 51a durch das Sauerstoffgas aus dem Raum 51b, während das Sauerstoffgas aus dem Raum 51a durch die Differenzdruck-Ventilations einrichtung 56 zu dem Raum 51b zurückgeleitet wird.

Die Umwälzung des Wassers und des Gases wird daher möglich, ohne eine Antriebskraft und einen Umwälzkanal zu verwenden, wodurch eine Größenverringerung möglich wird.

Vierte Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erlaubt der Wasserkanal 55 die Kommunikation zwischen dem Kondens wasserspeicherbereich des unteren Abschnitts des Konden sators 54 und dem Wasserspeicherbereich des Raums 51a; bei der vierten Ausführungsform, die in Fig. 9 gezeigt ist, ist in dem Kondenswasserspeicherbereich des unteren Bereichs des Kondensators 54 ein U-förmiges Rohr 66 als Rohrleitung so vorgesehen, daß sein einer Endbereich unter dem Spiegel des Wassers 52 des Speicherbereichs des Raums 51a liegt (in das Wasser eintaucht), wenn die Druckdifferenz zwischen den Gasabschnitten der Räume 51a und 51b geringer als ein vor gegebener oder bestimmter Wert ist, und aus dem Wasser 52 ragt, wenn die Druckdifferenz den vorgegebenen Wert über schreitet, während sein anderer Endbereich auf einem höheren Niveau als der Spiegel des Wassers 52 in dem Wasserspei cherbereich des Raums 51a liegt, wenn die Druckdifferenz unter dem vorgegebenen Wert liegt.

Wenn daher bei der vierten Ausführungsform die Druckdiffe renz zwischen den Gasabschnitten der Räume 51a und 51b den vorgegebenen Wert unterschreitet, wird das in dem Konden sator 54 erzeugte Kondenswasser in dem Kondenswasserspei cherbereich gespeichert. Ferner wird der Spiegel des in dem Kondenswasserspeicherbereich gespeicherten Kondenswassers höher als das andere Ende des U-förmigen Rohrs 66, das Kondenswasser strömt durch das U-förmige Rohr 66 in den Wasserspeicherbereich des Raums 51a, so daß die Wasser umwälzung erreicht wird. Wenn ferner die Druckdifferenz zwischen den Gasabschnitten der Räume 51a und 51b groß wird, sinkt der Spiegel des Wassers 52 in dem Wasserspeicherbe reich des Raums 51a. Wenn die Druckdifferenz den Vorgabewert erreicht, trifft der eine Endbereich des U-förmigen Rohrs 66 mit dem Spiegel des Wassers 52 zusammen. Wenn die Druck differenz größer wird, wird das Wasser in dem U-förmigen Rohr 66 zu der Seite des Kondensators 54 gedrückt, und das Gas in dem Raum 51a wird zum Kondensator 54 abgegeben, was zur Folge hat, daß die Druckdifferenz beseitigt wird. Da durch, daß zwischen den Räumen 51a und 51b keine Druckdif ferenz vorhanden ist, gelangt der eine Endbereich des U- förmigen Rohrs 66 unter den Spiegel des Wassers 52 in dem Wasserspeicherbereich, und infolgedessen beginnt die Um wälzung des Wassers ereut durch das U-förmige Rohr 66. Daher hat bei dieser vierten Ausführungsform das U-förmige Rohr 66 die Wasserumwälzfunktion gleichzeitig mit der Gasumwälz funktion, und somit wird der Differenzdruck-Ventilations mechanismus 56 unnötig, so daß die Komponenten vereinfacht werden und kleiner gebaut werden können.

Fünfte Ausführungsform

Bei der ersten Ausführungsform ist zwar das hermetische Gehäuse 51 durch eine Festelektrolytmembran 50 in die beiden Räume 51a und 51b unterteilt, aber bei der in Fig. 10 ge zeigten fünften Ausführungsform werden zwei Festelektrolyt membranen verwendet, d. h. eine erste und eine zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b, die gleichartig wie die vorgenannte Festelektrolytmembran 50 ausgebildet und in einem bestimmten Abstand angeordnet sind, um das hermetische Gehäuse 51 in die Räume 51a und 51b zu unterteilen und einen hermetischen Raum 70 zu definieren. In diesem Fall sind die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b in einer Richtung, in der sich der Wasserstoff bewegt, hin tereinander angeordnet.

Als nächstes folgt eine Beschreibung der Betriebsweise die ser fünften Ausführungsform. Eine Gleichspannung wird von der Gleichstromquelle 11 an eine Anode 59a und eine Kathode 60a der ersten Festelektrolytmembran (Wasserelektrolysier zellenteil) 50a angelegt. Somit läuft die folgende elektro lytische Reaktion an den Oberflächen der Anode 59a und der Kathode 60a ab:
Anodenseite: H₂O → 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^-
Kathodenseite: 2H⁺ + 2e^- → H₂

Dabei verbraucht die Anode 59a Dampf und erzeugt ein Sauer stoffgas, während die Kathode 60a ein Wasserstoffgas er zeugt. Außerdem ist das hier erzeugte Wasserstoffgas herme tisch in den hermetisch dichten Raum 70 gepackt, so daß ein Gasraum geringer Feuchte gebildet ist. Der Raum 51a wird auf einer niedrigen Feuchtigkeit gehalten, während der Raum 51b auf einer hohen Feuchtigkeit gehalten wird, so daß eine Zwischenmembran-Feuchtigkeitsdifferenz erzeugt wird. Da also, wie bei der vorgenannten ersten Ausführungsform, die Räume 51a und 51b durch die eine Festelektrolytmembran 50 gebildet sind, und da der Protonenleiter 58 (die Hochpoly mer-Festelektrolytmembran) Feuchtigkeitspermeabilität hat, gelangt der Dampf von der Seite hoher Feuchtigkeit durch den Protonenleiter 58 zu der Seite niedriger Feuchtigkeit. Das entspricht der entgegengesetzten Bewegung des Dampfs bei Be trachtung als ein System, wodurch der Bewegungs-Wirkungsgrad in dem System beeinträchtigt wird. Der Gasraum niedriger Feuchtigkeit, der in dem hermetischen Raum 70 definiert ist, kann jedoch wirksam sein, um die vorgenannte Gegenbewegung des Dampfs zu blockieren und dadurch die Verschlechterung des Bewegungs-Wirkungsgrads des Dampfs zu unterdrücken.

Andererseite läuft an der Elektrode 59b der zweiten Fest elektrolytmembran 50b (Wassererzeugungszellenteil) eine Dissoziationsreaktion ab, um Wasserstoffmoleküle zu ioni sieren, während gleichzeitig an der Elektrode 60b eine Re aktion zur Umwandlung von Sauerstoffmolekülen in Wasser moleküle stattfindet:
Elektrode 59b: H₂ → 2H⁺ + 2e^-
Elektrode 60b: 2H⁺ + 2e^- + 1/2O₂ → H₂O

Die durch die obigen Gleichungen ausgedrückten Reaktionen basieren auf dem Prinzip einer Brennstoffzelle. Zwischen den Elektroden 59b und 60b entwickelt sich eine elektromotori sche Kraft bzw. EMK, und die an die erste Festelektrolyt membran 50a angelegte Leistung wird von der zweiten Fest elektrolytmembran 50b zur Wiederverwendung rückgewonnen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 folgt nun eine Beschreibung eines Systems zur Wiederverwendung der EMK, die an der zweiten Festelektrolytmembran 50b rückgewonnen wird, für die elektrolytische Reaktion in der ersten Festelektrolytmembran 50a. Zuerst wird von der Gleichstromquelle 11 eine Gleich spannung an die erste Festelektrolytmembran 50a angelegt, um die Wasserelektrolysierreaktion in der ersten Festelektro lytmembran 50a ablaufen zu lassen, während in der zweiten Festelektrolytmembran 50b die Wasserbildungsreaktion ab läuft. Dabei wird infolge der Reaktion in der zweiten Fest elektrolytmembran 50b eine EMK erzeugt. Diese erzeugte EMK wird von einer EMK-Rückgewinnungseinrichtung 71 aufgenommen und rückgewonnen. Außerdem wird die von der EMK-Rückgewin nungseinrichtung 71 rückgewonnene Leistung der ersten Festelektrolytmembran 50a anstelle der Leistung von der Gleichstromquelle 11 zugeführt, so daß die elektrolytische Reaktion unterhalten und somit der Kühlbetrieb fortgesetzt wird. Allerdings findet ein Leistungsverbrauch infolge der Jouleschen Wärmeverluste usw. in jeder Festelektrolytmembran statt, so daß die von der EMK-Rückgewinnungseinrichtung 71 rückgewonnene Leistung die erforderliche Leistung nur unge nügend deckt. Daher ist eine Zusatzleistungsquelle 72 vor gesehen, um Zusatzleistung zu liefern.

Wie oben beschrieben, ist bei dieser fünften Ausführungsform der Gasraum in dem hermetischen Raum 70 zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran 50a und 50b ausgebil det, um die Gegenbewegung des Dampfs aus dem Raum 51b (Seite hoher Feuchtigkeit) zu dem Raum 51a (Seite geringer Feuch tigkeit) zu blockieren, wodurch die Verringerung des Bewe gungs-Wirkungsgrads unterdrückt und die Kühlleistung ver bessert wird. Da außerdem die zwischen den Elektroden 59b und 60b der zweiten Festelektrolytmembram 50b erzeugte EMK zur Wiederverwendung rückgewonnen wird, kann ein Energie sparsystem erhalten werden.

Bei dieser fünften Ausführungsform sind zwar die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b in einem be stimmten Abstand angeordnet, es ist aber auch möglich, die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b so anzuordnen, daß sie in Kontakt miteinander sind. In diesem Fall wird der hermetische Raum 70, der zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran 50a und 50b zu defi nieren ist, Minimum, und infolgedessen wird der Wasserstoff gasraum Minimum, wodurch die Systemsicherheit verbessert wird.

Sechste Ausführungsform

Bei der vorstehenden fünften Ausführungsform sind die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b in einem gegebenen Abstand angeordnet; bei der in Fig. 12 gezeigten sechsten Ausführungsform wird anstelle der zweiten Fest elektrolytmembran 50b, die der Wassererzeugungsteil ist, eine zweite Festelektrolytmembran 50c verwendet, wobei im Inneren der Hochpolymer-Festelektrolytmembran ein elektri scher Kurzschluß gebildet ist. Diese zweite Festelektrolyt membran 50c hat die positive Elektrode und die negative Elektrode nicht getrennt an ihren beiden Oberflächen, son dern als eine innere Kurzschlußelektrode, die eine Einzel elektrode ist.

Insbesondere ist die zweite Festelektrolytmembran 50c so aufgebaut, daß ein kationenleitender Hochpolymer-Fest elektrolyt 74 und ein feinteiliger Platinkatalysator 75 Löcher eines elektronenleitenden porösen Grundmaterials 73 tränken, um dreidimensional miteinander in Kontakt zu ge langen. In dieser zweiten Festelektrolytmembran 50c sind daher die Protonen und Elektronen gleichzeitig von der hinteren Oberfläche (die der ersten Festelektrolytmembran 50a gegenübersteht) 76 zu ihrer vorderen Oberfläche 77 bewegbar.

An der hinteren Oberfläche 76 der zweiten Festelektrolytmem bran 50c wird der Wasserstoff, der an der Kathode 60a der ersten Festelektrolytmembran 50a erzeugt wird, die der Wasserelektrolysierzellenteil ist, verbraucht, um Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen durchsetzen dann den kationenleitenden Hochpolymer-Festelektrolyt 74, mit dem die Löcher des porösen Grundmaterials 73 getränkt sind, und verlagern sich von der hinteren Oberfläche 76 zu der vor deren Oberfläche 77. Andererseits durchsetzen die Elektronen das elektronenleitende poröse Grundmaterial 73 und gelangen von der hinteren Oberfläche 76 zu der vorderen Oberfläche 77. Die Protonen und Elektronen, die zu der vorderen Ober fläche 77 überführt werden, treten mit Sauerstoff in dem Gas in Reaktion und erzeugen Wasser an der vorderen Oberfläche 77, so daß der Kühlvorgang ausgeführt wird.

Da also bei der sechsten Ausführungsform die zweite Fest elektrolytmembran 50c, die als Einzelelektrode dient, an stelle der zweiten Festelektrolytmembran 5b verwendet wird, wird der Systemaufbau vereinfacht, was eine Kostenverrin gerung ermöglicht.

Fig. 13 zeigt die Resultate eines Auswertungstests des Ent feuchtungsvermögens und des Sauerstoffkonzentrationsver mögens bei Verwendung einer Festelektrolytmembran 50, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und bei Verwendung des Paars von einer ersten und einer zweiten Festelektrolytmembran 50a und 50c, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben ist. Dabei zeigen die Kurven A bzw. B die Änderungen der Feuchtigkeit und der Sauerstoff konzentration über die Zeit in dem Wasserelektrolysierraum 51a im Fall der Verwendung einer Festelektrolytmembran, wohingegen die Kurven C bzw. D die Änderungen der Feuchtig keit und der Sauerstoffkonzentration über die Zeit im Fall der Verwendung eines Paars von Festelektrolytmembranen zei gen. In diesem Fall ist der Wasserelektrolysierraum herme tisch abgeschlossen und weist einen Feuchtesensor und einen Konzentrationsmesser auf, während der Wassererzeugungsraum auf einer Temperatur von 35°C und einer relativen Feuchte von 70% durch ein Bad konstanter Temperatur und hoher Feuchte gehalten wird, und die anzulegende Spannung ist auf 3 V Gleichspannung eingestellt.

In Fig. 13 zeigt ein Vergleich der Kurve A mit der Kurve C, daß die Verwendung des Paars von Festelektrolytmembranen die Feuchtigkeit über die Zeit stärker verringert und eine höhere Entfeuchtungsleistung zeigt. Die Gegenbewegung von Dampf wird durch einen Gasraum zwischen dem Paar von Fest elektrolytmembranen gehemmt, wodurch die Entfeuchtungslei stung verbessert wird. Aus dem Vergleich der Kurve B mit der Kurve D ist ferner ersichtlich, daß die Verwendung des Paars von Festelektrolytmembranen die Sauerstoffkonzentration über die Zeit stärker erhöht und zu einem überlegenen Sauerstoff konzentrationsverhalten führt.

Bei der vorgenannten sechsten Ausführungsform sind zwar die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50c in einem gegebenen Abstand angeordnet, es ist aber auch mög lich, daß die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50c so angeordnet sind, daß sie miteinander in Kontakt gebracht werden. In diesem Fall wird der zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran 50a und 50c zu defi nierende hermetische Raum 70 Minimum, so daß der Wasser stoffgasraum Minimum wird, wodurch die Systemsicherheit erhöht wird.

Siebte Ausführungsform

Bei der in Fig. 14 gezeigten siebten Ausführungsform ist zusätzlich zu der Struktur der fünften Ausführungsform ein siebartiger Wärmeleiter 78 an der Oberfläche der Kathode 60a der ersten Festelektrolytmembran 50a angebracht und er streckt sich zur Außenseite des Systems, wobei an dem ver längerten Bereich davon ein Wärmeabstrahler 79 angebracht ist. Eine Gleichspannung wird zwischen den Elektroden der Festelektrolytmembran angelegt, um die Oxidations/Reduk tions-(Desoxidations)Reaktionen an beiden Elektrodenober flächen zu induzieren, so daß insgesamt der Dampf von der Anodenseite zur Kathodenseite bewegt wird, während der Sauerstoff von der Kathodenseite zur Anodenseite bewegt wird, und der Dampf in dem Raum 51a wird der Seite des Raums 51b zugeführt, wohingegen der Sauerstoff in dem Raum 51b der Seite des Raums 51a zugeführt wird. Dadurch wird die Feuch tigkeit in dem Raum 51a geringer, wodurch die Verdampfung des in dem Raum 51a gespeicherten Wassers 52 beschleunigt wird, um den Temperaturabfall zu induzieren. Zu diesem Zeit punkt wird in dem Protonenleiter 58 Joulesche Wärme infolge des Fließens des Stroms erzeugt, und die Reaktionswärme wird aufgrund der chemischen Reaktion erzeugt, so daß dadurch der Temperaturanstieg des Protonenleiters 58 bewirkt wird. Die Wärme des Protonenleiters 58 wird jedoch auf den Wärmeleiter 78 übertragen und durch den Wärmestrahler 79 abgestrahlt, und infolgedessen kann die Temperaturerhöhung des Protonen leiters 58 unterdrückt werden, so daß der Protonenleiter 58 auf einer gegebenen Temperatur gehalten werden kann und so das Kühlvermögen verbessert wird.

Bei der vorstehenden siebten Ausführungsform ist zwar der Wärmeleiter 78 nur an der Kathode 60a der ersten Festelek trolytmembran 50a angebracht, aber der Wärmeleiter 78 kann auch nur an der Anode 59a der zweiten Festelektrolytmembran 50b angebracht sein, oder der Wärmeleiter 78 kann, wie Fig. 15 zeigt, sowohl an der ersten als auch an der zweiten Festelektrolytmembran 50a und 50b angebracht sein. Auch in diesen Fällen werden die gleichen Auswirkungen erzielt. Selbst wenn ferner bei der oben beschriebenen ersten Aus führungsform die eine Festelektrolytmembran 50 mit dem Wärmeleiter 78 ausgestattet ist, ist es ebenfalls möglich, das Kühlvermögen zu verbessern.

Achte Ausführungsform

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind Dampf und Sauerstoff als das Gas in das hermetische Gehäuse 51 ge packt; bei der achten Ausführungsform ist Luft als das Gas in das hermetische Gehäuse 51 gepackt, und der Betrieb erfolgt immer im Bereich des Atmosphärendrucks. In diesem Fall enthält das Gas Stickstoff und sonstige Gase, die nicht zu der elektrolytischen Reaktion beitragen, und somit stellt sich ein Nachteil hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit ein. Wegen des Betriebs im Bereich des Atmosphärendrucks braucht man sich jedoch keine Gedanken hinsichtlich Gas undichtheiten zu machen, und die Herstellung des Systems ist vereinfacht.

Neunte Ausführungsform

Fig. 16 zeigt schematisch eine Struktur der neunten Ausfüh rungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion. Dabei ist eine Fest elektrolytmembran 100 mit zylindrischer Konfiguration vorge sehen, die die Funktion hat, Wassermoleküle zu elektroly sieren. Die Festelektrolytmembran 100 ist an einer Tragplat te 102 angebracht, um ein zylindrisches und hermetisch ver schlossenes Gehäuse (Gefäß) 101 mit einem Boden in zwei Räume 101a und 101b zu unterteilen. Eine Gleichspannung wird von einer Gleichstromquelle 11 an beide Oberflächen der Festelektrolytmembran 100 angelegt. Die beiden Räume 101a und 101b sind miteinander durch Ventilationsöffnungen 103a in Verbindung, die in einer Endplatte 103 ausgebildet sind, die an dem unteren Endbereich der Festelektrolytmembran 101 angebracht ist. Wasser 52 wird in den Bodenbereich des Raums 101a eingebracht, um einen unteren Endbereich eines Gewebe elements 101c zu durchweichen, das entlang der Innenwand des hermetisch dichten Gehäuses 101 angebracht ist und als Ab sorptionselement dient, das eine netz-, watte- oder schwamm artige Konfiguration hat, um Wasser gut aufzunehmen. Ferner wird das Wasser 52 in das Gewebeelement 101c aufgrund der Kapillarwirkung absorbiert oder zieht ein, so daß eine Was serschicht von Wasser 52a an der Innenwandfläche des Gehäu ses, das den Raum 101a bildet, ausgebildet ist. Ein Bereich des Gehäuses, der den Raum 101a definiert, ist mit einem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt. An einer äußeren Oberfläche eines Kondensationsraums 104, der in einem Be reich des Raums 101b ausgebildet ist, ist ein Wärmestrahler 57 angebracht, der als Kondensationseinrichtung wirkt, um Wärme aus dem Dampf im Inneren zu absorbieren und die Wärme nach außen abzustrahlen. Der aus dem Raum 101b strömende Dampf wird abgekühlt und zu Wasser kondensiert, das wiederum von dem Gewebeelement 101c absorbiert wird, das an der Wandfläche positioniert ist. Außerdem bewegt sich aufgrund der Kapillarwirkung das von dem Gewebeelement 101c aufge nommene Kondenswasser entlang einem Pfeil A in dem Gewebe element 101c zu der Innenwandfläche des Gehäuses, die den Raum 101a bildet. Ferner ist in die Räume 101a und 101b ein mit Dampf vermischtes Sauerstoffgas gepackt.

Die Festelektrolytmembran 100 ist so ausgebildet, daß sie den gleichen Aufbau wie die Festelektrolytmembran 50 in Fig. 2 mit Ausnahme der zylindrischen Konfiguration hat. Diese Festelektrolytmembran 100 ist also so aufgebaut, daß eine Anode 59 und eine Kathode 60 an der äußeren bzw. der inneren Umfangsflächenseite eines zylindrischen Protonenleiters 58 liegen, der als ein Hochpolymer-Festelektrolyt dient, der das Proton selektiv durchläßt. Ferner hält ein aus Harz be stehender Rahmen 61 den Protonenleiter 58, die Anode 59 und die Kathode 60, und Anode 59 und Kathode 60 sind an beiden Oberflächen des Protonenleiters 58 jeweils sicher befestigt. Als Protonenleiter 58 wird eine Protonenaustauschmembran (eine Hochpolymer-Festelektrolytmembran) wie etwa Nation-117 (eingetragenes Warenzeichen von DuPont) verwendet. Außerdem können die Anode 59 und die Kathode 60 eine poröse Elektrode sein, die aus einem platinplattierten Siebelement aus Tita nium, Tantal oder rostfreiem Stahl oder aus einem metall plattierten Element, in dem Fasern als Feeder dienen, auf gebaut ist.

Als nächstes folgt die Beschreibung der Betriebsweise der neunten Ausführungsform. Durch das Anlegen einer Gleichspan nung von der Gleichstromquelle 11 zwischen Anode 59 und Kathode 60 laufen an beiden Elektrodenoberflächen die Oxidations/Reduktions-Reaktionen entsprechend den folgenden Gleichungen ab. Dabei geht, wie Fig. 2 zeigt, H⁺ (Proton), das durch die Elektrolyse an der Anode 59 erzeugt wird, durch den Protonenleiter 58 und erreicht die Kathode 60, um Wasser zu erzeugen. Somit wird Wasser an der Anode 59 elektrolysiert, während an der Kathode 60 Wasser erzeugt wird, so daß insgesamt der Dampf auf der Seite der Anode 59 zu der Seite der Kathode 60 bewegt wird und der Sauerstoff auf der Seite der Kathode 60 zu der Seite der Anode 59 bewegt wird.
Anodenseite: H₂O → 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^-
Kathodenseite: 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^- → H₂O
Gesamt: H₂O (Anodenseite) → H₂O (Kathodenseite)
O₂ (Kathodenseite) → O₂ (Anodenseite).

Wenn die Festelektrolytmembran 100 so angeordnet ist, daß die Anode 59 auf der Seite des Raums 101a positioniert ist, wird aufgrund dieser Reaktion der Dampf in dem Raum 101a zu der Seite des Raums 101b bewegt, wohingegen der Sauerstoff in dem Raum 101b zu der Seite des Raums 101a bewegt wird. Infolgedessen nimmt die Feuchtigkeit in dem Raum 101a ab, um die Verdampfung des Wassers 52a zu beschleunigen, das in dem Gewebeelement 101c an der Innenwandfläche des diesen Raum bildenden Gehäuses installiert ist, wodurch der Temperatur abfall erzeugt wird.

Da das diesen Raum 101a bildende Gehäuse mit dem zu kühlen den Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, wird die im Inneren des zu kühlenden Objekts 53 erzeugte Wärme von dem Wasser 52a absorbiert, dessen Temperatur in dem Raum 101a sinkt, wohingegen das Wasser 52a infolge der Absorption von Wärme verdampft. Ferner wird infolge der den dampfentziehenden Wirkung der Festelektrolytmembran 100 der aus der Verdamp fung resultierende Dampf in den Raum 101b gezogen, und der Raum 101a wird immer auf einer geringen Feuchtigkeit gehal ten, um die Verdampfung des Wassers 52a zu fördern. Der aus dem Raum 101a in den Raum 101b gezogene Dampf strömt entlang einem Pfeil B in den Kondensationsraum 104, der als Wasser kanal mit dem Raum 101b verbunden ist. Der in den Kondensa tionsraum 104 gelangende Dampf wird aufbereitet, so daß seine potentielle Energie durch den Wärmestrahler 57 nach außen abgestrahl wird, um gekühlt zu werden und zu Kondens wasser zu werden, das wiederum in das Gewebeelement 101c an der Innenwandfläche des Kondensationsraums 104 absorbiert wird. Außerdem wird infolge des Kapillareffekts das Kondens wasser nacheinander entlang dem Pfeil A in das Gewebeelement 101c rückgeführt, das an der Innenwandfläche des Raums 101a angebracht ist. Somit kann das Wasser 52a in dem Raum 101a umgewälzt werden, ohne daß eine mechanische Einrichtung wie etwa eine Pumpe verwendet wird.

Andererseits wird aufgrund der Sauerstoffmolekül-Übertra gungsfunktion der Festelektrolytmembran 100, die sie zu sätzlich zu der vorgenannten Dampfabziehfunktion hat, das Sauerstoffgas aus dem Raum 101b in den Raum 101a überführt. Daraufhin steigt der Druck in dem Raum 101a, während der Druck in dem Raum 101b sinkt, so daß zwischen den beiden Räumen 101a und 101b eine Druckdifferenz auftritt. Durch die zwischen den beiden Räumen 101a und 101b erzeugte Druck differenz wird das Sauerstoffgas in dem Raum 101a durch die Ventilationsöffnungen 103a entlang einem Pfeil C in den Raum 101b rückgeleitet. So werden die gegenseitigen Dampf- und Sauerstoffgas-Überführungsvorgänge der Festelektrolytmembran 100 fortgesetzt. In diesem Fall ändert sich die für das zu kühlende Objekt 53 erforderliche Kühltemperatur in Überein stimmung mit verschiedenen Situationen, und somit muß das Kühlsystem eine Funktion zum beliebigen Vorgeben der Kühl temperatur haben.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Siede-Verdampfungs temperatur von Wasser und dem Sättigungsdruck. Wie daraus ersichtlich ist, kann eine gegebene Kühltemperatur auf solche Weise vorgegeben werden, daß der Betriebsdruck des hermetischen Gehäuses 101 festgelegt ist, so daß die Siede- Verdampfungstemperatur von Wasser unter die Kühltemperatur des zu kühlenden Objekts 53 sinkt. Beispielsweise in Fällen, in denen das zu kühlende Objekt 53 unter 50°C zu kühlen ist, wie eine Strichlinie in Fig. 4 zeigt, kann der Druck eines Gases, das Dampf und Sauerstoff enthält, so vorgegeben sein, daß der Druck in dem hermetischen Gehäuse 51 unter den Wert (0,15 kg/cm²) fällt, der durch einen Punkt P bezeichnet ist.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des Prinzips, nach dem die Kühlung des zu kühlenden Objekts 53 mit der Ausbildung des vorliegenden Kühlsystems möglich ist. Fig. 5 zeigt den Feuchtegehalt von Gasen, d. h. die Beziehung zwischen der Feuchtkugeltemperatur und der Trockenkugeltemperatur in be zug auf die relative Feuchte, wenn Wasser und Gas im Zustand des gegenseitigen Kontakts sind. Die Trockenkugeltemperatur ist die Temperatur eines Gases, das mit Wasser in Kontakt gelangt, und die Temperatur von Wasser, das mit einem Gas in Kontakt gelangt, sinkt und nähert sich endlos der Feuchtku geltemperatur. Wie eine Strichlinie in Fig. 5 zeigt, nimmt beispielsweise die Feuchtkugeltemperatur eines Gases, das eine Temperatur von 30°C und eine relative Feuchte von 20% hat, einen Wert (16°C) an, der durch einen Punkt Q be zeichnet ist. Dadurch sinkt die Temperatur des Wassers, das damit in Kontakt gelangt, auf 16°C. Wenn daher Wasser, das mit einem Gas geringer Feuchte in Kontakt gelangt, mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, kann das Objekt 53 unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden.

Fig. 6 zeigt den Betriebszustand des Systems von Fig. 16 auf einer Luftlinienkarte. Dabei ist unter der Annahme, daß die relative Feuchte des Raums 101a mit x₁ und seine Raumtempe ratur mit t₁ angenommen werden, der thermische Zustand des Raums an einem Punkt P₁ auf der Karte gezeigt. Daher beginnt das Wasser 52, das mit dem Gas der relativen Feuchte x₁ in Kontakt gelangt, entlang einer Linie L₁ in Richtung zu der Feuchtkugeltemperatur t_w zu sinken. Das Wasser 52 nimmt ferner Wärme von dem thermisch damit gekoppelten Objekt 53 auf und gelangt somit in einen Gleichgewichtszustand bei seiner Zwischentemperatur. Durch die Wirkung der Festelek trolytmembran 100 wird der in dem Raum 101a erzeugte Dampf zu dem Raum 101b bewegt, wohingegen das Sauerstoffgas aus dem Raum 101b in den Raum 101a bewegt wird, was zur Folge hat, daß die relative Feuchte des Raums 101a immer niedrig gehalten wird.

Gleichermaßen sei angenommen, daß die relative Feuchte des Raums 101b mit x₂ im Sättigungszustand oder in der Nähe des Sättigungszustands und die Raumtemperatur mit t₁ angenommen wird; dann ist der thermische Zustand des Raums an einem Punkt P₂ auf der Luftlinienkarte angezeigt. Wenn die Kon densationstemperatur des Kondensationsraums 104 t_c ist, verlagert sich der thermische Zustand des Gases horizontal vom Punkt P₂ zu einem Punkt P_d, wohingegen der Dampf zu kondensieren beginnt und einen Punkt P_c erreicht, wenn er weiter abgekühlt wird, und dann zu dem Raum 101b entlang einer Geraden L₂ zurückkehrt, so daß er einen durch den Punkt P₂ bezeichneten Zustand annimmt. Diese Wiederholung kondensiert den von der Festelektrolytmembran 100 bewegten Dampf. Durch die vorgenannte elektrolytische Reaktion bewegt sich das Sauerstoffgas, das mit dem Dampf äquimolar ist, zwischen den Räumen 101b und 101a in einer Richtung, die zu derjenigen des Dampfs entgegengesetzt ist.

Wie oben beschrieben, ist gemäß der neunten Ausführungsform das hermetische Gehäuse 101, das Sauerstoff und Dampf ein schließt, durch die Festelektrolytmembran 100 in die Räume 101a und 101b unterteilt, und die Oberfläche der Festelek trolytmembran 100 auf der Seite des Raums 101a bewirkt die Elektrolyse von Wasser, während das durch die Elektrolyse von Wasser erzeugte Proton durch die Festelektrolytmembran 100 zu der anderen Oberfläche der Festelektrolytmembran 100 auf der Seite des Raums 101b gelangt, so daß die Produk tionsreaktion von Wasser an der Oberfläche der Festelektro lytmembran 100 auf der Seite des Raums 101b stattfindet, um eine Feuchtigkeitsdifferenz zwischen den Räumen 101a und 101b zu erzeugen, und anschließend wird das der Innen wandfläche des Raums 101a zugeführte Wasser 52a mit dem Gas geringer Feuchtigkeit in dem Raum 101a in Kontakt gebracht, um die Wassertemperatur zu senken. Bei dieser Anordnung können das Wasser 52a und das Gas ohne die Anwendung einer mechanischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe umgewälzt werden, so daß ein geräuschfreies Kühlverfahren geschaffen wird, das keinen Antriebsmechanismus für die Umwälzung von Wasser benötigt.

Ferner umfaßt diese Ausführungsform die Festelektrolyt membran 100, die angeordnet ist, um das hermetische Gehäuse 101, das den Sauerstoff und den Dampf einschließt, in die Räume 101a und 101b zu unterteilen, das in die Innenwand fläche des Raums 101a zugeführte Wasser 52a, den Konden sationsraum 104, der vorgesehen ist, um mit dem Raum 101b zu kommunizieren, das Gewebeelement 101c, um eine Verbindung zwischen dem Kondensationsraum 104 und dem Raum 101a her zustellen, die Ventilationslöcher 103a zur Kommunikation zwischen den Gasabschnitten der Räume 101a und 101b sowie die Gleichstromquelle 11, um eine Gleichspannung an die beiden Oberflächen der Festelektrolytmembran 101 anzulegen. Somit kann das System das Wasser 52a und das Gas ohne die Verwendung einer mechanischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe umwälzen und kann mit ruhenden Bauelementen und weni ger Komponenten aufgebaut sein. Das erlaubt eine Größen verringerung und somit eine Kühlung auf mikroskopischem oder sehr kleinem Niveau wie etwa lokale Kühlung an einem elek tronischen Substrat. Außerdem ist dieses System geräuschfrei und wartungsfrei, weil keine Antriebseinrichtung vorhanden ist. Da außerdem die Kühltemperatur des Wassers 52a dadurch einstellbar ist, daß der Druck des in das hermetische Gehäu se 101 gefüllten Gases eingestellt wird, wird die Kühlung in Abhängigkeit von der für das zu kühlende Objekt 53 erforder lichen Kühltemperatur möglich. Da nunmehr das in die Räume 101a und 101b eingefüllte Gas mit Sauerstoff und Dampf er zeugt wird, existieren innerhalb der Räume 101a und 101b nur solche Faktoren, die zu der Elektrolyse beitragen, wodurch die Reaktion gefördert und das Kühlvermögen verbessert wird.

Ferner sind bei der neunten Ausführungsform die Festelektro lytmembran 100 und die Räume 101a und 101b koaxial um eine Vertikalachse angeordnet (die Achse der Festelektrolytmem bran 100), und der Kondensationsraum 104 ist an der obersten Position vorgesehen, wohingegen die Räume 101a und 101b an unteren Positionen liegen, und ferner befinden sich die Ventilationsöffnungen 103a zur Rückführung des Sauerstoff gases aus dem Raum 101a in den Raum 101b an der untersten Position. Somit hat der Dampf geringe Dichte und kann sich leicht nach oben bewegen, wohingegen das Sauerstoffgas große Dichte hat und sich nach unten 52945 00070 552 001000280000000200012000285915283400040 0002019629719 00004 52826bewegt. Daher ist das Gas durch die Dichtedifferenz zwischen dem Dampf und dem Sauer stoff beweglich, ohne daß eine Antriebsquelle benötigt wird. Selbst wenn aber die Festelektrolytmembran 100 und die Räume 101a und 101b koaxial um eine Achse herum angeordnet sind, die in bezug auf die Vertikale geneigt ist, können die gleichen Auswirkungen erzielt werden.

Zehnte Ausführungsform

Bei der vorgenannten neunten Ausführungsform hat das herme tische Gehäuse 101 einen unteren Bereich und denselben Außendurchmesser in vertikaler Richtung; bei der in Fig. 17 gezeigten zehnten Ausführungsform dagegen hat das hermeti sche Gehäuse 101 ebenfalls einen unteren Bereich, aber in vertikaler Richtung unterschiedliche Außendurchmesser. Dabei ist bei dem hermetischen Gehäuse 101 der Außendurchmesser eines unteren Bereichs, der die Festelektrolytmembran 100 aufnimmt, größer als der Außendurchmesser eines oberen Bereichs, der den Kondensationsraum 104 bildet. Wenn bei der obigen neunten Ausführungsform die Wärmelast von dem zu küh lenden Objekt 53 groß ist und es notwendig ist, den Außen durchmesser der Festelektrolytmembran 100 zu vergrößern, wird die Dimension des Raums 101a groß. Wenn ferner das gesamte hermetische Gehäuse 101 ausgebildet ist, um dieselbe Dimension wie der Raum 101a zu haben, wird der Außendurch messer des Kondensationsraums 104 unnötig groß, wodurch die Größe des Gesamtsystems zunimmt, was vom Kostenstandpunkt gesehen ungünstig ist. Da aber bei der zehnten Ausführungs form der Außendurchmesser des oberen Bereichs, der den Kondensationsraum 104 bildet, kleiner ausgebildet ist, kann die Vergrößerung des Gesamtsystems vermieden werden, und das vorgenannte Problem wird beseitigt.

Elfte Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen neunten Ausführungsform ist zwar der Raum 101a geringer Feuchtigkeit mit dem Kondensations raum 104 in Verbindung und angeordnet, um den Raum 101b, der eine große Dampfmenge enthält, zu umgeben, so daß das in dem Gewebeelement 101c absorbierte Wasser 52a verdampft wird; bei der in Fig. 18 gezeigten elften Ausführungsform befindet sich dagegen der Raum 101a innerhalb des Raums 101b. Dabei ist eine Kühlplatte 64 koaxial mit dem hermetischen Gehäuse 101 so angeordnet, daß ihr unterer Endbereich aus der Bo denfläche des hermetischen Gehäuses 101 vorspringt. In einer unteren Seite des hermetischen Gehäuses 101 ist ferner die Festelektrolytmembran 100 so angeordnet, daß sie die Kühl platte 64 umgibt. Außerdem ist entlang der Außenwandfläche (der Außenumfangsfläche) der Kühlplatte 64 in einer unteren Seite des hermetischen Gehäuses 101 ein Gewebeelement 101c angeordnet und entlang der Innenwandfläche (Innenumfangs fläche) des hermetischen Gehäuses 101 in einer oberen Seite desselben fortlaufend angeordnet. Das Gewebeelement 101c hat an seinem Mittelbereich Öffnungen 101d, durch die Dampf entweichen kann. Bei dieser Konstruktion ist in einer unte ren Seite des hermetischen Gehäuses 101 ein Raum 101a aus gebildet, der von der Festelektrolytmembran 100 und dem Gewebeelement 101c, das an der Außenwandfläche der Kühlplat te 64 angebracht ist, umgeben ist, und außerhalb des Raums 101a ist ein Raum 101b ausgebildet, der durch die Festelek trolytmembran 100 und das hermetische Gehäuse 101 definiert ist. In dem Raum 101a ist Wasser 52 gespeichert, das in den unteren Endbereich des Gewebeelements 101c eindringt. Ferner ist der Raum 101a durch die Ventilationsöffnungen 103a mit dem Raum 101b in Kommunikation, und der Raum 101b ist durch die Ventilationsöffnungen 101d mit einem Kondensationsraum 104 in Kommunikation, der in einer oberen Seite des herme tischen Gehäuses 101 ausgebildet ist.

Bei dieser elften Ausführungsform wird die Wärme des zu kühlenden Objekts 53 durch die Kühlplatte 64 übertragen und von Wasser 52a in dem Gewebeelement 101c absorbiert, das an der Außenwandfläche der Kühlplatte 64 angebracht ist. Somit wird das zu kühlende Objekt 53 gekühlt, während das Wasser 52a durch die Absorption von Wärme verdampft. Ferner wird der entstehende Dampf aufgrund der dampfanziehenden Wirkung der Festelektrolytmembran 100 in den Raum 101b gezogen, so daß der Raum 101a immer auf einer geringen Feuchtigkeit gehalten wird, wodurch die Verdampfung des Wassers 52a be schleunigt wird. Der in den Raum 101b durch die dampfanzie hende Wirkung der Festelektrolytmembran 100 gezogene Dampf wird durch die Ventilationsöffnungen 101d in den Kondensa tionsraum 104 verlagert und dann durch die Strahlungswirkung des Wärmestrahlers 57 kondensiert und weiter in dem an der Innenwandfläche angebrachten Gewebeelement 101c absorbiert.

Das in dem Gewebeelement 101c innerhalb des Kondensations raums 104 absorbierte Wasser bewegt sich infolge der Kapil larwirkung des Gewebeelements 101c entlang einem Pfeil A nach oben zu dem Gewebeelement 101c, das an der Außenwand fläche der Kühlplatte 64 angebracht ist, so daß es zu dem Raum 101a zurückgeleitet wird.

Andererseits wird infolge der Sauerstoffmolekül-Übertra gungsfunktion, die die Festelektrolytmembran 100 gleichzei tig mit der vorgenannten dampfanziehenden Wirkung hat, das Sauerstoffgas aus dem Raum 101b zu dem Raum 101a bewegt. Daher steigt der Druck in dem Raum 101a, während der Druck in dem Raum 101b abnimmt, so daß zwischen beiden eine Druckdifferenz erzeugt wird. Aufgrund dieser Druckdifferenz zwischen beiden wird das Sauerstoffgas in dem Raum 101a durch die Ventilationsöffnungen 103a in den Raum 101b ent lang einem Pfeil C rückgeleitet, und infolgedessen setzen sich die gegenseitigen Dampf- und Sauerstoff-Überführungs vorgänge der Festelektrolytmembran 100 fort.

Da bei dieser elften Ausführungsform wie beschrieben der Raum 101a im Inneren des Raums 101b ausgebildet ist, kann die Kühlplatte 64 auf der Achse des hermetischen Gehäuses 101 positioniert sein, d. h. die Kühlplatte 64 kann lokal in einem schmalen Bereich konzentriert sein. Bei dieser elften Ausführungsform ist es daher zusätzlich zu den Effekten der neunten Ausführungsform möglich, ein kleines zu kühlendes Objekt 53 und einen lokalen Heizbereich effektiv zu kühlen. Da ferner das Gewebeelement 101c so angebracht ist, daß es mit der Außenwandfläche der Kühlplatte 64 in Berührung ge langt, wird die Wärme der Kühlplatte 64 von dem Wasser 52a in dem Gewebeelement 101c aufgenommen, so daß die Kühlplatte 64 rasch gekühlt wird.

Zwölfte Ausführungsform

Bei der vorher beschriebenen neunten Ausführungsform ist zwar das hermetische Gehäuse 101 so aufgebaut, daß es in bezug auf seine Achse symmetrisch ist; bei dieser in Fig. 19 gezeigten zwölften Ausführungsform ist das hermetische Gehäuse 101 so aufgebaut, daß es Polygonkonfiguration hat, und die Oberfläche der Festelektrolytmembran oder die Kühloberfläche ist nicht in bezug auf sämtliche Oberflächen vorgesehen, sondern ist nur in bezug auf eine Oberfläche oder mehrere Oberflächen (nicht gezeigt) vorgesehen. Dabei sind ebenfalls dieselben Auswirkungen zu erreichen. Diese Konstruktion erlaubt es, die Konfiguration des hermetischen Gehäuses 101 entsprechend den Montagebedingungen zur Kühlung des zu kühlenden Objekts 53 zu bestimmen.

Dreizehnte Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen elften Ausführungsform ist zum Zweck des Verdampfens des Wassers 52a, das in dem Gewebe element 101c absorbiert ist, der feuchtigkeitsverminderte Raum 101a im Inneren des Raums 101b angeordnet, wobei eine große Dampfmenge in der unteren Seite des hermetischen Gehäuses 101 vorhanden ist, und der Kondensationsraum 104, der mit dem Raum 101b kommuniziert, ist in der oberen Seite des hermetischen Gehäuses 101 angeordnet. Bei der in Fig. 20 gezeigten dreizehnten Ausführungsform ist dagegen ein Raum 101b, der an der Außenseite eines Raums 101a vorgesehen ist, als ein Kondensationsraum 104 ausgebildet. Dabei ist der untere Endbereich einer Kühlplatte 64 koaxial mit einem her metischen Gehäuse 101 angeordnet, so daß er von der Boden fläche des hermetischen Gehäuses 101 vorspringt. Zusätzlich ist eine Festelektrolytmembran 100 so angeordnet, daß sie die Kühlplatte 64 umgibt. Ferner ist ein Gewebeelement 101c von der Außenwandfläche der Kühlplatte 64 fortlaufend durch die innere Bodenfläche des hermetischen Gehäuses 101 nach oben bis zu der Innenwandfläche des hermetischen Gehäuses 101 angebracht. Ein Wärmeabstrahler 57 ist ferner an der Außenwandfläche des hermetischen Gehäuses 101 angebracht. Bei dieser Konstruktion ist der Raum 101a von der Festelek trolytmembran 100 und dem an der Außenwandfläche der Kühl platte 64 installierten Gewebeelement 101c definiert, wäh rend der Raum 101b an der Außenseite des Raums 101a ausge bildet ist und von der Festelektrolytmembran 100 und dem hermetischen Gehäuse 101 umgeben ist. Innerhalb des Raums 101a ist Wasser 52 gespeichert, um in den unteren Endbereich des Gewebeelements 101c einzudringen. Der Raum 101a ist durch die Ventilationsöffnungen 103a mit dem Raum 101b in Kommunikation. Der Raum 101b ist an seiner Außenwandfläche mit dem Wärmestrahler 57 ausgebildet, so daß er auch als Kondensationsraum dient.

Bei dieser dreizehnten Ausführungsform wird die Wärme des gekühlten Objekts 53 durch die Kühlplatte 64 übertragen und von dem Wasser 52a in dem Gewebeelement 101c aufgenommen, das an der Außenwandfläche der Kühlplatte 64 angebracht ist. Daraufhin wird das zu kühlende Objekt 53 gekühlt, während das Wasser 52a infolge der Wärmeaufnahme verdampft. Der dadurch erzeugte Dampf wird durch die dampfanziehende Wir kung der Festelektrolytmembran 100 in den Raum 101b gezogen, und der Raum 101a wird auf einer niedrigen Feuchte gehalten, um die Verdampfung des Wassers 52a zu fördern. Innerhalb des Raums 101b wird der Dampf, der durch die dampfanziehende Wirkung der Festelektrolytmembran 100 angezogen wird, durch die wärmeabstrahlende Wirkung des Wärmestrahlers 57 konden siert und in dem Gewebeelement 101c absorbiert, das an der Innenwandfläche installiert ist. Außerdem bewegt sich der Dampf (das Wasser), der in das Gewebeelement 101c in dem Raum 101b gezogen wird, durch die Kapillarwirkung des Gewe beelements 101c entlang einem Pfeil A nach oben zu dem Gewe beelement 101c an der Außenwandfläche der Kühlplatte 64, so daß eine Rückkehr in den Raum 101a resultiert.

Andererseits wird infolge der Sauerstoffgas-Übertragungs funktion, die die Festelektrolytmembran 100 gleichzeitig mit der vorgenannten dampfanziehenden Funktion hat, das Sauer stoffgas aus dem Raum 101b in den Raum 101a überführt, so daß der Druck in dem Raum 101a ansteigt und der Druck in dem Raum 101b sinkt, wodurch zwischen beiden eine Druckdifferenz entsteht. Infolge dieser Druckdifferenz wird das Sauerstoff gas aus dem Raum 101a durch die Ventilationsöffnungen 103a in den Raum 101b entlang einem Pfeil C rückgeleitet. Daher setzen sich die gegenseitigen Dampf- und Sauerstoffgas- Übertragungsvorgänge der Festelektrolytmembran 100 fort.

Da bei dieser dreizehnten Ausführungsform, wie oben be schrieben, der Raum 101a im Inneren des Raums 101b liegt und der Wärmeabstrahler 57 an der Außenwandfläche des hermeti schen Gehäuses 101 vorgesehen ist, so daß der Raum 101b auch als der Kondensationsraum 104 dient, ist es zusätzlich zu den Auswirkungen der oben beschriebenen elften Ausführungs form möglich, die axiale Dimension zu verkürzen, und diese Konstruktion ist besonders dann wirkungsvoll, wenn aufgrund von beschränkten Montagemöglichkeiten eine Höhenverringerung gefordert wird.

Vierzehnte Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen neunten Ausführungsform wird die Festelektrolytmembran mit zylindrischer Konfiguration ver wendet, um die beiden Räume 101a und 101b separat zu bilden; bei der vierzehnten Ausführungsform, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, sind eine erste und eine zweite Festelek trolytmembran, die ebenso wie die einzelne Festelektrolyt membran, jedoch mit verschiedenem Durchmesser ausgebildet sind, koaxial angeordnet, um einen hermetischen Raum zwi schen sich zu bilden, um separat zwei Räume 101a und 101b zu begrenzen. In diesem Fall ist die erste Festelektrolytmem bran auf der Seite des Raums 101a positioniert, während die zweite Festelektrolytmembran auf der Seite des Raums 101b positioniert ist. Bei dieser vierzehnten Ausführungsform bildet ebenso wie bei der oben beschriebenen fünften Aus führungsform der hermetische Raum, der zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran gebildet ist, einen Gasraum geringer Feuchtigkeit, und eine EMK tritt zwischen den Elektroden auf, die durch die Oberflächen der zweiten Festelektrolytmembran gebildet sind.

Bei dieser vierzehnten Ausführungsform ist es zusätzlich zu den Effekten der vorgenannten neunten Ausführungsform da durch, daß der genannte hermetische Raum der Gasraum gerin ger Feuchtigkeit ist, möglich, die Kühlleistung dadurch zu verbessern, daß die Gegenbewegung des Dampfs aus dem Raum 101b zu dem Raum 101a blockiert wird. Dadurch, daß die zwi schen den Elektroden, die an beiden Oberflächen der zweiten Festelektrolytmembran vorgesehen sind, auftretende EMK rück gewonnen und wiedergenutzt wird, ist ein Energiesparsystem zu erzielen.

Bei der beschriebenen neunten Ausführungsform wird die zylindrische Festelektrolytmembran 100 verwendet, um die beiden Räume 101a und 101b separat auszubilden; bei der nicht dargestellten fünfzehnten Ausführungsform sind eine erste zylindrische Festelektrolytmembran, die ebenso wie die Festelektrolytmembran 100 ausgebildet ist, und eine zweite zylindrische Festelektrolytmembran, die im Inneren einer Hochpolymer-Elektrolytmembran einen elektrischen Kurzschluß aufweist, koaxial angeordnet, um zwischen sich einen her metischen Raum zu bilden und somit die beiden Räume 101a und 101b separat auszubilden. Die erste Festelektrolytmembran ist auf der Seite des Raums 101a positioniert, wohingegen die zweite Festelektrolytmembran auf der Seite des Raums 101b positioniert ist.

Bei dieser fünfzehnten Ausführungsform ist ebenso wie bei der sechsten Ausführungsform eine Verbesserung des Entfeuch tungsvermögens möglich, und ein sehr gutes Sauerstoffkonzen trationsvermögen kann erreicht werden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen soll zwar die Größe des Systems verringert werden; wenn aber ein großer Festelektrolyt eingebaut wird, um die elektrolytische Re aktionsfläche zu vergrößern, ist es möglich, ein Klimati sierungssystem zu erhalten, das ein ruhendes, geräusch- und wartungsfreies System ist.

Sechzehnte Ausführungsform

Fig. 21 zeigt schematisch den Aufbau der sechzehnten Aus führungsform eines Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion. Dabei besteht ein hermetisches Gehäuse 110 aus einem biegsamen rostfreien Stahlblech einer Stärke von ungefähr 0,3 mm, das so bear beitet ist, daß es beispielsweise eine wellige Oberflächen konfiguration oder eine mikroskopisch-unregelmäßige Ober flächenkonfiguration hat. Außerdem ist eine Festelektrolyt membran 50 vorgesehen, um das hermetische Gehäuse 110 in zwei Räume 110a und 110b zu teilen, die der erste und der zweite hermetische Raum sind. Ferner ist ein Abstandselement 111 aus einem isolierenden Hochpolymerharz zwischen einer Innenwandfläche des hermetischen Gehäuses 110 und der Festelektrolytmembran 50 angeordnet. Die Räume 110a und 110b sind mit Sauerstoffgas gefüllt. Der Raum 110b des hermeti schen Gehäuses 110 ist durch ein Ventilationsrohr 112 mit einem Kondensator 54 in Verbindung. In der Mitte dieses Ventilationsrohrs 112 ist ein flexibles Element wie etwa ein Balg 113 angebracht. Ebenfalls in der Mitte eines Wasser kanals 55 ist ein flexibles Element wie etwa ein Balg 114 angebracht. Die übrige Ausbildung entspricht der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform.

Da bei der sechzehnten Ausführungsform das hermetische Gehäuse 110 aus einem biegsamen Material hergestellt ist, kann seine äußere Form, wenn beide Endbereiche gehalten und gebogen werden, durch Biegen geändert werden, wie Fig. 22 zeigt. Ferner ist die Festelektrolytmembran 50 von dem hermetischen Gehäuse 110 mit Hilfe des Abstandshalters 111 geeignet getrennt. Zusätzlich werden durch die Verformung des hermetischen Gehäuses 110 seine Endbereiche in bezug auf den Kondensator 54 relativ tiefergelegt. Entsprechend der relativen Verlagerung des hermetischen Gehäuses 110 und des Kondensators 54 kann die auf den Wasserkanal 55 aufgebrachte Beanspruchung durch die Formänderung des flexiblen Elements 114 unterdrückt werden. Durch die Formänderung des in das Ventilationsrohr 112 eingesetzten flexiblen Elements 113 kann ferner der Kondensator eine beliebige Positionsbe ziehung zu dem hermetischen Gehäuse 110 in Vertikal- und in Horizontalrichtung einnehmen. Dabei verformt sich das in den Wasserkanal 55 eingesetzte flexible Element 114 in Über einstimmung mit der relativen Formänderung des hermetischen Gehäuses 110 und des Kondensators 54.

Der Kühlbetrieb der sechzehnten Ausführungsform des Kühl systems vom Wasserverdampfungs-Typ entspricht demjenigen der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher kann diese Ausführungsform die gleichen Auswirkungen wie die erste Ausführungsform haben. Da das hermetische Gehäuse 110 Flexibilität hat und somit verformbar ist, ist außerdem der untere Bereich des hermetischen Gehäuses 110, der mit dem Wasser 52 in Kontakt gelangt, d. h. die äußere Form des Kühlabschnitts, entsprechend der Konfiguration der gekühlten Oberfläche des zu kühlenden Objekts 53 verformbar, was einen innigen Kontakt zwischen der gekühlten Oberfläche und dem Kühlabschnitt ermöglicht. Daher wird eine sehr gute thermi sche Verbindung zwischen dem Kühlabschnitt des hermetischen Gehäuses 110 und dem zu kühlenden Objekt 53 ungeachtet der Konfiguration der gekühlten Oberfläche des zu kühlenden Objekts 53 ermöglicht, wodurch der Kühlwirkungsgrad ver bessert wird. Durch die Verformung der biegsamen Elemente 113 und 114 kann ferner die relative Positionsbeziehung zwischen dem hermetischen Gehäuse 110 und dem Kondensator 54 beliebig vorgegeben werden. Daher kann der Kondensator 54 ungeachtet der Position des zu kühlenden Objekts 53 an einer beliebigen Position angebracht sein, so daß ein größerer Freiheitsgrad bei der Installation des Kühlsystems vom Was serverdampfungs-Typ möglich ist.

Bei der sechzehnten Ausführungsform ist zwar das hermetische Gehäuse 110 aus einem rostfreien Stahlblech hergestellt, das so bearbeitet ist, daß es eine wellenartige oder eine mikro skopisch-unregelmäßige Konfiguration aufweist, und das eine Stärke von ungefähr 0,3 mm hat; das hermetische Gehäuse 110 ist aber nicht auf diese Ausbildung beschränkt, solange es verformbar ausgebildet ist, und es ist auch möglich, das Gehäuse aus einer biegsamen Metallplatte oder einem Gewebe element ohne Permeabilität herzustellen. Ein Beispiel für das Gewebeelement ohne Permeabilität ist ein Gewebe, das eine Gummiauskleidung aufweist.

Siebzehnte Ausführungsform

Fig. 23 zeigt schematisch die Ausbildung der siebzehnten Ausführungsform des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion. Dabei sind ein erstes hermetisches Gehäuse 120A und ein zweites her metisches Gehäuse 120B vertikal angeordnet, und eine Fest elektrolytmembran 50 ist so angeordnet, daß sie das Innere des hermetischen Gehäuses 120A in zei Räume 120a und 120b unterteilt. Wasser 52 ist in dem unteren Bereich des Raums 120b gespeichert, und ein Wärmestrahler 57 ist an der äuße ren Oberfläche des ersten hermetischen Gehäuses 120A auf der Seite des Raums 120b angebracht. Eine Kühlplatte 121, die mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, ist an einer Seitenfläche des zweiten hermetischen Gehäuses 120B integral angebracht. Die Kühlplatte 121 und das zweite her metische Gehäuse 120B sind aus einem biegsamen rostfreien Stahlblech hergestellt, das eine Stärke von ca. 0,3 mm hat und so bearbeitet ist, daß es eine wellenartige Konfigura tion oder eine Konfiguration mit mikroskopischen Unregel mäßigkeiten hat. Außerdem ist an einer oberen Seite des zweiten hermetischen Gehäuses 120B ein Kondenswasserspei cherbereich 64a vorgesehen, und ein Abstandselement 111 aus einem isolierenden Hochpolymerharz ist in dem zweiten her metischen Gehäuse 120B angeordnet, um einen Raum 120c aus zubilden. An der inneren Oberfläche der Kühlplatte 121 ist eine wasserhaltige Schicht 65 ausgebildet, die aus einer porösen Platte, einer siebartigen Platte, einem folien artigen Element oder dergleichen besteht, das gute Wärme leitfähigkeit und Wasserabsorptionsfähigkeit hat. Der obere Endbereich dieser wasserhaltigen Schicht 65 liegt in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a, so daß die wasserhaltige Schicht 65 das Wasser 52 in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a absorbiert, um in einem feuchten Zustand gehalten zu werden.

Ferner sind der Raum 120a des ersten hermetischen Gehäuses 120A und der Raum 120c des zweiten hermetischen Gehäuses 120B durch ein Ventilationsrohr 112 miteinander in Verbin dung. Ein biegsames Element 113 ist in die Mitte des Venti lationsrohrs 112 eingesetzt, und ein Wasserspeicherbereich des Raums 120b ist durch einen Wasserkanal 55 mit dem Kon denswasserspeicherbereich 64a in Verbindung. Ein biegsames Element 114 ist in der Mitte des Wasserkanals 55 angebracht. Außerdem ist der Gasabschnitt des Raums 120b über einen Ventilationsmechanismus 56 vom Differenztyp mit dem Gas abschnitt des Raums 120c gekoppelt. Ein biegsames Element 115 wie etwa ein Balg ist außerdem in eine Rohrleitung des Ventilationsmechanismus 56 vom Differenztyp eingesetzt.

Der Raum 120a bildet einen ersten hermetischen Raum, der Raum 120b bildet einen zweiten hermetischen Raum, und der Raum 120c bildet einen dritten hermetischen Raum. Sauerstoff ist in die Räume 120a, 120b und 120c gepackt. Das in der wasserhaltigen Schicht 65 aufgenommene Waser entspricht dem Wasser, das in dem ersten hermetischen Raum gespeichert ist.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des Betriebs der siebzehnten Ausführungsform. Wenn eine Gleichspannung von einer Gleichstromquelle 11 zwischen einer Anode 59 und einer Kathode 60 angelegt wird, findet an der Anode 59 die Elek trolyse von Wasser statt, so daß H⁺ (Proton) erzeugt wird. Dieses Proton geht durch einen Protonenleiter 58, um die Kathode 60 zu erreichen und zu der Erzeugung von Wasser beizutragen. Daher wird der Dampf aus dem Raum 120a in den Raum 120b überführt, während der Sauerstoff aus dem Raum 120b in den Raum 120a überführt wird. In diesem Fall absorbiert die wasserhaltige Schicht 65 das in dem Kondens wasserspeicherbereich 64a gespeicherte Wasser 52, um einen feuchten Zustand anzunehmen. Daher wird der Dampf in den Räumen 120a und 120c durch die Festelektrolytmembran 50 in den Raum 120b überführt, so daß die Feuchte in den Räumen 120a und 120c abnimmt, so daß die Verdampfung des in der wasserhaltigen Schicht 65 absorbierten Wassers beschleunigt wird, um die Temperaturverringerung zu bewirken. Ferner nimmt die Temperatur der Kühlplatte 121 ab, die mit der wasserhaltigen Schicht 65 in Berührung gelangt. Da außerdem die Kühlplatte 121 mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, wird die Wärme, die im Inneren des zu küh lenden Objekts 53 erzeugt wird, von der Kühlplatte 121 und dem Wasser absorbiert, dessen Temperatur sinkt und das in der wasserhaltigen Schicht 65 absorbiert wird. Somit wird der entstehende Dampf infolge der dampfanziehenden Wirkung der Festelektrolytmembran 50 in den Raum 120b gezogen, so daß die Räume 120a und 120c immer in einem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, wodurch die Verdampfung des Wassers beschleunigt wird. Die Wärme des in den Raum 120b gezogenen Dampfs wird durch den Wärmestrahler 57 nach außen abgestrahlt, und somit wird der Dampf abgekühlt und konden siert und bleibt als Wasser in dem unteren Bereich des Raums 120b. Das in dem unteren Bereich des Raums 120b gespeicherte Wasser wird nach und nach durch den Wasserkanal 55 in den Kondenswasserspeicherbereich 64a zurückgeführt. Das in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a gespeicherte Wasser 52 wird von der wasserhaltigen Schicht 65 absorbiert. So kann das Wasser zirkulieren, ohne daß eine mechanische Einrichtung wie etwa eine Pumpe benötigt wird.

Andererseits wird aufgrund der Sauerstoffmolekül-Übertra gungsfunktion, die die Festelektrolytmembran 50 zusätzlich zu der dampfanziehenden Wirkung hat, das Sauerstoffgas aus dem Raum 120b zu den Räumen 120a und 120c überführt. Daher steigen die Drücke in den Räumen 120a und 120c, während der Druck in dem Raum 120b fällt, so daß zwischen ihnen eine Druckdifferenz entsteht. Wenn diese Druckdifferenz den Be triebsdruck des Ventilationsmechanismus 56 vom Differenztyp überschreitet, kehren die Sauerstoffgase in den Räumen 120a und 120c zu dem Raum 120b zurück. Infolgedessen unterhält die Festelektrolytmembran 50 die gegenseitigen Bewegungs vorgänge des Dampfs und des Sauerstoffgases.

Da die Kühlplatte 121 und das zweite hermetische Gehäuse 120B aus einem biegsamen rostfreien Stahlblech hergestellt ist, das eine Stärke von ungefähr 0,3 mm hat und so bearbei tet ist, daß es beispielsweise wellenartige Oberflächenkon figuration oder eine Oberflächenkonfiguration mit mikrosko pischen Unregelmäßigkeiten hat, sind sie in Übereinstimmung mit der gekühlten Oberfläche des zu kühlenden Objekts 53 verformbar. Dabei gewährleistet der Abstandshalter 111 einen geeigneten Abstand zwischen dem zweiten hermetischen Gehäuse 120B und der Kühlplatte 121. Das zu kühlende Objekt 53 wird in innigen Kontakt mit der Kühlplatte 121 gebracht und dann gekühlt. Außerdem ist die relative Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten hermetischen Gehäuse 120A und 120B durch die Verformung der biegsamen Elemente 113, 114 und 115 variabel.

Diese siebzehnte Ausführungsform kann daher die gleichen Effekte wie die vorher beschriebene sechzehnte Ausführungs form erzeugen. Außerdem ist bei dieser siebzehnten Ausfüh rungsform das zweite hermetische Gehäuse 120B, das die Kühlplatte 121 aufweist, von dem ersten hermetischen Gehäuse 120A, das die Festelektrolytmembran 50 enthält, getrennt. Daher ist es nicht notwendig, daß die Festelektrolytmembran 50 in Übereinstimmung mit der äußeren Gestalt des zu küh lenden Objekts 53 verformt wird, so daß die dampfanziehende Wirkung und die Sauerstoffmolekül-Übertragungsfunktion der Festelektrolytmembran 50 über lange Zeit stabil sind, wo durch die Systemlebensdauer verlängert wird.

Bei dieser siebzehnten Ausführungsform wird zwar das zweite hermetische Gehäuse 120B unter Verwendung eines rostfreien Stahlblechs einer Stärke von ungefähr 0,3 mm hergestellt, das so bearbeitet ist, daß es eine wellenartige Oberflächen konfiguration oder eine solche mit mikroskopischen Unregel mäßigkeiten hat; das zweite hermetische Gehäuse 120B ist aber nicht darauf beschränkt, solange es verformbar ist. Es kann beispielsweise aus einer biegsamen Metallplatte oder einem Gewebeelement ohne Permeabilität hergestellt sein. Ein Beispiel eines Gewebeelements ohne Permeabilität ist ein gummibeschichtetes Gewebe.

Achtzehnte Ausführungsform

Bei dieser in Fig. 24 gezeigten achtzehnten Ausführungsform ist eine Dampfdurchlaßmembran 122 auf eine wasserhaltige Schicht 65 aufgebracht. Die übrigen Ausbildungen sind gleich wie bei der oben beschriebenen siebzehnten Ausführungsform. Die Dampfdurchlaßmembran 122 erlaubt nur den selektiven Durchtritt von Dampf und besteht beispielsweise aus einer hochpolymeren Folie, die eine große Anzahl von feinen Öffnungen hat. Der Durchmesser jeder Öffnung ist größer als derjenige des Dampfmoleküls, aber kleiner als derjenige des Moleküls von flüssigem Wasser.

Bei dieser Art von Kühlsystem ist die erforderliche gekühlte Oberfläche groß, und wenn die Fläche der Kühlplatte 121 groß ist, erfolgt ein ungleicher Durchtritt von Wasser, und es wird zum Teil eine trockene Oberfläche erzeugt, so daß die Kühlwirkung teilweise verschlechtert wird. Bei der acht zehnten Ausführungsform dagegen wird infolge der Kapillar wirkung das Wasser 52, das aus dem Kondenswasserspeicher bereich 64a in die wasserhaltige Schicht 65 absorbiert wird, zu Dampf und durchsetzt die Dampfdurchlaßmembran 122 und gelangt in den Raum 120c. Somit kann der Feuchtegehalt der wasserhaltigen Schicht 65 mit der Dampfdurchlaßmembran 122 zunehmen, und somit kann verhindert werden, daß die gesamte Oberfläche der wasserhaltigen Schicht 65 Wassermangel hat; dadurch ist ungeachtet einer großen Kühlfläche ein ausrei chender Kühleffekt zu erreichen.

Die sechszehnte bis achtzehnte Ausüfhrungsform weisen zwar die Festelektrolytmembran 50 auf; anstelle dieser Festelek trolytmembran 50 können aber auch die erste und die zweite Festelektrolytmembran 50a und 50b gemäß Fig. 10 verwendet werden, oder die erste und die zweite Festelektrolytmembran gemäß Fig. 12 können verwendet werden. Ferner ist zwar bei der siebzehnten und achtzehnten Ausführungsform die Kühl platte 121, die mit dem zu kühlenden Objekt 53 thermisch gekoppelt ist, an einer Seitenfläche des zweiten hermeti schen Gehäuses 120B angebracht, es ist aber auch zweckmäßig, eine wasserhaltige Schicht 65 an einer inneren Seitenfläche des zweiten hermetischen Gehäuses 120b sicher anzubringen, wobei die eine Seitenfläche des zweiten hermetischen Ge häuses 120B, an der die wasserhaltige Schicht 65 angebracht ist, thermisch mit dem zu kühlenden Objekt 53 gekoppelt ist. In diesem Fall kann die Kühlplatte 121 entfallen. Außerdem befindet sich zwar bei der siebzehnten und der achtzehnten Ausführungsform der Kondenswasserspeicherbereich 64a an der oberen Seite des zweiten hermetischen Gehäuses 120B, es ist aber auch möglich, daß der Kondenswasserspeicherbereich 64a an einem unteren Bereich des zweiten hermetischen Gehäuses 120B liegt und die am Unterende befindliche Seite der was serhaltigen Schicht 65 unter dem Kondenswasser liegt, das in dem Kondenswasserspeicherbereich 64a gespeichert ist, um Wasser aufgrund der Kapillarwirkung anzuziehen, so daß die wasserhaltige Schicht 65 in einem feuchten Zustand gehalten wird.

Gemäß der Erfindung sind an beiden Oberflächen eines Hoch polymer-Festelektrolyten poröse Elektroden vorgesehen, so daß ein Proton selektiv hindurchtreten kann, und das Kühl system umfaßt: eine Festelektrolytmembran, um einen gas gefüllten hermetischen Raum in einen ersten und einen zweiten hermetischen Raum zu unterteilen, in dem ersten hermetischen Raum gespeichertes Wasser, eine Kondensator einrichtung zum Verflüssigen von Wasser, das in einem Gas in dem zweiten hermetischen Raum enthalten ist, eine Wasser rückführeinrichtung zum Rückführen von Kondenswasser, das durch die Kondensatoreinrichtung verflüssigt wird, zu dem ersten hermetischen Raum, eine Ventilationseinrichtung vom Differenzdrucktyp, um eine Ventilation zwischen Gasab schnitten des ersten und des zweiten hermetischen Raums zuzulassen, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Gasab schnitten des ersten und des zweiten hermetischen Raums einen Betriebsdruck überschreitet, und eine Gleichstrom quelle, um zwischen die porösen Elektroden, die an beiden Oberflächen der Festelektrolytmembran vorgesehen sind, eine Gleichspannung anzulegen. Diese Anordnung bildet ein Kühl system vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion, das von einem kleinen, ruhenden Typ ist, hohen Wirkungsgrad hat und wartungsfrei ist.

Die Festelektrolytmembran ist dabei so aufgebaut, daß eine erste und eine zweite Elektrolytmembran, die jeweils poröse Elektroden an beiden Oberflächen ihres Hochpolymer-Fest elektrolyten haben, die selektiv den Durchtritt von Protonen zulassen, hintereinander in einer Bewegungsrichtung des Pro tons angeordnet sind, um einen Raum zwischen sich hermetisch abzuschließen, und die Gleichstromquelle legt die Gleich spannung an die porösen Elektroden an, die an denjenigen beiden Oberflächen der ersten Festelektrolytmembran vor gesehen sind, die dem ersten hermetischen Raum gegenüber stehen. Somit hat der zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran ausgebildete Gasraum die Funktion, die Gegenbewegung von Dampf zu blockieren und dadurch die Be einträchtigung des Dampfwirkungsgrads zu unterdrücken und dementsprechend das Kühlvermögen zu verbessern.

Eine EMK, die zwischen den porösen Elektroden an beiden Oberflächen der zweiten Festelektrolytmembran erzeugt wird, wird rückgewonnen und als Teil der Leistung erneut genutzt, die zwischen die porösen Elektroden an beiden Oberflächen der ersten Festelektrolytmembran zuzuführen ist, so daß ein Energiesparsystem erhalten wird.

Ferner ist die Festelektrolytmembran so aufgebaut, daß eine erste Festelektrolytmembran, die an beiden Oberflächen ihres Hochpolymer-Festelektrolyten poröse Elektroden hat und selektiv den Durchtritt von Protonen zuläßt, und eine zweite Festelektrolytmembran, die ausgebildet ist, um gleichzeitig die Bewegung von Protonen und Elektronen zuzulassen, hinter einander in einer Bewegungsrichtung der Protonen angeordnet sind, so daß ein Raum zwischen ihnen hermetisch abge schlossen ist, und die Gleichstromquelle führt eine Gleich spannung zwischen die porösen Elektroden an beiden Ober flächen der ersten Festelektrolytmembran, die dem ersten hermetischen Raum gegenüberliegt. Somit hat der Gasraum, der zwischen der ersten und der zweiten Festelektrolytmembran gebildet ist, die Funktion, die Gegenbewegung von Dampf zu blockieren, wodurch eine Beeinträchtigung des Dampf-Wir kungsgrads unterdrückt und somit das Kühlvermögen verbessert wird. Da ferner die zweite Festelektrolytmembran mit einem einzigen Pol ausgebildet ist, um die gleichzeitige Bewegung von Protonen und Elektronen zu gestatten, kann das System außerdem vereinfacht und können die Kosten gesenkt werden.

In den Gasabschnitten des ersten und des zweiten hermeti schen Raums sind Gasbewegungseinrichtungen vorgesehen, durch die die Gase in dem ersten und dem zweiten hermetischen Raum zwangsweise so strömen, daß sie mit der elektrolytischen Reaktionsfläche der Festelektrolytmembran in Kontakt gelan gen, um so die elektrolytische Reaktion zu fördern und das Kühlvermögen zu verbessern.

Ein Kühlabschnitt eines Gehäuses, das den ersten hermeti schen Raum bildet, ist mit einem biegsamen Element ausge bildet, so daß die äußere Gestalt des Kühlabschnitts in Anpassung an das Äußere eines zu kühlenden Objekts, das mit dem Kühlabschnitt thermisch gekoppelt ist, durch Verformen änderbar ist. Dadurch kann der Kühlabschnitt des Gehäuses sehr gut in Kontakt mit dem zu kühlenden Objekt gebracht werden, und zwar unabhängig von der äußeren Gestalt des ge kühlten Objekts. Dadurch wird der Kühlwirkungsgrad verbes sert.

Die Kondensationseinrichtung umfaßt einen Kondensator, der durch ein Ventilationsrohr mit dem zweiten hermetischen Raum gekoppelt ist, und wenigstens ein Bereich des Ventilations rohrs ist mit einem biegsamen Element ausgebildet, so daß die Position des Kondensators in bezug auf den zweiten hermetischen Raum veränderlich ist; dadurch ergibt sich ein größerer Freiheitsgrad in bezug auf die Installation des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ.

Ferner ist ein dritter hermetischer Raum vorgesehen, um eine wasserhaltige Schicht aufzunehmen, um Wasser zu speichern und mit dem ersten hermetischen Raum durch ein Ventilations rohr zu kommunizieren, und das Kondenswasser wird durch eine Wasserrückleitungseinrichtung zu der wasserhaltingen Schicht rückgeleitet. Zusätzlich ist ein Kühlabschnitt eines Gehäu ses, der den dritten hermetischen Raum bildet, mit einem biegsamen Element ausgebildet, so daß die äußere Gestalt des Kühlabschnitts in Übereinstimmung mit der äußeren Gestalt des zu kühlenden Objekts, das mit dem Kühlabschnitt ther misch gekoppelt ist, verformbar ist. Daher kann der Kühl abschnitt des Gehäuses in sehr guten Kontakt mit dem zu kühlenden Objekt gebracht werden, und zwar ungeachtet der äußeren Gestalt des zu kühlenden Objekts, wodurch der Kühl wirkungsgrad verbessert wird. Da ferner der dritte herme tische Raum, der mit dem Kühlabschnitt ausgestattet ist, von dem die Festelektrolytmembran aufweisenden Raum getrennt ist, braucht die Festelektrolytmembran nicht verformbar zu sein, und die Festelektrolytmembran kann auf stabile Weise die dampfanziehende Wirkung und die Sauerstoffmolekül- Übertragungsfunktion über lange Zeit ausüben, was eine lange Standzeit zur Folge hat.

Da die Dampfdurchlaßmembran, die den Durchtritt von flüssi gem Wasser blockiert, aber den selektiven Durchlaß von Dampf zuläßt, auf die Oberfläche der wasserhaltigen Schicht auf gebracht ist, kann der Feuchtigkeitsgehalt der wasserhalti gen Schicht sehr hoch eingestellt werden, und die Gesamt oberfläche der wasserhaltigen Schicht kann an einem Aus trocknen gehindert werden, so daß auch im Fall einer großen zu kühlenden Oberfläche eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird.

Ferner ist ein dritter hermetischer Raum vorgesehen, um eine wasserhaltige Schicht, die Wasser speichert, aufzunehmen, wobei dieser Raum durch ein Ventilationsrohr mit dem ersten hermetischen Raum gekoppelt ist, wobei das Kondenswasser durch eine Wasserrückleitungseinrichtung zu der wasserhalti gen Schicht rückgeleitet wird, und wenigstens ein Bereich des Ventilationsrohrs ist aus einem biegsamen Element aus gebildet, so daß die Position des dritten hermetischen Raums in bezug auf den ersten hermetischen Raum variabel ist, was dazu führt, daß der Freiheitsgrad bei der Installation des Kühlsystems vom Wasserverdampfungs-Typ größer wird.

Die Kühlplatte, die mit dem zu kühlenden Objekt thermisch gekoppelt ist, ist so angeordnet, daß sie der Festelektro lytmembran gegenübersteht, um den ersten hermetischen Raum zu bilden, und eine wasserhaltige Schicht ist an derjenigen Oberfläche der Kühlplatte ausgebildet, die der Festelektro lytmembran gegenübersteht, so daß das in dem ersten her metischen Raum gespeicherte Wasser der wasserhaltigen Schicht zugeführt wird. Daher wird die Kühlplatte direkt von dem in der wasserhaltigen Schicht gespeicherten Wasser ge kühlt, was das Kühlvermögen verbessert.

Ferner ist ein Bereich der Kühlplatte so ausgebildet, daß er dem zweiten hermetischen Raum gegenüberliegt, und ein Kon denswasserspeicherbereich zur Speicherung von Wasser, das von einer Kondensationseinrichtung verflüssigt wird, ist in einem Bereich der Kühlplatte ausgebildet, der dem zweiten hermetischen Raum zugewandt ist, und außerdem sind der Kondenswasserspeicherbereich und die wasserhaltige Schicht so angeordnet, daß sie miteinander in Verbindung sind. Daher ist die Umwälzung des Wassers ohne die Anwendung von Energie und eines Zirkulationskanals möglich, was eine Größenver minderung erlaubt.

Die Wasserrückleitungseinrichtung und die Ventilationsein richtung vom Differenzdrucktyp erlauben dem Gas in dem ersten hermetischen Raum, in den zweiten hermetischen Raum zu strömen, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten hermetischen Raum einen vorbestimmten Wert überschreitet, und der erste und der zweite hermetische Raum sind miteinander durch eine Leitung in Kommunikation, so daß das Kondenswasser in dem zweiten hermetischen Raum in den ersten hermetischen Raum rückgeleitet wird, wenn die ge nannte Druckdifferenz den vorbestimmten Wert unterschreitet. Diese Leitung hat gleichzeitig eine Wasserumwälzfunktion und eine Gaszirkulationsfunktion, wodurch die Komponenten ver einfacht werden und die Größe vermindert wird.

Ein Wärmeleiter ist so vorgesehen, daß er mit der Oberfläche der Festelektrolytmembran in Wärmekontakt gelangt, und ein Bereich davon ragt aus dem hermetischen Raum nach außen, und ein Wärmestrahler ist an dem Bereich des Wärmeleiters an geordnet, der von dem hermetischen Raum nach außen ragt. Bei dieser Anordnung wird die Wärme der Festelektrolytmembran zur Außenseite des Systems abgestrahlt, so daß eine Tempe raturerhöhung der Festelektrolytmembran vermieden wird, wo durch das Kühlvermögen verbessert wird.

Ein Gas, das aus Sauerstoffgas und Dampf besteht, ist in den ersten und den zweiten hermetischen Raum gefüllt, und somit existiert nur der Faktor, der zu der elektrolytischen Re aktion beiträgt, innerhalb des ersten und des zweiten her metischen Raums, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht und das Kühlvermögen verbessert wird.

Ferner sind an beiden Oberflächen eines Hochpolymer-Fest elektrolyten poröse Elektroden vorgesehen, die selektiv die Protonen durchlassen, und das System umfaßt eine Festelek trolytmembran, um einen gasgefüllten hermetischen Raum in einen ersten und eine zweiten Raum zu unterteilen, eine wasserhaltige Membran, die in dem ersten Raum ausgebildet ist, eine Kondensatoreinrichtung zum Kondensieren der Feuchtigkeit, die in dem Gas in dem zweiten Raum enthalten ist, in einem Kondensationsraum, der mit dem zweiten Raum kommuniziert, eine Wasserrückleitungseinrichtung zur Rück leitung des von der Kondensatoreinrichtung kondensierten Wassers zu der in dem ersten Raum vorgesehenen wasserhal tigen Membran, eine Ventilationsöffnung, die vorgesehen ist, um eine Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herzustellen, und eine Gleichstromquelle, um zwischen die porösen Elektroden an den beiden Oberflächen der Fest elektrolytmembran eine Gleichspannung anzulegen. Diese An ordnung ergibt ein Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis einer elektrolytischen Reaktion, das vom kleinen, ruhenden und geräuschfreien Typ ist, hohen Wirkungsgrad zeigt und wartungsfrei ist.

Ferner ist ein sieb-, watte- oder schwammartiges Wasser absorptionselement so vorgesehen, daß es fortlaufend entlang der Wandfläche, die den ersten Raum bildet, und der Wand fläche eines den Kondensationsraum bildenden Elements ver läuft, und das Wasserabsorptionselement innerhalb des Kon densationsraums absorbiert das von der Kondensationsein richtung verflüssigte Wasser, so daß das absorbierte Wasser zu dem Wasserabsorptionselement innerhalb des ersten Raums infolge der Kapillarwirkung des Wasserabsorptionselements wandert, um in dem ersten Raum eine wasserhaltige Membran zu bilden. So ist die Wasserzirkulation möglich, ohne daß eine mechanische Einrichtung wie etwa eine Pumpe benötigt wird, was zu einem geräuschfreien System führt.

Ferner ist eine Kühlplatte, die mit dem zu kühlenden Objekt thermisch gekoppelt ist, der Festelektrolytmembran gegen überstehend angeordnet, um den ersten Raum zu bilden, und ein sieb-, watte- oder schwammartiges Wasserabsorptions element ist an der Oberfläche der Kühlplatte, die der Fest elektrolytmembran zugewandt ist, vorgesehen, um Wasser zu absorbieren und eine wasserhaltige Membran zu bilden. Daher kann die Kühlplatte mit dem von dem wasserhaltigen Element absorbierten Wasser direkt gekühlt werden, wodurch das Kühlvermögen verbessert wird.

Außerdem ist die Festelektrolytmembran so ausgebildet, daß sie zylindrische Konfiguration hat, und ist so angeordnet, daß ihre Achse im wesentlichen in Vertikalrichtung verläuft. Der erste und der zweite Raum sind koaxial mit der Achse der Festelektrolytmembran ausgebildet, und eine Ventilations öffnung ist an der untersten Position des hermetischen Raums in der Axialrichtung vorgesehen, während der erste und der zweite Raum an einer unteren Seite des hermetischen Raums in der Axialrichtung angeordnet sind und der Kondensationsraum mit dem zweiten Raum kommuniziert und an dem obersten Be reich des hermetischen Raums in der Axialrichtung angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann sich das Gas aufgrund der Dichtedifferenz zwischen Dampf und Sauerstoffgas ohne An wendung einer Antriebsquelle ungehindert bewegen.

Die Festelektrolytmembran ist ferner mit zylindrischer Konfiguration ausgebildet und so angeordnet, daß ihre Achse im wesentlichen in Vertikalrichtung verläuft, und der erste und der zweite Raum sind so ausgebildet, daß sie mit der Achse der Festelektrolytmembran koaxial sind, und außerdem ist der erste Raum im Inneren des zweiten Raums angeordnet, und eine Ventilationsöffnung ist in dem untersten Bereich in der Axialrichtung ausgebildet, und eine Kondensationsein richtung ist an der Außenumfangsseite des zweiten Raums angeordnet, so daß der zweite Raum als Kondensationsraum dient. Diese Anordnung kann eine Verminderung der axialen Dimension ergeben.

Da ferner ein aus Sauerstoffgas und Dampf bestehendes Gas hermetisch in den ersten und den zweiten Raum gepackt ist, existieren in dem ersten und dem zweiten Raum nur diejenigen Faktoren, die zu der elektrolytischen Reaktion beitragen, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht und das Kühl vermögen verbessert wird.

Der ein Gas enthaltende hermetische Raum ist in den ersten und den zweiten Raum durch die Festelektrolytmembran unter teilt, die an beiden Oberflächen ihrer Hochpolymer-Fest elektrolyten die porösen Elektroden aufweist, so daß die Protonen selektiv passieren können, und eine Gleichspannung wird zwischen die porösen Elektroden an beiden Oberflächen angelegt, so daß die Elektrolyse von Wasser an der Fest elektrolytmembran auf der Seite des ersten Raums abläuft. Die durch die Elektrolyse von Wasser erzeugten Protonen werden durch die Festelektrolytmembran zu der Festelektro lytmembranoberfläche auf der Seite des zweiten Raums über führt, und die Wassererzeugungsreaktion läuft an der Fest elektrolytmembranoberfläche auf der Seite des zweiten Raums ab, um die Feuchtigkeitsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum zu erzeugen, so daß die Temperatur des in dem ersten Raum gespeicherten Wassers vermindert wird. Diese Anordnung ergibt ein Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf der Basis der elektrolytischen Reaktion, das von kleiner, ruhender und geräuschfreier Bauart ist, hohen Wirkungsgrad zeigt und wartungsfrei ist.

Da ferner das Gas hoher Feuchtigkeit in dem zweiten Raum kondensiert wird, um das Kondenswasser zu erzeugen, das wiederum zu dem ersten Raum zurückgeleitet und dem in dem ersten Raum gespeicherten Wasser hinzugefügt wird, erfolgt die Wasserumwälzung ohne Anwendung einer mechanischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe, so daß ein geräuschfreies System erhalten wird.

Ein Bereich des zweiten Raums ist in dem Kondensationsraum ausgebildet und hat die Funktion, Wärme nach außen abzu strahlen, und das Gas hoher Feuchtigkeit in dem zweiten Raum wird kondensiert, um das Kondensat zu erzeugen, und dieses wird zu dem ersten Raum zurückgeleitet und dem dort gespei cherten Wasser hinzugefügt. Die Umwälzung des Wassers erfolgt also ohne Anwendung einer mechanischen Einrichtung wie beispielsweise einer Pumpe, so daß ein geräuschfreies System erhalten wird.

Außerdem ist eine Ventilationsöffnung vorgesehen, um eine Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herzustellen, so daß das durch die Elektrolyse von Wasser an der Festelektrolytmembranoberfläche auf der Seite des ersten Raums erzeugte Sauerstoffgas durch die Ventilationsöffnung in den zweiten Raum zurückkehrt. Die Zirkulation des Sauer stoffgases erfolgt also ohne Anwendung einer mechanischen Einrichtung wie etwa einer Pumpe, so daß ein geräuschfreies System erhalten wird.

Claims

1. Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf Basis einer elektrolytischen Reaktion, umfassend

1. ein hermetisches Gehäuse (51, 110, 120A), das ein Gasgemisch enthält;
2. eine Festelektrolytmembran (50), die in dem herme tischen Gehäuse angeordnet ist und es in einen er sten und einen zweiten hermetischen Raum (51a, 110a, 120a, 51b, 110b, 120b) unterteilt, wobei die Festelektrolytmembran so ausgebildet ist, daß po röse Elektroden (59, 60) an Oberflächen eines Hochpolymer-Festelektrolyten (58) vorgesehen sind, um den selektiven Durchtritt von Protonen zuzulas sen;
3. Wasser (52), das in dem ersten hermetischen Raum gespeichert ist;
4. eine Kondensatoreinrichtung (54), die in dem Gas gemisch im zweiten hermetischen Raum enthaltenen Wasserdampf kondensiert;
5. eine Einrichtung (55), um Wasser, das von der Kon densatoreinrichtung kondensiert wird, zu dem er sten hermetischen Raum rückzuleiten;
6. eine Ventilationseinrichtung (56) vom Differenz druck-Typ, die die Kommunikation zwischen Gasbe reichen des ersten und des zweiten hermetischen Raums zuläßt, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Gasbereichen des ersten und des zweiten herme tischen Raums einen vorbestimmten Betriebsdruck überschreitet; und
7. eine Gleichstromquelle (11), um zwischen den po rösen Elektroden der Festelektrolytmembran eine Gleichspannung anzulegen.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäusebereich (110), der den ersten hermeti schen Bereich (110a) bildet, mit einem Kühlabschnitt ausgebildet ist, der aus einem flexiblen Element be steht, so daß eine äußere Gestalt des Kühlabschnitts in Anpassung an eine äußere Gestalt eines zu kühlenden Ob jekts (53), das mit dem Kühlabschnitt thermisch gekop pelt ist, verformbar ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoreinrichtung einen Kondensator (54) aufweist, der über eine Ventilationsleitung (112) mit dem zweiten hermetischen Raum (110b) verbunden ist, und
daß wenigstens ein Bereich der Ventilationsleitung mit einem flexiblen Element (113) ausgebildet ist, so daß die Position des Kondensators in bezug auf den zweiten hermetischen Raum variabel ist.

4. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser nicht in dem ersten hermetischen Raum ge speichert ist, sondern ein dritter hermetischer Raum (120c) vorgesehen ist, der eine wasserhaltige Schicht (65) zur Speicherung von Wasser aufweist und durch eine Ventilationsleitung (112) mit dem ersten hermetischen Raum (120a) kommuniziert, wobei das Kondenswasser durch eine Wasserrückleitungseinrichtung (55) aus dem zweiten hermetischen Raum (120b) zu der wasserhaltigen Schicht rückgeleitet wird und ein Kühlabschnitt (121) in einem Bereich des Gehäuses (120B) vorgesehen ist, der den dritten hermetischen Raum bildet, und mit einem flexi blen Element ausgebildet ist, so daß die äußere Gestalt des Kühlabschnitts in Übereinstimmung mit der äußeren Gestalt eines zu kühlenden Objekts (53), das mit dem Kühlabschnitt thermisch gekoppelt ist, verformbar ist.

5. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser nicht in dem ersten hermetischen Raum ge speichert ist, sondern ein dritter hermetischer Raum (120c) vorgesehen ist, der eine wasserhaltige Schicht (65) zur Speicherung von Wasser aufweist und durch eine Ventilationsleitung (112) mit dem ersten hermetischen Raum (120a) verbunden ist, wobei das Kondenswasser durch eine Wasserrückleitungseinrichtung (55) aus dem zweiten hermetischen Raum (120b) zu der wasserhaltigen Schicht rückgeleitet wird und wenigstens ein Bereich der Ventilationsleitung mit einem flexiblen Element (113) ausgebildet ist, so daß die Position des dritten hermetischen Raums (120c) in bezug auf den ersten her metischen Raum (120a) variabel ist.

6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine dampfdurchlässige Membran (122), die so ausgebil det ist, daß sie den Durchtritt von Wasser blockiert, aber den Durchtritt von Wasserdampf selektiv zuläßt, wobei die dampfdurchlässige Membran auf eine Oberfläche der wasserhaltigen Schicht (65) aufgetragen ist.

7. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gasbewegungseinrichtung (62), die gemeinsam mit den Gasabschnitten des ersten und des zweiten hermeti schen Raums vorgesehen ist.

8. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kühlplatte (64), die mit einem zu kühlenden Objekt (53) thermisch gekoppelt und so angeordnet ist, daß sie der Festelektrolytmembran (50) zugewandt ist, um den ersten hermetischen Raum (51a) zu bilden, und eine was serhaltige Schicht (65), die auf einer Oberfläche der Kühlplatte, die der Festelektrolytmembran gegenüber steht, ausgebildet ist, so daß das in dem ersten herme tischen Raum gespeicherte Wasser der wasserhaltigen Schicht zugeführt wird.

9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der Kühlplatte (64) so ausgebildet ist, daß er dem zweiten hermetischen Raum (51b) gegenüber steht, und daß ein Kondenswasserspeicherbereich (64a) zum Speichern von Wasser, das von der Kondensatorein richtung (57) kondensiert wird, in einem Bereich der Kühlplatte, der dem zweiten hermetischen Raum zugewandt ist, ausgebildet ist und daß der Kondenswasserspeicher bereich und die wasserhaltige Schicht so angeordnet sind, daß sie miteinander kommunizieren.

10. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserrückleitungseinrichtung und die Diffe renzdruck-Ventilationseinrichtung eine gemeinsame Lei tung (66) aufweisen, die eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten hermetischen Raum herstellt, und so ausgebildet ist, daß das Gas in dem ersten hermeti schen Raum durch diese Leitung in den zweiten hermeti schen Raum strömt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten hermetischen Raum einen vorbe stimmten Wert überschreitet, und das Kondenswasser in dem zweiten hermetischen Raum durch diese Leitung in den ersten hermetischen Raum rückgeleitet wird, wenn die Druckdifferenz den vorbestimmten Wert unterschrei tet.

11. Kühlsystem vom Wasserverdampfungs-Typ auf Basis einer elektrolytischen Reaktion, umfassend

1. ein hermetisches Gehäuse (101), das ein Gasgemisch enthält;
2. eine Festelektrolytmembran (100), die in dem her metischen Gehäuse angeordnet ist und dieses in einen ersten und einen zweiten Raum (101a, 101b) unterteilt, wobei die Festelektrolytmembran so aufgebaut ist, daß an Oberflächen von Hochpolymer- Festelektrolyten poröse Elektroden vorgesehen sind, die den selektiven Durchtritt von Protonen gestatten;
3. eine in dem ersten Raum ausgebildetes wasserhalti ges Gewebeelement (101c);
4. eine Kondensatoreinrichtung (57) zum Kondensieren von Wasserdampf, der in dem Gasgemisch innerhalb des zweiten Raums enthalten ist, in einem Konden sationsraum (104), der mit dem zweiten Raum in Verbindung ist;
5. eine Einrichtung (101c) zum Rückleiten von Wasser, das von der Kondensatoreinrichtung kondensiert wird, zu dem wasserhaltigen Gewebeelement (101c) in dem ersten Raum;
6. eine Ventilationsöffnung (103a), die vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herzustellen; und
7. eine Gleichstromquelle (11), um zwischen die po rösen Elektroden an der Festelektrolytmembran eine Gleichspannung anzulegen.

12. Kühlsystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch wasseraufnehmendes Gewebeelement (101c), das eine sieb- oder watte- oder schwammartige Konfiguration hat und so vorgesehen ist, daß es fortlaufend entlang einer Wan doberfläche, die den ersten Raum bildet, und einer Wandoberfläche eines Elements, das den Kondensations raum bildet, verläuft, wobei das Gewebeelement in nerhalb des Kondensationsraums ausgebildet ist, um kon densiertes Wasser zu absorbieren, so daß sich das ab sorbierte Wasser infolge der Kapillarwirkung des Gewe beelements zu dem Gewebeelement innerhalb des ersten Raums bewegt, um in dem ersten Raum ein wasserhaltiges Gewebeelement zu bilden.

13. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Kühlplatte (64), die mit einem zu kühlenden Objekt (53) thermisch gekoppelt und der Festelektrolytmembran (100) gegenüberstehend angeordnet ist, um den ersten Raum (101a) zu bilden, wobei das Wasser aufnehmende Ge webeelement (101c) auf einer Oberfläche der Kühlplatte, die der Festelektrolytmembran zugewandt ist, vorgesehen ist.

14. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Festelektrolytmembran (100) mit zylindrischer Konfiguration ausgebildet und so angeordnet ist, daß ihre Achse im wesentlichen in Vertikalrichtung ver läuft, und daß der erste und der zweite Raum (101a, 101b) koaxial mit der Achse der Festelektrolytmembran ausgebildet sind und an einer untersten Position des hermetischen Gehäuses (101) in der Axialrichtung eine Ventilationsöffnung (103a) ausgebildet ist, und daß der erste und der zweite hermetische Raum an einer unteren Seite des hermetischen Gehäuses in der Axialrichtung angeordnet sind und der Kondensationsraum (104) mit dem zweiten Raum kommuniziert und an einem obersten Ab schnitt des hermetischen Gehäuses in der Axialrichtung positioniert ist.

15. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Festelektrolytmembran (100) zylindrische Konfi guration hat und so angeordnet ist, daß ihre Achse im wesentlichen in Vertikalrichtung verläuft und der erste und der zweite Raum (101a, 101b) koaxial mit der Achse der Festelektrolytmembran ausgebildet sind, und daß der erste Raum im Inneren des zweiten Raums liegt und in einem untersten Bereich in der Axialrichtung eine Ven tilationsöffnung (103a) ausgebildet ist, und daß die Kondensatoreinrichtung (57) an einem äußeren Umfangsbe reich des zweiten Raums so angeordnet ist, daß der zweite hermetische Raum als der Kondensationsraum dient.

16. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem ersten und dem zweiten hermetischen Raum enthaltene Gasgemisch aus Sauerstoffgas und Wasserdampf besteht.

17. Kühlverfahren vom Wasserverdampfungs-Typ, das ein her metisches Gehäuse verwendet, das ein Gas enthält und in einen ersten und einen zweiten Raum von einer Festelek trolytmembran unterteilt ist, die an Oberflächen ihres Hochpolymer-Festelektrolyten poröse Elektroden hat, so daß Protonen selektiv durchgelassen werden, mit folgenden Schritten:

1. Anlegen einer Gleichspannung zwischen den porösen Elek troden, um eine Wasserelektrolyse an einer Festelektro lytmembranoberfläche auf der Seite des ersten Raums zu bewirken;
2. Überführen von Protonen, die durch die Wasserelektro lyse erzeugt werden, durch die Festelektrolytmembran zu einer Festelektrolytmembranoberfläche auf der Seite des zweiten Raums; und
3. Ablaufenlassen einer Wassererzeugungsreaktion an der Festelektrolytmembranoberfläche auf der Seite des zwei ten Raums, um eine Feuchtigkeitsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum zu erzeugen und so die Tem peratur von in dem ersten Raum gespeichertem Wasser durch Verdampfen von Wasser zu senken.

18. Kühlverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf innerhalb des zweiten Raums kondensiert wird und daß das Kondenswasser zu dem ersten Raum rück geleitet und dem in dem ersten Raum gespeicherten Was ser hinzugefügt wird.

19. Kühlverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilationsöffnung vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herzustellen, so daß durch die Elektrolyse von Wasser an einer Festelektrolytmembranoberfläche auf der Seite des ersten Raums erzeugtes Sauerstoffgas durch die Ven tilationsöffnung zu dem zweiten Raum geleitet wird.