JP2000015044A - 湿度調整装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 湿度調整装置の制御の応答性を改善し、ま
た、制御電源ＯＦＦ時にも調湿した湿度を維持できるよ
うにする。 【解決手段】 制御電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］とし、
電源ＯＦＦの時間をＴOFF ［ｈ］とし、使用温度におけ
るガス中の水分飽和絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3 ］とし、上
記調湿素子の面積をＳ［ｃｍ2 ］とし、上記可逆性湿度
調節剤の重量をｍ［ｇ］とし、相対湿度１％の変化に対
し上記可逆性湿度調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量
［ｇ］をＭ値［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON の関係が成り立つようにした。
た、制御電源ＯＦＦ時にも調湿した湿度を維持できるよ
うにする。 【解決手段】 制御電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］とし、
電源ＯＦＦの時間をＴOFF ［ｈ］とし、使用温度におけ
るガス中の水分飽和絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3 ］とし、上
記調湿素子の面積をＳ［ｃｍ2 ］とし、上記可逆性湿度
調節剤の重量をｍ［ｇ］とし、相対湿度１％の変化に対
し上記可逆性湿度調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量
［ｇ］をＭ値［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON の関係が成り立つようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、イオン交換膜を
用いた調湿装置と可逆性湿度調節剤を併用する湿度調整
装置に関するものである。
用いた調湿装置と可逆性湿度調節剤を併用する湿度調整
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、例えば特開平２−１６４４１８
号公報に示された除湿装置の断面図である。図におい
て、２１は触媒を含む多孔質電極からなる陽極、２２は
同じく触媒を含む多孔質電極からなる陰極である。２０
は上記陽極２１と上記陰極２２に挟持されたイオン交換
膜である。ここでは、イオン交換膜２０はプロトン伝導
性を有するＨ+ イオン交換膜を用いている。イオン交換
膜２０と陽極２１と陰極２２で除湿素子２３が構成され
ている。２４は除湿素子２３を保持する保持具である。
２８は容器で、この壁面の一部に上記保持具２４を用い
て除湿素子２３が気密に取り付けられている。２５は多
数の穴２６ａ、２６ｂ、・・・が開けられた容器で、保
持具２４に固定されている。２７は容器２５内に充填さ
れた粒状の可逆性湿度調節剤である。２９は除湿素子２
３の陽極２１側の空間、３０は容器２８内の空間であ
る。
号公報に示された除湿装置の断面図である。図におい
て、２１は触媒を含む多孔質電極からなる陽極、２２は
同じく触媒を含む多孔質電極からなる陰極である。２０
は上記陽極２１と上記陰極２２に挟持されたイオン交換
膜である。ここでは、イオン交換膜２０はプロトン伝導
性を有するＨ+ イオン交換膜を用いている。イオン交換
膜２０と陽極２１と陰極２２で除湿素子２３が構成され
ている。２４は除湿素子２３を保持する保持具である。
２８は容器で、この壁面の一部に上記保持具２４を用い
て除湿素子２３が気密に取り付けられている。２５は多
数の穴２６ａ、２６ｂ、・・・が開けられた容器で、保
持具２４に固定されている。２７は容器２５内に充填さ
れた粒状の可逆性湿度調節剤である。２９は除湿素子２
３の陽極２１側の空間、３０は容器２８内の空間であ
る。
【０００３】次に上記除湿装置の動作を説明する。陽極
２１では、陽極２１の空間中に含まれる水分が電気分解
されて式（１）で示す反応が起こり、陽極側の空間２９
が除湿される。 ２Ｈ2 Ｏ → Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（１） このとき発生するプロトン（Ｈ+ ）はイオン交換膜２０
の中を通り、電子（ｅ-）は外部回路を通って陰極２２
に達し、式（２）の反応により酸素を消費して水を発生
する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- → ２Ｈ2 Ｏ ・・・（２） このように、空間２９内の水分が除湿されるので、これ
と隣接する可逆性湿度調節剤２７が除湿される。さら
に、可逆性湿度調節剤２７が除湿されるので空間３０が
除湿される。除湿素子２３に印加される電圧がＯＦＦと
なった場合、図には示していないが容器２８の隙間より
水分が入ってきても、可逆性湿度調節剤２７が水分を吸
収するため、空間２８は除湿された状態を維持すること
が出来る。
２１では、陽極２１の空間中に含まれる水分が電気分解
されて式（１）で示す反応が起こり、陽極側の空間２９
が除湿される。 ２Ｈ2 Ｏ → Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（１） このとき発生するプロトン（Ｈ+ ）はイオン交換膜２０
の中を通り、電子（ｅ-）は外部回路を通って陰極２２
に達し、式（２）の反応により酸素を消費して水を発生
する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- → ２Ｈ2 Ｏ ・・・（２） このように、空間２９内の水分が除湿されるので、これ
と隣接する可逆性湿度調節剤２７が除湿される。さら
に、可逆性湿度調節剤２７が除湿されるので空間３０が
除湿される。除湿素子２３に印加される電圧がＯＦＦと
なった場合、図には示していないが容器２８の隙間より
水分が入ってきても、可逆性湿度調節剤２７が水分を吸
収するため、空間２８は除湿された状態を維持すること
が出来る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の除湿装置は以上
のように構成されているので、容器２８の密閉度をよく
し、可逆性湿度調節剤２７の充填量を少なくすれば、容
器２８内の除湿速度は早くなると考えられる。また、容
器２８の密閉度がよいので、電源をＯＦＦしたときの湿
度上昇も遅いと考えられる。
のように構成されているので、容器２８の密閉度をよく
し、可逆性湿度調節剤２７の充填量を少なくすれば、容
器２８内の除湿速度は早くなると考えられる。また、容
器２８の密閉度がよいので、電源をＯＦＦしたときの湿
度上昇も遅いと考えられる。
【０００５】図８は、実測結果である。容器２８内外の
初期相対湿度が８０％の場合の湿度変化を測定した。図
８において、（ａ）は除湿素子２３に印加される電圧の
時間変化を示し、（ｂ）は容器２８内の空間３０の相対
湿度の時間変化を示す。ｔ＝ｔl において除湿素子２３
に３Ｖの電圧を印加すると、容器内の湿度は８０％から
約１０％まで除湿されている。ところが、電源をＯＦＦ
にすると、容器２８の密閉度がよいにもかかわらず、湿
度は急激に上昇した。容器２８の密閉度を変えて湿度変
化を測定したが、同じ結果が得られた。
初期相対湿度が８０％の場合の湿度変化を測定した。図
８において、（ａ）は除湿素子２３に印加される電圧の
時間変化を示し、（ｂ）は容器２８内の空間３０の相対
湿度の時間変化を示す。ｔ＝ｔl において除湿素子２３
に３Ｖの電圧を印加すると、容器内の湿度は８０％から
約１０％まで除湿されている。ところが、電源をＯＦＦ
にすると、容器２８の密閉度がよいにもかかわらず、湿
度は急激に上昇した。容器２８の密閉度を変えて湿度変
化を測定したが、同じ結果が得られた。
【０００６】そこで、次に可逆性湿度調節剤２７の充填
量を増やして同様の実験を行った。測定結果を図９に示
す。この場合には電源をＯＦＦにしているとき（ｔ2 ≦
ｔ≦ｔ3 ）の湿度変化は少なかったが、除湿素子２３の
電源をＯＮにしている間の除湿速度は遅かった。
量を増やして同様の実験を行った。測定結果を図９に示
す。この場合には電源をＯＦＦにしているとき（ｔ2 ≦
ｔ≦ｔ3 ）の湿度変化は少なかったが、除湿素子２３の
電源をＯＮにしている間の除湿速度は遅かった。
【０００７】このように、イオン交換膜を用いた除湿素
子２３と可逆性湿度調節剤２７を組み合わせた湿度調整
装置において、電源がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、除
湿素子の能力と容器の密閉度に応じて可逆性湿度調節剤
２７の充填量をどのように設定すれば一番効果的である
かが不明であった。
子２３と可逆性湿度調節剤２７を組み合わせた湿度調整
装置において、電源がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、除
湿素子の能力と容器の密閉度に応じて可逆性湿度調節剤
２７の充填量をどのように設定すれば一番効果的である
かが不明であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る湿度調整
装置は、イオン交換膜の両側に触媒を含む多孔質電極を
付着させた調湿素子を、可逆性湿度調節剤を内蔵した容
器に取付け、上記調湿素子に印加する電圧を調整する電
源を備えた湿度調整装置において、上記電源は断続的に
電源がＯＮ／ＯＦＦし、電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］、
電源ＯＦＦの時間をＴOFF ［ｈ］、使用温度におけるガ
ス中の水分飽和絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3］、上記調湿素
子の面積をＳ［ｃｍ2 ］、上記可逆性湿度調節剤の重量
をｍ［ｇ］、相対湿度１％の変化に対し上記可逆性湿度
調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ］をＭ値［ｇ／
ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON の関係が成り立つようにしたものである。
装置は、イオン交換膜の両側に触媒を含む多孔質電極を
付着させた調湿素子を、可逆性湿度調節剤を内蔵した容
器に取付け、上記調湿素子に印加する電圧を調整する電
源を備えた湿度調整装置において、上記電源は断続的に
電源がＯＮ／ＯＦＦし、電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］、
電源ＯＦＦの時間をＴOFF ［ｈ］、使用温度におけるガ
ス中の水分飽和絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3］、上記調湿素
子の面積をＳ［ｃｍ2 ］、上記可逆性湿度調節剤の重量
をｍ［ｇ］、相対湿度１％の変化に対し上記可逆性湿度
調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ］をＭ値［ｇ／
ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON の関係が成り立つようにしたものである。
【０００９】また、調湿素子に電圧を印加する電源は、
極性を反転できるようにしたものである。
極性を反転できるようにしたものである。
【００１０】また、容器内に湿度センサを有し、このセ
ンサの出力を受けて電源を制御する湿度コントローラを
備えたものである。
ンサの出力を受けて電源を制御する湿度コントローラを
備えたものである。
【００１１】また、イオン交換膜を、Ｈ+ イオン交換
膜、もしくはＯＨ- イオン交換膜としたものである。
膜、もしくはＯＨ- イオン交換膜としたものである。
【００１２】また、Ｈ+ イオン交換膜を、弗素系の樹脂
を主鎖に持ちスルホニル基（Ｓ０3 - ）を側鎖に持つ構
造のものとしたものである。
を主鎖に持ちスルホニル基（Ｓ０3 - ）を側鎖に持つ構
造のものとしたものである。
【００１３】また、可逆性湿度調節剤を、シリカゲルを
主成分としたものである。
主成分としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１に係る湿度調整装置の構成を示す図であ
る。図１において、１は容器、２はイオン交換膜、３と
４は触媒を含む多孔質電極である。多孔質電極３と４で
イオン交換膜２を挟み除湿素子５を構成している。６
ａ、６ｂは除湿素子５を固定する枠で、容器１の壁面に
開けられた穴に除湿素子５が枠６ａ、６ｂで取り付けら
れている。７は直流電源で、容器内面側の多孔質電極３
が陽極となるように多孔質電極３、４に接続されてい
る。８は容器１の内部に置かれたペレット状の可逆性湿
度調節剤で、開口容器９に収められている。１０は容器
１内部の空間である。イオン交換膜として、この実施の
形態では、例えばデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のナフ
ィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（登録商標）が用いら
れている。この膜はプロトン（Ｈ+ イオン）交換膜の一
種であり、化学構造としては弗素系の樹脂を主鎖に持
ち、スルホニル基（Ｓ０3 - ）を側鎖に持つ樹脂であ
る。
実施の形態１に係る湿度調整装置の構成を示す図であ
る。図１において、１は容器、２はイオン交換膜、３と
４は触媒を含む多孔質電極である。多孔質電極３と４で
イオン交換膜２を挟み除湿素子５を構成している。６
ａ、６ｂは除湿素子５を固定する枠で、容器１の壁面に
開けられた穴に除湿素子５が枠６ａ、６ｂで取り付けら
れている。７は直流電源で、容器内面側の多孔質電極３
が陽極となるように多孔質電極３、４に接続されてい
る。８は容器１の内部に置かれたペレット状の可逆性湿
度調節剤で、開口容器９に収められている。１０は容器
１内部の空間である。イオン交換膜として、この実施の
形態では、例えばデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のナフ
ィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（登録商標）が用いら
れている。この膜はプロトン（Ｈ+ イオン）交換膜の一
種であり、化学構造としては弗素系の樹脂を主鎖に持
ち、スルホニル基（Ｓ０3 - ）を側鎖に持つ樹脂であ
る。
【００１５】陽極側の触媒を含む多孔質電極３は、この
実施の形態では多孔質電極としてチタン製エクスパンド
メタルに白金メッキしたものを使用し、さらに触媒とし
ての白金黒をチタン製多孔質電極とイオン交換膜２の間
に塗布している。この触媒はチタン製多孔質電極３のイ
オン交換膜２とは反対面に塗布しても以下同様の効果を
奏する。陰極側の触媒を含む多孔質電極４は、この実施
の形態では多孔質電極としてカーボン繊維を用い、触媒
としての白金黒をカーボン繊維製多孔質電極とイオン交
換膜２の間に塗布している。イオン交換膜２と触媒を含
む多孔質電極３と４はホットプレスで一体形状となるよ
うに成形されている。
実施の形態では多孔質電極としてチタン製エクスパンド
メタルに白金メッキしたものを使用し、さらに触媒とし
ての白金黒をチタン製多孔質電極とイオン交換膜２の間
に塗布している。この触媒はチタン製多孔質電極３のイ
オン交換膜２とは反対面に塗布しても以下同様の効果を
奏する。陰極側の触媒を含む多孔質電極４は、この実施
の形態では多孔質電極としてカーボン繊維を用い、触媒
としての白金黒をカーボン繊維製多孔質電極とイオン交
換膜２の間に塗布している。イオン交換膜２と触媒を含
む多孔質電極３と４はホットプレスで一体形状となるよ
うに成形されている。
【００１６】次に動作を説明する。除湿素子５の動作に
ついては従来例と同じである。直流電源７により除湿素
子５に直流電圧を印加すると、陽極である触媒を含む多
孔質電極３の側で水分が分解され、上述した（１）式で
示す反応が発生し、空間１０内が除湿される。可逆性湿
度調節剤８に含まれる水分は空間１０の相対湿度低下に
伴い、図１の空間１０中に実線の矢印で示すように放出
される。
ついては従来例と同じである。直流電源７により除湿素
子５に直流電圧を印加すると、陽極である触媒を含む多
孔質電極３の側で水分が分解され、上述した（１）式で
示す反応が発生し、空間１０内が除湿される。可逆性湿
度調節剤８に含まれる水分は空間１０の相対湿度低下に
伴い、図１の空間１０中に実線の矢印で示すように放出
される。
【００１７】図２は可逆性湿度調節剤の平衡吸収率を相
対湿度に対する関数として示した図である。このデータ
は雑誌「保存科学」Ｎｏ．２１、ｐ１より抜粋したもの
である。通常のシリカゲル（Ａ Ｔｙｐｅ Ｓｉｌｉｃ
ａ ｇｅｌ）では、相対湿度が下がるときに吸水率が下
がらない、すなわち水分放出が起こらない。従ってこの
タイプのシリカゲルは可逆性湿度調節剤とは言えない。
図中に示す商品名：Ｎｉｋｋａ−ｐｅｌｌｅｔ（ニッカ
ペレット）と商品名：Ａｒｔ−ｓｏｒｂ（アート・ソー
ブ）は多少のヒステリシスはあるものの、可逆性がある
と言える。一般に湿度調節剤の吸放出能力を比較するの
に、周囲空気の相対湿度１％の変化に対し、調節剤１ｋ
ｇあたり何ｇの水分を吸放出するかで比べることがで
き、この値をＭ値［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］と呼ぶ。図２の
傾きより吸湿過程（Ｍ+ ）と放湿過程（Ｍ- ）のＭ値が
求まり、図３を得る。図３は同上文献より抜粋したもの
である。可逆性湿度調節剤においては、Ｍ+ とＭ- はほ
ぼ等しく、一つのＭ値で代表させることが出来る。
対湿度に対する関数として示した図である。このデータ
は雑誌「保存科学」Ｎｏ．２１、ｐ１より抜粋したもの
である。通常のシリカゲル（Ａ Ｔｙｐｅ Ｓｉｌｉｃ
ａ ｇｅｌ）では、相対湿度が下がるときに吸水率が下
がらない、すなわち水分放出が起こらない。従ってこの
タイプのシリカゲルは可逆性湿度調節剤とは言えない。
図中に示す商品名：Ｎｉｋｋａ−ｐｅｌｌｅｔ（ニッカ
ペレット）と商品名：Ａｒｔ−ｓｏｒｂ（アート・ソー
ブ）は多少のヒステリシスはあるものの、可逆性がある
と言える。一般に湿度調節剤の吸放出能力を比較するの
に、周囲空気の相対湿度１％の変化に対し、調節剤１ｋ
ｇあたり何ｇの水分を吸放出するかで比べることがで
き、この値をＭ値［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］と呼ぶ。図２の
傾きより吸湿過程（Ｍ+ ）と放湿過程（Ｍ- ）のＭ値が
求まり、図３を得る。図３は同上文献より抜粋したもの
である。可逆性湿度調節剤においては、Ｍ+ とＭ- はほ
ぼ等しく、一つのＭ値で代表させることが出来る。
【００１８】次に、除湿素子５に印加する電圧をＯＦＦ
にしたときの空間１０の相対湿度の上昇具合を調べてみ
た。容器１の密閉度を上げるために蓋および取付け接合
部をパッキンでシールした場合と、容器１の容積が５０
リッターのときに容器１の壁面に５ｍｍΦの穴を開けた
場合で、湿度上昇速度はほとんど同じであった。これに
対し、除湿素子５の面積を増やすと湿度上昇速度が大幅
に増えることがわかった。面積を変えて実験すると、湿
度上昇速度は除湿素子５の面積に比例することを発見し
た。さらに詳細に実験を行った結果、容器１内の空間１
０に含まれる水分量の減少速度は、容器１内外の絶対湿
度の差と除湿素子５の面積の積に比例することを発見し
た。
にしたときの空間１０の相対湿度の上昇具合を調べてみ
た。容器１の密閉度を上げるために蓋および取付け接合
部をパッキンでシールした場合と、容器１の容積が５０
リッターのときに容器１の壁面に５ｍｍΦの穴を開けた
場合で、湿度上昇速度はほとんど同じであった。これに
対し、除湿素子５の面積を増やすと湿度上昇速度が大幅
に増えることがわかった。面積を変えて実験すると、湿
度上昇速度は除湿素子５の面積に比例することを発見し
た。さらに詳細に実験を行った結果、容器１内の空間１
０に含まれる水分量の減少速度は、容器１内外の絶対湿
度の差と除湿素子５の面積の積に比例することを発見し
た。
【００１９】この現象は、次のように考えると理解でき
る。イオン交換膜２と多孔質電極からなる陽極３、陰極
４は水分を透過するので、水分が容器１の外側から除湿
素子５を通じて空間１０に逆流してくる。図１には水分
の逆流を点線で示した。逆流してくる水分量は除湿素子
５の両側の絶対湿度差［ｇ／ｍ3 ］と除湿素子５の面積
に比例する。また、除湿素子５に電圧を印加して除湿動
作を行わせる場合の除湿能力は、実験の結果、容器１内
の空間１の絶対湿度［ｇ／ｍ3 ］と除湿素子５の面積に
比例することがわかった。
る。イオン交換膜２と多孔質電極からなる陽極３、陰極
４は水分を透過するので、水分が容器１の外側から除湿
素子５を通じて空間１０に逆流してくる。図１には水分
の逆流を点線で示した。逆流してくる水分量は除湿素子
５の両側の絶対湿度差［ｇ／ｍ3 ］と除湿素子５の面積
に比例する。また、除湿素子５に電圧を印加して除湿動
作を行わせる場合の除湿能力は、実験の結果、容器１内
の空間１の絶対湿度［ｇ／ｍ3 ］と除湿素子５の面積に
比例することがわかった。
【００２０】上記の実験結果を総合的に解析すると、以
下の結果が得られた。 先ず記号の定義： ρ： 使用温度におけるガス中の水分飽和絶対湿度
［ｇ／ｍ3 ］ ｍ： 可逆性湿度調節剤の重量［ｇ］ Ｍ： 相対湿度１％の変化に対する可逆性湿度調節剤
１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］ Ｓ： 除湿素子の面積［ｃｍ2 ］ 除湿素子５に電圧を印加して除湿動作を開始すると、空
間１０内の湿度は初期値より指数関数的に減少する。そ
の時定数：τON［ｈ］は次式で与えられる。 τON＝（Ｍ×ｍ）／（６×１０-3×ρ×Ｓ ） ・・・（４） 電源のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、電源をＯＮして次
にＯＦＦするまでの期間をＴON［ｈ］としたとき、十分
に除湿作用を発揮するためには、ＴON＞τONとする必要
がある。従って、次式を満足する必要がある。 （Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3×ρ×ＴON ・・・（５）
下の結果が得られた。 先ず記号の定義： ρ： 使用温度におけるガス中の水分飽和絶対湿度
［ｇ／ｍ3 ］ ｍ： 可逆性湿度調節剤の重量［ｇ］ Ｍ： 相対湿度１％の変化に対する可逆性湿度調節剤
１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］ Ｓ： 除湿素子の面積［ｃｍ2 ］ 除湿素子５に電圧を印加して除湿動作を開始すると、空
間１０内の湿度は初期値より指数関数的に減少する。そ
の時定数：τON［ｈ］は次式で与えられる。 τON＝（Ｍ×ｍ）／（６×１０-3×ρ×Ｓ ） ・・・（４） 電源のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、電源をＯＮして次
にＯＦＦするまでの期間をＴON［ｈ］としたとき、十分
に除湿作用を発揮するためには、ＴON＞τONとする必要
がある。従って、次式を満足する必要がある。 （Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3×ρ×ＴON ・・・（５）
【００２１】次に、除湿素子５の電源をＯＦＦにした場
合、空間１０内の湿度は指数関数的に増加する。その時
定数：τOFF ［ｈ］は次式で与えられる。 τOFF ＝（Ｍ×ｍ）／（２×１０-3×ρ×Ｓ） ・・・（６） 電源のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、電源をＯＦＦして
次にＯＮするまでの期間をＴOFF ［ｈ］としたとき、十
分に除湿作用を維持するためには、ＴOFF ＜τOFF とす
る必要がある。従って、次式を満足する必要がある。 （Ｍ×ｍ）／Ｓ＞２×１０-3×ρ×ＴOFF ・・・（７） 式（５）と（７）より次式が得られる。 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜ ６×１０-3×ρ×ＴON ・・・（３）
合、空間１０内の湿度は指数関数的に増加する。その時
定数：τOFF ［ｈ］は次式で与えられる。 τOFF ＝（Ｍ×ｍ）／（２×１０-3×ρ×Ｓ） ・・・（６） 電源のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、電源をＯＦＦして
次にＯＮするまでの期間をＴOFF ［ｈ］としたとき、十
分に除湿作用を維持するためには、ＴOFF ＜τOFF とす
る必要がある。従って、次式を満足する必要がある。 （Ｍ×ｍ）／Ｓ＞２×１０-3×ρ×ＴOFF ・・・（７） 式（５）と（７）より次式が得られる。 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜ ６×１０-3×ρ×ＴON ・・・（３）
【００２２】可逆湿度調節剤として図３に示すアート・
ソーブを使用する具体例を次に説明する。アート・ソー
ブの場合、図３よりＭ＝１０［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］であ
る。使用雰囲気の温度を２５°Ｃとすると、この温度に
おける水分飽和絶対湿度はρ＝２３．７５６［ｇ／
ｍ3 ］である。容器１の容積として４ｍ3 の容器を用い
る場合、除湿素子は面積：Ｓ＝１００［ｃｍ2 ］が適当
であることが従来の経験からわかっている。電源７の運
転は、昼の１６時間は電源をＯＮし、夜間の８時間は省
エネルギーのために電源をＯＦＦするとする。すなわ
ち、ＴON＝１６［ｈ］、ＴOFF ＝８［ｈ］とする。
（３）式に上記の数値を代入すると、アート・ソーブの
重量：ｍは次式で定める量にする必要のあることがわか
る。 ４＜ｍ＜２３ ［ｇ］ アート・ソーブの重量を２０［ｇ］としたとき、式
（４）、（６）より τON ＝１４ ［ｈ］ τOFF ＝４２ ［ｈ］ となる。
ソーブを使用する具体例を次に説明する。アート・ソー
ブの場合、図３よりＭ＝１０［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］であ
る。使用雰囲気の温度を２５°Ｃとすると、この温度に
おける水分飽和絶対湿度はρ＝２３．７５６［ｇ／
ｍ3 ］である。容器１の容積として４ｍ3 の容器を用い
る場合、除湿素子は面積：Ｓ＝１００［ｃｍ2 ］が適当
であることが従来の経験からわかっている。電源７の運
転は、昼の１６時間は電源をＯＮし、夜間の８時間は省
エネルギーのために電源をＯＦＦするとする。すなわ
ち、ＴON＝１６［ｈ］、ＴOFF ＝８［ｈ］とする。
（３）式に上記の数値を代入すると、アート・ソーブの
重量：ｍは次式で定める量にする必要のあることがわか
る。 ４＜ｍ＜２３ ［ｇ］ アート・ソーブの重量を２０［ｇ］としたとき、式
（４）、（６）より τON ＝１４ ［ｈ］ τOFF ＝４２ ［ｈ］ となる。
【００２３】このときの容器１内の相対湿度を測定した
結果が図４である。同図において（ａ）は除湿素子に印
加する電圧の波形を示す。同図（ｂ）は相対湿度の変化
を示し、点線Ｂは容器１外の相対湿度を、実線Ａは容器
１内の相対湿度を示す。除湿素子の電源をＯＮしている
ｔl ≦ｔ≦ｔ2 の期間に、容器１内の相対湿度は８０％
から約３０％に低下し、十分に応答速度が速い。除湿素
子の電源をＯＦＦしているｔ2 ≦ｔ≦ｔ3 の期間は、容
器１内の相対湿度は３０％から３８％にまでしか上昇せ
ず、十分に乾燥状態を維持できている。
結果が図４である。同図において（ａ）は除湿素子に印
加する電圧の波形を示す。同図（ｂ）は相対湿度の変化
を示し、点線Ｂは容器１外の相対湿度を、実線Ａは容器
１内の相対湿度を示す。除湿素子の電源をＯＮしている
ｔl ≦ｔ≦ｔ2 の期間に、容器１内の相対湿度は８０％
から約３０％に低下し、十分に応答速度が速い。除湿素
子の電源をＯＦＦしているｔ2 ≦ｔ≦ｔ3 の期間は、容
器１内の相対湿度は３０％から３８％にまでしか上昇せ
ず、十分に乾燥状態を維持できている。
【００２４】実施の形態２．実施の形態２では、除湿素
子の電圧が反転できるようにし、除湿素子に加湿動作も
可能として調湿素子として用いるようにしたものであり
その構成を図５に示す。同図において、図１と異なる点
は、触媒を含む多孔質電極３と４を同じ材料構成とした
こと、電源１３が極性反転できること、湿度センサ１１
を容器１内に追加設置したこと、および湿度センサ１１
の信号を基に電源１３をコントロールする湿度コントロ
ーラ１２を備えたことである。触媒を含む多孔質電極３
と４は、例えばこの実施の形態４ではチタンエキスバン
ドメタルに白金メッキを施し、その上に白金黒触媒を塗
布したものを用いている。
子の電圧が反転できるようにし、除湿素子に加湿動作も
可能として調湿素子として用いるようにしたものであり
その構成を図５に示す。同図において、図１と異なる点
は、触媒を含む多孔質電極３と４を同じ材料構成とした
こと、電源１３が極性反転できること、湿度センサ１１
を容器１内に追加設置したこと、および湿度センサ１１
の信号を基に電源１３をコントロールする湿度コントロ
ーラ１２を備えたことである。触媒を含む多孔質電極３
と４は、例えばこの実施の形態４ではチタンエキスバン
ドメタルに白金メッキを施し、その上に白金黒触媒を塗
布したものを用いている。
【００２５】次に動作を説明する。電極３に正極性の電
圧を印加する場合に容器１内を除湿する動作は実施の形
態１と全く同様であるので、説明を省略する。電源１３
の電圧が反転し、電極３に負極性の電圧が印加される
と、電極４の近傍で式（１）の反応が進み、電極３の近
傍で式（２）の反応が進む。従って、容器１の中の水分
量が増加する。すなわち加湿される。この場合、電源１
３のＯＮ期間をＴONとし、ＯＦＦ期間をＴOFF とする
と、（３）式を満たすように可逆性湿度調節剤の重量を
設定することにより、満足な調湿性能を得ることが出来
る。
圧を印加する場合に容器１内を除湿する動作は実施の形
態１と全く同様であるので、説明を省略する。電源１３
の電圧が反転し、電極３に負極性の電圧が印加される
と、電極４の近傍で式（１）の反応が進み、電極３の近
傍で式（２）の反応が進む。従って、容器１の中の水分
量が増加する。すなわち加湿される。この場合、電源１
３のＯＮ期間をＴONとし、ＯＦＦ期間をＴOFF とする
と、（３）式を満たすように可逆性湿度調節剤の重量を
設定することにより、満足な調湿性能を得ることが出来
る。
【００２６】具体的に調湿試験を行った例を次に示す。
容器１の容積は４［ｍ3 ］、可逆性湿度調湿剤としてア
ート・ソーブを用い（Ｍ＝１０［ｇ／ｋｇ・％Ｒ
Ｈ］）、使用雰囲気温度を２５℃、この温度における水
分飽和絶対湿度はρ＝２３．７５６［ｇ／ｍ3 ］、調湿
素子５は面積：Ｓ＝１００［ｃｍ2 ］とした。電源１３
への電源供給は、１週間のうち６日間で、残り１日は電
源が切られる。すなわち、ＴON＝１４４［ｈ］、ＴOFF
＝２４［ｈ］である。よって（３）式から １１＜ｍ＜２０５ ［ｇ］ この場合もアート・ソーブの重量を２０［ｇ］とする
と、式（４）、（６）より τON ＝１４ ［ｈ］ τOFF ＝４２ ［ｈ］ となる。
容器１の容積は４［ｍ3 ］、可逆性湿度調湿剤としてア
ート・ソーブを用い（Ｍ＝１０［ｇ／ｋｇ・％Ｒ
Ｈ］）、使用雰囲気温度を２５℃、この温度における水
分飽和絶対湿度はρ＝２３．７５６［ｇ／ｍ3 ］、調湿
素子５は面積：Ｓ＝１００［ｃｍ2 ］とした。電源１３
への電源供給は、１週間のうち６日間で、残り１日は電
源が切られる。すなわち、ＴON＝１４４［ｈ］、ＴOFF
＝２４［ｈ］である。よって（３）式から １１＜ｍ＜２０５ ［ｇ］ この場合もアート・ソーブの重量を２０［ｇ］とする
と、式（４）、（６）より τON ＝１４ ［ｈ］ τOFF ＝４２ ［ｈ］ となる。
【００２７】図６は容器１外の相対湿度が１２時間毎に
８０％と２０％になる雰囲気下で調湿試験をした結果で
ある。容器１内の湿度設定は６０％となるようにした。
この図から、電源供給が断たれる２４時間の間もほぼ湿
度を一定に保つことができ、湿度を６０％前後に一定に
制御することができていることが分かる。
８０％と２０％になる雰囲気下で調湿試験をした結果で
ある。容器１内の湿度設定は６０％となるようにした。
この図から、電源供給が断たれる２４時間の間もほぼ湿
度を一定に保つことができ、湿度を６０％前後に一定に
制御することができていることが分かる。
【００２８】実施の形態３．上記実施の形態において
は、イオン交換膜として、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社
製のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（登録商標）
を用いる場合を示したが、他の水素イオン交換膜を用い
ても同様の効果を奏する。これは膜を通しての除湿、加
湿の性能が、膜の外部の気相中の水分含有量で決まり、
これは膜の種類に関係しないためである。イオン交換膜
としてＯＨ- イオン交換膜を用いると、膜中をＯＨ- イ
オンが電導する。この場合には、陰極において、 ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋４ｅ- → ４ＯＨ- ・・・（８） 陽極において、 ４ＯＨ- → ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋４ｅ- ・・・（９） の反応が起きる。この場合も、陰極側で除湿され、陽極
側が加湿される式（３）と同じ式を適用することが出来
る。水素イオン交換膜、ＯＨ- 交換膜以外の交換膜につ
いても、除湿もしくは加湿できるイオン交換膜について
は（３）式が適用でき、同様の効果を奏する。
は、イオン交換膜として、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社
製のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（登録商標）
を用いる場合を示したが、他の水素イオン交換膜を用い
ても同様の効果を奏する。これは膜を通しての除湿、加
湿の性能が、膜の外部の気相中の水分含有量で決まり、
これは膜の種類に関係しないためである。イオン交換膜
としてＯＨ- イオン交換膜を用いると、膜中をＯＨ- イ
オンが電導する。この場合には、陰極において、 ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋４ｅ- → ４ＯＨ- ・・・（８） 陽極において、 ４ＯＨ- → ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋４ｅ- ・・・（９） の反応が起きる。この場合も、陰極側で除湿され、陽極
側が加湿される式（３）と同じ式を適用することが出来
る。水素イオン交換膜、ＯＨ- 交換膜以外の交換膜につ
いても、除湿もしくは加湿できるイオン交換膜について
は（３）式が適用でき、同様の効果を奏する。
【００２９】上記の全ての実施の形態では、シリカゲル
を主成分とする可逆性湿度調節剤を用いる場合を示した
が、高分子繊維を用いた可逆性湿度調節剤を用いても同
様の効果を奏する。また、除湿素子５に用いる陽極３と
して、また調湿素子の電極として、チタンエキスパンド
メタルに白金メッキしたものに白金黒を塗布したものを
示したが、触媒を含む多孔質電極であれば同様の効果を
奏する。また、除湿素子５に用いる陰極として、カーボ
ン繊維に白金黒を塗布したものを示したが、この場合
も、触媒を含む多孔質電極であれば同様の効果を奏す
る。
を主成分とする可逆性湿度調節剤を用いる場合を示した
が、高分子繊維を用いた可逆性湿度調節剤を用いても同
様の効果を奏する。また、除湿素子５に用いる陽極３と
して、また調湿素子の電極として、チタンエキスパンド
メタルに白金メッキしたものに白金黒を塗布したものを
示したが、触媒を含む多孔質電極であれば同様の効果を
奏する。また、除湿素子５に用いる陰極として、カーボ
ン繊維に白金黒を塗布したものを示したが、この場合
も、触媒を含む多孔質電極であれば同様の効果を奏す
る。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、この発明においてはイオ
ン交換膜の両側に触媒を含む多孔質電極を付着させた調
湿素子を、可逆性湿度調節剤を内蔵した容器に取付け、
上記調湿素子に印加する電圧を調整する電源を備え、上
記容器内を除湿あるいは加湿して調湿する湿度調整装置
において、上記電源は断続的に電源がＯＮ／ＯＦＦし、
電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］とし、電源ＯＦＦの時間を
ＴOFF ［ｈ］とし、使用温度におけるガス中の水分飽和
絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3 ］とし、上記調湿素子の面積を
Ｓ［ｃｍ2 ］とし、上記可逆性湿度調節剤の重量をｍ
［ｇ］とし、相対湿度１％の変化に対し上記可逆性湿度
調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ］をＭ値［ｇ／
ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON であるように設定するので、電源ＯＮ時には即座に除
湿、加湿の動作を行い所望の調湿作用を示し、電源ＯＦ
Ｆ時には調湿素子を通じて透過する水分を可逆性湿度調
節剤が吸放出するので一定の湿度を保つことができると
いう効果を奏する。このように制御の応答性に優れると
ともに、電源供給を遮断した場合にも調湿性能を維持す
るので省エネルギ−効果を発揮する。
ン交換膜の両側に触媒を含む多孔質電極を付着させた調
湿素子を、可逆性湿度調節剤を内蔵した容器に取付け、
上記調湿素子に印加する電圧を調整する電源を備え、上
記容器内を除湿あるいは加湿して調湿する湿度調整装置
において、上記電源は断続的に電源がＯＮ／ＯＦＦし、
電源ＯＮの時間をＴON［ｈ］とし、電源ＯＦＦの時間を
ＴOFF ［ｈ］とし、使用温度におけるガス中の水分飽和
絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3 ］とし、上記調湿素子の面積を
Ｓ［ｃｍ2 ］とし、上記可逆性湿度調節剤の重量をｍ
［ｇ］とし、相対湿度１％の変化に対し上記可逆性湿度
調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ］をＭ値［ｇ／
ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON であるように設定するので、電源ＯＮ時には即座に除
湿、加湿の動作を行い所望の調湿作用を示し、電源ＯＦ
Ｆ時には調湿素子を通じて透過する水分を可逆性湿度調
節剤が吸放出するので一定の湿度を保つことができると
いう効果を奏する。このように制御の応答性に優れると
ともに、電源供給を遮断した場合にも調湿性能を維持す
るので省エネルギ−効果を発揮する。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る湿度調整装置
を示す装置構成図である。
を示す装置構成図である。
【図２】 この発明で使用される可逆性湿度調節剤の特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図３】 この発明で使用される可逆性湿度調節剤の特
性を示す図表である。
性を示す図表である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る湿度調整装置
の湿度調整データを示す図である。
の湿度調整データを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る湿度調整装置
を示す装置構成図である。
を示す装置構成図である。
【図６】 実施の形態２に係る湿度調整装置の湿度調整
データを示す図である。
データを示す図である。
【図７】 従来の除湿装置を示す装置構成図である。
【図８】 従来の除湿装置による湿度調整データを示す
図である。
図である。
【図９】 従来の除湿装置による湿度調整データを示す
図である。
図である。
１ 容器、２ イオン交換膜、３、４ 触媒を含む多孔
質電極、５ 調湿素子、６ａ、６ｂ 枠、７、１３ 電
源、８ 可逆性湿度調節剤、１１ 湿度センサ、１２
湿度コントローラ。
質電極、５ 調湿素子、６ａ、６ｂ 枠、７、１３ 電
源、８ 可逆性湿度調節剤、１１ 湿度センサ、１２
湿度コントローラ。
Claims (6)
- 【請求項１】 イオン交換膜の両側に触媒を含む多孔質
電極を付着させた調湿素子を、可逆性湿度調節剤を内蔵
した容器に取付け、上記調湿素子に印加する電圧を調整
する電源を備えた湿度調整装置において、上記電源は断
続的に電源がＯＮ／ＯＦＦし、電源ＯＮの時間をＴ
ON［ｈ］、電源ＯＦＦの時間をＴOFF ［ｈ］、使用温度
におけるガス中の水分飽和絶対湿度をρ［ｇ／ｍ3 ］、
上記調湿素子の面積をＳ［ｃｍ2 ］、上記可逆性湿度調
節剤の重量をｍ［ｇ］、相対湿度１％の変化に対し上記
可逆性湿度調節剤１ｋｇ当たりの水分吸放出量［ｇ］を
Ｍ値［ｇ／ｋｇ・％ＲＨ］としたとき、 ２×１０-3×ρ×ＴOFF ＜（Ｍ×ｍ）／Ｓ＜６×１０-3
×ρ×ＴON の関係が成り立つようにしたことを特徴とする湿度調整
装置。 - 【請求項２】 調湿素子に電圧を印加する電源は、極性
を反転できるようになされていることを特徴とする請求
項１記載の湿度調整装置。 - 【請求項３】 容器内に湿度センサを有し、このセンサ
の出力を受けて電源を制御する湿度コントローラを備え
たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の湿度
調整装置。 - 【請求項４】 イオン交換膜は、Ｈ+ イオン交換膜、も
しくはＯＨ- イオン交換膜であることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか一項記載の湿度調整装置。 - 【請求項５】 Ｈ+ イオン交換膜は、弗素系の樹脂を主
鎖に持ちスルホニル基（Ｓ０3 - ）を側鎖に持つ構造で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
一項記載の湿度調整装置。 - 【請求項６】 可逆性湿度調節剤は、シリカゲルを主成
分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
れか一項記載の湿度調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10186748A JP2000015044A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 湿度調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10186748A JP2000015044A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 湿度調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000015044A true JP2000015044A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16193963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10186748A Pending JP2000015044A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 湿度調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000015044A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015094026A (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 株式会社東芝 | 減酸素装置及び冷蔵庫 |
| JP2020082030A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 株式会社リコー | 除湿器及び検出装置 |
-
1998
- 1998-07-02 JP JP10186748A patent/JP2000015044A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015094026A (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 株式会社東芝 | 減酸素装置及び冷蔵庫 |
| JP2020082030A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 株式会社リコー | 除湿器及び検出装置 |
| JP7255150B2 (ja) | 2018-11-30 | 2023-04-11 | 株式会社リコー | 除湿器及び検出装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040224 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040412 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040511 |