JP2014037620A - Device for reducing oxygen, chamber for reducing oxygen and refrigerator - Google Patents

Device for reducing oxygen, chamber for reducing oxygen and refrigerator Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for reducing oxygen which can prevent the occurrence of a flooding phenomenon, and perform CA storage in stable performance.SOLUTION: A device for reducing oxygen 102 using a polymer electrolyte 116 includes an anodic water control part 126 between an anode 118 and a water supply body 128.

Description

本発明の実施形態は、減酸素装置、それを用いた減酸素室、これらを有する冷蔵庫に関するものである。   Embodiments of the present invention relate to an oxygen reduction device, an oxygen reduction chamber using the oxygen reduction device, and a refrigerator having these.

従来より、CA(Controlled Atmosphere)貯蔵方法には、食品業界で多く用いられているガス置換方法、減圧することで酸素を低減する真空方法、高分子電解質膜を用いてCA貯蔵室の酸素を減少させる高分子電解質方法、酸素吸着剤を用いる吸着方法などがある。   Conventionally, the CA (Controlled Atmosphere) storage method includes a gas replacement method that is widely used in the food industry, a vacuum method that reduces oxygen by reducing the pressure, and a polymer electrolyte membrane that reduces oxygen in the CA storage room. For example, a polymer electrolyte method, an adsorption method using an oxygen adsorbent, and the like.

ガス置換方法は、窒素や炭酸ガスに代表されるガスを空気に置き換えて貯蔵するもので、食品や野菜の流通過程での鮮度維持のために広く用いられている。   The gas replacement method is a method in which a gas typified by nitrogen or carbon dioxide gas is stored by being replaced with air, and is widely used for maintaining freshness in the distribution process of food and vegetables.

真空方法は、食品の酸化を防ぐために酸素を減らす方法として減圧する方法であり、性能が真空度と相関するため貯蔵容器の強度や真空ポンプの能力が必要であり、比較的大きな装置となる。   The vacuum method is a method of depressurizing as a method of reducing oxygen in order to prevent oxidation of food. Since the performance correlates with the degree of vacuum, the strength of the storage container and the capacity of the vacuum pump are required, which makes the apparatus relatively large.

酸素吸着剤を用いた方法もガス置換方法と同様に菓子類などの流通過程で広く用いられているが、吸着剤が吸着破過すると効果が無くなり寿命が短い。   The method using an oxygen adsorbent is also widely used in the distribution process of confectionery and the like as in the gas replacement method.

高分子電解質膜方法は、アノードで水を電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが高分子電解質膜内を移動してカソードに到達し、貯蔵容器内の酸素と反応して水を生成することで、酸素を消費する。そのため、圧力変化が少なく貯蔵容器の強度が余り必要ないというメリットがある。   In the polymer electrolyte membrane method, hydrogen is electrolyzed at the anode to form hydrogen ions, and the hydrogen ions move through the polymer electrolyte membrane to reach the cathode and react with oxygen in the storage container to produce water. By consuming oxygen. Therefore, there is a merit that the pressure change is small and the strength of the storage container is not necessary.

特開2004−218924号公報JP 2004-218924 A 特開平9−287869号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-287869 特開平6−184237号公報JP-A-6-184237

しかし、高分子電解質膜方法においては、アノードの水の供給を液体状の水で供給すると、水が高分子電解質膜を移動してカソードに到達してしまい、カソードでの水素イオンと酸素の反応を阻害してしまう、いわゆる「フラッディング現象」を引き起こすため、減酸素反応の性能を低下させるという問題点がある。   However, in the polymer electrolyte membrane method, when the anode water supply is supplied as liquid water, the water moves through the polymer electrolyte membrane and reaches the cathode, and the reaction between hydrogen ions and oxygen at the cathode. This causes a so-called “flooding phenomenon” that hinders the performance of the oxygen reduction reaction.

そこで、本発明の実施形態は、フラッディング現象の発生を防止し、安定した性能のCA貯蔵を行なうことができる減酸素装置、減酸素室及び冷蔵庫を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the embodiment of the present invention is to provide an oxygen reduction device, an oxygen reduction chamber, and a refrigerator that can prevent the occurrence of a flooding phenomenon and perform CA storage with stable performance.

本実施形態は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素空間へ通じるカソードと、前記アノードに通電するアノード集電体と、前記カソードに通電するカソード集電体と、前記アノード側に設けられた水の給水体と、前記アノードと前記給水体との間に設けられ、前記給水体から前記アノードへ移動する水の移動量を抑制するアノード水調整部と、を有する減酸素装置である。   The present embodiment includes a polymer electrolyte membrane, an anode provided on one side of the polymer electrolyte membrane, a cathode provided on the other side of the polymer electrolyte membrane and leading to a reduced oxygen space, and the anode An anode current collector for energizing the cathode, a cathode current collector for energizing the cathode, a water supply body provided on the anode side, provided between the anode and the water supply body, from the water supply body And an anode water adjusting unit that suppresses the amount of water that moves to the anode.

実施形態1の冷蔵庫の側面からの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view from the side of the refrigerator of Embodiment 1. 同じく冷蔵庫の正面からの縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view from the front of a refrigerator similarly. 実施形態1の減酸素装置の拡大縦断面図である。1 is an enlarged longitudinal sectional view of an oxygen reduction device according to Embodiment 1. FIG. 減酸素ユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an oxygen reduction unit. 減酸素装置の正面図である。It is a front view of an oxygen reducing device. 減酸素装置の背面図である。It is a rear view of an oxygen reducing device. 減酸素装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an oxygen reducing device. 冷蔵室下部と野菜室の縦断面図であって、野菜室の扉を閉めた状態である。It is a longitudinal cross-sectional view of a refrigerator compartment lower part and a vegetable compartment, Comprising: It is the state which closed the door of the vegetable compartment. 同じく野菜室の扉を引き出した状態である。Similarly, the vegetable room door is pulled out. 同じく野菜室の扉及び減酸素容器を引き出した状態である。Similarly, the vegetable room door and the oxygen-reducing container are pulled out. 冷蔵庫の冷凍サイクルである。It is a refrigeration cycle of a refrigerator. 冷蔵庫のブロック図である。It is a block diagram of a refrigerator. 実施形態1の変更例1の減酸素装置の拡大縦断面図である。It is an expansion longitudinal cross-sectional view of the oxygen reduction apparatus of the modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の変更例2の減酸素装置の拡大縦断面図である。It is an expanded longitudinal cross-sectional view of the oxygen reduction apparatus of the modification 2 of Embodiment 1. FIG. 実施形態2の減酸素装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the oxygen reduction apparatus of Embodiment 2. 減酸素ユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an oxygen reduction unit. 減酸素装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an oxygen reducing device. 前ケースの斜視図である。It is a perspective view of a front case. 後ケースの半縦断面斜視図である。It is a semi-vertical cross-sectional perspective view of a rear case. 給水装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a water supply apparatus. 試験結果を表した表の図である。It is a figure of the table showing a test result. 実施形態2の変更例1の前ケースの斜視図である。It is a perspective view of the front case of the modification 1 of Embodiment 2. FIG. 実施形態2の変更例2の前ケースの斜視図である。It is a perspective view of the front case of the modification 2 of Embodiment 2. FIG. 実施形態2の変更例3の前ケースの斜視図である。It is a perspective view of the front case of the modification 3 of Embodiment 2. FIG. 実施形態2の変更例4の前ケースの斜視図である。It is a perspective view of the front case of the modification 4 of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の冷蔵庫の一部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫に用いられる減酸素装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the oxygen reduction apparatus used for the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第1の表である。It is a 1st table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第2の表である。It is a 2nd table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第3の表である。It is a 3rd table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第4の表である。It is a 4th table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第5の表である。It is a 5th table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第6の表である。It is a 6th table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第7の表である。It is a 7th table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. FIG. 実施形態3の冷蔵庫における測定結果の第8の表である。It is an 8th table | surface of the measurement result in the refrigerator of Embodiment 3. 実施形態の効果の説明図である。It is explanatory drawing of the effect of embodiment.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、一実施形態の冷蔵庫の減酸素装置について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an oxygen reduction device for a refrigerator according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

実施形態1Embodiment 1

実施形態1の冷蔵庫10の減酸素装置102について図1〜図12に基づいて説明する。本実施形態の冷蔵庫10は減酸素室100を有し、減酸素室100は減酸素装置102を有している。   The oxygen reduction apparatus 102 of the refrigerator 10 of Embodiment 1 is demonstrated based on FIGS. The refrigerator 10 of this embodiment has an oxygen reduction chamber 100, and the oxygen reduction chamber 100 has an oxygen reduction device 102.

(1)冷蔵庫10の構造
冷蔵庫10の構造について図1と図2に基づいて説明する。図1は冷蔵庫10の全体の側面から見た縦断面図であり、図2は同じく正面から見た縦断面図である。
(1) Structure of refrigerator 10 The structure of the refrigerator 10 is demonstrated based on FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view as seen from the side of the entire refrigerator 10, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view as seen from the front.

冷蔵庫10のキャビネット12は断熱箱体であって、内箱と外箱とより形成され、その間に断熱材が充填されている。このキャビネット12内部は、上から順番に冷蔵室14、野菜室16、小型冷凍室18及び冷凍室20を有し、小型冷凍室18の横には製氷室19が設けられている。野菜室16と小型冷凍室18及び製氷室19の間には断熱仕切体36が設けられている。冷蔵室14と野菜室16とは水平な仕切体38によって仕切られている。冷蔵室14の前面には、観音開き式の扉扉14aが設けられ、野菜室16、小型冷凍室18、冷凍室20及び製氷室19にはそれぞれ引出し式の扉16a,18a,20aが設けられている。   The cabinet 12 of the refrigerator 10 is a heat insulation box, and is formed of an inner box and an outer box, and a heat insulating material is filled between the inner box and the outer box. The inside of the cabinet 12 has a refrigerator compartment 14, a vegetable compartment 16, a small freezer compartment 18 and a freezer compartment 20 in order from the top, and an ice making room 19 is provided beside the small freezer compartment 18. A heat insulating partition 36 is provided between the vegetable compartment 16, the small freezer compartment 18 and the ice making compartment 19. The refrigerator compartment 14 and the vegetable compartment 16 are partitioned by a horizontal partition 38. A front door 14a is provided on the front of the refrigerator compartment 14, and drawer doors 16a, 18a, 20a are provided in the vegetable compartment 16, the small freezer compartment 18, the freezer compartment 20, and the ice making compartment 19, respectively. Yes.

キャビネット12の背面底部には、機械室22が設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機24などが載置されている。この機械室22背面上部には、制御板26が設けられている。   A machine room 22 is provided at the bottom of the back surface of the cabinet 12, and a compressor 24 and the like constituting the refrigeration cycle are placed thereon. A control plate 26 is provided on the upper back of the machine room 22.

冷蔵室14の背面下部から野菜室16の背面において、冷蔵用蒸発器(以下、「Rエバ」という)28が設けられ、その下方には冷蔵用送風機(以下、「Rファン」という)30が設けられている。Rエバ28とRファン30とは、エバカバー15で形成されたRエバ室17に配されている。小型冷凍室18の背面から冷凍室20の背面にかけて冷凍用蒸発器(以下、「Fエバ」という)32が設けられ、その上方には冷凍用送風機(以下、「Fファン」という)34が設けられている。Rエバ28で冷却された冷気は、Rファン30によって冷蔵室14及び野菜室16に送風される。Fエバ32で冷却された冷気は、Fファン34によって小型冷凍室18、製氷室19、冷凍室20に送風される。   A refrigeration evaporator (hereinafter referred to as “R EVA”) 28 is provided from the lower back of the refrigerator compartment 14 to the back of the vegetable compartment 16, and a refrigeration blower (hereinafter referred to as “R fan”) 30 is provided below the evaporator. Is provided. The R EVA 28 and the R fan 30 are disposed in an R EVA chamber 17 formed by the EVA cover 15. A freezing evaporator (hereinafter referred to as “F EVA”) 32 is provided from the back of the small freezer 18 to the back of the freezer 20, and a freezing fan (hereinafter referred to as “F fan”) 34 is provided above the evaporator. It has been. The cold air cooled by the R evaporator 28 is sent to the refrigerator compartment 14 and the vegetable compartment 16 by the R fan 30. The cold air cooled by the F evaporator 32 is blown by the F fan 34 to the small freezer compartment 18, the ice making chamber 19, and the freezer compartment 20.

冷蔵室14の背面には、冷蔵室14の庫内温度を検出する冷蔵室用センサ(以下、「Rセンサ」という)が設けられ、冷凍室20の背面には、冷凍室20の庫内温度を検出する冷凍用センサ(以下、「Fセンサ」という)35が設けられている。   A refrigeration room sensor (hereinafter referred to as “R sensor”) for detecting the internal temperature of the refrigeration room 14 is provided on the back surface of the refrigeration room 14, and the internal temperature of the freezer room 20 is provided on the back surface of the freezer room 20. A refrigerating sensor (hereinafter referred to as “F sensor”) 35 is provided.

(2)冷蔵室14と野菜室16
次に、冷蔵室14と野菜室16の構造について説明する。
(2) Cold room 14 and vegetable room 16
Next, the structure of the refrigerator compartment 14 and the vegetable compartment 16 is demonstrated.

図1に示すように、冷蔵室14には、複数の棚40が設けられ、下部には引出し式のチルド容器42を有するチルド室44が設けられている。このチルド室44は低温室であって、肉や魚を収納する。冷蔵室14の扉14aの背面には複数のドアポケット46が設けられている。   As shown in FIG. 1, the refrigerator compartment 14 is provided with a plurality of shelves 40, and a chilled chamber 44 having a drawer-type chilled container 42 is provided at the lower part. The chilled chamber 44 is a low temperature chamber and stores meat and fish. A plurality of door pockets 46 are provided on the back surface of the door 14 a of the refrigerator compartment 14.

図8〜図10に示すように、野菜室16には、引出し式の野菜容器48が設けられ、野菜室16の扉16aの背面から後方に突出した左右一対の移動レール50,50に支持され、左右一対の移動レール50,50は、野菜室16の右内壁と左内壁にそれぞれ設けられた固定レール52,52上を水平方向に移動する。   As shown in FIGS. 8 to 10, the vegetable compartment 16 is provided with a drawer-type vegetable container 48 and is supported by a pair of left and right moving rails 50, 50 protruding rearward from the back surface of the door 16 a of the vegetable compartment 16. The pair of left and right moving rails 50, 50 move in the horizontal direction on fixed rails 52, 52 provided on the right inner wall and the left inner wall of the vegetable compartment 16, respectively.

野菜室16の天井部に当たる仕切体38の後部には、減酸素室100が設けられている。この減酸素室100の後部には、減酸素装置102が設けられている。この減酸素室100と減酸素装置102については後から詳しく説明する。   A hypoxic chamber 100 is provided at the rear of the partition 38 that hits the ceiling of the vegetable compartment 16. An oxygen reduction device 102 is provided at the rear of the oxygen reduction chamber 100. The oxygen reduction chamber 100 and the oxygen reduction device 102 will be described in detail later.

なお、減酸素室100は、チルド室44に設けてもよい。この理由は、チルド室44に収納される肉に含まれる油脂の酸化を防止し、肉などの保存に適するからである。   Note that the oxygen reduction chamber 100 may be provided in the chilled chamber 44. This is because the fats and oils contained in the meat stored in the chilled chamber 44 are prevented from being oxidized and are suitable for storing meat and the like.

(3)減酸素室100
次に、減酸素室100の構造について図1、図8〜図10に基づいて説明する。
(3) Hypoxic chamber 100
Next, the structure of the oxygen reduction chamber 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 8 to 10.

図1に示すように、減酸素室100は、仕切体38に吊り下げられた状態の容器収納部104、この容器収納部104から前方に引出し可能な減酸素容器106、減酸素装置100を有する。   As shown in FIG. 1, the oxygen reduction chamber 100 includes a container storage unit 104 that is suspended from a partition 38, an oxygen reduction container 106 that can be drawn forward from the container storage unit 104, and the oxygen reduction device 100. .

図8〜図10に示すように、容器収納部104は仕切体36に吊り下げられ、容器収納部104の天井面は仕切体36によって構成され、前面は開口し、背面、両側面、底面を有してる。   As shown in FIGS. 8 to 10, the container storage portion 104 is suspended from the partition body 36, the ceiling surface of the container storage portion 104 is configured by the partition body 36, the front surface is open, and the back surface, both side surfaces, and the bottom surface are covered. I have it.

図8〜図10に示すように、減酸素容器106は、開口した容器収納部104の前面から引出し可能であり、減酸素容器106の前面が扉108を兼ねている。この扉108の背面の四周には、額縁状のガスケット110が設けられ、減酸素容器106を容器収納部104に収納したときに減酸素室100を密閉状態にする。   As shown in FIGS. 8 to 10, the oxygen reduction container 106 can be pulled out from the front surface of the opened container housing portion 104, and the front surface of the oxygen reduction container 106 also serves as the door 108. A frame-like gasket 110 is provided on the four circumferences of the back surface of the door 108, and the oxygen reduction chamber 100 is hermetically sealed when the oxygen reduction container 106 is stored in the container storage portion 104.

図8〜図10に示すように、食品収納検出手段であるCOセンサ72が、容器収納部104の背面前側に設けられている。このCOセンサ72は、減酸素室100に野菜などの食品58が収納され、その野菜が呼吸を行なってCOを排出すると、その排出したCOを検出して信号を出力する。これにより、減酸素室100内部に食品58が収納されたことを検出できる。なお、食品収納検出手段としては、重量センサ、赤外線センサなどを用いてもよい。 As shown in FIGS. 8 to 10, a CO 2 sensor 72 as food storage detection means is provided on the front side of the back surface of the container storage unit 104. When the food 58 such as vegetables is stored in the oxygen reduction chamber 100 and the vegetables breathe and discharge CO 2 , the CO 2 sensor 72 detects the discharged CO 2 and outputs a signal. Thereby, it can be detected that the food 58 is stored in the oxygen reduction chamber 100. Note that a weight sensor, an infrared sensor, or the like may be used as the food storage detection means.

図8〜図10に示すように、容器収納部104の背面後側には、通気孔112が開口し、この通気孔112の位置に減酸素装置102が取り付けられている。   As shown in FIGS. 8 to 10, a vent hole 112 is opened on the rear rear side of the container housing portion 104, and the oxygen reduction device 102 is attached to the position of the vent hole 112.

(4)減酸素装置102
次に、減酸素装置102の構造について図3〜図7に基づいて説明する。
(4) Oxygen reduction device 102
Next, the structure of the oxygen reduction device 102 will be described with reference to FIGS.

高分子電解質膜方法を利用した減酸素装置102は、断熱性を有する箱型のケース114の内部に、減酸素ユニット115が設けられている。   In the oxygen reduction device 102 using the polymer electrolyte membrane method, an oxygen reduction unit 115 is provided inside a box-shaped case 114 having heat insulation properties.

(4−1)減酸素ユニット115
まず、減酸素ユニット115について、図3及び図4に基づいて説明する。図3は、減酸素装置102の縦断面図であり、図4は減酸素ユニット115の分解斜視図である。なお、図3及び図4において、各部材の厚みは薄いものであるが、説明を判り易くするために、その厚みを拡大して記載している。
(4-1) Oxygen reduction unit 115
First, the oxygen reduction unit 115 is demonstrated based on FIG.3 and FIG.4. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the oxygen reduction device 102, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the oxygen reduction unit 115. In FIGS. 3 and 4, the thickness of each member is thin, but the thickness is enlarged and described for easy understanding.

高分子電解質膜(以下、単に「電解質膜」という)116が縦方向に設けられ、電解質膜116の後部にはアノード118が設けられ、電解質膜116の前部にはカソード120が設けられている。カソード120は、カーボン触媒とカーボンペーパーを積層したものである。また、アノード118とカソード120には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜116、アノード118及びカソード120がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード118の後方にはプラス側のアノード集電体122が設けられ、カソード120の前方にはマイナス側のカソード集電体124が設けられている。両集電体122,124は、表面に白金メッキを行なったメッシュ状のチタン膜であり、アノード集電体122はアノード118にプラス通電を行い、カソード集電体124はカソード120にマイナス通電を行う。両集電体122,124は電線158,160から通電される。また、両集電体122,124が接触しないようにするために、絶縁体125が両集電体122,124の間に設けられている。この絶縁体125は額縁状であって、電解質膜116とアノード118とカソード120がその内部に収納されている。   A polymer electrolyte membrane (hereinafter simply referred to as “electrolyte membrane”) 116 is provided in the vertical direction, an anode 118 is provided at the rear of the electrolyte membrane 116, and a cathode 120 is provided at the front of the electrolyte membrane 116. . The cathode 120 is a laminate of a carbon catalyst and carbon paper. Further, platinum catalyst is supported on the anode 118 and the cathode 120, respectively. The electrolyte membrane 116, the anode 118, and the cathode 120 are integrally joined using a hot press or the like. A positive anode current collector 122 is provided behind the anode 118, and a negative cathode current collector 124 is provided in front of the cathode 120. Both current collectors 122 and 124 are mesh-like titanium films whose surfaces are plated with platinum. The anode current collector 122 performs positive energization on the anode 118, and the cathode current collector 124 provides negative energization on the cathode 120. Do. Both current collectors 122 and 124 are energized from electric wires 158 and 160. Further, an insulator 125 is provided between the current collectors 122 and 124 so that the current collectors 122 and 124 do not contact each other. The insulator 125 has a frame shape, and the electrolyte membrane 116, the anode 118, and the cathode 120 are accommodated therein.

アノード集電体122の後方には、撥水層126が設けられている。この撥水層126は、額縁状のガスケット126内部に設けられている。また、カソード集電体124の前方にも撥水層130が設けられ、この撥水層130も額縁状のガスケット131内部に設けられている。撥水層126,130としては、高分子フィルムを用いる。多くの高分子フィルムは撥水性であるが、水蒸気を透過させる必要があるため、材料によっては厚さの調整が必要であり、液体状の水を透過せずに気体状の水である水蒸気を透過させる性質としては、PTFEフィルム、PFAなどのフッ素系の樹脂フィルム、撥水性の樹脂を用いた不織布などが好ましい。   A water repellent layer 126 is provided behind the anode current collector 122. The water repellent layer 126 is provided inside the frame-shaped gasket 126. A water repellent layer 130 is also provided in front of the cathode current collector 124, and the water repellent layer 130 is also provided inside the frame-shaped gasket 131. As the water repellent layers 126 and 130, polymer films are used. Although many polymer films are water-repellent, it is necessary to permeate water vapor. Therefore, depending on the material, it is necessary to adjust the thickness, and water vapor, which is gaseous water, does not permeate liquid water. As the property of permeation, a fluorine resin film such as PTFE film or PFA, a nonwoven fabric using a water-repellent resin, or the like is preferable.

撥水層126の後方には、シート状の給水体128が配されている。この給水体128としては例えば、不織布などである。   A sheet-like water supply body 128 is disposed behind the water-repellent layer 126. As this water supply body 128, it is a nonwoven fabric etc., for example.

以上により、本実施形態では、アノード水調整部が撥水層126であり、カソード水調整部が撥水層130となる。   As described above, in this embodiment, the anode water adjusting unit is the water repellent layer 126 and the cathode water adjusting unit is the water repellent layer 130.

上記のようにして順番に積層した減酸素セルを、前後一対の固定部材132と固定部材134によって挟持して固定する。アノード側に配される後方の固定部材132は直方体形状を成し、下部に断面長方形の排気口136を有する。この排気口136は、図3に示すように、前後方向に貫通している。一方、カソード側に取り付ける前方の固定部材134も直方体形状を成し、中央部に開口部138を有する。この開口部138は、縦方向の貫通したスリット状の孔が複数並んだ短冊状を成している。この開口部138が、容器収納部104の通気孔112の位置に対応する。   The oxygen reduction cells stacked in order as described above are sandwiched and fixed by a pair of front and rear fixing members 132 and 134. The rear fixing member 132 disposed on the anode side has a rectangular parallelepiped shape, and has an exhaust port 136 having a rectangular cross section at the bottom. As shown in FIG. 3, the exhaust port 136 penetrates in the front-rear direction. On the other hand, the front fixing member 134 attached to the cathode side also has a rectangular parallelepiped shape, and has an opening 138 at the center. The opening 138 has a strip shape in which a plurality of slit-like holes penetrating in the vertical direction are arranged. The opening 138 corresponds to the position of the vent hole 112 of the container storage unit 104.

以上の部材により、減酸素ユニット115が構成されている。固定部材132と固定部材134とは、不図示の数本のネジによって固定されている。そして、固定部材132と固定部材134は、挟んだ各部材の反りかえりを防止するため、剛性が必要な例えばABS樹脂によって形成されている。   The oxygen reduction unit 115 is comprised by the above member. The fixing member 132 and the fixing member 134 are fixed by several screws (not shown). The fixing member 132 and the fixing member 134 are formed of, for example, ABS resin that requires rigidity in order to prevent warping of each of the sandwiched members.

また、減酸素ユニット115において、図3に示すように、撥水層130を有したガスケット131とカソード集電体124とカソード120の側面が、樹脂によってシールされパッキングされている。   In the oxygen reduction unit 115, as shown in FIG. 3, the gasket 131 having the water repellent layer 130, the cathode current collector 124, and the side surfaces of the cathode 120 are sealed and packed with resin.

固定部材132と固定部材134の前後方向の厚さは例えば10mmであり、給水体128の厚みは例えば0.2mm、撥水層126と撥水層130の厚みは例えば0.2mm、ガスケット127とガスケット131の厚みはそれぞれ例えば0.2mm、アノード118の厚みは例えば0.25mm、電解質膜116の厚みが例えば0.2mm、カソード120の厚みが例えば0.25mm、絶縁体126の厚みが例えば0.7mm、アノード集電体122とカソード集電体124の厚みはそれぞれ例えば0.5mmである。   The thickness in the front-rear direction of the fixing member 132 and the fixing member 134 is, for example, 10 mm, the thickness of the water supply body 128 is, for example, 0.2 mm, the thickness of the water-repellent layer 126 and the water-repellent layer 130 is, for example, 0.2 mm, The thickness of the gasket 131 is 0.2 mm, the thickness of the anode 118 is 0.25 mm, the thickness of the electrolyte membrane 116 is 0.2 mm, the thickness of the cathode 120 is 0.25 mm, and the thickness of the insulator 126 is 0, for example. The thickness of the anode current collector 122 and the cathode current collector 124 is 0.5 mm, for example.

(4−2)ケース114
上記で説明した減酸素ユニット115が、箱型のケース114内部に収納されている。このケース114について図5〜図7に基づいて説明する。図5は、ケース114の正面図、図6は背面図、図7は縦断面図である。
(4-2) Case 114
The oxygen reduction unit 115 described above is accommodated in a box-shaped case 114. The case 114 will be described with reference to FIGS. 5 is a front view of the case 114, FIG. 6 is a rear view, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view.

ケース114は、断熱性部材によって形成され。例えば厚さとしては5mmである。ケース114は、減酸素ユニット115を収納するためのユニット収納部140と、ユニット収納部140の側方に設けられた水通過部142とより構成されている。筒型の水通過部142は、その内部にイオン交換樹脂よりなる浄水部144が設けられている。Rエバ28で発生した結露水が、ホース56を経て、ポンプ146によって給水パイプ152から水通過部142の上面に供給される。イオン交換樹脂の浄水部144で浄水された水は、水通過部142の底面からユニット収納部140の下部に流れ込む。ユニット収納部140の下部は、図7に示すように、中央部ほど下方に傾斜した水保持部148を有し、この水保持部148に浄水部144から流れ出た水が溜まる。   Case 114 is formed of a heat insulating member. For example, the thickness is 5 mm. The case 114 includes a unit storage portion 140 for storing the oxygen reduction unit 115 and a water passage portion 142 provided on the side of the unit storage portion 140. The cylindrical water passage part 142 is provided with a water purification part 144 made of an ion exchange resin. Condensed water generated in the R-eva 28 is supplied from the water supply pipe 152 to the upper surface of the water passage portion 142 by the pump 146 through the hose 56. The water purified by the ion exchange resin water purifier 144 flows from the bottom surface of the water passage 142 into the lower part of the unit housing 140. As shown in FIG. 7, the lower part of the unit storage part 140 has a water holding part 148 that is inclined downward toward the center, and the water flowing out from the water purifying part 144 accumulates in the water holding part 148.

ケース114の背面には、図6に示すように、減酸素ユニット115によって発生した酸素を拡散させる拡散口150と、水保持部148から溢れ出た水を外に流すための排水パイプ154が接続されている。この排水パイプ154からの水は、例えば蒸発皿などに排水される。   As shown in FIG. 6, a diffusion port 150 for diffusing oxygen generated by the oxygen reduction unit 115 and a drain pipe 154 for allowing the water overflowing from the water holding unit 148 to flow outside are connected to the back surface of the case 114. Has been. The water from the drain pipe 154 is drained to an evaporating dish, for example.

水保持部148に溜まった水には、減酸素ユニット115から垂れ下がった給水体128が浸されている。なお、水保持部148がスポンジなどの保水部材に水を保水させて給水体128を兼ねてもよい。水の供給方法は、上から水を滴下したり、空気中の湿気を潮解性物質で坦時することで保水してもよい。   A water supply body 128 that hangs down from the oxygen reduction unit 115 is immersed in the water accumulated in the water holding unit 148. The water holding unit 148 may also serve as the water supply body 128 by holding water in a water holding member such as a sponge. As a water supply method, water may be retained by dropping water from above or by carrying moisture in the air with a deliquescent substance.

減酸素ユニット115の固定部材134は容器収納部104の背面に固定され、ケース114も容器収納部104に固定されている。   The fixing member 134 of the oxygen reduction unit 115 is fixed to the back surface of the container storage unit 104, and the case 114 is also fixed to the container storage unit 104.

(5)冷凍サイクル
次に、冷凍サイクルの構造について、図11に基づいて説明する。
(5) Refrigeration cycle Next, the structure of the refrigeration cycle will be described with reference to FIG.

冷凍サイクルは、圧縮機24の吐出側から順番に凝縮器60、三方弁62が接続されている。三方弁62の一方の出口には冷蔵用キャピラリーチューブ64とRエバ28が接続されている。三方弁62の他方の出口には冷凍用キャピラリーチューブ66とFエバ32が接続されている。その後に冷媒流路は一つになりサクションパイプ68を経て圧縮機24の吸入側に至る。冷媒は圧縮機24で圧縮されて、高温高圧の気体状の冷媒に変化し、凝縮器60で放熱しながら液体状となる。液体状の冷媒は、三方弁62によって冷蔵用キャピラリーチューブ64又は冷凍用キャピラリーチューブ66に送られ、ここで気化し易いように減圧され、その後にRエバ28又はFエバ32で気化し、周囲から熱を奪うことにより冷気が発生する。   In the refrigeration cycle, a condenser 60 and a three-way valve 62 are connected in order from the discharge side of the compressor 24. A refrigeration capillary tube 64 and an R-eva 28 are connected to one outlet of the three-way valve 62. The other outlet of the three-way valve 62 is connected to the freezing capillary tube 66 and the F-evapor 32. Thereafter, the refrigerant flow path becomes one, and reaches the suction side of the compressor 24 through the suction pipe 68. The refrigerant is compressed by the compressor 24 to be changed into a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant, and becomes a liquid state while releasing heat from the condenser 60. The liquid refrigerant is sent to the refrigeration capillary tube 64 or the freezing capillary tube 66 by the three-way valve 62, where it is depressurized so as to be easily vaporized, and then vaporized by the R EVA 28 or F EVA 32, and from the surroundings. Cold is generated by taking away heat.

(6)冷蔵庫10の電気的構成
次に、冷蔵庫10の電気的構成について、図12のブロック図に基づいて説明する。
(6) Electrical configuration of refrigerator 10 Next, the electrical configuration of the refrigerator 10 will be described based on the block diagram of FIG.

制御板26には、マイクロコンピュータよりなる制御部70が設けられている。この制御部70には、圧縮機24、三方弁62、Rファン30、Fファン34、減酸素装置102、ポンプ103、Rセンサ31、Fセンサ35及びCOセンサ72が接続されている。 The control plate 26 is provided with a control unit 70 made of a microcomputer. The control unit 70 is connected to the compressor 24, the three-way valve 62, the R fan 30, the F fan 34, the oxygen reducing device 102, the pump 103, the R sensor 31, the F sensor 35, and the CO 2 sensor 72.

この制御部70は、圧縮機24のインバータモータと三方弁62を用いて上記で説明した冷凍サイクルを制御し、冷蔵室14を2℃〜4℃、野菜室を5℃〜7℃及びチルド室44を0℃〜1℃に制御し、小型冷凍室18、製氷室19、冷凍室20を−20℃〜−25℃に制御する。   This control part 70 controls the refrigerating cycle demonstrated above using the inverter motor of the compressor 24, and the three-way valve 62, the refrigerator compartment 14 is 2 degreeC-4 degreeC, the vegetable room is 5 degreeC-7 degreeC, and a chilled room 44 is controlled to 0 ° C. to 1 ° C., and the small freezer 18, ice making chamber 19 and freezer 20 are controlled to −20 ° C. to −25 ° C.

(7)減酸素装置102の動作状態
減酸素装置102の動作状態について図3〜図10に基づいて説明する。
(7) Operation State of Oxygen Reduction Device 102 The operation state of the oxygen reduction device 102 will be described with reference to FIGS.

まず、図8に示すように、野菜室16を冷却する場合には、野菜室16の扉16aが閉じられ、減酸素室100に関しては、減酸素容器106が容器収納部104に収納されている。減酸素容器106が容器収納部104に収納されていると、シール手段であるガスケット110によって減酸素室100内部は密閉空間となる。   First, as shown in FIG. 8, when the vegetable compartment 16 is cooled, the door 16 a of the vegetable compartment 16 is closed, and the oxygen-reducing chamber 106 is housed in the container housing portion 104 for the oxygen-reducing chamber 100. . When the oxygen reduction container 106 is stored in the container storage portion 104, the inside of the oxygen reduction chamber 100 becomes a sealed space by the gasket 110 which is a sealing means.

次に、図7に示すように、ポンプ146が、Rエバ28で発生した除霜水をホース56、給水パイプ152を介して水通過部142の上部に供給する。供給された水は、水通過部142内部の浄水部144を通って水通過部142の底部から流れ出て水保持部148に溜まる。水保持部148の水に浸けられている給水体128が、溜まった水を吸い上げる。   Next, as shown in FIG. 7, the pump 146 supplies the defrost water generated by the R EVA 28 to the upper part of the water passage part 142 via the hose 56 and the water supply pipe 152. The supplied water flows out from the bottom of the water passage portion 142 through the water purification portion 144 inside the water passage portion 142 and accumulates in the water holding portion 148. The water supply body 128 immersed in the water of the water holding unit 148 sucks up the accumulated water.

次に、図8に示すように、減酸素室100に食品58を収納すると、食品58が呼吸を行なってCOを排出する。すると、食品収納検出手段であるCOセンサ72がそのCOを検出し、制御部70が、両集電体122,124に対し通電を開始するか、又は、通電している電流値を大きくする。さらに、この減酸素室100の庫内温度が、チルド室44の庫内温度1℃より高くなっている。すなわち、減酸素室100は、野菜室16内部に設けられているため、野菜室16の庫内温度と同じになり、例えば5℃〜7℃になる。これにより収納した野菜などの食品58は、庫内温度が低過ぎることによる低温障害を防止できる。 Next, as shown in FIG. 8, when the food 58 is stored in the oxygen reduction chamber 100, the food 58 breathes and emits CO 2 . Then, the CO 2 sensor 72 serving as food storage detection means detects the CO 2 , and the control unit 70 starts energization of both the current collectors 122 and 124 or increases the value of the energized current. To do. Further, the internal temperature of the oxygen-reducing chamber 100 is higher than the internal temperature 1 ° C. of the chilled chamber 44. That is, since the oxygen-reducing chamber 100 is provided inside the vegetable compartment 16, it becomes the same as the inside temperature of the vegetable compartment 16, for example, 5 ° C to 7 ° C. As a result, the food 58 such as vegetables stored therein can prevent a low-temperature failure due to the internal temperature being too low.

次に、図3、図4に示すように、減酸素容器106の空気が、減酸素室100の通気孔112、固定部材134の開口部138を経て供給され、両集電体122,124が通電されているので、流入した空気から減酸素が行われ、減酸素室100がCA貯蔵室となる。アノード118とカソード120では次の式(1)と式(2)のような減酸素反応が行なわれる。   Next, as shown in FIGS. 3 and 4, the air in the oxygen reduction container 106 is supplied through the vent 112 of the oxygen reduction chamber 100 and the opening 138 of the fixing member 134, and the current collectors 122 and 124 are connected to each other. Since it is energized, oxygen is reduced from the air that flows in, and the oxygen reduction chamber 100 becomes the CA storage chamber. In the anode 118 and the cathode 120, the oxygen reduction reaction as shown in the following formulas (1) and (2) is performed.


アノード・・・2HO→O+4H+4e ・・・(1)

カソード・・・O+4H+4e→2HO ・・・(2)

この減酸素反応式を説明すると、給水体128から撥水層126を通過した水蒸気をアノード118で電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが電解質膜116内を移動してカソード120に到達し、減酸素室100内部の酸素と反応して水を生成し、酸素を消費する。これにより、減酸素容器106内部において減酸素が行われ、食品58をCA貯蔵できる。

Anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e (1)

Cathode ... O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)

Explaining this oxygen reduction reaction formula, water vapor that has passed through the water-repellent layer 126 from the water supply body 128 is electrolyzed at the anode 118 to form hydrogen ions, which move through the electrolyte membrane 116 and reach the cathode 120. Then, it reacts with oxygen inside the oxygen-reducing chamber 100 to generate water and consumes oxygen. Thereby, oxygen reduction is performed inside the oxygen reduction container 106, and the food 58 can be stored in CA.

次に、図3、図6、図7に示すように、減酸素ユニット115のアノード118で発生した酸素が、まず固定部材132の排気口136を通過し、その後に拡散口150から拡散される。   Next, as shown in FIGS. 3, 6, and 7, oxygen generated at the anode 118 of the oxygen reduction unit 115 first passes through the exhaust port 136 of the fixing member 132 and then diffuses from the diffusion port 150. .

ここで、撥水層126は、給水体128からアノード118に移動する水の移動量を抑制して移動させず、気体状の水蒸気のみ透過させる。これにより、アノード118への液体の水の浸入を防ぎ、フラッディング現象を防止できる。   Here, the water-repellent layer 126 suppresses the amount of water that moves from the water supply body 128 to the anode 118 and does not move the water-repellent layer 126 and allows only gaseous water vapor to pass therethrough. This prevents liquid water from entering the anode 118 and prevents flooding.

また、カソード120の前方にも撥水層130を設けることにより、減酸素室100を減酸素した場合にカソード120に水が発生するが、この水は化学反応によって作られた純水である。この生成された水はカソード120に溜まり、アノード118よりも水が多くなるので、この水は電解質膜116を通ってアノード118へ戻る現象(バックディフュージョン現象)が起こる。そのため、純水をアノード118側へ供給でき、給水体128への供給量を減少させることができる。   Further, by providing the water repellent layer 130 in front of the cathode 120, water is generated in the cathode 120 when the oxygen reducing chamber 100 is deoxygenated. This water is pure water produced by a chemical reaction. The generated water accumulates at the cathode 120 and more water than the anode 118, so that the water returns to the anode 118 through the electrolyte membrane 116 (back diffusion phenomenon). Therefore, pure water can be supplied to the anode 118 side, and the supply amount to the water supply body 128 can be reduced.

なお、制御部70は、減酸素装置102による酸素濃度を下げる場合に10%以下にしないように制御している。これは、野菜などの食品58の保存には10%の酸素濃度でも充分な効果があり、10%以下にするには大きな電力消費が必要であり、また、減酸素された空気をユーザが万が一呼吸してしまった場合に人体への影響が好ましくないからである。   Note that the control unit 70 controls the oxygen concentration by the oxygen reduction device 102 so that it is not less than 10%. This is effective even when the oxygen concentration of 10% is sufficient for the preservation of the food 58 such as vegetables, and a large amount of power is required to reduce the concentration to 10% or less. This is because the influence on the human body is undesirable when breathing.

次に、図9に示すように、野菜室16の扉16aを前方に引き出すと、野菜容器48も前方に移動する。しかし、減酸素室100の減酸素容器106は、容器収納部104に収納された状態であるため、減酸素状態を維持する。   Next, as shown in FIG. 9, when the door 16a of the vegetable compartment 16 is pulled forward, the vegetable container 48 also moves forward. However, since the oxygen reduction container 106 of the oxygen reduction chamber 100 is stored in the container storage unit 104, the oxygen reduction state is maintained.

次に、図10に示すように、減酸素室100の減酸素容器106を前方に引き出すと、減酸素状態が解除され、減酸素容器106に収納されている食品58を取り出すことができる。   Next, as shown in FIG. 10, when the oxygen reduction container 106 of the oxygen reduction chamber 100 is pulled forward, the oxygen reduction state is released and the food 58 stored in the oxygen reduction container 106 can be taken out.

(8)効果
本実施形態によれば、減酸素装置102のケース114が断熱性を有するため、減酸素ユニット115で電気分解が行なわれ、それによって発生した熱が、野菜室16に伝わることがない。そのため、野菜室16の庫内温度を上げることがない。
(8) Effect According to this embodiment, since the case 114 of the oxygen reduction device 102 has heat insulation properties, electrolysis is performed in the oxygen reduction unit 115, and heat generated thereby can be transmitted to the vegetable compartment 16. Absent. Therefore, the internal temperature of the vegetable compartment 16 is not increased.

また、拡散口150はケース114の背面下部に設けられているため、電気反応により発生した熱はユニット収納部140の上部に溜まり、下部にある拡散口150から熱が外に伝わることがない。また、酸素は分子量32の分子であり、空気よりも重く下方向に拡散することが予測されるため、排気口136と拡散口150を減酸素装置102の下部に設けることが効率的となる。   In addition, since the diffusion port 150 is provided at the lower back of the case 114, the heat generated by the electric reaction is accumulated at the upper part of the unit housing portion 140, and the heat is not transmitted to the outside from the diffusion port 150 at the lower part. Further, since oxygen is a molecule having a molecular weight of 32 and is expected to be heavier than air and diffuse downward, it is efficient to provide the exhaust port 136 and the diffusion port 150 below the oxygen reduction device 102.

また、断熱性を有するケース114に減酸素ユニット115が囲まれているため、ケース114内部は電気分解の熱によって暖かく、給水体128で吸い上げられた水が蒸発し易く、安定的な水素イオンの供給が可能となる。   Further, since the oxygen reduction unit 115 is surrounded by the heat insulating case 114, the inside of the case 114 is warmed by the heat of electrolysis, and the water sucked up by the water supply body 128 is easily evaporated, and stable hydrogen ions Supply becomes possible.

また、ケース114内部に水保持部148を有しているため、水を溜めるための特別な部品やスペースが不要である。   Further, since the water holding portion 148 is provided inside the case 114, no special parts or space for storing water is required.

また、カソード120の側面が樹脂156によって密閉されているため、減酸素容器106における空気を通気孔112、開口部138を経て供給され、その空気の中から酸素のみを水に変換できる。   Further, since the side surface of the cathode 120 is sealed with the resin 156, air in the oxygen reduction container 106 is supplied through the vent 112 and the opening 138, and only oxygen can be converted into water from the air.

また、固定部材132と固定部材134によって電解質膜116、アノード118、カソード120、両集電体122,124、撥水層126,130を挟持しているため、これら部材を一体に固定できる。各部材は薄い層であるが、両側から固定部材132,134によって挟持しているため、反りかえりが起こることがなく各部材の均一な接触を確保できる。特に、固定部材132と固定部材134とは、各部材に当たる部分の剛性が強く、各部材の反りかえりの防止ができる。そのため、接触面積を均一に確保できる。   Further, since the electrolyte membrane 116, the anode 118, the cathode 120, the current collectors 122 and 124, and the water repellent layers 126 and 130 are sandwiched by the fixing member 132 and the fixing member 134, these members can be fixed integrally. Although each member is a thin layer, since it is clamped by the fixing members 132 and 134 from both sides, uniform contact of each member can be ensured without warping back. In particular, the fixing member 132 and the fixing member 134 have a strong rigidity at the portion that hits each member, and can prevent warping of each member. Therefore, a uniform contact area can be ensured.

また、カソード120側の固定部材134の開口部138は短冊状であるため、カソード124を押圧する強度はそのまま保持でき、かつ、酸素が通過する開口面積を確保できる。   Further, since the opening 138 of the fixing member 134 on the cathode 120 side has a strip shape, the strength for pressing the cathode 124 can be maintained as it is, and an opening area through which oxygen passes can be secured.

また、水通過部142内部にイオン交換樹脂の浄水部144を設けているので、給水体128に供給する水は、除霜水の水質による影響を取り除くことができ、減酸素装置102の劣化を防止できる。   Moreover, since the water purifying part 144 of the ion exchange resin is provided in the water passage part 142, the water supplied to the water supply body 128 can remove the influence due to the water quality of the defrost water, and the deterioration of the oxygen reduction apparatus 102 can be prevented. Can be prevented.

また、減酸素室100の庫内温度が、チルド室44の庫内温度以上になるように、減酸素室100は野菜室16内部に設けられている。そのため、その庫内温度は5℃〜7℃になり、減酸素室100に収納された野菜などの食品58が低温障害をを起こすことがない。一方、チルド室44は、通常1℃程度に庫内温度が制御され、肉や魚を冷凍せずに長期保存できる。   Further, the oxygen-reducing chamber 100 is provided inside the vegetable compartment 16 so that the temperature inside the oxygen-reducing chamber 100 is equal to or higher than the temperature inside the chilled chamber 44. Therefore, the internal temperature becomes 5 ° C. to 7 ° C., and the food 58 such as vegetables stored in the oxygen reduction chamber 100 does not cause a low temperature failure. On the other hand, the chilled chamber 44 is normally controlled at a temperature of about 1 ° C., and can store meat and fish for a long time without freezing.

また、減酸素室100に食品58を収納すると、食品58が呼吸を行なってCOを排出ので、COセンサ72がそのCOを検出し、制御部70が、両集電体122,124に対し通電を開始するか、又は、通電している電流値を大きくする。これにより食品58を収納するまでは節電できる。 When the food 58 is stored in the hypoxic chamber 100, the food 58 breathes and discharges CO 2 , so the CO 2 sensor 72 detects the CO 2 , and the control unit 70 detects both the current collectors 122 and 124. Is energized, or the energized current value is increased. Thus, power can be saved until the food 58 is stored.

また、撥水層126を設けることにより、給水体128からアノード118への水の浸入を防ぎ、水蒸気のみ透過させることができるため、フラッディング現象を防止できる。   In addition, by providing the water repellent layer 126, water can be prevented from entering the anode 118 from the water supply body 128 and only water vapor can be transmitted, so that the flooding phenomenon can be prevented.

また、撥水層126として高分子フィルムを用いているため、供給する水にミネラルなどの不純物が有ったとしても遮断し、電解質膜116を劣化させる現象も防止できる。さらに、高分子フィルムであると、撥水性能に劣化が無く長寿命を得ることができる。   In addition, since a polymer film is used as the water repellent layer 126, even if there is an impurity such as a mineral in the supplied water, a phenomenon that the electrolyte membrane 116 is deteriorated can be prevented by blocking. Further, when the polymer film is used, the water repellent performance is not deteriorated and a long life can be obtained.

また、撥水層130を設けることにより、カソード120で発生した水がアノード118に流れることにより、純水をアノード118へ供給することができ、給水体128からの供給量を減少させることができる。さらに、カソード120で発生した水が減酸素室100内に戻ることがないため、減酸素室100内部で冷却されて結露して、食品58の腐食を促進することを防止できる。   Further, by providing the water repellent layer 130, the water generated at the cathode 120 flows to the anode 118, whereby pure water can be supplied to the anode 118, and the supply amount from the water supply body 128 can be reduced. . Furthermore, since water generated in the cathode 120 does not return into the oxygen reduction chamber 100, it is possible to prevent the food 58 from being accelerated by being cooled and condensed in the oxygen reduction chamber 100.

また、Rエバ28から発生した除霜水を用いているため、ユーザが一定の周期で給水体128に水を入れることが不要であり、ユーザが水を入れ忘れたりして、減酸素装置102の劣化を促進させることがない。すなわち、減酸素装置102の劣化を考えると、供給する液体は純水に近い方が良く、どの家庭でも入手できる水道水では塩素やミネラルが劣化を促進させる。これに対し、除霜水は水蒸気が冷却されてできた水であり、Rエバ28上で若干の金属成分の溶解があるものの、水道水に比べて不純物がかなり低減されているので、減酸素装置102の劣化を防止できる。また、除霜水を減酸素装置102に供給することで、機械室22に設けられている蒸発皿に導かれて熱で水蒸気になり、放出される量を低減できる。   Further, since defrosted water generated from the R-eva 28 is used, it is not necessary for the user to add water to the water supply body 128 at a constant cycle, and the user forgets to add water. Does not promote deterioration. That is, considering the deterioration of the oxygen reduction device 102, the supplied liquid should be close to pure water, and chlorine and minerals promote deterioration in tap water available in any household. On the other hand, defrost water is water formed by cooling water vapor, and although some metal components are dissolved on R EVA 28, impurities are considerably reduced compared with tap water. Deterioration of the device 102 can be prevented. Moreover, by supplying defrost water to the oxygen reduction apparatus 102, it is led to the evaporating dish provided in the machine room 22 to be converted into water vapor by heat, and the amount released can be reduced.

また、減酸素室100が野菜室16内部に固定され、この固定された減酸素室100の背面に減酸素装置102が固定されている。そのため、野菜室16の扉16aが開いても減酸素室100は固定されたままである。そして、減酸素保存された食品58を取り出すときには扉108を開放することによって減酸素容器106内の食品58を取り出すことができる。このような構造にすることによって、減酸素装置102の両集電体122,124に接続する電気配線、給水パイプ152、排水パイプ154を移動させる必要がなく、また、減酸素装置102と減酸素室100の気密シール構造を簡素化でき、設計の自由度が増す。   Further, the oxygen reduction chamber 100 is fixed inside the vegetable chamber 16, and an oxygen reduction device 102 is fixed to the back surface of the oxygen reduction chamber 100. Therefore, even if the door 16a of the vegetable compartment 16 is opened, the oxygen reduction chamber 100 remains fixed. Then, when taking out the food 58 stored with reduced oxygen, the food 58 in the oxygen reduction container 106 can be taken out by opening the door 108. With such a structure, it is not necessary to move the electrical wiring, the water supply pipe 152, and the drain pipe 154 that are connected to the current collectors 122 and 124 of the oxygen reduction device 102, and the oxygen reduction device 102 and the oxygen reduction device 102 are not moved. The hermetic seal structure of the chamber 100 can be simplified, and the degree of freedom in design increases.

(9)変更例1
実施形態1の変更例1について図13に基づいて説明する。
(9) Modification 1
A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.

実施形態1では、カソード120側のみ樹脂156によって覆っていたが、本変更例では、固定部材132と固定部材134との間の部品と側面を全て樹脂156によって密閉する。   In the first embodiment, only the cathode 120 side is covered with the resin 156, but in this modified example, the parts and side surfaces between the fixing member 132 and the fixing member 134 are all sealed with the resin 156.

これによって、他の部分からの酸素の流入がなく、より確実に減酸素ユニット115によって、減酸素容器106内部の酸素を減らすことができる。   Thereby, there is no inflow of oxygen from other parts, and the oxygen in the oxygen reduction container 106 can be reduced more reliably by the oxygen reduction unit 115.

(10)変更例2
次に、実施形態1の変更例2について図14に基づいて説明する。
(10) Modification 2
Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.

上記実施形態では、アノード集電体122の突片とカソード集電体124の突片に接続した電線158,160は、ケース114を貫通していたが、この部分からは気体の出入りをできないようになっていた。   In the above embodiment, the electric wires 158 and 160 connected to the projecting piece of the anode current collector 122 and the projecting piece of the cathode current collector 124 have penetrated the case 114, but gas cannot enter and exit from this portion. It was.

しかし、本変更例ではアノード集電体122に接続された電線158とカソード集電体124に接続された電線160が貫通する部分に通気口162,164を設け、この通気口162,164を電線158,160の外径よりも大きくして、この通気口162,164からも酸素が拡散できるようにしてもよい。   However, in this modified example, vents 162 and 164 are provided in a portion through which the electric wire 158 connected to the anode current collector 122 and the electric wire 160 connected to the cathode current collector 124 pass, and the vents 162 and 164 are connected to the electric wire. It may be larger than the outer diameters of 158 and 160 so that oxygen can diffuse from the vents 162 and 164.

実施形態2Embodiment 2

次に、実施形態2の冷蔵庫10の減酸素装置200について、図15〜図21に基づいて説明する。本実施形態と実施形態1の異なる点は、減酸素装置200と、その減酸素装置200に水を供給する給水装置300にある。以下、順番に説明する。   Next, the oxygen reduction apparatus 200 of the refrigerator 10 of Embodiment 2 is demonstrated based on FIGS. The difference between the present embodiment and the first embodiment is an oxygen reduction device 200 and a water supply device 300 that supplies water to the oxygen reduction device 200. Hereinafter, it demonstrates in order.

(1)減酸素装置200
減酸素装置200には、断熱性を有するケース204の内部に、減酸素ユニット202が収納されている。この減酸素ユニット202について、図15〜図17に基づいて説明する。図15は減酸素装置200の縦断面図、図16は減酸素ユニット202の分解斜視図、図17は減酸素装置200の分解斜視図である。なお、図15〜図17において、各部材の厚みは薄いものであるが、説明を判り易くするために、その厚みは拡大して記載している。また、実施形態1と同様の部材については説明を省略している。
(1) Oxygen reduction device 200
In the oxygen reduction device 200, an oxygen reduction unit 202 is housed inside a case 204 having heat insulation properties. The oxygen reduction unit 202 will be described with reference to FIGS. 15 is a longitudinal sectional view of the oxygen reduction device 200, FIG. 16 is an exploded perspective view of the oxygen reduction unit 202, and FIG. 17 is an exploded perspective view of the oxygen reduction device 200. In FIGS. 15 to 17, the thickness of each member is thin, but the thickness is enlarged and described for easy understanding. Further, the description of the same members as those in the first embodiment is omitted.

電解質膜206が縦方向に設けられ、電解質膜206の後部にはアノード208が設けられ、電解質膜206の前部にはカソード210が設けられている。カソード210は、カーボン触媒とカーボンペーパーを積層したものである。また、アノード208とカソード210には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜206、アノード208及びカソード210がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード208の後方には。プラス側のアノード集電体212が設けられ、カソード210の前方にはカソード集電体214が設けられている。両集電体212、214は、それぞれ気体が通過するためのスリット状の開口部216,218を有している。そして、アノード集電体212はアノード208にプラス通電を行い、カソード集電体214はカソード210にマイナス通電を行う。両集電体212,214は、不図示の電線からそれぞれ通電される。また、両集電体212,214が接触しないようにするために、絶縁体220が両集電体212,214の間に設けられている。この絶縁体220は額縁状であって、電解質膜206とアノード208とカソード210がその内部に収納されている。   An electrolyte membrane 206 is provided in the vertical direction, an anode 208 is provided at the rear of the electrolyte membrane 206, and a cathode 210 is provided at the front of the electrolyte membrane 206. The cathode 210 is a laminate of a carbon catalyst and carbon paper. Further, platinum catalyst is supported on the anode 208 and the cathode 210, respectively. The electrolyte membrane 206, the anode 208, and the cathode 210 are integrally joined using a hot press or the like. Behind the anode 208. A positive-side anode current collector 212 is provided, and a cathode current collector 214 is provided in front of the cathode 210. Both current collectors 212 and 214 have slit-like openings 216 and 218, respectively, through which gas passes. The anode current collector 212 applies positive current to the anode 208, and the cathode current collector 214 performs negative current to the cathode 210. Both current collectors 212 and 214 are energized from electric wires (not shown). In addition, an insulator 220 is provided between the current collectors 212 and 214 in order to prevent the current collectors 212 and 214 from contacting each other. The insulator 220 has a frame shape, and the electrolyte membrane 206, the anode 208, and the cathode 210 are accommodated therein.

アノード208側のアノード集電体212の後方には、シート状の給水体222が配されている。この給水体222としては、例えば不織布などである。また、この給水体222は、水の表面張力により吸い上げるシート状である。   A sheet-shaped water supply body 222 is disposed behind the anode current collector 212 on the anode 208 side. As this water supply body 222, it is a nonwoven fabric etc., for example. Further, the water supply body 222 has a sheet shape that is sucked up by the surface tension of water.

集電体212と、給水体222の間には、板状のスペーサ211が配されている。このスペーサ211には、スリット状の開口部213が複数開口している。スペーサ211の厚みは1mmであり、集電体212と給水体222との間に一定の空間Aを形成する。   A plate-like spacer 211 is disposed between the current collector 212 and the water supply body 222. The spacer 211 has a plurality of slit-shaped openings 213. The spacer 211 has a thickness of 1 mm, and forms a certain space A between the current collector 212 and the water supply body 222.

上記のようにして順番に積層した減酸素セルを、前後一対の後固定部材224と前固定部材226によって挟持して固定する。アノード側に配される後固定部材224は積層した部材を収納するための収納凹部228を有し、上部には両集電体212,214の突片が突出する溝230が設けられている。また、後固定部材224の中央には、気体が通過するためのスリット状の開口部232が開口している。   The oxygen reduction cells stacked in order as described above are sandwiched and fixed by the front and rear pair of rear fixing members 224 and the front fixing member 226. The rear fixing member 224 disposed on the anode side has a storage recess 228 for storing the stacked members, and a groove 230 in which the protruding pieces of the current collectors 212 and 214 protrude is provided at the upper part. In addition, a slit-like opening 232 through which gas passes is opened at the center of the rear fixing member 224.

カソード側に取り付けられる前固定部材226は板状を成し、中央部に気体が通過するためのスリット状の開口部234を有している。図15に示すように、スリット状の開口部234に関して、前側の断面積と後側の断面積とは異なり、後にいくほど狭くなるように傾斜している。これは、カソード集電体214に空気を送り易くするためである。   The front fixing member 226 attached to the cathode side has a plate shape, and has a slit-like opening 234 through which gas passes in the center. As shown in FIG. 15, the slit-like opening 234 is inclined so as to become narrower as it is later, unlike the cross-sectional area on the front side and the cross-sectional area on the rear side. This is to make it easier to send air to the cathode current collector 214.

後固定部材224と前固定部材226とは、不図示のネジによってネジ止めされる。これら部材が一体となったものを、実施形態2では「減酸素ユニット202」と呼ぶ。なお、減酸素ユニット202の上部からは両集電体212、214の突片がそれぞれ突出し、下部からは給水体222が垂れ下がっている。   The rear fixing member 224 and the front fixing member 226 are screwed with screws (not shown). A unit in which these members are integrated is referred to as an “oxygen reduction unit 202” in the second embodiment. Note that the projecting pieces of the current collectors 212 and 214 protrude from the upper part of the oxygen reduction unit 202, and the water supply body 222 hangs from the lower part.

(2)ケース204
上記で説明した減酸素ユニット202が、箱型の断熱性を有するケース204内部に収納される。このケース204について図15と図17に基づいて説明する。
(2) Case 204
The oxygen reduction unit 202 described above is accommodated inside a case 204 having a box-like heat insulating property. The case 204 will be described with reference to FIGS. 15 and 17.

ケース204は、直方体状の前ケース236、後ケース238、前ケース236及び後ケース238の間に挟まれた額縁状の中ケース240とより構成されている。減酸素ユニット202のカソード側に前ケース236が配され、アノード側に後ケース238が配され、減酸素ユニット202を収納した状態で前ケース236、後ケース238、中ケース240が不図示のネジによってネジ止めされる。   The case 204 includes a rectangular parallelepiped front case 236, a rear case 238, a front case 236, and a frame-shaped middle case 240 sandwiched between the rear case 238. A front case 236 is arranged on the cathode side of the oxygen reduction unit 202, a rear case 238 is arranged on the anode side, and the front case 236, the rear case 238, and the middle case 240 are not shown in the state in which the oxygen reduction unit 202 is stored. Screwed.

前ケース236について図17と図18に基づいて説明する。断熱性を有する前ケース236の後面の中央部には、正方形状の反応凹部244が設けられている。また、この反応凹部244の上面から前ケース236の上面に向かって溝状の上流路246が設けられ、前ケース236の上面に上通気孔248が開口している。また、反応凹部244の下面から下方に向かって溝状の下流路250が設けられ、前ケース236の下面に下通気孔252が開口している。そして、図15に示すように、反応凹部244によってカソード側のカソード集電体214と前ケース236の前壁との間に直方体状の空間が生じる。以下、この空間を「反応空間B」と呼ぶ。   The front case 236 will be described with reference to FIGS. A square-shaped reaction recess 244 is provided at the center of the rear surface of the front case 236 having heat insulation properties. Further, a groove-shaped upper flow path 246 is provided from the upper surface of the reaction recess 244 toward the upper surface of the front case 236, and an upper vent hole 248 is opened on the upper surface of the front case 236. Further, a groove-like lower flow path 250 is provided downward from the lower surface of the reaction recess 244, and a lower vent hole 252 is opened on the lower surface of the front case 236. As shown in FIG. 15, a rectangular parallelepiped space is created between the cathode current collector 214 on the cathode side and the front wall of the front case 236 by the reaction recess 244. Hereinafter, this space is referred to as “reaction space B”.

次に、図15と図17に基づいて中ケース240について説明する。額縁状の中ケース240の中央部242には、減酸素ユニット202の前固定部材226が収納される。   Next, the middle case 240 will be described with reference to FIGS. 15 and 17. A front fixing member 226 of the oxygen reduction unit 202 is housed in the central portion 242 of the frame-shaped middle case 240.

次に、図17と図19に基づいて後ケース238について説明する。後ケース238の前面中央部には、減酸素ユニット202の後固定部材224が収納できる収納凹部254が設けられ、この収納凹部254から後ケース238の上面に向かって両集電体212,214の突片がそれぞれ突出する溝256,258が設けられている。収納凹部254の後面には、さらに排気凹部260が設けられ、この排気凹部260の下面は互いに近づくように傾斜面を有し、排気口262に通じている。排気口262は、後ケース238の下面に開口している。   Next, the rear case 238 will be described with reference to FIGS. A storage recess 254 that can store the rear fixing member 224 of the oxygen reduction unit 202 is provided at the center of the front surface of the rear case 238, and the current collectors 212 and 214 of the current collectors 212 and 214 are arranged from the storage recess 254 toward the upper surface of the rear case 238. Grooves 256 and 258 from which the protruding pieces protrude are provided. An exhaust recess 260 is further provided on the rear surface of the storage recess 254, and the lower surface of the exhaust recess 260 has an inclined surface so as to approach each other and communicates with the exhaust port 262. The exhaust port 262 opens on the lower surface of the rear case 238.

減酸素ユニット202を収納したケース204は、減酸素室100の容器収納部104の後面に取り付けられる。この取り付け方法について図15に基づいて説明する。   The case 204 in which the oxygen reduction unit 202 is stored is attached to the rear surface of the container storage unit 104 of the oxygen reduction chamber 100. This attachment method will be described with reference to FIG.

容器収納部104の後面中央部には、収納側に向かって立方体状の収納保持部264が突出している。この収納保持部264は、後方からケース204の前ケース236が収納される。そのため、前ケース236の上面及び下面に開口している上通気孔248と下通気孔252に対応する位置に上孔266と下孔268が開口している。   At the center of the rear surface of the container storage unit 104, a cubic storage holding unit 264 projects toward the storage side. The storage case 264 stores the front case 236 of the case 204 from the rear. Therefore, the upper hole 266 and the lower hole 268 are opened at positions corresponding to the upper ventilation hole 248 and the lower ventilation hole 252 that are opened on the upper surface and the lower surface of the front case 236.

ケース204が、容器収納部104の後面から突出した状態となっているため、この突出部分を覆うようにカバー270を被せる。このカバー270は、合成樹脂製であって、ケース204の後ケース238を全て覆う形状に形成されている。なお、このカバー270には、両集電体212,214が突出するための集電体開口部278,278が設けられている。また、後ケース238の排気口262と通じた排気口280が開口している。   Since the case 204 protrudes from the rear surface of the container storage unit 104, the cover 270 is covered so as to cover the protruding portion. The cover 270 is made of a synthetic resin and has a shape that covers the entire rear case 238 of the case 204. The cover 270 is provided with current collector openings 278 and 278 through which both current collectors 212 and 214 protrude. In addition, an exhaust port 280 communicating with the exhaust port 262 of the rear case 238 is opened.

なお、容器収納部104に減酸素容器106を収納する構造に代えて、容器収納部104自身が食品を収納する減酸素容器で構成してもよい。   Instead of the structure in which the oxygen storage container 106 is stored in the container storage unit 104, the container storage unit 104 itself may be configured with an oxygen reduction container in which food is stored.

(3)給水装置300
次に、給水装置300について、図15と図19に基づいて説明する。
(3) Water supply device 300
Next, the water supply apparatus 300 is demonstrated based on FIG. 15 and FIG.

給水装置300は、給水本体302を有し、この給水本体302は、横長の直方体の箱体である。給水本体302は、その内部において区画壁304によって上下に区画され、上部が浄水区画306、下部が吸い上げ区画308を構成している。給水本体302の左端部上面、すなわち浄水区画306の上面には、給水パイプ152が接続されている。この給水パイプ152は、ポンプ146によって冷蔵庫10のRエバ28から発生した除霜水が送り込まれる。   The water supply apparatus 300 has a water supply main body 302, and the water supply main body 302 is a horizontally long rectangular parallelepiped box. The water supply main body 302 is vertically divided by a partition wall 304 inside thereof, and an upper portion constitutes a water purification compartment 306 and a lower portion constitutes a suction section 308. A water supply pipe 152 is connected to the upper surface of the left end portion of the water supply main body 302, that is, the upper surface of the water purification section 306. This water supply pipe 152 is fed with defrosted water generated from the R EVA 28 of the refrigerator 10 by the pump 146.

区画壁304は、図19に示すように給水パイプ152が接続されている部分から下方に向かって傾斜し、右端部において吸い上げ区画308に通じる給水孔310が形成されている。浄水区画306内部には、イオン交換樹脂よりなる浄水部312が設けられている。この浄水部312を設けることにより、Rエバ28から供給された除霜水の水質による影響を取り除くことができ、減酸素ユニット115の劣化を防止できる。すなわち、除霜水は、Rエバ28に付着した霜であり、またドレンパンに集められているため、金属イオンが含まれている。そのため、給水体222を構成する合成樹脂繊維の加水分解を助長する可能性があるため、この浄水部312を設けることにより、除霜水の水質による影響を取り除くことができる。   As shown in FIG. 19, the partition wall 304 is inclined downward from a portion to which the water supply pipe 152 is connected, and a water supply hole 310 leading to the suction section 308 is formed at the right end portion. A purified water section 312 made of an ion exchange resin is provided inside the purified water section 306. By providing this water purification unit 312, it is possible to remove the influence of the quality of defrost water supplied from the R EVA 28, and to prevent the oxygen reduction unit 115 from deteriorating. That is, the defrost water is frost adhering to the R EVA 28 and is collected in the drain pan, and therefore contains metal ions. Therefore, since there is a possibility of promoting the hydrolysis of the synthetic resin fibers constituting the water supply body 222, the provision of the water purification unit 312 can remove the influence of the quality of the defrost water.

吸い上げ区画308は、給水孔310から供給された水を溜めるための貯水部314を有している。また、吸い上げ区画308の左端部には排水パイプ154が設けられている。この排水パイプ154と貯水部314との間には、仕切り壁316が設けられている。給水孔310から給水された除霜水は、貯水部314に溜まる。この貯水部314は中央が凹み、上記で説明した減酸素ユニット202の給水体222の下部が浸され、給水体222はこの溜まった水を吸い上げる。貯水部314の水の量が多くなり仕切り壁316を超えると、排水パイプ154から不図示の蒸発皿に水が排水される。なお、横長の直方体である給水本体302において、吸い上げ区画308は、浄水区画306よりも前方に突出し、この吸い上げ区画308の前方に突出した天井面から給水体222が突出している。   The suction section 308 has a water storage part 314 for storing the water supplied from the water supply hole 310. Further, a drain pipe 154 is provided at the left end of the suction section 308. A partition wall 316 is provided between the drain pipe 154 and the water storage unit 314. The defrost water supplied from the water supply hole 310 is accumulated in the water storage unit 314. The water storage unit 314 is recessed at the center, and the lower part of the water supply body 222 of the oxygen reduction unit 202 described above is immersed, and the water supply body 222 sucks up the accumulated water. When the amount of water in the water storage unit 314 increases and exceeds the partition wall 316, the water is drained from the drain pipe 154 to an evaporating dish (not shown). In the water supply main body 302 that is a horizontally long rectangular parallelepiped, the suction section 308 projects forward from the water purification section 306, and the water supply body 222 projects from the ceiling surface that projects forward from the suction section 308.

(4)減酸素装置200の動作状態
減酸素装置200の動作状態について、図15〜図21に基づいて説明する。
(4) Operation State of Oxygen Reduction Device 200 The operation state of the oxygen reduction device 200 will be described with reference to FIGS.

減酸素装置200は、実施形態1の減酸素装置102と同様に給水装置300から給水体222に供給され、この給水体222に供給された水によって、式(1)と式(2)で表された減酸素反応によって減酸素室100内部が減酸素状態となる。   The oxygen reduction device 200 is supplied from the water supply device 300 to the water supply body 222 in the same manner as the oxygen reduction device 102 of the first embodiment, and the water supplied to the water supply body 222 is expressed by Expression (1) and Expression (2). Due to the reduced oxygen reaction, the oxygen reduction chamber 100 is reduced in oxygen.

ところで、給水体222とアノードが直接接触していると、供給する水の中のCa(カルシウム)などのイオンコンタミ成分が電解質膜206の中で反応を起こし、電解質膜206の性能を劣化させることがある。このため、水の供給は純水、又は、イオン交換水が好適である。このような純水、又は、イオン交換水をアノード側の集電体212に供給する方法として、水を一度気化させて水蒸気として供給する方法がある。しかし、気化させるためにヒーターなどで加熱すると消費電力が大きくなり適切でない。また、実施形態1のように、水蒸気を通過し、液体の水を通過させないPTFEフィルムなどの撥水性の撥水層126を給水体222と集電体216の間に挿入する方法も考えられるが、撥水層126の劣化の可能性もある。   By the way, when the water supply body 222 and the anode are in direct contact with each other, ion contamination components such as Ca (calcium) in the supplied water cause a reaction in the electrolyte membrane 206 and deteriorate the performance of the electrolyte membrane 206. There is. For this reason, the supply of water is preferably pure water or ion-exchanged water. As a method for supplying such pure water or ion-exchanged water to the current collector 212 on the anode side, there is a method in which water is once vaporized and supplied as water vapor. However, heating with a heater or the like for vaporization increases power consumption and is not appropriate. Further, as in the first embodiment, a method of inserting a water-repellent water-repellent layer 126 such as a PTFE film that allows water vapor to pass but does not allow liquid water to pass between the water supply body 222 and the current collector 216 is also conceivable. There is also a possibility of deterioration of the water repellent layer 126.

そこで、本実施形態では、給水体222とアノード側の集電体212との間に空間を設けることで液体の水が集電体212に接触しないようにしている。この方法では、減酸素ユニット202の発熱によって温められた水が水蒸気となり、減酸素セルに接触して反応できる。反応速度を上げるために減酸素セルにかける電圧を大きくすると、減酸素セル自身の温度が上がるために水蒸気量が増えるなど、減酸素セルの影響を直接受けることでより効果が現れる。   Therefore, in the present embodiment, a space is provided between the water supply body 222 and the anode-side current collector 212 so that liquid water does not contact the current collector 212. In this method, water heated by the heat generation of the oxygen reduction unit 202 becomes water vapor, and can react by contacting the oxygen reduction cell. Increasing the voltage applied to the oxygen reduction cell in order to increase the reaction rate is more effective when directly affected by the oxygen reduction cell, for example, the amount of water vapor increases because the temperature of the oxygen reduction cell itself increases.

本実施形態では、給水体222とアノード側の集電体212との間に空間を形成するために、撥水性及び絶縁性のあるスペーサ211を配している。減酸素セルの動作には、アノード208とアノード側の集電体212との接触が重要であり、接触不良によって抵抗が大きくなると減酸素セルの動作が十分でなくなる。このため、単に空間を設けるよりもスペーサ211によって締め付け圧を伝えることで、より安定した減酸素セルの動作を確保できる。この場合に、給水体222とアノード側の集電体の空間は、スペーサ211に開口したスリット状の開口部213によって形成されている。なお、この開口部213は、空間を形成できればよく、スリット状に限らず、格子状であってもよい。そして、スペーサ211は撥水性であるため、給水体222から液体の浸入を防止できる。さらに、集電体212と密着するスペーサ211が絶縁性であるため、集電体212による抵抗が増加することなく、アノード側の集電体212からアノード208に正しく電気エネルギーが伝わる。   In this embodiment, in order to form a space between the water supply body 222 and the anode-side current collector 212, a water-repellent and insulating spacer 211 is disposed. For the operation of the oxygen reduction cell, contact between the anode 208 and the current collector 212 on the anode side is important. If the resistance increases due to poor contact, the operation of the oxygen reduction cell becomes insufficient. For this reason, by transmitting the tightening pressure by the spacer 211 rather than simply providing a space, a more stable operation of the oxygen reduction cell can be ensured. In this case, the space between the water supply body 222 and the current collector on the anode side is formed by a slit-shaped opening 213 opened in the spacer 211. In addition, this opening part 213 should just be able to form space, and may be not only a slit form but a grid | lattice form. Since the spacer 211 is water repellent, liquid can be prevented from entering from the water supply body 222. Further, since the spacer 211 that is in close contact with the current collector 212 is insulative, electric energy is correctly transmitted from the current collector 212 on the anode side to the anode 208 without an increase in resistance due to the current collector 212.

ところで、このスペーサ211の厚さは、給水体222と集電体212の空間の大きさを直接決定する要因となる。そこで、本出願人が、このスペーサ211の厚みを変えて給水体222から減酸素セルへの水が浸入したか否かの試験を行なった結果を図21の表に示す。   By the way, the thickness of the spacer 211 is a factor that directly determines the size of the space between the water supply body 222 and the current collector 212. Therefore, the table of FIG. 21 shows the results of the test conducted by the applicant to determine whether or not water from the water supply body 222 has entered the oxygen reduction cell by changing the thickness of the spacer 211.

図21の表に示すように、スペーサ211の厚さが1.0mm未満であると、水の浸入があり、1.0mm以上であると水の浸入がなかった。したがって、スペーサ211の厚みとしては、1.0mm以上が好適である。但し、あまり厚くすると、減酸素ユニット202の厚みが大きくなるため、3.0mm以下が好適である。   As shown in the table of FIG. 21, when the thickness of the spacer 211 was less than 1.0 mm, water entered, and when it was 1.0 mm or more, water did not enter. Therefore, the thickness of the spacer 211 is preferably 1.0 mm or more. However, if it is too thick, the thickness of the oxygen-reducing unit 202 becomes large, so 3.0 mm or less is preferable.

本実施形態では、このスペーサ211が、アノード水調整部となる。   In the present embodiment, the spacer 211 serves as an anode water adjusting unit.

また、減酸素反応は、発熱があり、温度が高いほうが触媒の効率が向上し、より低い電圧で反応する。一方、減酸素装置を全て断熱材で覆ってしまうと、空気との接触がなくなり、減酸素反応が停止する。また、空気が移動しない構造ではカソードで発生する水がその近辺に溜まり、空気との接触を妨害するフラディング現象を起こしてしまう。   In addition, the hypoxic reaction is exothermic, and the higher the temperature, the more efficient the catalyst, and the reaction occurs at a lower voltage. On the other hand, if the oxygen reduction device is entirely covered with the heat insulating material, contact with air is lost and the oxygen reduction reaction is stopped. Further, in a structure in which air does not move, water generated at the cathode accumulates in the vicinity thereof, causing a flooding phenomenon that interferes with contact with air.

そこで第1に、本実施形態では、減酸素ユニット202を断熱性のケース204で覆い、減酸素反応によって発熱した温度を保持して触媒の効率を向上させ、より低い電圧で反応する。特に、カソード210の部分は前ケース236の前壁によって全て覆われるため、より断熱を保持できる。   Therefore, first, in this embodiment, the oxygen reduction unit 202 is covered with a heat insulating case 204, the temperature generated by the oxygen reduction reaction is maintained, the efficiency of the catalyst is improved, and the reaction is performed at a lower voltage. In particular, since the portion of the cathode 210 is entirely covered by the front wall of the front case 236, heat insulation can be further maintained.

第2に、本実施形態では、上記のような断熱を保持していても、カソード210側は反応凹部244による反応空間Bが形成され、この反応空間Bには前ケース236の上通気孔248と下通気孔252から空気が供給される。すなわち、酸素を含んだ空気が下孔268から下通気孔252、下流路250を通って反応凹部244によって形成される反応空間Bに供給され、式(1)と式(2)で表した減酸素反応を促進できる。   Secondly, in the present embodiment, even if the heat insulation as described above is maintained, a reaction space B is formed on the cathode 210 side by the reaction recess 244, and the upper ventilation hole 248 of the front case 236 is formed in the reaction space B. And air is supplied from the lower vent hole 252. That is, air containing oxygen is supplied from the lower hole 268 to the reaction space B formed by the reaction concave portion 244 through the lower vent hole 252 and the lower flow path 250, and is reduced by the expressions (1) and (2). Can promote oxygen reaction.

第3に、本実施形態では、この減酸素反応によって発生した水は、その発熱によって水蒸気となり反応空間Bから上流路246、上通気孔248、上孔266を通って減酸素容器106内部に排出される。したがって、フラッディング現象も発生しない。特に、減酸素ユニット202の発熱によって周辺の空気が温められるため、上通気孔248に空気が上から抜け易く、減酸素反応で発生した水蒸気も抜け易い。   Thirdly, in the present embodiment, water generated by the oxygen reduction reaction is converted into water vapor by the heat generation, and is discharged from the reaction space B into the oxygen reduction container 106 through the upper flow path 246, the upper ventilation hole 248, and the upper hole 266. Is done. Therefore, the flooding phenomenon does not occur. In particular, since the surrounding air is warmed by the heat generation of the oxygen reduction unit 202, the air easily escapes from above into the upper vent hole 248, and the water vapor generated by the oxygen reduction reaction also easily escapes.

第4に、本実施形態では、反応空間Bの上下に通気孔248,252を設けることにより、下から上への空気の流れがスムーズになり、下から空気が入って減酸素ユニット202が温められ、ここで生成された水蒸気を含んだ空気が上に排出されるという上昇気流を作り出すことができる。   Fourth, in the present embodiment, by providing the vent holes 248 and 252 above and below the reaction space B, the flow of air from the bottom to the top becomes smooth, and air enters from the bottom to warm the oxygen reduction unit 202. Ascending airflow can be created in which the air containing water vapor generated here is discharged upward.

また、液体状の水が生成された場合、前固定部材226の開口部234は重力方向に傾斜しており、孔252から排水し易く液体状の水が溜まらない。なお、前固定部材226は撥水性を備えていてもよい。   In addition, when liquid water is generated, the opening 234 of the front fixing member 226 is inclined in the direction of gravity, and the liquid water is not easily collected from the hole 252. The front fixing member 226 may have water repellency.

(5)効果
本実施形態によれば、アノード側の集電体212と給水体222との間にスペーサ211を配し、このスペーサ211に開口部213を設けることにより、給水体222と集電体212との間に空間が形成される。そのため、給水体222からの液体の水が集電体212に接触せず、また、減酸素セルの発熱によって温められた水が水蒸気となり、減酸素セルに接触して反応できる。この反応速度を上げるためには減酸素セルの両集電体212,214にかける電圧を大きくすることにより減酸素セル自身の温度が上がるために水蒸気量が増えるなど、減酸素セルの直接の影響を受け、より効果が現れやすい。
(5) Effect According to the present embodiment, the spacer 211 is disposed between the anode-side current collector 212 and the water supply body 222, and the spacer 211 is provided with the opening 213, whereby the water supply body 222 and the current collector are disposed. A space is formed between the body 212 and the body 212. Therefore, the liquid water from the water supply body 222 does not contact the current collector 212, and the water heated by the heat generation of the oxygen reduction cell becomes water vapor, and can react by contacting the oxygen reduction cell. In order to increase the reaction rate, the voltage applied to the current collectors 212 and 214 of the oxygen reduction cell is increased, so that the temperature of the oxygen reduction cell itself increases and the amount of water vapor increases. The effect is more likely to appear.

また、フラッディング現象とはカソード側で水が液化し反応ガスを遮断する現象であって、そのうちの一つが、アノードの水の供給を液体状の水で供給すると、水が電解質膜を移動してカソードに到達してしまい、カソードでの水素イオンと酸素の反応を阻害してしまう現象である。しかし、本実施形態のようにアノード208の水の供給を水蒸気で行なうことにより、液体状の水が電解質膜206を移動してカソード210に到達し、カソード210での水素イオンと酸素の反応を阻害することがなく、フラッディング現象が発生することがなく、減酸素セルの性能を維持できる。   The flooding phenomenon is a phenomenon in which water is liquefied on the cathode side and shuts off the reaction gas. One of them is that when water is supplied to the anode with liquid water, the water moves through the electrolyte membrane. This is a phenomenon that reaches the cathode and inhibits the reaction between hydrogen ions and oxygen at the cathode. However, by supplying water to the anode 208 with water vapor as in the present embodiment, liquid water moves through the electrolyte membrane 206 and reaches the cathode 210, and the reaction between hydrogen ions and oxygen at the cathode 210 is performed. There is no hindrance, no flooding phenomenon occurs, and the performance of the oxygen reduction cell can be maintained.

また、スペーサ211によって集電体212からアノード208への締め付け圧が伝わり、アノード208と集電体212とを完全に接触させることにより、接触不良による抵抗が大きくなることがなく、より安定した減酸素セルの動作が確保できる。また、スペーサ211は撥水性であるため、液体の水の浸入を防止できる。さらに、スペーサ211が絶縁性であるため、集電体212による抵抗が増えることを防止し、減酸素セルに正しく電気エネルギーが伝わる。   In addition, the clamping pressure from the current collector 212 to the anode 208 is transmitted by the spacer 211, and the anode 208 and the current collector 212 are completely brought into contact with each other, so that resistance due to poor contact does not increase, and a more stable reduction can be achieved. The operation of the oxygen cell can be secured. Further, since the spacer 211 is water-repellent, liquid water can be prevented from entering. Further, since the spacer 211 is insulative, resistance due to the current collector 212 is prevented from increasing, and electric energy is correctly transmitted to the oxygen reduction cell.

また、スペーサ211の厚みを1mm以上にすることにより、液体の水が給水体222から減酸素セルに浸入することが防止できる。   Further, by setting the thickness of the spacer 211 to 1 mm or more, liquid water can be prevented from entering the oxygen reduction cell from the water supply body 222.

また、スペーサ211は、スリット状又は格子状の開口部213によって空間が形成され、かつ、その開口部213の縁部分において集電体212に圧力を伝えることができる。そのため、一つの大きな空間を作るよりも、小さな開口部213を複数設けて小さな空間を多く形成する方が、圧力を伝えることができ、かつ、空間を形成できる。   The spacer 211 has a space formed by slit-shaped or lattice-shaped openings 213, and can transmit pressure to the current collector 212 at the edge of the openings 213. Therefore, rather than creating one large space, it is possible to transmit pressure and form a space by providing a plurality of small openings 213 and forming a large number of small spaces.

また、給水体222は、水の表面張力及び毛細管現象を用いて吸い上げるシートであるため、集電体222と減酸素セルの間の接触を考えると、給水体222はできるだけ薄い方が、圧力を集電体212に伝え易く、安定した減酸素セルの動作を引き出すことができる。また、給水体222が薄いことは、減酸素ユニットと202の厚さも薄くでき、設置場所を選ばないというメリットがある。   In addition, since the water supply body 222 is a sheet that is sucked up using the surface tension of water and capillary action, considering the contact between the current collector 222 and the oxygen-reducing cell, the water supply body 222 should be as thin as possible. It is easy to convey to the current collector 212, and a stable operation of the oxygen reduction cell can be extracted. Moreover, the thin water supply body 222 has the merit that the thickness of the oxygen reduction unit and 202 can be reduced, and the installation location is not selected.

また、減酸素ユニット202が断熱性のケース204によって覆われているため、減酸素ユニット202の減酸素反応による発熱によって温度を上げることができ、より触媒の働きを上げることができる。また、カソード210の前方が前ケース236によって覆われ、かつ、反応凹部244によって反応空間Bが形成されるため、カソード210は空気と接触できると共に、覆われていることによる断熱によって触媒の効率を上げることができる。   In addition, since the oxygen reduction unit 202 is covered with the heat insulating case 204, the temperature can be increased by heat generated by the oxygen reduction reaction of the oxygen reduction unit 202, and the function of the catalyst can be further improved. In addition, since the front of the cathode 210 is covered by the front case 236 and the reaction space B is formed by the reaction recess 244, the cathode 210 can come into contact with air, and heat insulation due to the covering improves the efficiency of the catalyst. Can be raised.

また、前ケース236には上通気孔248と下通気孔252が開口し、反応空間Bと連通していることにより、空気の流れがスムーズとなり、酸素を有する空気がカソード210に供給され易い。特に、通気孔236,238が複数設けられているため、空気の流通を確実にできる。   Further, the front case 236 has an upper vent hole 248 and a lower vent hole 252 that open and communicate with the reaction space B, so that the air flow is smooth and oxygen-containing air is easily supplied to the cathode 210. In particular, since a plurality of air holes 236 and 238 are provided, air circulation can be ensured.

また、上通気孔248と下通気孔252は減酸素室100内部に通じているため、確実に減酸素室100内部の空気を供給できる。   Further, since the upper vent hole 248 and the lower vent hole 252 communicate with the inside of the oxygen reduction chamber 100, the air inside the oxygen reduction chamber 100 can be reliably supplied.

また、上通気孔248、下通気孔252の断面積が、前固定部材226に開口した複数開口部234の面積よりも小さいため、空気の流通を確実に行なうことができ、カソード210に空気を供給できる。   Further, since the cross-sectional areas of the upper ventilation hole 248 and the lower ventilation hole 252 are smaller than the area of the plurality of openings 234 opened in the front fixing member 226, air can be reliably circulated, and air can be supplied to the cathode 210. Can supply.

また、減酸素ユニット202の前固定部材226の左右方向の幅が、反応凹部244よりも広いため、空気を供給し易い。さらに、反応凹部244の幅が、上流路246と下流路250の幅よりも広いため、反応凹部244内部で空気が拡散し易い。   In addition, since the width in the left-right direction of the front fixing member 226 of the oxygen reduction unit 202 is wider than the reaction recess 244, air can be easily supplied. Furthermore, since the width of the reaction recess 244 is wider than the width of the upper flow path 246 and the lower flow path 250, air easily diffuses inside the reaction recess 244.

また、前固定部材226の短冊状の開口部234に関して、前側の断面積と後側の断面積とは異なり、後にいくほど狭くなるように傾斜しているので、カソード集電体214に空気を送り易い。   Further, the strip-shaped opening 234 of the front fixing member 226 is inclined so as to become narrower toward the rear, unlike the cross-sectional area on the front side and the cross-sectional area on the rear side. Easy to send.

また、前ケース236内部にある上流路246では、上昇気流によって上に排出される水蒸気は減酸素ユニット202から離れるにしたがい、温度が低下するために、前ケース236内部で水滴となり結露してしまうことがある。しかし、このような結露があっても上流路246と下流路250とが、一直線状に形成されているため、減酸素ユニット202の反応凹部244に溜まることなく、下通気孔252から流れて排出される。   Further, in the upper flow path 246 inside the front case 236, the water vapor discharged upward by the ascending airflow decreases from the oxygen reduction unit 202, and as a result, the temperature drops, so that water droplets form inside the front case 236 and cause condensation. Sometimes. However, even if such condensation occurs, the upper flow path 246 and the lower flow path 250 are formed in a straight line, so that they do not collect in the reaction recess 244 of the oxygen reduction unit 202 and flow out of the lower vent hole 252 and are discharged. Is done.

(6)変更例1
実施形態2の変更例1について説明する。
(6) Modification 1
A first modification of the second embodiment will be described.

上記実施形態では、スペーサ211の厚みは均一であったが、本変更例では、スペーサ211にある4つの開口部213の上下左右の縁部のみを他の部分(例えば、スペーサ211の周囲部分の厚み)よりそれぞれ厚くして、額縁状に形成する。この理由は次の通りである。前固定部材226と後固定部材224とをネジ止めして、集電体212にスペーサ211を押しつける必要がある。しかし、給水体222は液体状の水を確保する必要があるので、給水体222によって集電体212に圧力を伝えることは難しい。それは給水体222の材料は水を吸収するために膨潤し、柔らかくなってしまうからである。しかし、この変更例1のように、4つの開口部213の縁部の厚さをそれぞれ額縁状にそれぞれ厚くしておくことで、この額縁状の部分で圧力を伝えることができる。   In the above embodiment, the thickness of the spacer 211 is uniform, but in this modified example, only the top, bottom, left, and right edges of the four openings 213 in the spacer 211 are replaced with other portions (for example, the surrounding portions of the spacer 211). Each frame is thicker than (thickness) and formed into a frame shape. The reason is as follows. It is necessary to press the spacer 211 against the current collector 212 by screwing the front fixing member 226 and the rear fixing member 224. However, since the water supply body 222 needs to secure liquid water, it is difficult to transmit the pressure to the current collector 212 by the water supply body 222. This is because the material of the water supply body 222 swells and softens to absorb water. However, as in the first modification, by increasing the thickness of the edges of the four openings 213 in a frame shape, pressure can be transmitted through the frame-shaped portion.

また、この変更例1のさらに変更例としては、四角形のスペーサ211の4つの縁部を他の部分より厚くして額縁状に形成してもよい。   As a further modification of the first modification, the four edge portions of the square spacer 211 may be thicker than the other portions to form a frame shape.

(7)変更例2
実施形態2の変更例2について説明する。
(7) Modification 2
A second modification of the second embodiment will be described.

本変更例では、給水体222に供給する水に潮解性物質を配合することで空気中の水分を集めて供給する。   In this modified example, water in the air is collected and supplied by blending deliquescent substances into the water supplied to the water supply body 222.

すなわち、上記実施形態では、給水装置300から水を供給していたが、本変更例では、給水体222に潮解性物質を配合することで周りの空気中の水分を集めて水として供給する。潮解性の物質としては、クエン酸(C)、水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸カリウム(KCO)、塩化マグネシウム(NgCL、塩化カルシウム(CaCL)がある。なお、潮解性の物質は、水に溶解するために通常では水の不純物になり、減酸素反応には適さないが、上記実施形態のように水蒸気による供給ができる場合には、水に不純物が含んでいても減酸素反応には関わらず、この潮解性物質を適応できる。 That is, in the said embodiment, although water was supplied from the water supply apparatus 300, in this modification, the water | moisture content in the surrounding air is collected and supplied as water by mix | blending a deliquescent substance with the water supply body 222. FIG. Examples of deliquescent substances include citric acid (C 6 H 8 O 7 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), magnesium chloride (NgCL 2 , calcium chloride (CaCL 2 ). A deliquescent substance usually becomes an impurity of water because it dissolves in water, and is not suitable for a hypoxia reaction. However, when it can be supplied with water vapor as in the above embodiment, the impurity contains in the water. However, this deliquescent material can be applied regardless of the hypoxic reaction.

(8)変更例3
実施形態2の変更例3について説明する。
(8) Modification 3
A third modification of the second embodiment will be described.

上記実施形態では、除霜水を用いて給水体222に水を供給したが、本変更例では、水道から水を供給して給水体222に供給する。水道水であれば、減酸素装置200の設置位置の自由度が増し、設計がし易いという効果がある。   In the above embodiment, water is supplied to the water supply body 222 using defrost water. However, in this modified example, water is supplied from the tap and supplied to the water supply body 222. If it is tap water, the freedom degree of the installation position of the oxygen reduction apparatus 200 will increase, and there exists an effect that it is easy to design.

(9)変更例4
実施形態2の変更例4について図22に基づいて説明する。
(9) Modification 4
Modification 4 of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.

本変更例では、図22に示すように収納凹部244から下流路250に続く下面を傾斜面としている。これによって、上流路246や反応凹部244に発生した結露による水滴が、より確実に下流路250に流れ出る。   In this modified example, as shown in FIG. 22, the lower surface continuing from the storage recess 244 to the lower flow path 250 is an inclined surface. As a result, water droplets due to condensation generated in the upper flow path 246 and the reaction recess 244 flow more reliably to the lower flow path 250.

(10)変更例5
実施形態2の変更例5について図23に基づいて説明する。
(10) Modification 5
Modification 5 of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.

本変更例では、図23に示すように、減酸素ユニット202と接触している前ケース236の前面236aと後面236bとの間、すなわち、上面236cの中央部に上流路246と下流路250を設ける。これにより、より確実に減酸素ユニット202を断熱性のある前ケース236で覆うことができ、断熱効果を高めることができる。そのため、さらに触媒の効率を上げることができる。   In this modified example, as shown in FIG. 23, an upper flow path 246 and a lower flow path 250 are provided between the front surface 236a and the rear surface 236b of the front case 236 in contact with the oxygen reduction unit 202, that is, at the center of the upper surface 236c. Provide. Thereby, the oxygen reduction unit 202 can be more reliably covered with the front case 236 having heat insulation properties, and the heat insulation effect can be enhanced. Therefore, the efficiency of the catalyst can be further increased.

(11)変更例6
実施形態2の変更例6について図24に基づいて説明する。
(11) Modification 6
Modification 6 of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.

本変更例では、図24に示すように、前ケース236に設けた下流路250に複数の乱流発生手段であるリブ282を設ける。このリブ282は、これらリブ282は、段違いになって傾斜して設けられ、下通気孔252から入った空気が、これらリブ282によって気流の乱れ(乱流)が生じ、反応凹部244の位置で全体に広がることができ、空気によってより効率よく触媒の反応を行なうことができる。   In this modified example, as shown in FIG. 24, a plurality of ribs 282 as turbulent flow generating means are provided in the lower flow path 250 provided in the front case 236. The ribs 282 are provided at different levels and inclined so that the air entering from the lower vent holes 252 causes turbulence of airflow (turbulent flow) by the ribs 282, and at the position of the reaction recess 244. The catalyst can be spread over the entire area, and the catalyst can be reacted more efficiently by air.

(12)変更例7
実施形態2の変更例7について図25に基づいて説明する。
(12) Modification example 7
Modification 7 of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.

本変更例では、図25に示すように、上流路246と下流路250を一直線状にならないような位置にずらして配置して乱流を生成している。このような配置であると、気流の乱れ(乱流)が生じ、減酸素ユニット202全体に空気を行き渡らせることができる。   In this modified example, as shown in FIG. 25, the upper flow path 246 and the lower flow path 250 are shifted and arranged so as not to be in a straight line to generate turbulent flow. With such an arrangement, airflow turbulence (turbulent flow) occurs, and air can be distributed throughout the oxygen reduction unit 202.

(13)変更例8
実施形態2では、反応空間Bに連通する通気孔を上下に設けたが、これに限らず、左右、斜め、又は、上下左右斜めに設けてもよい。
(13) Modification 8
In the second embodiment, the vent holes communicating with the reaction space B are provided vertically, but the present invention is not limited thereto, and may be provided left and right, diagonally, or vertically and horizontally diagonally.

実施形態3Embodiment 3

以下、実施形態3に係る減酸素装置421及びこの減酸素装置421を備えた冷蔵庫401について、図26〜図35に基づいて説明する。   Hereinafter, the oxygen reduction device 421 according to the third embodiment and the refrigerator 401 including the oxygen reduction device 421 will be described with reference to FIGS. 26 to 35.

まず、図26を参照して冷蔵庫401を説明する。冷蔵庫401は断熱箱からなる冷蔵庫本体402を備えている。冷蔵庫本体402はその図示しない上部に冷蔵室を有し、冷蔵庫本体402の上下方向中間部に減酸素室403を有している。   First, the refrigerator 401 will be described with reference to FIG. The refrigerator 401 includes a refrigerator main body 402 formed of a heat insulating box. The refrigerator main body 402 has a refrigerating chamber at an upper portion (not shown), and has a hypoxic chamber 403 at an intermediate portion in the vertical direction of the refrigerator main body 402.

減酸素室403は、その内部に収容される野菜等の保存対象物品を、低温かつ低酸素環境で長期保存するために設けられている。減酸素室403は、冷蔵庫本体402の壁の一部をなして外面が断熱材で覆われた容器収納部404によって区画されていて、冷蔵室等には連通されていない。容器収納部404は冷蔵庫本体402の前面に開口されている。この開口は扉405によって開閉される。   The hypoxic chamber 403 is provided for preserving articles to be preserved such as vegetables housed therein in a low temperature and low oxygen environment for a long period of time. The oxygen-reducing chamber 403 is partitioned by a container housing portion 404 that forms a part of the wall of the refrigerator main body 402 and whose outer surface is covered with a heat insulating material, and is not communicated with the refrigerator compartment or the like. The container storage unit 404 is opened on the front surface of the refrigerator main body 402. This opening is opened and closed by a door 405.

容器収納部404の外面に図示しない冷媒配管が設けられている。この冷媒配管を流通する冷媒によって容器収納部404が食品の冷蔵に適した温度に冷やされる。それにより、容器収納部404の内部空間からなる減酸素室403に収容された食品等を冷蔵することが可能である。   A refrigerant pipe (not shown) is provided on the outer surface of the container storage unit 404. The container housing 404 is cooled to a temperature suitable for refrigeration of food by the refrigerant flowing through the refrigerant pipe. Thereby, it is possible to refrigerate food stored in the oxygen reduction chamber 403 formed of the internal space of the container storage unit 404.

扉405は、内部に断熱材が充填された構成であって、例えば上面が開放された減酸素容器406の前壁を兼ねている。減酸素容器406は減酸素室403に対して前後方向に移動可能である。減酸素容器406が前側に引出された状態で、その開放された上面を通して野菜等を出し入れできる。   The door 405 has a configuration in which a heat insulating material is filled therein, and also serves as a front wall of the oxygen-reducing container 406 whose upper surface is opened, for example. The oxygen reduction container 406 is movable in the front-rear direction with respect to the oxygen reduction chamber 403. With the oxygen reduction container 406 pulled out to the front side, vegetables and the like can be taken in and out through the opened upper surface.

減酸素容器406を円滑に移動させるために、レール407と、固定ローラ408と、可動ローラ409が用いられている。レール407は、減酸素室403内にこの減酸素室403の幅方向の左右二箇所に配置されていて、前後方向に延びている。減酸素容器406に下側から接する固定ローラ408は各レール407の前端部に固定されている。可動ローラ409は減酸素容器406の後端部下面に固定されていて、レール407にガイドされる。   In order to move the oxygen reduction container 406 smoothly, a rail 407, a fixed roller 408, and a movable roller 409 are used. The rails 407 are disposed in the oxygen reduction chamber 403 at two positions on the left and right in the width direction of the oxygen reduction chamber 403, and extend in the front-rear direction. A fixed roller 408 that contacts the oxygen reduction container 406 from below is fixed to the front end of each rail 407. The movable roller 409 is fixed to the lower surface of the rear end portion of the oxygen reduction container 406 and is guided by the rail 407.

したがって、減酸素容器406は、その下側から固定ローラ408と可動ローラ409で支持された状態で、これらローラの回転を伴って前後方向に円滑に移動できる。   Accordingly, the oxygen reduction container 406 can be smoothly moved in the front-rear direction with the rotation of these rollers while being supported by the fixed roller 408 and the movable roller 409 from the lower side.

扉405の周部に環状のシールパッキン410が取付けられている。扉405が容器収納部404の前面開口を閉じた状態で、シールパッキン410は冷蔵庫本体402の前面に密接されて、減酸素室403を密閉状態に保持する。なお、扉405は、冷蔵庫本体402の前面にヒンジにより回動可能に取付けられた断熱扉とすることも可能である。このため、減酸素容器406は枢着してもよい。   An annular seal packing 410 is attached to the periphery of the door 405. With the door 405 closing the front opening of the container storage unit 404, the seal packing 410 is brought into close contact with the front surface of the refrigerator main body 402 to hold the oxygen reduction chamber 403 in a sealed state. The door 405 can also be a heat insulating door attached to the front surface of the refrigerator main body 402 so as to be rotatable by a hinge. For this reason, the oxygen reduction container 406 may be pivotally attached.

例えば上下三段に区分けされた冷凍室413が、冷蔵庫本体402の最下部に減酸素室403から独立して形成されている。冷凍室413の前面開口は断熱性の開閉扉14で開閉される。冷蔵庫本体402の背面側でかつ下端部に機械室415が形成されている。この機械室415に圧縮機416が設置されている。冷蔵庫本体402内に、圧縮機416によって冷媒が供給される冷却器417とファン418が配設されていると共に、これらを前側から覆うカバー419が配設されている。冷却器417とファン418によって生成される冷気は冷凍室413に循環される。   For example, the freezer compartment 413 divided into three upper and lower stages is formed at the lowermost part of the refrigerator main body 402 independently of the oxygen reducing chamber 403. The front opening of the freezer compartment 413 is opened and closed by a heat insulating opening / closing door 14. A machine room 415 is formed on the back side of the refrigerator main body 402 and at the lower end. A compressor 416 is installed in the machine room 415. In the refrigerator main body 402, a cooler 417 and a fan 418 to which refrigerant is supplied by a compressor 416 are disposed, and a cover 419 that covers these from the front side is disposed. Cold air generated by the cooler 417 and the fan 418 is circulated to the freezer compartment 413.

冷却器417から流出された冷媒は、容器収納部404の外面に取付けられた図示しない前記冷媒配管を経由して、圧縮機416に吸込まれる。冷蔵庫本体402に、その一側面例えば背面に開放する凹部420が形成されている。凹部420は減酸素室403の後側に設けられている。凹部420と減酸素室403とは、これらを仕切る壁に開けた通孔402aを経由して連通されている。   The refrigerant that has flowed out of the cooler 417 is sucked into the compressor 416 through the refrigerant pipe (not shown) attached to the outer surface of the container storage unit 404. The refrigerator main body 402 is formed with a recess 420 that is open on one side surface, for example, the back surface. The recess 420 is provided on the rear side of the oxygen reduction chamber 403. The recess 420 and the oxygen reduction chamber 403 are communicated with each other via a through hole 402a formed in a wall that partitions them.

次に、図27を参照して減酸素装置421を説明する。減酸素装置421は、減酸素ユニット422と、電源424と、ケース425と、電圧検出手段である電圧計427と、制御部429等を具備している。   Next, the oxygen reduction device 421 will be described with reference to FIG. The oxygen reduction device 421 includes an oxygen reduction unit 422, a power source 424, a case 425, a voltmeter 427 as voltage detection means, a control unit 429, and the like.

減酸素ユニット422は、このユニットのエレメントである減酸素セル423、電極接合体436、及びカソード集電体429を備えている。この減酸素ユニット422は一個に限らず複数個設けることも可能である。   The oxygen reduction unit 422 includes an oxygen reduction cell 423, an electrode assembly 436, and a cathode current collector 429, which are elements of this unit. The oxygen reduction unit 422 is not limited to one, and a plurality of oxygen reduction units 422 may be provided.

減酸素セル423は、減酸素ユニット422のエレメントであるアノード430と、カソード431と、電解質膜435を備えている。   The oxygen reduction cell 423 includes an anode 430 that is an element of the oxygen reduction unit 422, a cathode 431, and an electrolyte membrane 435.

電解質膜435には高分子電解質膜を好適に用いることができる。この電解質膜435の一側面にアノード430の一側面が接合されている。電解質膜435の他側面に後述するカソード触媒層432を接触させてカソード431が接合されている。したがって、電解質膜435はアノード430とカソード431とで挟まれている。   As the electrolyte membrane 435, a polymer electrolyte membrane can be suitably used. One side surface of the anode 430 is joined to one side surface of the electrolyte membrane 435. A cathode 431 is bonded to the other side surface of the electrolyte membrane 435 by contacting a cathode catalyst layer 432 described later. Therefore, the electrolyte membrane 435 is sandwiched between the anode 430 and the cathode 431.

アノード430の他側面、すなわち、電解質膜435に接していない側面に、電極接合体436が接合されている。したがって、電極接合体436は電解質膜435との間にアノード430を挟んで配設されている。   An electrode assembly 436 is bonded to the other side surface of the anode 430, that is, the side surface not in contact with the electrolyte membrane 435. Therefore, the electrode assembly 436 is disposed with the anode 430 interposed between the electrolyte membrane 435 and the electrode assembly 436.

電極接合体436は、減酸素ユニット422のエレメントであるアノード集電体437及び気化層438を備えている。電極接合体436のアノード集電体437は、減酸素ユニット422の一方の電極をなしている。このアノード集電体437はアノード430の側面に接合されている。電極接合体436の気化層438は、アノード集電体437を境にアノード430とは反対側でアノード集電体437に接合されている。したがって、気化層438はアノード430との間にアノード集電体437を挟んで配設されている。そして、本実施形態では、この気化層438が、アノード水調整部となる。   The electrode assembly 436 includes an anode current collector 437 and a vaporization layer 438 that are elements of the oxygen reduction unit 422. The anode current collector 437 of the electrode assembly 436 forms one electrode of the oxygen reduction unit 422. The anode current collector 437 is joined to the side surface of the anode 430. The vaporization layer 438 of the electrode assembly 436 is joined to the anode current collector 437 on the opposite side of the anode 430 with the anode current collector 437 as a boundary. Therefore, the vaporization layer 438 is disposed with the anode current collector 437 sandwiched between the anode 430 and the vaporization layer 438. And in this embodiment, this vaporization layer 438 becomes an anode water adjustment part.

なお、電極接合体436は、その気化層438を、本実施形態とは逆にアノード集電体437のアノード側の側面に接合して形成されていても良い。又、電極接合体436は、その気化層438を、アノード集電体437の両側面に夫々接合して形成されていてもよい。   Note that the electrode assembly 436 may be formed by bonding the vaporized layer 438 to the anode side surface of the anode current collector 437, contrary to the present embodiment. The electrode assembly 436 may be formed by bonding the vaporized layer 438 to both side surfaces of the anode current collector 437.

これらの電極接合体436を用いる場合、アノード集電体437のアノード側の側面に接合された気化層とアノード430との間に、液体状の水を透過せず水蒸気のみ透過する水蒸気透過性を有する電気絶縁層を介在させて、電極接合体436を電解質膜435との間にアノード430を挟んで配設すれば良い。これにより、アノード430に気化層438を接合させて電極接合体436が配設された構成と比較して、減酸素セル423と電極接合体436とが腐食するおそれを回避できる。したがって、減酸素装置421の耐久性を確保することが可能である。こうした絶縁措置を要しない本実施形態の減酸素装置421は、その部品点数が少ないにも拘らず、前記腐食の問題がなく耐久性に優れる点で好ましい。   When these electrode assemblies 436 are used, a water vapor permeability that allows only water vapor to permeate without passing liquid water between the vaporized layer joined to the anode side surface of the anode current collector 437 and the anode 430 is provided. The electrode assembly 436 may be disposed with the anode 430 interposed between the electrolyte membrane 435 and an electric insulating layer having the structure interposed therebetween. Thereby, compared with the structure in which the vaporized layer 438 is bonded to the anode 430 and the electrode assembly 436 is disposed, it is possible to avoid the possibility that the oxygen reduction cell 423 and the electrode assembly 436 are corroded. Therefore, the durability of the oxygen reduction device 421 can be ensured. The oxygen reduction device 421 of this embodiment that does not require such insulation measures is preferable in that it has no corrosion problem and is excellent in durability despite its small number of parts.

前記カソード431の外側面、すなわち、後述する多孔質層433に接していない後述のガス拡散層434の側面に、減酸素ユニット422のエレメントであるカソード集電体429が接合されている。カソード集電体429は減酸素ユニット422の他方の電極をなしている。このカソード集電体429とアノード集電体437は電源424に電気的に接続されている。   A cathode current collector 429 that is an element of the oxygen reduction unit 422 is joined to the outer side surface of the cathode 431, that is, the side surface of a gas diffusion layer 434 described later that is not in contact with the porous layer 433 described later. The cathode current collector 429 forms the other electrode of the oxygen reduction unit 422. The cathode current collector 429 and the anode current collector 437 are electrically connected to a power source 424.

ケース425は前記構成の減酸素ユニット422を内蔵している。このケース425は、電気絶縁材製の第1ケース部材441と第2ケース部材445とを連結して形成されている。これら第1ケース部材441と第2ケース部材445によって、減酸素セル423の電解質膜435が挟持されている。これと共に、これら第1ケース部材441と第2ケース部材445は、減酸素ユニット422をその厚み方向に沿って締め付けている。それにより、各接合面での密接性が確保されている。   The case 425 incorporates the oxygen reduction unit 422 configured as described above. The case 425 is formed by connecting a first case member 441 and a second case member 445 made of an electrical insulating material. The electrolyte membrane 435 of the oxygen-reducing cell 423 is sandwiched between the first case member 441 and the second case member 445. At the same time, the first case member 441 and the second case member 445 fasten the oxygen reduction unit 422 along the thickness direction. Thereby, the closeness at each joint surface is ensured.

第1ケース部材441とアノード430を覆った電極接合体436との間にアノード室442が形成されている。第2ケース部材445とカソード431を覆ったカソード集電体429との間にカソード室446が形成されている。   An anode chamber 442 is formed between the first case member 441 and the electrode assembly 436 covering the anode 430. A cathode chamber 446 is formed between the second case member 445 and the cathode current collector 429 that covers the cathode 431.

第1ケース部材441は、アノード室442と連通する水取入れ口443及び酸素出口444を有している。水取入れ口443は第1ケース部材441の下端部に設けられている。この水取入れ口443に接続された図示しない給水タンク等の給水手段からアノード室442に電解用水例えば水(液体)が導入される。アノード室442に供給される水(液体)は酸性水溶液等であってもよい。   The first case member 441 has a water intake port 443 and an oxygen outlet 444 that communicate with the anode chamber 442. The water intake 443 is provided at the lower end of the first case member 441. Water for electrolysis, for example, water (liquid) is introduced into the anode chamber 442 from a water supply means such as a water supply tank (not shown) connected to the water intake port 443. The water (liquid) supplied to the anode chamber 442 may be an acidic aqueous solution or the like.

酸素出口444は第1ケース部材441の上部に設けられていて、アノード430での水の酸化反応(電気分解反応)により発生する酸素をアノード室442から外部に導出する。   The oxygen outlet 444 is provided in the upper part of the first case member 441 and guides oxygen generated by water oxidation reaction (electrolysis reaction) at the anode 430 from the anode chamber 442 to the outside.

第2ケース部材445は、カソード室446と連通する空気取入れ口447及び排水口448を有している。空気取入れ口447は、第2ケース部材445のカソード431と対向した側壁部に複数設けられていて、減酸素反応に利用される空気(酸素)をカソード室446に導入する。排水口448は第2ケース部材445の下端部に設けられていて、減酸素反応で生成された水をカソード室446から外部に導出する。   The second case member 445 has an air intake port 447 and a drain port 448 that communicate with the cathode chamber 446. A plurality of air intake ports 447 are provided on the side wall portion of the second case member 445 facing the cathode 431, and introduces air (oxygen) used for the oxygen reduction reaction into the cathode chamber 446. The drainage port 448 is provided at the lower end portion of the second case member 445 and guides the water generated by the oxygen reduction reaction from the cathode chamber 446 to the outside.

次に、減酸素セル423を有した減酸素ユニットなす各エレメントをさらに詳細に説明する。   Next, each element of the oxygen reduction unit having the oxygen reduction cell 423 will be described in more detail.

まず、アノード430について説明する。アノード430には、水蒸気を酸化する能力を有した触媒(アノード触媒)が含有されている。アノード触媒は基材に担持されていることが好ましい。   First, the anode 430 will be described. The anode 430 contains a catalyst (anode catalyst) having an ability to oxidize water vapor. The anode catalyst is preferably supported on a substrate.

アノード触媒として、例えば導電性金属酸化物とマトリックス酸化物との複合酸化物を用いることができる。導電性金属酸化物として、例えば酸化ルテニウム(RuO2)、酸化イリジウム(IrO)等を挙げることができる。マトリックス酸化物との複合酸化物として、例えば酸化チタン(TiO)、酸化錫(SnO)、酸化タンタル(TaO)等を挙げることができる。 As the anode catalyst, for example, a composite oxide of a conductive metal oxide and a matrix oxide can be used. As the conductive metal oxide may include, for example, ruthenium oxide (RuO?), Iridium oxide (IrO 2) or the like. Examples of the composite oxide with the matrix oxide include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O).

アノード触媒は、その活性、耐久性、コスト等を勘案して選択すればよい。この触媒をなす複合酸化物として、前記の他、例えば、RuO−TaO、RuO−IrO、RuO−IrO−TO、RuO−SnO、RuO−TaO、IrO−TaO等を挙げることができる。 The anode catalyst may be selected in consideration of its activity, durability, cost and the like. As the composite oxide that forms this catalyst, in addition to the above, for example, RuO 2 —Ta 2 O, RuO 2 —IrO 2 , RuO 2 —IrO 2 —TO 2 , RuO 2 —SnO 2 , RuO 2 —Ta 2 O, IrO 2 -Ta 2 O, and the like can be given.

アノード触媒を担持する基材は、メッシュ構造であり、導電性、電気化学的な安定性、アノード触媒との密着性等を考慮して選択される。例えば、電解工業の分野で利用実績があるチタン等のエキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチングメタル等を、基材として用いることが可能である。このようなチタンからなる基材の表面を前記複合酸化物で被覆した電極は、寸法安定性(DSA:Dimensionally Stable Anode)電極と呼ばれている。   The base material supporting the anode catalyst has a mesh structure, and is selected in consideration of conductivity, electrochemical stability, adhesion to the anode catalyst, and the like. For example, an expanded metal such as titanium, a punching metal, an etching metal or the like that has been used in the field of the electrolytic industry can be used as the base material. Such an electrode in which the surface of a base material made of titanium is coated with the composite oxide is called a dimensionally stable (DSA) electrode.

アノード430は、例えば、塗布法、浸漬法、スプレー法等の手法で製造できる。例えば、浸漬法によるアノード430の製造方法を以下に説明する。基材として、厚さ100μm、開口率30%のチタン製エキスパンドメタルを用意する。   The anode 430 can be manufactured by a technique such as a coating method, a dipping method, or a spray method. For example, a method for manufacturing the anode 430 by the dipping method will be described below. As a base material, a titanium expanded metal having a thickness of 100 μm and an aperture ratio of 30% is prepared.

まず、この基材を、80℃に保持した10%のシュウ酸水溶液に、1時間浸漬した後に洗浄する。これにより、基材の表面を粗面化し、活性化させる。次に、この基材に対して、さらに浸漬工程、乾燥工程、及び焼成工程を、この記載順に複数回繰り返す。浸漬工程では、基材を、モル比でTa:I=0.3:0.7の酸化タンタルと塩化イリジウムを溶解したブタノール溶液に浸漬する。乾燥工程では、浸漬された基材を、60℃の空気中で10分間乾燥する。焼成工程では、乾燥された基材を45℃の空気中で10分間焼成する。このような各工程を経てアノード430が製造される。この場合、メッシュ構造の基材の表面に被覆された触媒担持量が、例えば酸化イリジウム(IrO)−酸化タンタル(TaO)の複合酸化物が0.01mg/cmとなるように製造される。なお、この調整において触媒担持量は、製造されるアノードの質量変化から求めることができる。 First, this substrate is washed after being immersed in a 10% oxalic acid aqueous solution maintained at 80 ° C. for 1 hour. Thereby, the surface of a base material is roughened and activated. Next, the dipping process, the drying process, and the firing process are further repeated a plurality of times in the order of description on the base material. In the dipping step, the base material is dipped in a butanol solution in which tantalum oxide and iridium chloride having a molar ratio of Ta: I = 0.3: 0.7 are dissolved. In the drying step, the immersed substrate is dried in air at 60 ° C. for 10 minutes. In the firing step, the dried substrate is fired in air at 45 ° C. for 10 minutes. The anode 430 is manufactured through these steps. In this case, the catalyst carrying amount coated on the surface of the base material having a mesh structure is manufactured such that, for example, a composite oxide of iridium oxide (IrO 2 ) -tantalum oxide (Ta 2 O) is 0.01 mg / cm 2. Is done. In this adjustment, the amount of catalyst supported can be determined from the change in mass of the manufactured anode.

カソード431について説明する。カソード431は、カソード触媒層432と、導電性の多孔質層(MPL:Micro Porous Layer)433と、ガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)434とにより構成されることが好ましい。   The cathode 431 will be described. The cathode 431 is preferably composed of a cathode catalyst layer 432, a conductive porous layer (MPL) 433, and a gas diffusion layer (GDL) 434.

カソード触媒層432は、シート状に形成されていて、多孔質層433の一面に接合されている。ガス拡散層434は通気性ないしは通液性を有する導電性の材料からシート状に形成されている。ガス拡散層434は、導電性の多孔質層433の他面に接合されて、この多孔質層433をカソード触媒層432との間に挟んでいる。   The cathode catalyst layer 432 is formed in a sheet shape and joined to one surface of the porous layer 433. The gas diffusion layer 434 is formed in a sheet shape from a conductive material having air permeability or liquid permeability. The gas diffusion layer 434 is bonded to the other surface of the conductive porous layer 433 and sandwiches the porous layer 433 with the cathode catalyst layer 432.

カソード触媒層432には、酸素を還元する能力を有した触媒(カソード触媒)が含有されている。カソード触媒層432は、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーとで形成された多孔質層であることが好ましい。カソード触媒は、貴金属粒子と貴金属合金粒子の少なくとも一方が導電性担体に担持された形態が好ましい。   The cathode catalyst layer 432 contains a catalyst (cathode catalyst) having an ability to reduce oxygen. The cathode catalyst layer 432 is preferably a porous layer formed of a cathode catalyst and a proton conductive binder. The cathode catalyst preferably has a form in which at least one of noble metal particles and noble metal alloy particles is supported on a conductive carrier.

前記貴金属粒子としては、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRh、パラジウムPd、イリジウムIrよりなる群から選択される少なくとも一緒の貴金属からなるものが好ましい。しかし、これには制限されない。   The noble metal particles are preferably composed of at least a noble metal selected from the group consisting of platinum Pt, ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, and iridium Ir. However, this is not restrictive.

カソード触媒として貴金属合金粒子を用いると、カソード触媒の耐溶解性と活性等を向上させることが可能である。こうした貴金属合金粒子として、以下の記載に特に制限されないが、二種以上の貴金属元素のみからなる合金、貴金属元素とその他の金属元素とを含む合金等が挙げられる。   When noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst, it is possible to improve the dissolution resistance and activity of the cathode catalyst. Examples of such noble metal alloy particles include, but are not particularly limited to, the following description, alloys including only two or more kinds of noble metal elements, alloys including noble metal elements and other metal elements, and the like.

貴金属合金粒子は、高い触媒活性効果を得ることができる。このため、白金Ptを基体とした貴金属合金粒子を用いるとよく、具体的には、一種以上の貴金属元素と白金Ptとの合金が好ましい。前記一種以上の貴金属元素は、ルテニウムRu、ロジウムRh、パラジウムPd、イリジウムIr等の白金Pt以外の貴金属、例えばチタンTi,バナジウムV、クロムCr、マンガンMn、鉄Fe,コバルトCo、ニッケルNiからなる群から選らばれる。   The noble metal alloy particles can obtain a high catalytic activity effect. For this reason, noble metal alloy particles based on platinum Pt may be used. Specifically, an alloy of one or more noble metal elements and platinum Pt is preferable. The one or more noble metal elements include noble metals other than platinum Pt such as ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, iridium Ir, and the like, for example, titanium Ti, vanadium V, chromium Cr, manganese Mn, iron Fe, cobalt Co, and nickel Ni. Selected from the group.

前記貴金属合金粒子の合金組成は、合金化する金属元素の種類にもよるが、白金(Pt)を30原子%〜95原子%、合金化する金属元素を5原子%〜70原子%とすることが好ましい。なお、ここで、「合金」とは、複数の金属元素、或いは金属元素と非金属元素から形成された金属的性質を有しているものの総称である。合金には、完全に溶け込んでいる固溶体、成分の金属元素が結晶レベルでは夫々独立している共晶、原子のレベルにおいて一定割合で結合した金属間化合物等があるが、本実施形態においてはいずれの状態の合金であってもよい。   Although the alloy composition of the noble metal alloy particles depends on the type of metal element to be alloyed, platinum (Pt) is 30 atomic% to 95 atomic%, and the metal element to be alloyed is 5 atomic% to 70 atomic%. Is preferred. Here, “alloy” is a general term for a plurality of metal elements, or those having metallic properties formed from metal elements and non-metal elements. Alloys include solid solutions that are completely dissolved, eutectics in which the component metal elements are independent at the crystal level, and intermetallic compounds that are bonded at a certain ratio at the atomic level. An alloy in the state of

カソード触媒層432の導電性担体は、貴金属粒子及び/又は貴金属合金粒子(すなわち、これら粒子のうちの少なくとも一方)を担持する。この導電性担体は、電子伝導性、ガス拡散性、カソード触媒との密着性等を考慮して選択される。例えば、カーボンブラック、活性炭、黒鉛などを用いることができると共に、ナノカーボン材料を用いることも可能である。カーボンブラックとして、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、バルカン(登録商標;キャボット社)、ケッチェンブラック等を挙げることができる。ナノカーボン材料は、例えば、ファイバー状、チューブ状、コイル状、シート状のいずれであってもよい。   The conductive support of the cathode catalyst layer 432 supports noble metal particles and / or noble metal alloy particles (that is, at least one of these particles). This conductive carrier is selected in consideration of electron conductivity, gas diffusibility, adhesion to the cathode catalyst, and the like. For example, carbon black, activated carbon, graphite and the like can be used, and a nanocarbon material can also be used. Examples of carbon black include furnace black, channel black, acetylene black, Vulcan (registered trademark; Cabot Corporation), and ketjen black. The nanocarbon material may be any of a fiber shape, a tube shape, a coil shape, and a sheet shape, for example.

前記導電性担体の比表面積は、カソード触媒を高分散担持するのに十分であればよく、具体的には、50m/g〜1400m/gである。比表面積が50m/g未満であると、導電性担体へのカソード触媒の分散性が低下して、十分な触媒作用を得られないおそれがある。この逆に、比表面積が1400m/gを超えると、カソード触媒の有効利用率が低下して、十分な触媒性能を得られないおそれがある。したがって、導電性担体の比表面積は前記範囲であればよく、好ましい比表面積は80m/g〜1200m/gであり、さらに好ましい比表面積は100m/g〜1000m/gである。 The specific surface area of the conductive support, the cathode catalyst may be a sufficient to highly dispersed carrier, specifically a 50m 2 / g~1400m 2 / g. If the specific surface area is less than 50 m 2 / g, the dispersibility of the cathode catalyst in the conductive support may be reduced, and sufficient catalytic action may not be obtained. On the other hand, if the specific surface area exceeds 1400 m 2 / g, the effective utilization rate of the cathode catalyst may decrease, and sufficient catalyst performance may not be obtained. Therefore, the specific surface area of the conductive support may be in the range, preferred specific surface area of 80m 2 / g~1200m 2 / g, more preferably a specific surface area of 100m 2 / g~1000m 2 / g.

導電性担体にカソード触媒を担持させたカソード触媒層432において、カソード触媒として貴金属粒子又は貴金属合金粒子を用いる場合、貴金属粒子又は貴金属合金粒子は、導電性担体をなす同じ導電性材料に担持させても、或いは導電性担体をなす異なる導電性材料に担持させても差し支えない。同様に、導電性担体にカソード触媒を担持させたカソード触媒層432において、カソード触媒として貴金属粒子及び貴金属合金粒子の両方を用いる場合、貴金属粒子及び貴金属合金粒子は、導電性担体をなす同じ導電性材料に担持させても、或いは導電性担体をなす異なる導電性材料に担持させても差し支えない。   When the noble metal particles or the noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst in the cathode catalyst layer 432 in which the cathode catalyst is supported on the conductive support, the noble metal particles or the noble metal alloy particles are supported on the same conductive material forming the conductive support. Alternatively, it may be supported on a different conductive material forming a conductive carrier. Similarly, when both the noble metal particles and the noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst in the cathode catalyst layer 432 in which the cathode catalyst is supported on the conductive carrier, the noble metal particles and the noble metal alloy particles have the same conductivity as the conductive carrier. It may be carried on a material or may be carried on a different conductive material forming a conductive carrier.

導電性担体にカソード触媒として貴金属粒子又は貴金属合金粒子のうちの少なくとも一方を担持させて形成されるカソード触媒層432において、カソード触媒の担持量は、カソード触媒層432の総質量に対して、10wt%〜90wt%であることが好ましい。   In the cathode catalyst layer 432 formed by supporting at least one of noble metal particles or noble metal alloy particles as a cathode catalyst on a conductive support, the amount of the cathode catalyst supported is 10 wt% with respect to the total mass of the cathode catalyst layer 432. % To 90 wt% is preferable.

カソード触媒の担持量が10wt%未満であると、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の触媒性能が低下する。これにより、所望の触媒性能を得るためにカソード触媒を多量に必要とするので、好ましくない。しかも、カソード触媒層432における反応特性の拡散性が低下する点でも好ましくない。   When the loading amount of the cathode catalyst is less than 10 wt%, the catalyst activity per unit mass is lowered and the desired catalyst performance is lowered. This is not preferable because a large amount of the cathode catalyst is required to obtain the desired catalyst performance. Moreover, it is not preferable in that the diffusibility of the reaction characteristics in the cathode catalyst layer 432 is lowered.

この逆に、カソード触媒の担持量が90wt%を超えると、導電性担体上でのカソード触媒の分散度が低下する。これにより、カソード触媒の担持量が増える割には触媒性能が十分に向上せず、カソード触媒層432のコスト高になるので好ましくない。   On the contrary, when the loading amount of the cathode catalyst exceeds 90 wt%, the degree of dispersion of the cathode catalyst on the conductive support is lowered. As a result, the catalyst performance is not sufficiently improved for an increase in the amount of the cathode catalyst supported, which is not preferable because the cost of the cathode catalyst layer 432 increases.

したがって、カソード触媒の担持量は前記範囲であればよく、好ましい担持量は20wt%〜80wt%であり、さらに好ましい担持量は30wt%〜70wt%である。   Therefore, the supported amount of the cathode catalyst may be in the above range, the preferable supported amount is 20 wt% to 80 wt%, and the more preferable supported amount is 30 wt% to 70 wt%.

カソード触媒の触媒粒子がナノ微粒子であると、最も高い活性が得られる。触媒粒子の平均粒径は10nm以下であることが望ましい。触媒粒子の平均粒径が10nmを超えると、触媒の活性効率が著しく低下するおそれがある。さらに好ましい触媒粒子の平均粒径の範囲は、0.5nm〜10nmである。触媒粒子の平均粒径を0.5nm未満にすると、触媒合成プロセスの制御が困難で、触媒製造コストが高くなる。なお、触媒粒子には、平均粒径が10nm以下の微粒子を単独で使用しても良いが、この微粒子からなる一次粒子の凝集体(二次粒子)を使用しても良い。   When the catalyst particles of the cathode catalyst are nanoparticles, the highest activity can be obtained. The average particle size of the catalyst particles is desirably 10 nm or less. If the average particle diameter of the catalyst particles exceeds 10 nm, the activity efficiency of the catalyst may be significantly reduced. A more preferable range of the average particle diameter of the catalyst particles is 0.5 nm to 10 nm. When the average particle diameter of the catalyst particles is less than 0.5 nm, it is difficult to control the catalyst synthesis process, and the catalyst production cost increases. As the catalyst particles, fine particles having an average particle diameter of 10 nm or less may be used alone, but aggregates (secondary particles) of primary particles made of the fine particles may be used.

カソード触媒は、含浸法、沈殿法、コロイド法などの溶液法、又はスパッタリング法などの乾式法を利用して製造することが可能である。カソード触媒を製造する手法の具体例は以下の通りである。   The cathode catalyst can be produced using a solution method such as an impregnation method, a precipitation method, a colloid method, or a dry method such as a sputtering method. Specific examples of the method for producing the cathode catalyst are as follows.

まず、塩化白金酸を溶解した水溶液にアセチレンブラックを分散させ、そこに炭酸水素ナトリウムを滴下して、溶液のpHを7〜8にする。これにより、アセチレンブラックにPtの酸化物を担持した。次に、溶液から固体分をろ過により分離し、硫酸水溶液で洗浄した後、60℃(大気中)で乾燥した。この後、得られた固体を粉砕し、水素ガスで還元処理をしてアセチレンブラック上にPtを担持した。Ptの担持量は10wt%であった。   First, acetylene black is dispersed in an aqueous solution in which chloroplatinic acid is dissolved, and sodium bicarbonate is added dropwise thereto to adjust the pH of the solution to 7-8. As a result, Pt oxide was supported on acetylene black. Next, the solid content was separated from the solution by filtration, washed with an aqueous sulfuric acid solution, and then dried at 60 ° C. (in the atmosphere). Thereafter, the obtained solid was pulverized and reduced with hydrogen gas to carry Pt on acetylene black. The amount of Pt supported was 10 wt%.

なお、カソード触媒の結晶構造は、X線回折分析(XRD:X-ray Diffraction)における回折ピークを帰属することで確認できる。例えば、X線回折分析(XRD)装置にRigaku製、RINT1200を使用できる。   The crystal structure of the cathode catalyst can be confirmed by assigning a diffraction peak in X-ray diffraction analysis (XRD). For example, RINT1200 manufactured by Rigaku can be used as an X-ray diffraction analysis (XRD) apparatus.

試料は、合成された触媒や減酸素セルのカソードに使用されている触媒層の一部を削り出した粉末試料でも評価が可能である。なお、試料から触媒を取り出す際には、製品の表面の最大面積を有する面の実質的に中央部の断面部位を、試料として用いる。分析試料はメノウ乳鉢で粉砕し、45μmのフルイを通過した粉末を用いた。   The sample can be evaluated by a powder sample obtained by cutting out a part of the catalyst layer used for the synthesized catalyst or the cathode of the oxygen reduction cell. When taking out the catalyst from the sample, the cross-sectional portion of the substantially central portion of the surface having the maximum surface area of the product is used as the sample. The analysis sample was pulverized in an agate mortar and used a powder that passed through a 45 μm sieve.

測定は、ガラス製の試料板(試料部の大きさ;縦20mm×横20mm×深さ0.2mm)にガラス板を用いて分析試料が試料板表面と平滑になるように充填した。   In the measurement, a glass sample plate (size of sample portion: length 20 mm × width 20 mm × depth 0.2 mm) was filled with a glass plate so that the analysis sample was smooth with the surface of the sample plate.

測定条件は以下の通りである。その他の測定手法に関する詳細は理学電気(株)発行「X線回折の手引(改訂第三版)」を参考にして行っている。   The measurement conditions are as follows. For details on other measurement methods, refer to “Guidelines for X-ray diffraction (revised third edition)” issued by Rigaku Denki Co., Ltd.

管球:Cu
管電圧:40kV
管電流:40mA
発散スリット:1deg
散乱スリット:1deg
受光スリット:0.30mm
サンプリング角度:0.020deg
スキャンスピード:2deg/分
カソード触媒の平均粒径は、X線回折分析(XRD)における触媒の最強回折ピークの半値幅から求められる結晶子径より算出できる。算出に用いたのはScherrerの式である。
Tube: Cu
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 40 mA
Divergence slit: 1 deg
Scattering slit: 1 deg
Receiving slit: 0.30mm
Sampling angle: 0.020 deg
Scanning speed: 2 deg / min The average particle diameter of the cathode catalyst can be calculated from the crystallite diameter determined from the half width of the strongest diffraction peak of the catalyst in X-ray diffraction analysis (XRD). The Scherrer equation was used for the calculation.

なお、カソード触媒層432に含まれる貴金属触媒の組成分析は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP:Inductively Coupled Plasma)により評価できる。   The composition analysis of the noble metal catalyst contained in the cathode catalyst layer 432 can be evaluated by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

分析試料は、電極触媒や減酸素セルのカソードに使用されている触媒層の一部を削り出した粉末試料でも評価が可能である。分析試料の前処理(溶液化)方法には、いくつかの手法があり、それらを触媒に使用している元素に応じて適宜、組み合わせて使用できる。例えば、酸溶解法であれば、多くの元素と錯体を形成し溶解を助ける濃塩酸、強い酸化力を有する硝酸、高温加熱分解が可能な熱濃硫酸などを用いることができる。また、単一の酸での溶解が困難な場合、これらの酸を組み合わせた混酸を用いてもよい。酸分解が困難な場合、高温溶融により溶解力が強力なアルカリ融解法で前処理をできる。この溶解法において、分解剤には炭酸ナトリウム(NaCO)、過酸化ナトリウム(Na)、水酸化ナトリウムと硝酸ナトリウムの混合物(NaOH+NaNO)がなどを用いることができる。 The analysis sample can also be evaluated by a powder sample obtained by cutting out a part of the catalyst layer used for the electrode catalyst or the cathode of the oxygen reduction cell. There are several methods for the pretreatment (solution) of the analysis sample, and these can be used in appropriate combination according to the element used for the catalyst. For example, in the case of an acid dissolution method, concentrated hydrochloric acid that forms a complex with many elements to assist dissolution, nitric acid having strong oxidizing power, hot concentrated sulfuric acid capable of high-temperature heat decomposition, and the like can be used. Further, when it is difficult to dissolve with a single acid, a mixed acid obtained by combining these acids may be used. When acid decomposition is difficult, pretreatment can be performed by an alkali melting method having a strong dissolving power by high-temperature melting. In this dissolution method, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), a mixture of sodium hydroxide and sodium nitrate (NaOH + NaNO 3 ), or the like can be used as the decomposition agent.

カソード431におけるカソード触媒層432は、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーとで形成された多孔質層である。プロトン伝導性バインダーは、カソード触媒を固定化するために用いられ、パーフルオロスルホン酸ポリマー(例えば、デュポン社製、商品名:ナフィオン)が選択される。   The cathode catalyst layer 432 in the cathode 431 is a porous layer formed of a cathode catalyst and a proton conductive binder. The proton conductive binder is used to immobilize the cathode catalyst, and a perfluorosulfonic acid polymer (for example, product name: Nafion manufactured by DuPont) is selected.

カソード触媒層432は、プロトン伝導性、導電性を高く維持しつつ、物質拡散が容易な多孔性を保持した触媒層構造であることが望ましい。このため、触媒担持物とプロトン伝導性バインダーの配合比は、触媒層全質量(C)に対してプロトン伝導性バインダー(P)の質量比(P/C)が0.05〜0.5の範囲であることが望ましい。質量比P/Cが0.5よりも大きいと、触媒担持カーボンの連続性が低下して導電度が低くなるおそれがある。   It is desirable that the cathode catalyst layer 432 has a catalyst layer structure that maintains a high proton conductivity and conductivity while maintaining a porosity that facilitates material diffusion. For this reason, the mixing ratio of the catalyst support and the proton conductive binder is such that the mass ratio (P / C) of the proton conductive binder (P) is 0.05 to 0.5 with respect to the total mass (C) of the catalyst layer. A range is desirable. If the mass ratio P / C is greater than 0.5, the continuity of the catalyst-supporting carbon may be reduced and the conductivity may be lowered.

カソード触媒層432は、ガス拡散層(GDL)434に接合された導電性の多孔質層(MPL)433の直上に形成されたものである。MPL付きGDLは、市販されているものを適宜、選択して用いることができる。   The cathode catalyst layer 432 is formed immediately above the conductive porous layer (MPL) 433 joined to the gas diffusion layer (GDL) 434. As the GDL with MPL, a commercially available product can be appropriately selected and used.

ガス拡散層434は、撥水剤により適度に撥水性が付与されたカーボンペーパーやカーボンクロス、カーボンフェルト等の通気性あるいは通液性を有する材料から形成されたシートであり、導電性を有する。導電性の多孔質層(MPL)433は撥水剤とカーボン粒子からなる多孔質層である。   The gas diffusion layer 434 is a sheet made of a material having air permeability or liquid permeability, such as carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or the like, which has been appropriately given water repellency by a water repellent, and has conductivity. The conductive porous layer (MPL) 433 is a porous layer made of a water repellent and carbon particles.

ガス拡散層434及び導電性の多孔質層433に用いられる撥水剤はフッ素樹脂が選択される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)などを利用できる。   As the water repellent used for the gas diffusion layer 434 and the conductive porous layer 433, a fluororesin is selected. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), and the like can be used.

導電性の多孔質層433に用いられるカーボン粒子は前述の導電性担体と同様のものを利用できる。   As the carbon particles used for the conductive porous layer 433, the same carbon particles as those described above can be used.

カソード触媒層432は例えば以下の手法で作製できる。まず、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーを水やアルコールなどの有機溶媒に混合、分散して触媒スラリーとする。次に、このスラリーをガス拡散層434に塗布し、乾燥する。これにより、カソード触媒層432を形成する。分散方法は、特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミル、ホモジナイザーなどが挙げられる。   The cathode catalyst layer 432 can be produced by the following method, for example. First, a cathode catalyst and a proton conductive binder are mixed and dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to form a catalyst slurry. Next, this slurry is applied to the gas diffusion layer 434 and dried. Thereby, the cathode catalyst layer 432 is formed. The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include a dissolver, a ball mill, and a homogenizer.

カソード431の具体的な製造方法として、たとえば、前述で得られたPt/C1gに対し、水5g、1−プロパノール8g、2−プロパノール8g、エチレングリコール2gを秤量・混合し、ジルコニアボールを用いたボールミルで1時間、混合した。得られた触媒スラリーをMPL付きGDLのMPL面に塗布し、大気中において60℃で乾燥したのち、1%過酸化水素水で1時間洗浄をして、カソード431を作製した。触媒スラリーの組成及びMPL付きGDLの重量変化から求めたPtの触媒量は1mg/cmであった。 As a specific manufacturing method of the cathode 431, for example, 5 g of water, 8 g of 1-propanol, 8 g of 2-propanol, and 2 g of ethylene glycol were weighed and mixed with 1 g of Pt / C obtained above, and zirconia balls were used. Mix for 1 hour on a ball mill. The obtained catalyst slurry was applied to the MPL surface of GDL with MPL, dried at 60 ° C. in the air, and then washed with 1% hydrogen peroxide solution for 1 hour to prepare cathode 431. The catalyst amount of Pt determined from the composition of the catalyst slurry and the weight change of the GDL with MPL was 1 mg / cm 2 .

高分子の電解質膜435について説明する、この電解質膜435は、プロトン伝導性の高さからパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーからなる薄膜が好ましい。電解質膜435として、例えば、ナフィオン(登録商標:デュポン社製)、フレミオン(登録商標:旭化成株式会社製)、アシプレックス(登録商標:旭硝子株式会社製)などのスルホン酸基を持つフッ素樹脂などを挙げることができる。しかし、これらに限定されるものではなく、電解質膜435は、スルホン酸基を有する有機高分子材料からなる薄膜であればよい。なお、高分子の電解質膜435の膜厚は、膜抵抗を考慮すれば、10μm〜150μmとすることが好ましい。より好ましい膜厚は30μm〜100μmである。   The polymer electrolyte membrane 435 will be described. The electrolyte membrane 435 is preferably a thin film made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer because of its high proton conductivity. As the electrolyte membrane 435, for example, fluorine resin having a sulfonic acid group such as Nafion (registered trademark: manufactured by DuPont), Flemion (registered trademark: manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Aciplex (registered trademark: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), etc. Can be mentioned. However, the electrolyte membrane 435 is not limited to these, and the electrolyte membrane 435 may be a thin film made of an organic polymer material having a sulfonic acid group. The film thickness of the polymer electrolyte membrane 435 is preferably 10 μm to 150 μm in consideration of membrane resistance. A more preferable film thickness is 30 μm to 100 μm.

電極接合体436の気化層438について説明する。気化層438は、アノードへの水の移動量を抑制するアノード水調整部であって、多孔材料で形成されていて、アノード室442から供給された水(液体)を水蒸気にして、この水蒸気をアノード430に供給するために設けられている。したがって、気化層438は気液分離層である。この気化層438は、熱伝導性に優れた材料、言い換えれば、熱応答性が高い材料、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素製多孔質体で形成されている。   The vaporization layer 438 of the electrode assembly 436 will be described. The vaporization layer 438 is an anode water adjustment unit that suppresses the amount of water transferred to the anode, and is formed of a porous material. The water (liquid) supplied from the anode chamber 442 is converted into water vapor, and the water vapor is converted into water vapor. Provided to supply to the anode 430. Therefore, the vaporization layer 438 is a gas-liquid separation layer. The vaporized layer 438 is formed of a material having excellent thermal conductivity, in other words, a material having high thermal responsiveness, for example, a carbon porous body such as carbon paper, carbon cloth, or carbon felt.

気化層438に撥水機能を付与する撥水剤が含有されている。この気化層438の撥水機能で、アノード室442に供給された水(液体)がアノード430に直接接することを妨げている。撥水剤には、フッ素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレンー六フッ化エチレン共重合樹脂(FEP)、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルービニルエーテル共重合樹脂(PFA)等を、好適に用いることができる。   The vaporization layer 438 contains a water repellent that imparts a water repellent function. The water repellent function of the vaporization layer 438 prevents water (liquid) supplied to the anode chamber 442 from coming into direct contact with the anode 430. The water repellent includes fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer resin (FEP), and tetrafluoroethylene perfluoroalkyl-vinyl ether copolymer resin (PFA). Can be preferably used.

炭素製多孔質体への撥水剤(フッ素樹脂)の処理は必ずしも均一になされる保証がない。このため、フッ素樹脂の含有量が5wt(質量)%未満になると、気化層438での撥水機能が不十分となり、アノード室442内の水(液体)が気化層438を通ってアノード430に達するおそれがある。又、フッ素樹脂の含有量が50wt(質量)%を超えると、撥水剤(フッ素樹脂)が炭素性多孔質体の細孔に充填されて、細孔容積を低下させる。これにより、気化層438からアノード430への水蒸気の供給量が低下して、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなるので、減酸素の速度が遅くなるおそれがある。   There is no guarantee that the treatment of the water repellent (fluororesin) on the carbon porous body will be performed uniformly. For this reason, when the content of the fluororesin is less than 5 wt (mass)%, the water-repellent function in the vaporization layer 438 becomes insufficient, and water (liquid) in the anode chamber 442 passes through the vaporization layer 438 to the anode 430. There is a risk of reaching. When the content of the fluororesin exceeds 50 wt (mass)%, the water repellent (fluororesin) is filled in the pores of the carbonaceous porous body, and the pore volume is reduced. As a result, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation, so that the rate of oxygen reduction may be slow.

したがって、炭素製多孔質体の撥水剤(フッ素樹脂)の含有量は、5wt%〜50wt%であると良く、さらに、8wt%〜40wtであることが好ましく、10wt%〜35wt%であることがより好ましい。   Therefore, the content of the water repellent (fluororesin) in the carbon porous body is preferably 5 wt% to 50 wt%, more preferably 8 wt% to 40 wt%, and 10 wt% to 35 wt%. Is more preferable.

気化層438は、減酸素セル423の運転に必要な水(水蒸気)を過不足なくアノード430に供給するために、気化層438が有する細孔径、気孔率、層厚みは、以下のように設定されている。   The vaporized layer 438 has the pore diameter, porosity, and layer thickness of the vaporized layer 438 set as follows in order to supply water (water vapor) necessary for the operation of the oxygen reduction cell 423 to the anode 430 without excess or deficiency. Has been.

気化層438の細孔径を横軸とすると共に、気化層438の細孔容積を縦軸とした細孔分布において、細孔のメディアン径が15μm未満であると、気化層438からアノード430への水蒸気の供給量が適正量を下回り、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなって、減酸素の速度が遅くなるおそれがある。また、炭素製多孔質体への撥水剤の処理は必ずしも均一に行われないため、処理が不十分の場合、細孔のメディアン径が60μmを超えることが考えられる。このようになると、アノード室442内の水(液体)が水蒸気とならずに気化層438を通ってアノード430に達するおそれがある。   In the pore distribution with the pore diameter of the vaporized layer 438 as the horizontal axis and the pore volume of the vaporized layer 438 as the vertical axis, when the median diameter of the pore is less than 15 μm, the vaporized layer 438 to the anode 430 The supply amount of water vapor is less than the appropriate amount, and it becomes difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation, which may reduce the rate of oxygen reduction. Further, since the treatment with the water repellent agent is not necessarily performed uniformly on the carbon porous body, it is conceivable that the median diameter of the pores exceeds 60 μm when the treatment is insufficient. In this case, water (liquid) in the anode chamber 442 may reach the anode 430 through the vaporization layer 438 without becoming water vapor.

したがって、細孔径は、そのメディアン径が、15μm〜60μmであると良く、さらに、20μm〜55μmであることが好ましく、25μm〜50μmであることがより好ましくい。   Therefore, the median diameter of the pore diameter is preferably 15 μm to 60 μm, more preferably 20 μm to 55 μm, and even more preferably 25 μm to 50 μm.

気化層438は、その気孔率が40%未満であると、気化層438からアノード430への水蒸気の供給量が適正量を下回り、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなって、減酸素の速度が遅くなるおそれがある。又、気孔率が90%を超えると、気化層438の強度が不足するので、それへの撥水処理等の工程管理に不具合がでるおそれがある。   When the porosity of the vaporized layer 438 is less than 40%, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 is less than an appropriate amount, and it is difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation. Therefore, the rate of oxygen reduction may be slow. On the other hand, if the porosity exceeds 90%, the strength of the vaporized layer 438 is insufficient, and there is a risk of trouble in process management such as water repellent treatment.

したがって、気孔率は、40%〜90%であるとよく、さらに、45%〜85%であることが好ましく、50%〜80%であることがより好ましい。   Therefore, the porosity is preferably 40% to 90%, further preferably 45% to 85%, and more preferably 50% to 80%.

気化層438は、炭素性多孔質体の厚さが100μm未満では、気化層438の強度が不足して撥水処理等の工程管理に不具合ができるおそれがある。又、多孔質体の厚さが500μmを超えると、気化層438からアノード430への水蒸気の供給量が適正量を下回って、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなるので、減酸素の速度が遅くなるおそれがある。したがって、気化層438の厚さは、100μm〜500μmであると良く、さらに110μm〜450μmであることが好ましく、130μm〜400μmであることがより好ましい。なお、気化層438の厚さは、気化層438の面積を16の領域に分割し、各領域の中心位置の厚さを測定して、測定された値の平均値としたものを使用する。   If the vaporized layer 438 has a carbon porous body thickness of less than 100 μm, the vaporized layer 438 is insufficient in strength, and there is a risk that trouble may occur in process management such as water repellent treatment. Also, if the thickness of the porous body exceeds 500 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 438 to the anode 430 is less than the appropriate amount, and it becomes difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation. The rate of oxygen reduction may be slow. Therefore, the thickness of the vaporization layer 438 is preferably 100 μm to 500 μm, more preferably 110 μm to 450 μm, and even more preferably 130 μm to 400 μm. Note that the thickness of the vaporized layer 438 is obtained by dividing the area of the vaporized layer 438 into 16 regions and measuring the thickness of the center position of each region to obtain an average value of the measured values.

なお、実施形態での気化層438の細孔径、気孔率は、水銀ポロシオメーターを使用して評価できる。水銀ポロシオメーターとは、水銀注入法によって多孔材料における細孔の大きさを評価するための装置である。この評価装置には、島津製作所製の「オートポア9520形」を使用できる。   In addition, the pore diameter and porosity of the vaporization layer 438 in the embodiment can be evaluated using a mercury porosimeter. A mercury porosimeter is an apparatus for evaluating the size of pores in a porous material by a mercury injection method. For this evaluation apparatus, “Autopore 9520 type” manufactured by Shimadzu Corporation can be used.

水銀ポロシオメーターで測定される気化層の試料は、数時間、室温で減圧乾燥した後、約1.2×2.5cmの短冊片に切断し、0.07g〜0.13gを標準セルに採る。この試料を用いて、初期圧約5kPa(約0.7psia、細孔直径約250μm相当)の各条件で、細孔径と気孔率を測定する。このときの、水銀パラメータは、水銀接触角130degrees、水銀表面張力485dynes/cmに設定する。測定の過程での圧力と圧入された水銀量を静電容量検出器で検知し細孔容積を測定する。そして、細孔を円筒形にモデル化することで、最高径、かさ密度、見かけ密度、気孔率、及び細孔分布を求めることができる。なお、圧力と、その圧力で水銀が侵入可能な細孔径の関係は、Washburnの式で表される。   The sample of the vaporized layer measured with a mercury porosimeter was dried under reduced pressure at room temperature for several hours, then cut into strips of about 1.2 × 2.5 cm, and 0.07 g to 0.13 g was used as a standard cell. take. Using this sample, the pore diameter and the porosity are measured under each condition of an initial pressure of about 5 kPa (about 0.7 psia, corresponding to a pore diameter of about 250 μm). At this time, the mercury parameters are set to a mercury contact angle of 130 degrees and a mercury surface tension of 485 dynes / cm. The pore volume is measured by detecting the pressure in the measurement process and the amount of mercury injected with a capacitance detector. Then, by modeling the pores into a cylindrical shape, the maximum diameter, bulk density, apparent density, porosity, and pore distribution can be obtained. The relationship between the pressure and the pore diameter through which mercury can enter at that pressure is expressed by the Washburn equation.

本実施形態で用いられる気化層438の具体的な製造方法の一例を説明する。まず、所定濃度に調整したPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)分散水溶液に、カーボンペーパーを1分間浸漬させて、これを室温で一晩乾燥させる。次に、こうして乾燥されたカーボンペーパーをアルゴン雰囲気中において、380℃で10分間焼成する。これにより、撥水処理がされたカーボンペーパー製の気化層438が作成される。なお、この気化層438の製法は特に限定されない。   An example of a specific method for manufacturing the vaporization layer 438 used in this embodiment will be described. First, carbon paper is immersed for 1 minute in a PTFE (polytetrafluoroethylene) -dispersed aqueous solution adjusted to a predetermined concentration and dried overnight at room temperature. Next, the carbon paper thus dried is fired at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere. As a result, a vaporized layer 438 made of carbon paper subjected to water repellent treatment is created. In addition, the manufacturing method of this vaporization layer 438 is not specifically limited.

製造された気化層438の撥水剤(フッ素樹脂)の含有量は、燃焼による重量の減少を測定することで評価できる。或いは、示差熱-熱重量同時測定(TG-DTA)によって、カーボンやフッ素樹脂の燃焼による重量減少を測定することで、気化層438のフッ素樹脂含有量を評価することもできる。   The content of the water repellent (fluororesin) in the produced vaporized layer 438 can be evaluated by measuring a decrease in weight due to combustion. Alternatively, the fluororesin content of the vaporized layer 438 can also be evaluated by measuring weight loss due to combustion of carbon or fluororesin by differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA).

気化層438に、通気性あるいは通液性を有す多孔質炭素粒子層(MPL)が積層された構造を選択することで、アノード430に対する通気性や通液性の均一化を図ることができる。アノード430への通気性や通液性が均一になることで、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行し、電解電圧が増加するのを抑制できる。したがって、多孔質炭素粒子層はアノード430側に配置されていることが望ましい。   By selecting a structure in which a porous carbon particle layer (MPL) having air permeability or liquid permeability is laminated on the vaporization layer 438, the air permeability and liquid permeability to the anode 430 can be made uniform. . By making the air permeability and liquid permeability to the anode 430 uniform, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage can be suppressed. Therefore, it is desirable that the porous carbon particle layer is disposed on the anode 430 side.

一方、多孔質炭素粒子層がアノード430の裏面側に配置されたとしても、液体の水が多孔質炭素粒子層を介して気化層438に均一に物質拡散することが可能になる。これにより、アノード430への通気性や通液性がより一層促進される。したがって、気化層438の両面に多孔質炭素粒子層を配置することが可能であるが、多孔質炭素粒子層の配置は、要求されるコストや減酸素セル423の性能、寿命を勘案して適宜選択すればよい。   On the other hand, even if the porous carbon particle layer is disposed on the back side of the anode 430, liquid water can be uniformly diffused into the vaporization layer 438 through the porous carbon particle layer. Thereby, the air permeability and liquid permeability to the anode 430 are further promoted. Therefore, although it is possible to dispose a porous carbon particle layer on both sides of the vaporization layer 438, the disposition of the porous carbon particle layer is appropriately determined in consideration of the required cost, the performance of the oxygen reduction cell 423, and the lifetime. Just choose.

多孔質炭素粒子層は撥水剤とカーボン粒子からなる多孔質層である。撥水材にはフッ素樹脂が選択され、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)等を利用できる。カーボン粒子は前述の導電性担体と同様のものを利用できる。   The porous carbon particle layer is a porous layer composed of a water repellent and carbon particles. A fluororesin is selected as the water repellent material. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA) ) Etc. can be used. As the carbon particles, the same conductive particles as those described above can be used.

多孔質炭素粒子層は通気性や通液性の均一化に必要な撥水機能が付与されるために、適度にフッ素樹脂が含有されている。フッ素樹脂の含有率が5wt%よりも少ないと、撥水機能が不十分となり、液体の水が多孔質炭素粒子層内部で停滞し細孔を閉塞するおそれがある。フッ素樹脂の含有率が50wt%よりも多くなると、フッ素樹脂が多孔質炭素粒子層の細孔に充填され細孔容積を低下させる。これにより、アノード430への水蒸気の供給量が少なくなり、減酸素運転に必要な電流密度が十分に得られないため、減酸素速度が遅くなるおそれがある。したがって、フッ素樹脂含有量は、5wt%乃至50wt%であることが望ましく、好ましくは8wt%乃至40wt%であり、より好ましくは10wt%乃至35wt%である。   Since the porous carbon particle layer has a water-repellent function necessary for making air permeability and liquid permeability uniform, it appropriately contains a fluororesin. If the content of the fluororesin is less than 5 wt%, the water repellent function is insufficient, and liquid water may stagnate inside the porous carbon particle layer and block the pores. When the content of the fluororesin exceeds 50 wt%, the fluororesin fills the pores of the porous carbon particle layer and decreases the pore volume. As a result, the amount of water vapor supplied to the anode 430 is reduced, and the current density necessary for the oxygen reduction operation cannot be sufficiently obtained, so that the oxygen reduction rate may be delayed. Therefore, the fluororesin content is desirably 5 wt% to 50 wt%, preferably 8 wt% to 40 wt%, and more preferably 10 wt% to 35 wt%.

多孔質炭素粒子層は、通気性や通液性の均一化のため適度な厚さがある。多孔質炭素粒子層の厚さが10μmよりも少ないと、基材である気化層438の凹凸の影響で均一な多孔質炭素粒子層を得ることが困難で、通気性や通液性の均一化が難しくなる。一方、多孔質炭素粒子層の厚さ100μmよりも大きいと、アノード430への水蒸気の供給量が少なくなって減酸素運転に必要な電流密度が十分に得られないため、減酸素速度が遅くなるおそれがある。したがって、多孔質炭素粒子層の厚さ10μm乃至100μmであることが望ましく、好ましくは15μm乃至80μmであり、より好ましくは20乃μm至50μmである。   The porous carbon particle layer has an appropriate thickness for uniform air permeability and liquid permeability. If the thickness of the porous carbon particle layer is less than 10 μm, it is difficult to obtain a uniform porous carbon particle layer due to the unevenness of the vaporized layer 438 as a base material, and the air permeability and liquid permeability are made uniform. Becomes difficult. On the other hand, if the thickness of the porous carbon particle layer is larger than 100 μm, the supply amount of water vapor to the anode 430 is reduced and the current density necessary for the oxygen reduction operation cannot be obtained sufficiently, so that the oxygen reduction rate becomes slow. There is a fear. Accordingly, the thickness of the porous carbon particle layer is desirably 10 μm to 100 μm, preferably 15 μm to 80 μm, and more preferably 20 μm to 50 μm.

多孔質炭素粒子層の厚さは、気化層438の断面を走査型電子顕微鏡にて観察し、少なくとも5箇所を観測した平均値とした。なお、測定条件は以下とした。   The thickness of the porous carbon particle layer was an average value obtained by observing the cross section of the vaporized layer 438 with a scanning electron microscope and observing at least five locations. The measurement conditions were as follows.

装置:日本電子(株)製JXA−8100
SEM観察条件:加速電圧:15kV、倍率:400倍
実施形態に用いられる多孔質炭素粒子層が積層された気化層438の具体的な製造方法の例としては公知の手法を用いることができる。
Apparatus: JXA-8100 manufactured by JEOL Ltd.
SEM observation conditions: acceleration voltage: 15 kV, magnification: 400 times As a specific example of a method for producing the vaporized layer 438 on which the porous carbon particle layer used in the embodiment is laminated, a known method can be used.

例えば、まず、カーボン粒子とPTFE分散水溶液を、水やアルコールなどの有機溶媒に所定の濃度と組成に調整して混合すると共に分散させて、スラリーとする。次に、このスラリーを予め作製した気化層に塗布すると共に乾燥し、これをアルゴン雰囲気中、380℃で10分間、焼成することで、多孔質炭素粒子層が積層された気化層438を製造する。この製法での分散方法は、特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミル、ホモジナイザーなどを用いることができる。同製法での塗布方法も、特に限定されるものではなく、キャスト法、スプレー法などで行なうことが可能である。要求されるコストや素子の性能、寿命を勘案して市販の多孔質炭素粒子層が積層された気化層438を適宜選択することもできる。   For example, first, carbon particles and an aqueous PTFE dispersion are mixed and dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to a predetermined concentration and composition to form a slurry. Next, this slurry is applied to a vaporized layer prepared in advance and dried, and this is fired at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere, thereby producing a vaporized layer 438 on which a porous carbon particle layer is laminated. . The dispersion method in this production method is not particularly limited, and a dissolver, a ball mill, a homogenizer, or the like can be used. A coating method in the production method is not particularly limited, and can be performed by a casting method, a spray method, or the like. The vaporized layer 438 on which a commercially available porous carbon particle layer is laminated can be appropriately selected in consideration of required cost, device performance, and lifetime.

以上説明した減酸素ユニット422は、例えば、次の方法で製造できる。   The oxygen reduction unit 422 described above can be manufactured, for example, by the following method.

まず、減酸素セル423のアノード430、カソード431、及び電解質膜435とを、加熱及び加圧ができる装置を用いて接合(熱圧着)する。一般的には、ホットプレス機により接合が行なわれる。その際のプレス温度は、電極と電解質膜435の結着性が得られるプロトン伝導性高分子のガラス転移温度以上であればよく、一般には100℃〜400℃である。プレス圧は使用する電極の硬さに依存するが、通常、5kg/cm〜200kg/cmである。次に、得られた減酸素セル423を、電極を担うカソード集電体429と、電極接合体436の気化層438及び電極をなすアノード集電体437と組合せる。これにより、減酸素ユニット422を得ることができる。 First, the anode 430, the cathode 431, and the electrolyte membrane 435 of the oxygen-reducing cell 423 are joined (thermocompression bonding) using a device that can be heated and pressurized. Generally, joining is performed by a hot press machine. The press temperature in that case should just be more than the glass transition temperature of the proton conductive polymer from which the binding property of an electrode and the electrolyte membrane 435 is obtained, and is generally 100 to 400 degreeC. The pressing pressure depends on the hardness of the electrode used, but is usually, 5kg / cm 2 ~200kg / cm 2. Next, the obtained oxygen-reducing cell 423 is combined with a cathode current collector 429 serving as an electrode, a vaporization layer 438 of an electrode assembly 436, and an anode current collector 437 serving as an electrode. Thereby, the oxygen reduction unit 422 can be obtained.

減酸素装置421は、その減酸素セル423が減酸素室403内の酸素と反応できるように冷蔵庫本体402に配設されている。具体例として減酸素装置421は、図26に示すように第2ケース部材445に形成された空気取入れ口447を冷蔵庫本体402の通孔402aに臨ませて、冷蔵庫本体402の凹部420に収容されている。これにより、カソード室446と減酸素室403とが通孔402aを経由して連通されていて、減酸素セル423のカソード431は減酸素室403内の酸素と反応することが可能である。   The oxygen reduction device 421 is disposed in the refrigerator main body 402 so that the oxygen reduction cell 423 can react with oxygen in the oxygen reduction chamber 403. As a specific example, the oxygen reduction device 421 is accommodated in the recess 420 of the refrigerator main body 402 with the air intake port 447 formed in the second case member 445 facing the through hole 402a of the refrigerator main body 402 as shown in FIG. ing. Thus, the cathode chamber 446 and the oxygen reduction chamber 403 are communicated with each other via the through hole 402a, and the cathode 431 of the oxygen reduction cell 423 can react with oxygen in the oxygen reduction chamber 403.

図27に示すように電源424の正極に減酸素セル423のアノード集電体437が電気的に接続されていると共に、電源424の負極に減酸素セル423のカソード集電体429が電気的に接続されている。電源424は、電圧又は電流を減酸素セル423のアノード430とカソード431との間に印加する。なお、図27中符号29は検知器を示している。この検知器29は減酸素セル423に印加される電圧又は電流を検知するもので、例えば電圧計である。   As shown in FIG. 27, the anode current collector 437 of the oxygen reduction cell 423 is electrically connected to the positive electrode of the power source 424, and the cathode current collector 429 of the oxygen reduction cell 423 is electrically connected to the negative electrode of the power source 424. It is connected. The power source 424 applies a voltage or current between the anode 430 and the cathode 431 of the oxygen reduction cell 423. In addition, the code | symbol 29 in FIG. 27 has shown the detector. The detector 29 detects a voltage or current applied to the oxygen reduction cell 423, and is a voltmeter, for example.

冷蔵庫401の扉405が開かれるたびに、減酸素室403の酸素濃度は大気中の酸素濃度と同じとなる。このため、扉405が閉じられるたびに、減酸素装置421は、減酸素室403が目標とする低い酸素濃度となるように運転される。次に、減酸素装置421の運転により減酸素室403内の酸素が減らされる反応(減酸素反応)を説明する。   Each time the door 405 of the refrigerator 401 is opened, the oxygen concentration in the oxygen reduction chamber 403 becomes the same as the oxygen concentration in the atmosphere. For this reason, every time the door 405 is closed, the oxygen reduction device 421 is operated so that the oxygen reduction chamber 403 has a target low oxygen concentration. Next, a reaction (oxygen reduction reaction) in which oxygen in the oxygen reduction chamber 403 is reduced by the operation of the oxygen reduction device 421 will be described.

水取入れ口443からアノード室442に水(液体)を供給した状態において、制御部429による制御で、電源424から直流電圧を減酸素セル423のアノード430とカソード431との間に印加して、減酸素セル423を運転する。なお、アノード430とアノード室442との間は電極接合体436が有した気化層438が撥水処理されているので、アノード室442内の水(液体)が減酸素セル423のアノード430に直接接触することはない。   In a state where water (liquid) is supplied from the water intake port 443 to the anode chamber 442, a DC voltage is applied between the anode 430 and the cathode 431 of the oxygen reduction cell 423 under the control of the control unit 429, The oxygen reduction cell 423 is operated. Note that the vaporized layer 438 included in the electrode assembly 436 is subjected to water repellent treatment between the anode 430 and the anode chamber 442, so that water (liquid) in the anode chamber 442 directly enters the anode 430 of the oxygen reduction cell 423. There is no contact.

減酸素セル423の運転に伴い、アノード430の表面で水(HO)が電気分解(酸化)されると共に、カソード431の表面で水(液体)が生成される。 As the oxygen reduction cell 423 is operated, water (H 2 O) is electrolyzed (oxidized) on the surface of the anode 430, and water (liquid) is generated on the surface of the cathode 431.

すなわち、アノード430での水の電気分解反応により、酸素(O)と、プロトン(H)と、電子(e)が生成される。この反応は、実施形態1で示した式(1)で表される。こうした水の酸化により生成された酸素(O)は、酸素出口444を通ってアノード室442外に排出される。 That is, oxygen (O 2 ), protons (H + ), and electrons (e ) are generated by the electrolysis reaction of water at the anode 430. This reaction is represented by the formula (1) shown in the first embodiment. Oxygen (O 2 ) generated by such water oxidation is discharged out of the anode chamber 442 through the oxygen outlet 444.

この一方で、生成されたプロトン(H)が、アノード430から電解質膜435を通ってカソード431に移動する。これと共に、生成された電子(e)は電源424等を含んだ外部回路を通ってカソード431に移動する。 On the other hand, the generated proton (H + ) moves from the anode 430 through the electrolyte membrane 435 to the cathode 431. At the same time, the generated electrons (e ) move to the cathode 431 through an external circuit including the power source 424 and the like.

減酸素室403内の空気(酸素と窒素)はカソード室446に空気取入れ口447を経て供給されている。このため、カソード431で、減酸素室403内の酸素(O)とカソード431に供給されたプロトン(H+)及び電子(e)とが反応して水(液体)が生成される。この反応は、実施形態1で示した式(2)で表される。このようにカソード431での酸素の還元反応で、空気中の酸素が水になることで、減酸素室403内の酸素濃度が減少する。これにより、庫外より低い温度に保持される減酸素室403内に収容された保存対象物、例えば野菜を、長時間にわたり鮮度を保って保存することが可能である。 Air (oxygen and nitrogen) in the oxygen reduction chamber 403 is supplied to the cathode chamber 446 through the air intake port 447. Therefore, at the cathode 431, oxygen (O 2 ) in the oxygen reduction chamber 403 reacts with protons (H +) and electrons (e ) supplied to the cathode 431 to generate water (liquid). This reaction is represented by the formula (2) shown in the first embodiment. As described above, oxygen in the air is converted into water by the oxygen reduction reaction at the cathode 431, so that the oxygen concentration in the oxygen reduction chamber 403 decreases. Thereby, it is possible to preserve | save the preservation | save target object accommodated in the oxygen reduction chamber 403 hold | maintained at the temperature lower than the outside of a store | warehouse | chamber, for example, vegetables, maintaining freshness over a long time.

以上説明した減酸素反応は発熱反応であるため、減酸素セル423及びこのセルに熱伝導可能に接合されているセル周辺部材の温度は、減酸素反応に伴って上昇する。減酸素反応のために減酸素セル423に流される電流の密度に応じて、減酸素セル423の発熱量は異なるが、減酸素セル423はその運転により約30℃上昇することが確かめられた。これに伴い、減酸素セル423に対して高い熱応答性を有している気化層438の温度は、減酸素セル423の温度に近似して上昇する。   Since the oxygen reduction reaction described above is an exothermic reaction, the temperature of the oxygen reduction cell 423 and the cell peripheral member joined to the cell so as to conduct heat increase with the oxygen reduction reaction. Although the calorific value of the oxygen reduction cell 423 differs depending on the density of the current passed through the oxygen reduction cell 423 for the oxygen reduction reaction, it was confirmed that the oxygen reduction cell 423 increased by about 30 ° C. due to its operation. Accordingly, the temperature of the vaporization layer 438 having high thermal responsiveness with respect to the oxygen reduction cell 423 rises close to the temperature of the oxygen reduction cell 423.

このため、前記減酸素反応では、アノード室442からアノード集電体437を通過して気化層438に供給された水(液体)が、この気化層438で加熱され、水蒸気となってアノード430に供給される。   For this reason, in the oxygen reduction reaction, water (liquid) supplied from the anode chamber 442 through the anode current collector 437 to the vaporized layer 438 is heated in the vaporized layer 438 and converted into water vapor to the anode 430. Supplied.

アノード430に供給される水蒸気の圧力は、飽和水蒸気圧によって規定される。これにより、水分子が、アノード430から電解質膜435を透過してカソード431にプロトン(H+)と共に移動することが抑制される。   The pressure of water vapor supplied to the anode 430 is defined by the saturated water vapor pressure. This suppresses water molecules from passing through the electrolyte membrane 435 from the anode 430 and moving to the cathode 431 together with protons (H +).

このように上記の式(2)での反応により水(液体)を生成するカソード431に、余分な水がアノード430からカソード431に移動されることが抑制される。そのため、カソード431で水(液体)が過剰に停滞することを抑制可能である。これと共に、アノード室442内の水(液体)が、余分な水としてアノード430からカソード431に移動されることが抑制されるので、アノード430での反応に必要な水が、アノード430に対して供給不足となるおそれもない。   In this way, excess water is suppressed from being transferred from the anode 430 to the cathode 431 to the cathode 431 that generates water (liquid) by the reaction in the above formula (2). Therefore, excessive stagnation of water (liquid) at the cathode 431 can be suppressed. At the same time, the water (liquid) in the anode chamber 442 is restrained from being transferred from the anode 430 to the cathode 431 as extra water, so that the water required for the reaction at the anode 430 is transferred to the anode 430. There is no risk of supply shortage.

カソード431での水(液体)の停滞が抑制されるに伴い、カソードフラッディング現象が起こり難くなる。このため、水(液体)がカソード触媒層432の細孔を閉塞して、カソード触媒層432への減酸素室403内の酸素の供給を妨げられることが抑制される。したがって、減酸素反応に要する電圧が過大とならないようにできるので、減酸素装置421の性能の低下を抑制できる。   As the stagnation of water (liquid) at the cathode 431 is suppressed, the cathode flooding phenomenon is less likely to occur. For this reason, it is suppressed that water (liquid) obstruct | occludes the pore of the cathode catalyst layer 432, and the supply of the oxygen in the oxygen reduction chamber 403 to the cathode catalyst layer 432 is prevented. Therefore, the voltage required for the oxygen reduction reaction can be prevented from becoming excessive, and the performance reduction of the oxygen reduction device 421 can be suppressed.

前記減酸素運転において、アノード室442に供給される水(液体)が金属イオン等の不純物イオンを含んでいることがある。この場合、既述のようにアノード室442の水は、アノード430に達する前に気化層438で加熱され水蒸気となってアノード430に供給される。このように気化層438が水を蒸留することで、気化層438はイオントラップ性能を発揮する。   In the oxygen reduction operation, water (liquid) supplied to the anode chamber 442 may contain impurity ions such as metal ions. In this case, as described above, the water in the anode chamber 442 is heated by the vaporization layer 438 before reaching the anode 430 and supplied to the anode 430 as water vapor. Thus, the vaporization layer 438 exhibits ion trap performance by distilling water.

これにより、金属イオン等の不純物イオンが電解質膜435に蓄積されることが防止されるので、この電解質膜435でのプロトン(H+)の伝導性が低下することが抑制される。その結果、減酸素セル423の電気的抵抗が増加し、減酸素反応に要する電圧が過大に増えることが抑制されるので、減酸素装置の性能の低下を抑制できる。   Thereby, impurity ions such as metal ions are prevented from accumulating in the electrolyte membrane 435, so that the proton (H +) conductivity in the electrolyte membrane 435 is suppressed from decreasing. As a result, the electrical resistance of the oxygen reduction cell 423 is increased, and an excessive increase in the voltage required for the oxygen reduction reaction is suppressed, so that a decrease in the performance of the oxygen reduction device can be suppressed.

さらに、減酸素装置421の運転においては、既述のように気化層438によりアノード430に水蒸気を供給することに伴い、アノード430からカソード431への余分な水分子の移動を抑制できる。これにより、減酸素運転中に電解質膜435が水分子で膨潤された状態となることが抑制される。一方、減酸素装置421の停止運転に伴い、電解質膜435は減酸素セル423の余熱によって加熱される。それにも拘らず、電解質膜435の膨潤と乾燥を原因として、電解質膜435の寸法が変化することが抑制される。したがって、減酸素セル423の電解質膜435とアノード430との接合面で剥離を起こすことが抑制されて、減酸素装置421の耐久性の低下を抑制することが可能である。   Further, in the operation of the oxygen reduction device 421, movement of excess water molecules from the anode 430 to the cathode 431 can be suppressed by supplying water vapor to the anode 430 through the vaporization layer 438 as described above. This suppresses the electrolyte membrane 435 from being swollen with water molecules during the oxygen reduction operation. On the other hand, the electrolyte membrane 435 is heated by the residual heat of the oxygen reduction cell 423 as the oxygen reduction device 421 is stopped. Nevertheless, changes in the dimensions of the electrolyte membrane 435 due to swelling and drying of the electrolyte membrane 435 are suppressed. Therefore, it is possible to suppress delamination at the joint surface between the electrolyte membrane 435 and the anode 430 of the oxygen reduction cell 423, and to suppress a decrease in durability of the oxygen reduction device 421.

前記減酸素装置421において、アノード430に供給される水蒸気量は、気化層438によって影響を受ける。このため、減酸素ユニット422の外側、具体的にはケース425に電気ヒータを取付けて、このヒータの発熱で減酸素セル423を有した減酸素ユニット422の温度を制御しても良い。これにより、アノード430に供給される水蒸気量を安定的に制御することが可能となる。   In the oxygen reduction device 421, the amount of water vapor supplied to the anode 430 is affected by the vaporization layer 438. For this reason, an electric heater may be attached to the outside of the oxygen reduction unit 422, specifically, the case 425, and the temperature of the oxygen reduction unit 422 having the oxygen reduction cell 423 may be controlled by the heat generated by the heater. As a result, the amount of water vapor supplied to the anode 430 can be stably controlled.

以下、減酸素装置421の実施例を説明する。   Hereinafter, examples of the oxygen reduction device 421 will be described.

(実施例1)
実施例1では気化層438を以下の製法で得る。まず、厚さ180μmのカーボンペーパーを、PTFE分散水溶液に1分間浸漬させた後、室温で一晩乾燥させる、次に、こうして乾燥されたカーボンペーパーを、アルゴン雰囲気中において、380℃で10分間焼成する。これにより、フッ素樹脂であるPTFEの含有量が5wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は70%であった。
Example 1
In Example 1, the vaporized layer 438 is obtained by the following manufacturing method. First, carbon paper having a thickness of 180 μm is immersed in an aqueous PTFE dispersion for 1 minute, and then dried overnight at room temperature. Next, the carbon paper thus dried is baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere. To do. As a result, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a PTFE content of 5 wt% as a fluororesin was obtained. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 70%.

実施例1での減酸素ユニット422を以下の製法で得た。既述の製法により作られ、かつ、大きさを20cmとしたアノード430を用意する。既述の製法により作られ、かつ、大きさを12cmとしたカソード431を用意する。これと共に、厚さ50μmで大きさが30cmの電解質膜(登録商標;ナフィオン、デュポン社製)35を用意する。そして、アノード430、カソード431、及び電解質膜435とは、ホットプレス機により加熱及び加圧して接合(熱圧着)することで減酸素セル423を得た。ホットプレスは、温度が160℃、圧力が20kg/cm、加圧時間が3分間の条件で行なった。そして、これら減酸素セル423のエレメントと、他のエレメント、すなわち、前記気化層438と、アノード集電体437とカソード集電体429を用意し、組合せることで減酸素ユニット422を得る。 The oxygen reduction unit 422 in Example 1 was obtained by the following manufacturing method. An anode 430 made by the above-described manufacturing method and having a size of 20 cm 2 is prepared. A cathode 431 made of the above-described manufacturing method and having a size of 12 cm 2 is prepared. Along with this, an electrolyte membrane (registered trademark; Nafion, manufactured by DuPont) 35 having a thickness of 50 μm and a size of 30 cm 2 is prepared. The anode 430, the cathode 431, and the electrolyte membrane 435 were joined by heating and pressurizing with a hot press machine (thermocompression bonding) to obtain an oxygen-reducing cell 423. Hot pressing was performed under the conditions of a temperature of 160 ° C., a pressure of 20 kg / cm 2 , and a pressing time of 3 minutes. Then, the oxygen reduction unit 422 is obtained by preparing and combining the elements of the oxygen reduction cell 423 and other elements, that is, the vaporization layer 438, the anode current collector 437, and the cathode current collector 429.

実施例1での評価は以下の通りである。   Evaluation in Example 1 is as follows.

減酸素ユニット422を第1ケース部材441と第2ケース部材445とで挟んで、これらを連結してケース425を作成した。これによって、減酸素装置421が作成される。この装置のアノード集電体437とカソード集電体429を電源424に接続した。減酸素装置421の評価において、アノード430が収められた第1ケース部材441のアノード室442には水(液体)を充満させ、カソード431が収められた第2ケース部材445のカソード室446には空気を自発呼吸で供給した。   The oxygen reduction unit 422 was sandwiched between the first case member 441 and the second case member 445, and these were connected to create a case 425. Thereby, the oxygen reduction device 421 is created. The anode current collector 437 and the cathode current collector 429 of this apparatus were connected to a power source 424. In the evaluation of the oxygen reduction device 421, the anode chamber 442 of the first case member 441 in which the anode 430 is housed is filled with water (liquid), and the cathode chamber 446 in the second case member 445 in which the cathode 431 is housed is filled. Air was supplied by spontaneous breathing.

こうした状態で、電源424により減酸素セル423に電圧を印加し、反応電流が定電流となるように制御した。この定電流制御は、例えば電圧検知手段である電圧計427(図27参照)で、減酸素セル423に印加される電圧を検知し、その検知情報に基づいて制御部429が電源424の出力電圧を制御することで行なった。この定電流制御により、例えば0.2A/cmの一定電流を減酸素セル423に印加して減酸素反応を行なわせ、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。 In such a state, a voltage was applied to the oxygen reduction cell 423 by the power source 424, and the reaction current was controlled to be a constant current. In this constant current control, for example, a voltage applied to the oxygen reduction cell 423 is detected by a voltmeter 427 (see FIG. 27) as voltage detection means, and the control unit 429 outputs the output voltage of the power source 424 based on the detection information. It was done by controlling. By this constant current control, for example, a constant current of 0.2 A / cm 2 was applied to the oxygen reduction cell 423 to perform the oxygen reduction reaction, and the electrolysis voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in the table of FIG.

(実施例2)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表〜図31の表に示す。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG. 28 to the table of FIG.

(実施例3)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が30wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は60%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 30 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 60%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例4)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が50wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は55%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。
Example 4
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 50 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 55%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例5)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が1wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は75%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。
(Example 5)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 1 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 75%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例6)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が60wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は45%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。
(Example 6)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 60 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm and the porosity was 45%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(比較例1)
気化層がない減酸素装置を作成した。そのため、比較例1の減酸素装置では、アノードにアノード集電体が直接接合されている。この比較例1の減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図28の表に示す。
(Comparative Example 1)
An oxygen reduction device without a vaporization layer was created. Therefore, in the oxygen reduction device of Comparative Example 1, the anode current collector is directly joined to the anode. Using the oxygen reduction apparatus of Comparative Example 1, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in the table of FIG.

図28の表で示すようにフッ素樹脂含有量が5wt%以上50wt%未満である気化層を備えた実施例1〜実施例4の減酸素装置は、フッ素樹脂含有量が1wt%の気化層を備えた実施例5の減酸素装置、フッ素樹脂含有量が60wt%の気化層を備えた実施例6の減酸素装置、及び気化層を備えない比較例1の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。すなわち、気化層438のフッ素含有量が5wt%〜50wt%の範囲であれば、気化層438からアノード430への供給される水蒸気量は適当である。   As shown in the table of FIG. 28, the oxygen reduction devices of Examples 1 to 4 including the vaporized layer having a fluororesin content of 5 wt% or more and less than 50 wt% include the vaporized layer having a fluororesin content of 1 wt%. 1000 hours compared with the oxygen reduction device of Example 5 provided, the oxygen reduction device of Example 6 provided with a vaporization layer having a fluororesin content of 60 wt%, and the oxygen reduction device of Comparative Example 1 provided with no vaporization layer It was confirmed that the subsequent electrolysis voltage could be kept low. That is, when the fluorine content of the vaporized layer 438 is in the range of 5 wt% to 50 wt%, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード431に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード431から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持できる。このことから、減酸素セル423の運転に必要な水蒸気量をアノード430に過不足なく供給可能な気化層438のフッ素含有量は、5wt%〜50wt%であると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   This limits the amount of water that permeates the cathode 431 even when electrolysis is performed for a long time, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 431 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. it can. From this, it is understood that the fluorine content of the vaporization layer 438 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 423 to the anode 430 without excess or deficiency is preferably 5 wt% to 50 wt%. It has become clear that the oxygen reduction device that has been removed and the oxygen reduction device without the vaporization layer are not suitable for long-time operation.

(実施例7)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は60μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図29の表に示す。
(Example 7)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 60 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例8)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は45μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図29の表に示す。
(Example 8)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 45 μm and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例9)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は15μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図29の表に示す。
Example 9
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 15 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例10)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は100μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図29の表に示す。
(Example 10)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 100 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例11)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は10μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図29の表に示す。
(Example 11)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 10 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

図29の表で示すように細孔のメディアン径が15μm以上60μmである気化層を備えた実施例2の減酸素装置、及び実施例7〜実施例9の気化層を備えた減酸素装置は、メディアン径が100μmである気化層を備えた実施例10の減酸素装置、及びメディアン径が10μmである気化層を備えた実施例10の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。すなわち、気化層438のメディアン径が15μm〜60μmの範囲であれば、気化層438からアノード430への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in the table of FIG. 29, the oxygen reduction device of Example 2 provided with the vaporization layer whose median diameter of the pores is 15 μm or more and 60 μm, and the oxygen reduction device provided with the vaporization layer of Examples 7 to 9 are Compared with the oxygen reduction apparatus of Example 10 provided with the vaporization layer whose median diameter is 100 micrometers, and the oxygen reduction apparatus of Example 10 provided with the vaporization layer whose median diameter is 10 micrometers, the electrolysis voltage after 1000 hours is obtained. It was confirmed that it could be kept low. That is, when the median diameter of the vaporized layer 438 is in the range of 15 μm to 60 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード431に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード431から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持できる。このことから、減酸素セル423の運転に必要な水蒸気量をアノード430に過不足なく供給可能な気化層438の細孔の径は、メディアン径が、15μm〜60μmであると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   This limits the amount of water that permeates the cathode 431 even when electrolysis is performed for a long time, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 431 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. it can. From this, it is understood that the pore diameter of the vaporization layer 438 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 423 to the anode 430 without excess or deficiency is such that the median diameter is 15 μm to 60 μm. It became clear that an oxygen reduction device outside this range and an oxygen reduction device without a vaporized layer are not suitable for long-time operation.

(実施例12)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は90%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図30の表に示す。
(Example 12)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 90%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例13)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は75%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図30の表に示す。
(Example 13)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 75%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例14)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は40%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図30の表に示す。
(Example 14)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 40%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例15)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は30%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図30の表に示す。
(Example 15)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 30%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

図30の表で示すように気孔率が40%以上90%未満である気化層438を備えた実施例2の減酸素装置及び実施例12〜実施例14の減酸素装置は、気孔率が30%である気化層を備えた実施例15の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。すなわち、気化層438の気孔率が40%〜90%の範囲であれば、気化層438からアノード430への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in the table of FIG. 30, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction devices of Examples 12 to 14 having the vaporization layer 438 having a porosity of 40% or more and less than 90% have a porosity of 30. It was confirmed that the electrolysis voltage after 1000 hours could be kept low as compared with the oxygen reduction device of Example 15 having a vaporization layer of%. That is, when the porosity of the vaporized layer 438 is in the range of 40% to 90%, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード431に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード431から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持できる。このことから、減酸素セル423の運転に必要な水蒸気量をアノード430に過不足なく供給可能な気化層438の気孔率は、40%〜90%であると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   This limits the amount of water that permeates the cathode 431 even when electrolysis is performed for a long time, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 431 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. it can. From this, it is understood that the porosity of the vaporization layer 438 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 423 to the anode 430 without excess or deficiency is preferably 40% to 90%. It became clear that the oxygen reduction device and the oxygen reduction device without the vaporization layer are not suitable for long-time operation.

(実施例16)
実施例1と同様にして、厚さが110μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図31の表に示す。
(Example 16)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 110 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例17)
実施例1と同様にして、厚さが270μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図31の表に示す。
(Example 17)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 270 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例18)
実施例1と同様にして、厚さが360μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図31の表に示す。
(Example 18)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 360 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例19)
実施例1と同様にして、厚さが600μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層438を製造して得た。この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図31の表に示す。
(Example 19)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 438 made of carbon paper having a thickness of 600 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 438 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in the table of FIG.

図31の表で示すように厚さが100μm以上500μm未満である気化層438を備えた実施例2の減酸素装置及び実施例16〜実施例18の減酸素装置は、厚さが600μmである気化層を備えた実施例19の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。すなわち、気化層438の厚さが100μm〜500μmの範囲であれば、気化層438からアノード430への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in the table of FIG. 31, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction devices of Examples 16 to 18 having a vaporization layer 438 having a thickness of 100 μm or more and less than 500 μm have a thickness of 600 μm. It was confirmed that the electrolysis voltage after 1000 hours can be kept low compared with the oxygen reduction device of Example 19 provided with a vaporized layer. That is, when the thickness of the vaporized layer 438 is in the range of 100 μm to 500 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 438 to the anode 430 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード431に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード431から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持できる。このことから、減酸素セル423の運転に必要な水蒸気量をアノード430に過不足なく供給可能な気化層438の厚さは、100μm〜500μmであると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さない。   This limits the amount of water that permeates the cathode 431 even when electrolysis is performed for a long time, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 431 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. it can. From this, it can be seen that the thickness of the vaporization layer 438 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 423 to the anode 430 without excess or deficiency is preferably 100 μm to 500 μm. The oxygen device and the oxygen reduction device without the vaporized layer are not suitable for long-time operation.

(実施例20)
アノード430に供給する水がNa、Ca、Al、Fe、Ni、Cu、Zn等の金属の不純物イオンを500ppm含むように調整し、これを実施例2と同様の減酸素装置に供給して評価した。その結果を図32の表に示す。
(Example 20)
The water supplied to the anode 430 was adjusted so as to contain 500 ppm of metal impurity ions such as Na, Ca, Al, Fe, Ni, Cu, and Zn, and this was supplied to the oxygen reduction device similar to that in Example 2 for evaluation. did. The results are shown in the table of FIG.

(比較例2)
実施例20で調整した不純物イオンを含む水を、比較例1と同様の減酸素装置に供給して評価した。その結果を図32の表に示す。
(Comparative Example 2)
The water containing impurity ions prepared in Example 20 was supplied to the oxygen reduction apparatus similar to Comparative Example 1 and evaluated. The results are shown in the table of FIG.

図32の表で示すように実施例2の減酸素装置は、実施例20に示すように不純物イオンを含む水(液体)を供給しても、減酸素装置の能力に変化はなかった。これに対して、比較例2に示すように、気化層がない比較例1の減酸素装置に不純物イオンを含む水を供給すると、即座に電解電圧が増大し、減酸素装置の性能が低下することが確かめられた。   As shown in the table of FIG. 32, the oxygen reduction apparatus of Example 2 did not change the capacity of the oxygen reduction apparatus even when water (liquid) containing impurity ions was supplied as shown in Example 20. On the other hand, as shown in Comparative Example 2, when water containing impurity ions is supplied to the oxygen reduction device of Comparative Example 1 having no vaporized layer, the electrolytic voltage immediately increases and the performance of the oxygen reduction device decreases. It was confirmed.

すなわち、比較例2の減酸素装置において、アノードに供給される水に金属イオン等の不純物イオンが含まれていると、それが高分子の電解質膜に蓄積して、水素イオンの伝導性が低下してしまう。これに対して、実施例2の減酸素装置と実施例20の減酸素装置は、それが備えた気化層438によってアノード430に供給する水を蒸留し、水蒸気をアノード430に供給する。このため、不純物イオンが減酸素セル423の電解質膜435に蓄積されることがなくなる。したがって、1000時間後の電解電圧を低い状態に維持できる。   That is, in the oxygen reduction device of Comparative Example 2, if impurity ions such as metal ions are contained in the water supplied to the anode, it accumulates in the polymer electrolyte membrane and the conductivity of hydrogen ions decreases. Resulting in. In contrast, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction device of Example 20 distill water supplied to the anode 430 by the vaporization layer 438 provided therein, and supply water vapor to the anode 430. For this reason, impurity ions are not accumulated in the electrolyte membrane 435 of the oxygen reduction cell 423. Therefore, the electrolytic voltage after 1000 hours can be maintained in a low state.

(実施例21)
多孔質炭素粒子層を積層した気化層438の製造について説明する。カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合すると共に撹拌して、カーボンスラリーを調整した。実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有率が5wt%のカーボンペーパーからなる気化層を製造した。この気化層にスラリーをスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、5%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層438を得た。
(Example 21)
The production of the vaporized layer 438 in which the porous carbon particle layer is laminated will be described. The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. In the same manner as in Example 1, a vaporized layer made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 5 wt% was manufactured. The slurry was applied to the vaporized layer by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere to obtain a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 5% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm.

この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は70%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成した。但し、気化層438は多孔質炭素粒子層が減酸素セル側に配向するように設置した。この減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図33の表及び図35の表に示す。   As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 70%. An oxygen reduction apparatus having the vaporized layer 438 was produced by performing the same operation as in Example 1. However, the vaporization layer 438 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented to the oxygen-reducing cell side. Using this oxygen reduction apparatus, the oxygen reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and the electrolytic voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in the table of FIG. 33 and the table of FIG.

(実施例22)
実施例21と同様にして、20%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図33の表に示す。
(Example 22)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 20% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in the table of FIG.

(実施例23)
実施例21と同様にして、50%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図33の表に示す。
(Example 23)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 50% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in the table of FIG.

(実施例24)
実施例21と同様にして、1%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図33の表に示す。
(Example 24)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 1% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in the table of FIG.

(実施例25)
実施例21と同様にして、60%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図33の表に示す。
(Example 25)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 60% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was produced. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in the table of FIG.

図33の表に示すように、多孔質炭素粒子層に含まれるフッ素樹脂含有量が5wt%至50wt%の気化層を配置した実施例21〜実施例23の減酸素装置は、多孔質炭素粒子層のフッ素樹脂含有量が1wt%の気化層を配置した実施例24の減酸素装置、又は、多孔質炭素粒子層のフッ素樹脂含有量が60wt%の気化層を配置した実施例25の減酸素装置、或いは、気化層に多孔質炭素粒子層を持たない実施例1(図28の表参照)の減酸素装置と比べて、反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in the table of FIG. 33, the oxygen reduction devices of Examples 21 to 23 in which the vaporized layer having a fluororesin content of 5 wt% to 50 wt% contained in the porous carbon particle layer are arranged as porous carbon particles. Oxygen reduction apparatus of Example 24 in which a vaporized layer having a fluorine resin content of 1 wt% is disposed, or an oxygen reduction apparatus in Example 25 in which a vaporized layer having a fluorocarbon resin content of a porous carbon particle layer of 60 wt% is disposed. Compared with the oxygen reduction apparatus of Example 1 (refer to the table of FIG. 28) having no porous carbon particle layer in the apparatus or the vaporized layer, the electrolysis voltage after 1 hour or 1000 hours after the start of the reaction is low. It was confirmed.

すなわち、実施例21〜実施例23の減酸素装置によれば、気化層438からアノード430に供給される水蒸気量が適当であると共に、アノード430への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction apparatuses of Examples 21 to 23, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 438 to the anode 430 is appropriate, and the air permeability and liquid permeability to the anode 430 are uniform. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

(実施例26)
多孔質炭素粒子層を積層した気化層の製造について説明する。カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合すると共に撹拌して、カーボンスラリーを調整した。このスラリーを、実施例17で製造した気化層にスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が10μmの厚みで積層された気化層438を得た。
(Example 26)
The production of the vaporized layer in which the porous carbon particle layer is laminated will be described. The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. This slurry was applied to the vaporized layer produced in Example 17 by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere to obtain a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 10 μm.

この気化層438を細孔分布測定により評価した結果、気化層438のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層438を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成した。但し、気化層438は多孔質炭素粒子層が減殺磯セル側に配向するように設置した。この減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図34の表に示す。   As a result of evaluating the vaporized layer 438 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 438 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction apparatus having the vaporized layer 438 was produced by performing the same operation as in Example 1. However, the vaporization layer 438 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented to the reduced kill cell side. Using this oxygen reduction apparatus, the oxygen reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and the electrolytic voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in the table of FIG.

(実施例27)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が100μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図34の表に示す。
(Example 27)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 100 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in the table of FIG.

(実施例28)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が80μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図34の表に示す。
(Example 28)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 80 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in the table of FIG.

(実施例29)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が5μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図34の表に示す。
(Example 29)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 5 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in the table of FIG.

(実施例30)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が200μmの厚みで積層された気化層438を製造した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を図34の表に示す。
(Example 30)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 438 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 200 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in the table of FIG.

図34の表に示すように、多孔質炭素粒子層の厚さが10乃至100μmの気化層を配置した実施例26〜実施例28の減酸素装置は、多孔質炭素粒子層の厚さが5μmの気化層を配置した実施例29の減酸素装置、又は多孔質炭素粒子層の厚さが200μmの気化層を配置した実施例30の減酸素装置、或いは気化層に多孔質炭素粒子層を持たない実施例17(図4参照)の減酸素装置と比べて、反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in the table of FIG. 34, the oxygen reduction devices of Examples 26 to 28 in which the vaporized layers having a porous carbon particle layer thickness of 10 to 100 μm are arranged have a porous carbon particle layer thickness of 5 μm. The oxygen reduction device of Example 29 in which the vaporization layer was arranged, or the oxygen reduction device of Example 30 in which the vaporization layer having a porous carbon particle layer thickness of 200 μm was arranged, or the vaporization layer had a porous carbon particle layer It was confirmed that the electrolysis voltage after 1 hour or 1000 hours from the start of the reaction was lower than that of the oxygen reduction apparatus of Example 17 (see FIG. 4).

すなわち、実施例26〜実施例28の減酸素装置によれば、気化層438からアノード430に供給される水蒸気量が適当であると共に、アノード430への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction devices of Examples 26 to 28, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 438 to the anode 430 is appropriate, and the air permeability and liquid permeability to the anode 430 are uniform. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

(実施例31)
実施例21と同様にして減酸素装置を作製し評価した。但し、気化層438は多孔質炭素粒子層が減酸素セル側と反対の面に配向するように設置した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図35の表に示す。
(Example 31)
A hypoxic device was produced and evaluated in the same manner as in Example 21. However, the vaporized layer 438 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented on the surface opposite to the oxygen-reducing cell side. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 21 and in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage after 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. Was measured. The results are shown in the table of FIG.

(実施例32)
多孔質炭素粒子層を積層した気化層の製造について説明する。カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合すると共に撹拌して、カーボンスラリーを調整した。このカーボンスラリーを、実施例1で製造した気化層の両面にスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層を25μmの厚みで気化層の両面に形成した。この気化層438を有する減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を図35の表に示す。
(Example 32)
The production of the vaporized layer in which the porous carbon particle layer is laminated will be described. The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. This carbon slurry was applied to both sides of the vaporized layer produced in Example 1 by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere, and a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was formed on both sides of the vaporized layer with a thickness of 25 μm. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 438, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in the table of FIG.

図35の表に示すように、気化層438に積層された多孔質炭素粒子層とアノード430の配置関係が変化した実施例21、又は実施例31、或いは気化層438の両面に多孔質炭素粒子層が形成された実施例32は、気化層438に多孔質炭素粒子層を持たない実施例1に比べて反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in the table of FIG. 35, Example 21 or Example 31 in which the positional relationship between the porous carbon particle layer laminated on the vaporization layer 438 and the anode 430 was changed, or porous carbon particles on both sides of the vaporization layer 438 were obtained. In Example 32 in which the layer was formed, it was confirmed that the electrolysis voltage after 1 hour or 1000 hours from the start of the reaction was lower than in Example 1 in which the vaporized layer 438 did not have a porous carbon particle layer.

すなわち、実施例21、又は実施例31、或いは実施例32の減酸素装置によれば、気化層438からアノード430に供給される水蒸気量が適当であると共に、アノード430への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction device of Example 21, or Example 31 or Example 32, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 438 to the anode 430 is appropriate, and the air permeability and liquid flow to the anode 430 are also suitable. Uniformity. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

実施形態の効果Effects of the embodiment

上記の「発明が解決しようとする課題」の欄において、本願発明の解決課題について説明したが、その課題の内容を3つに分類して図36に基づいて詳しく説明し、上記で記載した実施形態1〜3の効果について説明する。図36は、減酸素セル500を説明したものであり、減酸素セル500は、アノード502、高分子電解質膜504、カソード506から形成され、カソード506は、カソード触媒層508、MPL(導電性の多孔質層)510、GDL(ガス拡散層)512から形成されている。なお、カソード506側が減酸素室内部になる。   In the above-mentioned column “Problems to be solved by the invention”, the problem to be solved of the present invention has been described. The contents of the problem are classified into three and explained in detail based on FIG. 36, and the implementation described above. The effects of Embodiments 1 to 3 will be described. FIG. 36 illustrates an oxygen reduction cell 500. The oxygen reduction cell 500 is formed of an anode 502, a polymer electrolyte membrane 504, and a cathode 506. The cathode 506 includes a cathode catalyst layer 508, MPL (conductivity). A porous layer) 510 and a GDL (gas diffusion layer) 512 are formed. Note that the cathode 506 side is the oxygen reduction chamber.

(1)第1の課題
第1の課題は、減酸素反応前の課題である。この課題は、式(1)と式(2)に示すように、アノード502側とカソード506側においてそれぞれ反応が行われるが、水素イオン(プロトン)Hと水がアノード502側からカソード506側に移動する場合に、図36に示すように、プロトンと一緒に移動する液体状の同伴水が発生し、カソード触媒層508の触媒の白金(Pt)がこの液体状の水に覆われて空気中の酸素と反応できなくなる現象(フラッディング現象)が発生する。すなわち、酸素が触媒の白金に到達しないために反応ができなくなるという課題である。
(1) First problem The first problem is a problem before the hypoxic reaction. As shown in the formulas (1) and (2), the reaction is performed on the anode 502 side and the cathode 506 side, respectively. However, hydrogen ions (protons) H + and water are transferred from the anode 502 side to the cathode 506 side. 36, liquid entrained water that moves together with protons is generated as shown in FIG. 36, and platinum (Pt) of the catalyst of the cathode catalyst layer 508 is covered with this liquid water and air. Phenomenon (flooding phenomenon) that can not react with oxygen in the inside occurs. That is, it is a problem that the reaction cannot be performed because oxygen does not reach platinum of the catalyst.

(2)第2の課題
第2の課題は、減酸素反応後の課題である。この課題は、図36に示すように、カソード506内において、触媒の白金上でプロトンと空気中の酸素が反応して、触媒の白金が液体状の水で覆われ、次の反応が起こらないという課題である。
(2) Second problem The second problem is a problem after the hypoxic reaction. As shown in FIG. 36, this problem is that, in the cathode 506, protons and oxygen in the air react on platinum of the catalyst, and the platinum of the catalyst is covered with liquid water, so that the following reaction does not occur. It is a problem.

(3)第3の課題
第3の課題も減酸素反応後の課題である。冷蔵庫10内部は冷却されているため、気体である水蒸気が結露してカソード506表面に液体状の結露水が溜まることとなる。すなわち、図36に示すように、その液体状の水は逆流してカソード506に滞留し、この滞留した水により空気(酸素)のカソード506への流入に際して拡散抵抗を増やし、空気がカソード506に到達しにくい。また、この課題は、減酸素反応を冷蔵庫内部で行うための特有の課題である。
(3) Third problem The third problem is also a problem after the hypoxic reaction. Since the inside of the refrigerator 10 is cooled, water vapor that is a gas is condensed and liquid condensed water is accumulated on the surface of the cathode 506. That is, as shown in FIG. 36, the liquid water flows backward and stays at the cathode 506, and the diffusion resistance is increased when air (oxygen) flows into the cathode 506 by the staying water, and the air flows into the cathode 506. Hard to reach. Moreover, this subject is a peculiar subject for performing a hypoxic reaction inside a refrigerator.

実施形態1〜3が、上記3つの課題をどのように解決して効果を得るかを順番に説明する。   How the first to third embodiments solve the above three problems to obtain the effect will be described in order.

(4)第1の課題の解決方法
第1の課題の解決方法について説明する。その解決方法は、アノード水調整部によって、アノード502に液体状の水をできるだけ接触させないようにすることで、プロトンと一緒に移動する液体状の同伴水を減少させる。これにより、第1の課題であるフラッディング現象を防止できる効果がある。
(4) Solution for First Problem A solution for the first problem will be described. The solution is to reduce the amount of liquid entrained water that moves together with protons by preventing the anode 502 from contacting liquid water with the anode 502 as much as possible. Thereby, the flooding phenomenon which is the first problem can be prevented.

まず、アノード水調整部が、撥水層、空間、気化層などのように、水蒸気のみを移動させ、液体状の水を移動させない場合には、アノード502表面に付着するのは水分子となるため、液体状の同伴水を減少させることができ、プロトンだけが高分子電解質膜504を通過しやすくなる。   First, when the anode water adjusting unit moves only water vapor and does not move liquid water, such as a water repellent layer, a space, and a vaporized layer, it is water molecules that adhere to the surface of the anode 502. Therefore, liquid entrained water can be reduced, and only protons can easily pass through the polymer electrolyte membrane 504.

すなわち、実施形態1で記載したようにアノード水調整部が、フィルム、不織布、多孔質膜、フィルターなどの撥水層126の場合には、アノード502表面が撥水性となって親水性がなくなり、撥水層126を通過してアノード502表面に到達する液体状の水を少なくでき、液体状の同伴水が減少する効果がある。   That is, as described in Embodiment 1, when the anode water adjustment part is a water-repellent layer 126 such as a film, a nonwoven fabric, a porous membrane, or a filter, the surface of the anode 502 becomes water-repellent and hydrophilic, The liquid water that passes through the water repellent layer 126 and reaches the surface of the anode 502 can be reduced, and the liquid entrained water can be reduced.

実施形態2で記載したようにアノード水調整部が空間Aの場合には、液体状の水とアノード502表面との接触が全くなくなるため、液体状の同伴水がなくなる。   As described in the second embodiment, when the anode water adjusting unit is the space A, the liquid water and the surface of the anode 502 are completely out of contact with each other, so that the liquid entrained water is eliminated.

実施形態3で記載したようにアノード水調整部が気化層438の場合には、水蒸気のみが気化層438を通過し、アノード502表面に到達する液体状の水を少なくでき、液体状の同伴水が減少する効果がある。   In the case where the anode water adjusting unit is the vaporization layer 438 as described in the third embodiment, only water vapor passes through the vaporization layer 438 and the amount of liquid water reaching the surface of the anode 502 can be reduced. Has the effect of reducing.

(5)第2の課題の解決方法
次に、第2の課題の解決方法について説明する。
(5) Solution for Second Problem Next, a solution for the second problem will be described.

減酸素反応後では反応熱により、触媒の白金で酸素と水素が反応した後の液体状の水が蒸気となり、触媒の白金が水に覆われないので次の反応が可能となるが、この蒸発だけでは、触媒の白金が液体状の水に覆われる可能性がまだある。   After the deoxygenation reaction, the reaction water allows vaporization of the liquid water after oxygen and hydrogen have reacted with platinum in the catalyst, and the platinum in the catalyst is not covered with water, so the next reaction is possible. There is still a possibility that the platinum of the catalyst is covered with liquid water.

そこで、実施形態1〜3で記載したようにアノード水調整部によってアノード502表面に液体状の水が触れていないため、液体状の水の濃度差によってカソード506内の液体状の水が高分子電解質膜504を逆流してアノード502に移動するいわゆるバックディフュージョンが起こり、カソード506内の液体状の水を減らすことができるので、触媒の白金が液体状の水で覆われない効果がある。また、その液体状の水はアノード502側の給水としても利用できる効果もある。   Therefore, as described in the first to third embodiments, since the liquid water is not touching the surface of the anode 502 by the anode water adjustment unit, the liquid water in the cathode 506 is polymerized due to the difference in liquid water concentration. So-called back diffusion occurs in which the electrolyte membrane 504 flows back to the anode 502 and liquid water in the cathode 506 can be reduced, so that the catalyst platinum is not covered with liquid water. Further, the liquid water can be used as water supply on the anode 502 side.

カソード506側のMPL510又はMPL付きGDL512に撥水性能がある場合には、液体状の水が表面に付きにくいので空間が形成され水蒸気が逃げ易い効果もある。なお、MPL510は水蒸気のみ透過するので、液体状の水がカソード506内に留まってしまう可能性もあるが、第3の課題を解決するためにも水蒸気の透過があった方がよい。これについては、以下で説明する。   When the MPL 510 on the cathode 506 side or the GDL 512 with MPL has water repellency, liquid water is unlikely to adhere to the surface, so that there is an effect that water is easily formed and water vapor easily escapes. Since MPL 510 transmits only water vapor, liquid water may remain in the cathode 506, but in order to solve the third problem, it is preferable that water vapor is transmitted. This will be described below.

第2の課題を解決する他の方法としては次の方法がある。   As another method for solving the second problem, there is the following method.

まず、実施形態2で記載した反応空間B内に空気を吹き込んでもよい。これにより液体状の水の濃度差で、液体状の水がカソード506からアノード502へ移動しやすくなる。   First, air may be blown into the reaction space B described in the second embodiment. This makes it easier for liquid water to move from the cathode 506 to the anode 502 due to the difference in liquid water concentration.

また、実施形態1〜3で記載した減酸素ユニットに掛かる直流電圧の電圧値を減酸素中の電圧に比べ所定時間高くする。これにより減酸素反応で水以外の気体が生成されて、触媒の白金の周囲の液体状の水を除去できる。   Moreover, the voltage value of the DC voltage applied to the oxygen reduction unit described in Embodiments 1 to 3 is set higher by a predetermined time than the voltage during oxygen reduction. Thereby, gases other than water are produced | generated by a hypoxic reaction, and the liquid water around platinum of a catalyst can be removed.

また、アノード502とカソード506の間に掛ける直流電圧に関して、所定時間内だけプラスとマイナスを逆にする。これによりカソード506内の液体状の水が減酸素反応し、水素がアノード502側に移動してカソード506内の水がなくなるので、触媒の白金が液体状の水で覆われない。   Further, with respect to the DC voltage applied between the anode 502 and the cathode 506, plus and minus are reversed only within a predetermined time. As a result, the liquid water in the cathode 506 undergoes an oxygen reduction reaction, and hydrogen moves to the anode 502 side, so that the water in the cathode 506 disappears. Therefore, the catalyst platinum is not covered with the liquid water.

(6)第3の課題の解決方法
次に、第3の課題の解決方法について説明する。その解決方法は、実施形態1で記載したように、カソード水調整部(撥水層130)を設けることで解決できる。すなわち、カソード506表面に結露水が溜まり、液体状の水がカソード506内に浸入しないようにカソード水調整部を設けて、触媒の白金が液体状の水に覆われるのを防止できる効果がある。また、カソード水調整部が撥水層130のように撥水性能を有する場合には、液体状の水が表面張力によってその表面に纏わり付かないので、その表面に隙間が形成され、酸素がカソード506に移動しやすいという効果がある。
(6) Solution for Third Problem Next, a solution for the third problem will be described. The solution can be solved by providing the cathode water adjusting portion (water repellent layer 130) as described in the first embodiment. In other words, there is an effect that the cathode water adjusting unit is provided so that condensed water is accumulated on the surface of the cathode 506 and liquid water does not enter the cathode 506, thereby preventing the platinum of the catalyst from being covered with the liquid water. . In addition, when the cathode water adjusting portion has water repellency such as the water repellent layer 130, liquid water does not collect on the surface due to surface tension, so that a gap is formed on the surface, and oxygen is absorbed in the cathode. There is an effect of easily moving to 506.

また、カソード水調整部の変更例としては、この結露水をなくすために、減酸素ユニットに加熱手段を設けてカソード506表面を温め、飽和水蒸気量を増やして結露させないようにしてもよい。   Further, as an example of modification of the cathode water adjustment unit, in order to eliminate the dew condensation water, a heating means may be provided in the oxygen reduction unit to warm the surface of the cathode 506 so as to prevent the dew condensation by increasing the saturated water vapor amount.

また、カソード水調整部の他の変更例としては、カソード506表面に空気の流路を作り、送風手段や自然対流などによって新しい空気を送り、結露水をなくしてもよい。   As another modification of the cathode water adjusting unit, an air flow path may be formed on the surface of the cathode 506, and fresh air may be sent by air blowing means or natural convection to eliminate condensed water.

変更例Example of change

上記各実施形態では、減酸素ユニットを冷蔵庫10内部に設けたが、これ以外の装置や保管庫内部に設けてもよい。すなわち、野菜、食品等を高品位な状態を保って長期保存することが可能な業務用及び家庭用の冷蔵庫に適用できると共に、酸素濃度に敏感な薬品、医療用材料、化学物質等の保存を行う冷蔵庫等に適用できる。   In each said embodiment, although the oxygen reduction unit was provided in the refrigerator 10, you may provide in an apparatus other than this and the storage. In other words, it can be applied to commercial and household refrigerators that can preserve vegetables, foods, etc. in a high-quality state for a long time, and can store chemicals, medical materials, chemical substances, etc. that are sensitive to oxygen concentration. Applicable to refrigerators and the like.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10・・・冷蔵庫、16・・・野菜室、100・・・減酸素室、102・・・減酸素装置、104・・・容器収納部、106・・・減酸素容器、114・・・ケース、115・・・減酸素ユニット、116・・・電解質膜、118・・・アノード、120・・・カソード、122・・・アノード集電体、124・・・カソード集電体、126・・・撥水層、128・・・給水体、130・・・撥水層、132・・・固定部材、134・・・固定部材、136・・・排気口、138・・・開口部、140・・・ユニット収納部、162・・・通気口、164・・・通気口、211・・・スペーサ、213・・・開口部、438・・・気化層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Refrigerator, 16 ... Vegetable room, 100 ... Hypoxic chamber, 102 ... Oxygen reduction apparatus, 104 ... Container storage part, 106 ... Hypoxic container, 114 ... Case 115 ... Hypoxic unit, 116 ... Electrolyte membrane, 118 ... Anode, 120 ... Cathode, 122 ... Anode current collector, 124 ... Cathode current collector, 126 ... Water repellent layer, 128 ... water supply body, 130 ... water repellent layer, 132 ... fixing member, 134 ... fixing member, 136 ... exhaust port, 138 ... opening, 140 ... Unit storage section 162 ... vent hole, 164 ... vent hole, 211 ... spacer, 213 ... opening, 438 ... vaporization layer

Claims (21)

高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、
前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素空間へ通じるカソードと、
前記アノードに通電するアノード集電体と、
前記カソードに通電するカソード集電体と、
前記アノード側に設けられた水の給水体と、
前記アノードと前記給水体との間に設けられ、前記給水体から前記アノードへ移動する水の移動量を抑制するアノード水調整部と、
を有する減酸素装置。
A polymer electrolyte membrane;
An anode provided on one side of the polymer electrolyte membrane;
A cathode provided on the other side of the polymer electrolyte membrane and leading to a reduced oxygen space;
An anode current collector for energizing the anode;
A cathode current collector for energizing the cathode;
A water supply body provided on the anode side;
An anode water adjusting unit that is provided between the anode and the water supply body and suppresses the amount of water that moves from the water supply body to the anode;
A hypoxic device.
前記アノード水調整部は、水蒸気のみ移動し、液体状の水を移動させない、
請求項1に記載の減酸素装置。
The anode water adjusting unit moves only water vapor and does not move liquid water.
The oxygen reduction device according to claim 1.
前記アノード水調整部が、撥水性を有する、
請求項2に記載の減酸素装置。
The anode water adjusting part has water repellency;
The oxygen-reducing device according to claim 2.
前記アノード水調整部が、空間である、
請求項2に記載の減酸素装置。
The anode water adjusting part is a space;
The oxygen-reducing device according to claim 2.
前記空間は、前記アノードと前記給水体との間に配された撥水性のスペーサによって形成されている、
請求項4に記載の減酸素装置。
The space is formed by a water-repellent spacer disposed between the anode and the water supply body.
The oxygen reduction device according to claim 4.
前記空間は、前記アノードと前記給水体との間に配された絶縁性のスペーサによって形成されている、
請求項4に記載の減酸素装置。
The space is formed by an insulating spacer disposed between the anode and the water supply body.
The oxygen reduction device according to claim 4.
前記スペーサには、スリット状、又は、格子状の開口部が開口している、
請求項5又は6に記載の減酸素装置。
The spacer has a slit-shaped or lattice-shaped opening,
The oxygen reduction device according to claim 5 or 6.
前記スペーサは、前記アノードと前記給水体とにそれぞれ接触する部分のみ厚みが厚く形成されている、
請求項5乃至7のいずれか一項に記載の減酸素装置。
The spacer is formed to have a large thickness only at the portions that contact the anode and the water supply body, respectively.
The oxygen reduction device according to any one of claims 5 to 7.
前記カソードと前記減酸素空間との間に設けられ、前記カソードから前記減酸素空間へ移動する水の移動量を抑制するカソード水調整部を有する、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の減酸素装置。
A cathode water adjusting unit that is provided between the cathode and the oxygen reduction space and suppresses the amount of water that moves from the cathode to the oxygen reduction space;
The oxygen reduction device according to any one of claims 1 to 8.
前記カソード水調整部は、水蒸気のみ移動し、水を移動させない層である、
請求項9に記載の減酸素装置。
The cathode water adjusting unit is a layer that moves only water vapor and does not move water.
The oxygen reduction device according to claim 9.
前記カソード水調整部は、撥水性の高分子フィルムである、
請求項10に記載の減酸素装置。
The cathode water adjustment part is a water-repellent polymer film,
The oxygen reduction device according to claim 10.
イオン交換樹脂を通して前記給水体に水を供給する、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の減酸素装置。
Supplying water to the water supply body through an ion exchange resin;
The oxygen reduction device according to any one of claims 1 to 11.
断熱性のケース内部に、
前記高分子電解質膜と、前記アノードと、前記カソードと、前記アノード集電体と、前記カソード集電体と、前記給水体とが収納された、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の減酸素装置。
Inside the heat insulating case,
The polymer electrolyte membrane, the anode, the cathode, the anode current collector, the cathode current collector, and the water supply body were housed.
The oxygen-reducing device according to any one of claims 1 to 12.
前記アノード水調整部は、前記アノード集電体の両面のうちの少なくとも一面に配置された気化層である
請求項2に記載の減酸素装置。
The oxygen reduction device according to claim 2, wherein the anode water adjusting unit is a vaporized layer disposed on at least one of both surfaces of the anode current collector.
前記アノード集電体と前記気化層により電極接合体が形成され、
前記電極接合体は、前記電解質膜との間に前記アノードを挟んで配設され、前記気化層に供給される水を前記気化層で水蒸気にして前記アノードに供給する、
請求項14に記載の減酸素装置。
An electrode assembly is formed by the anode current collector and the vaporized layer,
The electrode assembly is disposed with the anode sandwiched between the electrolyte membrane, and water supplied to the vaporized layer is converted into water vapor in the vaporized layer and supplied to the anode.
The oxygen reduction device according to claim 14.
前記アノードには、供給される水蒸気を酸化する触媒が含有され、
前記カソードは、酸素を還元する触媒が含有されたカソード触媒層を有し、
前記高分子電解質膜は、プロトン伝導性を有する、
請求項15に記載の減酸素装置。
The anode contains a catalyst for oxidizing the supplied water vapor,
The cathode has a cathode catalyst layer containing a catalyst for reducing oxygen;
The polymer electrolyte membrane has proton conductivity,
The oxygen reduction device according to claim 15.
密閉空間と、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の前記減酸素装置とを有し、
前記減酸素空間が前記密閉空間である、
減酸素室。
A sealed space, and the oxygen reduction device according to any one of claims 1 to 16,
The reduced oxygen space is the sealed space;
Hypoxic chamber.
請求項1乃至17のいずれか一項に記載の前記減酸素装置、又は、請求項5に記載の前記減酸素室を有した、
冷蔵庫。
The oxygen-reducing device according to any one of claims 1 to 17, or the oxygen-reducing chamber according to claim 5,
refrigerator.
前記冷蔵庫に設けられた蒸発器から発生した除霜水を前記給水体に供給する、
請求項18に記載の冷蔵庫。
Supplying defrosted water generated from an evaporator provided in the refrigerator to the water supply body,
The refrigerator according to claim 18.
前記減酸素装置が、前記冷蔵庫のキャビネット内部に固定されている、
請求項18に記載の冷蔵庫。
The oxygen reduction device is fixed inside the refrigerator cabinet,
The refrigerator according to claim 18.
前記冷蔵庫は、
第1の貯蔵室である冷蔵室と、
前記冷蔵室内部に設けられ、前記冷蔵室より庫内温度が低く設定されている低温室と、
前記低温室より高い庫内温度に設定された第2の貯蔵室と、
を有し、
前記減酸素室が、前記第2の貯蔵室内部に設けられている、
請求項18に記載の冷蔵庫。
The refrigerator is
A refrigeration room as a first storage room;
A low-temperature chamber that is provided in the refrigeration chamber and has a lower internal temperature than the refrigeration chamber; and
A second storage room set at a higher internal temperature than the cold room;
Have
The oxygen reduction chamber is provided in the second storage chamber;
The refrigerator according to claim 18.
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