JP2014037958A - 減酸素装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子電解質膜方法を利用した減酸素装置を冷蔵庫の庫内に設けても、庫内温度が上昇しない冷蔵庫を提供する。
【解決手段】減酸素装置１０２が、高分子電解質膜１１６を用いたものであり、前記高分子電解質膜１１６の一方の側に設けられたアノード層１１８と、前記高分子電解質膜１１６の他方の側に設けられ、前記減酸素室１００へ通じるカソード層１２０と、前記アノード層１１８に通電するブラス側の集電体１２２と、前記カソード層１２０に通電するマイナス側の集電体１２４と、前記アノード層１１８側に設けられた給水部と、を有する減酸素ユニット１１５が、断熱性のケース内部に収納されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、減酸素装置に関するものである。

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。

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。

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。

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。

高分子電解質膜方法は、アノード層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層に到達し、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。

特開２００４−２１８９２４号公報 特開平９−２８７８６９号公報 特開平６−１８４２３７号公報

しかし、上記高分子電解質膜方法においては、電気分解で熱が発生するため、この加熱源を冷蔵庫内部に保持すると、庫内温度が上昇するという問題点があった。

そこで、本発明の実施形態は上記問題点に鑑み、高分子電解質膜方法を利用した減酸素装置であっても、温度が上昇しない減酸素装置を提供することを目的とする。

本実施形態は、減酸素室の酸素を減少させる減酸素装置において、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層と、前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、前記減酸素室へ通じるカソード層と、前記アノード層に通電するブラス側の集電体と、前記カソード層に通電するマイナス側の集電体と、前記アノード層側に設けられた給水部と、を有する減酸素ユニットが、断熱性のケース内部に収納されている減酸素装置である。

実施形態１の冷蔵庫の縦断面図である。 実施形態１の減酸素装置の拡大縦断面図である。 減酸素ユニットの分解斜視図である。 減酸素装置の正面図である。 減酸素装置の背面図である。 減酸素装置の縦断面図である。 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。 同じく野菜室の扉を引き出した状態である。 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。 冷蔵庫の冷凍サイクルである。 冷蔵庫のブロック図である。 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。 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。 実施形態２の減酸素装置の縦断面図である。 減酸素ユニットの分解斜視図である。 減酸素装置の分解斜視図である。 前ケースの斜視図である。 後ケースの半縦断面斜視図である。 給水装置の縦断面図である。 実験結果を表した表の図である。 実施形態２の変更例１の前ケースの斜視図である。 実施形態２の変更例２の前ケースの斜視図である。 実施形態２の変更例３の前ケースの斜視図である。 実施形態２の変更例４の前ケースの斜視図である。

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。

実施形態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１１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。

（１）冷蔵庫１０の構造
冷蔵庫１０の構造について図１に基づいて説明する。図１は、冷蔵庫１０の全体の縦断面図である。

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の横には不図示の製氷室が設けられている。野菜室１６と小型冷凍室１８及び製氷室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及び製氷室にはそれぞれ引出し式の扉１６ａ，１８ａ，２０ａが設けられている。

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。

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。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、冷凍室２０に送風される。

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。

（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。

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。

図７〜図９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。

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。

（３）減酸素室１００
次に、減酸素室１００の構造について図１、図７〜図９に基づいて説明する。

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。

図７〜図９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。

図７〜図９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。

図７〜図９に示すように、ＣＯ_２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_２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_２を排出すると、その排出したＣＯ_２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。

図７〜図９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。

（４）減酸素装置１０２
次に、減酸素装置１０２の構造について図２〜図６に基づいて説明する。

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。

（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２及び図３に基づいて説明する。図２は、減酸素装置１０２の縦断面図であり、図３は減酸素ユニット１１５の分解斜視図である。なお、図２及び図３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。

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層１１８が設けられ、電解質膜１１６の前部にはカソード層１２０が設けられている。カソード層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、アノード層１１８とカソード層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、アノード層１１８及びカソード層１２０がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード層１１８の後方にはブラス側の集電体１２２が設けられ、カソード層１２０の前方にはマイナス側の集電体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、集電体１２２はアノード層１１８にブラス通電を行い、集電体１２４はカソード層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とアノード層１１８とカソード層１２０がその内部に収納されている。

ブラス側の集電体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、マイナス側の集電体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、水を透過せずに水蒸気を透過させる性質としては、ＰＴＥフィルムや撥水性の樹脂を用いた不織布などが好ましい。

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。

上記のようにして順番に積層した部材を、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２に示すように、前後方向に貫通している。一方、カソード層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。

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。

また、減酸素ユニット１１５において、図２に示すように、撥水層１３０を有したガスケット１３１とマイナス側の集電体１２４とカソード層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。

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、アノード層１１８の厚みは例えば０．２５ｍｍ、電解質膜１１６の厚みが例えば０．２ｍｍ、カソード層１２０の厚みが例えば０．２５ｍｍ、絶縁体１２６の厚みが例えば０．７ｍｍ、集電体１２２と集電体１２４の厚みはそれぞれ例えば０．５ｍｍである。

（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４〜図６に基づいて説明する。図４は、ケース１１４の正面図、図５は背面図、図６は縦断面図である。

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６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。

ケース１１４の背面には、図５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。

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。

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。

（５）冷凍サイクル
次に、冷凍サイクルの構造について、図１０に基づいて説明する。

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。

（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１１のブロック図に基づいて説明する。

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_２センサ７２が接続されている。

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、冷凍室２０を−２０℃〜−２５℃に制御する。

（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２〜図９に基づいて説明する。

まず、図７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、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。

次に、図６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。

次に、図７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_２を排出する。すると、ＣＯ_２センサ７２がそのＣＯ_２を検出し、制御部７０が、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。

次に、図２、図３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、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。アノード層１１８とカソード層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。

アノード層・・・２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ ・・・（１）

カソード層・・・Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ ・・・（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層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層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。

次に、図２、図５、図６に示すように、減酸素ユニット１１５のアノード層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。

ここで、撥水層１２６は、給水体１２８からアノード層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、アノード層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。

また、カソード層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層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層１２０に溜まり、アノード層１１８よりも水が多くなるので、この水は電解質膜１１６を通ってアノード層１１８へ戻る現象が起こる。そのため、純水をアノード層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。

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。

次に、図８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。

次に、図９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。

（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。

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。

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。

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。

また、カソード層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。

また、固定部材１３２と固定部材１３４によって電解質膜１１６、アノード層１１８、カソード層１２０、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。

また、カソード層１２０側の固定部材１３４の開口部１３８は短冊状であるため、カソード層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。

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。

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。

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_２を排出ので、ＣＯ_２センサ７２がそのＣＯ_２を検出し、制御部７０が、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。

また、撥水層１２６を設けることにより、給水体１２８からアノード層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。

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。

また、撥水層１３０を設けることにより、カソード層１２０で発生した水がアノード層１１８に流れることにより、純水をアノード層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、カソード層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。

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。

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。

（９）変更例１
実施形態１の変更例１について図１２に基づいて説明する。

実施形態１では、カソード層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。

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。

（１０）変更例２
次に、実施形態１の変更例２について図１３に基づいて説明する。

上記実施形態では、集電体１２２と集電体１２４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。

しかし、本変更例では集電体１２２に接続された電線１５８と集電体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。

実施形態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１４〜図２０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。

（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１４〜図１６に基づいて説明する。図１４は減酸素装置２００の縦断面図、図１５は減酸素ユニット２０２の分解斜視図、図１６は減酸素装置２００の分解斜視図である。なお、図１４〜図１６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。

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層２０８が設けられ、電解質膜２０６の前部にはカソード層２１０が設けられている。カソード層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、アノード層２０８とカソード層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、アノード層２０８及びカソード層２１０がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード層２０８の後方には。プラス側の集電体２１２が設けられ、カソード層２１０の前方にはマイナス側の集電体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、集電体２１２はアノード層２０８にプラス通電を行い、集電体２１４はカソード層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とアノード層２０８とカソード層２１０がその内部に収納されている。

アノード層２０８側の集電体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。

上記のようにして順番に積層した部材を、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２個の集電体２１２，２１４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。

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１４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、集電体２１４に空気を送り易くするためである。

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２つの集電体２１２、２１４が突出し、下部からは給水体２２２が垂れ下がっている。

（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１４と図１６に基づいて説明する。

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。

前ケース２３６について図１６と図１７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１４に示すように、反応凹部２４４によってカソード側の集電体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」と呼ぶ。

次に、図１４と図１６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。

次に、図１６と図１８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２つの集電体２１２，２１４が突出する溝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。

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１４に基づいて説明する。

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。

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、２つの集電体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。

（３）給水装置３００
次に、給水装置３００について、図１４と図１８に基づいて説明する。

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。

区画壁３０４は、図１８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。

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。

（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１４〜図２０に基づいて説明する。

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。

ところで減酸素反応は、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層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。

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、カソード層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。

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、カソード層２１０側は反応凹部２４４による反応空間が形成され、この反応空間には前ケース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。

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。

第４に、本実施形態では、反応空間の上下に通気孔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。

以上の内容を証明するために、断熱性のないケースに収納した減酸素ユニット、実施形態１の減酸素ユニット１１５、本実施形態の減酸素ユニット２０２におけるカソード中央温度、アノード中央温度、両集電体にかける入力電圧とをそれぞれ実験して測定を行った。その結果を図２０の表で示した。

この実験によると、断熱性の有るケースに収納した実施形態１と実施形態２の減酸素ユニット１１５，２０２は、断熱性のないケースに収納した従来例よりも高い温度を維持できる。

また、実施形態２では、入力電圧を実施形態１よりもさらに低くでき省エネルギーとなる。

（５）効果
本実施形態によれば、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、カソード層２１０の前方が前ケース２３６によって覆われ、かつ、反応凹部２４４によって反応空間が形成されるため、カソード層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。

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層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。

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。

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、カソード層２１０に空気を供給できる。

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。

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、集電体２１４に空気を送り易い。

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。

（６）変更例１
変更例１では、図２１に示すように収納凹部２５４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。

（７）変更例２
変更例２では、図２２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とは少し離れた位置に上流路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。

（８）変更例３
変更例３では、図２３に示すように、前ケース２３６に設けた下流路２５０に複数のリブ２８２を設ける。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。

（９）変更例４
変更例４では、図２４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いる。このような配置であると、気流の乱れが生じ、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。

（１０）変更例５
実施形態２では、反応空間に連通する通気孔を上下に設けたが、これに限らず、左右、又は、上下左右に設けてもよい。

変更例

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。

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。

１０・・・冷蔵庫、１４・・・冷蔵室、１６・・・野菜室、２８・・・Ｒエバ、４４・・・チルド室、４８・・・野菜容器、７０・・・制御部、１００・・・減酸素室、１０２・・・減酸素装置、１０４・・・容器収納部、１０６・・・減酸素容器、１０８・・・扉、１１４・・・ケース、１１５・・・減酸素ユニット、１１６・・・電解質膜、１１８・・・アノード層、１２０・・・カソード層、１２２・・・集電体、１２４・・・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、１５６・・・樹脂、１５８・・・電線、１６０・・・電線、１６２・・・通気口、１６４・・・通気口

Claims (18)

1. 減酸素室の酸素を減少させる減酸素装置において、
   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層と、
   前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、前記減酸素室へ通じるカソード層と、
   前記アノード層に通電するブラス側の集電体と、
   前記カソード層に通電するマイナス側の集電体と、
   前記アノード層側に設けられた給水部と、
   を有する減酸素ユニットが、断熱性のケース内部に収納されている減酸素装置。
2. 前記ケースの側壁は、前記減酸素ユニットの前記カソード層側のカソード面を覆っている、
   請求項１に記載の減酸素装置。
3. 前記ケースの前記側壁と前記減酸素ユニットの前記カソード面との間に、反応空間が形成されている、
   請求項２に記載の減酸素装置。
4. 前記ケースの周縁部に通気孔が開口し、
   前記通気孔が、流路を介して前記反応空間と連通している、
   請求項３に記載の減酸素装置。
5. 前記通気孔が、前記ケースの前記周縁部に複数開口している、
   請求項４に記載の減酸素装置。
6. 前記通気孔が開口している前記ケースの部分が、前記減酸素室内部に配され、
   前記通気孔が前記減酸素室内部に面して開口している、
   請求項４又は５に記載の減酸素装置。
7. 前記減酸素ユニットは、前記給水体、前記ブラス側の集電体、前記アノード層、前記高分子電解質膜、前記カソード層、前記マイナス側の集電体とを一体に挟持する固定部材を有し、
   前記固定部材の前記カソード面側には、気体が通過するための開口部が開口し、
   前記通気孔の断面積が前記開口部より小さい、
   請求項４乃至６のいずれか一項に記載の減酸素装置。
8. 前記反応空間の幅が、前記流路の幅より大きい、
   請求項４乃至７のいずれか一項に記載の減酸素装置。
9. 前記ケースの上面と下面に上通気孔と下通気孔がそれぞれ開口し、
   前記上通気孔が前記反応空間と上流路を介して連通し、
   前記下通気孔が前記反応空間と下流路を介して連通している、
   請求項５に記載の減酸素装置。
10. 前記上流路と前記下流路が一直線状に配置されている、
    請求項９に記載の減酸素装置。
11. 前記反応空間を構成する反応凹部の下面が前記下流路に向かうほど傾斜して形成されている、
    請求項９又は１０に記載の減酸素装置。
12. 前記上流路と前記下流路が、前記減酸素ユニットから離れている、
    請求項９に記載の減酸素装置。
13. 前記下流路にリブが設けられている、
    請求項９に記載の減酸素装置。
14. 前記ケースは、前記減酸素装置で発生する酸素を拡散させる排気口を有する、
    請求項１に記載の減酸素装置。
15. 前記排気口は、前記高分子電解質膜より下方に開口している、
    請求項１又は２に記載の減酸素装置。
16. 前記両集電体にそれぞれ通電するための電線が、前記ケースをそれぞれ貫通し、
    前記各貫通する部分に前記電線の外経より大きい通気口が設けられている、
    請求項１４又は１５に記載の減酸素装置。
17. 前記ケース内部に前記減酸素装置に用いられる水を溜める水保持部を有する、
    請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の減酸素装置。
18. 前記減酸素室と前記減酸素装置とが冷蔵庫内部に設けられている、
    請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の減酸素装置。

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