JP2016161176A - 減酸素装置及び貯蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【課題】アノード電極及びカソード電極への電圧印加時の過剰な温度上昇を抑えることができる減酸素装置及びそれを用いた貯蔵庫を提供する。
【解決手段】一対の電極210、212の間に固体高分子電解質膜204が挟まれた減酸素ユニット202と、減酸素ユニット202を挟持する一対の固定部材250,252と、減酸素ユニット202に水を供給する給水部260とを備え、減酸素室内の酸素を減少させる減酸素装置200において、一対の固定部材250,252の少なくとも一方は、内側部材250aと、内側部材250aの外側に設けられ内側部材250aを減酸素ユニット202へ押圧する外側部材250bとを備え、内側部材250aは、減酸素ユニット202と外側部材250bとの間に挟持される対向部250a1と、外側部材250bからはみ出した放熱部250a2とを備える。
【選択図】図4
【解決手段】一対の電極210、212の間に固体高分子電解質膜204が挟まれた減酸素ユニット202と、減酸素ユニット202を挟持する一対の固定部材250,252と、減酸素ユニット202に水を供給する給水部260とを備え、減酸素室内の酸素を減少させる減酸素装置200において、一対の固定部材250,252の少なくとも一方は、内側部材250aと、内側部材250aの外側に設けられ内側部材250aを減酸素ユニット202へ押圧する外側部材250bとを備え、内側部材250aは、減酸素ユニット202と外側部材250bとの間に挟持される対向部250a1と、外側部材250bからはみ出した放熱部250a2とを備える。
【選択図】図4
Description
本発明の実施形態は、減酸素装置及び貯蔵庫に関するものである。
冷蔵庫に貯蔵される食品などの貯蔵品の劣化要因として、空気中に存在する酸素による酸化がある。そこで、食品を貯蔵する空間の酸素を低減させることで、貯蔵品の酸化を抑えて貯蔵品の鮮度を維持することができる冷蔵庫が知られている。
酸素を低減させる方法として、貯蔵容器内を減圧する真空法や、貯蔵容器内の酸素を酸素吸着剤によって吸着する酸素吸着法や、固体高分子電解質膜を用いて貯蔵容器内の酸素を低減させる固体高分子電解質膜法など種々の方法が知られている。
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、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。
固体高分子電解質膜法は、固体高分子電解質膜を挟持したアノード電極及びカソード電極の間に電圧を印加することで、固体高分子電解質膜のアノード側において水を電気分解して水素イオンを生成し、その水素イオンが固体高分子電解質膜内を移動してカソード側に到達して貯蔵容器内の酸素と反応して水を生成することで、貯蔵容器内の酸素を低減する。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(例えば、特許文献1〜3参照)。
しかしながら、固体高分子電解質膜法では、電圧印加時の発熱によって内部温度が上昇しすぎると固体高分子電解質膜のアノード側において電気分解するための水が不足するドライアップ状態となり、固体高分子電解質膜の伝導率が低下(電気抵抗が増大)して効率が低下する問題がある。
そこで、本発明の実施形態は、アノード電極及びカソード電極への電圧印加時の過剰な温度上昇を抑えることができる減酸素装置及びそれを用いた貯蔵庫を提供することを目的とする。
本実施形態の減酸素装置は、アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質膜が挟まれた減酸素ユニットと、前記減酸素ユニットを挟持する一対の固定部材と、前記減酸素ユニットに水を供給する給水部とを備え、水を電気分解して生成した水素イオンと減酸素室内の酸素とから水を生成して前記減酸素室内の酸素を減少させる減酸素装置において、前記一対の固定部材の少なくとも一方は、内側部材と、前記内側部材の外側に設けられ前記内側部材を前記減酸素ユニットへ押圧する外側部材とを備え、前記内側部材は、前記減酸素ユニットと前記外側部材との間に挟持される対向部と、前記対向部に一体に設けられ前記外側部材からはみ出した放熱部とを備えるものである。
以下、一実施形態の減酸素装置200について図1〜図6に基づいて説明する。本実施形態の減酸素装置200は、冷蔵庫10内に設けられた減酸素室100内の酸素を減少させる。
冷蔵庫10は、図1に示すように、外郭を形成する外箱と貯蔵空間を形成する内箱との間に断熱材を配設した前面に開口するキャビネット11を備え、貯蔵空間を断熱仕切壁12によって上方の冷蔵空間20と下方の冷凍空間40とに区画している。
冷蔵空間20は、冷蔵温度(例えば、2〜3℃)に冷却される空間であって、内部がさらに仕切板21によって上下に区画され、上部空間に複数段の載置棚23を設けた冷蔵室22が設けられ、下部空間に引き出し式の収納容器25を配置する野菜室24が設けられている。
冷蔵室22の開口部は、キャビネット11の一側部の上下に設けられたヒンジにより回動自在に枢支された冷蔵室扉22aにより閉塞されている。
野菜室24の開口部は、引き出し式の野菜室扉24aにより閉塞されている。野菜室扉24aの裏面側には、収納容器25を保持する左右一対の支持枠が固着されており、開扉動作とともに収納容器25が庫外に引き出されるように構成されている。
収納容器25は、野菜室24のほぼ全幅にわたって設けられた下側収納容器27と、下側収納容器27の上方に設けられた減酸素室100とを備え、上下2段に重なり合う構造をなしている。
下側収納容器27は、前方壁、後方壁、左右側壁によって囲まれた上方に開口する有底のボックス状をなしており、減酸素室100に比べて下側収納容器27の収容深さが深く設けられている。
下側収納容器27は、野菜室扉24aの裏面側に固着された左右一対の支持枠に保持されており、野菜室扉24aの開扉動作とともに庫外へ引き出されるように構成されている。
下側収納容器27の上方に設けられた減酸素室100は、前方壁、後方壁、左右側壁によって囲まれた上方に開口する有底のボックス状をなした貯蔵容器104を備える。貯蔵容器104の上面開口部は、減酸素室100に貯蔵品を出し入れするための開口部であって、固定蓋105A及び摺動蓋105Bによって閉塞されている。
貯蔵容器104は、冷蔵室22と野菜室24とを区画する仕切板21の下方に近接させて配置され、野菜室24の左右の側壁面に形成されたレール24b上を前後方向に摺動することで、下側収納容器27と独立して庫外へ引き出し可能に野菜室24に設けられている。
貯蔵容器104の上面開口部の後端部は、減酸素対向部104Aをなしており、図1及び図2に示すような野菜室扉24aが閉扉され野菜室24に貯蔵容器104を収納した状態で、減酸素対向部104Aが減酸素装置200と上下に対向する。
固定蓋105Aは、貯蔵容器104の後端部に設けられた減酸素対向部104Aを残して貯蔵容器104の前後方向の略中央部から後部までの領域において貯蔵容器104の上面開口部を覆っている。固定蓋105Aは、仕切板21に固定され貯蔵容器104がレール24b上を摺動して前後方向に移動しても移動しない。
摺動蓋105Bは、貯蔵容器104の前方壁から後部までの領域において貯蔵容器104の上面開口部を覆い、摺動蓋105Bの後部が固定蓋105Aと上下に重なっている。摺動蓋105Bは、貯蔵容器104の上端部に前後方向に摺動可能に支持されている。
このような減酸素室100は、図1に示すような野菜室扉24aの閉扉状態において、野菜室24内に配設され、減酸素対向部104Aを残して固定蓋105A及び摺動蓋105Bによって上面開口部が覆われている。また、野菜室扉24aの閉扉状態では、減酸素室100を構成する貯蔵容器104の底部が下側収納容器27の左右側壁上端部に設けられた凸部162(図6参照)と係合している。
そして、野菜室扉24aを引き出して開扉すると、下側収納容器27が庫外へ引き出されるとともに、下側収納容器27の凸部162に係合する貯蔵容器104と貯蔵容器104に支持された摺動蓋105Bが前方へ引き出される。
下側収納容器27とともに引き出された貯蔵容器104及び摺動蓋105Bは、貯蔵容器104の前方壁がキャビネット11の前端付近まで引き出されると、摺動蓋105Bがキャビネット11に設けられた突起と係合して摺動蓋105Bの前方へ移動が遮られる。摺動蓋105Bは、貯蔵容器104の左右側壁に設けられた突起と係合しているため、摺動蓋105Bとともに貯蔵容器104も前方へ移動が遮られる。これにより、下側収納容器27の凸部162と貯蔵容器104との係合が外れ、図6に示すように、下側収納容器27のみが前方へ引き出され、摺動蓋105B及び貯蔵容器104がキャビネット11の前端付近で停止する。この状態では、貯蔵容器104の後端部以外が摺動蓋105Bによって閉塞されている。
そして、図6に示すような野菜室扉24aの開扉状態した状態から貯蔵容器104を前方に引き出すと、摺動蓋105Bはキャビネットに設けられた突起と係合して摺動蓋105Bの前方移動が規制されているため、貯蔵容器104と摺動蓋105Bとの係合が解除される。貯蔵容器104は後方壁が左右側壁に比べて低く設けられ、後方壁と固定蓋105Aとの間に摺動蓋105Bが通り抜ける間隙が形成されているため、貯蔵容器104のみが前方に引き出され貯蔵容器104の上面開口部が開放する。
野菜室24の下方に断熱仕切壁12を介して配置された冷凍空間40には、自動製氷装置を備えた製氷室と第1冷凍室44を左右に併設しており、その下方には第2冷凍室46が設けられている。
製氷室、第1冷凍室44、及び第2冷凍室46の開口部は、引き出し式の扉44a、46aにより閉塞され、各扉44a、46aは、その裏面側に固着した左右一対の支持枠に収納容器45、47が保持されており、開扉動作とともに該収納容器が庫外に引き出されるように構成されている。
キャビネット11の背面底部には、機械室30が設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機51などが載置されている。
冷蔵空間20の背面には、蒸発器カバー14とキャビネット11の背面との間に蒸発器室26が区画形成されており、蒸発器室26内に冷蔵用蒸発器52と冷蔵用ファン53が配設されている。冷蔵用蒸発器52は蒸発器室26内の空気と熱交換してこれを冷却し、冷蔵用ファン53の回転駆動によって冷蔵用蒸発器52で生成された冷気を吹出口より冷蔵室22及び野菜室24に導入することで、冷蔵空間20を所定温度に冷却する。冷蔵空間20を冷却し終えた冷気は、吸込口から再び蒸発器室26に戻され冷蔵用蒸発器52と熱交換して冷却される。
冷凍空間40の背面には、蒸発器カバー33とキャビネット11の背面との間に蒸発器室34が区画形成されており、蒸発器室34内に冷凍用蒸発器54と冷凍用ファン55が配設されている。冷凍用蒸発器54は蒸発器室34内の空気と熱交換して冷却し、冷凍用ファン55の回転駆動によって冷凍用蒸発器54で生成された冷気を吹出口より製氷室42、第1冷凍室44、および第2冷凍室46に導入することで、冷凍空間40を所定温度に冷却する。冷凍空間40を冷却し終えた冷気は、吸込口から再び蒸発器室34に戻され冷凍用蒸発器54と熱交換して冷却される。
冷蔵用蒸発器52及び冷凍用蒸発器54は、機械室30に設けられた圧縮機51や凝縮器(不図示)や切替弁(不図示)とともに冷凍サイクルを構成し、圧縮機51から吐出された冷媒によって冷却される。
このような構成の冷蔵庫10において、冷蔵空間20の背面に設けられた蒸発器カバー14は、冷蔵室22と野菜室24との境界部分が前方に膨らんで蒸発器室26に連通する収納部150を形成する。収納部150には減酸素装置200が収納されている。
収納部150は、冷蔵室22の底面後部に開口する吸込口152を有しており、冷蔵室22内の空気を吸込口152から吸い込んで蒸発器室26に供給するとともに、吸込口152から吸い込んだ空気の一部を減酸素装置200に供給する。
減酸素装置200は、図2〜図5に示すように、減酸素室100内の酸素を減少させる減酸素ユニット202と、減酸素ユニット202を挟持する一対の固定部材250,252と、減酸素ユニット202に水を供給する給水部260と、を備える。
減酸素ユニット202は、図4に示すように、固体高分子電解質膜(以下、電解質膜という)204と、電解質膜204の一方側に積層されたアノード触媒層206と、電解質膜204の他方側に積層されたカソード触媒層208とから構成された減酸素セル201と、アノード触媒層206の外側に積層されたアノード電極210と、カソード触媒層208の外側に積層されたカソード電極212と、アノード電極210の外側に積層された気化層214とを備える。なお、減酸素ユニット202を構成する各層は、厚みが薄いものであるが、説明をわかりやすくするため、図2〜図4において厚みを拡大して示している。
電解質膜204は、内部を陽イオンだけが移動して、陰イオンや電子は内部を移動しないポリマーからなる薄膜であり、例えば、スルホン酸基を有する有機高分子材料からなる薄膜なり、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。具体的には、電解質膜204を構成するポリマーとして、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。なお、高分子の電解質膜204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。
電解質膜204は、アノード触媒層206及びカソード触媒層208とともにホットプレスなどによって一体に接合され平面形状が長方形状をなしたシート状の減酸素セル201を構成する。
アノード触媒層206は、水を酸化する能力を有しており水の電解電圧を低下させる触媒(アノード触媒)を含有しており、給水部260から供給された水を電気分解して水素イオンを生成する。このアノード触媒は、基材に担持されていることが好ましく、例えば、電解質膜204を構成するポリマーを基材としてアノード触媒を担持させることができる。このようにアノード触媒層206においてアノード触媒を担持させる基材として電解質膜204を構成するポリマーを採用することで、アノード触媒層206と電解質膜204との接着性を向上させることができる。
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(IrO2)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(TiO2)、酸化錫(SnO2)、酸化タンタル(Ta2O)等を挙げることができる。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、RuO2−Ta2O、RuO2−IrO2、RuO2−IrO2−TO2、RuO2−SnO2、RuO2−Ta2O、IrO2−Ta2O等を挙げることができる。
なお、アノード触媒層206において電解質膜204に接していない側面、つまり、アノード触媒層206とアノード電極210との間には、チタン等の金属からなるメッシュ状の基材にアノード触媒を担持させた寸法安定電極(DSA:Dimensionally Stable Anode)を設けてもよい。この寸法安定電極が担持するアノード触媒の担持量は、アノード触媒層206におけるアノード触媒の担持量より少ないことが好ましい。
また、アノード触媒層206は、上記したアノード触媒に加えて、アノード触媒より電気抵抗率の小さい金属(例えば、金(Au))の微粒子を含んでも良い。このような金属微粒子を添加することでアノード触媒層206の電気抵抗を低下することができ、減酸素ユニット202の効率を高めることができる。
カソード触媒層208は、酸素を還元する能力を有した触媒(カソード触媒)を含有している。カソード触媒層208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。カソード触媒としては、貴金属粒子と貴金属合金粒子の少なくともいずれか一方が導電性担体に担持されていることが好ましい。
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。
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。
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。
カソード触媒層208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。
なお、カソード触媒層208において電解質膜204に接していない側面、つまり、カソード触媒層208とカソード電極212との間には、撥水剤とカーボン粒子からなる多孔質層と、カーボンペーパー等の炭素製多孔質体に撥水処理を施した透湿防水性を有する導電性のシート材からなるガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)を設けてもよい。
アノード電極210は、表面が被覆層で被覆された薄板状の基板からなり、減酸素セル201の長手方向Lに沿って長く延びる長辺と、長辺より短く長辺に対して垂直に延びる短辺とを備える長方形状をなしており、長方形状の減酸素セル201全体を覆う。アノード電極210はカソード電極212との対向する位置に気体が通過するスリット状の開口部210aが設けられている。また、アノード電極210の長手方向Lの一端部にはアノード端子210bが設けられている(図5参照)。
アノード電極210を構成する基板は、水の電気分解時に溶出することのない材料で形成することが好ましく、例えば、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等の酸化皮膜を形成する金属や、セラミックス、樹脂、ガラス等の絶縁物で形成することができる。
また、アノード電極210を構成する基板の表面に設けられた被覆層は、金(Au)等のアノード触媒層206が有するアノード触媒より電気抵抗率が低い金属からなる。この被覆層は、アノード電極210の気化層214に対向する面とアノード触媒層206に対向する面の両面に設けても良く、また、気化層214に対向する面に被覆層を設けることなく、アノード触媒層206に対向する面のみに設けても良い。
カソード電極212は、チタン(Ti)等の酸化皮膜を形成する金属やセラミックスなどの絶縁物で形成された薄板状の基板の表面を白金(Pt)や金(Au)等の金属からなる被覆層で被覆した薄板状の基板からなる。
カソード電極212は、アノード電極210と同様、表面が被覆層で被覆された薄板状の基板からなり、減酸素セル201の長手方向Lに沿って長く延びる長辺と、長辺より短く長辺に対して垂直に延びる短辺とを備える長方形状をなしており、長手方向Lの減酸素セル201全体を、対向配置されたアノード電極210との間で挟持する。カソード電極212は、アノード電極210に設けられた開口部210aと対向する位置に気体が通過するスリット状の開口部212aが開口する。また、カソード電極212の長手方向Lの一端部にはカソード端子212bが設けられている(図5参照)。
アノード端子210b及びカソード端子212bは外部の電源装置に接続されアノード電極210がアノード触媒層206にプラス通電を行い、カソード電極212がカソード触媒層208にマイナス通電を行ってアノード触媒層206とカソード触媒層208との間に電圧を印加する。
また、アノード電極210及びカソード電極212の接触による短絡を防止するため、両電極210,212の間には絶縁体216が設けられている。この絶縁体216は、減酸素セル201において電解質膜204を挟持するアノード触媒層206及びカソード触媒層208の周囲を取り囲む額縁状に設けられている。
気化層214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に撥水処理を施した透湿防水性を有するシート状の部材からなり、給水部260から供給された水のうち気化した水蒸気のみをアノード電極210側へ供給する。
減酸素ユニット202は、気化層214、アノード電極210、減酸素セル201(アノード触媒層206、電解質膜204、カソード触媒層208)、絶縁体216、カソード電極212が順次積層されてなり、両電極210,212の長手方向Lに長い平面視略長方形状のシート状をなしており、一対の固定部材250,252の間で挟持される。
一対の固定部材250,252は、減酸素ユニット202の長手方向Lに長い平面視略長方形状をなしており、減酸素ユニット202を挟持した状態でボルト等の締結具218によって締め付け固定される。これにより、電解質膜204が、アノード電極210とカソード電極212との間に所定圧力で挟持される。
一対の固定部材250,252のうちアノード電極210側に設けられた固定部材(アノード側固定部材)250は、減酸素ユニット202の外側に重ねて設けられた内側部材250aと、内側部材250aの外側に重ねて設けられた外側部材250bとを備える。
内側部材250aは、減酸素ユニット202のアノード電極210に対向して配置されアノード電極210と外側部材250bとの間で挟持される対向部250a1と、外側部材250bよりはみ出した放熱部250a2とを備える。
内側部材250aは、外側部材250bより熱伝導率の高い材料からなり、この例では、ステンレスやアルミニウムなどの金属板の折り曲げ加工によって形成され、対向部250a1に放熱部250a2が一体に設けられている。
内側部材250aの対向部250a1は、減酸素ユニット202のアノード電極210と対向する面に絶縁材250a3が設けられアノード電極210から内側部材250aを絶縁している。この例では、絶縁材250a3は、絶縁性の塗料を対向部250a1に塗布することで形成された塗膜からなる。
また、対向部250a1は、アノード電極210に設けられた開口部210aと減酸素ユニット202の厚さ方向Tに重なる位置に開口部250a4が設けられている。
なお、内側部材250aとアノード電極210との間に設ける絶縁材250a3としては、上記のような塗料の塗布により形成された塗膜以外にも、例えば、絶縁性と通気性とを兼ね備えたメッシュ材や布帛などの多孔体シートを内側部材250aとアノード電極210との間に設けてもよい。このように絶縁材250a3として多孔体シートを設ける場合、当該シートに撥水処理を施し、絶縁性に加えて透湿防水性を備えた絶縁材250a3を内側部材250aとアノード電極210との間に設けてもよい。
放熱部250a2は、対向部250a1の周縁から折れ曲がり対向部250a1に重ねて設けられた外側部材250bの側面に沿って設けられている。
外側部材250bは、内側部材250aより熱伝導率の低い材料、例えば、板状の合成樹脂成形体からなり、締結具218による締め付け状態において内側部材250aを減酸素ユニット202へ面状に押圧する。
外側部材250bの外側には、収納部150内の空気から回収した水を減酸素ユニット202へ給水する給水部260が設けられている。
給水部260は、収納部150内の空気から水を吸収する吸水材262と、収納部150内の空気を吸水材262へ案内する給気ダクト264と、収納部150の空気を給気ダクト264へ送風する給気ファン266とを備える。
吸水材262は、外側部材250bの外側面に設けられた収納凹部250b1に収納されている。収納凹部250b1は、アノード側固定部材250が挟持する減酸素ユニット202の減酸素セル201と厚さ方向Tに重なる位置に減酸素ユニット202へ向けて陥没形成されている。収納凹部250b1の開口部は透湿フィルム272で覆われ、吸水材262が収納凹部250b1の底部と透湿フィルム272との間で保持されている。
収納凹部250b1の底部には、アノード電極210の開口部210aと対向する位置に減酸素ユニット202側へ貫通する貫通孔250b2が設けられている。
吸水材262としては、例えば、シリカゲルなどの吸湿材や、クエン酸(C6H8O7)、水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸カリウム(K2CO3)、塩化マグネシウム(MgCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)等の潮解性物質を用いることができる。
透湿フィルム272の外側には、アノード側固定部材250の外側部材250bとの間で給気ダクト264を形成する送風カバー270が設けられている。送風カバー270は、締結具218によって一対の固定部材250,252に共締され固定されている。
給気ダクト264は、図3に示すように、吸込口264aから吸い込んだ収納部150の空気が、一対の固定部材250、252の長手方向L、言い換えれば、アノード電極210及びカソード電極212の長手方向Lに沿って透湿フィルム272を介して吸水材262の上方を流れる。
本実施形態では、図4に示すように、減給気ダクト264の流路断面形状は、酸素ユニット202の厚さ方向Tの寸法Xが、アノード電極210及びカソード電極212の短辺方向S、つまり、長手方向L及び厚さ方向Tに垂直な方向の寸法Yに比べて小さい扁平な矩形状をなしている。
給気ダクト264の吹出口264bは、給気ファン266の吸込側と接続され、給気ダクト264に設けられた吸水材262より空気流れ方向下流側に給気ファン266が設けられている。
また、カソード電極212側に設けられた固定部材(カソード側固定部材)252は、図3及び図4に示すように、蒸発器カバー14に穿設された開口部14aに設けられ、貯蔵容器104の減酸素対向部104Aの上方位置に設けられている。
カソード側固定部材252は、減酸素ユニット202のカソード電極212に設けられた開口部212aと厚み方向Tに重なる位置に開口部252aが設けられている。この開口部252aは、野菜室24に開口しており、減酸素室100の減酸素対向部104Aと上下方向に対向している。
このような構成の減酸素装置200は、給水部260の給気ファン266が駆動すると、収納部150の空気が、給気ダクト264の吸込口264aから吸い込まれ長手方向Lに沿って給気ダクト264を流れる。吸水材262は、吸水材262の上方を通過する空気から水を吸収して貯水する。
そして、吸水材262が貯水した水は、減酸素ユニット202のアノード電極210及びカソード電極212間に電圧を印加することで生じる熱により気化して水蒸気となって吸水材262から離れ、収納凹部250b1の貫通孔250b2、気化層214、及びアノード電極210の開口部210aを通って減酸素セル201のアノード触媒層206へ供給される。
アノード触媒層206へ供給された水蒸気は、アノード触媒層206において電気分解されて水素イオンが生成され、電解質膜204を通ってカソード触媒層208へ移動する。カソード触媒層208では、減酸素室100の減酸素対向部104A及びカソード側固定部材252の開口部252aを介して供給された減酸素室100内の空気に含まれる酸素が、電解質膜204を通ってカソード触媒層208へ移動した水素イオンと反応して水を生成し、減酸素室100の酸素濃度を減少させる。
なお、減酸素装置200では、アノード電極210及びカソード電極212間に電圧を印加して減酸素室100の酸素濃度を減少させる時に、給水部260の給気ファン266を停止させ、両電極210,212への電圧印加を停止している時に給気ファン266を駆動させることが好ましい。回転停止中の給気ファン266は、給気ダクト264における空気の流通を遮断するシャッタとして機能するため、アノード電極210及びカソード電極212への電圧印加時の発熱により吸水材262から発生した水蒸気が、給気ダクト264を通って収納部150へ放出されにくく、アノード触媒層206へ供給されやすくなる。
本実施形態では、アノード側固定部材250の内側部材250aが、アノード電極210と外側部材250bとの間で挟持される対向部250a1と、外側部材250bよりはみ出した放熱部250a2とを備えるため、アノード電極210及びカソード電極212間に電圧を印加することで生じる熱を放熱部250a2から放出することができ、減酸素ユニット202の過剰な温度上昇を抑え、ドライアップ状態となるのを抑えることができる。
また、アノード電極210及びカソード電極212に電圧を印加することで生じる熱を放熱し過ぎると吸水材262に貯水された水が気化しにくくなり、減酸素セル201において水が不足する可能性があるが、本実施形態では、内側部材250aより熱伝導率の低い外側部材250bが、内側部材250aの対向部250a1に重ねて設けられており、電圧印加時に発生する熱が対向部250a1から放出されにくいため、減酸素装置200の設置雰囲気温度や減酸素装置200に搭載する減酸素セル201の出力(発熱量)に応じて、内側部材250aに占める放熱部250a2の割合を調整することで、減酸素ユニット202を適温に保つことができ、水(水蒸気)を減酸素セル201に安定して供給することができる。
本実施形態では、内側部材250aの放熱部250a2が、対向部250a1に重ねて設けられた外側部材250bの側面に沿って設けられているため、減酸素装置200を設置する際に邪魔になりにくく、限られたスペースに減酸素装置200を設置することができる。
本実施形態では、減酸素ユニット202と内側部材250aの対向部250a1との間に絶縁材250a3が設けられているため、アノード電極210及びカソード電極212への印加時に外側部材250bからはみ出した放熱部250a2より漏電するおそれがない。
本実施形態では、アノード電極210とアノード側固定部材250の内側部材250aとの間に撥水処理を施した透湿防水性を有するシート材からなる気化層214が設けられているため、吸水材262から液体の水が供給されることがあっても、その水が減酸素セル201まで到達することがなく、水に含まれるイオンによって減酸素セル201が破損することがない。
本実施形態では、減酸素室100の外部の空気が、吸水材262が設けられた給気ダクト264内をアノード電極210及びカソード電極212の長手方向Lに沿って流れるため、短辺方向Sに沿って流れる場合に比べて給気ダクト264の流路断面積が小さくなり給気ダクト264内を空気が均一に流れることとなり、吸水材262全体に均一に水を給水させることができる。
本実施形態では、給気ダクト264に空気を供給する給気ファン266が、給気ダクト264に設けられた吸水材262より空気流れ方向下流側に設けられているため、給気ダクト264に整流された空気を供給することができ、吸水材262全体に均一に水を給水させることができる。
また、本実施形態では、給気ダクト264の流路断面が、減酸素ユニット202の厚さ方向Tの寸法Xがアノード電極210及びカソード電極212の短辺方向Sの寸法Yに比べて小さい扁平な矩形状をなしており、給気ダクト264の体積が小さく設けられているため、吸水材262から給気ダクト264へ放出される水蒸気量を抑えることができ、アノード触媒層206へ水蒸気が供給されやすくなる。
なお、上記実施形態では、アノード側固定部材250を内側部材250aと外側部材250bで構成しカソード側固定部材252を1の部材で構成する場合について説明したが、カソード側固定部材252のみを内側部材及び外側部材で構成したり、アノード側固定部材250及びカソード側固定部材252の両方を内側部材及び外側部材で構成してもよい。
また、上記実施形態では、気化層214をアノード電極210とアノード側固定部材250の内側部材250aとの間に設ける場合ついて説明したが、アノード側固定部材250の内側部材250aと外側部材250bとの間に気化層214を設けてもよい。
また、上記実施形態では、冷蔵庫に減酸素装置を備えた場合について説明を行ったが、冷却機能を備えない貯蔵庫に本実施形態の減酸素装置を備えても良い。
以上、本発明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を意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
10…冷蔵庫、20…冷蔵空間、22…冷蔵室、24…野菜室、40…冷凍空間、42…製氷室、44…第1冷凍室、46…第2冷凍室、100…減酸素室、104…第1貯蔵容器、104A…減酸素対向部、150…収納部、152…吸込口、200…減酸素装置、201…減酸素セル、202…減酸素ユニット、204…固体高分子電解質膜、206…アノード触媒層、208…カソード触媒層、214…気化層、216…絶縁体、218…締結具、250…アノード側固定部材、250a…内側部材、250a1…対向部、250a2…放熱部、250a3…絶縁材、250a4…開口部、250b…外側部材、250b1…収納凹部、250b2…開口部、252…カソード側固定部材、252a…開口部、260…給水部、262…吸水材、264…給気ダクト
Claims (8)
- アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質膜が挟まれた減酸素ユニットと、前記減酸素ユニットを挟持する一対の固定部材と、前記減酸素ユニットに水を供給する給水部とを備え、水を電気分解して生成した水素イオンと減酸素室内の酸素とから水を生成して前記減酸素室内の酸素を減少させる減酸素装置において、
前記一対の固定部材の少なくとも一方は、内側部材と、前記内側部材の外側に設けられ前記内側部材を前記減酸素ユニットへ押圧する外側部材とを備え、
前記内側部材は、前記減酸素ユニットと前記外側部材との間に挟持される対向部と、前記対向部に一体に設けられ前記外側部材からはみ出した放熱部とを備える減酸素装置。 - 前記内側部材は前記外側部材より熱伝導率が高い請求項1に記載の減酸素装置。
- 前記放熱部は、前記外側部材の側面に沿って設けられている請求項1又は2に記載の減酸素装置。
- 前記減酸素ユニットと前記対向部との間に挟持された絶縁材を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の減酸素装置。
- 前記絶縁材が通気性を有する多孔体シートからなる請求項4に記載の減酸素装置。
- 前記絶縁材が、塗料の塗布により形成された塗膜からなる請求項4に記載の減酸素装置。
- アノード電極側に設けられた固定部材が、前記内側部材及び前記外側部材を備え、
前記アノード電極と前記外側部材との間に設けられた撥水性のシート材を備える請求項1〜6のいずれか1項に記載の減酸素装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の減酸素装置と前記減酸素室とが貯蔵室に設けられた貯蔵庫。
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WO2021190007A1 (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 合肥美的电冰箱有限公司 | 除氧模组、保鲜装置及冰箱 |
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