JP2726769B2 - 空調素子及び空調容器装置 - Google Patents

空調素子及び空調容器装置

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JP2726769B2 JP3070195A JP7019591A JP2726769B2 JP 2726769 B2 JP2726769 B2 JP 2726769B2 JP 3070195 A JP3070195 A JP 3070195A JP 7019591 A JP7019591 A JP 7019591A JP 2726769 B2 JP2726769 B2 JP 2726769B2
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  • Air Filters, Heat-Exchange Apparatuses, And Housings Of Air-Conditioning Units (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、湿度及び酸素などのガ
ス濃度を任意に制御することができ、各種保存容器や各
種試験容器などに利用されている空調素子及び空調容器
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】衣服、金属類などを比較的長時間に渡っ
て品質を落とすことなく保存するためには、保存容器の
腐食やカビの発生を防止し、かつ保存容器内を最適な保
存雰囲気に保つことが必要である。保存雰囲気を決める
要因として、主に湿度と酸素濃度がある。従来、保存雰
囲気の湿度は、例えば米国特許4.307.425号に記載され
ている乾燥剤の適用や、特開昭63-287527号公報に開示
されている電解式湿度調整素子の適用によって制御され
ていたが、湿度と酸素濃度の比を最適に制御する簡易な
素子又は装置はなかった。また、各種試験容器装置にお
いても、温度及び湿度を制御するものはあるが、湿度と
酸素濃度を最適に制御するものはなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
空調素子及び空調容器装置は、湿度や温度の制御はでき
るが酸素濃度の制御はできなかった。例えば電界式湿度
調整素子が取り付けられている容器内では、水が電気分
解されて除湿されるが、湿度の低下とともに酸素濃度が
増大する。このため、容器内は、湿度と酸素濃度の比が
制御されず、最適な保存雰囲気を保つことができないと
いう問題点があった。
【0004】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、湿度と酸素濃度の比を制御して最
適な保存雰囲気を保つことができる小型な空調素子及び
空調容器装置を得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る空調素子
は、次に掲げる手段を備えたものである。 [1] 陽イオン導電性膜の一方の面に第1の電極及び第
2の電極が接合され、他方の面に第3の電極及び第4の
電極が接合され、上記第1の電極に第1の定活量層が接
合されてなる第1のセル。 [2] 陰イオン導電性膜の一方の面に第5の電極及び第
6の電極が接合され、他方の面に第7の電極及び第8の
電極が接合され、第5の電極に第2の定活量層が接合さ
れ、絶縁物を介し上記第1のセルと接合されてなる第2
のセル。また、本発明に係る空調容器装置は、次に掲げ
る手段を備えたものである。 [3] 上記空調素子が隔壁に接合された容器。 [4] 上記空調素子を通じて上記容器内のガス濃度を検
出し、制御する電源及び制御部。
【0006】
【作用】本発明の空調素子においては、陽イオン導電性
膜の一方の面に第1の電極及び第2の電極が接合され、
他方の面に第3の電極及び第4の電極が接合され、上記
第1の電極に第1の定活量層が接合された第1のセルに
よって、上記第1の定活量層と上記陽イオン導電性膜と
第3の電極の吸着ガスとで第1の電池が形成され、ガス
が吸収、放出される。また、陰イオン導電性膜の一方の
面に第5の電極及び第6の電極が接合され、他方の面に
第7の電極及び第8の電極が接合され、第5の電極に第
2の定活量層が接合されて、絶縁物を介して上記第1の
セルと接合された第2のセルによって、上記第2の定活
量層と上記陰イオン導電性膜と第7の電極の吸着ガスと
で第2の電池が形成され、ガスが吸収、放出される。ま
た、本発明の空調容器装置においては、電源及び制御部
によって、第1の電池の出力、又は第2の電池の出力か
ら、容器内のガス濃度が検出され、上記第2、第4、第
6及び第8の電極に直流電流が供給されて上記容器内の
ガス濃度が制御される。
【0007】
【実施例】実施例1. 本発明の実施例1を図について説明する。図1は、本発
明の実施例1の構成を示す断面図である。図1におい
て、(1)は空調素子であり、(2A)及び(2B)は空調素子
(1)を構成する2つのセルであり、(3)はセル(2A)とセ
ル(2B)の間に接合された絶縁物である。(4)はセル(2A)
の陽イオン導電性膜としての水素イオン導電性膜であっ
て、例えばデュポン社製のナフィオン117(デュポン社登
録商標)が用いられている。(5a)、(5b)、(5c)及び(5d)
は、それぞれ水素イオン導電性膜(4)に接合された第
2、第3、第1及び第4の電極であって、例えば多孔性
の白金めっき膜であり、電極(5a)と電極(5c)とが互いに
接触しないように水素イオン導電性膜(4)の一方の面に
接合され、かつ電極(5b)と電極(5d)とが互いに接触しな
いように水素イオン導電性膜(4)の他方の面に接合され
ている。(6)は電極(5c)に接合された定活量層であっ
て、例えば水素イオン導電性固体の一種であるリン酸二
水素カリウム(KH2PO4)が用いられている。(7a)、(7
b)、(7c)及び(7d)はそれぞれ電極(5a)、(5b)、(5c)及び
(5d)に接合された端子である。(8)はセル(2B)の陰イオ
ン導電性膜としての水酸化イオン導電性膜であって、例
えばアミノ基がついたフッ素樹脂系の膜である。(9a)、
(9b)、(9c)及び(9d)は、それぞれ水酸化イオン導電性膜
(8)に接合された第6、第7、第5及び第8の電極であ
って、例えば多孔性の白金めっき膜であり、電極(9a)と
電極(9c)とが互いに接触しないように水酸化イオン導電
性膜(8)の一方の面に接合され、かつ電極(9b)と電極(9
d)とが互いに接触しないように水酸化イオン導電性膜
(8)の他方の面に接合されている。(10)は電極(9c)に接
合された定活量層であって、例えば水酸化イオン導電性
固体の一種であるカルシウム(Ca)と水酸化カルシウムが
所定比に混合されたものが用いられている。(11a)、(11
b)、(11c)及び(11d)はそれぞれ電極(9a)、(9b)、(9c)及
び(9d)に接合された端子である。(12)は容器の隔壁、例
えば磁気ディスク装置のカセット、冷蔵庫の野菜ボック
スなどの隔壁であり、電極(5b)、(5d)、(9b)及び(9d)が
容器内空間(12A)側になるように、かつ電極(5a)、(5
c)、(9a)及び(9c)が外気(12B)側になるようにして、空
調素子(1)が隔壁(12)の一部に接合されている。(13)は
隔壁(12)の一部に接合されたコネクタ、(13a)から(13h)
まではコネクタ(13)の端子である。(14)は電源及び制御
部、(14a)から(14h)までは電源及び制御部(14)の端子で
ある。なお、端子(7b)と端子(13b)、端子(7d)と端子(13
d)、端子(11d)と端子(13f)、端子(11b)と端子(13h)は接
続されている。
【0008】次に、上述した実施例1の動作について図
1を参照しながら説明する。まず、空調素子(1)の原理
について説明する。電極(5a)及び電極(9a)が陰極、電極
(5b)及び電極(9b)が陽極になるように、端子(7a)及び端
子(11a)をそれぞれ電源及び制御部(14)の端子(14a)及び
端子(14g)に接続し、かつコネクタ(13)の端子(13a)及び
端子(13g)をそれぞれ電源及び制御部(14)の端子(14b)及
び端子(14h)に接続する。電源及び制御部(14)からセル
(2A)及びセル(2B)へ直流電流が供給されると、電極(5b)
及び電極(9b)上では、それぞれ(1)式及び(2)式に基づ
いた反応が起こる。
【0009】
【化1】
【0010】
【化2】
【0011】(1)式に基づいた反応から、電極(5b)で
は、容器内空間(12A)の水(H2O)が酸素(O2)と水素イ
オン(H+)に分解される。得られた酸素は容器内空間(12
A)に残り、水素イオンは水素イオン導電性膜(4)の中を
移動し、電極(5a)上で外気(12B)中の酸素と反応して外
気(12B)中へ放出される。また、(2)式に基づいた反応
から、電極(9b)では、水酸化イオン導電性膜(8)の水酸
化イオン(OH-)から水及び酸素が生成されて容器内空
間(12A)へ放出される。
【0012】ここで、電極(5a)と電極(5b)間の電流を
x、電極(9a)と電極(9b)間の電流をyとすると、電極(5
b)において反応する水と酸素の量Δ1及び電極(9b)にお
ける反応によって得られる水と酸素の量Δ2はそれぞれ
(3)式及び(4)式によって表される。
【0013】
【化3】
【0014】
【化4】
【0015】即ち、電極(5b)では電流xに比例した除湿
及び酸素の放出が起こり、電極(9b)では電流yに比例し
た加湿及び酸素の放出が起こる。したがって、容器内空
間(12A)の水及び酸素の変化量Δ3は(5)式によって表さ
れる。
【0016】
【化5】
【0017】また、水と酸素の変化量の比Kは(6)式に
よって表される。
【0018】
【化6】
【0019】(6)式から、水と酸素の変化量の比Kは、
電流x及びyの値によって変化する。つまり、水と酸素
の変化量の比Kは、電源及び制御部(14)からセル(2A)及
び(2B)へ供給される直流電流が制御されることによって
任意に変わる。したがって、容器内空間(12A)の湿度と
酸素濃度の比は、セル(2A)及びセル(2B)へ供給される直
流電流が制御されることによって変えられる。
【0020】次に、容器内空間(12A)の湿度及び酸素濃
度の検出について説明する。セル(2A)を利用する場合
は、電極(5c)の端子(7c)を電源及び制御部(14)の端子(1
4c)に接続し、かつコネクタ(13)の端子(13c)を電源及び
制御部(14)の端子(14d)に接続する。まず、湿度の検出
について説明する。電源及び制御部(14)は、端子(14a)
及び(14b)から比抵抗を測定できるように設定される。
水素イオン導電性膜(4)に用いられているナフィオン11
7は、比抵抗が湿度に応じて変化するので、湿度センサ
ーとしての役割も果す。このことを利用して、電源及び
制御部(14)は、測定した水素イオン導電性膜(4)の比抵
抗から、容器内空間(12A)の湿度を検出する。
【0021】次に、酸素濃度の検出について説明する。
電源及び制御部(14)は、端子(14a)と(14b)間の電圧を測
定できるように設定される。電極(5d)には容器内空間(1
2A)の酸素濃度に応じた量の酸素が吸着し、水素イオン
導電性膜(4)と定活量層(6)と吸着酸素とで下記の電池
が形成される。定活量層|水素イオン導電性膜|吸着酸
素定活量層に用いられているKH2PO4は一定の水素イ
オン活量であることから、端子(7c)と端子(7d)間で吸着
酸素の量に応じた電圧が生じる。吸着酸素は、詳しく説
明すると、容器内空間(12A)の関数であり、端子(7c)と
端子(7d)間の電圧は酸素濃度の対数に比例した値を示
す。このことを利用して、電源及び制御部(14)は、端子
(14a)と端子(14b)間で測定した電圧から、容器内空間(1
2A)の酸素濃度を検出する。
【0022】他方、セル(2B)を利用する場合には、電極
(9c)の端子(11c)を電源及び制御部(14)の端子(14e)に接
続し、かつコネクタ(13)の端子(13e)を電源及び制御部
(14)の端子(14f)に接続する。水酸化イオン導電性膜
(8)についても水素イオン導電性膜(4)と同様にして容
器内空間(12A)の湿度を検出することができる。また、
酸素濃度は、定活量層(10)に用いられているCa(OH)2
が一定の水酸化イオン活量であることから、定活量層(1
0)と水酸化イオン導電性膜(8)と電極(9d)に吸着する酸
素とで形成される電池の電圧が測定されることによって
検出される。
【0023】容器内空間(12A)の酸素濃度の検出は、セ
ル(2A)と(2B)のどちらか一方によって可能であるが、あ
らかじめすべての端子間を接続しておき、感度の良いセ
ルを選択して行ってもよい。上述したように、実施例1
では、酸素濃度を検出しながら、検出値に応じてセル(2
A)及び(2B)へ直流電流を制御し、容器内空間(12A)の湿
度と酸素濃度の比Kを制御することができる。
【0024】実施例2. なお、容器内空間(12A)が比較的高温(200℃以上)である
場合には、水素イオン導電性膜(4)としてセラミック
膜、例えばSrCe0.95Yb0.053-2を用い、水酸化イオ
ン導電性膜(8)としてセラミック膜、例えば(Bi28)
1-x(Y23)xを用い、定活量層(10)に金属と金属酸化物
との混合物、例えばニッケル(Ni)と酸化ニッケル(Ni
O)との混合物を用いれば、実施例1と同様の効果が得
られる。
【0025】実施例3. また、電極(5a)から(5d)まで及び電極(9a)から(9d)まで
の少なくともいずれか1つの電極に、イオンと電子の混
合導電体、例えば銀(Ag)のカルコゲン化合物を用いる
と、水素イオン導電性膜(4)又は水酸化イオン導電性膜
(8)内をイオンのみが移動し、分子の移動が抑制される
ことから、電流効率が良くなり、また定活量層が一層安
定するので、精度良く湿度及び酸素濃度を制御すること
ができる。
【0026】実施例4. また、実施例1では、定活量層(6)にKH2PO4を用い
ているが、所定量の水素を吸蔵させ水素吸蔵合金を用い
ても同様の効果が得られる。
【0027】実施例5. また、実施例1において、水酸化イオン導電性膜(8)の
代わりに、酸素イオン導電性膜を用いると、酸素濃度の
みを制御することできる。
【0028】さらに、実施例1は、本発明の陽イオン導
電性膜にナフィオン117を用い、陰イオン導電性膜にア
ミノ基を有するフッ素系樹脂を用いて湿度及び酸素濃度
を制御しているが、他の陽イオン導電性固体や陽イオン
交換膜又は他の陰イオン導電性固体又は陰イオン交換膜
を用いて、湿度及び酸素濃度以外のガス濃度を制御する
こともできる。例えば、陰イオン導電性膜にフッ素イオ
ン導電性膜(LdF3など)を用いると、容器内空間(12A)
のフッ素ガスの濃度を制御することができる。
【0029】実施例6. そして、それぞれ種々のガスを吸収及び放出する空調素
子を隔壁(12)に複数個接合すれば、多成分のガス濃度を
制御することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の空調素子
は、陽イオン導電性膜の一方の面に第1の電極及び第2
の電極が接合され、他方の面に第3の電極及び第4の電
極が接合され、上記第1の電極に第1の定活量層が接合
されてなる第1のセルと、陰イオン導電性膜の一方の面
に第5の電極及び第6の電極が接合され、他方の面に第
7の電極及び第8の電極が接合され、第5の電極に第2
の定活量層が接合され、絶縁物を介して上記第1のセル
と接合されてなる第2のセルとを備えたことによって、
小型なものを得ることができるという効果を奏する。
【0031】また本発明の空調容器装置は、上記空調素
子が隔壁に接合された容器と、上記空調素子を通じて上
記容器内のガス濃度を制御する電源及び制御部とを備え
たことによって、容器内空間の湿度と酸素濃度の比を制
御して最適な保存雰囲気を保つことができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
(1) 空調素子 (2A)、(2B) セル (3) 絶縁物 (4) 水素イオン導電性膜 (5a)〜(5d) 電極 (6)、(10) 定活量層 (8) 水酸化イオン導電性膜 (9a)〜(9d) 電極 (12) 容器の隔壁 (12A) 容器内空間 (14) 電源及び制御部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽イオン導電性膜の一方の面に第1の電
    極及び第2の電極が接合され、他方の面に第3の電極及
    び第4の電極が接合され、上記第1の電極に第1の定活
    量層が接合されてなる第1のセル、並びに陰イオン導電
    性膜の一方の面に第5の電極及び第6の電極が接合さ
    れ、他方の面に第7の電極及び第8の電極が接合され、
    第5の電極に第2の定活量層が接合され、絶縁物を介し
    上記第1のセルと接合されてなる第2のセルを備えたこ
    とを特徴とする空調素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の空調素子が隔壁に接合さ
    れた容器、並びに上記空調素子を通じて上記容器内のガ
    ス濃度を検出し、制御する電源及び制御部を備えたこと
    を特徴とする空調容器装置。
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