JP2914757B2 - Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction - Google Patents

Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction

Info

Publication number
JP2914757B2
JP2914757B2 JP9536930A JP53693097A JP2914757B2 JP 2914757 B2 JP2914757 B2 JP 2914757B2 JP 9536930 A JP9536930 A JP 9536930A JP 53693097 A JP53693097 A JP 53693097A JP 2914757 B2 JP2914757 B2 JP 2914757B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
space
anode
cathode
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9536930A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
哲雄 森口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP9536930A priority Critical patent/JP2914757B2/en
Priority claimed from PCT/JP1996/002952 external-priority patent/WO1997039294A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2914757B2 publication Critical patent/JP2914757B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、電子機器や電力機器に搭載されるLSIを
中心とした電子部品を実装した電子基板やコンピュータ
記憶装置などの冷却装置に関し、特に電子部品やコンピ
ュータ記憶装置の最高使用温度以上の環境下に設置して
も正常動作できる電解反応による水蒸発式冷却装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device such as an electronic board or a computer storage device on which electronic components centering on an LSI mounted on an electronic device or a power device are mounted, and particularly to an electronic component or a computer storage device. The present invention relates to a water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction that can operate normally even when installed in an environment at or above the maximum operating temperature of the device.

背景技術 従来、電子機器や電力機器に搭載されるLSIを中心と
した電子部品を冷却する方法として、例えば特開平6−
21279号公報に記載されているように、冷媒バッグとヒ
ートパイプとを組み合わせてLSIなどの発熱部材からの
発熱を熱放散する方法が採られていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of cooling an electronic component centering on an LSI mounted on an electronic device or a power device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
As described in Japanese Patent No. 21279, a method of dissipating heat from a heat generating member such as an LSI by combining a refrigerant bag and a heat pipe has been adopted.

図19は例えば特開平6−21279号公報に記載された従
来の伝熱装置を示す構成図である。
FIG. 19 is a configuration diagram showing a conventional heat transfer device described in, for example, JP-A-6-21279.

図において、保護用金属容器1はその底部に開孔部2
が設けられている。そして、冷媒バッグ3が保護用金属
容器1内の下部に収められている。この冷媒バッグ3
は、ポリエチレンなどの軟質プラスチック材よりなる円
筒状のものの両端を、熱融着などの手段でシールした構
成を有し、その内部に作動液4が充填され、上部空間に
はガスが充満している。そして、この冷媒バッグ3が保
護用金属容器1に収められると、開孔部2から冷媒バッ
グ3の一部が突き出し、LSIなどの被冷却体8と接触す
る接触部5が形成される。
In the figure, a protective metal container 1 has an opening 2 at its bottom.
Is provided. And the refrigerant bag 3 is stored in the lower part in the metal container 1 for protection. This refrigerant bag 3
Has a configuration in which both ends of a cylindrical member made of a soft plastic material such as polyethylene are sealed by means such as heat fusion, the working fluid 4 is filled therein, and the upper space is filled with gas. I have. Then, when the refrigerant bag 3 is placed in the protective metal container 1, a part of the refrigerant bag 3 protrudes from the opening 2 to form a contact portion 5 that comes into contact with a cooled object 8 such as an LSI.

さらに、伝熱管6が冷媒バッグ3に包み込まれるよう
にして保護用金属容器1内に収納され、保護用金属容器
1から外部に突き出した一端には放熱フィン7が取り付
けられている。
Further, the heat transfer tube 6 is housed in the protective metal container 1 so as to be wrapped in the refrigerant bag 3, and a radiation fin 7 is attached to one end protruding from the protective metal container 1 to the outside.

なお、作動液4としては、フロンやパーフロロカーボ
ン(C6F14)などのハロゲン系の冷媒が用いられる。
As the working fluid 4, a halogen-based refrigerant such as chlorofluorocarbon or perfluorocarbon (C 6 F 14 ) is used.

つぎに、従来の伝熱装置の動作について説明する。 Next, the operation of the conventional heat transfer device will be described.

まず、LSIなどの被冷却体8に接触部5が接触するよ
うに、伝熱装置を設置する。そして、被冷却体8が発生
する熱が、接触部5から作動液4に伝達される。作動液
4は、接触部5から伝達された熱によって蒸発し、この
蒸気は、冷媒バッグ3内の伝熱管6に接触している部分
で凝縮し、液化して落下する。この潜熱のやりとりを通
して、熱が伝熱管6に吸収される。その後、熱は、伝熱
管6の一端に設けられた放熱フィン7から放熱される。
このような熱交換を繰り返すことにより、被冷却体8が
冷却される。
First, a heat transfer device is installed such that the contact portion 5 comes into contact with a cooled object 8 such as an LSI. Then, the heat generated by the cooled body 8 is transmitted from the contact portion 5 to the working fluid 4. The hydraulic fluid 4 evaporates due to the heat transmitted from the contact portion 5, and the vapor condenses, liquefies, and falls at a portion of the refrigerant bag 3 that is in contact with the heat transfer tube 6. Through this exchange of latent heat, heat is absorbed by the heat transfer tube 6. Thereafter, the heat is radiated from the radiation fins 7 provided at one end of the heat transfer tube 6.
The object to be cooled 8 is cooled by repeating such heat exchange.

従来の伝熱装置は以上のように構成されているので、
放熱部の外周温度以下に冷却することができず、使用環
境が制限されるという課題があった。
Since the conventional heat transfer device is configured as described above,
There has been a problem that the cooling unit cannot be cooled to a temperature lower than the outer peripheral temperature of the heat radiating unit, and the use environment is limited.

また、作動液4としてフロンやパーフロロカーボンな
どのハロゲン系の冷媒が用いられているので、設備を廃
却するときに冷媒の回収が環境保全上必要となるが、電
子機器は一般に不特定多数の市場を対象としているもの
が多く、その回収方法を解決する必要があるという問題
もあった。
In addition, since a halogen-based refrigerant such as chlorofluorocarbon and perfluorocarbon is used as the working fluid 4, it is necessary to recover the refrigerant when disposing of the equipment in order to protect the environment. There are many problems that target the market, and there is a problem that it is necessary to solve the collection method.

また、一般に電子機器には小型化が必ず要求される
が、上述の伝熱装置の構造では小型化できず、十分な対
応ができないという課題もあった。
In general, electronic devices are necessarily required to be reduced in size. However, the above-described structure of the heat transfer device cannot be reduced in size, and there is also a problem that sufficient measures cannot be taken.

発明の開示 この発明は、上記のような課題を解決するためになさ
れたもので、使用環境の制限がなく、環境保全上の問題
がなく、小型で、無音の電解反応による水蒸発式冷却装
置を得ることを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and there is no restriction on the use environment, there is no problem in environmental conservation, and the water evaporation type cooling device is small and has a silent electrolysis reaction. The purpose is to obtain.

この第1の発明は、気体が封入された密閉空間と、プ
ロトンを選択的に通過させる固体高分子電解質膜の両面
に電極が設けられ、密閉空間を第1および第2の密閉空
間に2分割する固体電解素子と、固体電解素子の第1の
密閉空間側の電極が陽極となるように固体電解素子に直
流電圧を印加する直流電源と、第1の密閉空間内に貯水
された水と、第2の密閉空間に設けられて水蒸気を凝縮
する凝縮器と、第2の密閉空間で凝縮された水を第1の
密閉空間に返水する通水路と、第1および第2の密閉空
間の気相部間を通気する通気路とを備え、固体電解素子
に直流電圧を印加して、第1の密閉空間側の固体電解素
子の面で水蒸気の電気分解を生じさせ、該電気分解で生
成されたプロトンを固体電解素子を介して第2の密閉空
間側の固体電解素子の面に供給し、第2の密閉空間側の
固体電解素子の面で水の生成反応を生じさせて第1およ
び第2の密閉空間間に湿度差を発生させ、第1の空間に
貯水されている水の温度を低下させ、温度低下された水
にそって形成された第1の密閉空間の壁面を冷却面とす
る電解反応による水蒸発式冷却装置において、冷却面を
構成する第1の密閉空間の壁面が、被冷却体の外面形状
に沿った外面形状に成形されているものである。
According to the first invention, electrodes are provided on both surfaces of a sealed space in which gas is sealed and a solid polymer electrolyte membrane through which protons selectively pass, and the sealed space is divided into first and second sealed spaces. A solid electrolytic element, a DC power supply that applies a DC voltage to the solid electrolytic element such that an electrode on the first closed space side of the solid electrolytic element becomes an anode, and water stored in the first closed space; A condenser provided in the second closed space for condensing water vapor, a water passage for returning water condensed in the second closed space to the first closed space, and a water passage for the first and second closed spaces. And a ventilation path for ventilating between the gaseous phase portions, and applying a DC voltage to the solid electrolytic element to cause electrolysis of water vapor on the surface of the solid electrolytic element on the first enclosed space side, and to generate the electrolysis. Solid electrolyte element on the side of the second sealed space via the solid electrolyte element The surface of the solid electrolytic element on the side of the second enclosed space causes a water generation reaction to generate a humidity difference between the first and second enclosed spaces, and is stored in the first space. In a water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction in which the temperature of water is lowered and a wall of a first closed space formed along the water whose temperature has been lowered is used as a cooling surface, a first closed space constituting a cooling surface is provided. The wall surface of the space is formed to have an outer shape along the outer shape of the object to be cooled.

また、この第2の発明は、陽極が一面に設けられ、か
つ、他面に陰極が設けられたプロトンを選択的に通過さ
せる固体高分子電解質膜をコルゲートフィン的立体形状
に成形された固体電解素子と、固体電解素子を陽極側空
間と陰極側空間とに区画するように収容し、該陽極側空
間に連通する陽極側流入口および陽極側排出口、該陰極
側空間に連通する陰極側流入口および陰極側排出口が設
けられた筐体と、固体電解素子に直流電圧を印加する直
流電源と、蒸発器流入口および蒸発器排出口を有し内部
に貯液されている水を蒸発させる蒸発器と、凝縮器流入
口および凝縮器排出口を有し水蒸気を凝縮する凝縮器と
を備え、蒸発器流入口および蒸発器排出口と陽極側排出
口および陽極側流入口とをそれぞれ配管を介して連結し
て陽極側空間と蒸発器とを循環する陽極側循環経路を構
成し、凝縮器流入口および凝縮器排出口と陰極側排出口
および陰極側流入口とをそれぞれ配管を介して連結して
陰極側空間と凝縮器とを循環する陰極側循環経路を構成
し、陽極側循環経路および陰極側循環経路の少なくとも
一方の循環経路に送風機を配設し、該循環経路内に充填
されている気体を送風機により強制的に循環させるよう
にしたものである。
Further, the second invention provides a solid polymer electrolyte membrane in which an anode is provided on one surface and a cathode is provided on the other surface and which selectively passes protons. The element and the solid electrolytic element are housed so as to be partitioned into an anode-side space and a cathode-side space, and an anode-side inlet and an anode-side outlet communicating with the anode-side space, and a cathode-side flow communicating with the cathode-side space. A housing provided with an inlet and a cathode side outlet, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, and an evaporator inlet and an evaporator outlet for evaporating water stored therein. An evaporator, a condenser having a condenser inlet and a condenser outlet and condensing water vapor is provided, and piping is provided for the evaporator inlet and the evaporator outlet, the anode side outlet and the anode side inlet respectively. Connected through the anode side space and evaporation The anode side circulation path is circulated, and the condenser inlet and the condenser outlet and the cathode side outlet and the cathode side inlet are connected via pipes respectively to circulate the cathode space and the condenser. A cathode-side circulation path to be configured, a blower is disposed in at least one of the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, and the gas filled in the circulation path is forcibly circulated by the blower. It was made.

さらに、第3の発明は、陽極が一面に設けられ、か
つ、他面に陰極が設けられたプロトンを選択的に通過さ
せる固体高分子電解質膜をコルゲートフィン的立体形状
に成形された固体電解素子と、固体電解素子を陽極側空
間と陰極側空間とに区画するように収容し、該陽極側空
間に連通する陽極側流入口および陽極側排出口、該陰極
側空間に連通する陰極側流入口および陰極側排出口が設
けられた筐体と、固体電解素子に直流電圧を印加する直
流電源と、充填層を上部空間と下部空間とに上下に区画
するように収容し、該上部空間に連通する排出口および
該下部空間に連通する流入口が設けられ、底部に水を貯
水する気液接触器とを備え、気液接触器の流入口および
排出口と陽極側排出口および陽極側流入口とをそれぞれ
配管を介して連結して陽極側空間と気液接触器とを循環
する陽極側循環経路を構成し、陽極側循環経路に送風機
を配設し、陽極側循環経路内に充填されている気体を送
風機により強制的に循環させるようにするとともに、気
液接触器の底部と該気液接触器の上部空間とを水循環回
路で連結し、該水循環回路により気液接触器の底部に貯
水されている水を循環させるようにし、充填層中で水と
気体とを向流接触させるようにしたものである。
Furthermore, a third invention provides a solid electrolytic device in which a solid polymer electrolyte membrane having an anode provided on one surface and a cathode provided on the other surface and selectively passing protons is formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape. And an anode-side inlet and an anode-side outlet that house the solid electrolytic element so as to be partitioned into an anode-side space and a cathode-side space, and that communicate with the anode-side space, and a cathode-side inlet that communicates with the cathode-side space. And a housing provided with a cathode-side outlet, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, and a filling layer accommodated so as to be vertically divided into an upper space and a lower space, and communicate with the upper space. A gas-liquid contactor for storing water at the bottom thereof, and an inlet and an outlet of the gas-liquid contactor, an anode-side outlet and an anode-side inlet. And each connected via piping Constructs an anode-side circulation path that circulates the pole-side space and the gas-liquid contactor, arranges a blower in the anode-side circulation path, and forcibly circulates the gas filled in the anode-side circulation path by the blower So that the bottom of the gas-liquid contactor and the upper space of the gas-liquid contactor are connected by a water circulation circuit, and the water stored in the bottom of the gas-liquid contactor is circulated by the water circulation circuit, Water and gas are brought into countercurrent contact in the packed bed.

図面の簡単な説明 図1はこの発明の実施例1に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図2はこの発明の実施例1に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置に用いられる固体電解素子の構成を示す断
面図、 図3は水と気体とが接触する場合の乾球と湿球との温
度関係を示す図、 図4はこの発明の実施例2に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図5はこの発明の実施例3に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図6はこの発明の実施例4に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図7はこの発明の実施例4に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置に用いられる固体電解素子の構成を示す要
部断面図、 図8はこの発明の実施例5に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図9はこの発明の実施例6に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図、 図10はこの発明の実施例7に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図11はこの発明の実施例7に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置における固体高分子電解モジュールを示す
立体構成図、 図12はこの発明の実施例8に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図13はこの発明の実施例9に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図14はこの発明の実施例10に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図15はこの発明の実施例11に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図16はこの発明の実施例11に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置による冷却動作を説明する図、 図17はこの発明の実施例12に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図18はこの発明の実施例13に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、 図19は従来の伝熱装置を示す構成図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid electrolytic element used, FIG. 3 is a view showing a temperature relationship between a dry bulb and a wet bulb when water and gas are in contact, and FIG. 4 is an electrolytic reaction according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing a water evaporative cooling device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram showing a water evaporative cooling device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a solid electrolytic element used in a water evaporation type cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. Water evaporation type cooling by electrolytic reaction according to Embodiment 5 of the present invention FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 10 is a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 7 of the present invention. FIG. 11 is a three-dimensional configuration diagram showing a solid polymer electrolysis module in a water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction according to Embodiment 7 of the present invention, and FIG. FIG. 13 is a system configuration diagram showing a water evaporation type cooling device by reaction, FIG. 13 is a system configuration diagram showing a water evaporation type cooling device by electrolytic reaction according to Embodiment 9 of the present invention, and FIG. 14 is an electrolysis according to Embodiment 10 of the present invention. FIG. 15 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device by reaction, FIG. 15 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device by electrolytic reaction according to Embodiment 11 of the present invention, and FIG. 16 is an electrolysis device according to Embodiment 11 of the present invention. Steaming by reaction FIG. 17 is a diagram illustrating a cooling operation performed by a type cooling device, FIG. 17 is a system configuration diagram illustrating a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 12 of the present invention, and FIG. 18 is a diagram illustrating an electrolytic reaction according to Embodiment 13 of the present invention. FIG. 19 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device, and FIG. 19 is a configuration diagram showing a conventional heat transfer device.

発明を実施するための最良の形態 以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参
照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例1. 図1はこの発明の実施例1に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図である。
Embodiment 1. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 1 of the present invention.

図において、水分子を電気分解する機能を有する固体
電解素子50が密閉空間としての密閉缶51を第1および第
2の密閉空間としての2つの空間51a,51bに分割するよ
うに配設されている。そして、固体電解素子50の両面に
は直流電源52から直流電圧が印加されるようになってい
る。この空間51aの底部には水53が貯水されている。こ
の水53は被冷却体54と熱的に連結されている。凝縮器55
が空間51bに連通して設けられている。この凝縮器55
は、その外面に内部の水蒸気から熱を奪って外部に熱放
散する放熱器56が取り付けられており、空間51bから流
れ込む水蒸気が冷却され凝縮されて底部に溜まるように
構成されている。凝縮器55の底部の凝縮水溜め部と空間
51aの貯水部とが通水路57により連通されている。ま
た、空間51bの気相部と空間51aの気相部とが通気路58に
より連結されている。
In the figure, a solid electrolytic element 50 having a function of electrolyzing water molecules is arranged so as to divide a sealed can 51 as a sealed space into two spaces 51a and 51b as first and second sealed spaces. I have. Then, a DC voltage is applied to both surfaces of the solid electrolytic element 50 from the DC power supply 52. Water 53 is stored at the bottom of the space 51a. This water 53 is thermally connected to the cooled object 54. Condenser 55
Are provided in communication with the space 51b. This condenser 55
A radiator 56 that removes heat from the internal water vapor and dissipates heat to the outside is attached to the outer surface of the, and is configured so that the water vapor flowing from the space 51b is cooled, condensed, and accumulated at the bottom. Condensate reservoir and space at the bottom of condenser 55
The water storage portion 51a is communicated with the water passage 57. Further, the gas phase portion of the space 51b and the gas phase portion of the space 51a are connected by an air passage 58.

また、空間51a,51bには、内部を減圧して酸素ガスと
水蒸気とが封入されている。
The spaces 51a and 51b are filled with oxygen gas and water vapor by reducing the pressure inside.

ここで、被冷却体54は、例えば電子基板上に発熱体で
あるLSI等の電子部品が複数実装されたもので、その表
面は複数の電子部品の実装状態に応じた凹凸面となって
いる。そして、この冷却装置は、このような被冷却体54
の電子部品からの熱を取り除く場合に適用されるもの
で、空間51aの被冷却体54との熱的連結面59、この場合
密閉缶51の底部は、被冷却体54の凹凸面に応じた凹凸面
にあらかじめ成形されている。
Here, the cooled object 54 is, for example, one on which an electronic component such as an LSI, which is a heating element, is mounted on an electronic substrate, and the surface thereof has an uneven surface according to the mounting state of the plurality of electronic components. . The cooling device is provided with such a cooled object 54.
This is applied when heat is removed from the electronic component, and the thermal connection surface 59 of the space 51a with the cooled object 54, in this case, the bottom of the sealed can 51, corresponds to the uneven surface of the cooled object 54. It is molded in advance on an uneven surface.

そこで、被冷却体54は各電子部品が密閉缶51の底部の
凹部に嵌合されるように冷却装置に取り付けられる。そ
して、各電子部品が空間51aの熱的連結面59に密接して
いる。
Therefore, the object to be cooled 54 is attached to the cooling device such that each electronic component is fitted into the recess at the bottom of the sealed can 51. Each electronic component is in close contact with the thermal connection surface 59 of the space 51a.

つぎに、固体電解素子50の構成について図2を参照し
つつ説明する。
Next, the configuration of the solid electrolytic element 50 will be described with reference to FIG.

この固体電解素子50は、プロトンを選択的に通過させ
る固体高分子電解質40を挟持するように電解反応を促進
する触媒43を介して陽極41および陰極42を配し、樹脂製
のフレーム44により固体高分子電解質膜40、陽極41およ
び陰極42の端部を保持して、陽極41および陰極42が固体
高分子電解質膜40の両面に固定されて構成されている。
In the solid electrolytic element 50, an anode 41 and a cathode 42 are arranged via a catalyst 43 that promotes an electrolytic reaction so as to sandwich a solid polymer electrolyte 40 that selectively allows protons to pass therethrough. The anode 41 and the cathode 42 are fixed to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 40 while holding the ends of the polymer electrolyte membrane 40, the anode 41, and the cathode 42.

この固体高分子電解質膜40としては、例えばナフィオ
ン(Nafion)−117(Du Pont社登録商標)などのプロ
トン交換膜が用いられる。
As the solid polymer electrolyte membrane 40, for example, a proton exchange membrane such as Nafion-117 (registered trademark of Du Pont) is used.

また、陽極41および陰極42としては、白金メッキが施
されたチタン、タンタルあるいはステンレスのメッシュ
体、繊維を給電体とした金属メッキ体、炭素繊維の不織
布などの多孔質電極が用いられる。
As the anode 41 and the cathode 42, a porous electrode such as a platinum-plated titanium, tantalum or stainless steel mesh body, a metal plating body using fibers as a power feeder, or a carbon fiber nonwoven fabric is used.

つぎに、この実施例1の動作について説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.

陽極41と陰極42との間に直流電源52から直流電圧が印
加されると、両電極面上で次式に示される酸化/還元反
応が起こる。この時、図2に示されるように、陽極41で
の水の電気分解で生成されたH+(プロトン)が固体高分
子電解質膜40中を通過して陰極42に供給され、水の生成
に供せられる。
When a DC voltage is applied between the anode 41 and the cathode 42 from the DC power supply 52, an oxidation / reduction reaction represented by the following formula occurs on both electrode surfaces. At this time, as shown in FIG. 2, H + (proton) generated by the electrolysis of water at the anode 41 passes through the solid polymer electrolyte membrane 40 and is supplied to the cathode 42, where Offered.

そこで、陽極41で水が電気分解され、陰極42で水が生
成され、全体として陽極41側の水蒸気が陰極42側に、陰
極42側の酸素が陽極41側に移送されることになる。
Then, water is electrolyzed at the anode 41, and water is generated at the cathode 42. As a whole, water vapor on the anode 41 side is transferred to the cathode 42 side, and oxygen on the cathode 42 side is transferred to the anode 41 side.

陽極側:H2O→2H++1/2O2+2e- 陰極側:2H++1/2O2+2e-→H2O 全 体:H2O(陽極側)→H2O(陰極側) O2(陰極側)→O2(陽極側) そこで、空間51a側に陽極41が位置するように固体電
解素子50を配置すれば、この反応によって空間51a内の
水蒸気が空間51b側に移動され、空間51b内の酸素が空間
51a側に移動される。これによって、空間51aでは湿度が
低下し、同空間に貯水されている水53の蒸発が加速さ
れ、温度降下が誘引される。
Anode: H 2 O → 2H + + 1 / 2O 2 + 2e - cathode: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e - → H 2 O whole: H 2 O (anode side) → H 2 O (cathode side) O 2 (Cathode side) → O 2 (anode side) If the solid electrolytic element 50 is arranged so that the anode 41 is located on the space 51a side, the water vapor in the space 51a is moved to the space 51b side by this reaction, Oxygen in 51b is space
Moved to 51a side. As a result, the humidity decreases in the space 51a, the evaporation of the water 53 stored in the space 51a is accelerated, and a temperature drop is induced.

この空間51a内に貯水されている水53は熱的連結面59
を介して被冷却体54と熱的に連結されているので、被冷
却体54の内部で発生した発熱は空間51a内で温度降下し
た水53に吸熱される。これによって被冷却体54は冷却さ
れ、一方水53は吸熱により蒸発する。そして、蒸発した
水蒸気は固体電解素子50は水蒸気汲上げ作用によって空
間51bに汲上げられ、空間51a内は常に低湿度に維持さ
れ、水53の蒸発が加速される。
Water 53 stored in this space 51a is thermally connected
The heat generated inside the cooled object 54 is absorbed by the water 53 whose temperature has dropped in the space 51a. Thereby, the cooled object 54 is cooled, while the water 53 evaporates by endothermic. Then, the evaporated water vapor is pumped into the space 51b by the water vapor pumping action of the solid electrolytic element 50, the inside of the space 51a is always maintained at a low humidity, and the evaporation of the water 53 is accelerated.

空間51aから空間51bに汲み上げられた水蒸気は、空間
51bに流路的に連結されている凝縮器55に流れ込む。凝
縮器55に流れ込んだ水蒸気は熱を放熱器56により外部に
放熱されて冷却され、凝縮水となって凝縮器55の底部に
溜まる。そして、凝縮器55の底部に溜まった凝縮水は、
通水路57を通って逐次空間51aの底部に返水される。こ
のようにして、空間51a内の水53がポンプなどの機械的
手段を用いることなく循環される。
The water vapor pumped from the space 51a to the space 51b is
It flows into the condenser 55 connected to the flow path 51b. The water vapor that has flowed into the condenser 55 is radiated to the outside by the radiator 56 to be cooled and becomes condensed water, which accumulates at the bottom of the condenser 55. And the condensed water collected at the bottom of the condenser 55 is
The water is sequentially returned to the bottom of the space 51a through the water passage 57. In this way, the water 53 in the space 51a is circulated without using a mechanical means such as a pump.

一方、固体電解質素子50の水蒸気汲上げ作用に併せて
有する酸素分子移送機能によって空間51b内の酸素ガス
が空間51a内に移送される。これによって、空間51a内の
圧力が上昇し、空間51b内の圧力が加工し、両空間の間
に圧力差が発生する。そして、この圧力差によって、空
間51a内の酸素ガスが通気路58を介して空間51b内に返送
される。そこで、固体電解素子50の水蒸気および酸素ガ
スの相互移送動作が継続維持される。
On the other hand, the oxygen gas in the space 51b is transferred into the space 51a by the oxygen molecule transfer function provided in conjunction with the water vapor pumping action of the solid electrolyte element 50. As a result, the pressure in the space 51a increases, the pressure in the space 51b is processed, and a pressure difference occurs between the two spaces. The oxygen gas in the space 51a is returned to the space 51b through the ventilation path 58 by the pressure difference. Therefore, the mutual transfer operation of the water vapor and the oxygen gas of the solid electrolytic element 50 is continuously maintained.

つぎに、本願発明による冷却装置の構成が被冷却体54
を冷却できる原理について説明する。
Next, the structure of the cooling device according to the present invention is
The principle that can be cooled will be described.

図3は水と気体とが接触している状態において、気体
の水分含有量、すなわち相対湿度に対する乾球温度と湿
球温度との関係を示したものである。乾球温度は水に接
している気体の温度であり、気体に接している水の温度
は湿球温度に限りなく近づくように温度下降する。
FIG. 3 shows the relationship between the dry-bulb temperature and the wet-bulb temperature with respect to the moisture content of the gas, that is, the relative humidity in a state where the water and the gas are in contact with each other. The dry-bulb temperature is the temperature of the gas in contact with the water, and the temperature of the water in contact with the gas falls so as to approach the wet-bulb temperature without limit.

例えば、図3中破線で示されるように、温度30℃、相
対湿度20%の気体の湿球温度は点Qの値(16℃)であ
る。そこで、これに接触している水の温度は16℃に向け
て温度下降することになる。
For example, as indicated by a broken line in FIG. 3, the wet bulb temperature of a gas at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 20% is the value of the point Q (16 ° C.). Therefore, the temperature of the water in contact therewith decreases to 16 ° C.

したがって、低湿度の気体に接する水と被冷却体54と
を熱的に連結しておけば、被冷却体54の周囲温度以下に
冷却することができる。
Therefore, if the water in contact with the low-humidity gas and the object to be cooled 54 are thermally connected, the temperature of the object to be cooled 54 can be cooled to the ambient temperature or lower.

このように、この実施例1によれば、酸素と水蒸気と
からなる気体が封入された密閉缶51の2つの空間51a,51
bに2分割するように配置された固体電解素子50と、空
間51aに貯水された水53と、空間51bに連通して設けられ
た凝縮器55と、凝縮器55の底部の凝縮水溜め部と空間51
aの貯水部とを連通する通水路57と、空間51a,51bの気相
部間を連結する通気路58と、固体電解素子50の両面に直
流電圧を印加する直流電源52とを備えているので、ポン
プなどの機械的手段を用いることなく水53および気体の
循環がなされ、静止機器で構成され、かつ、構成部品が
削減される。そこで、小型化が可能となり、電子基板上
の局部冷却などミクロレベルあるいは小規模冷却が可能
で、かつ、無音の冷却装置が得られる。また、内部に駆
動部がないので、メンテナンスフリーの冷却装置が得ら
れる。
As described above, according to the first embodiment, the two spaces 51a, 51 of the sealed can 51 in which the gas composed of oxygen and water vapor is sealed.
b, a solid electrolytic element 50 disposed so as to be divided into two parts, water 53 stored in a space 51a, a condenser 55 provided in communication with the space 51b, and a condensed water reservoir at the bottom of the condenser 55. And space 51
a water passage 57 that communicates with the water storage section of a, a ventilation path 58 that connects between the gas phase parts of the spaces 51a and 51b, and a DC power supply 52 that applies a DC voltage to both surfaces of the solid electrolytic element 50. Therefore, the water 53 and the gas are circulated without using mechanical means such as a pump, so that the apparatus is constituted by stationary equipment and the number of components is reduced. Thus, a miniaturization is possible, a micro-level or small-scale cooling such as a local cooling on the electronic substrate is possible, and a silent cooling device is obtained. Also, since there is no drive unit inside, a maintenance-free cooling device can be obtained.

また、冷媒として水を使用しているので、フロン等の
冷媒を使用する従来装置のような環境保全対策が不必要
となる。
In addition, since water is used as the refrigerant, there is no need to take environmental preservation measures as in a conventional apparatus using a refrigerant such as chlorofluorocarbon.

また、空間51a,51bに封入されている気体が酸素ガス
と水蒸気とで構成されているので、空間51a,51b内には
電解反応に寄与する因子のみ存在し、反応スピードが速
められ、冷却能力を高めることができる。
Further, since the gas sealed in the spaces 51a and 51b is composed of oxygen gas and water vapor, only the factors contributing to the electrolytic reaction are present in the spaces 51a and 51b, the reaction speed is increased, and the cooling capacity is increased. Can be increased.

また、密閉缶51の底部、すなわち熱的連結面59があら
かじめ被冷却体54の外形形状に密着して沿うように凹凸
面に成形されているので、熱的連結面59と被冷却体54と
を密着させることができる。そこで、被冷却体54の熱は
熱的連結面59を介して速やかに水に吸熱され、被冷却体
54を効率よく冷却することができる。
In addition, since the bottom of the sealed can 51, that is, the thermal connection surface 59 is formed into an uneven surface in advance so as to closely adhere to the outer shape of the cooled object 54, the thermal connection surface 59 and the cooled object 54 Can be adhered to each other. Therefore, the heat of the cooled object 54 is quickly absorbed by the water via the thermal connection surface 59, and
54 can be cooled efficiently.

実施例2. 図4はこの発明の実施例2に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図である。
Embodiment 2 FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 2 of the present invention.

図において、上記実施例1における密閉缶51を通気部
材62で連結された2つの密閉缶60,61で構成している。
そして、固体電解素子50が密閉缶60を2つの空間60a,60
bに分割するように配設されている。空間60bを構成する
密閉缶60の外面には放熱器56が取り付けられ、凝縮器55
を構成している。また、密閉缶61で形成される空間61a
は通気部材62を介して空間60aに連通されている。これ
らの空間60a、61aは空間60aが上方に位置して上下方向
に配置されている。さらに、空間60bの底部の凝縮水溜
め部63aと空間61aの底部の貯水部63bとが通水路57で連
結され、空間60b,61a間が水封構造となっている。ま
た、空間60bの気相部と空間61aの気相部とが通気路58で
連結されている。なお、空間60a,61aが第1の密閉空間
を構成し、空間60bが第2の密閉空間を構成している。
また、空間60aが第1の空間に、空間61aが第2の空間に
相当する。また、空間60a,60b,61aには、内部を減圧し
て酸素ガスと水蒸気とが封入されている。
In the figure, the sealed can 51 in the first embodiment is composed of two sealed cans 60, 61 connected by a ventilation member 62.
Then, the solid electrolytic element 50 separates the sealed can 60 into two spaces 60a, 60a.
It is arranged to be divided into b. A radiator 56 is attached to the outer surface of the sealed can 60 constituting the space 60b, and a condenser 55 is provided.
Is composed. Also, a space 61a formed by the sealed can 61
Is connected to the space 60a via the ventilation member 62. These spaces 60a and 61a are arranged vertically with the space 60a positioned above. Furthermore, the condensed water reservoir 63a at the bottom of the space 60b and the water storage 63b at the bottom of the space 61a are connected by a water passage 57, and the space between the spaces 60b and 61a has a water seal structure. Further, the gas phase portion of the space 60b and the gas phase portion of the space 61a are connected by a ventilation path 58. The spaces 60a and 61a form a first closed space, and the space 60b forms a second closed space.
The space 60a corresponds to a first space, and the space 61a corresponds to a second space. The spaces 60a, 60b, and 61a are filled with oxygen gas and water vapor by reducing the pressure inside.

密閉缶61の空間61aを形成する相対する壁面は、それ
ぞれ被冷却体54の凹凸面に応じた凹凸面にあらかじめ成
形され、冷却面64a,64bを構成している。これらの冷却
面64a,64bは、凹部が互いに相対して配置されないよう
に成形されている。そして、冷却面64a,64bの内壁面に
は、それぞれ熱良導性でかつ吸水性を有する多孔質板、
網状板、膜状板などを固着して含水層65a,65bが形成さ
れている。これらの含水層65a,65bは下端を貯水部63aに
貯水されている水53中に浸漬され、その毛細管現象によ
り水53を吸水して、冷却面64a,64bの内壁面に水膜を形
成している。そして、この貯水部63bには、凝縮器55で
凝縮されて凝縮水溜め部63aに溜められた水が通水路57
を介して供給され、含水層65a,65bの湿潤状態が維持さ
れるようになっている。
The opposing wall surfaces forming the space 61a of the sealed can 61 are formed in advance into concave and convex surfaces corresponding to the concave and convex surfaces of the object to be cooled 54, and constitute cooling surfaces 64a and 64b. These cooling surfaces 64a and 64b are formed so that the concave portions are not arranged opposite to each other. And, on the inner wall surfaces of the cooling surfaces 64a and 64b, a porous plate having good thermal conductivity and water absorption,
The hydrated layers 65a and 65b are formed by fixing a net-like plate, a film-like plate, and the like. These water-containing layers 65a, 65b are immersed at their lower ends in the water 53 stored in the water storage section 63a, absorb the water 53 by the capillary action, and form a water film on the inner wall surfaces of the cooling surfaces 64a, 64b. ing. The water condensed in the condenser 55 and stored in the condensed water storage 63a is supplied to the water storage passage 63b.
And the wet state of the water-containing layers 65a and 65b is maintained.

このように構成された冷却装置で被冷却体54を冷却す
るには、被冷却体54の電子部品等の発熱部を冷却面64a,
64bの凹部に嵌合させて被冷却体54を冷却面64a,64bに取
り付ければよい。そこで、電子部品等の発熱部が冷却面
64a,64bに密着状態となり、電子部品等の発熱が冷却面6
4a,64bを介して含水層65a,65bに吸水されている水に吸
熱され、被冷却体54が冷却される。
In order to cool the object to be cooled 54 with the cooling device configured as described above, heat generating parts such as electronic components of the object to be cooled 54 are cooled by cooling surfaces 64a,
The object to be cooled 54 may be fitted to the recess of the cooling surface 64b and attached to the cooling surfaces 64a and 64b. Therefore, heat-generating parts such as electronic components
64a and 64b are in close contact with each other, and the heat generated by electronic components
Heat is absorbed by the water absorbed by the water-containing layers 65a and 65b via the layers 4a and 64b, and the object to be cooled 54 is cooled.

このように、この実施例2では、含水層65a,65bが固
体電解素子50の陽極41側に形成される空間内に配設され
ている。そこで、上記実施例1と同様に、見かけ上空間
60a,61a内の水蒸気は空間60bに移送され、空間60b内の
酸素分子が空間60a,61aに移送されて、空間60a,61a内は
減湿に、空間60b内が加湿となる。そして、含水層65a,6
5bに吸水されている水の表面は低湿度の気体と接触して
温度が降下する。これによって、冷却面64a,64bが冷却
され、これに熱的に連結されている被冷却体54を効率よ
く冷却することができる。
As described above, in the second embodiment, the water-containing layers 65a and 65b are disposed in the space formed on the anode 41 side of the solid electrolytic element 50. Therefore, as in the first embodiment, the apparent space
The water vapor in the spaces 60a and 61a is transferred to the space 60b, and the oxygen molecules in the space 60b are transferred to the spaces 60a and 61a, so that the spaces 60a and 61a are dehumidified and the space 60b is humidified. And the hydrous layer 65a, 6
The surface of the water absorbed in 5b comes into contact with the low humidity gas, and the temperature drops. Thus, the cooling surfaces 64a and 64b are cooled, and the object to be cooled 54 thermally connected thereto can be efficiently cooled.

また、凝縮器55が空間61aの上方に配置され、空間60a
と空間61aとが空間60aが上方に位置するように上下方向
に配置され、凝縮水溜め部63aが凝縮器55の底部に、貯
水部63bが空間61aの底部に設けられ、凝縮水溜め部63a
と貯水部63bとが通水路57で連結され、さらに含水層65
a,65bの下端が貯水部63bの水53に浸漬されている。そこ
で、空間61a内の水蒸気は比重量が酸素に比べて小さい
ので、重力差によって通気部材62を通って上部の空間60
aに移動する。また、空間60b内の水蒸気は凝縮器55によ
り凝縮されて凝縮水となって凝縮水溜め部63aに滴下回
収される。そして、凝縮水溜め部63aに貯水されている
水53は通水路57を通って貯水部63bに返水され、含水層6
5a,65bに毛細管現象により吸水され、含水層65a,65bが
湿潤状態に維持される。さらに、含水層65a,65bに吸水
されている水は、その表面から空間61a内に蒸発し、動
力を必要とせず水および水蒸気の環境が継続される。
Also, the condenser 55 is disposed above the space 61a, and the space 60a
And the space 61a are arranged vertically so that the space 60a is located above, the condensed water reservoir 63a is provided at the bottom of the condenser 55, the water storage 63b is provided at the bottom of the space 61a, and the condensed water reservoir 63a
And the water storage section 63b are connected by a water passage 57, and
The lower ends of a and 65b are immersed in the water 53 of the water storage section 63b. Therefore, since the specific weight of water vapor in the space 61a is smaller than that of oxygen, the difference in gravity causes the upper space 60a to pass through the ventilation member 62.
Go to a. The water vapor in the space 60b is condensed by the condenser 55 to become condensed water, which is dropped and collected in the condensed water reservoir 63a. Then, the water 53 stored in the condensed water storage section 63a is returned to the water storage section 63b through the water passage 57, and the water-containing layer 6
Water is absorbed by the capillaries 5a and 65b, and the water-containing layers 65a and 65b are maintained in a wet state. Further, the water absorbed by the water-containing layers 65a and 65b evaporates from the surface thereof into the space 61a, and the environment of water and steam is continued without requiring power.

一方、空間60a,61aは空間60bからの酸素ガスの移送に
よって圧力が上昇する。そして、酸素ガスは水蒸気に比
べて比重量が大きく、空間60aから通気部材62を通って
空間61aに流入し、空間61aの底部側に下降する。そし
て、動力を必要とせず、上述の圧力差により、通気路58
を介して空間61aから空間60bに酸素ガスの返送が行われ
る。
On the other hand, the pressure in the spaces 60a and 61a increases due to the transfer of the oxygen gas from the space 60b. The oxygen gas has a larger specific weight than the water vapor, flows into the space 61a from the space 60a through the ventilation member 62, and descends to the bottom of the space 61a. And, no power is required, and the pressure
The oxygen gas is returned from the space 61a to the space 60b via.

また、空間60aから通気部材62を通って空間61a内に流
入した酸素ガスは、含水層65a,65bの表面に沿って下降
し、含水層65a,65bの表面に低湿度の環境を形成し、水
の蒸発を加速している。
Also, the oxygen gas flowing into the space 61a from the space 60a through the ventilation member 62 descends along the surface of the hydrated layers 65a and 65b, forming a low humidity environment on the surface of the hydrated layers 65a and 65b, Accelerates water evaporation.

したがって、この実施例2によれば、上記実施例1と
同様の効果が得られる。
Therefore, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、冷却面64a,64bが、それぞれ被冷却体54の凹凸
面に応じた凹凸面にあらかじめ成形されているので、被
冷却体54に密着状態となり、効率的に冷却することがで
きる。
In addition, since the cooling surfaces 64a and 64b are formed in advance on the concave and convex surfaces corresponding to the concave and convex surfaces of the cooled object 54, the cooling surfaces 64a and 64b are in close contact with the cooled object 54 and can be efficiently cooled.

また、表裏2面の冷却面64a,64bのそれぞれで被冷却
体54を冷却できるので、システム全体をコンパクト化す
ることができる。
Further, since the object to be cooled 54 can be cooled by each of the two cooling surfaces 64a and 64b, the whole system can be made compact.

さらに、冷却面64a,64bの凹面が相対して位置しない
ように形成されているので、冷却面64aに取り付けられ
る被冷却体54の凸部が冷却面64bに取り付けられる被冷
却体54の凹部に位置し、一対の被冷却体54,54はかみ合
う状態で取り付けられ、耐震、耐衝撃性に優れた設備を
構成できるとともに、システム全体を一層コンパクトに
することができる。
Further, since the concave surfaces of the cooling surfaces 64a and 64b are formed so as not to face each other, the convex portion of the cooled object 54 attached to the cooling surface 64a is formed in the concave portion of the cooled object 54 attached to the cooling surface 64b. The pair of cooled bodies 54, 54 are located in a meshing state, and can be constructed as equipment having excellent earthquake resistance and shock resistance, and the whole system can be made more compact.

実施例3. 上記実施例2では、固体電解素子50により密閉缶60を
2つの空間60a,60bに分割し、空間60bと凝縮器55とを一
体化し、表裏2面に冷却面64a,64bを備えた密閉缶61を
通気部材62を介して密閉缶60の空間60aに連通させるも
のとしているが、この実施例3では、図5に示されるよ
うに、表裏2面に冷却面64a,64bを備えた2つの密閉缶6
1,61を通気部材62を介して密閉缶60の空間60aに連通さ
せるものとしている。
Third Embodiment In the second embodiment, the sealed can 60 is divided into two spaces 60a and 60b by the solid electrolytic element 50, the space 60b and the condenser 55 are integrated, and the cooling surfaces 64a and 64b are formed on the two front and back surfaces. Although the hermetic can 61 provided is communicated with the space 60a of the hermetic can 60 via the ventilation member 62, in the third embodiment, as shown in FIG. 5, cooling surfaces 64a and 64b are provided on two front and back surfaces. Two sealed cans with 6
1, 61 are communicated with the space 60a of the sealed can 60 via the ventilation member 62.

この場合、1台の冷却装置で同時に4つの被冷却体54
の冷却が可能となり、さらにシステム全体のコンパクト
化を図ることができる。
In this case, four cooling objects 54 can be simultaneously
Can be cooled, and the overall system can be made more compact.

実施例4. 図6はこの発明の実施例4に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示す模式構成図である。
Embodiment 4 FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 4 of the present invention.

図において、固体電解素子70が密閉空間としての密閉
缶71を第1および第2の密閉空間としての空間71a,71b
に分割するように配設され、その両面に直流電源52から
直流電圧が印加されるようになっている。そして、密閉
缶72が連通孔73を介して密閉缶71の下方に連結されてい
る。この時、密閉缶72で形成される空間72aが連通孔73
を介して空間71aに連通されて、空間71aとともに第1の
密閉空間を構成している。なお、空間71aが第1の空間
に、空間72aが第2の空間に相当する。
In the figure, a solid electrolytic element 70 is provided with a sealed can 71 as a sealed space, and spaces 71a and 71b as first and second sealed spaces.
The DC power supply 52 applies a DC voltage to both surfaces. The sealed can 72 is connected to the lower side of the sealed can 71 via the communication hole 73. At this time, the space 72a formed by the sealed can 72 is
Through the space 71a, and together with the space 71a, constitutes a first closed space. The space 71a corresponds to the first space, and the space 72a corresponds to the second space.

空間72aを形成する密閉缶72の相対する内壁面には含
水層65a,65bが形成されている。そして、含水層65a,65b
にそった壁面72b,72cを冷却面として機能させている。
この密閉缶72の底部には水53が貯水されている。そし
て、含水層65a,65bはその下端を水53中に浸漬されて、
毛細管現象により吸水し、常時湿潤状態に維持されてい
る。冷却面としての壁面72b,72cには被冷却体30が熱的
に連結される。
Water-containing layers 65a and 65b are formed on opposing inner wall surfaces of the sealed can 72 forming the space 72a. And the hydrated layers 65a, 65b
Walls 72b and 72c along the line function as cooling surfaces.
Water 53 is stored in the bottom of the sealed can 72. Then, the lower end of the water-containing layers 65a and 65b is immersed in the water 53,
Water is absorbed by capillary action and is always kept in a wet state. The body 30 to be cooled is thermally connected to the wall surfaces 72b and 72c as cooling surfaces.

空間71aを形成する密閉缶71の壁面の一部には、固体
電解素子70に対向して外部に熱を放熱する放熱器74が取
り付けられている。また、空間71bを形成する密閉缶71
の壁面の一部には、固体電解素子70に対向して外部に熱
を放熱する放熱器75が取り付けられている。この放熱器
75は空間71b内の水蒸気を凝縮する凝縮器として機能す
る。
A radiator 74 that dissipates heat to the outside facing the solid electrolytic element 70 is attached to a part of the wall surface of the sealed can 71 forming the space 71a. Further, a sealed can 71 forming the space 71b
A radiator 75 that dissipates heat to the outside is attached to a part of the wall surface of the solid state element so as to face the solid electrolytic element 70. This radiator
75 functions as a condenser for condensing the water vapor in the space 71b.

空間71bの頂部には貴金属触媒層76が設けられてい
る。この貴金属触媒層76は、白金、ルテニウム、パラジ
ウムの微粉末、あるいはフェライト、酸化チタニウム等
の金属酸化物を粒状体、ペレット、ハニカム状体に成形
したものの表面に上記金属を担持させたもの、で構成さ
れ、層内は通気可能な構造になっている。
A noble metal catalyst layer 76 is provided on the top of the space 71b. The noble metal catalyst layer 76 is formed by forming a fine powder of platinum, ruthenium, palladium, or a metal oxide such as ferrite or titanium oxide into a granular material, a pellet, or a honeycomb-shaped material, and carrying the metal on the surface. It is structured so that the inside of the layer can be ventilated.

空間71bの底部は通水路57で空間72aの底部に連結され
ている。そして、空間72aの底部に水53が貯水されて、
空間71b,72a間が水封構造となっている。また、空間72a
の貯水面の上部近傍と空間71bの頂部の貴金属触媒層76
とが通気路58で連結され、通気可能な構造になってい
る。
The bottom of the space 71b is connected to the bottom of the space 72a by a water passage 57. And the water 53 is stored at the bottom of the space 72a,
The space between the spaces 71b and 72a has a water seal structure. Also, space 72a
Noble metal catalyst layer 76 near the upper part of the water storage surface and at the top of space 71b
And are connected by a ventilation path 58 to form a structure capable of ventilation.

ここで、固体電解素子70の構成について図7を参照し
つつ説明する。
Here, the configuration of the solid electrolytic element 70 will be described with reference to FIG.

一対の給電体77a,77bが平行に配置されている。そし
て、給電体77aにはピン78が所定ピッチで複数立設され
ている。また、給電体77bにはU字部材79が所定ピッチ
で複数立設されている。そして、両面にそれぞれ触媒43
を介して陽極41および陰極42が形成された固体高分子電
解質膜40をピン78とU字部材79とに交互に掛け渡し、樹
脂製のフレーム44で給電体77a,77bおよび固体高分子電
解質膜40を一体に支持して、固体電解素子70が構成され
ている。この固体電解素子70は、固体高分子電解質膜40
がピン78およびU字部材79で折り返されてコルゲート状
(波状)に成形されている。また、複数のピン78および
U字部材79の少なくとも一部が導電材料で作製されてお
り、陽極41および陰極42がそれぞれピン78およびU字部
材79を介して給電体77a,77bに電気的に接続されてい
る。
A pair of feeders 77a and 77b are arranged in parallel. A plurality of pins 78 are erected at a predetermined pitch on the power supply 77a. Also, a plurality of U-shaped members 79 are provided upright at a predetermined pitch on the power supply 77b. And catalyst 43 on both sides
The solid polymer electrolyte membrane 40 on which the anode 41 and the cathode 42 are formed is alternately bridged between the pin 78 and the U-shaped member 79 through the resin frame 44, and the feeders 77a, 77b and the solid polymer electrolyte membrane are The solid electrolytic element 70 is configured by integrally supporting the elements 40. The solid electrolytic element 70 includes a solid polymer electrolyte membrane 40
Is folded back by a pin 78 and a U-shaped member 79 to form a corrugated shape (corrugated shape). Further, at least a part of the plurality of pins 78 and the U-shaped member 79 are made of a conductive material, and the anode 41 and the cathode 42 are electrically connected to the power feeders 77a and 77b via the pins 78 and the U-shaped member 79, respectively. It is connected.

なお、この固体電解素子70はコルゲート状に成形され
ている点を除いて、基本的に図2に示された固体電解素
子50と同様に構成されている。
The solid electrolytic element 70 has basically the same configuration as the solid electrolytic element 50 shown in FIG. 2, except that it is formed in a corrugated shape.

つぎに、この実施例4の動作について説明する。 Next, the operation of the fourth embodiment will be described.

この固体電解素子70は陽極面が空間71a側に、陰極面
が空間71b側に面するように配置されている。そして、
直流電源52から直流電圧を印加すると、陽極41および陰
極42で電解反応が起こり、陽極側では水蒸気が電気分解
されて酸素を発生し、陰極側では飽和酸素が消費されて
水蒸気を発生する。すなわち、見かけ上、陽極側の水蒸
気が陰極側に移動し、陰極側の酸素が陽極側に移動す
る。これによって、空間71a側は減湿され、空間71b側は
加湿される。
The solid electrolytic element 70 is arranged such that the anode surface faces the space 71a and the cathode surface faces the space 71b. And
When a DC voltage is applied from the DC power supply 52, an electrolytic reaction occurs at the anode 41 and the cathode 42, and steam is electrolyzed on the anode side to generate oxygen, and saturated oxygen is consumed on the cathode side to generate steam. That is, apparently, water vapor on the anode side moves to the cathode side, and oxygen on the cathode side moves to the anode side. Thereby, the space 71a side is dehumidified, and the space 71b side is humidified.

空間71a側が減湿されると、空間71aに連通孔73を介し
て連通されている空間72a内も減湿される。そして、空
間72a内が低湿度に保持されるため、含水層65a,75bの表
面からの水分の蒸発が加速され、含水層65a,65bに吸水
されている水の温度降下が誘引される。含水層65a,65b
に吸水されている水が蒸発すると、毛細管現象により空
間72aの底部に貯水されている水53が含水層65a,65bに吸
水されて水の補給がなされる。
When the space 71a side is dehumidified, the inside of the space 72a communicating with the space 71a via the communication hole 73 is also dehumidified. Then, since the inside of the space 72a is kept at low humidity, evaporation of water from the surfaces of the water-containing layers 65a and 75b is accelerated, and a temperature drop of the water absorbed by the water-containing layers 65a and 65b is induced. Hydrous layer 65a, 65b
When the water absorbed in the space 72a evaporates, the water 53 stored in the bottom of the space 72a is absorbed by the water-containing layers 65a and 65b by the capillary action, and the water is supplied.

そして、被冷却体30は含水層65a,65bにそった壁面72
b,72cに熱的に連結されているので、被冷却体30の熱は
壁面72b,72cを介して含水層65a,65bに吸水されている水
に吸熱され、被冷却体30の冷却が行われる。
The object to be cooled 30 has wall surfaces 72 along the water-containing layers 65a and 65b.
b, 72c, the heat of the cooled body 30 is absorbed by the water absorbed in the water-containing layers 65a, 65b via the wall surfaces 72b, 72c, and the cooled body 30 is cooled. Will be

含水層65a,65bの表面から蒸発した水蒸気は、連通孔7
3を通って空間71a内に流入し、放熱器74に接する。
Water vapor evaporated from the surfaces of the water-containing layers 65a and 65b
It flows into the space 71a through 3 and contacts the radiator 74.

ここで、放熱器74の外周温度が被冷却体30を冷却保持
する上限温度以下の場合には、該水蒸気は放熱器74によ
って冷却されて凝縮し、重力によって連通孔73を通って
空間72a内に流入し、含水層65a,65bに吸水される。この
場合、空間71a,72aが上下方向に配置され、放熱器74が
上部の空間71aに配置され、かつ、含水層65a,65bが下部
の空間72aに配置されてヒートパイプを構成し、動力を
必要とせずに被冷却体30から熱を放熱器74を経由して外
部に放熱している。
Here, when the outer peripheral temperature of the radiator 74 is equal to or lower than the upper limit temperature at which the cooled object 30 is cooled and held, the water vapor is cooled by the radiator 74 and condensed, and passes through the communication hole 73 due to gravity to be in the space 72a. And is absorbed by the water-containing layers 65a and 65b. In this case, the spaces 71a and 72a are arranged in the vertical direction, the radiator 74 is arranged in the upper space 71a, and the water-containing layers 65a and 65b are arranged in the lower space 72a to form a heat pipe. The heat is radiated from the cooled object 30 to the outside via the radiator 74 without being required.

また、放熱器74の外周温度が被冷却体30を冷却保持す
る上限温度以上の場合には、例えば被冷却体30の許容温
度の上限が40℃で外気温度が50℃の場合には、放熱器74
では水蒸気の凝縮が行われない。
When the outer peripheral temperature of the radiator 74 is equal to or higher than the upper limit temperature for cooling and maintaining the cooled object 30, for example, when the upper limit of the allowable temperature of the cooled object 30 is 40 ° C. and the outside air temperature is 50 ° C., Container 74
Does not condense the steam.

この場合には、直流電源52から固体電解素子70に通電
して、陽極側の水蒸気を陰極側に移動させ、陰極側の酸
素を陽極側に移動させる。これによって、空間71b内は
空間71a内の水蒸気が移動されて飽和水蒸気状態近傍に
維持される。そして、空間71b内の水蒸気は熱を放熱器7
5から外部に放熱され、凝縮される。この凝縮水は空間7
1bの底部に溜まり、通水路57を通って逐次空間74aの底
部に返水される。
In this case, a current is supplied from the DC power supply 52 to the solid electrolytic element 70 to move water vapor on the anode side to the cathode side and oxygen on the cathode side to the anode side. Thereby, the water vapor in the space 71a is moved in the space 71b, and is maintained near the saturated water vapor state. The water vapor in the space 71b transfers the heat to the radiator 7.
The heat is released to the outside from 5 and condensed. This condensed water is space 7
The water accumulates at the bottom of the space 1b and is returned to the bottom of the space 74a sequentially through the water passage 57.

空間71a内で固体電解素子70の電解反応によって発生
した酸素ガスは、水蒸気に比べて比重量が大きいため、
重力によって連通孔73を通って空間72a内に流入する。
この時、酸素ガスは固体電解素子70の通電過程で生じる
ジュール熱を受けて加熱されるが、放熱器74が酸素ガス
の冷却用として作用し、冷却されて空間72a内に流入す
る。空間72a内に流入した酸素ガスは、含水層65a,65bの
表面に沿って下降し通気路58を通って空間71bに給気さ
れる。
Oxygen gas generated by the electrolytic reaction of the solid electrolytic element 70 in the space 71a has a larger specific weight than steam,
It flows into the space 72a through the communication hole 73 by gravity.
At this time, the oxygen gas is heated by receiving Joule heat generated during the energization process of the solid electrolytic element 70, but the radiator 74 acts as a cooling device for the oxygen gas, is cooled, and flows into the space 72a. The oxygen gas flowing into the space 72a descends along the surfaces of the water-containing layers 65a and 65b, and is supplied to the space 71b through the ventilation path 58.

また、固体電解素子70の電解反応によって固体電解素
子70中の水素イオンが移動して陰極面で酸素と反応して
水蒸気を生成する、しかしながら、微量ながら一部の水
素ガスは酸素と反応せず、水素ガスとなって空間71b内
に放出され、その頂部に溜まる。この水素ガスは空間71
bの頂部に設けられた貴金属触媒層76と接触し、水に変
換される。
Also, due to the electrolytic reaction of the solid electrolytic element 70, hydrogen ions in the solid electrolytic element 70 move and react with oxygen on the cathode surface to generate water vapor. However, a small amount of hydrogen gas does not react with oxygen. Is released into the space 71b as hydrogen gas and accumulates at the top. This hydrogen gas is
It comes into contact with the noble metal catalyst layer 76 provided on the top of b and is converted into water.

このように、この実施例4によれば、基本的構成が上
記実施例2と同様に構成されているので、上記実施例2
と同様の効果が得られる。
Thus, according to the fourth embodiment, the basic configuration is the same as that of the second embodiment.
The same effect can be obtained.

また、固体電解素子70がコルゲート状に成形されてい
るので、小さい空間で大きな電解反応面が得られ、冷却
効率を向上させることができるとともに、小型化を図る
ことができる。
In addition, since the solid electrolytic element 70 is formed in a corrugated shape, a large electrolytic reaction surface can be obtained in a small space, cooling efficiency can be improved, and downsizing can be achieved.

また、空間71a,72aを上下方向に配置し、上部の空間7
1aに放熱器74を配置し、さらに下部の空間72aに含水層6
5a,65bを配置しているので、外周温度が低い場合には、
固体電解素子70への給電を停止してヒートパイプとして
機能させ、被冷却体30を冷却することができる。そこ
で、消費電力の低減を図ることができる。そして、外周
温度が高い場合には、放熱器74を凝縮器として作用させ
て空間71aから空間72aに流入する酸素ガスを冷却でき、
冷却効率を向上させることができる。
Spaces 71a and 72a are arranged in the vertical direction, and the upper space 7
A radiator 74 is placed in 1a, and the water-containing layer 6 is
Since 5a and 65b are arranged, when the peripheral temperature is low,
The power supply to the solid electrolytic element 70 is stopped to function as a heat pipe, so that the cooled object 30 can be cooled. Thus, power consumption can be reduced. And, when the outer peripheral temperature is high, the radiator 74 can act as a condenser to cool the oxygen gas flowing from the space 71a into the space 72a,
Cooling efficiency can be improved.

ここで、説明を省略したが、直流電源52の駆動制御手
段としては、例えば外気温度を検知するセンサと、この
センサの検知信号に基づいて直流電源52をON/OFF制御す
る制御装置とで構成することができる。
Here, although the description is omitted, the drive control means of the DC power supply 52 includes, for example, a sensor for detecting the outside air temperature, and a control device for controlling ON / OFF of the DC power supply 52 based on a detection signal of the sensor. can do.

また、空間71b,72aの底部間を通水路57で連結し、空
間72aの底部に水53を貯水しているので、空間71b,72a間
が水封構造となり、空間71b,72a間に圧力差が形成され
る。これによって、比重量が大きい酸素ガスを位置的に
高い空間71bに動力を必要とせずに送気することができ
る。
Further, since the bottom of the spaces 71b and 72a is connected by the water passage 57 and the water 53 is stored at the bottom of the space 72a, the space between the spaces 71b and 72a has a water sealing structure, and the pressure difference between the spaces 71b and 72a is Is formed. Thus, oxygen gas having a large specific weight can be supplied to the positionally high space 71b without requiring power.

また、空間71aから連通孔73を通って空間72a内に流入
した酸素ガスは含水層65a,65bの表面に沿って下降し、
それらの表面に低湿度の環境を形成する。これによっ
て、含水層65a,65bの表面からの水の蒸発が加速され
る。
Further, the oxygen gas flowing into the space 72a from the space 71a through the communication hole 73 descends along the surface of the water-containing layers 65a and 65b,
Form a low humidity environment on their surface. Thereby, the evaporation of water from the surfaces of the water-containing layers 65a and 65b is accelerated.

また、空間71bの頂部に貴金属触媒層76が設けられて
いる。この貴金属触媒層76を構成する白金属元素は、水
素あるいは炭化水素に対して触媒作用があり、これらを
当量の酸素と反応させて低温で分解する。空間71b内は
酸素ガスの雰囲気にあるので、水素ガスが蓄積される
と、酸素と反応を起こして危険な状態となるが、空間71
b内に放出された水素ガスは貴金属触媒層76により微量
な間に水に変換されて消費され、安全性が確保される。
Further, a noble metal catalyst layer 76 is provided on the top of the space 71b. The white metal element constituting the noble metal catalyst layer 76 has a catalytic action on hydrogen or hydrocarbons, and is decomposed at a low temperature by reacting them with an equivalent amount of oxygen. Since the inside of the space 71b is in an atmosphere of oxygen gas, if hydrogen gas is accumulated, it reacts with oxygen to cause a dangerous state.
The hydrogen gas released into b is converted into water in a very small amount by the noble metal catalyst layer 76 and consumed, thereby ensuring safety.

また、貴金属触媒層76を通気構造としたので、水素ガ
スを通気路58を通って空間71aから送り込まれる酸素ガ
スと触媒層76内で対向流的に接触させることができ、水
素ガスの分解反応を促進して水素ガスの滞留を防止で
き、安全性をさらに高めることができる。
Further, since the noble metal catalyst layer 76 has a ventilation structure, hydrogen gas can be brought into countercurrent contact with the oxygen gas sent from the space 71a through the ventilation path 58 in the catalyst layer 76, and the hydrogen gas decomposition reaction Can be prevented to prevent stagnation of hydrogen gas, and safety can be further improved.

なお、上記実施例4では、空間71bの頂部に貴金属触
媒層76を単に設けるものとしているが、貴金属触媒層76
にマイクロヒータを埋め込み、貴金属触媒層76を適性温
度に加熱保持してもよい。この場合、水素ガスの分解反
応が促進され、水素ガスを速やかに消費することができ
る。
In the fourth embodiment, the noble metal catalyst layer 76 is simply provided at the top of the space 71b.
A noble metal catalyst layer 76 may be heated and held at an appropriate temperature. In this case, the decomposition reaction of the hydrogen gas is promoted, and the hydrogen gas can be rapidly consumed.

実施例5. 上記実施例4では、空間71a,72aを上下に直線的に配
置するものとしているが、この実施例5では、図8に示
されるように、密閉缶72は鉛直方向に保持し、密閉缶71
を水平もしくは傾斜させて配置して、固体電解素子70周
辺を冷却部に対して角度を持たせ、さらに放熱器75で凝
縮された凝縮水を受ける受水パン80を配置するものとし
ている。この場合、放熱器75で凝縮された凝縮水は受水
パン80で受けられて速やかに空間71bの底部に流水さ
れ、通水路57を通って空間72aの底部に返水される。
Fifth Embodiment In the fourth embodiment, the spaces 71a and 72a are vertically arranged linearly. In the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, the sealed can 72 is held in a vertical direction. , Sealed can 71
Are arranged horizontally or obliquely, the periphery of the solid electrolytic element 70 is angled with respect to the cooling unit, and a water receiving pan 80 for receiving the condensed water condensed by the radiator 75 is arranged. In this case, the condensed water condensed by the radiator 75 is received by the water receiving pan 80, immediately flows to the bottom of the space 71b, and returns to the bottom of the space 72a through the water passage 57.

実施例6. この実施例6では、図9に示されるように、上記実施
例5における密閉缶72に代えて、上記実施例2における
密閉缶61を設置するものとしている。
Embodiment 6 In this embodiment 6, as shown in FIG. 9, the closed can 61 in the second embodiment is provided instead of the closed can 72 in the fifth embodiment.

この場合、上記実施例2および実施例5の効果を合わ
せもった効果が得られる。
In this case, an effect combining the effects of the second and fifth embodiments can be obtained.

実施例7. 図10はこの発明の実施例7に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図、図11はこの発明の
実施例7に係る電解反応による水蒸発式冷却装置におけ
る固体高分子電解モジュールを示す立体構成図である。
Embodiment 7 FIG. 10 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing a solid state in a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 3 is a three-dimensional configuration diagram showing a polymer electrolysis module.

図10および図11において、固体電解素子100は両面に
それぞれ陰極および陽極が形成された固体高分子電解質
膜をコルケード状に成形されたもので、上述の図7に示
される固体電解素子70と同様に構成されている。そし
て、この固体電解素子100は、筐体101内を陽極側空間10
1aと陰極側空間101bとに区画するように筐体101内に収
容されている。さらに、筐体101には、陽極側空間101a
に気体を流入させるための陽極側流入口101c、陽極側空
間101aから気体を排出させるための陽極側排出口101d、
陰極側空間101bに気体を流入させるための陽極側流入口
101eおよび陰極側空間101bから気体を排出させるための
陰極側排出口101fが設けられている。
10 and 11, a solid electrolytic element 100 is formed by forming a solid polymer electrolyte membrane having a cathode and an anode formed on both sides thereof in a corcade shape, and is the same as the solid electrolytic element 70 shown in FIG. 7 described above. Is configured. In the solid electrolytic element 100, the inside of the casing 101 is an anode side space 10
It is housed in the housing 101 so as to be divided into 1a and the cathode side space 101b. Further, the housing 101 includes an anode-side space 101a.
An anode-side inlet 101c for allowing gas to flow into the anode-side outlet 101d for discharging gas from the anode-side space 101a,
Anode-side inlet for letting gas flow into cathode-side space 101b
A cathode-side outlet 101f for discharging gas from the cathode 101e and the cathode-side space 101b is provided.

ここで、固体電解素子100は、コルゲート状に成形さ
れた固体高分子電解質膜の波の頂(波の谷)方向が流体
の流れ方向と一致するように筐体101内に収容されてい
る。
Here, the solid electrolytic element 100 is accommodated in the housing 101 such that the direction of the peak (wave trough) of the corrugated solid polymer electrolyte membrane coincides with the flow direction of the fluid.

また、蒸発器102は熱良導体でかつ吸水性を有する多
孔質板、網状板、膜状板からなる含水層106が密閉缶102
aの内壁面に形成され、含水層106の下端が密閉缶102aの
底部に貯水されている水108に浸漬されて構成されてい
る。そして、含水層106が形成されている部位の密閉缶1
02aの外壁面が被冷却体30と熱的に連結され、被冷却体3
0より熱を吸収して含水層106から水分を蒸発させるよう
に機能する。この蒸発器102は、その流入口102bおよび
排出口102cが筐体101の陽極側排出口101dおよび陽極側
流入口101cにそれぞれ配管107a,107bを介して接続され
ている。そして、送風機104が配管107aの経路中に配設
され、筐体101の陽極側空間101aおよび蒸発器102内に充
填されている気体を該送風機104により強制的に循環で
きるようになっている。
In addition, the evaporator 102 is a heat-conductive and water-absorbing layer 106 composed of a porous plate, a mesh plate, and a film plate having water absorbency.
The lower end of the water-containing layer 106 formed on the inner wall surface of a is immersed in water 108 stored at the bottom of the sealed can 102a. Then, the sealed can 1 at the portion where the water-containing layer 106 is formed
02a is thermally connected to the object 30 to be cooled, and
It functions to absorb heat from zero and evaporate water from the water-containing layer 106. The evaporator 102 has an inlet 102b and an outlet 102c connected to an anode-side outlet 101d and an anode-side inlet 101c of the housing 101 via pipes 107a and 107b, respectively. A blower 104 is provided in the path of the pipe 107a, so that the gas filled in the anode-side space 101a of the housing 101 and the evaporator 102 can be forcibly circulated by the blower 104.

一方、凝縮器103は放熱フィン113が密閉缶103aの外壁
面に形成されて構成され、内部を流れる気体が有する熱
を放熱フィン113を介して外部に放熱し、気体に含まれ
る水蒸気を凝縮滴下させるように機能する。この凝縮器
103は、この流入口103bおよび排出口103cが筐体101の陰
極側排出口101fおよび陰極側流入口101eにそれぞれ配管
107c,107dを介して接続されている。そして、送風機105
が配管107dの経路中に配設され、筐体101の陰極側空間1
01bおよび凝縮器103内に充填されている気体を該送風機
105により強制的に循環できるようになっている。
On the other hand, the condenser 103 is constituted by radiating fins 113 formed on the outer wall surface of the sealed can 103a, radiating the heat of the gas flowing inside to the outside through the radiating fins 113, and condensing and dropping the water vapor contained in the gas. It works to make it work. This condenser
103 has an inlet 103b and an outlet 103c connected to a cathode-side outlet 101f and a cathode-side inlet 101e of the housing 101, respectively.
They are connected via 107c and 107d. And blower 105
Is disposed in the path of the pipe 107d, and the cathode side space 1 of the housing 101
01b and the gas filled in the condenser 103 by the blower
105 makes it possible to force circulation.

ここで、陽極側循環経路は陽極側空間101a、配管107
a、蒸発器102および配管107bから構成され、陰極側循環
経路は陰極側空間101b、配管107c、凝縮器103および配
管107dから構成されている。
Here, the anode side circulation path is the anode side space 101a, the pipe 107
a, the evaporator 102 and the pipe 107b, and the cathode side circulation path includes the cathode side space 101b, the pipe 107c, the condenser 103, and the pipe 107d.

また、蒸発器102の底部と凝縮器103の底部とは連通管
109で連結されている。そして、送風機104,105の吸気側
は均圧管110で連結されている。さらに、白金系触媒層1
12が、陰極側循環経路の一部、例えば配管107cの経路中
に配設されている。この白金系触媒層112は、白金、ル
テニウム、パラジウムの微粉末、あるいはフェライト、
酸化チタニウム等の金属酸化物を粒状体、ペレット、ハ
ニカム状体に成形したものの表面に該金属を担持させた
もので構成され、層内は通気可能な構造になっている。
さらにまた、固体電解素子100には直流電源52から直流
電圧が印加できるようになっている。
The bottom of the evaporator 102 and the bottom of the condenser 103 are communicating pipes.
Linked at 109. Then, the intake sides of the blowers 104 and 105 are connected by an equalizing pipe 110. Furthermore, a platinum-based catalyst layer 1
Numeral 12 is provided in a part of the cathode-side circulation path, for example, in the path of the pipe 107c. This platinum-based catalyst layer 112 is made of fine powder of platinum, ruthenium, palladium, or ferrite,
It is formed of a metal oxide such as titanium oxide or the like formed into a granular material, a pellet, or a honeycomb-shaped material, and the metal is supported on the surface thereof.
Furthermore, a DC voltage can be applied to the solid electrolytic element 100 from a DC power supply 52.

また、陽極側循環経路および陰極側循環経路を流れる
気体として、酸素もしくは酸素富化空気を用い、電解反
応に関与しない不活性気体を除去している。
In addition, oxygen or oxygen-enriched air is used as a gas flowing through the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, and an inert gas not involved in the electrolytic reaction is removed.

つぎに、この実施例7による水蒸発式冷却装置の動作
について説明する。
Next, the operation of the water evaporative cooling device according to the seventh embodiment will be described.

陽極側空間101a内の低湿度の気体は、送風機104によ
り陽極側空間101aの底部から陽極側排出口101d、配管10
7aおよび流入口102bを通って蒸発器102内に送り込まれ
る。送り込まれた低湿度の気体は密閉缶102aの内壁面に
形成された含水層106に沿って強制的に上昇され、含水
層106に沿った強制気流となる。この強制気流により、
含水層106の表面から水分の蒸発が加速されて、気体は
高湿度となって蒸発器102の頂部から排出口102c、配管1
07aおよび陽極側流入口101cを通って陽極側空間101aに
送り込まれる。そして、高湿度となった気体は、固体電
解素子100の陽極側電解反応面に沿って下方に流れ、送
風機104の吸気側に返流されて、陽極側循環経路を循環
する。
Low-humidity gas in the anode side space 101a is blown from the bottom of the anode side space 101a by the blower 104 to the anode side discharge port 101d and the pipe 10
It is sent into the evaporator 102 through 7a and the inlet 102b. The sent low humidity gas is forcibly raised along the water-containing layer 106 formed on the inner wall surface of the sealed can 102a, and becomes a forced airflow along the water-containing layer 106. Due to this forced airflow,
Evaporation of moisture is accelerated from the surface of the water-containing layer 106, and the gas becomes high in humidity, from the top of the evaporator 102 to the outlet 102c, the pipe 1
It is fed into the anode side space 101a through 07a and the anode side inflow port 101c. Then, the gas of high humidity flows downward along the anode-side electrolytic reaction surface of the solid electrolytic element 100, is returned to the intake side of the blower 104, and circulates in the anode-side circulation path.

この時、高湿度の気体が固体電解素子100の陽極側電
解反応面に沿って下方に流れる過程で、気体中の水蒸気
は直流電圧が印加された固体電解素子100の陽極で電気
分解され、酸素ガスに変換される。そこで、固体電解素
子100の陽極側電解反応面に沿って下方に流れた気体
は、減湿されて、低湿度となる。
At this time, in the process in which the high-humidity gas flows downward along the anode-side electrolytic reaction surface of the solid electrolytic element 100, water vapor in the gas is electrolyzed at the anode of the solid electrolytic element 100 to which a DC voltage is applied, and oxygen Converted to gas. Therefore, the gas flowing downward along the anode-side electrolytic reaction surface of the solid electrolytic element 100 is dehumidified to have a low humidity.

また、強制気流が含水層106の表面に沿って流れる
と、含水層106の温度は気体の湿球温度まで下がり、含
水層106が形成された密閉缶102aの壁面が冷却される。
そこで、密閉缶102aに熱的に連結されている被冷却体30
が冷却される。この時、含水層106は密閉缶102aの底部
に貯水されている水108に浸漬されているので、含水層1
06の表面から水分が蒸発すると毛細管現象により水108
が含水層106に吸水され、含水層106の湿潤状態が維持さ
れる。
Further, when the forced airflow flows along the surface of the water-containing layer 106, the temperature of the water-containing layer 106 drops to the wet bulb temperature of the gas, and the wall surface of the sealed can 102a on which the water-containing layer 106 is formed is cooled.
Therefore, the cooled object 30 thermally connected to the sealed can 102a
Is cooled. At this time, since the water-containing layer 106 is immersed in the water 108 stored in the bottom of the sealed can 102a, the water-containing layer 1
When water evaporates from the surface of 06, water 108
Is absorbed by the water-containing layer 106, and the wet state of the water-containing layer 106 is maintained.

一方、陰極側空間101b内の気体は、送風機105により
陰極側空間101bの頂部から陰極側排出口101f、配管107c
および流入口103bを通って凝縮器103内に送り込まれ
る。そして、凝縮器103に送り込まれた気体は、排出口1
03c、配管107dおよび陰極側流入口101eを通って陰極側
空間101bの底部に送り込まれる。その後、陰極側空間10
1bの底部に送り込まれた気体は、固体電解素子100の陰
極側電解反応面に沿って上方に流されて、陰極側循環経
路を循環する。
On the other hand, the gas in the cathode side space 101b is blown by the blower 105 from the top of the cathode side space 101b to the cathode side discharge port 101f and the pipe 107c.
And into the condenser 103 through the inlet 103b. The gas sent to the condenser 103 is discharged to the outlet 1
03c, the pipe 107d and the cathode-side inlet 101e are sent to the bottom of the cathode-side space 101b. Then, the cathode side space 10
The gas sent to the bottom of 1b flows upward along the cathode-side electrolytic reaction surface of the solid electrolytic element 100, and circulates in the cathode-side circulation path.

ここで、気体が固体電解素子100の陰極側電解反応面
に沿って上方に流れる過程で、気体中の酸素は直流電圧
が印加された固体電解素子100の陰極で固体電解素子100
の固体高分子電解質膜を透過してきた水素イオンと反応
して、水蒸気に変換される。そこで、固体電解素子100
の陰極側電解反応面に沿って上方に流れた気体は、加湿
されて、高湿度となる。同時に、気体は、固体電解素子
100を流れる電流によって生ずるジュール熱を取り込ん
で、高温高湿度となって、凝縮器103に送り込まれる。
この時、固体高分子電解質膜を透過してきた水素イオン
の一部が酸素と結合せず気体中に混入するが、該水素ガ
スは配管107cの経路中に配設された白金系触媒層112中
を通過する際に、触媒作用により分解除去される。そし
て、凝縮器103に送り込まれた高温高湿度の気体は、熱
が放熱フィン113を介して外部に放熱されて冷却され、
水蒸気が凝縮され密閉缶103aの底部に滴下される。密閉
缶103aの底部に集水された凝縮水は、逐次連結管109を
介して蒸発器102の底部に返水されて、蒸発器102の底部
に貯水される水108の貯水量が確保される。
Here, in the process in which the gas flows upward along the cathode-side electrolysis reaction surface of the solid electrolytic element 100, oxygen in the gas is changed at the cathode of the solid electrolytic element 100 to which a DC voltage is applied.
Reacts with hydrogen ions that have passed through the solid polymer electrolyte membrane, and is converted into water vapor. Therefore, the solid electrolytic element 100
The gas flowing upward along the cathode-side electrolysis reaction surface is humidified to have a high humidity. At the same time, the gas is
The Joule heat generated by the current flowing through 100 is taken in, and becomes high temperature and high humidity.
At this time, a part of the hydrogen ions that have permeated the solid polymer electrolyte membrane are not bonded to oxygen but are mixed into the gas, and the hydrogen gas is contained in the platinum-based catalyst layer 112 disposed in the path of the pipe 107c. When passing through, it is decomposed and removed by the catalytic action. The high-temperature and high-humidity gas sent to the condenser 103 is cooled by being radiated to the outside through the radiation fins 113,
Water vapor is condensed and dropped on the bottom of the sealed can 103a. The condensed water collected at the bottom of the sealed can 103a is sequentially returned to the bottom of the evaporator 102 via the connecting pipe 109, and the amount of water 108 stored at the bottom of the evaporator 102 is secured. .

また、陽極側電解反応面で生成された酸素は、均圧管
110を介して送風機105の吸引側に返送される。
Oxygen generated on the anode-side electrolytic reaction surface is
It is returned to the suction side of the blower 105 via 110.

一般に、電解反応論、熱・物質移動論において、乱流
域では自然対流に比べて十数倍〜数十倍、層流域でも数
倍の速度で、電解反応および熱・物質移動を行わせるこ
とができる。この実施例7によれば、陽極側循環経路お
よび陰極側循環経路にそれぞれ送風機104,105を配設し
ているので、蒸発器102、凝縮器103および固体電解素子
100の両極面を流れる気流を送風機104,105の作用により
強制気流とすることができる。そこで、電解反応面およ
び熱・物質移動面を乱流域あるいは層流域に保持でき、
電解反応および熱・物質移動を高速で行わせることがで
きる。その結果、固体電解素子100、蒸発器102および凝
縮器103の小型化が可能となり、装置の小型化を図るこ
とができる。
Generally, in the theory of electrolytic reaction and heat / mass transfer, the electrolysis reaction and heat / mass transfer can be performed at a speed several tens to several tens times higher in natural convection than in natural convection and several times higher in laminar flow. it can. According to the seventh embodiment, since the blowers 104 and 105 are provided in the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, respectively, the evaporator 102, the condenser 103, and the solid electrolytic element are provided.
The airflow flowing through both pole surfaces of the 100 can be made into a forced airflow by the action of the blowers 104 and 105. Therefore, the electrolytic reaction surface and the heat / mass transfer surface can be maintained in a turbulent or laminar flow region,
Electrolytic reaction and heat / mass transfer can be performed at high speed. As a result, the size of the solid electrolytic element 100, the evaporator 102, and the condenser 103 can be reduced, and the size of the device can be reduced.

また、固体電解素子100は両面にそれぞれ陰極および
陽極が形成された固体高分子電解質膜をコルゲート状に
成形されて構成されているので、小さい空間で大きな電
解反応面が得られ、冷却効率を向上させることができる
とともに、小型化を図ることができる。
In addition, since the solid electrolytic element 100 is formed by forming a solid polymer electrolyte membrane having a cathode and an anode on both sides in a corrugated shape, a large electrolytic reaction surface is obtained in a small space, and cooling efficiency is improved. And miniaturization can be achieved.

また、陽極側電解反応面では水蒸気を消費して酸素を
生成するため、陽極側循環経路は酸素が増加して、圧力
が増加することになる。この実施例7によれば、送風機
104,105の吸引側が均圧管110で連結されているので、陽
極側電解反応面で生成された酸素は、均圧管110を介し
て送風機105の吸引側、即ち陰極側空間101b内に返送さ
れる。そこで、陽極側空間101a内の過度の圧力上昇が抑
えられるとともに、陰極側空間101b内の酸素貧化状態が
回避される。
In addition, since oxygen is generated by consuming water vapor on the anode-side electrolytic reaction surface, the oxygen increases in the anode-side circulation path, and the pressure increases. According to the seventh embodiment, the blower
Since the suction sides of 104 and 105 are connected by the equalizing tube 110, oxygen generated on the anode-side electrolytic reaction surface is returned to the suction side of the blower 105 via the equalizing tube 110, that is, into the cathode-side space 101 b. Thus, an excessive increase in pressure in the anode space 101a is suppressed, and an oxygen-poor state in the cathode space 101b is avoided.

また、配管107cの経路中に白金系触媒層112が配設さ
れているので、陰極側循環経路中の水素イオンを白金系
触媒層112により分解除去することができる。そこで、
酸素と結合せず気体中に混入する水素イオンが蓄積され
て水素ガスの濃度が上昇することを阻止でき、水素ガス
が安全許容範囲以上の濃度となって爆発するような事故
を未然に防止することができる。
Further, since the platinum-based catalyst layer 112 is provided in the path of the pipe 107c, hydrogen ions in the cathode-side circulation path can be decomposed and removed by the platinum-based catalyst layer 112. Therefore,
It prevents hydrogen gas concentration from rising due to accumulation of hydrogen ions mixed into the gas without binding to oxygen, preventing accidents such as explosion when the concentration of hydrogen gas exceeds the safe allowable range. be able to.

また、陽極側循環経路および陰極側循環経路を流れる
気体として、酸素もしくは酸素富化空気を用い、電解反
応に関与しない不活性気体を除去しているので、電解反
応を高速化できるとともに、固体電解素子100を小規模
化することができる。
In addition, oxygen or oxygen-enriched air is used as the gas flowing through the anode side circulation path and the cathode side circulation path to remove inert gas that does not participate in the electrolytic reaction. The element 100 can be downsized.

なお、陽極側循環経路および陰極側循環経路を流れる
気体は、電解反応に寄与しない気体、例えば窒素ガス等
を除いた電解反応に寄与する酸素と水蒸気の2成分ガス
で構成することが理想的である。この時、酸素ガスは支
燃ガスであることから引火しやすい環境となるため、引
火性、材料選定を十分考慮する必要がある。引火性が懸
念される場合、あるいは材料選定に拘束されることを避
けたい場合には、空気、あるいは許容できる範囲で酸素
濃度を富化した気体を循環させればよい。
The gas flowing through the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path is ideally composed of a gas that does not contribute to the electrolytic reaction, for example, a two-component gas of oxygen and water vapor that contributes to the electrolytic reaction excluding nitrogen gas and the like. is there. At this time, since the oxygen gas is a supporting gas, the environment becomes easily flammable. Therefore, it is necessary to sufficiently consider flammability and material selection. If flammability is a concern, or if it is desired to avoid being restricted by material selection, air or a gas whose oxygen concentration is enriched in an acceptable range may be circulated.

また、上記実施例7では、陽極側循環経路および陰極
側循環経路にそれぞれ送風機104,105を配設し、気体を
両循環経路に強制的に循環させることで優れた効果が得
られている。しかしながら、陽極側循環経路および陰極
側循環経路のいずれか一方に送風機を配設してもよく、
この場合、一方の循環経路に気体を強制的に循環させる
ことによる効果が得られる。
Further, in the seventh embodiment, excellent effects are obtained by arranging the fans 104 and 105 in the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, respectively, and forcibly circulating the gas in both circulation paths. However, a blower may be arranged in one of the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path,
In this case, an effect is obtained by forcibly circulating the gas through one circulation path.

実施例8. 図12はこの発明の実施例8に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図である。
Embodiment 8 FIG. 12 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 8 of the present invention.

この実施例8では、筐体101の陽極側排出口101dおよ
び蒸発器102の排出口102cがそれぞれ配管111a,111cを介
して送風機104の吸気側に連結され、筐体101の陽極側流
入口101cおよび蒸発器102の流入口102bがそれぞれ配管1
11b,111dを介して送風機104の排気側に連結されてい
る。同様に、筐体101の陰極側排出口101fおよび凝縮器1
03の排出口103cがそれぞれ配管111e,111gを介して送風
機105の吸気側に連結され、筐体101の陰極側流入口101e
および凝縮器103の流入口103bがそれぞれ配管111f,111h
を介して送風機105の排気側に連結されている。そし
て、送風機104,105の吸気側は均圧管110で連結されてい
る。また、白金系触媒層112が配管111hの経路中に配設
されている。
In the eighth embodiment, the anode-side outlet 101d of the casing 101 and the outlet 102c of the evaporator 102 are connected to the intake side of the blower 104 via pipes 111a and 111c, respectively. And the inflow port 102b of the evaporator 102
It is connected to the exhaust side of the blower 104 via 11b and 111d. Similarly, the cathode-side outlet 101f of the housing 101 and the condenser 1
03 is connected to the intake side of the blower 105 via pipes 111e and 111g, respectively, and the cathode-side inlet 101e of the housing 101
And the inlet 103b of the condenser 103 is connected to pipes 111f and 111h, respectively.
And is connected to the exhaust side of the blower 105 via the. Then, the intake sides of the blowers 104 and 105 are connected by an equalizing pipe 110. Further, a platinum-based catalyst layer 112 is disposed in the path of the pipe 111h.

ここで、陽極側循環経路は、陽極側空間101aおよび配
管111a,111bからなる第1の陽極側循環経路と、蒸発器1
02および配管111c,111dからなる第2の陽極側循環経路
とで構成されている。一方、陰極側循環経路は、陰極側
空間101bおよび配管111e,111fからなる第1の陰極側循
環経路と、凝縮器103および配管111g,111hからなる第2
の陰極側循環経路とで構成されている。さらに、配管11
1bと配管111dとの管断面積を4:1に、配管111fと配管111
hとの管断面積を4:1に設定している。なお、他の構成
は、上記実施例7と同様に構成されている。
Here, the anode-side circulation path includes a first anode-side circulation path including the anode-side space 101a and the pipes 111a and 111b, and the evaporator 1
02 and a second anode side circulation path composed of pipes 111c and 111d. On the other hand, the cathode-side circulation path includes a first cathode-side circulation path including the cathode-side space 101b and the pipes 111e and 111f, and a second cathode-side circulation path including the condenser 103 and the pipes 111g and 111h.
And a cathode side circulation path. In addition, piping 11
The cross-sectional area of the pipe 1b and the pipe 111d is 4: 1, and the pipe 111f and the pipe 111
The pipe cross section with h is set to 4: 1. The other configuration is the same as that of the seventh embodiment.

つぎに、この実施例8による水蒸発式冷却装置の特徴
とする動作について説明する。
Next, the characteristic operation of the water evaporative cooling device according to the eighth embodiment will be described.

陽極側空間101a内の気体および蒸発器102内の気体は
それぞれ配管111a,111cを通って送風機104に吸気され、
混合されて送り出される。そして、送風機104から送り
出される気体は、配管111b,111dを通って4:1に分流され
て、それぞれ陽極側空間101aおよび蒸発器102に流入さ
れる。陽極側流入口101cから陽極側空間101a内に流入し
た気体は、固体電解素子100の陽極側電解反応面に沿っ
て流れ、水蒸気を酸素ガスに変換され減湿される。その
後、減湿された気体は、陽極側排出口101dから配管111a
を通って送風機104の吸気側に返流される。また、流入
口102bから蒸発器102内に流入した気体は、含水層106に
沿って流れ、含水層106の表面から蒸発する水蒸気を含
んで加湿される。その後、加湿された気体は、排出口10
2cから配管111cを通って送風機104の吸気側に返流さ
れ、陽極側排出口101dから配管111aを通って送風機104
の吸気側に返流されて減湿された気体と混合される。
The gas in the anode side space 101a and the gas in the evaporator 102 are sucked into the blower 104 through the pipes 111a and 111c, respectively.
It is mixed and sent out. Then, the gas sent from the blower 104 is divided into 4: 1 through the pipes 111b and 111d, and flows into the anode side space 101a and the evaporator 102, respectively. The gas flowing into the anode-side space 101a from the anode-side inflow port 101c flows along the anode-side electrolysis reaction surface of the solid electrolytic element 100, and converts water vapor into oxygen gas to dehumidify. After that, the dehumidified gas flows from the anode side discharge port 101d to the pipe 111a.
Is returned to the intake side of the blower 104. The gas flowing into the evaporator 102 from the inflow port 102b flows along the water-containing layer 106, and is humidified including water vapor evaporated from the surface of the water-containing layer 106. After that, the humidified gas is discharged to the outlet 10
From 2c, the air is returned to the intake side of the blower 104 through the pipe 111c, and the blower 104
The air is returned to the intake side of the tank and mixed with the dehumidified gas.

一方、陰極側空間101b内の気体および凝縮器103内の
気体はそれぞれ配管111e,111gを通って送風機105に吸気
され、混合されて送り出される。そして、送風機105か
ら送り出される気体は、配管111f,111hを通って4:1に分
流されて、それぞれ陰極側空間101bおよび凝縮器103に
流入される。この時、配管111h側に分流された気体は、
白金系触媒層112を通過する際に、気体中の水素ガスが
触媒作用により除去されて、凝縮器103に流入する。陰
極側流入口101eから陰極側空間101b内に流入した気体
は、固体電解素子100の陰極側電解反応面に沿って流
れ、含まれる酸素が固体高分子電解質膜を透過してきた
水素イオンと反応して水蒸気に変換されて加湿され、さ
らに固体電解素子100のジュール熱により加熱される。
その後、加湿、加熱された気体は、陰極側排出口101fか
ら配管111eを通って送風機105の吸気側に返流される。
また、流入口103bから凝縮器103内に流入した気体は、
熱が放熱フィン113を介して外部に放熱されて冷却さ
れ、水蒸気が凝縮されて減湿される。その後、冷却、減
湿された気体は、排出口103cから配管111gを通って送風
機105の吸気側に返流され、陰極側排出口101fから配管1
11eを通って送風機105の吸気側に返流された加熱、加湿
された気体と混合される。
On the other hand, the gas in the cathode side space 101b and the gas in the condenser 103 are sucked into the blower 105 through the pipes 111e and 111g, mixed, and sent out. Then, the gas sent from the blower 105 is divided into 4: 1 through the pipes 111f and 111h, and flows into the cathode side space 101b and the condenser 103, respectively. At this time, the gas diverted to the pipe 111h side is
When passing through the platinum-based catalyst layer 112, hydrogen gas in the gas is removed by a catalytic action and flows into the condenser 103. The gas flowing into the cathode side space 101b from the cathode side inlet 101e flows along the cathode side electrolysis reaction surface of the solid electrolytic element 100, and oxygen contained therein reacts with hydrogen ions permeating the solid polymer electrolyte membrane. The solid electrolytic element 100 is converted into water vapor and humidified, and further heated by Joule heat of the solid electrolytic element 100.
Thereafter, the humidified and heated gas is returned from the cathode-side exhaust port 101f to the intake side of the blower 105 through the pipe 111e.
The gas flowing into the condenser 103 from the inlet 103b is:
The heat is radiated to the outside through the radiating fins 113 to be cooled, and the water vapor is condensed and dehumidified. Thereafter, the cooled and dehumidified gas is returned from the outlet 103c to the intake side of the blower 105 through the pipe 111g, and is returned from the cathode side outlet 101f to the pipe 1
It is mixed with the heated and humidified gas returned to the intake side of the blower 105 through 11e.

また、凝縮器103で凝縮されて密閉缶103aの底部に集
水された凝縮水は、逐次連結管109を介して蒸発器102の
底部に返水されて、蒸発器102の底部に貯水される水108
の貯水量が確保される。陽極側電解反応面で生成された
酸素は、均圧管110を介して送風機105の吸引側に返送さ
れる。
Condensed water condensed in the condenser 103 and collected at the bottom of the sealed can 103a is sequentially returned to the bottom of the evaporator 102 via the connecting pipe 109, and stored at the bottom of the evaporator 102. Water 108
Is secured. Oxygen generated on the anode-side electrolytic reaction surface is returned to the suction side of the blower 105 via the pressure equalizing tube 110.

このように、この実施例8によれば、陽極側循環経路
および陰極側循環経路中にそれぞれ送風機104,105を設
けて気体を強制的に循環させるようにしているので、上
記実施例7と同様に、電解反応面および熱・物質移動面
を乱流域あるいは層流域に保持でき、電解反応および熱
・物質移動を高速で行わせることができる。
As described above, according to the eighth embodiment, the blowers 104 and 105 are provided in the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, respectively, so that the gas is forcibly circulated. The electrolysis reaction surface and the heat / mass transfer surface can be maintained in a turbulent flow region or a laminar flow region, and the electrolysis reaction and the heat / mass transfer can be performed at high speed.

また、陽極側循環経路が、陽極側空間101aおよび配管
111a,111bからなる第1の陽極側循環経路と、蒸発器102
および配管111c,111dからなる第2の陽極側循環経路と
で構成され、配管111b,111dの管断面積が4:1に設定され
ているので、送風機104から蒸発器102に流入する気体の
流量が全流量の20%程度に制限される。そこで、蒸発器
102への熱の持ち込みが低減され、含水層106の温度上昇
が抑えられ、被冷却体30の冷却効率を高めることができ
る。
Further, the anode-side circulation path includes the anode-side space 101a and the piping.
A first anode-side circulation path composed of 111a and 111b;
And a second anode side circulation path composed of pipes 111c and 111d. Since the pipe cross-sectional areas of the pipes 111b and 111d are set to 4: 1, the flow rate of the gas flowing into the evaporator 102 from the blower 104 Is limited to about 20% of the total flow. So evaporator
The amount of heat brought into the water-containing layer is reduced, the rise in the temperature of the water-containing layer is suppressed, and the cooling efficiency of the cooled body 30 can be increased.

また、陰極側循環経路が、陰極側空間101bおよび配管
111e,111fからなる第1の陰極側循環経路と、凝縮器103
および配管111g,111hからなる第2の陰極側循環経路と
で構成され、配管111f,111hの管断面積が4:1に設定され
ているので、送風機105から凝縮器103に流入する気体の
流量が全流量の20%程度に制限される。そこで、陰極側
循環経路を循環する気体のほとんどが第1の陰極側循環
経路を循環し、気体は固体電解素子100を流れる電流が
生ずるジュール熱により加熱され、かつ、電解反応によ
って生じた水蒸気を吸収して加湿される。その結果、分
流されて凝縮器103に流入する気体は、外部加熱源を設
けることなく、外部温度以上の高温で、飽和点近傍まで
加湿された気体となる。従って、凝縮器103が空冷の場
合であっても、凝縮器103に流入する気体は外部温度以
上に保持されるので、熱を外部に放熱して露点以下に冷
却され、水蒸気を凝縮して、陰極側空間101b内で発生す
る水蒸気を逐次凝縮水の形で取り出すことができる。
Further, the cathode-side circulation path includes the cathode-side space 101b and the piping.
A first cathode-side circulation path composed of 111e and 111f;
And the second cathode-side circulation path composed of pipes 111g and 111h, and the pipes 111f and 111h have a pipe cross-sectional area of 4: 1. Therefore, the flow rate of gas flowing into the condenser 103 from the blower 105 Is limited to about 20% of the total flow. Therefore, most of the gas circulating in the cathode-side circulation path circulates in the first cathode-side circulation path, and the gas is heated by Joule heat generated by current flowing through the solid electrolytic element 100, and water vapor generated by the electrolytic reaction is removed. Absorb and humidify. As a result, the gas that is diverted and flows into the condenser 103 becomes a gas humidified to near the saturation point at a high temperature equal to or higher than the external temperature without providing an external heating source. Therefore, even when the condenser 103 is air-cooled, the gas flowing into the condenser 103 is kept at an external temperature or higher, so that heat is radiated to the outside and cooled to a temperature below the dew point, condensing water vapor, Water vapor generated in the cathode side space 101b can be sequentially extracted in the form of condensed water.

また、白金系触媒層112が気体の流量が制限された配
管111hの経路中に配設されているので、触媒層の流量負
荷を軽減でき、白金系触媒層112の小型化を図ることが
できる。
Further, since the platinum-based catalyst layer 112 is provided in the path of the pipe 111h in which the gas flow rate is restricted, the flow rate load on the catalyst layer can be reduced, and the size of the platinum-based catalyst layer 112 can be reduced. .

なお、上記実施例8では、配管111bと配管111dとの管
断面積を4:1に設定するものとしているが、管断面積比
は4:1に限定されるものではなく、陽極側循環経路を循
環する気体の全流量の一部が蒸発器102側に分流されれ
ばよく、例えば管断面積比は5:1でもよい。また、配管1
11fと配管111hとの管断面積を4:1に設定しているが、同
様に該管断面積比も4:1に限定されるものではない。
In the eighth embodiment, the pipe cross section of the pipe 111b and the pipe 111d is set to 4: 1. However, the pipe cross section ratio is not limited to 4: 1. It is sufficient that a part of the total flow rate of the gas circulating through the evaporator 102 is diverted to the evaporator 102 side. Also, piping 1
Although the cross-sectional area of the pipe between 11f and the pipe 111h is set to 4: 1, the ratio of the cross-sectional area of the pipe is not limited to 4: 1.

また、上記実施例8では、両配管の管断面積比により
両配管の気体流量比率を規定するものとしているが、例
えば送風機の排気側に絞りや仕切り板を設けて両配管へ
の送出流量比率を規定するようにしてもよい。
In Embodiment 8, the gas flow ratio of both pipes is defined by the pipe cross-sectional area ratio of both pipes. However, for example, a throttle or a partition plate is provided on the exhaust side of the blower and the flow rate ratio of the gas to both pipes is provided. May be defined.

実施例9. この実施例9では、図13に示すように、第2の陽極側
循環経路中に熱交換器114を設け、配管111c,111dを流通
する気体同士で熱交換させるようにしている。
Ninth Embodiment In a ninth embodiment, as shown in FIG. 13, a heat exchanger 114 is provided in the second anode-side circulation path so that gases flowing through the pipes 111c and 111d exchange heat. .

なお、他の構成は上記実施例8と同様に構成されてい
る。
The other configuration is the same as that of the eighth embodiment.

この実施例9によれば、配管111d内を流通する気体
は、熱交換器114により配管111cを流通する蒸発器102で
冷却された気体と熱交換されて冷却され、その後蒸発器
102に流入する。そこで、蒸発器102への熱の持ち込みが
さらに低減され、その分含水層106の温度を下げること
ができ、被冷却体30の冷却効率を高めることができる。
According to the ninth embodiment, the gas flowing through the pipe 111d is cooled by heat exchange with the gas cooled by the evaporator 102 flowing through the pipe 111c by the heat exchanger 114.
Flow into 102. Therefore, the carry-in of heat to the evaporator 102 is further reduced, the temperature of the water-containing layer 106 can be reduced accordingly, and the cooling efficiency of the object 30 to be cooled can be increased.

実施例10. この実施例10では、図14に示すように、配管111iによ
り配管111gの送風機105の排気側と配管111hの送風機105
の吸気側とを連結し、白金系触媒層112を配管111iの経
路中に配設するものとしている。
Embodiment 10 In this embodiment 10, as shown in FIG. 14, an exhaust side of a blower 105 of a pipe 111g and a blower 105 of a pipe 111h are connected by a pipe 111i.
And the platinum-based catalyst layer 112 is disposed in the path of the pipe 111i.

なお、他の構成は上記実施例8と同様に構成されてい
る。
The other configuration is the same as that of the eighth embodiment.

この実施例10によれば、配管111iは、配管111hから分
岐しているので、配管111i内を流通する気体の流量は、
陰極側循環経路を循環する気体の全流量に対する割合が
さらに小さくなり、その分触媒層の流量負荷を軽減で
き、白金系触媒層112の小型化を図ることができる。
According to the tenth embodiment, since the pipe 111i is branched from the pipe 111h, the flow rate of the gas flowing through the pipe 111i is:
The ratio of the gas circulating in the cathode circulation path to the total flow rate is further reduced, so that the flow rate load on the catalyst layer can be reduced accordingly, and the platinum-based catalyst layer 112 can be reduced in size.

なお、上記実施例7乃至10では、凝縮器103が空冷の
場合について述べているが、凝縮器103の低温の冷却媒
体で冷却するようにしてもよい。この場合、凝縮器103
に流入する気体の温度は冷却媒体温度より高温となり、
熱放散を高速化できるとともに、陰極側空間101b内で発
生する水蒸気を効率的に凝縮水の形で取り出すことがで
きる。
In the above-described embodiments 7 to 10, the case where the condenser 103 is air-cooled is described. However, the condenser 103 may be cooled with a low-temperature cooling medium. In this case, the condenser 103
The temperature of the gas flowing into is higher than the cooling medium temperature,
The speed of heat dissipation can be increased, and water vapor generated in the cathode side space 101b can be efficiently extracted in the form of condensed water.

実施例11. 図15はこの発明の実施例11に係る電解反応による水蒸
発式冷却装置を示すシステム構成図である。
Embodiment 11 FIG. 15 is a system configuration diagram showing a water evaporative cooling device using an electrolytic reaction according to Embodiment 11 of the present invention.

この実施例11では、筐体101の陽極側排出口101dおよ
び気液接触器120の排出口120cがそれぞれ配管111a,111c
を介して送風機104の吸気側に連結され、筐体101の陽極
側流入口101cおよび気液接触器120の流入口120bがそれ
ぞれ配管111b,111dを介して送風機104の排気側に連結さ
れている。そして、送風機104,105の吸気側は均圧管110
で連結されている。
In the eleventh embodiment, the anode-side outlet 101d of the housing 101 and the outlet 120c of the gas-liquid contactor 120 are connected to pipes 111a and 111c, respectively.
Are connected to the intake side of the blower 104, and the anode-side inlet 101c of the housing 101 and the inlet 120b of the gas-liquid contactor 120 are connected to the exhaust side of the blower 104 via pipes 111b and 111d, respectively. . The suction side of the blowers 104 and 105 is
Are connected by

この気液接触器120は、ラシヒリングに代表される充
填材を筒状の缶体120a内を上下に分割するように缶体12
0a内に充填して充填層121を形成し、充填層121で分割さ
れた缶体120aの上側空間に連通するように排出口120cが
設けられ、充填層121で分割された缶体120aの下側空間
に連通するように流入口120bが設けられ、さらに底部に
水108が貯水されて構成されている。さらに、散水器122
が充填層121で分割された缶体120aの上側空間に配設さ
れている。そして、散水器122と缶体120aの底部とが配
管123で連結され、配管123の経路中に配設された循環水
ポンプ124により缶体120aの底部に貯水されている水108
が散水器122に供給されるようになっている。また、配
管123が被冷却体30と熱的に連結されている。
The gas-liquid contactor 120 is provided with a can body 12 such that a filler represented by a Raschig ring is vertically divided inside a cylindrical can body 120a.
0a to form a filling layer 121, a discharge port 120c is provided so as to communicate with the upper space of the can body 120a divided by the filling layer 121, and below the can body 120a divided by the filling layer 121. An inlet 120b is provided so as to communicate with the side space, and water 108 is stored at the bottom. In addition, sprinkler 122
Is disposed in a space above the can 120a divided by the filling layer 121. Then, the water sprinkler 122 and the bottom of the can 120a are connected by a pipe 123, and the water 108 stored in the bottom of the can 120a by a circulating water pump 124 arranged in the path of the pipe 123.
Is supplied to the sprinkler 122. Further, the pipe 123 is thermally connected to the cooled object 30.

ここで、陽極側循環経路は、陽極側空間101aおよび配
管111a,111bからなる第1の陽極側循環経路と、気液接
触器120および配管111c,111dからなる第2の陽極側循環
経路とで構成されている。一方、陰極側循環経路は、陰
極側空間101bおよび配管111e,111fからなる第1の陰極
側循環経路と、凝縮器103および配管111g,111hからなる
第2の陰極側循環経路とで構成されている。なお、他の
構成は、上記実施例8と同様に構成されている。
Here, the anode-side circulation path includes a first anode-side circulation path including the anode-side space 101a and the pipes 111a and 111b, and a second anode-side circulation path including the gas-liquid contactor 120 and the pipes 111c and 111d. It is configured. On the other hand, the cathode-side circulation path includes a first cathode-side circulation path including the cathode-side space 101b and the pipes 111e and 111f, and a second cathode-side circulation path including the condenser 103 and the pipes 111g and 111h. I have. The other configuration is the same as that of the eighth embodiment.

つぎに、この実施例11による水蒸発式冷却装置の特徴
とする動作について説明する。
Next, the characteristic operation of the water evaporative cooling device according to the eleventh embodiment will be described.

陽極側空間101a内の気体および気液接触器120内の気
体はそれぞれ配管111a,111cを通って送風機104に吸気さ
れ、混合されて送り出される。そして、送風機104から
送り出される気体は、配管111b,111dを通って分流され
て、それぞれ陽極側空間101aおよび気液接触器120に流
入される。陽極側流入口101cから陽極側空間101a内に流
入した気体は、固体電解素子100の陽極側電解反応面に
沿って流れ、水蒸気を酸素ガスに変換され減湿される。
その後、減湿された気体は、陽極側排出口101dから配管
111aを通って送風機104の吸気側に返流される。
The gas in the anode-side space 101a and the gas in the gas-liquid contactor 120 are sucked into the blower 104 through the pipes 111a and 111c, mixed, and sent out. Then, the gas sent out from the blower 104 is split through the pipes 111b and 111d, and flows into the anode side space 101a and the gas-liquid contactor 120, respectively. The gas flowing into the anode-side space 101a from the anode-side inflow port 101c flows along the anode-side electrolysis reaction surface of the solid electrolytic element 100, and converts water vapor into oxygen gas to dehumidify.
After that, the dehumidified gas is piped from the anode side exhaust port 101d.
The air is returned to the intake side of the blower 104 through 111a.

また、流入口120bから気液接触器120内に流入した気
体は、充填層121内を通って矢印A方向に上昇する。こ
の時、循環水ポンプ124が駆動され、缶体120aの底部に
貯水されている水108が配管123を通って散水器122に供
給され、充填層121に均等に散水されている。そこで、
充填層121内を矢印A方向に上昇する気体は、充填層121
内を矢印B方向に下降する水と向流接触し、水を蒸発さ
せ、加湿される。そして、加湿された気体は、排出口12
0cから配管111cを通って送風機104の吸気側に返流さ
れ、陽極側排出口101dから配管111aを通って送風機104
の吸気側に返流された減湿された気体と混合される。一
方、充填層121内を下降する水は、気体と向流接触して
蒸発潜熱を奪われ、温度降下して、缶体120aの底部に滴
下される。
Further, the gas flowing into the gas-liquid contactor 120 from the inflow port 120b rises in the direction of arrow A through the packed layer 121. At this time, the circulating water pump 124 is driven, and the water 108 stored in the bottom of the can 120a is supplied to the sprinkler 122 through the pipe 123, and is evenly sprinkled on the packed bed 121. Therefore,
The gas rising in the direction of arrow A in the packed layer 121
The water makes countercurrent contact with water descending in the direction of arrow B, evaporates the water, and is humidified. Then, the humidified gas is discharged to the outlet 12
0c is returned to the intake side of the blower 104 through the pipe 111c, and the blower 104 is returned from the anode side discharge port 101d through the pipe 111a.
Is mixed with the dehumidified gas returned to the intake side of the air conditioner. On the other hand, the water descending in the packed layer 121 is brought into countercurrent contact with the gas, deprived of the latent heat of evaporation, lowered in temperature, and dropped on the bottom of the can 120a.

ここで、送風機104から送り込まれる気体が、温度32
℃、湿度20%(図16中点P1に相当)とすると、この気体
に接する水の温度は、図16中直線L1に沿って等エンタル
ピックに変化し、湿球温度tw=17℃まで温度降下するこ
とになる。これによって、缶体120aの底部に貯水されて
いる水108の温度が低下する。そして、配管123を流れる
水が低温となり、被冷却体30が周囲温度以下に冷却され
る。
Here, the gas sent from the blower 104 has a temperature of 32.
° C., when the humidity of 20% (corresponding to FIG. 16 midpoint P 1), the temperature of the water in contact with the gas, changes to equal Enta Lepic along in 16 straight L 1, wet-bulb temperature t w = 17 The temperature will drop to ° C. As a result, the temperature of the water 108 stored at the bottom of the can 120a decreases. Then, the temperature of the water flowing through the pipe 123 becomes low, and the cooled object 30 is cooled to the ambient temperature or lower.

また、陽極側電解反応面で生成された酸素は、均圧管
110を介して送風機105の吸気側に返送される。さらに、
密閉缶103aの底部に集水された凝縮水は、逐次連結管10
9を介して循環水ポンプ124に給水側に返水される。
Oxygen generated on the anode-side electrolytic reaction surface is
The air is returned to the intake side of the blower 105 via 110. further,
Condensed water collected at the bottom of the sealed can 103a is successively connected to the connecting pipe 10
The water is returned to the circulating water pump 124 via the water supply side 9.

そこで、この実施例11によれば、簡易に低温の水が得
られ、該低温の水を利用して被冷却体30の冷却が可能と
なる。そこで、冷却装置の適用範囲が広がり、応用展開
を拡大することができる。
Thus, according to the eleventh embodiment, low-temperature water can be easily obtained, and the cooled object 30 can be cooled using the low-temperature water. Therefore, the range of application of the cooling device is expanded, and the application development can be expanded.

実施例12. 上記実施例11では、陰極側循環経路に凝縮器103を配
設し、該凝縮器103により陰極側空間101bで発生する高
温多湿空気を冷却して凝縮水として回収し、この凝縮水
を陽極側循環経路に返水するクローズドループの冷却装
置を構成するものとしているが、この実施例12では、水
を補給することが許される系に適用するものである。
Embodiment 12 In Embodiment 11, the condenser 103 is provided in the cathode side circulation path, and the condenser 103 cools the hot and humid air generated in the cathode side space 101b and collects it as condensed water. Although a closed-loop cooling device for returning water to the anode-side circulation path is provided, the twelfth embodiment is applied to a system in which water can be supplied.

この実施例12では、図17に示すように、筐体101の陽
極側排出口101dおよび陽極側流入口101cがそれぞれ配管
107a,107bを介して気液接触器120の流入口120bおよび排
出口120cに連結されている。そして、配管107aの経路中
に送風機104が配設されている。また、循環水ポンプ124
の給水側に補給水給水機構125が連結されている。
In Example 12, as shown in FIG. 17, the anode-side discharge port 101d and the anode-side inflow port 101c of the casing 101 were each connected to a pipe.
The gas inlet / outlet 120b and the outlet 120c of the gas-liquid contactor 120 are connected via 107a and 107b. Further, a blower 104 is provided in the path of the pipe 107a. The circulating water pump 124
A supply water supply mechanism 125 is connected to the supply side of the supply water.

一方、筐体101の陰極側流入口101eには、配管107dを
介して送風機105が連結され、送風機105の吸気側にはフ
ィルタ126が設けられている。そして、陰極側排出口101
fは端部が外部に開放された配管107cが連結されてい
る。
On the other hand, a blower 105 is connected to the cathode-side inlet 101e of the housing 101 via a pipe 107d, and a filter 126 is provided on the intake side of the blower 105. And the cathode side discharge port 101
f is connected to a pipe 107c whose end is open to the outside.

なお、他の構成は上記実施例11と同様に構成されてい
る。
The other configuration is the same as that of the eleventh embodiment.

この実施例12によれば、缶体120aの底部に貯水されて
いる水108は、散水器122から散水され、充填層121中で
流入口120bから送り込まれた気体と向流接触して蒸発さ
れる。そして、蒸発された水が水蒸気となって陽極側空
間101a内に送り込まれ、陽極電解反応面に沿って流れる
際に、酸素に変換される。しかしながら、この陽極側循
環経路中で消費される水の消費量に相当する水が補給水
給水機構125を介して補給され、缶体120aの底部に貯水
される水108の貯水量が確保できる。一方、送風機105に
よりフィルタ126を介して陰極側空間101bの送り込まれ
た外気は、陰極電解反応面に沿って流れる際に、酸素が
固体電解素子100を透過してした水素イオンと反応して
水蒸気を生成して加湿された後、配管107cを介して外部
に排気される。
According to the twelfth embodiment, the water 108 stored at the bottom of the can 120a is sprinkled from the sprinkler 122, and is evaporated in the countercurrent contact with the gas sent from the inlet 120b in the packed bed 121. You. Then, the evaporated water is sent into the anode-side space 101a as steam, and is converted into oxygen when flowing along the anode electrolysis reaction surface. However, water corresponding to the amount of water consumed in the anode side circulation path is replenished via the makeup water supply mechanism 125, and the amount of water 108 stored in the bottom of the can 120a can be secured. On the other hand, when the outside air blown into the cathode side space 101b by the blower 105 through the filter 126 flows along the cathode electrolysis reaction surface, oxygen reacts with hydrogen ions transmitted through the solid electrolytic element 100 to form steam. Is generated and humidified, and then exhausted to the outside via the pipe 107c.

従って、この実施例123によれば、陽極側循環経路中
で消費される水の消費量に相当する水を補給水給水機構
125を介して補給できるので、陰極側循環経路中に凝縮
器を設けて凝縮水を回収する必要がない。そこで、陰極
側循環経路は、外気を送風機105で陰極側空間101bに送
り込み、高温多湿空気を外部に排出する構成でよく、構
成の簡素化を図ることができる。
Therefore, according to the embodiment 123, the water corresponding to the consumption amount of the water consumed in the anode side circulation path is supplied to the makeup water supply mechanism.
Since the replenishment can be made via the 125, there is no need to provide a condenser in the cathode side circulation path and collect the condensed water. Therefore, the cathode-side circulation path may have a configuration in which the outside air is sent into the cathode-side space 101b by the blower 105 and the high-temperature and high-humidity air is exhausted to the outside, so that the configuration can be simplified.

実施例13. この実施例13では、図18に示すように、配管123の経
路中に取水バルブ127を配設している。なお、その他の
構成は、上記実施例12と同様に構成されている。
Embodiment 13 In this embodiment 13, as shown in FIG. 18, a water intake valve 127 is provided in the pipe 123. The other configuration is the same as that of the twelfth embodiment.

この実施例13によれば、気液接触器120の充填層121中
で流入口120bから送り込まれた気体と対流接触して、温
度降下された水を取水バルブ127を介して外部に取り出
すことができる。そこで、取水バルブ127を介して取り
出した低温の水を飲用水として利用することができ、冷
却装置の用途を拡大することができる。
According to the thirteenth embodiment, in the packed bed 121 of the gas-liquid contactor 120, the gas fed from the inlet 120b is brought into convective contact with the gas, and the water whose temperature has dropped can be taken out through the water valve 127. it can. Therefore, low-temperature water taken out through the water intake valve 127 can be used as drinking water, and the use of the cooling device can be expanded.

この発明は、以上のように構成されているので、以下
に記載されるような効果を奏する。
The present invention is configured as described above, and has the following effects.

この発明よれば、気体が封入された密閉空間と、プロ
トンを選択的に通過させる固体高分子電解質膜の両面に
電極が設けられ、密閉空間を第1および第2の密閉空間
に2分割する固体電解素子と、固体電解素子の第1の密
閉空間側の電極が陽極となるように固体電解素子に直流
電圧を印加する直流電源と、第1の密閉空間内に貯水さ
れた水と、第2の密閉空間に設けられて水蒸気を凝縮す
る凝縮器と、第2の密閉空間で凝縮された水を第1の密
閉空間に返水する通水路と、第1および第2の密閉空間
の気相部間を通気する通気路とを備え、固体電解素子に
直流電圧を印加して、第1の密閉空間側の固体電解素子
の面で水蒸気の電気分解を生じさせ、該電気分解で生成
されたプロトンを固体電解素子を介して第2の密閉空間
側の固体電解素子の面に供給し、第2の密閉空間側の固
体電解素子の面で水の生成反応を生じさせて第1および
第2の密閉空間間に湿度差を発生させ、第1の空間に貯
水されている水の温度を低下させ、温度低下された水に
そって形成された第1の密閉空間の壁面を冷却面とする
電解反応による水蒸発式冷却装置において、冷却面を構
成する第1の密閉空間の壁面が、被冷却体の外面形状に
沿った外面形状に成形されている。そこで、動力を必要
とせずに水蒸気および気体の循環が可能となり、無音化
および小型化でき、冷却面を被冷却体に密接させて高熱
効率で冷却でき、さらに冷媒に水をして、環境保全上問
題のない電解反応による水蒸発式冷却装置が得られる。
According to the present invention, electrodes are provided on both surfaces of a sealed space in which gas is sealed and a solid polymer electrolyte membrane through which protons selectively pass, and the solid space divides the sealed space into first and second sealed spaces. An electrolytic element, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element such that an electrode on the first enclosed space side of the solid electrolytic element becomes an anode, water stored in the first enclosed space, A condenser provided in the closed space for condensing water vapor, a water passage for returning water condensed in the second closed space to the first closed space, and a gas phase in the first and second closed spaces. And a ventilation path for ventilating between the parts, applying a DC voltage to the solid electrolytic element to cause electrolysis of water vapor on the surface of the solid electrolytic element on the side of the first sealed space, which is generated by the electrolysis. Protons are transferred from the solid electrolytic element on the side of the second enclosed space through the solid electrolytic element. To generate a water generation reaction on the surface of the solid electrolytic element on the side of the second sealed space to generate a humidity difference between the first and second sealed spaces, and the water is stored in the first space. In a water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction in which a temperature of water is lowered and a wall surface of a first closed space formed along the water whose temperature has been lowered is used as a cooling surface, a first closed space forming a cooling surface Is formed in an outer shape along the outer shape of the object to be cooled. Therefore, it is possible to circulate water vapor and gas without the need for power, to reduce noise and reduce size, to cool the cooling surface in close contact with the object to be cooled and to cool it with high thermal efficiency, and to add water to the refrigerant to protect the environment. A water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction having no problem is obtained.

また、第1の密閉空間が固体電解素子に面する第1の
空間とこの第1の空間の下方に連通して位置する第2の
空間とで構成され、水を貯水する含水層が第2の空間の
内壁面に上下方向に形成され、含水層にそった第2の空
間の壁面が被冷却体の外面形状に沿った外面形状に成形
されているので、酸素ガスが第1の空間から第2の空間
に流入し、含水層に沿って下降して含水層の表面に低湿
度の環境を形成し、含水層の表面からの水の蒸発を加速
することができる。
Further, the first closed space is constituted by a first space facing the solid electrolytic element and a second space located below and communicating with the first space, and a water-containing layer for storing water is formed by the second space. Is formed in the vertical direction on the inner wall surface of the space, and the wall surface of the second space along the water-containing layer is formed into an outer shape along the outer shape of the object to be cooled, so that oxygen gas is removed from the first space. The water flows into the second space, descends along the water-containing layer, forms a low-humidity environment on the surface of the water-containing layer, and can accelerate the evaporation of water from the surface of the water-containing layer.

また、気体が封入された密閉空間と、プロトンを選択
的に通過させる固体高分子電解質膜の両面に電極が設け
られ、密閉空間を第1および第2の密閉空間に2分割す
る固体電解素子と、固体電解素子の第1の密閉空間側の
電極が陽極となるように固体電解素子に直流電圧を印加
する直流電源と、第1の密閉空間内に貯水された水と、
第2の密閉空間に設けられて水蒸気を凝縮する凝縮器
と、第2の密閉空間で凝縮された水を第1の密閉空間に
返水する通水路と、第1および第2の密閉空間の気相部
間を通気する通気路とを備え、固体電解素子に直流電圧
を印加して、第1の密閉空間側の固体電解素子の面で水
蒸気の電気分解を生じさせ、該電気分解で生成されたプ
ロトンを固体電解素子を介して第2の密閉空間側の固体
電解素子の面に供給し、第2の密閉空間側の固体電解素
子の面で水の生成反応を生じさせて第1および第2の密
閉空間間に湿度差を発生させ、第1の空間に貯水されて
いる水の温度を低下させ、温度低下された水にそって形
成された第1の密閉空間の壁面を冷却面とする電解反応
による水蒸発式冷却装置において、第1の密閉空間に放
熱器を設けた。そこで、動力を必要とせずに水蒸気およ
び気体の循環が可能となり、無音化および小型化でき、
固体電解素子の通電過程で生じるジュール熱を受けて加
熱される酸素ガスが放熱器で冷却されて冷却効率を向上
でき、さらに冷媒に水をして、環境保全上問題のない電
解反応による水蒸発式冷却装置が得られる。
A sealed space in which gas is sealed, and a solid electrolytic element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane for selectively passing protons, and the sealed space is divided into first and second sealed spaces. A DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element such that an electrode on the first closed space side of the solid electrolytic element becomes an anode, and water stored in the first closed space;
A condenser provided in the second closed space for condensing water vapor, a water passage for returning water condensed in the second closed space to the first closed space, and a water passage for the first and second closed spaces. And a ventilation path for ventilating between the gaseous phase portions, and applying a DC voltage to the solid electrolytic element to cause electrolysis of water vapor on the surface of the solid electrolytic element on the first enclosed space side, and to generate the electrolysis. The supplied protons are supplied to the surface of the solid electrolytic element on the side of the second sealed space via the solid electrolytic element, and a water generation reaction is caused on the surface of the solid electrolytic element on the side of the second sealed space to generate the first and A humidity difference is generated between the second enclosed spaces, the temperature of the water stored in the first space is reduced, and the wall surface of the first enclosed space formed along the temperature-reduced water is cooled. In the water evaporation type cooling device based on the electrolytic reaction described above, a radiator was provided in the first closed space. Therefore, circulation of water vapor and gas becomes possible without the need for power, so that silence and miniaturization can be achieved.
Oxygen gas heated by the Joule heat generated during the energization process of the solid electrolytic element is cooled by a radiator to improve the cooling efficiency, and water is added to the coolant to evaporate water by the electrolytic reaction, which has no environmental conservation problems. A type cooling device is obtained.

また、第1の密閉空間が固体電解素子に面する第1の
空間とこの第1の空間の下方に連通して位置する第2の
空間とで構成され、水を貯水する含水層が第2の空間の
内壁面に上下方向に形成され、さらに放熱器が第1の空
間に設けられているので、酸素ガスが第1の空間から第
2の空間に流入し、含水層に沿って下降して含水層の表
面に低湿度の環境を形成し、含水層の表面からの水の蒸
発を加速することができ、さらに固体電解素子の通電過
程で生じるジュール熱を受けて加熱される酸素ガスが放
熱器で冷却されて冷却効率を向上することができる。
Further, the first closed space is constituted by a first space facing the solid electrolytic element and a second space located below and communicating with the first space, and a water-containing layer for storing water is formed by the second space. Since the radiator is formed in the first space in the vertical direction on the inner wall surface of the space and the radiator is provided in the first space, the oxygen gas flows from the first space into the second space and descends along the water-containing layer. Forming a low-humidity environment on the surface of the water-containing layer, accelerating the evaporation of water from the surface of the water-containing layer, and further reducing the oxygen gas heated by the Joule heat generated during the energization process of the solid electrolytic element. It is cooled by the radiator, and the cooling efficiency can be improved.

また、放熱器の外周温度が被冷却体を冷却保持する上
限温度以下の場合には、固体電解素子への給電を停止
し、放熱器で水蒸気の凝縮を行い、放熱器の外周温度が
被冷却体を冷却保持する上限温度を超えた場合には、固
体電解素子への給電を開始して、凝縮器で水蒸気の凝縮
を行うようにしたので、省電力化を図ることができる。
When the outer peripheral temperature of the radiator is equal to or lower than the upper limit temperature at which the object to be cooled is maintained, the power supply to the solid electrolytic element is stopped, water vapor is condensed by the radiator, and the outer peripheral temperature of the radiator is cooled. When the temperature exceeds the upper limit temperature for cooling and maintaining the body, the power supply to the solid electrolytic element is started and the steam is condensed by the condenser, so that power can be saved.

また、含水層が第2の空間の相対する内壁面にそれぞ
れ形成され、含水層にそった第2の空間の相対する壁面
がともに被冷却体の外面形状に沿った外面形状に成形さ
れているので、冷却面積を増加でき、小型化が図られ
る。
Further, the water-containing layer is formed on the opposite inner wall surface of the second space, and the opposite wall surface of the second space along the water-containing layer is formed into an outer surface shape along the outer surface shape of the object to be cooled. Therefore, the cooling area can be increased, and the size can be reduced.

また、含水層にそった第2の空間の相対する壁面の凹
凸が互いにかみ合うように形成されているので、装置の
小型化が図られるとともに、一対の冷却体を凹凸が互い
にかみ合うように装着でき、耐震、対衝撃性に優れた設
備を構成することができる。
In addition, since the unevenness of the opposing wall surfaces of the second space along the water-containing layer is formed so as to mesh with each other, the size of the device can be reduced, and a pair of cooling bodies can be mounted so that the unevenness meshes with each other. This makes it possible to construct equipment with excellent earthquake resistance and shock resistance.

また、第2の空間の底部に水を貯水させ、含水層の下
部を水中に浸漬させ、第2の空間の底部と第2の密閉空
間の底部とを通水路で連結して第2の空間と第2の密閉
空間との間を水封構造とし、さらに第2の空間の底部の
貯水面上部近傍と第2の密閉空間とを通気路で連結した
ので、第2の空間と第2の密閉空間との間に圧力差を生
じさせ、これにより動力および特別な機構を必要とせず
比重量の大きい酸素ガスを第2の密閉空間に送気するこ
とができる。
Further, water is stored in the bottom of the second space, the lower part of the water-containing layer is immersed in water, and the bottom of the second space and the bottom of the second closed space are connected by a water passage to form the second space. A water-seal structure is provided between the second space and the second closed space, and the vicinity of the upper part of the water storage surface at the bottom of the second space and the second closed space are connected by the ventilation path, so that the second space and the second closed space are connected. A pressure difference is created between the second enclosed space and a pressure difference between the second enclosed space and a pressure difference between the second enclosed space and the power supply.

また、第2の密閉空間の頂部に水素ガスを水に変換す
る触媒層が配設されているので、陰極表面で一部の水素
イオンが酸素と反応せずに水素ガスとなって第2の密閉
空間の頂部に溜まっても触媒層がこれを速やかに水に変
換し、水素ガスの滞留による危険性を未然に防止するこ
とができる。
Further, since a catalyst layer for converting hydrogen gas into water is provided at the top of the second closed space, some hydrogen ions do not react with oxygen on the cathode surface to become hydrogen gas, and Even if the catalyst layer accumulates at the top of the closed space, the catalyst layer quickly converts the water into water, and the danger due to the stagnation of hydrogen gas can be prevented.

また、触媒層を通気構造に形成し、通気路出口を第2
の密閉空間の頂部に設け、触媒層を通気路出口に配設し
たので、通気路を通って送気される酸素ガスと水素ガス
とが触媒層内で対向流的に接触させ、水素ガスの消費が
促進されてより安全性が高められる。
In addition, the catalyst layer is formed in a ventilation structure, and the outlet of the ventilation path is set to the second.
Since the catalyst layer is provided at the top of the closed space and the catalyst layer is disposed at the outlet of the ventilation path, the oxygen gas and the hydrogen gas sent through the ventilation path are brought into countercurrent contact with each other in the catalyst layer, and Consumption is promoted and safety is enhanced.

また、触媒層が、白金系金属微粒子、あるいは、金属
酸化物に白金系金属を担持させたもので構成したので、
水素ガスを効率的に水に変換することができる。
In addition, since the catalyst layer was formed of platinum-based metal fine particles or a metal oxide having a platinum-based metal supported thereon,
Hydrogen gas can be efficiently converted to water.

また、固体電解素子が、両面に電極が形成された固体
高分子電解質膜を第1の密閉空間側から第2の密閉空間
側におよび第2の密閉空間側から第1の密閉空間側に交
互に折り曲げてコルゲート状に成形されているので、電
解反応面を著しく増大でき、冷却性能を向上させるとと
もに、小型化を図ることができる。
Further, the solid electrolytic element alternates the solid polymer electrolyte membrane having electrodes formed on both surfaces from the first closed space side to the second closed space side and from the second closed space side to the first closed space side. As a result, the electrolytic reaction surface can be significantly increased, the cooling performance can be improved, and the size can be reduced.

また、陽極が一面に設けられ、かつ、他面に陰極が設
けられたプロトンを選択的に通過させる固体高分子電解
質膜をコルゲートフィン的立体形状に成形された固体電
解素子と、固体電解素子を陽極側空間と陰極側空間とに
区画するように収容し、該陽極側空間に連通する陽極側
流入口および陽極側排出口、該陰極側空間に連通する陰
極側流入口および陰極側排出口が設けられた筐体と、固
体電解素子に直流電圧を印加する直流電源と、蒸発器流
入口および蒸発器排出口を有し内部に貯液されている水
を蒸発させる蒸発器と、凝縮器流入口および凝縮器排出
口を有し水蒸気を凝縮する凝縮器とを備え、蒸発器流入
口および蒸発器排出口と陽極側排出口および陽極側流入
口とをそれぞれ配管を介して連結して陽極側空間と蒸発
器とを循環する陽極側循環経路を構成し、凝縮器流入口
および凝縮器排出口と陰極側排出口および陰極側流入口
とをそれぞれ配管を介して連結して陰極側空間と凝縮器
とを循環する陰極側循環経路を構成し、陽極側循環経路
および陰極側循環経路の少なくとも一方の循環経路に送
風機を配設し、該循環経路内に充填されている気体を送
風機により強制的に循環させるようにしている。そこ
で、電解反応面および熱・物質移動面を乱流域あるいは
層流域に保持して、電解反応および熱・物質移動を高速
で行わせることができ、また固体電解素子をコルゲート
フィン的立体形状に生成して、電解反応面を著しく増大
させ、冷却性能を向上させるとともに、小型化を図るこ
とができ、さらに冷媒に水をして、環境保全上問題のな
い電解反応による水蒸発式冷却装置が得られる。
Further, an anode is provided on one surface, and a solid polymer electrolyte membrane formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape of a solid polymer electrolyte membrane for selectively passing protons provided with a cathode on the other surface, and a solid electrolyte device. An anode-side inlet and an anode-side outlet communicating with the anode-side space are accommodated so as to be partitioned into an anode-side space and a cathode-side space, and a cathode-side inlet and a cathode-side outlet communicating with the cathode-side space are provided. A housing provided, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, an evaporator for evaporating water stored therein having an evaporator inlet and an evaporator outlet, and a condenser flow. A condenser having an inlet and a condenser outlet for condensing water vapor; connecting the evaporator inlet and the evaporator outlet to the anode-side outlet and the anode-side inlet via piping, respectively; Anode circulating between space and evaporator Forming a circulation path, connecting a condenser inlet and a condenser outlet, a cathode side outlet and a cathode side inlet via respective pipes, and forming a cathode side circulation path for circulating the cathode side space and the condenser. A blower is disposed in at least one of the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, and the gas filled in the circulation path is forcibly circulated by the blower. Therefore, the electrolytic reaction surface and heat / mass transfer surface can be maintained in a turbulent or laminar flow region to perform the electrolytic reaction and heat / mass transfer at a high speed, and the solid electrolytic element is formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape. As a result, the size of the electrolytic reaction surface can be significantly increased, the cooling performance can be improved, and downsizing can be achieved. Can be

また、陽極側循環経路は、陽極側送風機の排気側から
陽極側流入口、陽極側空間および陽極側排出口を経て陽
極側送風機の吸気側に至る第1の陽極側循環経路と、陽
極側送風機の排気側から第1の陽極側循環経路と分岐し
て蒸発器流入口、蒸発器および蒸発器排出口を経て陽極
側送風機の吸気側で第1の陽極側循環経路に合流する第
2の陽極側循環経路とから構成され、陰極側循環経路
は、陰極側送風機の排気側から陰極側流入口、陰極側空
間および陰極側排出口を経て陰極側送風機の吸気側に至
る第1の陰極側循環経路と、陰極側送風機の排気側から
第1の陰極側循環経路と分岐して凝縮器流入口、凝縮器
および凝縮器排出口を経て陰極側送風機の吸気側で第1
の陰極側循環経路に合流する第2の陰極側循環経路とか
ら構成されている。そこで、第1の陰極側循環経路内を
循環する気体温度を特別な外部加熱源を用いることなく
凝縮器を冷却する冷媒温度より高温に保持でき、その分
小型化が図れるとともに、第2の陽極側循環経路への熱
の持ち込みが低減でき、その分冷却性能を向上させるこ
とができる。
The anode-side circulation path includes a first anode-side circulation path extending from the exhaust side of the anode-side blower to the intake side of the anode-side blower through the anode-side inlet, the anode-side space and the anode-side outlet, and an anode-side blower. The second anode branches off from the exhaust side of the first anode side circulation path, passes through the evaporator inlet, the evaporator, and the evaporator outlet, and joins the first anode side circulation path on the intake side of the anode side blower. And a cathode circulation path, wherein the cathode circulation path is a first cathode side circulation from the exhaust side of the cathode side blower to the intake side of the cathode side blower through the cathode side inlet, the cathode side space and the cathode side outlet. A first cathode side circulation path from the exhaust side of the cathode side blower to the first cathode side circulation path, and through the condenser inlet, the condenser and the condenser outlet, to the first side on the intake side of the cathode side blower.
And a second cathode-side circulation path which merges with the second cathode-side circulation path. Therefore, the temperature of the gas circulating in the first cathode-side circulation path can be maintained at a higher temperature than the temperature of the refrigerant for cooling the condenser without using a special external heating source, so that the size can be reduced and the second anode can be reduced. The amount of heat brought into the side circulation path can be reduced, and the cooling performance can be improved accordingly.

また、蒸発器は、水を貯液する缶体と、端部を水に浸
漬するようにして該缶体の内壁面に形成された含水層と
から構成され、陽極側送風機により気体を蒸発器流入口
から送り込み含水層の表面に沿って強制流通させるよう
にし、かつ、缶体の含水層の形成されている部位の外面
を被冷却体との熱的に連結する伝熱面としているので、
含水層表面が乱流域あるいは層流域に保持されて、含水
層表面からの水分蒸発が高速化され、被冷却体を高速に
冷却することができる。
Further, the evaporator is composed of a can body for storing water and a water-containing layer formed on the inner wall surface of the can body by immersing the end in water, and the gas is evaporated by an anode-side blower. Since it is forced to flow along the surface of the water-containing layer sent from the inflow port, and because the outer surface of the portion where the water-containing layer of the can is formed is a heat transfer surface that is thermally connected to the cooled object,
The surface of the water-containing layer is held in the turbulent flow region or the laminar flow region, and the evaporation of water from the surface of the water-containing layer is accelerated, so that the object to be cooled can be cooled at a high speed.

また、陽極側循環経路および陰極側循環経路内に充填
される気体は、酸素もしくは酸素富化空気としているの
で、電解反応の高速化が図れるとともに、固体電解素子
を小規模化することができる。
Further, since the gas filled in the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path is oxygen or oxygen-enriched air, the speed of the electrolytic reaction can be increased, and the size of the solid electrolytic element can be reduced.

また、白金系金属触媒層が陰極側循環経路の経路中に
配設され、陰極側循環経路を流通する気体中の水素ガス
を除去するようにしているので、経路中の水素ガス量を
低減でき、安全性を確保することができる。
Further, since the platinum-based metal catalyst layer is disposed in the path of the cathode side circulation path and removes hydrogen gas in the gas flowing through the cathode side circulation path, the amount of hydrogen gas in the path can be reduced. , Safety can be ensured.

また、陽極が一面に設けられ、かつ、他面に陰極が設
けられたプロトンを選択的に通過させる固体高分子電解
質膜をコルゲートフィン的立体形状に成形された固体電
解素子と、固体電解素子を陽極側空間と陰極側空間とに
区画するように収容し、該陽極側空間に連通する陽極側
流入口および陽極側排出口、該陰極側空間に連通する陰
極側流入口および陰極側排出口が設けられた筐体と、固
体電解素子に直流電圧を印加する直流電源と、充填層を
上部空間と下部空間とに上下に区画するように収容し、
該上部空間に連通する排出口および該下部空間に連通す
る流入口が設けられ、底部に水を貯水する気液接触器と
を備え、気液接触器の流入口および排出口と陽極側排出
口および陽極側流入口とをそれぞれ配管を介して連結し
て陽極側空間と気液接触器とを循環する陽極側循環経路
を構成し、陽極側循環経路に送風機を配設し、陽極側循
環経路内に充填されている気体を送風機により強制的に
循環させるようにするとともに、気液接触器の底部と該
気液接触器の上部空間とを水循環回路で連結し、該水循
環回路により気液接触器の底部に貯水されている水を循
環させるようにし、充填層中で水と気体とを向流接触さ
せるようにしている。そこで、電解反応面および熱・物
質移動面を乱流域あるいは層流域に保持して、電解反応
および熱・物質移動を高速で行わせることができ、充填
層中で水を陽極側空間で減湿された気体と向流接触して
効率よく温度降下させることができ、また固体電解素子
をコルゲートフィン的立体形状に生成して、電解反応面
を著しく増大させ、冷却性能を向上させるとともに、小
型化を図ることができ、さらに冷媒に水をして、環境保
全上問題のない電解反応による水蒸発式冷却装置が得ら
れる。
Further, an anode is provided on one surface, and a solid polymer electrolyte membrane formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape of a solid polymer electrolyte membrane for selectively passing protons provided with a cathode on the other surface, and a solid electrolyte device. An anode-side inlet and an anode-side outlet communicating with the anode-side space are accommodated so as to be partitioned into an anode-side space and a cathode-side space, and a cathode-side inlet and a cathode-side outlet communicating with the cathode-side space are provided. Provided housing, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, and housed so as to vertically partition the filling layer into an upper space and a lower space,
An outlet communicating with the upper space and an inlet communicating with the lower space are provided, and a gas-liquid contactor for storing water is provided at the bottom, and the inlet and outlet of the gas-liquid contactor and the anode-side outlet are provided. And the anode-side inlet are connected via pipes to form an anode-side circulation path that circulates the anode-side space and the gas-liquid contactor, and a blower is disposed in the anode-side circulation path, and the anode-side circulation path The gas filled therein is forcibly circulated by a blower, and the bottom of the gas-liquid contactor and the upper space of the gas-liquid contactor are connected by a water circulation circuit, and the gas-liquid contact is performed by the water circulation circuit. The water stored in the bottom of the vessel is circulated, and water and gas are brought into countercurrent contact in the packed bed. Therefore, the electrolytic reaction surface and heat / mass transfer surface can be maintained in a turbulent or laminar flow region to perform the electrolytic reaction and heat / mass transfer at high speed, and to reduce the moisture in the packed bed in the anode space. The temperature can be lowered efficiently by countercurrent contact with the gas, and the solid electrolytic element is formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape, significantly increasing the electrolytic reaction surface, improving cooling performance, and miniaturizing. In addition, a water evaporative cooling device by an electrolytic reaction having no problem in terms of environmental conservation can be obtained by adding water to the refrigerant.

また、水循環回路に被冷却体の冷却水回路を組み入れ
ているので、冷水で被冷却体を冷却でき、適用範囲およ
び応用展開を拡大することができる。
In addition, since the cooling water circuit for the object to be cooled is incorporated in the water circulation circuit, the object to be cooled can be cooled with cold water, and the range of application and application can be expanded.

また、気液接触器に外部から水を補給する給水機構を
設けるとともに、水循環回路の一部に外部に水を取り出
す取水機構を設けたので、陰極側循環経路で水を回収す
る必要がなく、その分構成の簡素化および小型化が図ら
れ、さらに冷水を冷却用のみならず、例えば飲用にも利
用でき、適用範囲および応用展開をさらに拡大すること
ができる。
In addition, since the gas-liquid contactor is provided with a water supply mechanism for replenishing water from the outside and a water intake mechanism for extracting water to the outside in a part of the water circulation circuit, there is no need to collect water in the cathode side circulation path, As a result, the configuration can be simplified and downsized, and the chilled water can be used not only for cooling but also for drinking, for example, and the range of application and application can be further expanded.

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】気体が封入された密閉空間と、プロトンを
選択的に通過させる固体高分子電解質膜の両面に電極が
設けられ、前記密閉空間を第1および第2の密閉空間に
2分割する固体電解素子と、前記固体電解素子の前記第
1の密閉空間側の電極が陽極となるように前記固体電解
素子に直流電圧を印加する直流電源と、前記第1の密閉
空間内に貯水された水と、前記第2の密閉空間に設けら
れて水蒸気を凝縮する凝縮器と、第2の密閉空間で凝縮
された水を前記第1の密閉空間に返水する通水路と、前
記第1および第2の密閉空間の気相部間を通気する通気
路とを備え、前記固体電解素子に直流電圧を印加して、
前記第1の密閉空間側の前記固体電解素子の面で水蒸気
の電気分解を生じさせ、該電気分解で生成されたプロト
ンを前記固体電解素子を介して前記第2の密閉空間側の
前記固体電解素子の面に供給し、前記第2の密閉空間側
の前記固体電解素子の面で水の生成反応を生じさせて前
記第1および第2の密閉空間間に湿度差を発生させ、前
記第1の空間に貯水されている水の温度を低下させ、温
度低下された水にそって形成された前記第1の密閉空間
の壁面を冷却面とする電解反応による水蒸発式冷却装置
において、前記冷却面を構成する前記第1の密閉空間の
壁面が、被冷却体の外面形状に沿った外面形状に成形さ
れていることを特徴とする電解反応による水蒸発式冷却
装置。
1. An electrode is provided on both surfaces of a sealed space in which gas is sealed and a solid polymer electrolyte membrane through which protons selectively pass, and the sealed space is divided into first and second sealed spaces. A solid electrolytic element, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element such that an electrode on the first sealed space side of the solid electrolytic element becomes an anode, and water stored in the first sealed space. Water, a condenser provided in the second enclosed space to condense water vapor, a water passage for returning water condensed in the second enclosed space to the first enclosed space, A ventilation path for ventilating between the gas phase portions of the second sealed space, and applying a DC voltage to the solid electrolytic element,
Electrolysis of water vapor is caused on the surface of the solid electrolytic element on the first closed space side, and protons generated by the electrolysis are passed through the solid electrolytic element to the solid electrolytic element on the second closed space side. Supplying water to the surface of the solid electrolytic element on the side of the second sealed space to cause a water generation reaction to generate a humidity difference between the first and second sealed spaces; A water evaporative cooling device by an electrolytic reaction that lowers the temperature of water stored in the space, and uses a wall surface of the first closed space formed along the water whose temperature has been lowered as a cooling surface. A water evaporation type cooling device by an electrolytic reaction, wherein a wall surface of the first closed space constituting a surface is formed in an outer shape along an outer shape of a cooled object.
【請求項2】第1の密閉空間が固体電解素子に面する第
1の空間とこの第1の空間の下方に連通して位置する第
2の空間とで構成され、水を貯水する含水層が前記第2
の空間の内壁面に上下方向に形成され、前記含水層にそ
った前記第2の空間の壁面が被冷却体の外面形状に沿っ
た外面形状に成形されていることを特徴とする請求項1
記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
2. A water-containing layer for storing water, wherein the first enclosed space is composed of a first space facing the solid electrolytic element and a second space located below and communicating with the first space. Is the second
2. A vertical wall is formed on an inner wall surface of the space, and a wall surface of the second space along the water-containing layer is formed into an outer shape along the outer shape of the object to be cooled.
A water evaporative cooling device according to the above-mentioned electrolytic reaction.
【請求項3】含水層が第2の空間の相対する内壁面にそ
れぞれ形成され、前記含水層にそった前記第2の空間の
相対する壁面がともに被冷却体の外面形状に沿った外面
形状に成形されていることを特徴とする請求項2記載の
電解反応による水蒸発式冷却装置。
3. A water-containing layer is formed on opposite inner wall surfaces of the second space, and both of the opposite wall surfaces of the second space along the water-containing layer have an outer surface shape along the outer surface shape of the object to be cooled. The water-evaporation type cooling device by electrolytic reaction according to claim 2, wherein the cooling device is formed into a shape.
【請求項4】含水層にそった第2の空間の相対する壁面
の凹凸が互いにかみ合うように形成されていることを特
徴とする請求項3記載の電解反応による水蒸発式冷却装
置。
4. The water-evaporation type cooling device by electrolytic reaction according to claim 3, wherein the unevenness of the opposite wall surface of the second space along the water-containing layer is formed so as to mesh with each other.
【請求項5】第2の空間の底部に水を貯水させ、含水層
の下部を前記水中に浸漬させ、前記第2の空間の底部と
前記第2の密閉空間の底部とを通水路で連結して前記第
2の空間と前記第2の密閉空間との間を水封構造とし、
さらに前記第2の空間の底部の貯水面上部近傍と前記第
2の密閉空間とを通気路で連結したことを特徴とする請
求項2記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
5. Water is stored in the bottom of the second space, the lower part of the water-containing layer is immersed in the water, and the bottom of the second space and the bottom of the second closed space are connected by a water passage. A water-seal structure between the second space and the second sealed space,
3. The water evaporation type cooling apparatus by electrolytic reaction according to claim 2, wherein the second closed space and the vicinity of the upper part of the water storage surface at the bottom of the second space are connected to the second closed space by a ventilation path.
【請求項6】第2の密閉空間の頂部に水素ガスを水に変
換する触媒層が配設されていることを特徴とする請求項
2記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
6. A water evaporation type cooling apparatus by electrolytic reaction according to claim 2, wherein a catalyst layer for converting hydrogen gas into water is provided at the top of the second closed space.
【請求項7】触媒層を通気構造に形成し、通気路出口を
第2の密閉空間の頂部に設け、前記触媒層を通気路出口
に配設したことを特徴とする請求項6記載の電解反応に
よる水蒸発式冷却装置。
7. The electrolytic cell according to claim 6, wherein the catalyst layer is formed in a ventilation structure, an outlet of the air passage is provided at the top of the second closed space, and the catalyst layer is disposed at the outlet of the air passage. Water evaporation type cooling device by reaction.
【請求項8】固体電解素子が、両面に電極が形成された
固体高分子電解質膜を第1の密閉空間側から第2の密閉
空間側におよび第2の密閉空間側から第1の密閉空間側
に交互に折り曲げてコルゲート状に成形されていること
を特徴とする請求項2記載の電解反応による水蒸発式冷
却装置。
8. A solid electrolytic device comprising: a solid polymer electrolyte membrane having electrodes formed on both surfaces thereof; a first sealed space from a first sealed space side to a second sealed space side; The water-evaporation type cooling device by electrolytic reaction according to claim 2, characterized in that the cooling device is alternately bent to the side and formed into a corrugated shape.
【請求項9】陽極が一面に設けられ、かつ、他面に陰極
が設けられたプロトンを選択的に通過させる固体高分子
電解質膜をコルゲートフィン的立体形状に成形された固
体電解素子と、前記固体電解素子を陽極側空間と陰極側
空間とに区画するように収容し、該陽極側空間に連通す
る陽極側流入口および陽極側排出口、該陰極側空間に連
通する陰極側流入口および陰極側排出口が設けられた筐
体と、前記固体電解素子に直流電圧を印加する直流電源
と、蒸発器流入口および蒸発器排出口を有し内部に貯液
されている水を蒸発させる蒸発器と、凝縮器流入口およ
び凝縮器排出口を有し水蒸気を凝縮する凝縮器とを備
え、 前記蒸発器流入口および前記蒸発器排出口と前記陽極側
排出口および前記陽極側流入口とをそれぞれ配管を介し
て連結して前記陽極側空間と前記蒸発器とを循環する陽
極側循環経路を構成し、前記凝縮器流入口および前記凝
縮器排出口と前記陰極側排出口および前記陰極側流入口
とをそれぞれ配管を介して連結して前記陰極側空間と前
記凝縮器とを循環する陰極側循環経路を構成し、前記陽
極側循環経路および前記陰極側循環経路の少なくとも一
方の循環経路に送風機を配設し、該循環経路内に充填さ
れている気体を前記送風機により強制的に循環させるよ
うにしたことを特徴とする電解反応による水蒸発式冷却
装置。
9. A solid electrolytic element in which a solid polymer electrolyte membrane having an anode provided on one surface and a cathode provided on the other surface for selectively passing protons is formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape; The solid electrolytic element is housed so as to be divided into an anode space and a cathode space, and an anode inlet and an anode outlet communicating with the anode space, a cathode inlet and a cathode communicating with the cathode space. A housing provided with a side discharge port, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, and an evaporator having an evaporator inlet and an evaporator outlet to evaporate water stored therein. And a condenser having a condenser inlet and a condenser outlet for condensing water vapor, wherein the evaporator inlet and the evaporator outlet, the anode side outlet and the anode side inlet are respectively provided. Connected via piping An anode-side circulation path that circulates the anode-side space and the evaporator is configured, and the condenser inlet and the condenser outlet are connected to the cathode-side outlet and the cathode-side inlet via pipes, respectively. Forming a cathode-side circulation path that circulates the cathode-side space and the condenser, disposing a blower in at least one of the anode-side circulation path and the cathode-side circulation path, Wherein the gas filled in the water is forcibly circulated by the blower.
【請求項10】陽極側循環経路は、陽極側送風機の排気
側から陽極側流入口、陽極側空間および陽極側排出口を
経て陽極側送風機の吸気側に至る第1の陽極側循環経路
と、前記陽極側送風機の排気側から前記第1の陽極側循
環経路と分岐して蒸発器流入口、蒸発器および蒸発器排
出口を経て陽極側送風機の吸気側で第1の陽極側循環経
路に合流する第2の陽極側循環経路とから構成され、陰
極側循環経路は、陰極側送風機の排気側から陰極側流入
口、陰極側空間および陰極側排出口を経て陰極側送風機
の吸気側に至る第1の陰極側循環経路と、前記陰極側送
風機の排気側から前記第1の陰極側循環経路と分岐して
凝縮器流入口、凝縮器および凝縮器排出口を経て陰極側
送風機の吸気側で第1の陰極側循環経路に合流する第2
の陰極側循環経路とから構成されていることを特徴とす
る請求項9記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
10. An anode-side circulation path extending from an exhaust side of an anode-side blower to an intake side of the anode-side blower through an anode-side inlet, an anode-side space, and an anode-side outlet, Branching from the exhaust side of the anode-side blower to the first anode-side circulation path, and joining the first anode-side circulation path at the intake side of the anode-side blower via the evaporator inlet, the evaporator, and the evaporator outlet. The cathode-side circulation path extends from the exhaust side of the cathode-side blower to the intake side of the cathode-side blower through the cathode-side inlet, the cathode-side space, and the cathode-side outlet. 1, a cathode side circulation path, a branch from the exhaust side of the cathode side blower to the first cathode side circulation path, a condenser inlet, a condenser, and a condenser outlet. The second merging into the first cathode side circulation path
The water-evaporation-type cooling apparatus by electrolytic reaction according to claim 9, comprising a cathode-side circulation path.
【請求項11】蒸発器は、水を貯液する缶体と、端部を
前記水に浸漬するようにして該缶体の内壁面に形成され
た含水層とから構成され、陽極側送風機により気体を蒸
発器流入口から送り込み前記含水層の表面に沿って強制
流通させるようにし、かつ、前記缶体の前記含水層の形
成されている部位の外面を被冷却体との熱的に連結する
伝熱面としたことを特徴とする請求項10記載の電解反応
による水蒸発式冷却装置。
11. An evaporator includes a can body for storing water, and a water-containing layer formed on the inner wall surface of the can body by immersing an end of the evaporator in the water. The gas is sent from the inlet of the evaporator and forced to flow along the surface of the water-containing layer, and the outer surface of the portion of the can body where the water-containing layer is formed is thermally connected to the object to be cooled. 11. The water evaporative cooling device based on an electrolytic reaction according to claim 10, wherein the cooling device is a heat transfer surface.
【請求項12】陽極側循環経路および陰極側循環経路内
に充填される気体は、酸素もしくは酸素富化空気である
ことを特徴とする請求項10記載の電解反応による水蒸発
式冷却装置。
12. The water evaporation type cooling apparatus by electrolytic reaction according to claim 10, wherein the gas filled in the anode side circulation path and the cathode side circulation path is oxygen or oxygen-enriched air.
【請求項13】白金系金属触媒層が陰極側循環経路の経
路中に配設され、陰極側循環経路を流通する気体中の水
素ガスを除去するようにしたことを特徴とする請求項9
記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
13. A catalyst according to claim 9, wherein a platinum-based metal catalyst layer is provided in a path of the cathode-side circulation path to remove hydrogen gas in a gas flowing through the cathode-side circulation path.
A water evaporative cooling device according to the above-mentioned electrolytic reaction.
【請求項14】陽極が一面に設けられ、かつ、他面に陰
極が設けられたプロトンを選択的に通過させる固体高分
子電解質膜をコルゲートフィン的立体形状に成形された
固体電解素子と、前記固体電解素子を陽極側空間と陰極
側空間とに区画するように収容し、該陽極側空間に連通
する陽極側流入口および陽極側排出口、該陰極側空間に
連通する陰極側流入口および陰極側排出口が設けられた
筐体と、前記固体電解素子に直流電圧を印加する直流電
源と、充填層を上部空間と下部空間とに上下に区画する
ように収容し、該上部空間に連通する排出口および該下
部空間に連通する流入口が設けられ、底部に水を貯水す
る気液接触器とを備え、 前記気液接触器の前記流入口および前記排出口と前記陽
極側排出口および前記陽極側流入口とをそれぞれ配管を
介して連結して前記陽極側空間と前記気液接触器とを循
環する陽極側循環経路を構成し、前記陽極側循環経路に
送風機を配設し、前記陽極側循環経路内に充填されてい
る気体を前記送風機により強制的に循環させるようにす
るとともに、 前記気液接触器の底部と該気液接触器の上部空間とを水
循環回路で連結し、該水循環回路により前記気液接触器
の底部に貯水されている水を循環させるようにし、 前記充填層中で前記水と前記気体とを向流接触させるよ
うにしたことを特徴とする電解反応による水蒸発式冷却
装置。
14. A solid electrolytic element in which a solid polymer electrolyte membrane having an anode provided on one surface and a cathode provided on the other surface for selectively passing protons is formed into a corrugated fin-like three-dimensional shape; The solid electrolytic element is housed so as to be divided into an anode space and a cathode space, and an anode inlet and an anode outlet communicating with the anode space, a cathode inlet and a cathode communicating with the cathode space. A housing provided with a side discharge port, a DC power supply for applying a DC voltage to the solid electrolytic element, and a filling layer accommodated so as to be vertically divided into an upper space and a lower space, and communicate with the upper space. An outlet and an inlet communicating with the lower space are provided, and a gas-liquid contactor that stores water at a bottom portion is provided, and the inlet and the outlet, the anode-side outlet, and the anode of the gas-liquid contactor are provided. The anode side inlet and The anode side space and the gas-liquid contactor are connected through a pipe to form an anode side circulation path, and a blower is arranged in the anode side circulation path, and the anode side circulation path is filled in the anode side circulation path. And the bottom of the gas-liquid contactor is connected to the upper space of the gas-liquid contactor by a water circulation circuit, and the gas-liquid contactor is connected by the water circulation circuit. A water evaporative cooling device by an electrolytic reaction, wherein the water stored in the bottom of the water is circulated, and the water and the gas are brought into countercurrent contact with each other in the packed bed.
【請求項15】水循環回路に被冷却体の冷却水回路を組
み入れたことを特徴とする請求項14記載の電解反応によ
る水蒸発式冷却装置。
15. The water evaporation type cooling apparatus by electrolytic reaction according to claim 14, wherein a cooling water circuit for the object to be cooled is incorporated in the water circulation circuit.
【請求項16】気液接触器に外部から水を補給する給水
機構を設けるとともに、水循環回路の一部に外部に水を
取り出す取水機構を設けたことをことを特徴とする請求
項14記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
16. The gas-liquid contactor according to claim 14, wherein a water supply mechanism for supplying water from outside is provided, and a water intake mechanism for taking water to the outside is provided in a part of the water circulation circuit. Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction.
JP9536930A 1996-04-15 1996-10-11 Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction Expired - Lifetime JP2914757B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9536930A JP2914757B2 (en) 1996-04-15 1996-10-11 Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8-92670 1996-04-15
JP9267096 1996-04-15
JP9536930A JP2914757B2 (en) 1996-04-15 1996-10-11 Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction
PCT/JP1996/002952 WO1997039294A1 (en) 1996-04-15 1996-10-11 Water evaporation type cooling apparatus by means of electrolytic reaction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2914757B2 true JP2914757B2 (en) 1999-07-05

Family

ID=26434056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9536930A Expired - Lifetime JP2914757B2 (en) 1996-04-15 1996-10-11 Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2914757B2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11149970B2 (en) Cooling systems having an integrated ionic liquid salt dehumidification system
US5687576A (en) Water-evaporation type cooling system based on electrolytic reaction and water-evaporation type cooling method therefor
US20070273024A1 (en) Cooling System with a Bubble Pump
US20100061062A1 (en) Multi-orientational cooling system with a bubble pump
TW201024648A (en) Flat loop heat pipe
US6176098B1 (en) Water vaporization type cooler for heat-generating element
US7913507B2 (en) Electronic equipment cooling system
JP2007066909A (en) Fuel cell system enclosure, and method for operating fuel cell system
JP2005259647A (en) Fuel cell device
JP3207138B2 (en) Water evaporative cooling system
US6282913B1 (en) Water vaporization type cooling apparatus for heat-generating unit
JP2914757B2 (en) Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction
US20090246580A1 (en) Fuel cell and fuel cell system
KR100253899B1 (en) Hydro-evaporation type cooling device by electrolytic reaction
US8835063B2 (en) Evaporative humidifier for fuel cell system
JP2860293B2 (en) Water evaporative cooling device for heating element
JP3083480B2 (en) Electrolytic water evaporative cooling system
JP2007234361A (en) Fuel cell system
JP3071140B2 (en) Water evaporation type cooling device by electrolytic reaction
JP3274075B2 (en) Water evaporation type cooling device using functional film
JP5132581B2 (en) Fuel cell device
JP7007941B2 (en) Fuel cell system
JP2005032718A (en) Fuel cell system
JP2005108658A (en) Direct liquid fuel type fuel cell system and its operation method
JP2020053249A (en) Fuel cell system