JP3844859B2

JP3844859B2 - 除湿装置

Info

Publication number: JP3844859B2
Application number: JP31008297A
Authority: JP
Inventors: 村光宏中; 本秀幸塚; 泉三之今; 輝昭生田目; 藤誠一佐; 松得滋横; 井英男永; 田憲朗光; 内四郎山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH11137946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学素子を用いた除湿装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の除湿装置は、例えば図３に示すように、水を電気分解して酸素を発生する陽極１と、水素イオンと酸素を反応させて水もしくは水蒸気を発生する陰極２との間に、水素イオン交換膜となる固体高分子電解質膜３が挟持された積層構造の電気化学素子Ｅを用いるのが一般的であり、当該素子Ｅは、その周辺部を陽極１と陰極２の各電極面１ａ，２ａに積層して装着される一対の給電体４及び４により挟持した状態で、その周辺部が絶縁性樹脂フレーム５で締め付けられると共に、当該樹脂フレーム５の周辺部を接着剤で固定してガスシールされている。そして、陽極１と陰極２は、それぞれの電極面１ａ，２ａに積層して装着された給電体４及び４を介して所定の直流電圧を印加する外部電源６に接続されるようになっている。
【０００３】
また、陽極１と陰極２は、いずれも多孔質基材で形成されると共に、それぞれその一部が固体高分子電解質膜３の表面に食い込んだ状態になっており、両電極１及び２間に外部電源６から直流電圧を印加すると、陽極１では、水を電気分解する次式（１）の反応が起こって、陽極１側に形成した被除湿空間７内の雰囲気が除湿されると同時に、酸素が富化される。
２Ｈ₂Ｏ → Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- ・・・・・（１）
【０００４】
そして、このとき発生する水素イオン（Ｈ⁺）が、陽極１側から固体高分子電解質膜３を通じて陰極２側へ移行すると共に、電子（ｅ^-）が、外部電源６の回路を通じて陰極２へ達し、その陰極２では、水素イオンと酸素が反応して水もしくは水蒸気を発生する次式（２）の反応が起こって、陰極２側に形成した被加湿空間８内の雰囲気が加湿されると同時に、酸素が除去される。
Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→ ２Ｈ₂Ｏ・・・・・（２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような除湿装置にあっては、被除湿空間７と被加湿空間８との間における湿度差が大きすぎると、被加湿空間８内の空気中に含まれる水蒸気が陰極２側から固体高分子電解質膜３を透過して陽極１側へ浸透してくるため、陽極１では水を電気分解する前記（１）式の反応が絶え間なく起こり、その結果として、被除湿空間７では酸素が異常に増え続ける。
【０００６】
このため、被除湿空間７が食品その他の保管物を収容する保管庫の庫内である場合は、その庫内に酸素ガスが高濃度で充満して、陽極１から発生する活性な酸素や副次的に発生するオゾン等で食品等の酸化が促進され、また、庫内が気密構造になっている場合は、酸素ガスの蓄積により庫内の内圧が上昇して保管庫の一部を破損に至らしめるおそれがあると共に、支燃性の酸素ガスの増加に伴って保管物の引火性ないし発火性を増大させる危険がある。
【０００７】
そこで本発明は、除湿装置の除湿性能を損なうことなく、被除湿空間内における酸素富化を抑制することを技術的課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、水を電気分解して酸素を発生する陽極と、水素イオンと酸素を反応させて水もしくは水蒸気を発生する陰極との間に、水素イオン交換膜となる固体高分子電解質膜が挟持された積層構造の電気化学素子を用いる除湿装置において、被除湿空間に向けて配される前記電気化学素子の陽極側に、水蒸気は透過するが酸素は透過しない膜体によって前記陽極と被除湿空間との間を隔絶する遮蔽室が形成されると共に、当該遮蔽室の周辺部に、前記陽極から発生した酸素を外部に放出する微細孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、電気化学素子の陽極で水を電気分解して発生した酸素が、陽極の電極面と被除湿空間との間を酸素を透過しない膜体で隔絶した遮蔽室内に封じられ、その遮蔽室の周辺部に形成された微細孔を通じて外部に放出されるので、被除湿空間内での酸素富化が抑制される。
また、陽極の電極面と被除湿空間との間を隔絶する膜体は、酸素を透過しないが水蒸気は透過するので、被除湿空間内の水蒸気が遮蔽室内へ移行して陽極で電気分解され、被除湿空間内の雰囲気が除湿される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明による除湿装置の一例を示す断面図である。なお、図３に示す従来装置との対応部分については同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００１１】
図１及び図２に示す本発明の除湿装置は、電気化学素子Ｅの陽極１と陰極２が、それぞれ厚さ 0.06mm 、有効膜面積 100×100mm のチタンメッシュシートに、厚さ１μｍの白金メッキを施した多孔質基材で構成されている。
【００１２】
また、陽極１と陰極２との間に挟持される固体高分子電解質膜３は、厚さ 170μｍのナフィオン膜（Nafion：デュポン社の商品名）が用いられ、予めナフィオン溶液（５重量％水アルコール溶液）に白金黒を混合した溶液を塗布、乾燥して、単位面積当たり 0.5mg／cm²の白金黒が陽極及び陰極面に担持させてある。
【００１３】
そして、陽極１と陰極２との間に固体高分子電解質膜３を挟み、それらを温度 170℃、50kg／cm²の圧力でホットプレスして接合した後、陽極１と陰極２の電極面１ａ，２ａの周辺部にそれぞれ外部電源６に接続される給電体４，４を装着させて、絶縁性樹脂フレーム５に嵌め付け、当該樹脂フレーム５の周辺部をガスシールして固定することにより、電気化学素子Ｅが形成される。
【００１４】
次に、その電気化学素子Ｅが、陽極１を被除湿空間７に向けて配設されると共に、その陽極１側に、水蒸気は透過するが酸素は殆ど透過しない膜体１０によって陽極１の電極面１ａと被除湿空間７との間を隔絶する遮蔽室９が形成されている。
【００１５】
図１の遮蔽室９は、膜体１０の周辺部をガスシールして接合した樹脂フレーム１１を電気化学素子Ｅの周辺部である絶縁性樹脂フレーム５の周辺部に沿って接着剤で固定して形成されると共に、樹脂フレーム１１の一部に電気化学素子Ｅの陽極１から発生した酸素を外部に放出する微細孔１２が形成されている。
【００１６】
膜体１０は、厚さ 0.05mm のナフィオン膜が用いられ、そのナフィオン膜が電気化学素子Ｅの陽極１の電極面１ａと一定の間隔を保って平行に対峙するように配されている。また、微細孔１２は、遮蔽室９の周辺部を成す樹脂フレーム１１に穿設した直径１mm程度の貫通孔で形成されている。電気化学素子Ｅの陽極１の電極面１ａと膜体１０との間の間隔は、通常２〜10mm程度に選定されるが、膜体１０の有効膜面積に応じて適宜に変更される。
【００１７】
なお、図２の遮蔽室９は、その周辺部が酸素やオゾン等のガスを透過する多数の微細孔１３を有した多孔質膜体１４で形成されている点において図１の遮蔽室９と相違し、多孔質膜体１４としては、例えば孔径 0.6μｍの微細孔１３を有する発水性のテフロン膜（ＰＴＦＥ膜）等が用いられている。
また、図１に示す遮蔽室９の周辺部を成す貫通孔を形成した樹脂フレームに替えて、たとえば 0.2〜 0.6mmの狭隙を有する金属フレームを使用することもできる。
【００１８】
以上が、図１及び図２に示す本発明装置の構成であり、次に、その作用効果について説明する。
図４に示す従来装置に、図１及び図２の本発明装置に係る電気化学素子Ｅと同一の素子Ｅを適用して、当該素子Ｅに直流電圧３Ｖを印加する除湿実験を行ったところ、その従来装置によれば、周辺環境が室温20℃、湿度90％の条件下で、被除湿空間７内における酸素ガス増加量は 0.4リットル／hrであった。
これに対し、図１及び図２の本発明装置によれば、電気化学素子Ｅの陽極１から発生する酸素が、遮蔽室９の内部から微細孔１２又は１３を通じて外部に放出されると共に、酸素を透過しない膜体１０によって被除湿空間７内への侵入を阻止されるので、被除湿空間７内における酸素ガスの増加は略０に抑制された。
【００１９】
一方、除湿性能に関しては、図１及び図２の本発明装置は、被除湿空間７内の水蒸気が、その被除湿空間７内と水蒸気を透過させる膜体１０を挟んで隣接する遮蔽室９内との間に生ずる湿度勾配によって、絶え間なく被除湿空間７内から遮蔽室９内へ移行して来るため、前記除湿実験に供した図４の従来装置と略同じく 7.0cc／hrの除湿性能（相対湿度90％から10％に低下させる除湿能力）が得られ、陽極１の電極面１ａと被除湿空間７との間を膜体１０で隔絶しても、電気化学素子Ｅの除湿性能は損なわれないことが確認された。
【００２０】
また、図１及び図２に示す本発明装置のように、電気化学素子Ｅの陽極１と被除湿空間７との間に、陽極１から発生する酸素ガスによって陽圧状態となる遮蔽室９の空間が形成されていると、その陽圧空間の圧力差による作用により、被加湿空間８内の水蒸気が遮蔽室９の一部に配置された微細孔１２又は１３から侵入する作用も抑制されるため、電気化学素子Ｅの除湿性能が損なわれない。
【００２１】
なお、電気化学素子Ｅの陽極１及び陰極２を構成する多孔質基材は、上記チタンメッシュシートに限るものではなく、ニッケル、タンタル、ステンレス、カーボン等を繊維シート状に成形したものや、多孔性を保ちながらシート状に形成したものを用いることもできる。
【００２２】
また、図２に示す多孔質膜体１４としては、テフロン、ポリプロピレン又はポリエステル等の有機高分子材料、若しくはガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維又はムライト繊維等のセラミックス材料で成形されたもの等が用いられる。
【００２３】
また、図示は省略するが、図１及び図２の膜体１０を成す固体高分子電解質膜は、吸湿性に富むため高湿度環境では膨潤して著しく変形するので、その片面，両面若しくは内部に、前記多孔質膜体１４と同様に水蒸気を透過させる多数の微細孔を有した補強用多孔質膜体を添着すると、膜体１０の機械的強度が補強されて、その膜体１０が破損するおそれもなくなる。
機械的な補強効果の高い補強用多孔質膜体としては吸湿性がなく、固体高分子電解質膜が膨潤しても殆ど変形しないテフロンの多孔質膜体が適している。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による除湿装置は、被除湿空間内の雰囲気を除湿する際に電気化学素子の陽極から発生した酸素が被除湿空間内に蓄積充満することがないから、従来装置のように被除湿空間内の酸素ガス濃度が高まってその空間内に保管された各種保管物の発火性や引火性が増大するという危険が解消されると同時に、陽極から発生する活性な酸素や副次的に発生するオゾン等によって保管物が酸化したり変質するおそれも解消されるという大変優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による除湿装置の一例を示す断面図。
【図２】本発明による除湿装置の一例を示す断面図。
【図３】従来の除湿装置を示す断面図。
【符号の説明】
Ｅ・・・・・電気化学素子
１・・・・・陽極
２・・・・・陰極
３・・・・・固体高分子電解質膜
７・・・・・被除湿空間
９・・・・・遮蔽室
１０・・・・・膜体
１２・・・・・微細孔
１３・・・・・微細孔
１４・・・・・多孔質膜体

Claims

水を電気分解して酸素を発生する陽極と、水素イオンと酸素を反応させて水もしくは水蒸気を発生する陰極との間に、水素イオン交換膜となる固体高分子電解質膜が挟持された積層構造の電気化学素子を用いる除湿装置において、
被除湿空間（７）に向けて配される前記電気化学素子（Ｅ）の陽極（１）側に、水蒸気は透過するが酸素は透過しない膜体（１０）によって前記陽極（１）と被除湿空間（７）との間を隔絶する遮蔽室（９）が形成されると共に、当該遮蔽室（９）の周辺部に、前記陽極（１）から発生した酸素を外部に放出する微細孔（１２，１３）が形成されていることを特徴とする除湿装置。
前記膜体（１０）が、固体高分子電解質膜である請求項１記載の除湿装置。
固体高分子電解質膜から成る前記膜体（１０）の片面，両面若しくは内部に、水蒸気を透過させる多数の微細孔を有した補強用多孔質膜体が添着されている請求項２記載の除湿装置。
前記補強用多孔質膜体が、多数の微細孔を有するテフロンシートである請求項３記載の除湿装置。
前記微細孔（１２）が、前記遮蔽室（９）の周辺部を成す樹脂フレーム（１１）に穿設された貫通孔である請求項１記載の除湿装置。
前記微細孔が、前記遮蔽室（９）の周辺部を成す金属フレームが有する狭隙である請求項１記載の除湿装置。
前記微細孔（１３）が、前記遮蔽室（９）の周辺部を成す多孔質膜体（１４）が有する微細孔である請求項１記載の除湿装置。
前記多孔質膜体（１４）が、テフロン、ポリプロピレン又はポリエステル等の有機高分子材料、若しくはガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維又はムライト繊維等のセラミックス材料で成形されている請求項７記載の除湿装置。