JP6262005B2 - 減酸素装置、及び、冷蔵庫 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、減酸素装置、及び、それを用いた冷蔵庫に関するものである。
従来より、CA(Controlled Atmosphere)貯蔵方法には、食品業界で多く用いられているガス置換方法、減圧することで酸素を低減する真空方法、固体体高分子電解質膜を用いて減酸素室の酸素を減少させる固体高分子電解質方法、酸素吸着剤を用いる吸着方法などがある。
この中で固体高分子電解質膜方法を用いた減酸素装置は、アノードで水を電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが固体高分子電解質膜内を移動してカソードに到達し、減酸素室内の酸素と反応して水を生成することで、酸素を減少させる。
特開2004−218924号公報 特開平2013−160486号公報
上記の固体高分子電解質膜方法を用いた減酸素装置においては、アノードと固体高分子電解質膜とカソードが一体に積層されシート状の減酸素セルが用いられている。この減酸素セルを減酸素装置に取り付ける場合に、アノード面とカソード面とを間違って取り付けると減酸素反応が起こらない。しかし、アノード面とカソード面とを見分けることは難しく、減酸素装置に取り付ける場合に誤って取り付けるという問題点があった。
そこで、本発明の実施形態は、減酸素セルのカソード面とアノード面とを見分けて取り付けることができる減酸素装置及びそれを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。
本発明の実施形態は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の面に設けられたカソードと、を有し、前記アノードと前記固体高分子電解質膜と前記カソードを一体に接合したシート状の減酸素セルの形状が、裏表反転非対称形状であり、前記アノードは、前記固体高分子電解質膜の一方の面に対向する一の面を有し、前記カソードは、前記固体高分子電解質膜の他方の面に対向する一の面を有し、前記アノード及び前記カソードは、同一の大きさを有し、前記裏表反転非対称形状とは、前記アノード及び前記カソードのうちのいずれか一方の前記一の面の上に、前記両者のうちの他方を反転させたものの前記一の面を上向きにして積み重ねたときに、前記一方の一の面及び前記他方の一の面の各形状が同一ではない形状である、減酸素装置である。
一実施形態の冷蔵庫の縦断面図。 キャビネットの正面図。 後固定部材を外した状態の減酸素ユニットの背面図。 減酸素装置の縦断面図。 減酸素セルの一部拡大縦断面図。 減酸素ユニットの分解斜視図。 後固定部材の前方から見た斜視図。 給水装置の縦断面図。 (a)は減酸素セルのアノード面を示す図、(b)はカソード面を示す図。 2枚の減酸素セルを製造した状態の図。 2枚のカソード集電体を製造した状態の図。 2枚のアノード集電体を製造した状態の図。
以下、一実施形態の減酸素装置200について図1〜図12に基づいて説明する。本実施形態の減酸素装置200は、冷蔵庫10内にある減酸素室100に設けられている。
(1)冷蔵庫10の構造
冷蔵庫10の構造について図1と図2に基づいて説明する。図1は冷蔵庫10の全体の側面から見た縦断面図であり、図2は冷蔵庫10のキャビネット12の正面図である。
冷蔵庫10のキャビネット12は断熱箱体であって、内箱と外箱とより形成され、その間に断熱材が充填されている。このキャビネット12内部は、上から順番に冷蔵室14、野菜室16、小型冷凍室18及び冷凍室20を有し、小型冷凍室18の横には製氷室21が設けられている。野菜室16と小型冷凍室18及び製氷室21の間には断熱仕切体36が設けられている。冷蔵室14と野菜室16とは水平な仕切体38によって仕切られている。冷蔵室14の前面には、観音開き式の扉14aが設けられ、野菜室16、小型冷凍室18、冷凍室20及び製氷室21にはそれぞれ引出し式の扉16a,18a,20aが設けられている。
キャビネット12の背面底部には、機械室22が設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機24などが載置されている。この機械室22背面上部には、制御板26が設けられている。
冷蔵室14の背面下部から野菜室16の背面において、冷蔵用蒸発器(以下、「Rエバ」という)28が設けられ、その下方には冷蔵用送風機(以下、「Rファン」という)30が設けられている。Rエバ28とRファン30とは、エバカバー15で形成されたRエバ室17に配されている。Rエバ28には、Rエバ28で発生した除霜水を溜める受け皿54が設けられている。
小型冷凍室18の背面から冷凍室20の背面にかけてのFエバ室29には冷凍用蒸発器(以下、「Fエバ」という)32が設けられ、その上方には冷凍用送風機(以下、「Fファン」という)34が設けられている。Rエバ28で冷却された冷気は、Rファン30によって冷蔵室14及び野菜室16に送風される。Fエバ32で冷却された冷気は、Fファン34によって小型冷凍室18、製氷室21、冷凍室20に送風される。
冷蔵室14の背面には、冷蔵室14の庫内温度を検出する冷蔵室用センサ(以下、「Rセンサ」という)31が設けられ、冷凍室20の背面には、冷凍室20の庫内温度を検出する冷凍用センサ(以下、「Fセンサ」という)35が設けられている。
図1に示すように、冷蔵室14には、複数の棚40が設けられ、下部には引出し式のチルド容器42を有するチルド室44が設けられている。このチルド室44は低温室であって、肉や魚を収納する。冷蔵室14の扉14aの背面には複数のドアポケット46が設けられている。野菜室16には、引出し式の野菜容器48が設けられている。
図1と図2に示すように、野菜室16の天井部に当たる仕切体38には、減酸素室100が吊り下げられている。減酸素室100には、引き出し式の減酸素容器102が引き出し自在に収納され、この減酸素容器102の前面には扉104が設けられ、図2に示すように減酸素室100の背面106には取り付け孔108が開口し、この取り付け孔108に減酸素装置200が取り付けられている。
制御板26に設けられたマイクロコンピュータよりなる制御部には、Rファン30、Fファン34、圧縮機24,Rセンサ31、Fセンサ35、減酸素装置200が接続されている。
(2)減酸素装置200
減酸素装置200について、図3〜図9に基づいて説明する。減酸素装置200は、減酸素セル204と、減酸素セル204を収納した減酸素ユニット202と、減酸素ユニット202の下方に設けられた給水装置300を有する。なお、各部材の厚みは薄いものであるが、図3〜図9において説明を判り易くするために、その厚みは拡大して記載している。
減酸素セル204は、図5に示すように固体高分子電解質膜(以下、単に「電解質膜」という)206と、電解質膜206の後部に設けられたアノード208と、電解質膜206の前部に設けられたカソード210とを有する。カソード210は、カーボン触媒とカーボンペーパーを積層したものであり、アノード208とカソード210には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜206、アノード208及びカソード210がホットプレスなどを用いて一体に接合して、シート状の減酸素セル204が形成されている。アノード208の後方には、アノード集電体212が設けられ、カソード210の前方にはカソード集電体214が設けられている。両集電体212、214は、それぞれ気体が通過するためのスリット状の開口部216,218を有している。そして、制御部は、アノード集電体212によってアノード208にプラス通電を行い、カソード集電体214によってカソード210にマイナス通電を行う。また、両集電体212,214が接触しないようにするために、額縁状の絶縁体220が両集電体212,214の間に設けられている。アノード集電体212側には、水制限膜228が積層されている。この水制限膜228は、フィルム状であって、水蒸気量を予め定めた所定の水蒸気量に制限してアノード208に送る。
次に、シート状の減酸素セル204の形状について図9に基づいて説明する。減酸素セル204を減酸素装置200に組み込む場合に、アノード208側の面(以下、「アノード面」という)とカソード210側の面(以下、「カソード面」という)とを間違って取り付けると、減酸素装置200は動作しない。そのため、本実施形態ではシート状の減酸素セル204は、図9に示すように裏表反転非対称形状に形成されている。本明細書において「裏表反転非対称形状」とは、減酸素セル204のカソード面とアノード面とを反転させても同一形状でなく、取り付ける作業者がアノード面とカソード面とを簡単に見分けることができる形状を言う。
減酸素セル204のアノード面は、図8(a)に示すように長方形2041の右上端から突片2042が延設された六角形に形成され、6個の角部A〜Fにおいて、点Aの第1角部、点Cの第3角部、点Dの第4角部が90°に形成され、点Eの第5角部が150°、点Fの第6角部が210°に形成されている。また、減酸素セル204の辺aと辺cと平行であり、辺bと辺dとが平行であり、辺bと辺fとが平行であり、辺eのみ各辺に対し傾斜している。
減酸素セル204のカソード面は、アノード面を裏返したものであり、図8(b)に示すように点Bと点Cが左側に位置し、長方形2041の左側上部から突片2042が延設されている。これにより、減酸素セル204のカソード面とアノード面とは突片2042の位置によって簡単に見分けることができる。
なお、減酸素セル204は、額縁状の絶縁体220によって押さえるために6個の縁部にはフランジ部230が形成されている。
アノード集電体212も減酸素セル204と同一形状、同一の大きさであり、アノード集電体212の長方形部分の下部右側部からアノード電極236が突出している。
カソード集電体214も減酸素セル204と同一形状、同一の大きさであり、カソード集電体214の長方形部分の上部右側部からカソード電極238が突出している。
額縁状の絶縁体220は、減酸素セル204のフランジ部230と同一の形状、同一の大きさに形成されている。
水制限膜228も減酸素セル204と同一形状である。
上記のように水制限膜228、アノード集電体212、減酸素セル204、絶縁体220、カソード集電体214を順番に積み重ね、図6に示すように長方形の板状の前固定部材226と後固定部材224によって挟持し、ネジ240によって固定する。
前固定部材226は、図3に示すように、カソード210側に取り付けられるものであり、減酸素セル204の形状に対応してスリット状の開口部234が上下方向に貫通している。また、減酸素セル204などを積み重ねた状態で、かつ、その位置で保持するために、減酸素セル204よりやや大きい相似形の第1リブ242が突出している。すなわち、第1リブ242は、減酸素セル204の辺a、辺b、辺c、辺d、辺e、辺fよりもやや外方に突出し、辺cにおいては、アノード電極236とカソード電極238が突出するための切り欠き部244,246が設けられている。第1リブ242の外方に後固定部材224をネジ240で固定するためのネジ孔248が複数個開口している。ネジ孔248の外方には後固定部材224を位置決めするための第2リブ250が四角形状に突出している。
後固定部材224は、図6に示すように前固定部材226よりも一回り小さい直方体形状であり、この四角形状に形成された第2リブ250内方に固定できる。図7に示すように、後固定部材224の減酸素セル204に対応する位置には上下方向にスリット状の複数の開口部232が貫通している。後固定部材224には、減酸素セル204の形状に対応した収納凹部260と、この収納凹部260の外方であって、前固定部材226の第1リブ242に対応した位置に溝258が設けられている。さらに収納凹部260の外周には、ネジ孔262が貫通している。
図4に示すように、後固定部材224のネジ孔262と前固定部材226のネジ孔248にネジ240を螺合して固定した状態で、不織布よりなる給水シート222を後固定部材224の後方に配し、ケース252で固定する。このケース252は前固定部材226の後部に後固定部材224を覆うようにして、減酸素室100の背面106にある取り付け孔108にネジ254で固定する。このときに給水シート222は、ケース252の下部から下方に垂れ下がる。
これによって、減酸素セル204、アノード集電体212、カソード集電体214、絶縁体220、水制限膜228を後固定部材224と前固定部材226によって挟持し、給水シート222を後固定部材224の裏面側にケース252によって取り付けた減酸素ユニット202が完成する。
(3)給水装置300
次に、給水装置300について図8に基づいて説明する。
給水装置300は、給水本体302を有し、この給水本体302は、横長の直方体の箱体である。給水本体302は、その内部において区画壁304によって上下に区画され、上部が浄水区画306、下部が吸い上げ区画308を構成している。給水本体302の左端部上面、すなわち浄水区画306の上面には、給水パイプ318が接続されている。この給水パイプ318には、冷蔵庫10のRエバ28から発生した除霜水が受け皿54を介して送り込まれる。
区画壁304は、図8に示すように給水パイプ318が接続されている部分から下方に向かって傾斜し、右端部において吸い上げ区画308に通じる給水孔310が形成されている。浄水区画306内部には、イオン交換樹脂よりなる浄水部312が設けられている。この浄水部312を設けることにより、Rエバ28から供給された除霜水の水質による影響を取り除くことができ、減酸素ユニット202の劣化を防止できる。すなわち、除霜水は、Rエバ28に付着した霜であり、またドレンパンに集められているため、金属イオンが含まれている。そのため、給水シート222を構成する合成樹脂繊維の加水分解を助長する可能性があるため、この浄水部312を設けることにより、除霜水の水質による影響を取り除くことができる。
吸い上げ区画308は、給水孔310から供給された水を溜めるための貯水タンク314を有している。また、吸い上げ区画308の左端部には排水パイプ320が設けられている。この排水パイプ320と貯水タンク314との間には、仕切り壁316が設けられている。給水孔310から給水された除霜水は、貯水タンク314に溜まる。この貯水タンク314は中央が凹み、上記で説明した減酸素ユニット202の給水シート222の下部が浸され、給水シート222はこの溜まった水を吸い上げる。貯水タンク314の水の量が多くなり仕切り壁316を超えると、排水パイプ320から不図示の蒸発皿に水が排水される。なお、横長の直方体である給水本体302において、吸い上げ区画308は、浄水区画306よりも前方に突出し、この吸い上げ区画308の前方に突出した天井面から給水シート222が引き出されている。
この給水シート222は、上記したように不織布より形成され、給水シート222の下端が貯水タンク314に溜まった水に浸されている場合には、この水を吸い上げ、気体状の水(水蒸気)をアノード208に供給する。
(4)減酸素装置200の動作状態
減酸素装置200の動作状態について説明する。
減酸素室100に食品を収納すると、制御板26の制御部が、両集電体212,214に通電を開始する。減酸素室100の空気は、前固定部材226の開口部234を経て減酸素ユニット202に流入し、両集電体212,214が通電されているので、アノード208とカソード210では次の式(1)と式(2)のような減酸素反応が行なわれる。

アノード・・・2HO→O+4H+4e ・・・(1)

カソード・・・O+4H+4e→2HO ・・・(2)

この式(1)と式(2)の減酸素反応を説明すると、給水シート222からの水蒸気が、後固定部材224の開口部232を通り水制限膜228を経てアノード208に至る。この水蒸気はアノード208で電気分解され水素イオン(プロトンH)が作られ(式(1)参照)、その水素イオンが電解質膜116内を移動してカソード210に到達し、減酸素室100から流入した空気に含まれる酸素と反応して水を生成し、酸素を消費する(式(2)参照)。これにより減酸素室100内の減酸素が行われ、食品をCA貯蔵できる。
(5)減酸素装置200の組み立て方法
本実施形態の減酸素装置200を作業者が組み立て方法について図6に基づいて説明する。
第1に、作業者は、長方形状の前固定部材226の第1リブ242で囲まれた部分にカソード集電体214を載置する。このときに作業者は、カソード電極238が切り欠き244から突出するように載置する。カソード集電体214は裏表反転非対称形状であるため、作業者は、第1リブ242で囲まれた空間に裏返しで載置することがない。
第2に、作業者は、カソード集電体214の上に額縁状の絶縁体220を載置する。
第3に、作業者は、額縁状の絶縁体220の上にシート状の減酸素セル204を載置する。この場合に、減酸素セル204は裏表反転非対称形状であるため、作業者は、カソード面を下に、アノード面が上になるように間違いなく載置できる。
第4に、作業者は、アノード集電体212を減酸素セル204の上に載置する。この場合に、アノード集電体212も減酸素セル204と同一形状であるため、作業者は、裏表間違うことなく載置でき、また、アノード電極236が切り欠き部246から突出して組み込むことができる。
第5に、作業者は、水制限膜228をアノード集電体212の上に載置する。
第6に、作業者は、後固定部材224を水制限膜228の上に載置する。この場合に、後固定部材224には、第1リブ242に対応した溝258が設けられていると共に、第2リブ250の内方に載置することにより、作業者は、前固定部材226に対し位置決めを行うことができる。
第7に、作業者は、上記のようにして組み立てた後、ネジ240をネジ孔262,248に螺合することにより後固定部材224と前固定部材226を固定する。後固定部材224と前固定部材226によって減酸素セル204などを挟持した状態で、図4に示すように収納凹部260の深さが、水制限膜228、アノード集電体212、減酸素セル204、絶縁体220、カソード集電体214を重ねた厚みよりも薄いため、収納凹部260の底面で重ねた各部材を前固定部材226に確実に押圧して固定できる。なお、重ねた部材の厚みよりも収納凹部260の深さが薄い分だけ、後固定部材224は前固定部材226から浮いた状態で固定される。
第8に、作業者は、アノード電極236とカソード電極238の丸孔に、制御板26から電気が流れるように電気コードを接続する。
第9に、作業者は、給水シート222を後固定部材224の後方に配し、ケース252で固定する。このときに、作業者は、ケース252は前固定部材226の後部に後固定部材224を覆うようにして、減酸素室100の背面106にある取り付け孔108にネジ254で固定する。これにより、減酸素ユニット202が完成する。
最後に、作業者は、減酸素ユニット202に給水装置300を固定する。
(6)減酸素セル204などの製造方法
次に、減酸素セル204、アノード集電体212、カソード集電体214の製造方法について図9〜図12に基づいて説明する。
シート状の減酸素セル204を構成する電解質膜206、アノード208、カソード210の各部品は、シート状の長方形状に製造した後、図9及び図10に示すように上下方向に、かつ、その正面形状が裏表反転非対称形状になるように切断する。その後、切断された各部品を重ねてホットプレスなどを用いて一体に接合することでシート状の減酸素セル204を形成する。これによって、各減酸素セル204は裏表反転非対称形状であるにも係わらず、2枚1組で長方形に製造でき、材料を無駄なく使用できる。
金属製のカソード集電体214についても、図11に示すように、2枚1組となるようにカソード集電体214の開口部218やカソード電極238の部分を製造し、その後に切断することにより、材料を無駄なく有効に使用できる。
金属製のアノード集電体212についても、図12に示すように、2枚1組となるようにアノード集電体212の開口部216やアノード電極236の部分を製造し、その後に切断することにより、材料を有効に使用できる。
(7)効果
本実施形態によれば、減酸素セル204は、裏表反転非対称形状であるため、アノード面とカソード面とが一目で判り、前固定部材226に組み込む場合にアノード面とカソード面とを誤って組み込むことがない。
また、前固定部材226には、第1リブ242が設けられているため、この第1リブ242内に減酸素セル204などを組み込むことにより、より確実に組み立て作業を行うことができる。
また、前固定部材226の第1リブ242に、カソード集電体214、絶縁体220、減酸素セル204、アノード集電体212、水制限膜228を組み込み、後固定部材224をネジ止めするだけであるため、組み込み作業をスムーズで確実に行うことができる。
また、減酸素セル204などは第1リブ242内部で位置決めされているため、各部品がずれたりしない。
また、2枚1組で減酸素セル204、アノード集電体212、カソード集電体214を製造することにより、材料の無駄なく有効に使用でき、コストを低く抑えることができる。
また、減酸素セル204の6個の角部は全て90°以上の直角又は鈍角であるため、減酸素セル204を型抜きにして金型から製造する場合に、鋭角で角部を作るよりも型抜きが行いやすい。また、減酸素セル204の取り付け時に、鋭角の角部がないため折れ曲がったりしない。
(8)変更例
上記実施形態では、減酸素装置200を備えた減酸素室100を冷蔵庫10に設けたが、これに代えて他の食品の貯蔵庫に取り付けてもよい。
また、上記実施形態では減酸素セル204の裏表反転非対称形状として図8で示すような形状で説明したが、これに限らず、減酸素セル204の形状が六角形であって、6個の角部の角度の中で第1角度、第2角度、第3角度、第4角度が90°であり、第5角度が90°以上180°未満であり、第6角度が180°以上210°未満であってもよい。また、シート状の減酸素セル204は裏表反転非対称形状であれば、上記形状に限らない。
上記実施形態では、アノード集電体212から長方形状のアノード電極236が突出し、カソード集電体214から長方形状のカソード電極238が突出していたが、これに代えてアノード集電体212及びカソード集電体214に電気コードを直接ハンダなどで取り付けてもよい。
前固定部材226の第1リブ242と第2リブ250は、後固定部材224に設けてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10・・・冷蔵庫、100・・・減酸素室、102・・・減酸素容器、200・・・減酸素装置、202・・・減酸素ユニット、204・・・減酸素セル、212・・・アノード集電体、214・・・カソード集電体、220・・・絶縁体、222・・・給水シート、224・・・後固定部材、226・・・前固定部材、228・・・水制限膜、242・・・第1リブ、250・・・第2リブ

Claims (9)

  1. 固体高分子電解質膜と、
    前記固体高分子電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、
    前記固体高分子電解質膜の他方の面に設けられたカソードと、
    を有し、
    前記アノードと前記固体高分子電解質膜と前記カソードを一体に接合したシート状の減酸素セルの形状が、裏表反転非対称形状であり、
    前記アノードは、前記固体高分子電解質膜の一方の面に対向する一の面を有し、
    前記カソードは、前記固体高分子電解質膜の他方の面に対向する一の面を有し、
    前記アノード及び前記カソードは、同一の大きさを有し、
    前記裏表反転非対称形状とは、前記アノード及び前記カソードのうちのいずれか一方の前記一の面の上に、前記両者のうちの他方を反転させたものの前記一の面を上向きにして積み重ねたときに、前記一方の一の面及び前記他方の一の面の各形状が同一ではない形状である、
    減酸素装置。
  2. 前記アノードに通電するアノード集電体と、
    前記カソードに通電するカソード集電体と、
    を有し、
    前記アノード集電体と前記カソード集電体とが、前記減酸素セルと同一形状である、
    請求項1に記載の減酸素装置。
  3. 前記アノード集電体と前記減酸素セルと前記カソード集電体とを重ねた状態で、前後一対の前固定部材と後固定部材に挟持され、
    前記アノード集電体と前記減酸素セルと前記カソード集電体とを重ねた状態で位置を保持する第1リブが、前記前固定部材又は前記後固定部材のどちらか一方から突出している、
    請求項2に記載の減酸素装置。
  4. 前記前固定部材又は前記後固定部材のどちらか一方に、前記前固定部材に対する前記後固定部材を位置決めするための第2リブが突出している、
    請求項3に記載の減酸素装置。
  5. 2枚の前記減酸素セルを同一平面上に接触させて並べた形状が矩形である、
    請求項1に記載の減酸素装置。
  6. 前記減酸素セルの各角部の角度が、全て90°以上である
    請求項1に記載の減酸素装置。
  7. 前記減酸素セルの形状が六角形であって、6個の角部の角度の中で第1角度、第2角度、第3角度、第4角度が90°であり、第5角度が90°以上180°未満であり、第6角度が180°以上270°未満である、
    請求項6に記載の減酸素装置。
  8. 前記カソード側が減酸素室に取り付けられた、
    請求項1乃至7のいずれか一項に記載の減酸素装置。
  9. 請求項8記載の前記減酸素室が内部に設けられた、
    冷蔵庫。
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