JPH0356148A - イオン交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、イオン交換装置、例えば除湿装置などに用
いられるイオン交換装置に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は例えば特開昭６１−　２１６７１４号公報に示
された従来のイオン交換装置を示す構成図であり、図に
おいて、符号（１）は陽イオン交換機能を育する固体高
分子電解質膜、（２）及び（３）は固体高分子電解．質
膜（１）にめっきされている白金からなるｌ！ｉ：８ｉ
ｉ及び陽極であり、これらの陰極（２）及び陽極（３〉
は固体高分子電解質膜（Ｌ）力機能を損なわないように
薄い多孔性膜からなっている。

（４）及び（５）はそれぞれ陰極（２）及び陽極（３）
の固体高分子電解質ｖ４（１）と接する面の反対面に接
している網状の陰極集ｔ体及び陽極集電体であり、これ
ら各集電体（４），（５）は白金のめっきを施したエキ
スバンデッドチタンからなっている。（６）及び（７）
はそれぞれ各集電体（４），（５）の陰極（２）及び陽
極（３）と接する面の反対面に接しているとともに直流
電源（図示せず）に接続されているチタン製の陰極端子
板及び陽極端子板である。また、電極（２）．（３）が
めつきされた固体高分子電解質膜（１）と各集電休（４
）．（５）と各端子板（６），（７）とは、圧接接合さ
れている。

（８）は圧接された固体高分子電解質膜（１）と各集電
体（４），（５）と各端子板（６），（７）とを一体に
固定する枠体である。

また、各電極（２），（３）．各県電体〈４〉，（５）
及び各端子板（６），（７）は、周囲の雰囲気に曝され
ている。

上記のように構成された従来のイオン交換装置において
は、陰極（２）及び陽ｉ（３）が薄い多孔性膜からなっ
ているため、固体高分子電解質膜（１）の表面抵抗がか
なり大きい。このため、特に大面積の固体高分子電解質
膜（１）に給電するには、給電接触部を増やし、固体高
分子電解質膜（１）に均一な電界がかかるようにする必
要がある。

このため、網状の各東電体（４＞．（５）を、各端子板
（６）．（７）と各電！（２），（３）との間に挿入し
、かつ電極（２），（３）がめっきされた固体高分子電
解質膜（１）と各菓電体（４），（５）と各端子板（６
），（７）とを圧接することにより、均一な給電を行う
ようにしている。

また、周囲の雰囲気に曝された各集電体（４），（５）
及び各端子板（６），（７）は、雰囲気中の腐食性ガス
による腐食や通電腐食を生じやすい。

このため、これらの各集電体（４），＜５）及び各端子
板（６），（７）は、耐食性の優れた金属である白金や
チタンからなっている。

［発明が解決しようとする課！］ 上記のように構成された従来のイオン交換装置において
は、各集電体（４）．（５）及び各端子板（６），（７
）が、腐食防止のため白金及びチタンなどからなってい
るため、全体が高価になってしまうという問題点があっ
た．また、網状の各集電体（４），＜５）では各電極（
２＞，（３）との接合面積が十分とれないため、十分な
通電が行えないという問題点もあり、これらの問題点を
解決したいという課題を有していた。

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、腐食防止用の金属の量を少なくすることがで
き、これにより全体を安価にすることができるとともに
、電極と接合する部分の接合面積を大きくすることがで
き、これにより十分な通電を行うことができるイオン交
換装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明に係るイオン交換装置は、多数の孔が設けら
れた金属板を、一対の電極にそれぞれ接合し、かつイオ
ン交換膜，電極及び金属板を有する積層体の外周部を、
孔からの電極の露出部を残して絶縁体で被ったものであ
る。

第２の発明に係るイオン交換装置は、多数の第１の孔が
設けられた金属板を、一対の電極にそれぞれ接合し、か
つイオン交換膜，電極及び金属板を有する積層体に第２
の孔を設け、この積層体の外周部を、孔からの電％（ｒ
）露出部を残して絶縁体で被うとともに、第２の孔内に
絶縁体を充填したものである。

［作用コ 第１の発明においては、絶縁体が金属板の外気との接触
を防止し、また電極は金属板の孔の露出部で外気と接触
する。

第２の発明においては、絶縁体が金属板の外気との接触
を防止し、また電極は金属板の第１の孔の露出部で外気
と接触し、さらに第２の孔に充填された絶縁体が、電極
と金属板との接合を強固にする。

［実施例］ 以下、第１の発明をその一実施例を示す図に基づいて説
明する。

第１図は第１の発明の一実施例によるイオン交換装置を
示す斜視図、第２図は第１図の断面斜視図である。

図において、符号（１１）は縦１０ｃｙ　，　横１０ｃ
ｙ　，厚さ約０．２ｚｚのイオン交換膜である固体高分
子電解質膜であり、この固体高分子電解質膜（１１）は
例えばバーフルオロスルフォン酸などのイオン交換樹脂
材からなっている。（１２）及び（１３）は固体高分子
電解質膜（１１）に接合されている一対の電極である陰
極及び陽極であり、これら陰極〈１２）及び陽極ク１３
）は、例えば無電解めっき法によりめっきされた膜厚１
〜５μｌの多孔性の白金膜からなっている。（１４〉は
陰極（１２）及び陽極（１３）にそれぞれ接合されてい
るとともに例えば直径１２３１３１の多数の第１の孔（
　１４ａ）が設けられている２枚の金属板であり、この
金属板（１４〉は例えば厚さ０．１〜０．２ｚｚの銅板
からなっている。また、第１の孔（　１４ａ）は、２枚
の金属板（１４）の相対する位置に設けられている。

（ｌ５）は固体高分子電解質膜（１１）　，陰極（１２
）．陽ｆ！（１３）及び金属板〈１４）からなる積層体
であり、この積層休（１５）は、積Ｍ後に射出戒形機の
金型に入れられ、樹脂材からなる絶縁休（１６）により
一体化されている。また、積層体（１５）の外周部は、
第１の孔（　１４ａ）からの電極（１２）　，（１３）
の露出部（ｌ７）を残して、絶縁体（１６）により被覆
されており、従って第１の孔（　１４ａ）の内壁面も絶
縁体（１６）により被われている。

（１８）は一端部が金属板（１４〉に電気的に接続され
ているとともに他端部が絶縁体く１６）外へ引き出され
ている２木のリード端子である。

第３図はこの実施例のイオン交換装置を有する除湿装置
を示す概略の横成図である。

図において、符号（１９）は電気機器〈図示せず）を収
容している容積１１の筐体、（２０〉は筐体ク１９）の
壁部に取り付けられ第１図のイオン交換装置を有する除
湿装置であり、筐体（１９）外に陰ａｉ（１２）のπ出
部（１７〉が、筐体（１９）内に陽極（１３）の露出部
（１７〉がそれぞれ臨んでいる。

（２１）は直流電源装置、（２２）は直流電源装置（２
１）とリード端子（１８）とを電気的に接続するリード
線である。

上記のように構戒された除湿装置においては、直流電源
装′Ｉ１（２１）からリード線（２２）を介してリード
端子（１８）に電流を供給すると、陽極（１３）の露出
部〈１７）ではＨ２０→２Ｈ”＋０２、陰極（１２）の
露出部（１７）では２Ｈ”＋０２→Ｈ．Ｏの水電解反応
が生じる。このため、筐体（１９）内では、気中の水分
が分解され除湿が行われる．このとき、金属板（ｌ４）
は絶縁体〈１６〉により被覆されており、外気に接触し
ないので、腐食性ガスによる腐食や通電による腐食は防
止される。

このため、金属板（１４〉の材質として、比較的安価な
銅などを用いることができ、従来より全体を安価にする
ことができる。

また、陰極（１２）及び陽ｆ！＜１３＞と、金属板（１
４〉との接合面積は、従来の各集電体（４〉，（５）を
用いた場合よりも大きくなるので、十分な通電を容易に
行うことができる。

次に、第２の発明をその一実施例を示す図に基づいて説
明する。

第４図は第２の発明の一実施例によるイオン交換装置の
断面斜視図であり、第１図及び第２図と同一又は相当部
分には同一符号を付し、その説明を省略する． 図において、（　１５ａ）は積層体（ｌ５）に多数設け
られている直径２Ｉの第２の孔であり、この第２の孔（
　１５ａ）は、第５図（ａ）〜（ｃ）に示すように、固
体高分子電解質膜（１１）　，陰極（１２），陽隆（１
３）及び金属板（１４）の同一の位置を貫通している。

また、この第２の孔（１５ａ）内には、絶縁休（１６）
が充填されている。

このようなイオン交換装置を製造する場き、固体高分子
電解質膜（１１）に陰極（１２）及び陽極〈１３〉をめ
っきし、第１の孔（　１４ａ）が設けられた２枚の金属
板（１４）と重ね合わせる。この後、Ｑｔ出戒形機によ
り積層体（１５）に第２の孔（１５ａ）を設け、第１の
孔（　１４ａ）からの陰極（１２）及び陽極（１３）の
露出部（１７）を残して、積層本（１５）の外周部を絶
縁体く１６〉で被う。このとき、第２の孔（　１５ａ）
内にも絶縁体（１６）を充填する。

このようなイオン交換装置では、第１の発明の実施例と
同様に、金属板（１４）は絶縁体（１６）により被覆さ
れており、外気に接触しないので、腐食性ガスによる腐
食や通電による腐食は防止され、これにより金属板（１
４）の材質を比較的安価なものにできる。また、陰極（
ｌ２）及び陽極（１３）とこれに接きされる金属板（１
４）との接合部の接合面積が増大するので、十分な通電
が行える。

また、この実施例のものでは、積層体（１５）に第２の
孔（　１５ａ）を設け、この第２の孔（　１５ａ）内に
絶縁体〈１６）を充填しているため、陰極（１２）及び
陽極（１３）がめっきされた固体高分子電解質膜（１１
）と、２枚のｉＩＬ属板（１４）とが強固に密着される
。このため、通電がより確実に行われる．なお、上記各
実施例ではイオン交換膜としてパーフルオロスルフォン
酸などのイオン交換樹脂材からなる固体高分子電解質膜
〈１１）を示したが、イオン交換体からなる膜であれば
、他の材質のものであってもよい．また、大きさ，膜厚
及び形状などは、上記各実施例のものに限定されない．
また、上記各実施例では一対の電極として膜厚１〜５μ
ｓの多孔性の白金めっき膜からなる陰極（１２）及び陽
極（１３〉を示したが、膜厚や材質はこれに限定されな
い。しかし、電極は周囲の雰囲気に曝されるので、耐腐
食性の優れた材質が好ましい。

さらに、上記各実施例では金属板（１４）として厚さ０
．１〜０．２ｚｘの銅板からなるものを示したが、その
厚さや材質はこれに限定されない。例えば、ニッケル板
．銀めっき板及び錫めっき板などであっても、比較的安
価な材料として使用できる。

さらにまた、絶縁体（１６〉の材質は特に限定されない
が、例えば高密度ポリエチレン樹脂やポリカーボネート
樹脂などであれば、耐熟性，耐湿性に優れているので好
ましい。

また、上記各実施例では第１及び第２の孔（　１４ａ）
　，　（１５ａ）としてそれぞれ円形のものを図示した
が、例えば半円形，ｒＲ形，楕円形及び多角形のものな
どでもよい． さらに、上記各実施例では第１の孔（　１４ａ）を２枚
の金属板（１４）の相対する位置に設けたが、第１の孔
（１４ｍ）の位置は特に限定されない。しかし、相対す
る位置に設けることにより、イオン交換膜内をイオンが
最短距離で移動できるので、抵抗が小さくイオン交換効
率がよい。

さらにまた、第１の孔（　１４ａ）の大きさは、固体高
分子電解質膜〈１１）のイオン交換の有効面積率を高め
るためにはできるだけ大きいものが望ましい。しかし、
第１の孔（　１４ａ）を大きくすることにより、金属板
（１４〉の給電をするための部分の間隔が開きすぎると
、電流分布が悪くなってしまう．このため、第１の孔（
　１４ａ）が円形の場き、その直径は２０ｚｉ以下であ
ることが望ましい。第１の孔（　１４ａ）の直径を２０
ｘｘより大きくすると、有効面積率は向上しても、給電
時の電流バランスが悪くなり、副反応が起こり、実際の
仕事率が低下するとともに、有害ガスなどの副反応生戒
物が生成されるので好ましくない。また、第１の孔（　
１４ａ）が他の形状の場合でも、その開口幅が侠いとこ
ろで２０ｘｙ以下となるのが好ましい。

また、上記第２の発明の実施例では第２の孔（　１５ａ
）として直径２ｌｌのものを示したが、第２の孔（　１
５ａ）の大きさは特に限定されない。また、形状も第１
の孔（　１４ａ）と同様に限定されない。

さらに、上記第１の発明の実施例ではイオン交換装置を
除湿装置に用いた例を示したが、例えば燃料電池，オゾ
ン発生装置及び水電解装置など、他の装置に利用される
ものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、第１の発明のイオン交換装置は、
多数の孔が設けられた金属板を、一対の電極にそれぞれ
接合し、かつイオン交換膜，電極及び金属板を有する積
層体の外周部を、孔がらの電極の露出部を残して絶縁体
で被ったので、金属板は絶縁体に被われ、これにより高
価な腐食防止用の金属の量を少なくすることができ、こ
れにより全体を安価にすることができるとともに、電極
と接合する部分の接合面積を大きくすることができ、こ
れにより十分な通電を行うことができるなどの効果があ
る。

また、第２の発明のイオン交換装置は、多数の第ｌの孔
が設けられた金属板を、一対の電極にそれぞれ接合し、
かつイオン交換膜．電極及び金属板を有する積層体に第
２の孔を設け、この積層体の外周部を、孔からの電極の
露出部を残して絶縁体で被うとともに、第２の孔内に絶
縁体を充填したので、上記第１の発明の効果に加えて、
電極と金属板との接合を強固にすることができ、これに
より通電をより確実にすることができるという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例によるイオン交換装置を
示す斜視図、第２図は第１図の断面斜視図、第３図は第
１図のイオン交換装置を有する除湿装置を示す概略の構
成図、第４図は第２の発明の一実施例によるイオン交換
装置の断面斜視図、第５図（ａ）〜（ｃ）は第４図の積
層体の各部を示す斜視図であり、第５図（ａ）は一方の
金属板、第５図（ｂ）は固体高分子電解質膜及び電極、
第５図（Ｃ）は他方の電極をそれぞれ示している。第６
図は従来のイオン交換装置の一例を示す構戒図である。 図において、（１１）は固体高分子電解質膜（イオン交
換膜）、（１２）は陰極、（１３）は陽極、（１４）は
金属板、（　１４ａ）は第１の孔、（１５）は積層体、
（　１５ａ）は第２の孔、（１６）は絶縁体、（１７）
は露出部である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン交換膜、このイオン交換膜の両面にそれぞ
   れ接合されている一対の電極、及びこれら一対の電極に
   それぞれ接合されているとともに多数の孔が設けられて
   いる金属板を有している積層体と、前記孔からの前記電
   極の露出部を残して、前記積層体の外周部を被っている
   絶縁体とを備えていることを特徴とするイオン交換装置
   。
2. （２）イオン交換膜、このイオン交換膜の両面にそれぞ
   れ接合されている一対の電極、及びこれら一対の電極に
   それぞれ接合されているとともに多数の第１の孔が設け
   られている金属板を有し、かつ第２の孔が設けられてい
   る積層体と、前記第１の孔からの前記電極の露出部を残
   して、前記積層体の外周部を被っているとともに、前記
   第２の孔内に充填されている絶縁体とを備えていること
   を特徴とするイオン交換装置。