JPH09276128A - 固体高分子電解質膜による酸素低減手段を用いた電気炊飯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炊飯後の残存酸素の低減、除去すること。 【解決手段】水素イオンを輸送する固体高分子電解質膜
を用いた脱酸素装置３を備えた電気炊飯器は、蓋部１と
本体下部から成り、本体に炊飯鍋１２と内蓋１０とが設
置されている。炊飯鍋１２の壁面には保温ヒータ７、底
面には炊飯センサ８と誘導加熱コイル９が設置され、蓋
部１は上面に蒸気口６、内部にコントローラ２と炊飯鍋
１２内の空気を循環させるガス流路１４とエアポンプ１
１と脱酸素装置３とが設けられ、この脱酸素装置３のカ
ソード側表面で起こる触媒反応によって、炊飯鍋１２内
から送り込まれた空気中の酸素が除去される。本発明の
固体高分子電解質膜を用いた酸素濃度低減手段では高い
電流密度が得られ、酸素除去速度が速い。従って、保温
時の蓋の開閉時にも速やかに鍋内の酸素濃度を低減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炊飯鍋内の酸素濃度
が調整できる電気炊飯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気炊飯器は、ご飯の味を向上さ
せ、またそれを長時間炊飯器内で保存するために、炊飯
時の加熱手段や加熱方法の制御、および保温時の温度制
御に対してハード・ソフト両面での工夫が行われてき
た。最近になり、炊飯時や保温時に炊飯鍋内の酸素濃度
がご飯の味に及ぼす影響に注目し、酸素濃度を制御する
電気炊飯器の開発がすすめられている。

【０００３】そのための脱酸素技術としては、菓子パッ
ケージの中の脱酸素化のように、酸素を化学的に吸収す
る物質を用いて酸素濃度を低減させる方法がある。また
最近では、酸素イオン伝導性の酸化物を用いた酸素ポン
プ装置を炊飯鍋にとりつけ、炊飯鍋内の酸素濃度を低減
しようという試みもあるが、実用化には至っていない。

【０００４】一方、本発明で用いた高分子固体電解質膜
による電気化学的な酸素濃度調整器は、業務用の培養容
器など大型の低酸素濃度容器としての応用展開が一般的
で、家電製品分野では、特開平05-254803の酸素濃度調
節器など極めて限られた形での提案しかなく、これも実
用化には至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、電気
炊飯器で炊いたご飯の味をよりおいしくするためには、
炊飯時や保温時に炊飯鍋内の酸素濃度を低減し、ご飯の
酸化を抑制する必要があると考えられている。酸素と反
応し、化学的に吸収するいわいる脱酸素剤を用いた酸素
濃度の低減方法では、炊飯器の使用時に蓋を開ける度に
脱酸素剤が消費されて頻繁に脱酸素剤の交換を行う必要
があって実用的ではない。また、酸素イオン伝導性の酸
化物による酸素ポンプ装置を備えた電気炊飯器では酸素
ポンピング速度が小さく、一度炊飯器の蓋を開けると炊
飯鍋内の酸素濃度を下げるのに時間がかかりすぎて、ご
飯の酸化を抑制する効果は十分でない。また、この酸素
ポンプ装置に用いられているジルコニアなどの酸化物
は、酸素イオン伝導度を確保するため少なくても５００
℃〜１０００℃の高温に保つ必要があり、そのためコン
パクト性や耐久性に難点があった。

【０００６】本発明は、このような従来の電気炊飯器の
課題を考慮し、実用的でコンパクトな脱酸素機能を付与
することによって、単にご飯を炊くだけでなく、長時間
おいしく保つという「ごはん櫃」としての機能を備えた
電気炊飯器の構成を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子固体電
解質膜による電気化学的な酸素濃度調整機能を炊飯器の
構造に一体化して付与し、ご飯を長時間おいしく保温で
きる電気炊飯器の構造を開示するもので、より具体的に
は加熱ヒータ、温度センサ、温度コントローラなどを備
えた炊飯鍋に、水素イオン導電性を有する固体高分子電
解質膜とそれを挟む２つの電極とを備え、それらの電極
間に電流を通じることによって、陽極側では酸素が発生
する一方で、陰極側に発生した水素イオンもしくは水素
と、陰極側空間および炊飯鍋上部の空間に存在する酸素
を前記触媒層により反応させ、水に還元することによっ
て、炊飯鍋内の酸素濃度を低減させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。まず、水素イオン伝導性を
有する固体高分子電解質膜による酸素濃度低減手段（脱
酸素装置）について、構成及び動作を図２を用いて説明
する。水素イオンを伝導する固体高分子電解質膜１５、
および電解質膜１５を狭持する陽極１６と陰極１７には
白金触媒などが担持されており、電解質膜１５とはホッ
トプレスなどを用いて一体に接合されている。陽極１６
と陰極１７の外側には集電体１８が密接して設けられて
いる。陽極側空間と陰極側空間とは電解質膜によって隔
離されており、陽極側には水容器５が取り付けられてい
る。通電によって陰極側空間の酸素は、陰極側に生じた
水素イオンもしくは水素ガスと反応し、水となって電解
質膜中に取り込まれる。一方陽極側では水の電気分解に
よる酸素が発生し、全体としては陰極側空間の酸素が陽
極側へポンピングされる。

【０００９】本実施の形態の炊飯部の構造としては、図
１に示したように本体上部である蓋部１と、本体下部１
３とで構成された本体に、炊飯鍋１２と内蓋１０とが内
装される。炊飯鍋１２の壁面には保温ヒータ７、底面に
は炊飯センサ８と誘導加熱コイル９が設置されている。
蓋部１上面には蒸気口６を設けてあり、この蒸気口６は
炊飯時に水蒸気によって鍋内の圧力が高くなったときに
は蒸気を排出し、酸素の減少などによって鍋内の圧力が
下がったときには外部から空気を流入させる圧力調整機
能を有している。図２で示した酸素濃度低減手段（脱酸
素装置３）の陰極１７側空間を炊飯鍋１２の上部空間に
つなげることによって、炊飯時あるいはその後の保温時
に炊飯鍋１２内の酸素濃度を下げることができる構造と
なっている。

【００１０】さらに、より望ましい構成として図１に示
したように、陰極１７側に炊飯鍋１２から送り込まれる
空気の流路と、陰極１７側空間を通過した後の空気を炊
飯鍋１２に送り込む流路を設け、エアポンプ１１によっ
て炊飯鍋１２の空気を強制循環させてやることによって
より急速に酸素濃度を低減してやることができる。単な
る濃度拡散だけでなく、流れによって酸素のポンピング
速度を大きくできたためである。さらに、上記ガス流路
にミストトラップを備えることによって、炊飯時のご飯
の煮汁による電極の汚損や、逆に陰極１７での生成水の
ご飯への混入を抑制することができる。このミストトラ
ップは、真空ポンプのオイルミストのトラップとほぼ同
じ構造でガス中に浮遊する液体微粒子が壁面に衝突して
捕集されるわけであるが、防塵フィルターのようなもの
を用いてもかまわない。

【００１１】本実施の形態の炊飯器に米と水をセット
し、脱酸素装置に３Ａの定電流を印加して炊飯鍋内の酸
素濃度を５％まで低下させた後、炊飯を行った。酸素濃
度を５％まで低下させるのに約１時間要した。なお、こ
の炊飯鍋内の酸素濃度はガルバニ式の酸素濃度センサー
で検知した。本炊飯器を用いて、脱酸素装置３を動作さ
せずに同種同量の米を炊き、食味試験を行って脱酸素状
態で炊いたご飯と比較した。その結果、７割の試食者か
ら脱酸素装置の効果を支持する回答が得られた。

【００１２】次に、従来の方法で炊飯を行った後、脱酸
素装置３を稼働させ、酸素濃度を５％以下に制御した状
態で、ご飯を１２時間保温した。保温中の脱酸素装置３
の作動時間は、合計１時間程度であった。保温後のご飯
についても、食味試験による従来の保温方法との比較を
行ったところ、９割以上の試食者が、本実施の形態の導
入によって、保温後のご飯の味が向上したと回答した。

【００１３】また、保温時間を２４時間に延長して同様
の実験および食味試験を行った結果、試食者全員が脱酸
素装置３の効果を強く支持した。

【００１４】以上の結果より、本実施の形態の炊飯器を
用いて炊飯したご飯は、炊飯鍋内の酸素による酸化の影
響が少なく、食味も優れていることがわかった。この傾
向は炊飯時よりも、保温時に脱酸素装置を働かせた場合
に著しく、保温時でも保温時間の長い場合の方が効果が
大きいことが判明した。これらの実験では炊飯鍋内の酸
素濃度を５％まで低減した場合について比較したが、さ
らに酸素濃度を１５％、１０％、５％、１％以下の４濃
度にした実験の結果では一般に酸素濃度が低いほど効果
が著しかった。

【００１５】以上は、本脱酸素装置３の陽極１６側の水
容器内に純水を入れた場合であるが、純水のイオン伝導
度の小さいことがそこでの分極を大きくしており、その
ことが比較的高い電圧（〜２．５Ｖ）を印加しなければ
ならない原因と考えられたので純水の代わりに酸性水溶
液を入れて同様の実験を行った。その結果、電流値３Ａ
を得るための必要な印加電圧は純水の場合よりも低く抑
えることができた。すなわち酸性水溶液として0.1Ｎの
硫酸を用いた場合、電流３Ａに対して、水の場合２．５
Ｖ必要であった電圧を１．７Ｖまで抑えることができ
た。酸素のポンピング速度は通電する電流量によって決
まってくるので硫酸のような酸性電解質を用いると入力
する電力を大幅に抑えることができる。また、酸性水溶
液のｐＨが小さいほど、つまり水素イオン濃度が高いほ
ど印加電圧を下げることできた。念のため、酸性水溶液
を用いた電気炊飯器で炊いたご飯を食味検査したとこ
ろ、食味の向上性についても同様に良好な結果を得た。

【００１６】一方、電解液に用いる酸性水溶液に種類に
ついては、陽極１６側に供給する電解質として、硫酸の
他にホウ酸、クエン酸などの酸性水溶液を用いた実験を
行った。その結果、酸素ポンピング速度は酸の種類には
あまりよらず、殆どｐＨに依存することがわかった。硫
酸より、ほう酸、ほう酸よりクエン酸を用いることによ
って安全性がさらに一層高くなった。

【００１７】また、図２の実施の形態では、水容器５を
具備し、その中に水や酸性水溶液を蓄える構造となって
いるが、蓋１を開けたり閉めたりする時に注水口４（酸
素の排気口）からわずかに水が外へ溢れ出る現象が散見
された。そこでさらに操作性を高めるため水容器５中の
酸性水溶液を耐酸性を有するフェルトに含浸させて保持
した。この改善によって蓋１の開閉時の漏水はほぼ防ぐ
ことができたが、フェルトの他にも多孔質体や布に含浸
する方法も有効であると考えられる。

【００１８】これらの酸性水溶液を用いた電気炊飯器を
用いて炊飯と保温を繰り返し繰り返し行う、いわいる耐
久試験を行うと保温時の食味保存特性がわずかではある
が徐々に低下してくるものが見出された。それらの原因
を分析すると陽極１６側に用いたガス拡散電極が劣化
し、酸素ポンピング特性が低下していることがわかっ
た。陽極１６は水の電気分解によって酸素発生させる電
極なので、高性能のガス拡散電極は必要としない。そこ
で溶出し劣化の原因となる可能性の高い陽極１６側ガス
拡散電極を取り除いて、集電体に用いていたチタンメッ
シュを集電体と陽極を兼ねる形で用いた。さらに陽極１
６は分子化していない酸素やオゾンによる浸食を受けや
すいことと、酸素発生過電圧を下げる目的からチタンメ
ッシュに蒸着によって白金をメッキした。これらの改善
により、酸素ポンピング能力の低下を原因とする炊飯器
性能の低下は見出されなくなった。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によると、実用的で
コンパクトな脱酸素機能を付与することによって、炊い
たご飯を長時間おいしく保つという従来の炊飯器にはな
い「ごはん櫃」としての機能を備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかる電気炊飯器の断
面図。

【図２】本発明の一実施の形態にかかる固体高分子電解
質膜による酸素濃度低減手段を示す断面図。

【符号の説明】

１・・蓋部 ２・・コントローラ ３・・脱酸素装置 ４・・注水口 ５・・水容器 ６・・蒸気口 ７・・保温ヒータ ８・・炊飯センサ ９・・誘導加熱コイル １０・・内蓋 １１・・エアポンプ １２・・炊飯鍋 １３・・本体下部 １４・・ガス流路 １５・・固体高分子電解質膜 １６・・陽極 １７・・陰極 １８・・集電体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炊飯鍋と、それを加熱するヒータと、前記
   炊飯鍋の温度を検知する温度センサと、加熱量を制御す
   るヒーターコントローラと、前記炊飯鍋の気密性と断熱
   性を高める蓋とを備えた電気炊飯器において、ガス拡散
   電極からなる陽極および陰極に狭持された、水素イオン
   伝導性を有する固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
   電解質膜に水分を供給あるいは保持する手段と、前記両
   電極に直流電圧を印加して水を電気分解するための電圧
   印加手段と、前記陰極の表面もしくは陰極近傍に設けた
   触媒層とを備え、前記陰極側空間と前記炊飯鍋上部の空
   間とが空間的につながっており、通電によって陰極側で
   発生した水素イオンもしくは水素と、前記陰極側空間お
   よび炊飯鍋上部の空間に存在する酸素を前記触媒層によ
   り反応させ、水に還元することによって、炊飯時または
   保温時またはそれら両過程で、前記炊飯鍋内の酸素濃度
   を低減させることを特徴とする電気炊飯器。
2. 【請求項２】陰極側空間と炊飯鍋上部の空間とを２本以
   上のガス流路でつなぎ、それらのガス流路に空気送風装
   置又はミストトラップを設けたことを特徴とする請求項
   １記載の電気炊飯器。
3. 【請求項３】陽極が、硫酸、リン酸、若しくはホウ酸の
   不揮発性無機酸水溶液、あるいは、クエン酸、コハク
   酸、若しくは酒石酸の不揮発性有機酸水溶液からなる酸
   性水溶液に浸っており、この酸性水溶液が電解質膜に水
   分を供給あるいは保持する手段ともなっていることを特
   徴とする請求項１又は２記載の電気炊飯器。
4. 【請求項４】酸性水溶液が耐酸性を有する布、フェル
   ト、多孔質体のいずれかに含浸していることを特徴とす
   る請求項３記載の電気炊飯器。
5. 【請求項５】陽極側にガス拡散電極がなく、電極を兼ね
   た集電体のみで構成されていることを特徴とする請求項
   ３又は４記載の電気炊飯器。
6. 【請求項６】陽極側集電体が白金メッキしたチタン網で
   あることを特徴とする請求項５記載の電気炊飯器。