JPH1071319A

JPH1071319A - 固体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置および乾燥装置

Info

Publication number: JPH1071319A
Application number: JP8282533A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Moriguchi; 哲雄森口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】固体高分子電解質膜の電解効果によって管理
空間の調湿を行う場合に水蒸気を冷却凝縮して水の形で
系外に除去し、空気の気体成分比を変化させずに除湿す
る湿度調整装置を得る。【解決手段】固体高分子電解モジュール５０が第１お
よび第２の空間４１，４２に分割するようにハウジング
４０内に配設されている。第２の空間４２側のハウジン
グ４０の外壁面に放熱フィン６１が設けられている。管
理空間５２は、第１の吸気配管５３および第２の排気配
管５４を介してそれぞれ第１の空間４１の出入口に連結
されている。また、第１の吸気配管５３および第２の排
気配管５４から分岐された第２の吸気配管５７および第
２の排気配管５８がそれぞれ第２の空間４２の出入口に
連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はイオン導電性の固
体高分子電解質膜の電解作用によって管理空間内の湿度
および特定の空気成分を所定の範囲に制御する固体高分
子電解モジュールを用いた湿度調整装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、例えば特開昭６１−２１６７
１４号公報に記載された従来の固体高分子電解モジュー
ルを用いた除湿システムを示す構成図である。図１３に
おいて、水素イオン導電性の固体高分子電解質膜からな
る陽イオン交換膜１の各面にそれぞれ陰極２をホットプ
レス法によって接合し、陽極３を無電解鍍金法によって
接合することにより、固体高分子電解モジュール（電気
化学セル）を構成している。なお、水素イオン導電性の
固体高分子電解質膜としては、例えばパーフルオロカー
ボンスルフォン酸樹脂からなるナフィオン（Ｎａｆｉｏ
ｎ）−１１７（ＤｕＰｏｎｔ社登録商標）が用いられて
いる。陰極２の背面には、陰極集電体４を配置し、陽極
３の背面には陽極集電体５を配置している。さらに陰極
集電体４の背面には陰極端子板６を配設し、陽極集電体
５の背面には陽極端子板６を配設している。そして各構
成要素１〜７は枠体８によって固定している。

【０００３】ポンプ９で除湿の対象となる空気を陰極集
電体４の間隙部に形成された陰極室１０および陽極集電
体５の間隙部に形成された陽極室１１に供給することに
よって、両室１０，１１に供給された空気中の水蒸気が
陽イオン交換膜１に吸収される。この状態で、両端子板
６．７間に直流電圧を印加すると、陰極２で酸素の電解
還元反応が起こり、陽極３で酸素の発生反応が起こると
共に陰極２の背面から水が漏出してくる。漏出した水は
水溜め１２に貯留され、陰極２で脱酸素された余剰ガス
が排出口１３から空気中に放出される。また、陽極３か
ら発生する酸素は余剰空気と共に排出口１４から空気中
に放出される。

【０００４】次に、陽イオン交換膜１と両極２，３とを
接合した電気化学セルの動作原理について説明する。図
１３において、両極２，３間に直流電源（図示せず）か
ら電圧を印加すると、陽極３では水が分解されて式
（１）の反応により陽極室１１内の湿度が低下する。２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- (1) このとき、陽極３に発生した水素イオン（Ｈ⁺）は陽イ
オン交換膜１を通って陰極２に達する。また電子(ｅ^-)
は直流電源（図示せず）の回路を通って陰極２に達す
る。そして陰極２では式（２）により酸素を消費して水
を発生する。Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ (2) さらに水素イオン（Ｈ⁺）と共に平均３分子程度の水が
陽極３から陰極２へ移動する。従って陰極２では式
（２）の反応により陽極室１１内の水蒸気から水を生成
すると共に、陽極３から陰極２へ水が電気泳動によって
移動するので、陽極室１１内の湿度が低下する。

【０００５】図１４は、例えば特開昭６１−２７７１２
６号公報に記載された従来の固体高分子電解モジュール
を用いた水分除去器を示す構成図である。この水分除去
器は、容器１５の壁面の一部に開口部を形成し、陽イオ
ン交換膜１の両面に陰極２および陽極３が形成された固
体高分子電解モジュールを該開口部に取り付けて構成さ
れている。そして、容器１５が固体高分子電解モジュー
ルで密閉されて管理空間５２を形成している。

【０００６】このように構成された水分除去器では、固
体高分子電解モジュールに直流電源５１から直流電圧が
印加される。そして、陽極３では管理空間５２内の水が
分解されて上式（１）の反応により管理空間５２内の湿
度が低下する。このとき、陽極３に発生した水素イオン
（Ｈ⁺）は陽イオン交換膜１を通って陰極２に達する。
また電子(ｅ^-) は直流電源５１の回路を通って陰極２に
達する。そして陰極２では上式（２）により酸素を消費
して水を発生する。さらに水素イオン（Ｈ⁺）と共に平
均３分子程度の水が陽極３から陰極２へ移動する。従っ
て陰極２では上式（２）の反応により陽極室１１内の水
蒸気から水を生成すると共に、陽極３から陰極２へ水が
電気泳動によって移動するので、管理空間５２内の水分
が除去される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】固体高分子電解モジュ
ールの電解反応面で生成される電解反応物は酸素および
水蒸気であり、それぞれは気体状で生成される。特に、
陰極２で生成される水蒸気はそのままの形で大気に放出
する場合は問題ないが、水（液体）の形で系外に除去し
ようとする場合には水蒸気を含む空気を冷却して、水
（液体）に凝縮して空気から分離除去する必要がある。
しかしながら、図１３に示される従来の固体高分子電解
モジュールを用いた除湿システムは以上のように構成さ
れているので、凝縮潜熱を除去する機能がなく、陰極２
で生成された水蒸気は凝縮されずにそのままの形で大気
に放出される。従って、水蒸気を水（液体）の形で系外
に除去する使用に適用しようとすると、さらに機能を付
加しなければならないという課題があった。また、陰極
２で陽イオン交換膜１を伝導してきた水素イオンが酸素
と結合せず、水素ガスの形で生成される割合が幾分か存
在してしまう。しかしながら、従来の固体高分子電解モ
ジュールを用いた除湿システムは、管理空間に返流する
前に水素ガスを完全に除去する機能を有していないの
で、管理空間が密閉系の場合には、発生した水素ガスが
蓄積されて許容濃度を超えると爆発等の事故を引き起こ
してしまうという課題もあった。

【０００８】また、図１４に示される従来の固体高分子
電解モジュールを用いた水分除去器は以上のように構成
されているので、密閉された管理空間５２内の水分を除
去できるが、該管理空間５２内の空気成分比が変化して
しまう、つまり、管理空間５２内の空気が酸素成分が富
化されてしまう。そこで、この水分除去器を電気機器制
御盤内の調湿に適用されると、該電気機器制御盤（管理
空間５２）内が酸素富化の環境となってしまい、電気火
花で引火して爆発の恐れがあるという課題があった。

【０００９】この発明では、管理空間内の空気を強制的
に固体高分子電解モジュールの陽極側に流すとともに、
その一部を陰極側に分流し、固体高分子電解モジュール
の電解反応面と接触させた後、各々を合流させて、ある
いは別々に管理空間の所定場所に返流するようにし、管
理空間の湿度あるいは空気成分を制御できるようにした
固体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置を提供
するものである。また、陰極側で消費されなかった水素
ガスを管理空間に返流する前に速やかに除去して、管理
空間内の水素ガスの蓄積を防止し、爆発等の事故を未然
に阻止する安全性に優れた固体高分子電解モジュールを
用いた湿度調整装置を提供するものである。さらに、外
気を取り込み、この取り込まれた外気と管理空間内の空
気とを強制的に固体高分子電解モジュールの陽極側に流
すとともに、その一部を陰極側に分流し、固体高分子電
解モジュールの電解反応面と接触させた後、陽極側の電
解反応面と接触させた空気を管理空間内に返流し、陰極
側の電解反応面と接触させた空気を系外に排気させて、
管理空間の湿度を制御できるようにした固体高分子電解
モジュールを用いた湿度調整装置を提供するものであ
る。さらには、このような湿度調整装置を用いて、低温
で被乾燥体を乾燥できるようにした固体高分子電解モジ
ュールを用いた乾燥装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係る固
体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置は、ハウ
ジングと、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に
多孔質電極が設けられてなり、ハウジング内を第１およ
び第２の空間に分割するように配設された固体高分子電
解モジュールと、管理空間とハウジングの一側との間に
配設されて該管理空間内の空気を第１の空間内に導入す
る第１の吸気配管と、第１の吸気配管とハウジングの一
側との間に配設されて管理空間内の空気を該第１の吸気
配管から分岐して第２の空間内に導入する第２の吸気配
管と、ハウジングの他側と管理空間との間に配設されて
第１の空間内を流通した空気を該管理空気内に返流する
第１の排気配管と、ハウジングの他側と管理空間との間
に配設されて第２の空間内を流通した空気を該管理空間
内に返流する第２の排気配管と、第２の空間内の空気中
に含まれる水蒸気を凝縮液化する凝縮手段と、管理空間
内の空気を第１の吸気配管を介して第１の空間側に送風
する送風手段と、第１の空間側が陽極となるように固体
高分子電解モジュールに直流電圧を印加する直流電源と
を備えたものである。

【００１１】この第２の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１の発明におい
て、第２の排気配管が、第１の排気配管に連結されて、
第１および第２の空間内を流通した空気が合流した後、
管理空間に返流されるようにしたものである。

【００１２】この第３の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第２の発明におい
て、第２の排気配管が連結される部位の第１の排気配管
の壁面に複数の細孔が穿設され、該細孔を介して第１お
よび第２の排気配管が連通されているものである。

【００１３】この第４の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１の発明におい
て、第１および第２の排気配管が、それぞれ管理空間の
異なる区域に連結されて、第１および第２の空間内を流
通した空気が独立して該管理空間の異なる区域に返流さ
れるようにしたものである。

【００１４】この第５の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１乃至第４の発
明のいずれかの発明において、凝縮手段が、固体高分子
電解モジュールの陰極側電解反応面に相対するハウジン
グの外壁面に放熱フィンを形成して構成されているもの
である。

【００１５】この第６の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第５の発明におい
て、放熱フィンが形成されたハウジングの内壁面が固体
高分子電解モジュールの陰極側電解反応面に熱的に接続
されているものである。

【００１６】この第７の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１乃至第６の発
明のいずれかの発明において、第２の空間が水封機構を
介して外部に連結されて、該第２の空間内の空気は該水
封機構により外部と遮断され、該第２の空間内で凝縮さ
れた凝縮水は該水封機構を介して外部に排出されるよう
にしたものである。

【００１７】この第８の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１乃至第７の発
明のいずれかの発明において、凝縮手段により凝縮され
た凝縮水を固体高分子電解モジュールの陰極側電解反応
面に滴下させる凝縮水滴下手段を備えているものであ
る。

【００１８】この第９の発明に係る固体高分子電解モジ
ュールを用いた湿度調整装置は、上記第１乃至第８の発
明のいずれかの発明において、第２の排気配管の経路中
に白金系金属触媒層を配設したものである。

【００１９】この第１０の発明に係る固体高分子電解モ
ジュールを用いた湿度調整装置は、ハウジングと、イオ
ン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極が設
けられてなり、ハウジング内を第１および第２の空間に
分割するように配設された固体高分子電解モジュール
と、管理空間とハウジングの一側との間に配設されて該
管理空間内の空気を第１の空間内に導入する第１の吸気
配管と、第１の吸気配管の経路中に配設されて管理空間
内の空気を該第１の吸気配管を介して第１の空間側に送
風する送風手段と、送風手段の吸気側に接続されて外気
を取り入れる外気吸気配管と、第１の吸気配管の送風手
段の吐出側とハウジングの一側との間に配設されて管理
空間内の空気および外気吸気配管から取り入れられる外
気を該第１の吸気配管から分岐して第２の空間内に導入
する第２の吸気配管と、ハウジングの他側と管理空間と
の間に配設されて第１の空間内を流通した空気を該管理
空間内に返流する第１の排気配管と、ハウジングの他側
に接続されて第２の空間内を流通した空気を系外に排気
する排気配管と、第１の空間側が陽極となるように固体
高分子電解モジュールに直流電圧を印加する直流電源と
を備えたものである。

【００２０】この第１１の発明に係る固体高分子電解モ
ジュールを用いた湿度調整装置は、上記第１または第１
０の発明において、第１の吸気配管の送風手段の吸気側
と第１の排気配管とをバイパス配管で連通し、管理空間
内に返流される空気の一部を該バイパス配管を介して第
１の空間に還流させるようにしたものである。

【００２１】この第１２の発明に係る固体高分子電解モ
ジュールを用いた湿度調整装置は、上記第１乃至第１１
の発明のいずれかの発明において、第２の空間を流通す
る空気流量が第１の空間を流通する空気流量に対して１
〜１０％に制御されているものである。

【００２２】この第１３の発明に係る固体高分子電解モ
ジュールを用いた乾燥装置は、被乾燥体を収容する乾燥
箱と、乾燥箱に設けられて被乾燥体の出し入れを行う取
込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電性の固体高
分子電解質膜の両面に多孔質電極が設けられてなり、ハ
ウジング内を第１および第２の空間に分割するように配
設された固体高分子電解モジュールと、乾燥箱とハウジ
ングの一側との間に配設されて該乾燥箱内の空気を第１
の空間内に導入する第１の吸気配管と、第１の吸気配管
とハウジングの一側との間に配設されて乾燥箱内の空気
を該第１の吸気配管から分岐して第２の空間内に導入す
る第２の吸気配管と、ハウジングの他側と乾燥箱との間
に配設されて第１の空間内を流通した空気を該乾燥箱内
に返流する第１の排気配管と、ハウジングの他側と乾燥
箱との間に配設されて第２の空間内を流通した空気を該
乾燥箱内に返流する第２の排気配管と、第２の空間内の
空気中に含まれる水蒸気を凝縮液化する凝縮手段と、乾
燥箱内の空気を第１の吸気配管を介して第１の空間側に
送風する送風手段と、第１の空間側が陽極となるように
固体高分子電解モジュールに直流電圧を印加する直流電
源とを備えたものである。

【００２３】この第１４の発明に係る固体高分子電解モ
ジュールを用いた乾燥装置は、被乾燥体を収容する乾燥
箱と、乾燥箱に設けられて被乾燥体の出し入れを行う取
込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電性の固体高
分子電解質膜の両面に多孔質電極が設けられてなり、ハ
ウジング内を第１および第２の空間に分割するように配
設された固体高分子電解モジュールと、乾燥箱とハウジ
ングの一側との間に配設されて該乾燥箱内の空気を第１
の空間内に導入する第１の吸気配管と、第１の吸気配管
の経路中に配設されて乾燥箱内の空気を該第１の吸気配
管を介して第１の空間側に送風する送風手段と、送風手
段の吸気側に接続されて外気を取り入れる外気吸気配管
と、第１の吸気配管の送風手段の吐出側とハウジングの
一側との間に配設されて乾燥箱内の空気および外気吸気
配管から取り入れられる外気を該第１の吸気配管から分
岐して第２の空間内に導入する第２の吸気配管と、ハウ
ジングの他側と乾燥箱との間に配設されて第１の空間内
を流通した空気を該乾燥箱内に返流する第１の排気配管
と、ハウジングの他側に接続されて第２の空間内を流通
した空気を系外に排気する排気配管と、第１の空間側が
陽極となるように固体高分子電解モジュールに直流電圧
を印加する直流電源とを備えたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１および図２はそれぞれこの発明の実
施の形態１に係る湿度調整装置を示す一部破断側面図お
よび一部破断斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に
係る湿度調整装置に適用される固体高分子電解モジュー
ルを示す模式構成図である。図において、５０は空気中
の水蒸気、すなわち水分子を電解反応によって分解する
機能を有する固体高分子電解モジュールである。この固
体高分子電解モジュール５０は、図３に示されるよう
に、プロトンを選択的に通過させる平板状の固体高分子
電解質膜５０ａを挟持するように電解反応を促進する触
媒５０ｅを介して陽極５０ｂおよび陰極５０ｃを配し、
樹脂製のフレーム５０ｄにより固体高分子電解質膜５０
ａ、陽極５０ｂおよび陰極５０ｃの端部を保持して、陽
極５０ｂおよび陰極５０ｃが固体高分子電解質膜５０ａ
の両面に固定されて構成されている。この固体高分子電
解質膜５０ａとしては、例えばナフィオン（Ｎａｆｉｏ
ｎ）−１１７（ＤｕＰｏｎｔ社登録商標）などのプロ
トン交換膜が用いられる。また、陽極５０ｂおよび陰極
５０ｃ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からなるメッシュ体、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。

【００２５】ハウジング４０内には固体高分子電解モジ
ュール５０が上下方向に延設されている。そして、該ハ
ウジング４０内は、固体高分子電解モジュール５０を挟
んで上下方向に延びる第１および第２の空間４１，４２
の２つの空間に分割されている。そして、固体高分子電
解モジュール５０には、直流電源５１が電気的に接続さ
れ、電解反応に必要な電力が供給されている。この時、
第１の空間４１は固体高分子電解モジュール５０の陽極
５０ｂに面し、第２の空間４２は陰極５０ｃに面してい
る。ハウジング４０の第１の空間４１の上下部と管理空
間５２とはそれぞれ第１の吸気配管５３および第１の排
気配管５４を介して連通されている。そして、該第１の
吸気配管５３の経路中にフィルタ５５および送風手段と
しての送風機５６が配設されている。また、ハウジング
４０の第２の空間４２の上部と第１の吸気配管５３の送
風機５６の後段の部位とが第２の吸気配管５７で連通さ
れ、さらにハウジング４０の第２の空間４２の下部側と
第１の排気配管５４とが第２の排気配管５８で連通され
ている。そこで、管理空間５２内の空気は、送風機５６
により、第１の吸気配管５３を通ってフィルタ５５で除
塵された後、ハウジング４０の上部側から第１の空間４
１内に送り込まれる。そして、第１の空間４１内を上方
から下方に流通した後、第１の排気配管５４を通って管
理空間５２内に返流される。また、管理空間５２内の空
気の一部は、送風機５６により、第１の吸気配管５３を
通ってフィルタ５５で除塵された後、第２の吸気配管５
７を通ってハウジング４０の上部側から第２の空間４２
内に送り込まれる。そして、第２の空間４２内を上方か
ら下方に流通した後、第２の排気配管５８を通って第１
の排気配管５４に戻され、第１の空間４１内を流通した
空気と合流して管理空間５２内に返流される。

【００２６】第２の排気配管５８の経路中には、例えば
白金、ルテニウムなどの白金系金属が担持された触媒を
充填してなる触媒層５９が配設されている。また、第２
の空間４２の底部は水封機構６０により、内部の空気が
外気と遮断され、水が外部に流出できるようになってい
る。さらに、第２の空間４２を構成するハウジング４０
の外壁面には、凝縮手段としての放熱フィン６１が形成
されている。なお、触媒層５９の触媒は、気中の水素あ
るいは炭化水素に対して触媒作用をおよぼし、低温で酸
化して水あるいは炭酸ガスにする機能を有している。ま
た、水封機構６０は、例えばＵ字管に水を貯液して構成
されて、空気の流通を遮断し、かつ、水の流動を自在に
している。

【００２７】次に、固体高分子電解モジュール５０の動
作を図３を参照しつつ説明する。まず、陽極５０ｂと陰
極５０ｃとの間に直流電源５１から電流を印加すると、
両電極面上で、次式にもとずく酸化／還元反応（電解反
応）が起こる。この時、陽極５０ｂ側では、水蒸気が電
気分解されて酸素を発生する。そして、水蒸気の電気分
解で生成されたプロトンが固体高分子電解質膜５０ａ中
を通過して陰極５０ｃに供給される。そこで、陰極５０
ｃ側では、酸素を消費して水蒸気を生成する。すなわ
ち、見かけ上陽極５０ｂ側の水蒸気は陰極５０ｃ側に移
動し、陰極５０ｃ側の酸素は陽極５０ｂ側に移動する。
これによって第１の空間４１は減湿され、第２の空間４
２は加湿される。陽極側：Ｈ₂Ｏ → ２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- （３）陰極側：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ（４）全体：Ｈ₂Ｏ（陽極側） → Ｈ₂Ｏ（陰極側）（５）１／２Ｏ₂（陰極側） → １／２ＯO₂（陽極側）（６）

【００２８】ついで、この実施の形態１による湿度調整
装置の動作について説明する。まず、直流電源５１によ
り固定高分子電解モジュール５０に電力が供給され、送
風機５６が駆動される。そこで、管理空間５２内の空気
は、送風機５６の作用により、第１の吸気配管５３を通
って第１の空間４１内に送り込まれる。また、第１の吸
気配管５３内を流通する空気の一部が第２の吸気配管５
７を通って第２の空間４２内に送り込まれる。この時、
管理空間５２内の空気は、フィルタ５５により除塵され
て第１および第２の空間４１，４２に送り込まれる。

【００２９】第１の空間４１内に送り込まれた空気は、
固体高分子電解モジュール５０に沿って第１の空間４１
内を下方に流通する。この空気の第１の空間４１内を流
通する過程において、空気中に含まれる水蒸気が固体高
分子電解モジュール５０の陽極５０ｂで電気分解され、
プロトンと酸素とが生成される。そして、生成されたプ
ロトンは固体高分子電解質膜５０ａ中を通過して陰極５
０ｃに供給される。そこで、空気は、水分が除去され、
酸素が富化されて、第１の排気配管５４に送り出され
る。一方、第２の空間４２内に送り込まれた空気は、固
体高分子電解モジュール５０に沿って第２の空間４２内
を下方に流通する。この空気の第２の空間４２内を流通
する過程において、空気中に含まれる酸素が固体高分子
電解質膜５０ａ中を通過してきたプロトンと固体高分子
電解モジュール５０の陰極５０ｃで反応して水が生成さ
れ、加湿される。ここで、固体高分子電解モジュール５
０の陰極５０ｃ（陰極側電解反応面）に相対するハウジ
ング４０の外壁面に放熱フィン６１が形成されているの
で、空気中の水蒸気は、第２の空間４２内を下方に流通
する際に、熱を奪われて外部に放熱される。これによっ
て、陽極５０ｂ側から送り込まれてきた水蒸気は凝縮さ
れて凝縮水となって第２の空間４２の底部に滴下され
る。そこで、空気は、酸素が貧化されて、第２の排気配
管５８に送り出される。

【００３０】第２の空間４２の底部に滴下された凝縮水
は、水封機構６０により逐次外部に流出される。第２の
排気配管５８を流通する空気は、その中に含まれる水素
ガスが触媒層５９の触媒作用により水に変換されて除去
された後、第１の排気配管５４に合流する。そして、第
１および第２の空間４１，４２内を流通した空気が合流
して管理空間５２に返流される。

【００３１】ここで、陽極５０ｂ側と陰極５０ｃ側の酸
素ガスの収支について述べる。陽極側では、式（３）に
より、２個の水素イオン発生に対して１／２モルの酸素
ガスの発生があり、その分だけ陽極側空気流は酸素が富
化される。一方、陰極側では陰極側電解反応面で上述の
式（４）によって固体高分子電解質膜５０ａを伝導して
きた２個の水素イオンが空気中の酸素と結合して水蒸気
が発生するが、その時１／２モルの酸素ガスを消費す
る。その分だけ陰極側空気流は酸素貧化の状態となる。
この状態で陽極側空気流と陰極側空気流を合流させた場
合、酸素の収支は同量であるため合流後の空気流の酸素
ガス成分比は分流前の成分比と同じになる。

【００３２】図３において、水素イオンが固体高分子電
解質膜５０ａを伝導によって陽極５０ｂ側から陰極５０
ｃ側に移動する場合には，３分子の水分子を同伴して移
動することが明らかにされている。これから陽極５０ｂ
で１分子の水を分解して２つの水素イオンを生成し、こ
れに各々３分子の水を同伴させて移動させれば陽極５０
ｂ側では７分子の水分子が消費され、１／２分子の酸素
ガスが生成されることになる。同様に陰極５０ｃ側では
１／２分子の酸素ガスを消費して７分子の水分子が生成
される。これから陽極５０ｂ側で１モルの水を消費すれ
ば１／１４モルの酸素が生成すると共に、陰極５０ｃ側
では１モルの水が生成すると共に１／１４モルの酸素が
消費されることになる。すなわち、酸素供給用として陽
極５０ｂ側空気流からわずかに分流して陰極５０ｃ側に
空気を供給し、酸素供給後は再び陽極５０ｂ側空気流に
合流させることによって電解反応を継続できる。

【００３３】次に、１例としてこの湿度調整装置で温度
３０℃、相対湿度８０％の空気６m³/hr（０．１m³/mi
n）を相対湿度４０％に減湿して管理空間５２に返流す
る場合について述べる。相対湿度８０％および４０％の
ときの各々の絶対湿度をＸ₈₀、Ｘ₄₀とし、空気流量をＧ
kg/hr、水分除去量をＷkg/hrとすると次式が成立する。Ｗ＝（Ｘ₈₀−Ｘ₄₀）Ｇ＝（0.021−0.01）6.78＝7.46×10^-2kg/hr＝4.14モル/hr これは陽極５０ｂ側で4.14モル/hrの水が陰極５０ｃ側
に移動することになるが、このとき陰極５０ｃ側で消費
される酸素ガスは0.3モル/hr（4.14/14モル/hr）とな
る。これを陰極５０ｃ側を流れる空気流の酸素濃度を２
０％から１０％に減少させることによって酸素を供給す
るとすれば、陰極５０ｃ側の必要空気流は0.066m³/hrと
なる。これは陽極５０ｂ側空気流の１．１％に相当す
る。陰極５０ｃ側を流れる空気流の酸素濃度を２０％か
ら１５％、すなわち５％酸素濃度を減少させる場合には
陰極５０ｃ側を流れる空気流量を２倍にすればよいが、
その場合には陰極５０ｃ側空気流は陽極５０ｂ側空気流
の２．２％となる。上述によって陰極５０ｃ側空気流は
陽極５０ｂ側空気流の１〜２％、最大でも１０％流せば
電解反応は継続できる。この陰極５０ｃ側空気流量は第
２の吸気配管５７と第２の排気配管５８との口径比によ
り調節することができる。なお、陰極５０ｃ側空気流を
陽極５０ｂ側空気流の１０％を越えて流すと、放熱フィ
ン６１による凝縮作用が低下してしまい、除湿効果が低
下してしまうことになる。

【００３４】このように、この実施の形態１によれば、
固体高分子電解モジュール５０によりハウジング４０を
陽極５０ｂ側の第１の空間４１と陰極５０ｃ側の第２の
空間４２とに分割し、第１の空間４１の出入口と管理空
間５２とを第１の吸気配管５３および第１の排気配管５
４で連結し、第２の空間４２の出入口と第１の吸気配管
５３および第１の排気配管５４とを第２の吸気配管５７
および第２の排気配管５８で連結し、第１の吸気配管５
３の経路中に送風機５６を配設し、陰極５０ｃ側の電解
反応面に相対するハウジング４０の外壁面に放熱フィン
６１を設け、さらに直流電源５１により固体高分子電解
モジュール５０に直流電圧を供給できるようにしてい
る。そこで、管理空間５２内の空気は、送風機５６によ
り、第１および第２の吸気配管５３，５７を介して第１
および第２の空間４１、４２に送り込まれ、それぞれ電
解反応面に沿って流通して電解反応に供された後、第１
および第２の排気配管５４，５８を介して返流される。
そして、第１の空間４１を流通した空気は減湿されて管
理空間５２に返流される。一方、第２の空気４２を流通
した空気中の水蒸気は放熱フィン６１により凝縮液化さ
れて、第１の空間４１を流通した空気と合流して管理空
間５２に返流され、管理空間５２内の空気が空気成分比
を変えることなく除湿される。従って、この湿度調整装
置を例えば電気機器制御盤内の湿度調整に適用しても、
該電気機器制御盤（管理空間）内が酸素富化の環境とな
ることがなく、電気火花が生じても引火しにくい環境と
なり、安全性を向上させることができる。また、管理空
間５２に固体高分子電解モジュール５０を取り付けるた
めの特別な開口部を設ける必要がなく、第１の吸気配管
５３および第１の排気配管５４のドレーン配管を貫通さ
せるための小径の開口部を設けるだけで、管理空間５２
の湿度調整を行うことができる。

【００３５】また、第２の空間４２が水封機構６０を介
して外部に連結されているので、第２の空間４２内の空
気中に含まれる水蒸気は放熱フィン６１により凝縮液化
されて水封機構６０を介して外部に排出され、一方第２
の空間４２内の空気は該水封機構６０により外部と遮断
され、固体高分子電解モジュール５０の前後における空
気流量が等しくなる。そこで、管理空間５２内の空気量
を増減することなく、湿度調整することができる。

【００３６】ここで、第２の空間４２の陰極５０ｃ側電
解反応面では上述の式（４）によって固体高分子電解質
膜５０ａを伝導してきた水素イオンが空気中の酸素と結
合して水蒸気が発生するが、幾分かの水素イオンは酸素
と結合せずに水素ガスとなって空気中に混入している。
そして、管理空間５２が開空間の場合は発生した水素ガ
スが蓄積されることは無いが、閉空間の場合には発生し
た水素ガスが蓄積され、一定の濃度限界を越えると爆発
の危険がある。そこで、この湿度調整装置を閉空間に適
用する場合には、発生した水素ガス処理が必要となる。
この実施の形態１では、第２の排気配管５８の経路中に
触媒層５９を配設しているので、第２の空間４２内を流
通してきた空気中に含まれる水素ガスは触媒層５９を通
過する際に水に変換されて除去され、管理空間５２内の
水素ガス蓄積による爆発事故を未然に防止している。ま
た、管理空間５２内の空気中に、触媒層５９の白金系金
属触媒に毒作用を及ぼす気体成分、例えば水に溶解して
硝酸、亜硝酸、あるいは有機酸等を生成する気体成分、
例えばＮＯ_X等のガス成分を含む場合には、これらを化
学的に吸収する材質でフィルタ５５を構成し、塵と共に
有害気体成分を除去すればよい。

【００３７】なお、上記実施の形態１では、第２の空間
４２を流通した空気を第１の空気４１を流通した空気と
合流させて管理空間５２内に返流するようにしている
が、第２の空間４２を流通した空気と第１の空気４１を
流通した空気とを別々に管理空間５２内に返流するよう
にしてもよい。また、上記実施の形態１では、固体高分
子電解モジュール５０が配設されたハウジング４０を管
理空間５２と別空間に配置し、両者を配管で連結するも
のとしているが、該ハウジング４０を管理空間５２内に
配置するようにしてもよい。

【００３８】実施の形態２．上記実施の形態１では、固
体高分子電解モジュール５０が平板状に形成されている
ものとしているが、この実施の形態２では、図４に示す
ように、固体高分子電解モジュール７０がコルゲート状
に形成されているものとしている。この固体高分子電解
モジュール７０は平板状の固体高分子電解質膜５０ａの
両面に触媒層５０ｅを介して陽極電極５０ｂと陰極電極
５０ｃを形成したものを交互に折り返してコルゲート状
（波形）に成形されたもので、上述の固体高分子電解モ
ジュール５０と同様に作用する。そして、固体高分子電
解モジュール７０は、コルゲート状の稜線方向を空気の
流れ方向と一致するようにハウジング４０内に配設され
ている。この場合、固体高分子電解モジュール７０はコ
ルゲート状に成形されているので、電解反応面が立体的
に形成され、小さな空間で大きな電解反応面が得られ、
除湿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。

【００３９】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３に係る湿度調整装置を示す一部破断側面図である。
この実施の形態３では、固体高分子電解モジュール５０
がハウジング４０内を第１および第２の空間４１，４２
に分割するように水平に配設されている。そして、吸気
配管５３および分岐吸気配管５７がハウジング４０の一
端側に接続され、排気配管５４および分岐排気配管５８
がハウジング４０の他端側に接続されてている。さら
に、凝縮水滴下手段としての針状あるいは鋭利なＶ字状
のフィン６２が固体高分子電解モジュール５０の陰極５
０ｃ側電解反応面に向かうようにハウジング４０の放熱
フィン６１が形成された内壁面に均一な密度に複数形成
されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様
に構成されている。

【００４０】このように構成された湿度調整装置におい
ては、第２の空間４２内の空気中に含まれる水蒸気が放
熱フィン６１により熱を奪われて凝縮した凝縮水は、放
熱フィン６０の内面に形成されたフィン６２を伝ってそ
の先端から微小な水滴となって固体高分子電解モジュー
ル５０の陰極５０ｃ側電解反応面に全面にわたって均等
に滴下される。そこで、固体高分子電解モジュール５０
の陰極側電解反応面の全面が均一な湿潤状態に保持され
る。そして、固体高分子電解モジュール５０の陰極側電
解反応面に滴下した水は逐次水封機構６０を通して系外
に除去される。

【００４１】固体高分子電解モジュール５０と直流電源
５１とを結ぶ外部回路に流れる電流量は固体高分子電解
モジュール５０を通過する水素イオンの移動量に比例す
る。一般に固体高分子電解モジュール５０を構成する固
体高分子電解質膜５０ａに流れる電流密度は乾燥状態の
場合で１〜２Ａ/ｄｍ²程度であるが、これを湿潤状態に
保持すると乾燥状態の場合に比べて数倍〜十数倍の電流
密度が得られる。従って、この実施の形態３によれば、
固体高分子電解質モジュール５０を湿潤状態に保持する
ことによって電解反応を加速でき、除湿効率を増大させ
ることができる。

【００４２】なお、上記実施の形態３では、固体高分子
電解モジュール５０をハウジング４０内に水平に配設す
るものとしているが、フィン６２などにより凝縮水が電
解反応面に均等に滴下できるように構成されていれば、
固体高分子電解モジュール５０の配置角度は水平に限ら
ずどんな角度でもよい。また、固体高分子電解モジュー
ル５０に代えて固体高分子電解モジュール７０を用いて
もよい。

【００４３】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４に係る湿度調整装置を示す一部破断側面図である。
この実施の形態４では、第２の空間４２と管理空間５２
とを連通する第２の排気配管６３を設け、第１および第
２の空間４１，４２内を流通してきた空気を第１および
第２の排気配管５４，６３を介して別々に管理空間５２
内に返流するものとしている。なお、他の構成は上記実
施の形態１と同様に構成されている。

【００４４】この実施の形態４では、第１の空間４１を
流通して除湿され、かつ、酸素富化の空気が第１の排気
配管５４を通って管理空間５２内に返流され、第２の空
間４２を流通して加湿され、かつ、酸素貧化の空気が第
２の排気配管６３を通って管理空間５２内に返流され
る。そこで、図６に示されるように、管理空間５２を２
つの空間５２ａ，５２ｂに分割し、第１および第２の排
気配管５４，６３をそれぞれ空間５２ａ，５２ｂに連結
することにより、空間５２ａ，５２ｂの空気成分比を独
立して制御することができる。従って、例えば冷蔵庫で
は、生鮮品は貧酸素状態であると共に多湿の環境に保管
することが望まれており、この実施の形態４による湿度
調整装置は、このような用途に有効に適用できる。

【００４５】実施の形態５．図７はこの発明の実施の形
態５に係る湿度調整装置の排気配管周りを示す断面図で
ある。この実施の形態５では、第１の排気配管５４と第
２の排気配管５９との合流箇所の第１の排気配管５４の
壁面に細孔６４が穿設されている。なお、他の構成は上
記実施の形態１と同様に構成されている。この実施の形
態５では、第１の排気配管５４に高速気流Ａを形成する
こにより、ベルヌーイ原理あるいは霧吹きの原理に従っ
て第２の排気配管５９内の空気は気流Ｂに示すように細
孔６４を通って気流Ａに吸い込まれる。そこで、上記実
施の形態１においては、第２の空間４２が淀み点となっ
て十分な空気流量が陰極５０ｃ側に流れにくくなり、電
解反応を継続できなくなる恐れがあったが、この実施の
形態５によれば、上述の流体的吸引作用によって、第２
の空間４２側の空気の流動を確実に確保でき、安定して
電解反応を継続することができる。

【００４６】実施の形態６．上記の実施の形態１では、
凝縮水を水封機構６０を介して水の形で系外に除去する
ものとしているが、この実施の形態６では、図示してい
ないが、加熱器を組み込んだ蒸発皿に凝縮水を受けて、
凝縮水を加熱蒸発させて除去するようにするものとし、
同様の効果が得られる。

【００４７】実施の形態７．上記実施の形態１では、放
熱フィン６１が形成されたハウジング４０の内壁面が固
体高分子電解モジュール５０の陰極側電解反応面と離間
しているが、この実施の形態７では、固体高分子電解モ
ジュール５０の陰極側電解反応面と相対するハウジング
４０の壁面をコルゲート状に成形し、熱伝導性に優れた
絶縁材を介して陰極５０ｃに熱的に接続するものとして
いる。ここで、ハウジング４０のコルゲート状の壁面は
稜線が空気の流れ方向と一致するようになっている。従
って、第２の吸気配管５７を介して送風されてきた空気
は第２の空間４２、すなわちハウジング４０のコルゲー
ト状の壁面と固体高分子電解モジュール５０の陰極５０
ｃとで構成される空間を陰極側電解反応面に沿って流れ
を妨げることなく流通する。そこで、この実施の形態７
によれば、上記実施の形態１と同様に、管理空間５２内
の空気の成分比を変えることなく、湿度を調整すること
ができる。また、陰極側の電解反応面を強制的に冷却で
き、陰極側で発生する水蒸気を効率的に凝縮液化して除
去することができる。

【００４８】なお、上記実施の形態７では、固体高分子
電解モジュール５０の陰極側電解反応面と相対するハウ
ジング４０の壁面をコルゲート状に成形し、熱伝導性に
優れた絶縁材を介して陰極５０ｃに熱的に接続するもの
としているが、陰極をアースとすれば、絶縁材を省略す
ることができ、装置の作製が容易となる。

【００４９】実施の形態８．図８および図９はそれぞれ
この発明の実施の形態８に係る湿度調整装置を示す一部
破断側面図および一部破断斜視図である。図において、
ハウジング４０ａ内には固体高分子電解モジュール５０
が上下方向に延設されている。そして、該ハウジング４
０ａ内は、固体高分子電解モジュール５０を挟んで上下
方向に延びる第１および第２の空間４１，４２の２つの
空間に分割されている。この固体高分子電解モジュール
５０には、陽極５０ｂが第１の空間４１に面し、陰極５
０ｃが第２の空間４２に面するように直流電源５１が電
気的に接続され、電解反応に必要な電力が供給されてい
る。ハウジング４０ａの第１の空間４１の上下部と管理
空間５２とは、それぞれ第１の吸気配管５３および第１
の排気配管５４を介して連通されている。そして、該第
１の吸気配管５３の経路中にフィルタ５５および送風手
段としての送風機５６が配設されている。また、ハウジ
ング４０ａの第２の空間の上部と第１の吸気配管５３の
送風機５６の吐出部の部位とが第２の吸気配管５７で連
通されている。さらに、ハウジング４０ａの第２の空間
４２の下部側が排気配管７２を介して外部と連通されて
いる。この排気配管７２の端部には開閉機構７１ａが設
けられている。送風機５６の吸引部には、一端を外部に
開放する外気吸入配管７３の他端が接続されている。そ
して、この外気吸入配管７３の経路中に、フィルタ５５
および開閉機構７１ｂが配設されている。

【００５０】つぎに、この実施の形態８による湿度調整
装置の動作について説明する。まず、直流電源５１によ
り固定高分子電解モジュール５０に電力が供給され、送
風機５６が駆動される。また、送風機５６の駆動に連動
して、開閉機構７１ａ，７１ｂが開弁される。すなわ
ち、送風機５６が動作している時は、開閉機構７１ａ，
７１ｂは開弁され、送風機５６が停止している時は、開
閉機構７１ａ，７１ｂは閉弁されている。そこで、管理
空間５２内の空気は、送風機５６の作用により、第１の
吸気配管５３を通って第１の空間４１内に送り込まれ
る。同時に、外部の空気が、送風機５６の作用により、
外気吸入配管７３を介して取り込まれ、管理空間５２内
の空気とともに、第１の吸気配管５３を通って第１の空
間４１内に送り込まれる。また、第１の吸気配管５３内
を流通する空気の一部が第２の吸気配管５７を通って第
２の空間４２内に送り込まれる。この時、管理空間５２
内の空気および外部の空気は、フィルタ５５により除塵
されて第１および第２の空間４１，４２に送り込まれ
る。

【００５１】第１の空間４１内に送り込まれた空気は、
固体高分子電解モジュール５０の陽極５０ｂの電解面に
沿って第１の空間４１内を下方に流通する。この空気の
第１の空間４１内を流通する過程において、空気中に含
まれる水蒸気が固体高分子電解モジュール５０の陽極５
０ｂの電解面で電気分解され、プロトンと酸素とが生成
される。そして、生成されたプロトンは固体高分子電解
質膜５０ａ中を通過して陰極５０ｃに供給される。そこ
で、空気は、水分が除去され、酸素が富化されて、第１
の排気配管５４を介して管理空間５２に送り返される。
一方、第２の空間４２内に送り込まれた空気は、固体高
分子電解モジュール５０の陰極５０ｃの電解面に沿って
第２の空間４２内を下方に流通する。この空気の第２の
空間４２内を流通する過程において、空気中に含まれる
酸素が固体高分子電解質膜５０ａ中を通過してきたプロ
トンと固体高分子電解モジュール５０の陰極５０ｃの電
解面で反応して水が生成される。そこで、第２の空間４
２内を流通した空気は、加湿され、かつ、酸素が消費さ
れて酸素濃度が低下される。この酸素が貧化され、加湿
された空気は、開閉機構７１ａを介して排気配管７２か
ら外部（系外）に排気される。

【００５２】この第２の空間４２内を流通した空気が、
開閉機構７１ａを介して外部に排気されているが、この
空気の外部への排気分は開閉機構７１ｂを介して系内に
取り込まれる外気により補給される。そして、送風機５
６が停止されると、開閉機構７１ａ，７１ｂが閉弁され
て、外気の系内への流入が防止される。

【００５３】ここで、陽極５０ｂ側と陰極５０ｃ側の酸
素ガスの収支について述べる。陽極側では、前述の式
（３）により、２個の水素イオン発生に対して１／２モ
ルの酸素ガスの発生があり、その分だけ陽極側空気流は
酸素が富化される。一方、陰極側では陰極側電解反応面
で前述の式（４）によって固体高分子電解質膜５０ａを
伝導してきた２個の水素イオンが空気中の酸素と結合し
て水蒸気が発生するが、その時１／２モルの酸素ガスを
消費する。その分だけ陰極側空気流は酸素貧化の状態と
なる。

【００５４】図３において、水素イオンが固体高分子電
解質膜５０ａを伝導によって陽極５０ｂ側から陰極５０
ｃ側に移動する場合には，３分子の水分子を同伴して移
動することが明らかにされている。これから陽極５０ｂ
で１分子の水を分解して２つの水素イオンを生成し、こ
れに各々３分子の水を同伴させて移動させれば陽極５０
ｂ側では７分子の水分子が消費され、１／２分子の酸素
ガスが生成されることになる。同様に陰極５０ｃ側では
１／２分子の酸素ガスを消費して７分子の水分子が生成
される。これから陽極５０ｂ側で１モルの水を消費すれ
ば１／１４モルの酸素が生成すると共に、陰極５０ｃ側
では１モルの水が生成すると共に１／１４モルの酸素が
消費されることになる。すなわち、酸素供給用として陽
極５０ｂ側空気流から１〜１０％程度を分流して陰極５
０ｃ側に空気を供給することによって電解反応を継続で
きる。

【００５５】この実施の形態８によれば、上記実施の形
態１と同様に、管理空間５２に固体高分子電解モジュー
ル５０を取り付けるための特別な開口部を設ける必要が
なく、第１の吸気配管５３および第１の排気配管５４を
貫通させるための小径の開口部を設けるだけで、管理空
間５２の湿度調整を行うことができる。また、送風機５
６の吸気側に外気吸入配管７３を接続し、第２の空間４
２の下部側に排気配管７２を接続し、送風機５６の駆動
に連動して開弁される開閉機構７１ａ，７１ｂを外気吸
入配管７３および排気配管７２に設けて、第２の空間４
２の下部側から排気配管７２を介して系外に排気される
空気を外気吸入配管７３を介して系内に取り込んで補給
するようにしている。そこで、系内が外気吸入配管７３
を介して取り込まれる外気によって換気されることにな
り、陽極側で発生する酸素によって系統内が酸素富化状
態となることを防止できる。従って、この湿度調整装置
を例えば電気機器制御盤内の湿度調整に適用しても、該
電気機器制御盤（管理空間）内が酸素富化の環境となる
ことがなく、電気火花が生じても引火しにくい環境とな
り、安全性を向上させることができる。

【００５６】実施の形態９．この実施の形態９では、図
１０に示されるように、第１の吸気配管５３の送風機５
６の吸気側の部位と第１の排気配管５４とを連通するバ
イパス配管７４を設けるものとしている。なお、他の構
成は、上記実施の形態８と同様に構成されている。この
実施の形態９では、第１の空間４１を流通して除湿され
た酸素貧化の空気の一部が、送風機５６の作用により、
第１の排気配管５４を流通する際にバイパス配管７４に
分流され、第１および第２の空間４１，４２に取り込ま
れる。そこで、空気が電解反応面に接する割合が多くな
り、空気の低湿度化が促進され、管理空間５２を迅速に
湿度調整することができる。

【００５７】実施の形態１０．この実施の形態１０で
は、図１１に示されるように、第１の吸気配管５３の送
風機５６の吸気側の部位と第１の排気配管５４とを連通
するバイパス配管７４を設けるものとしている。なお、
他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されてい
る。この実施の形態１０では、第１の空間４１を流通し
て除湿された酸素貧化の空気の一部が、送風機５６の作
用により、第１の排気配管５４を流通する際にバイパス
配管７４に分流され、第１および第２の空間４１，４２
に取り込まれる。そこで、空気が電解反応面に接する割
合が多くなり、空気の低湿度化が促進され、管理空間５
２を迅速に湿度調整することができる。

【００５８】実施の形態１１．この実施の形態１１で
は、図１２に示されるように、ハウジング４０ａの下端
側に配管７５を介して水封機構６０を接続し、この配管
７５の経路中に放熱器７６を設けるものとしている。な
お、他の構成は、上記実施の形態１０と同様に構成され
ている。この実施の形態１１では、第２の空間４２内に
送り込まれた空気は、固体高分子電解モジュール５０の
陰極５０ｃの電解面に沿って第２の空間４２内を下方に
流通する。この空気の第２の空間４２内を流通する過程
において、空気中に含まれる酸素が固体高分子電解質膜
５０ａ中を通過してきたプロトンと固体高分子電解モジ
ュール５０の陰極５０ｃの電解面で反応して水が生成さ
れる。そこで、空気は第２の空間４２内を流通して加湿
された後、配管７５を介して放熱器７６に流入する。放
熱器７６に流入した空気は熱を奪われて外部に放熱さ
れ、該空気に含まれる水蒸気が凝縮され凝縮水となって
水封機構６０に滴下される。そして、凝縮水は水封機構
６０により逐次外部に流出される。従って、この実施の
形態１１によれば、放熱器７６を別置しているので、外
壁面に放熱フィンを設けないハウジング４０ａを用いる
ことができ、すなわち外壁面に放熱フィンを設けたハウ
ジング４０を用いる必要がなく、ハウジングの構成を簡
素化することができる。

【００５９】実施の形態１２．この実施の形態１２で
は、図８に示される構成において、管理空間５２を密閉
構造の乾燥箱で構成し、該乾燥箱に被乾燥体の取込／取
出機構を設けるものとしている。この実施の形態１２で
は、被乾燥体を取込／取出機構を介して乾燥箱内に密閉
状態に収容した後、直流電源５１により固体高分子電解
モジュール５０に電力を供給し、さらに送風機５６を駆
動するとともに、開閉機構７１ａ，７１ｂを開弁する。
そこで、乾燥箱内の空気およびが第１の吸気配管５３を
介して第１の空間４１内に送り込まれ、乾燥箱内の空気
および外気吸入配管７３から取り込まれた外気の一部が
第２の吸気配管５７を介して第２の空間４２内に送り込
まれる。そして、第１の空間４１内に送り込まれた空気
は、固体高分子電解モジュール５０の陽極の電解反応面
に沿って流通し、水分が除去されて第１の排気配管５４
を介して乾燥箱内に送り返され、乾燥箱内の空気が除湿
される。一方、第２の空間４２内に送り込まれた空気
は、固体高分子電解モジュール５０の陰極の電解反応面
に沿って流通し、加湿されて排気配管７２から外部に排
気される。そこで、乾燥箱内の空気が除湿されるにつ
れ、該乾燥箱内に収容されている被乾燥体に吸着あるい
は付着している水分が取り除かれ、被乾燥体の乾燥が行
われる。そして、被乾燥体の乾燥が終了すれば、取込／
取出機構を介して該被乾燥体を取り出すことになる。従
って、この実施の形態１２によれば、熱風乾燥とは異な
り、乾燥箱内を高温にすることなく室温で乾燥できる乾
燥機が得られる。そこで、被乾燥体が高温をきらうよう
な場合、例えば微生物関連分野に適用することができ
る。

【００６０】なお、上記実施の形態１２では、上記実施
の形態８による湿度調整装置を乾燥機に適用するものと
しているが、他の実施の形態による湿度調整装置に適用
しても、同様の効果が得られる。

【００６１】

【発明の効果】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。

【００６２】この第１の発明によれば、ハウジングと、
イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極
が設けられてなり、ハウジング内を第１および第２の空
間に分割するように配設された固体高分子電解モジュー
ルと、管理空間とハウジングの一側との間に配設されて
該管理空間内の空気を第１の空間内に導入する第１の吸
気配管と、第１の吸気配管とハウジングの一側との間に
配設されて管理空間内の空気を該第１の吸気配管から分
岐して第２の空間内に導入する第２の吸気配管と、ハウ
ジングの他側と管理空間との間に配設されて第１の空間
内を流通した空気を該管理空気内に返流する第１の排気
配管と、ハウジングの他側と管理空間との間に配設され
て第２の空間内を流通した空気を該管理空間内に返流す
る第２の排気配管と、第２の空間内の空気中に含まれる
水蒸気を凝縮液化する凝縮手段と、管理空間内の空気を
第１の吸気配管を介して第１の空間側に送風する送風手
段と、第１の空間側が陽極となるように固体高分子電解
モジュールに直流電圧を印加する直流電源とを備えてい
るので、管理空間内の空気成分比を変化させることなく
湿度調整できる固体高分子電解モジュールを用いた湿度
調整装置が得られる。

【００６３】この第２の発明によれば、上記第１の発明
において、第２の排気配管が、第１の排気配管に連結さ
れて、第１および第２の空間内を流通した空気が合流し
た後、管理空間に返流されるようにしているので、管理
空間内の空気成分比を変化させることなく湿度調整でき
る。

【００６４】この第３の発明によれば、上記第２の発明
において、第２の排気配管が連結される部位の第１の排
気配管の壁面に複数の細孔が穿設され、該細孔を介して
第１および第２の排気配管が連通されているので、細孔
による吸引作用により第２の空間の空気の通気が確実に
なり、安定して電解反応を継続できる。

【００６５】この第４の発明によれば、上記第１の発明
において、第１および第２の排気配管が、それぞれ管理
空間の異なる区域に連結されて、第１および第２の空間
内を流通した空気が独立して該管理空間の異なる区域に
返流されるようにしたので、管理空間の異なる区域にお
ける空気成分比を制御することができる。

【００６６】この第５の発明によれば、上記第１乃至第
４の発明のいずれかの発明において、凝縮手段が、固体
高分子電解モジュールの陰極側電解反応面に相対するハ
ウジングの外壁面に放熱フィンを形成して構成されてい
るので、第２の空間内の空気に含まれる水蒸気を凝縮し
て凝縮水として簡易に除去することができる。

【００６７】この第６の発明によれば、上記第５の発明
において、放熱フィンが形成されたハウジングの内壁面
が固体高分子電解モジュールの陰極側電解反応面に熱的
に接続されているので、第２の空間内の空気に含まれる
水蒸気を効率的に凝縮して凝縮水として除去することが
できる。

【００６８】この第７の発明によれば、上記第１乃至第
６の発明のいずれかの発明において、第２の空間が水封
機構を介して外部に連結されて、該第２の空間内の空気
は該水封機構により外部と遮断され、該第２の空間内で
凝縮された凝縮水は該水封機構を介して外部に排出され
るようにしているので、固体高分子電解モジュールの出
入口における空気流量が等しくなり、管理空間内の空気
量を変化させることなく湿度調整することができる。

【００６９】この第８の発明によれば、上記第１乃至第
７の発明のいずれかの発明において、凝縮手段により凝
縮された凝縮水を固体高分子電解モジュールの陰極側電
解反応面に滴下させる凝縮水滴下手段を備えているの
で、電解反応速度を向上させることができる。

【００７０】この第９の発明によれば、上記第１乃至第
８の発明のいずれかの発明において、第２の排気配管の
経路中に白金系金属触媒層を配設したので、電解反応に
よって発生される水素ガスを分解除去でき、安全性を向
上させることができる。

【００７１】この第１０の発明によれば、ハウジング
と、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質
電極が設けられてなり、ハウジング内を第１および第２
の空間に分割するように配設された固体高分子電解モジ
ュールと、管理空間とハウジングの一側との間に配設さ
れて該管理空間内の空気を第１の空間内に導入する第１
の吸気配管と、第１の吸気配管の経路中に配設されて管
理空間内の空気を該第１の吸気配管を介して第１の空間
側に送風する送風手段と、送風手段の吸気側に接続され
て外気を取り入れる外気吸気配管と、第１の吸気配管の
送風手段の吐出側とハウジングの一側との間に配設され
て管理空間内の空気および外気吸気配管から取り入れら
れる外気を該第１の吸気配管から分岐して第２の空間内
に導入する第２の吸気配管と、ハウジングの他側と管理
空間との間に配設されて第１の空間内を流通した空気を
該管理空間内に返流する第１の排気配管と、ハウジング
の他側に接続されて第２の空間内を流通した空気を系外
に排気する排気配管と、第１の空間側が陽極となるよう
に固体高分子電解モジュールに直流電圧を印加する直流
電源とを備えているので、管理空間内を酸素富化の環境
とすることなく湿度調整できる固体高分子電解モジュー
ルを用いた湿度調整装置が得られる。

【００７２】この第１１の発明によれば、上記第１また
は第１０の発明において、第１の吸気配管の送風手段の
吸気側と第１の排気配管とをバイパス配管で連通し、管
理空間内に返流される空気の一部を該バイパス配管を介
して第１の空間に還流させるようにしているもので、空
気の電解反応面に接する割合が大きくなり、その分除湿
効果を高めることができる。

【００７３】この第１２の発明によれば、上記第１乃至
第１１の発明のいずれかの発明において、第２の空間を
流通する空気流量が第１の空間を流通する空気流量に対
して１〜１０％に制御されているので、第１の空間側で
低湿度化された空気流に対して第２の空気からの飽和空
気流を低減でき、高効率で除湿することができる。

【００７４】この第１３の発明によれば、被乾燥体を収
容する乾燥箱と、乾燥箱に設けられて被乾燥体の出し入
れを行う取込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電
性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極が設けられ
てなり、ハウジング内を第１および第２の空間に分割す
るように配設された固体高分子電解モジュールと、乾燥
箱とハウジングの一側との間に配設されて該乾燥箱内の
空気を第１の空間内に導入する第１の吸気配管と、第１
の吸気配管とハウジングの一側との間に配設されて乾燥
箱内の空気を該第１の吸気配管から分岐して第２の空間
内に導入する第２の吸気配管と、ハウジングの他側と乾
燥箱との間に配設されて第１の空間内を流通した空気を
該乾燥箱内に返流する第１の排気配管と、ハウジングの
他側と乾燥箱との間に配設されて第２の空間内を流通し
た空気を該乾燥箱内に返流する第２の排気配管と、第２
の空間内の空気中に含まれる水蒸気を凝縮液化する凝縮
手段と、乾燥箱内の空気を第１の吸気配管を介して第１
の空間側に送風する送風手段と、第１の空間側が陽極と
なるように固体高分子電解モジュールに直流電圧を印加
する直流電源とを備えているので、熱風乾燥と異なり、
低温で乾燥できる固体高分子電解モジュールを用いた乾
燥装置が得られる。

【００７５】この第１４の発明によれば、被乾燥体を収
容する乾燥箱と、乾燥箱に設けられて被乾燥体の出し入
れを行う取込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電
性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極が設けられ
てなり、ハウジング内を第１および第２の空間に分割す
るように配設された固体高分子電解モジュールと、乾燥
箱とハウジングの一側との間に配設されて該乾燥箱内の
空気を第１の空間内に導入する第１の吸気配管と、第１
の吸気配管の経路中に配設されて乾燥箱内の空気を該第
１の吸気配管を介して第１の空間側に送風する送風手段
と、送風手段の吸気側に接続されて外気を取り入れる外
気吸気配管と、第１の吸気配管の送風手段の吐出側とハ
ウジングの一側との間に配設されて乾燥箱内の空気およ
び外気吸気配管から取り入れられる外気を該第１の吸気
配管から分岐して第２の空間内に導入する第２の吸気配
管と、ハウジングの他側と乾燥箱との間に配設されて第
１の空間内を流通した空気を該乾燥箱内に返流する第１
の排気配管と、ハウジングの他側に接続されて第２の空
間内を流通した空気を系外に排気する排気配管と、第１
の空間側が陽極となるように固体高分子電解モジュール
に直流電圧を印加する直流電源とを備えているので、熱
風乾燥と異なり、低温で乾燥できる固体高分子電解モジ
ュールを用いた乾燥装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る湿度調整装置
を示す一部破断側面図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る湿度調整装置
を示す一部破断斜視図である。

【図３】この発明の実施の形態１に係る湿度調整装置
に適用される固体高分子電解モジュールを示す模式構成
図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係る湿度調整装置
を示す一部破断斜視図である。

【図５】この発明の実施の形態３に係る湿度調整装置
を示す一部破断側面図である。

【図６】この発明の実施の形態４に係る湿度調整装置
を示す一部破断側面図である。

【図７】この発明の実施の形態５に係る湿度調整装置
の排気配管周りを示す断面図である。

【図８】この発明の実施の形態８に係る湿度調整装置
を示す一部破断側面図である。

【図９】この発明の実施の形態８に係る湿度調整装置
を示す一部破断斜視図である。

【図１０】この発明の実施の形態９に係る湿度調整装
置を示す一部破断側面図である。

【図１１】この発明の実施の形態１０に係る湿度調整
装置を示す一部破断側面図である。

【図１２】この発明の実施の形態１１に係る湿度調整
装置を示す一部破断側面図である。

【図１３】従来の除湿のシステムを示す構成図であ
る。

【図１４】従来の水分除去器を示す構成図である。

【符号の説明】

４０ハウジング、４１第１の空間、４２第２の空
間、５０、７０固体高分子電解モジュール、５０ａ
固体高分子電解質膜、５０ｂ陰極（多孔質電極）、５
０ｃ陽極（多孔質電極）、５１直流電源、５２管
理空間、５３第１の吸気配管、５４第１の排気配管、
５６送風機（送風手段）、５７第２の吸気配管、５
８、６３第２の排気配管、５９触媒層、６０水封
機構、６１放熱フィン（凝縮手段）、６２フィン
（凝縮水滴下手段）、６４細孔、７２排気配管、７
３外気吸入配管、７４バイパス配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極
が設けられてなり、前記ハウジング内を第１および第２
の空間に分割するように配設された固体高分子電解モジ
ュールと、管理空間と前記ハウジングの一側との間に配設されて該
管理空間内の空気を前記第１の空間内に導入する第１の
吸気配管と、前記第１の吸気配管と前記ハウジングの一側との間に配
設されて前記管理空間内の空気を該第１の吸気配管から
分岐して前記第２の空間内に導入する第２の吸気配管
と、前記ハウジングの他側と前記管理空間との間に配設され
て前記第１の空間内を流通した空気を該管理空気内に返
流する第１の排気配管と、前記ハウジングの他側と前記管理空間との間に配設され
て前記第２の空間内を流通した空気を該管理空間内に返
流する第２の排気配管と、前記第２の空間内の空気中に含まれる水蒸気を凝縮液化
する凝縮手段と、前記管理空間内の空気を前記第１の吸気配管を介して前
記第１の空間側に送風する送風手段と、前記第１の空間側が陽極となるように前記固体高分子電
解モジュールに直流電圧を印加する直流電源とを備えた
ことを特徴とする固体高分子電解モジュールを用いた湿
度調整装置。
【請求項２】第２の排気配管が、第１の排気配管に連
結されて、第１および第２の空間内を流通した空気が合
流した後、管理空間に返流されるようにしたことを特徴
とする請求項１記載の固体高分子電解モジュールを用い
た湿度調整装置。
【請求項３】第２の排気配管が連結される部位の第１
の排気配管の壁面に複数の細孔が穿設され、該細孔を介
して第１および第２の排気配管が連通されていることを
特徴とする請求項２記載の固体高分子電解モジュールを
用いた湿度調整装置。
【請求項４】第１および第２の排気配管が、それぞれ
管理空間の異なる区域に連結されて、第１および第２の
空間内を流通した空気が独立して該管理空間の異なる区
域に返流されるようにしたことを特徴とする請求項１記
載の固体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置。
【請求項５】凝縮手段が、固体高分子電解モジュール
の陰極側電解反応面に相対するハウジングの外壁面に放
熱フィンを形成して構成されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子電解
モジュールを用いた湿度調整装置。
【請求項６】放熱フィンが形成されたハウジングの内
壁面が固体高分子電解モジュールの陰極側電解反応面に
熱的に接続されていることを特徴とする請求項５記載の
固体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置。
【請求項７】第２の空間が水封機構を介して外部に連
結されて、該第２の空間内の空気は該水封機構により外
部と遮断され、該第２の空間内で凝縮された凝縮水は該
水封機構を介して外部に排出されるようにしたことを特
徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体
高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置。
【請求項８】凝縮手段により凝縮された凝縮水を固体
高分子電解モジュールの陰極側電解反応面に滴下させる
凝縮水滴下手段を備えていることを特徴とする請求項１
乃至請求項７のいずれかに記載の固体高分子電解モジュ
ールを用いた湿度調整装置。
【請求項９】第２の排気配管の経路中に白金系金属触
媒層を配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項８
のいずれかに記載の固体高分子電解モジュールを用いた
湿度調整装置。
【請求項１０】ハウジングと、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極
が設けられてなり、前記ハウジング内を第１および第２
の空間に分割するように配設された固体高分子電解モジ
ュールと、管理空間と前記ハウジングの一側との間に配設されて該
管理空間内の空気を前記第１の空間内に導入する第１の
吸気配管と、前記第１の吸気配管の経路中に配設されて前記管理空間
内の空気を該第１の吸気配管を介して前記第１の空間側
に送風する送風手段と、前記送風手段の吸気側に接続されて外気を取り入れる外
気吸気配管と、前記第１の吸気配管の前記送風手段の吐出側と前記ハウ
ジングの一側との間に配設されて前記管理空間内の空気
および前記外気吸気配管から取り入れられる外気を該第
１の吸気配管から分岐して前記第２の空間内に導入する
第２の吸気配管と、前記ハウジングの他側と前記管理空間との間に配設され
て前記第１の空間内を流通した空気を該管理空間内に返
流する第１の排気配管と、前記ハウジングの他側に接続されて前記第２の空間内を
流通した空気を系外に排気する排気配管と、前記第１の空間側が陽極となるように前記固体高分子電
解モジュールに直流電圧を印加する直流電源とを備えた
ことを特徴とする固体高分子電解モジュールを用いた湿
度調整装置。
【請求項１１】第１の吸気配管の送風手段の吸気側と
第１の排気配管とをバイパス配管で連通し、管理空間内
に返流される空気の一部を該バイパス配管を介して第１
の空間に還流させるようにしたことを請求項１または請
求項１０に記載の固体高分子電解モジュールを用いた湿
度調整装置。
【請求項１２】第２の空間を流通する空気流量が第１
の空間を流通する空気流量に対して１〜１０％に制御さ
れていることを請求項１乃至請求項１１のいずれかに記
載の固体高分子電解モジュールを用いた湿度調整装置。
【請求項１３】被乾燥体を収容する乾燥箱と、前記乾燥箱に設けられて前記被乾燥体の出し入れを行う
取込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極
が設けられてなり、前記ハウジング内を第１および第２
の空間に分割するように配設された固体高分子電解モジ
ュールと、前記乾燥箱と前記ハウジングの一側との間に配設されて
該乾燥箱内の空気を前記第１の空間内に導入する第１の
吸気配管と、前記第１の吸気配管と前記ハウジングの一側との間に配
設されて前記乾燥箱内の空気を該第１の吸気配管から分
岐して前記第２の空間内に導入する第２の吸気配管と、前記ハウジングの他側と前記乾燥箱との間に配設されて
前記第１の空間内を流通した空気を該乾燥箱内に返流す
る第１の排気配管と、前記ハウジングの他側と前記乾燥箱との間に配設されて
前記第２の空間内を流通した空気を該乾燥箱内に返流す
る第２の排気配管と、前記第２の空間内の空気中に含まれる水蒸気を凝縮液化
する凝縮手段と、前記乾燥箱内の空気を前記第１の吸気配管を介して前記
第１の空間側に送風する送風手段と、前記第１の空間側が陽極となるように前記固体高分子電
解モジュールに直流電圧を印加する直流電源とを備えた
ことを特徴とする固体高分子電解モジュールを用いた乾
燥装置。
【請求項１４】被乾燥体を収容する乾燥箱と、前記乾燥箱に設けられて前記被乾燥体の出し入れを行う
取込／取出機構と、ハウジングと、イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に多孔質電極
が設けられてなり、前記ハウジング内を第１および第２
の空間に分割するように配設された固体高分子電解モジ
ュールと、前記乾燥箱と前記ハウジングの一側との間に配設されて
該乾燥箱内の空気を前記第１の空間内に導入する第１の
吸気配管と、前記第１の吸気配管の経路中に配設されて前記乾燥箱内
の空気を該第１の吸気配管を介して前記第１の空間側に
送風する送風手段と、前記送風手段の吸気側に接続されて外気を取り入れる外
気吸気配管と、前記第１の吸気配管の前記送風手段の吐出側と前記ハウ
ジングの一側との間に配設されて前記乾燥箱内の空気お
よび前記外気吸気配管から取り入れられる外気を該第１
の吸気配管から分岐して前記第２の空間内に導入する第
２の吸気配管と、前記ハウジングの他側と前記乾燥箱との間に配設されて
前記第１の空間内を流通した空気を該乾燥箱内に返流す
る第１の排気配管と、前記ハウジングの他側に接続されて前記第２の空間内を
流通した空気を系外に排気する排気配管と、前記第１の空間側が陽極となるように前記固体高分子電
解モジュールに直流電圧を印加する直流電源とを備えた
ことを特徴とする固体高分子電解モジュールを用いた乾
燥装置。