JPH11151416A - Solid high molecular electrolytic type humidity exchanging module - Google Patents

Solid high molecular electrolytic type humidity exchanging module

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JPH11151416A
JPH11151416A JP9319719A JP31971997A JPH11151416A JP H11151416 A JPH11151416 A JP H11151416A JP 9319719 A JP9319719 A JP 9319719A JP 31971997 A JP31971997 A JP 31971997A JP H11151416 A JPH11151416 A JP H11151416A
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JP
Japan
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solid polymer
closed space
polymer electrolyte
water vapor
air
Prior art date
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Application number
JP9319719A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Moriguchi
哲雄 森口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to operate while interrupting the flying of dust or the like floating in the air and constantly keeping an electrolytic reaction surface in a cleaned state. SOLUTION: A single cell 30 constituting a solid high molecule electrolytic type humidity exchanging module 50 is constituted so that a pair of selective steam permeation membranes 52a, 52b are mounted to close opening parts of both surface of a frame member 55 and a solid high molecular electrolytic element 51, which is formed by press fitting porous electrodes 53a and 53b to both surface of a solid high molecular electrolyte membrane 19 through a platinum based catalytic layer by heating, is mounted so that a closed space constituted of the frame member 55 and a pair of the selective steam permeation membranes 52a and 52b is divided into a 1st closed space 54a and a 2nd closed space 54b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素イオン導電性
の固体高分子電解質膜を用いて気中の水蒸気を電解して
湿度交換する固体高分子電解素子を組み込んだ湿度交換
モジュールに関し、特に電解反応特性を低下させる要因
となる塵埃や粘着性化学物質の電解反応面への付着を防
止するモジュール構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidity exchange module which incorporates a solid polymer electrolyte element for performing moisture exchange by electrolyzing water vapor using a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane, and in particular, relates to an electrolytic solution. The present invention relates to a module structure for preventing dust and sticky chemical substances, which are factors that degrade reaction characteristics, from adhering to an electrolytic reaction surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10は例えば特開平4−4016号公
報に記載された除湿装置を示す断面図であり、この除湿
装置は空気中の水蒸気を電気分解する機能をもつ固体高
分子電解素子の電気化学的機能を利用して空間を除湿す
るものである。図10において、除湿装置1は空気中の
水蒸気を電気分解する機能をもつ固体高分子電解素子
2、水蒸気を電気分解するために固体高分子電解素子1
に電力を供給する直流電源3および開閉シャッタ4から
構成され、筐体5の壁面の一部に設けられた開口部6に
嵌め込まれている。そして、筐体5内は除湿装置1によ
り外部と遮断され、閉空間を構成している。この固体高
分子電解素子2は、図11に示されるように、電極8
a、8bを水素イオン(プロトン)を選択的に通過させ
る固体高分子電解質膜7の両面にそれぞれ電解反応を促
進する白金系触媒層9を介して熱圧着して複合膜状に成
形されている。ここで、この固体高分子電解質膜7に
は、例えばナフィオン(Du Pont社登録商標)膜などが
用いられる。また、電極8a、8bには、例えば白金メ
ッキが施されたエキスパンドチタン等が用いられる。な
お、陰極側の電極には炭素繊維の不織物等を用いること
ができる。
2. Description of the Related Art FIG. 10 is a cross-sectional view showing a dehumidifying device described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-41616. This dehumidifying device is a solid polymer electrolytic device having a function of electrolyzing water vapor in the air. It dehumidifies the space using electrochemical functions. In FIG. 10, a dehumidifier 1 has a solid polymer electrolytic element 2 having a function of electrolyzing water vapor in the air, and a solid polymer electrolytic element 1 for electrolyzing water vapor.
, And is fitted into an opening 6 provided in a part of the wall surface of the housing 5. Then, the inside of the housing 5 is isolated from the outside by the dehumidifying device 1 to form a closed space. As shown in FIG. 11, the solid polymer
a and 8b are formed into a composite membrane by thermocompression bonding on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane 7 for selectively passing hydrogen ions (protons) via platinum-based catalyst layers 9 for promoting an electrolytic reaction. . Here, as the solid polymer electrolyte membrane 7, for example, a Nafion (registered trademark of Du Pont) membrane or the like is used. For the electrodes 8a and 8b, for example, expanded titanium plated with platinum or the like is used. In addition, non-woven fabric of carbon fiber or the like can be used for the electrode on the cathode side.

【0003】つぎに、従来の除湿装置の動作について説
明する。筐体5の開口部6に嵌め込まれた固体高分子電
解素子2は、被除湿側(筐体5の内部)が陽極、加湿側
(大気側)が陰極となるように、直流電源3が接続され
ている。そこで、直流電源3から電極8a(陽極)と電
極8b(陰極)との間に電力が供給されると、陽極側の
空気中の水蒸気が電気分解されて式(1)の反応により
水分子を分解し、酸素を発生して湿度が低下する。 陽極側: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- ・・・(1) さらに、陽極側から固体高分子電解質膜7を介して陰極
側に移動する水素イオンに同伴して、1〜3分子の複数
の水分子が陽極側から陰極側に移動する。従って、陽極
側では水分子が消費されるため、湿度が低下して乾燥空
気が得られることになる。また、上記電解反応時に陽極
側で生成した水素イオン(H+)は固体高分子電解質膜7中
を通って陰極に達する。一方、電子(e-)は外部回路を通
って陰極に達する。そして、式(2)の反応により陰極
側で酸素を消費して水を生成する。 陰極側: O2 + 4H+ + 4e- → H2O ・・・(2) これによって陰極側の空気は加湿され湿潤空気となる。
上式(1)、(2)で示す電解反応に必要な電力は直流
電源3から給電される。また、固体高分子電解質膜7と
電極8a、8bとのそれぞれの接合界面には白金系触媒
層9が形成され、式(1)、(2)の電解反応を促進し
ている。
Next, the operation of the conventional dehumidifier will be described. The DC power supply 3 is connected to the solid polymer electrolyte element 2 fitted into the opening 6 of the housing 5 such that the dehumidified side (inside of the housing 5) is an anode and the humidified side (atmosphere side) is a cathode. Have been. Therefore, when power is supplied from the DC power supply 3 between the electrode 8a (anode) and the electrode 8b (cathode), water vapor in the air on the anode side is electrolyzed, and water molecules are formed by the reaction of the formula (1). Decomposes to generate oxygen and reduce humidity. Anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - ··· (1) Further, entrained in the hydrogen ions move to the cathode side from the anode side through the solid polymer electrolyte membrane 7, 1-3 A plurality of water molecules move from the anode side to the cathode side. Therefore, since water molecules are consumed on the anode side, the humidity is reduced and dry air is obtained. Further, hydrogen ions (H + ) generated on the anode side during the electrolytic reaction pass through the solid polymer electrolyte membrane 7 and reach the cathode. On the other hand, the electrons (e ) reach the cathode through an external circuit. Then, water is generated by consuming oxygen on the cathode side by the reaction of the formula (2). Cathode side: O 2 + 4H + + 4e → H 2 O (2) Thereby, the air on the cathode side is humidified and becomes humid air.
The power required for the electrolytic reaction represented by the above equations (1) and (2) is supplied from the DC power supply 3. In addition, a platinum-based catalyst layer 9 is formed at the joint interface between the solid polymer electrolyte membrane 7 and the electrodes 8a and 8b, and promotes the electrolytic reactions of the formulas (1) and (2).

【0004】そこで、筐体5内の閉空間内の水蒸気は、
開閉シャッタ4を開け、固体高分子電解素子2に直流電
源3から給電することにより、外部に排出され、筐体5
内が湿度制御される。また、直流電源3による給電を停
止するときには、開閉シャッタ4を閉じることにより、
筐体5内に外部から流入してくる湿度分が遮断され、筐
体5内の湿度が一定に維持される。
Therefore, the water vapor in the closed space in the housing 5 is
By opening the opening / closing shutter 4 and supplying power from the DC power supply 3 to the solid polymer electrolyte element 2,
The humidity is controlled inside. When the power supply by the DC power supply 3 is stopped, the open / close shutter 4 is closed,
The humidity flowing from the outside into the housing 5 is blocked, and the humidity in the housing 5 is kept constant.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の除
湿装置は、固体高分子電解素子2の電解反応面が大気と
直接接しているので、大気中に浮遊する塵埃や、油、タ
ールのような粘着付着成分が固体高分子電解素子2の電
解反応面に付着し、気体と触媒層9との接触が悪くな
り、電解特性を低下させてしまうという課題があった。
特に、固体高分子電解素子2の陰極面が汚損されて、電
解反応面に酸素が十分に供給されなくなると、水素イオ
ンが電子を放出して可燃性の水素ガスとなって放出さ
れ、これが拡散して引火等の問題を引き起こす危険性を
はらむため、電解反応面は常に清浄な状態に維持してお
く必要があった。
As described above, in the conventional dehumidifier, since the electrolytic reaction surface of the solid polymer electrolyte element 2 is in direct contact with the atmosphere, dust, oil, and tar floating in the atmosphere are removed. Such an adhesive component adheres to the electrolytic reaction surface of the solid polymer electrolyte element 2, causing a problem that contact between the gas and the catalyst layer 9 deteriorates and deteriorates the electrolytic characteristics.
In particular, when the cathode surface of the polymer electrolyte element 2 is contaminated and oxygen is not sufficiently supplied to the electrolysis reaction surface, hydrogen ions release electrons to emit flammable hydrogen gas, which is diffused. Therefore, it is necessary to always keep the electrolytic reaction surface in a clean state in order to cause a risk of causing a problem such as ignition.

【0006】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あり、選択的に水蒸気のみを通過
させる選択的水蒸気透過膜で固体高分子電解素子の電解
反応面を覆蓋して、大気中に浮遊する塵埃や、油、ター
ルのような粘着性化学物質の電解反応面への飛来を阻止
し、電解反応面を常に清浄な状態に維持して、塵埃や粘
着性化学物質の付着に起因する電解特性の低下、さらに
は可燃性の水素ガスの放出を防止できる固体高分子電解
型湿度交換モジュールを得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made by covering an electrolysis reaction surface of a solid polymer electrolytic element with a selective water vapor permeable membrane that selectively allows only water vapor to pass therethrough. Prevents airborne dust, oil, and sticky chemicals such as tar from coming to the electrolytic reaction surface, and keeps the electrolytic reaction surface clean at all times to reduce dust and sticky chemicals. It is an object of the present invention to obtain a solid polymer electrolyte type humidity exchange module that can prevent a decrease in electrolytic characteristics due to adhesion and further prevent the release of flammable hydrogen gas.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る固体高分
子電解型湿度交換モジュールは、水蒸気のみを選択的に
透過させる一対の選択的水蒸気透過膜が枠部材の相対す
る両面にそれぞれ設けられた開口部をそれぞれ塞口する
ように枠部材に取り付けられ、多孔性電極をそれぞれ水
素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に白金系触
媒層を介して熱圧接して形成された固体高分子電解素子
が該枠部材と該一対の選択的水蒸気透過膜とで構成され
る閉空間を一方の選択的水蒸気透過膜側の第1の閉空間
と他方の選択的水蒸気透過膜側の第2の閉空間とに画成
するように該枠部材に取り付けられてなる単セルと、上
記単セルの上記固体高分子電解素子の多孔質電極間に直
流電圧を供給する直流電源とを備えたものである。
In the solid polymer electrolyte type humidity exchange module according to the present invention, a pair of selective water vapor permeable membranes for selectively transmitting only water vapor are provided on both opposite sides of the frame member. A solid polymer formed by attaching a porous electrode to both surfaces of a proton conductive solid polymer electrolyte membrane through a platinum-based catalyst layer, with the porous electrodes attached to the frame member so as to close the openings. An electrolytic element includes a closed space formed by the frame member and the pair of selective water vapor permeable membranes, a first closed space on one selective water vapor permeable membrane side and a second closed space on the other selective water vapor permeable membrane side. A single cell attached to the frame member so as to define a closed space, and a DC power supply for supplying a DC voltage between the porous electrodes of the solid polymer electrolyte element of the single cell. is there.

【0008】また、上記単セルがそれぞれ隣接する単セ
ル間に空気の通気路を形成するようにスペーサを介して
複数個積層され、かつ、積層された複数個の単セルが相
対する上記多孔質電極の極性を同一極性とするように電
気的に直列に連結されているものである。
In addition, a plurality of the unit cells are stacked via a spacer so as to form an air passage between the adjacent unit cells, and the stacked unit cells face each other. The electrodes are electrically connected in series so that the polarities of the electrodes are the same.

【0009】また、隣接する上記通気路を流れる空気流
が互いに直交流を形成するように構成されているもので
ある。
[0009] Further, the air flow flowing through the adjacent air passages is configured to form a cross flow with each other.

【0010】また、上記第1および第2の閉空間の陽極
側の閉空間内の酸素を上記第1および第2の閉空間の陰
極側の閉空間に送気する酸素送気路と、上記第1および
第2の閉空間の陰極側の閉空間内の未反応ガスを外部に
排気する排気路とを備えたものである。
An oxygen air supply path for supplying oxygen in the anode-side closed space of the first and second closed spaces to the cathode-side closed space of the first and second closed spaces; And an exhaust path for exhausting unreacted gas in the closed space on the cathode side of the first and second closed spaces to the outside.

【0011】また、上記酸素送気路は、上記第1の閉空
間と上記第2の閉空間との間を連通するように上記固体
高分子電解素子を貫通して設けられた水蒸気の通過が無
視できる小口径の連通孔とするものである。
Further, the oxygen gas supply passage is provided with a passage of water vapor provided through the solid polymer electrolyte element so as to communicate between the first closed space and the second closed space. The communication hole has a small diameter that can be ignored.

【0012】また、上記排気路の経路中に貴金属触媒層
が介装されているものである。
In addition, a noble metal catalyst layer is interposed in the exhaust path.

【0013】[0013]

【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はこの発明の実施の形態1に係る固
体高分子電解型湿度交換モジュールを示す断面図であ
る。図1において、固体高分子電解型湿度交換モジュー
ル50を構成する単セル30は、固体高分子電解素子5
1がその外周部を筒状の枠部材55に支持されて該枠部
材55内に配設され、一対の選択的水蒸気透過膜52
a、52bが枠部材55の相対する両面に設けられた開
口部をそれぞれ塞口するように配設されて構成されてい
る。枠部材55と一対の選択的水蒸気透過膜52a、5
2bとから構成される閉空間は、固体高分子電解素子5
1により第1および第2の閉空間54a、54bに画成
されている。そして、第1の閉空間54a側が陽極面、
第2の閉空間54b側が陰極面となるように、直流電源
3が固体高分子電解素子51に接続されている。また、
枠部材55には通気口56a、56b、56cが穿設さ
れている。そして、第1および第2の閉空間54a、5
4bは通気口56a、通気路57aおよび通気口56b
を介して連通されている。さらに、第2の閉空間54b
は通気口56cおよび通気路57bを介して外部に連通
されている。そして、この通気路57bの経路中には、
貴金属触媒層59が配設されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a solid polymer electrolyte humidity exchange module according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a single cell 30 constituting a solid polymer electrolyte type humidity exchange module 50 includes a solid polymer electrolyte element 5
1 is disposed inside the frame member 55 with its outer peripheral portion supported by a cylindrical frame member 55, and a pair of selective water vapor permeable membranes 52.
a and 52b are arranged so as to close the openings provided on both opposing surfaces of the frame member 55, respectively. A frame member 55 and a pair of selective water vapor permeable membranes 52a, 52a,
2b is a closed space composed of the solid polymer electrolyte element 5
1 defines first and second closed spaces 54a and 54b. Then, the first closed space 54a side is the anode surface,
The DC power supply 3 is connected to the solid polymer electrolyte element 51 such that the second closed space 54b side is the cathode surface. Also,
The frame member 55 has ventilation holes 56a, 56b, 56c. Then, the first and second closed spaces 54a,
4b is a ventilation port 56a, a ventilation path 57a and a ventilation port 56b.
Are communicated through. Further, the second closed space 54b
Is communicated to the outside through a ventilation port 56c and a ventilation path 57b. And, in the path of this ventilation path 57b,
A noble metal catalyst layer 59 is provided.

【0014】ここで、単セル30と直流電源3とから固
体高分子電解型湿度交換モジュール50が構成され、通
気口56a、56bと通気路57aとから酸素送気路が
構成され、通気口56cと通気路57bとから排気路が
構成されている。また、固体高分子電解素子51は、一
対の多孔質電極53a、53bを水素イオン(プロト
ン)を選択的に通過させる水素イオン導電性の固体高分
子電解質膜49の両面にそれぞれ白金系触媒層を介して
熱圧着して複合膜状に構成されている。そして、固体高
分子電解質膜49には、例えばナフィオン(Du Pont社
登録商標)膜などが用いられる。また、多孔質電極53
a、53bには、例えば白金メッキが施されたエキスパ
ンドチタン等が用いられる。なお、陰極側の多孔質電極
には、炭素繊維の不織物を用いてもよい。さらに、選択
的水蒸気透過膜52a、52bは、水蒸気のみを選択的
に透過させ、他の気体成分や液状物は透過させない機能
を有する膜であって、例えば特開平1−194927号
公報に記載される膜が用いられる。
Here, the solid polymer electrolyte type humidity exchange module 50 is constituted by the single cell 30 and the DC power supply 3, and the oxygen supply passage is constituted by the vents 56a and 56b and the passage 57a. And an air passage 57b constitute an exhaust passage. In addition, the solid polymer electrolyte element 51 has platinum catalyst layers on both surfaces of a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane 49 for selectively passing hydrogen ions (protons) through the pair of porous electrodes 53a and 53b. It is formed into a composite film by thermocompression bonding. The solid polymer electrolyte membrane 49 is, for example, a Nafion (registered trademark of DuPont) membrane. Also, the porous electrode 53
For example, expanded titanium or the like plated with platinum is used for a and 53b. Note that a nonwoven fabric of carbon fiber may be used for the porous electrode on the cathode side. Further, the selective water vapor permeable membranes 52a and 52b are films having a function of selectively transmitting only water vapor and not transmitting other gas components or liquid substances, and are described in, for example, JP-A-1-194927. Film is used.

【0015】ついで、上記選択的水蒸気透過膜の特性に
ついて説明する。選択的水蒸気透過膜としては、ポリテ
トラフルオロエチレン膜を延伸して多孔質化した厚さ4
0μm、空孔率75%、最大孔径0.5μmの多孔質膜
上にスルホン酸基含有フッ素系共重合体を厚さ10μm
に成膜し、風乾後、100℃で180分間の乾燥処理を
施して得られた膜を用いた。この選択的水蒸気透過膜
は、図2に示される気体の透過特性を有している。ま
た、この選択的水蒸気透過膜を容量15リットルの筐体
の一部に50cm2の開口部を設け、この選択的水蒸気
透過膜を該開口部を塞口するように取り付け、筐体を相
対湿度25%の環境に置いた時の筐体内の湿度変化を測
定した結果を図3に示した。この図3から、筐体内の湿
度は時間とともに筐体外の湿度に近づくように低下して
いるのが分かる。つまり、外面を湿度25%の低湿度状
態においたとき、筐体内の水蒸気は選択的水蒸気透過膜
を通過して外部に排出され、筐体内の湿度が外気と同じ
湿度に減湿されることを示している。このことから、選
択的水蒸気透過膜の膜間に湿度差を形成することによ
り、閉空間の湿度を調整できることが分かる。また、こ
の選択的水蒸気透過膜の面間に圧力差をかけ、透過膜を
通過する空気量を測定した結果を図4に示した。この図
4から、面間の圧力差が30cm・Hg以下では空気が
透過しないことが分かる。これらのことから、この選択
的水蒸気透過膜は、面間に湿度差があれば、ある圧力範
囲で水蒸気のみを選択的に透過させる特性を有している
ことが分かる。
Next, the characteristics of the selective water vapor permeable membrane will be described. As the selective water vapor permeable membrane, a polytetrafluoroethylene membrane stretched to have a porous thickness of 4
A sulfonic acid group-containing fluorine-based copolymer having a thickness of 10 μm on a porous membrane having a thickness of 0 μm, a porosity of 75%, and a maximum pore size of 0.5 μm.
A film obtained by performing a drying treatment at 100 ° C. for 180 minutes after air-drying was used. This selective water vapor permeable membrane has gas permeation characteristics shown in FIG. Further, this selective water vapor permeable membrane is provided with an opening of 50 cm 2 in a part of a 15 liter capacity housing, and this selective water vapor permeable membrane is attached so as to close the opening, and the housing is placed at a relative humidity. FIG. 3 shows the result of measuring the change in humidity inside the housing when placed in a 25% environment. From FIG. 3, it can be seen that the humidity inside the housing decreases over time so as to approach the humidity outside the housing. That is, when the outer surface is in a low humidity state of 25% humidity, the water vapor in the housing passes through the selective water vapor permeable membrane and is discharged to the outside, and the humidity in the housing is reduced to the same humidity as the outside air. Is shown. This shows that the humidity in the closed space can be adjusted by forming a humidity difference between the selective water vapor permeable films. FIG. 4 shows the result of measuring the amount of air passing through the permeable membrane by applying a pressure difference between the surfaces of the selective water vapor permeable membrane. From FIG. 4, it can be seen that air does not permeate when the pressure difference between the surfaces is 30 cm · Hg or less. From these facts, it can be seen that this selective water vapor permeable membrane has the property of selectively transmitting only water vapor within a certain pressure range if there is a difference in humidity between the surfaces.

【0016】つぎに、この実施の形態1による固体高分
子電解型湿度交換モジュール50の動作について説明す
る。固体高分子電解素子51には、多孔質電極53aが
陽極、多孔質電極53bが陰極となるように、直流電源
3が接続されている。そこで、直流電源3から一対の多
孔質電極53a、53b間に電力が供給されると、第1
の閉空間54a側の空気中の水蒸気が電気分解されて式
(1)の反応により水分子を分解し、酸素を発生して湿
度が低下する。 陽極側: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- ・・・(1) さらに、第1の閉空間54a側から固体高分子電解質膜
49を介して第1の閉空間54b側に移動する水素イオ
ンに同伴して、1〜3分子の複数の水分子が第1の閉空
間54a側から第2の閉空間54b側に移動する。従っ
て、第1の閉空間54a側の空気は水分子が消費される
ため、減湿される。また、上記電解反応時に陽極側で生
成した水素イオン(H+)は固体高分子電解質膜49中を通
って多孔質電極53b(陰極)に達する。一方、電子(e
-)は外部回路を通って多孔質電極53bに達する。そし
て、式(2)の反応により陰極側で酸素を消費して水が
生成される。 陰極側: O2 + 4H+ + 4e- → H2O ・・・(2) 従って、第2の閉空間54bの空気は加湿され飽和度の
高い空気となる。
Next, the operation of the solid polymer electrolyte type humidity exchange module 50 according to the first embodiment will be described. The DC power supply 3 is connected to the solid polymer electrolytic element 51 such that the porous electrode 53a serves as an anode and the porous electrode 53b serves as a cathode. Therefore, when power is supplied between the pair of porous electrodes 53a and 53b from the DC power supply 3, the first
The water vapor in the air on the closed space 54a side is electrolyzed and water molecules are decomposed by the reaction of the formula (1), generating oxygen and reducing the humidity. Anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - ··· (1) further moves in the first closed space 54b side through the solid polymer electrolyte membrane 49 from the first closed space 54a side Along with the hydrogen ions, one to three molecules of water molecules move from the first closed space 54a to the second closed space 54b. Therefore, the air on the first closed space 54a side is dehumidified because water molecules are consumed. Further, hydrogen ions (H + ) generated on the anode side during the electrolytic reaction pass through the solid polymer electrolyte membrane 49 and reach the porous electrode 53b (cathode). On the other hand, the electron (e
- ) Reaches the porous electrode 53b through an external circuit. Then, water is generated by consuming oxygen on the cathode side by the reaction of the formula (2). Cathode side: O 2 + 4H + + 4e → H 2 O (2) Therefore, the air in the second closed space 54b is humidified and becomes highly saturated air.

【0017】このように、第1の閉空間54a内の空気
は減湿されるので、選択的水蒸気透過膜52aの膜間に
湿度差が形成され、外気の水蒸気が図1に矢印Aで示さ
れるように選択的水蒸気透過膜52aを透過して第1の
閉空間54aに供給される。一方、第2の閉空間54b
内の空気は加湿されるので、選択的水蒸気透過膜52b
の膜間に湿度差が形成され、第2の閉空間54b内の水
蒸気が図1に矢印Bで示されるように選択的水蒸気透過
膜52bを透過して外部に排出される。また、電解反応
の過程において、固体高分子電解素子51を水素イオン
が移動して陰極面で酸素と反応して水蒸気を生成する
が、微量ながら一部の水素イオンは酸素と反応せず、水
素ガスとなって第2の閉空間54bの頂部に溜まる。こ
の第2の閉空間54bは酸素ガス雰囲気にあり、水素ガ
スが蓄積されると酸素と反応して危険な状態となるの
で、通気路57bを介して外部に放出される。この時、
通気路57bの経路中に貴金属触媒層59が配設されて
いるので、水素ガスは貴金属触媒層59を構成する白金
属元素の触媒作用により当量の酸素と反応して消費さ
れ、安全な形で外部に放出される。従って、この固体高
分子電解型湿度交換モジュール50を図10に示した除
湿装置1に代えて用いれば、筐体5内を湿度制御するこ
とができる。また、陽極側電解反応面が選択的水蒸気透
過膜52aにより外気と隔離されているので、陽極側電
解反応面を大気に接触させることなく動作させることが
できる。
As described above, since the air in the first closed space 54a is dehumidified, a humidity difference is formed between the selective water vapor permeable films 52a, and the vapor of the outside air is indicated by an arrow A in FIG. The water is transmitted through the selective water vapor permeable membrane 52a so as to be supplied to the first closed space 54a. On the other hand, the second closed space 54b
Since the air inside is humidified, the selective water vapor permeable membrane 52b
, A moisture difference is formed between the films, and the water vapor in the second closed space 54b passes through the selective water vapor permeable film 52b as shown by an arrow B in FIG. In the course of the electrolytic reaction, hydrogen ions move through the solid polymer electrolyte element 51 and react with oxygen on the cathode surface to generate water vapor. It becomes gas and accumulates on the top of the second closed space 54b. The second closed space 54b is in an oxygen gas atmosphere, and when hydrogen gas is accumulated, it reacts with oxygen to be in a dangerous state, and is released to the outside through the ventilation path 57b. At this time,
Since the noble metal catalyst layer 59 is provided in the path of the ventilation path 57b, the hydrogen gas is consumed by reacting with an equivalent amount of oxygen by the catalytic action of the white metal element constituting the noble metal catalyst layer 59, and is safe. Released outside. Therefore, if the solid polymer electrolytic humidity exchange module 50 is used in place of the dehumidifier 1 shown in FIG. 10, the humidity inside the housing 5 can be controlled. Further, since the anode-side electrolysis reaction surface is isolated from the outside air by the selective water vapor permeable membrane 52a, the anode-side electrolysis reaction surface can be operated without contacting the atmosphere.

【0018】ここで、固体高分子電解素子51の両電極
における物質収支に関していえば、陽極では酸素が生成
され、陰極では同じ量の酸素が消費される。この単セル
30では、第1および第2の閉空間54a、54b間が
通気口56a、通気路57aおよび通気口56bを介し
て連通されているので、陽極で生成された酸素は第1の
閉空間54aから第2の閉空間54bに送気され、陰極
での消費に供せられる。従って、酸素の収支はバランス
し、外気から酸素を供給することが不要となる。つま
り、陰極側電解反応面を大気に接触させることなく動作
させることができる。なお、陰極側で生成された水蒸気
が凝縮するような場合には、陰極側空間、即ち第2の閉
空間54bの底部にドレーン抜きを設けて、凝縮水を排
水するようにすればよい。
Here, regarding the material balance at both electrodes of the solid polymer electrolyte element 51, oxygen is generated at the anode and the same amount of oxygen is consumed at the cathode. In the single cell 30, since the first and second closed spaces 54a and 54b are communicated with each other through the ventilation port 56a, the ventilation path 57a and the ventilation port 56b, the oxygen generated at the anode is reduced to the first closed space. Air is supplied from the space 54a to the second closed space 54b, and is supplied to the cathode for consumption. Therefore, the balance of oxygen is balanced, and it becomes unnecessary to supply oxygen from outside air. That is, it is possible to operate the cathode-side electrolysis reaction surface without bringing it into contact with the atmosphere. In the case where water vapor generated on the cathode side is condensed, a drain vent may be provided at the cathode side space, that is, at the bottom of the second closed space 54b to drain the condensed water.

【0019】このように、この実施の形態1によれば、
固体高分子電解素子51の陽極側電解反応面および陰極
側電解反応面が外気に直接接することなく動作させるこ
とができるので、外気中の塵埃や触媒層を形成する触媒
物質を被毒させる危険性を有する有機酸等のガス成分の
電解反応面への付着が防止でき、電解反応面を常に清浄
な状態に維持することができる。そこで、第1および第
2の閉空間54a、54b内の気体と触媒層とが常に良
好な状態で接触し、電解特性の低下が抑制される。さら
に、陰極側電解反応面に酸素が十分供給され、水素イオ
ンが電子を放出して可燃性の水素ガスとなって放出され
るようなことが未然に防止される。
As described above, according to the first embodiment,
Since the anode-side electrolysis reaction surface and the cathode-side electrolysis reaction surface of the solid polymer electrolysis device 51 can be operated without directly contacting the outside air, there is a danger of poisoning dust in the outside air and a catalyst substance forming a catalyst layer. Can be prevented from adhering to the electrolytic reaction surface of a gas component such as an organic acid having the above, and the electrolytic reaction surface can be always maintained in a clean state. Therefore, the gas in the first and second closed spaces 54a and 54b and the catalyst layer are always in good contact with each other, and a decrease in the electrolytic characteristics is suppressed. Further, oxygen is sufficiently supplied to the cathode-side electrolysis reaction surface, so that it is possible to prevent hydrogen ions from emitting electrons and being released as flammable hydrogen gas.

【0020】ついで、この固体高分子電解型湿度交換モ
ジュール50の電圧電流特性を図5に示す。なお、比較
のために、選択的水蒸気透過膜52a、52bを除去し
た固体高分子電解型湿度交換モジュールの電圧電流特性
を曲線Xに示す。図5から、固体高分子電解素子51の
電解反応面が大気に接したモジュールでは(曲線X)、
電圧上昇とともに電流が増加し、2.5V以上で電流が
平衡に達し、その平衡電流値は1.9Aである。一方、
固体高分子電解素子51の電解反応面が大気に接しない
本発明のモジュールでは(曲線Y)、電圧上昇とともに
電流が増加し、2.5V以上で電流が平衡に達し、その
平衡電流値は1.3Aである。このことは、電解反応面
が大気に接しないモジュール(本願発明)は、電解反応
面が大気に接するモジュールに比べて、平衡電流値が7
0%程度に低下するが、電解反応面を大気に接すること
なく水蒸気の移動を可能にし、塵埃等に汚染されること
なく動作できることを意味している。
FIG. 5 shows the voltage-current characteristics of the solid polymer electrolytic humidity exchange module 50. For comparison, a curve X shows a voltage-current characteristic of the solid polymer electrolyte type humidity exchange module from which the selective water vapor permeable membranes 52a and 52b are removed. From FIG. 5, in the module in which the electrolytic reaction surface of the polymer electrolyte element 51 is in contact with the atmosphere (curve X),
The current increases as the voltage rises, and the current reaches equilibrium at 2.5 V or more, and the equilibrium current value is 1.9 A. on the other hand,
In the module of the present invention in which the electrolytic reaction surface of the polymer electrolyte element 51 does not come into contact with the atmosphere (curve Y), the current increases as the voltage increases, and the current reaches equilibrium at 2.5 V or more, and the equilibrium current value is 1 3A. This means that the module having the electrolytic reaction surface not in contact with the atmosphere (the present invention) has an equilibrium current value of 7 compared to the module in which the electrolytic reaction surface is in contact with the atmosphere.
Although it is reduced to about 0%, it means that the water vapor can be moved without bringing the electrolytic reaction surface into contact with the atmosphere, and the operation can be performed without being contaminated by dust or the like.

【0021】実施の形態2.図6はこの発明の実施の形
態2に係る固体高分子電解型湿度交換モジュールを示す
斜視図、図7は図6のVII−VII矢視断面図、図8
はその固体高分子電解型湿度交換モジュールの構成要素
である単セルを示す断面図である。各図において、固体
高分子電解素子51は概略正方形に成形され、枠部材5
5は額縁状に成形されている。そして、固体高分子電解
素子51はその外周を全周にわたって枠部材55に支持
されて該枠部材55に取り付けられている。さらに、概
略正方形に成形された一対の選択的水蒸気透過膜52
a、52bが枠部材55の相対する両面に設けられた開
口部をそれぞれ塞口するように取り付けられて、単セル
31が構成されている。即ち、この単セル31は、固体
高分子電解素子51が枠部材55および一対の選択的水
蒸気透過膜52a、52bで構成される閉空間を第1お
よび第2の閉空間54a、54bに画成するように配設
されて構成されている。また、枠部材55の一部には、
第1および第2の閉空間54a、54bを連通する通気
路57aが形成され、さらに別の一部には、第2の閉空
間54bと外部とを連通する通気路57bが形成されて
いる。なお、この通気路57bは、枠部材55の相対す
る両面に開口している。このように構成された単セル3
1は、上記実施の形態1による単セル30と基本的に同
じ構造であり、同等の機能を有している。
Embodiment 2 FIG. 6 is a perspective view showing a solid polymer electrolyte type humidity exchange module according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 6, and FIG.
FIG. 2 is a sectional view showing a single cell which is a component of the solid polymer electrolyte type humidity exchange module. In each figure, the solid polymer electrolyte element 51 is formed into a substantially square
5 is formed in a frame shape. The solid polymer electrolyte element 51 is mounted on the frame member 55 with its outer periphery supported by the frame member 55 over the entire circumference. Furthermore, a pair of selective water vapor permeable membranes 52 formed in a substantially square shape
a and 52b are attached so as to close the openings provided on both opposing surfaces of the frame member 55, respectively, to form the unit cell 31. That is, in the single cell 31, the solid polymer electrolyte element 51 defines a closed space formed by the frame member 55 and the pair of selective water vapor permeable membranes 52a, 52b in the first and second closed spaces 54a, 54b. It is arranged so that it may be. Also, in a part of the frame member 55,
An air passage 57a that connects the first and second closed spaces 54a and 54b is formed, and a still another portion is formed with an air passage 57b that communicates the second closed space 54b with the outside. In addition, this ventilation path 57b is open on both opposite sides of the frame member 55. Single cell 3 configured in this manner
1 has basically the same structure as the single cell 30 according to the first embodiment, and has the same function.

【0022】この実施の形態2による固体高分子電解型
湿度交換モジュール60は、このように構成された複数
個の単セル31が、直方体に成形されたスペーサ62を
介して一定の間隔を保って、かつ、第1の閉空間54a
同士あるいは第2の閉空間54b同士を相対するように
積層され、積層方向の両端から押圧されて一体に構成さ
れている。そして、スペーサ62により一定の間隔に形
成された単セル31間が空気の通気路としての空気流路
63a、63bを構成している。また、相隣る空気流路
63a、63bを流れる空気流が直交流を構成するよう
にスペーサ62が単セル31の両端で互い違いに配置さ
れている。さらに、スペーサ62には積層方向に貫通孔
64が形成され、各単セル31の通気路57bが貫通孔
64を介して互いに連通されている。そして、各単セル
31の第2の閉空間54bは通気路57bおよび貫通孔
64を介して、さらには貴金属触媒層59を介して外部
に連通されている。また、各単セル31は、多孔性電極
53a(陽極)および多孔性電極53b(陰極)の同一
極がそれぞれ相対するように電気的に直列に接続され、
積層方向の上下の単セル31に直流電源3が連結され
て、全ての単セル31に電解反応に必要な電力が供給さ
れるようになっている。なお、単セル31間の電気的な
接続は、例えば単セル31の多孔質電極53a、53b
に電気的に接続された接片を枠部材55から露出させ、
それらの接片を直列に短絡することにより達成できる。
ここで、積層された多数個の単セル31とスペーサ52
と直流電源3とから固体高分子電解型湿度交換モジュー
ル60が構成され、通気路57aから酸素送気路が構成
され、通気路57bと貫通孔64とから排気路が構成さ
れている。
In the solid polymer electrolyte type humidity exchange module 60 according to the second embodiment, the plurality of single cells 31 configured as described above are maintained at a constant interval via a spacer 62 formed in a rectangular parallelepiped. And the first closed space 54a
The layers or the second closed spaces 54b are stacked so as to face each other, and are integrally formed by being pressed from both ends in the stacking direction. The space between the single cells 31 formed at a fixed interval by the spacer 62 constitutes air passages 63a and 63b as air passages. Further, the spacers 62 are alternately arranged at both ends of the single cell 31 so that the air flows flowing in the adjacent air flow paths 63a and 63b form a cross flow. Further, through holes 64 are formed in the spacer 62 in the laminating direction, and the air passages 57 b of each single cell 31 communicate with each other via the through holes 64. The second closed space 54b of each unit cell 31 is communicated with the outside through the ventilation path 57b and the through hole 64, and further through the noble metal catalyst layer 59. Each single cell 31 is electrically connected in series so that the same electrode of the porous electrode 53a (anode) and the same electrode of the porous electrode 53b (cathode) face each other,
The DC power supply 3 is connected to the upper and lower unit cells 31 in the stacking direction, so that power required for the electrolytic reaction is supplied to all the unit cells 31. The electrical connection between the single cells 31 is made, for example, by using the porous electrodes 53a and 53b of the single cell 31.
Exposing the contact piece electrically connected to the frame member 55,
This can be achieved by shorting the contacts in series.
Here, a large number of unit cells 31 and spacers 52 are stacked.
And the DC power supply 3, the solid polymer electrolyte type humidity exchange module 60 is constituted, the oxygen passage is constituted by the ventilation passage 57a, and the exhaust passage is constituted by the ventilation passage 57b and the through hole 64.

【0023】つぎに、この固体高分子電解型湿度交換モ
ジュール60の動作について説明する。スペーサ62に
より単セル31を一定の間隔を保って積層して形成され
た空気流路63a、63bを矢印C、Dに沿って空気を
通気する。そこで、直流電源3から単セル31の積層体
にに電力が供給されると、各単セル31の第1の閉空間
54a側の空気中の水蒸気が電気分解されて、酸素を発
生して湿度が低下する。また、上記電解反応時に陽極側
で生成した水素イオン(H+)は固体高分子電解質膜49中
を通って多孔質電極53b(陰極)に達する。一方、電
子(e-)は外部回路を通って多孔質電極53bに達する。
そして、陰極側では、酸素を消費して水が生成され、第
2の閉空間54bの空気は加湿され飽和度の高い空気と
なる。
Next, the operation of the solid polymer electrolyte type humidity exchange module 60 will be described. Air flows along arrows C and D through air passages 63a and 63b formed by stacking the unit cells 31 at a certain interval by the spacer 62. Then, when power is supplied from the DC power supply 3 to the stacked body of the unit cells 31, the water vapor in the air on the first closed space 54a side of each unit cell 31 is electrolyzed to generate oxygen and generate humidity. Decrease. Further, hydrogen ions (H + ) generated on the anode side during the electrolytic reaction pass through the solid polymer electrolyte membrane 49 and reach the porous electrode 53b (cathode). On the other hand, the electrons (e ) reach the porous electrode 53b through an external circuit.
Then, on the cathode side, water is generated by consuming oxygen, and the air in the second closed space 54b is humidified to become highly saturated air.

【0024】このように、各単セル31の第1の閉空間
54a内の空気は減湿されるので、選択的水蒸気透過膜
52aの面間に湿度差が形成され、空気流路63bを通
気する空気の水蒸気が矢印Aで示されるように選択的水
蒸気透過膜52aを透過して第1の閉空間54aに供給
され、電解反応で消費される水蒸気が補充される。一
方、各単セル31の第2の閉空間54b内の空気は加湿
されるので、選択的水蒸気透過膜52bの面間に湿度差
が形成され、第2の閉空間54b内の水蒸気が矢印Bで
示されるように選択的水蒸気透過膜52bを透過して空
気流路63aに排出され、空気流路63aを通気する空
気が加湿される。また、電解反応の過程において、固体
高分子電解素子51を水素イオンが移動して陰極面で酸
素と反応して水蒸気を生成するが、微量ながら一部の水
素イオンは酸素と反応せず、水素ガスとなって第2の閉
空間54b内に溜まる。この第2の閉空間54bは酸素
ガス雰囲気にあり、水素ガスが蓄積されると酸素と反応
して危険な状態となるので、通気路57bおよび貫通孔
64を介して外部に放出される。この時、水素ガスは貴
金属触媒層59を構成する白金属元素の触媒作用により
当量の酸素と反応して消費され、安全な形で外部に放出
される。また、陽極で生成された酸素は、矢印Eで示さ
れるように、第1の閉空間54aから通気路57aを介
して第2の閉空間54bに送られ、陰極で消費された酸
素が補充される。
As described above, since the air in the first closed space 54a of each unit cell 31 is dehumidified, a humidity difference is formed between the surfaces of the selective water vapor permeable membrane 52a, and the air flows through the air passage 63b. As shown by arrow A, the water vapor of the generated air passes through the selective water vapor permeable membrane 52a and is supplied to the first closed space 54a to replenish the water vapor consumed in the electrolytic reaction. On the other hand, since the air in the second closed space 54b of each single cell 31 is humidified, a humidity difference is formed between the surfaces of the selective water vapor permeable membrane 52b, and the water vapor in the second closed space 54b is displaced by an arrow B. As shown in the figure, the air passes through the selective water vapor permeable membrane 52b and is discharged to the air passage 63a, and the air flowing through the air passage 63a is humidified. In the course of the electrolytic reaction, hydrogen ions move through the solid polymer electrolyte element 51 and react with oxygen on the cathode surface to generate water vapor. It becomes gas and accumulates in the second closed space 54b. The second closed space 54b is in an oxygen gas atmosphere, and when hydrogen gas is accumulated, it reacts with oxygen to be in a dangerous state, and is released to the outside through the ventilation path 57b and the through hole 64. At this time, the hydrogen gas reacts with an equivalent amount of oxygen by the catalytic action of the white metal element constituting the noble metal catalyst layer 59, is consumed, and is released to the outside in a safe form. The oxygen generated at the anode is sent from the first closed space 54a to the second closed space 54b via the ventilation path 57a as shown by an arrow E, and oxygen consumed at the cathode is replenished. You.

【0025】このように、この実施の形態2では、各単
セル31は固体高分子電解素子51が選択的水蒸気透過
膜52a、52bおよび枠部材55により空気流路63
a、63bを通気する空気と遮断されているので、固体
高分子電解素子51の電解反応面は、空気中の塵埃や触
媒層を形成する触媒物質を被毒させる危険性を有する有
機酸等のガス成分に直接接することがなく、常に清浄な
状態に維持される。また、陽極で生成された酸素は通気
路57aを介して第1の閉空間54aから第2の閉空間
54bに送気され、陰極での消費に供せられるので、固
体高分子電解素子51の両電極における酸素の収支がバ
ランスしている。さらに、第2の閉空間54bに溜まっ
た未反応のガス(水素ガス)は通気路57bおよび貫通
孔64を介して、さらには貴金属触媒層59を介して外
部に外部に放出されるので、未反応ガスは貴金属触媒層
59を構成する白金属元素の触媒作用により当量の酸素
と反応して消費され、安全な形で外部に放出される。従
って、この実施の形態2においても、上記実施の形態1
と同様の効果が得られる。
As described above, in the second embodiment, each single cell 31 is composed of the solid polymer electrolyte element 51 and the air passage 63 formed by the selective water vapor permeable membranes 52 a and 52 b and the frame member 55.
Since it is shut off from the air passing through a and 63b, the electrolysis reaction surface of the solid polymer electrolytic element 51 is made of an organic acid or the like which has a risk of poisoning dust in the air or a catalyst substance forming a catalyst layer. It does not come into direct contact with gas components and is always kept in a clean state. Further, oxygen generated at the anode is sent from the first closed space 54a to the second closed space 54b through the ventilation path 57a and is supplied to the cathode for consumption. The balance of oxygen at both electrodes is balanced. Further, the unreacted gas (hydrogen gas) accumulated in the second closed space 54b is released to the outside through the ventilation path 57b and the through-hole 64 and further through the noble metal catalyst layer 59, so that The reaction gas is consumed by reacting with an equivalent amount of oxygen by the catalytic action of the white metal element constituting the noble metal catalyst layer 59, and is discharged to the outside in a safe form. Therefore, also in the second embodiment, the first embodiment
The same effect can be obtained.

【0026】また、この実施の形態2によれば、単セル
31が多数積層されて構成されているので、大きな湿度
交換容量が得られ、湿度交換容量の大きなものが要求さ
れる用途にも適用することができる。また、空気流が互
いに直交流を構成するように空気流路63a、63bが
形成されているので、単セル31の積層体への空気の給
排が容易となる。
Further, according to the second embodiment, since a large number of single cells 31 are stacked, a large humidity exchange capacity can be obtained, and the present invention is also applicable to applications requiring a large humidity exchange capacity. can do. In addition, since the air flow paths 63a and 63b are formed so that the air flows form a cross flow with each other, the supply and discharge of air to and from the stacked body of the single cells 31 are facilitated.

【0027】実施の形態3.上記実施の形態1では、枠
部材55に通気口56a、56bを形成し、これらの通
気口56a、56b間を通気路57aにより連結して第
1および第2の閉空間54a、54bを連通し、また上
記実施の形態2では、枠部材55に通気路57aを直接
形成して第1および第2の閉空間54a、54bを連通
して、第1の閉空間から第2の閉空間に酸素を送気する
ようにしているが、この実施の形態3では、図9に示さ
れるように、固体高分子電解素子51の電解反応面の一
部の電極および電解膜に水蒸気の通過が無視できるよう
な小口径の連通孔65を穿設し、第1および第2の閉空
間54a、54bを連通して、第1の閉空間から第2の
閉空間に酸素を送気するものとして、同様の効果が得ら
れる。さらに、枠部材55に通気口56a、56bや通
気路57aを形成する必要がなく、その分単セルの作製
が容易となる。なお、酸素送気路は、第1および第2の
閉空間54a、54bを連通する連通孔65に限らず、
水蒸気の通過が制限されるものであればよい。
Embodiment 3 In the first embodiment, the ventilation holes 56a and 56b are formed in the frame member 55, and the ventilation holes 56a and 56b are connected by the ventilation path 57a to communicate the first and second closed spaces 54a and 54b. In the second embodiment, the ventilation path 57a is directly formed in the frame member 55 to communicate the first and second closed spaces 54a and 54b, and the oxygen is transferred from the first closed space to the second closed space. However, in the third embodiment, as shown in FIG. 9, the passage of water vapor through some of the electrodes and the electrolytic membrane on the electrolytic reaction surface of the solid polymer electrolyte element 51 can be neglected. A communication hole 65 having such a small diameter is formed, and the first and second closed spaces 54a and 54b are communicated with each other to supply oxygen from the first closed space to the second closed space. The effect of is obtained. Further, there is no need to form the ventilation holes 56a, 56b and the ventilation path 57a in the frame member 55, which facilitates the production of the single cell. The oxygen air supply path is not limited to the communication hole 65 that communicates the first and second closed spaces 54a and 54b,
It suffices if the passage of water vapor is restricted.

【0028】[0028]

【発明の効果】この発明によれば、水蒸気のみを選択的
に透過させる一対の選択的水蒸気透過膜が枠部材の相対
する両面にそれぞれ設けられた開口部をそれぞれ塞口す
るように枠部材に取り付けられ、多孔性電極をそれぞれ
水素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に白金系
触媒層を介して熱圧接して形成された固体高分子電解素
子が該枠部材と該一対の選択的水蒸気透過膜とで構成さ
れる閉空間を一方の選択的水蒸気透過膜側の第1の閉空
間と他方の選択的水蒸気透過膜側の第2の閉空間とに画
成するように該枠部材に取り付けられてなる単セルと、
上記単セルの上記固体高分子電解素子の多孔質電極間に
直流電圧を供給する直流電源とを備えたので、固体高分
子電解素子の陽極側電解反応面および陰極側電解反応面
が外気に直接接することなく動作させることができ、外
気中の塵埃や触媒層を形成する触媒物質を被毒させる危
険性を有する有機酸等のガス成分の電解反応面への付着
が防止でき、電解反応面を常に清浄な状態に維持するこ
とができる。そこで、第1および第2の閉空間内の気体
と触媒層とが常に良好な状態で接触し、電解特性の低下
が抑制され、さらに陰極側電解反応面に酸素が十分供給
され、水素イオンが電子を放出して可燃性の水素ガスと
なって放出されるようなことが未然に防止される固体高
分子電解型湿度交換モジュールが得られる。
According to the present invention, a pair of selective water vapor permeable membranes for selectively transmitting only water vapor are formed on the frame member so as to close the openings respectively provided on both opposing surfaces of the frame member. The solid polymer electrolyte element is formed by attaching the porous electrodes to both surfaces of the hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane via a platinum-based catalyst layer by hot pressing. The frame member defines a closed space formed by the water vapor permeable membrane into a first closed space on one selective water vapor permeable membrane side and a second closed space on the other selective water vapor permeable membrane side. A single cell attached to the
Since a DC power supply for supplying a DC voltage between the porous electrodes of the solid polymer electrolyte device of the single cell is provided, the anode-side electrolysis reaction surface and the cathode-side electrolysis reaction surface of the solid polymer electrolysis device are directly exposed to the outside air. It can be operated without touching, and it is possible to prevent gas components such as organic acids, which have a risk of poisoning the dust in the outside air and the catalyst substance forming the catalyst layer, from adhering to the electrolytic reaction surface, It can always be kept clean. Therefore, the gas in the first and second closed spaces and the catalyst layer are always in good contact with each other, the deterioration of the electrolysis characteristics is suppressed, oxygen is sufficiently supplied to the cathode-side electrolysis reaction surface, and hydrogen ions are generated. A solid polymer electrolyte type humidity exchange module is thus obtained in which the emission of electrons to flammable hydrogen gas is prevented.

【0029】また、上記単セルがそれぞれ隣接する単セ
ル間に空気の通気路を形成するようにスペーサを介して
複数個積層され、かつ、積層された複数個の単セルが相
対する上記多孔質電極の極性を同一極性とするように電
気的に直列に連結されているので、湿度交換容量の大容
量化が図られる。
A plurality of the unit cells are stacked via a spacer so as to form an air passage between adjacent unit cells, and the stacked unit cells face each other. Since the electrodes are electrically connected in series so as to have the same polarity, the humidity exchange capacity can be increased.

【0030】また、隣接する上記通気路を流れる空気流
が互いに直交流を形成するように構成されているので、
空気の給排気が容易となる。
Further, since the air flows flowing through the adjacent ventilation paths form a cross flow with each other,
The supply and exhaust of air becomes easy.

【0031】また、上記第1および第2の閉空間の陽極
側の閉空間内の酸素を上記第1および第2の閉空間の陰
極側の閉空間に送気する酸素送気路と、上記第1および
第2の閉空間の陰極側の閉空間内の未反応ガスを外部に
排気する排気路とを備えたので、単セルの両電極面にお
ける酸素の収支がバランスし、外気からの酸素の供給が
不要となる。
An oxygen air supply path for supplying oxygen in the closed space on the anode side of the first and second closed spaces to the closed space on the cathode side of the first and second closed spaces; An exhaust path for exhausting unreacted gas in the closed space on the cathode side of the first and second closed spaces is provided, so that the balance of oxygen on both electrode surfaces of the single cell is balanced, and oxygen from outside air is balanced. Supply is not required.

【0032】また、上記酸素送気路は、上記第1の閉空
間と上記第2の閉空間との間を連通するように上記固体
高分子電解素子を貫通して設けられた水蒸気の通過が無
視できる小口径の連通孔とするので、枠部材の作製が容
易となる。
Further, the oxygen air supply passage is provided with a passage of water vapor provided through the solid polymer electrolyte element so as to communicate between the first closed space and the second closed space. Since the communication hole has a small diameter that can be ignored, it is easy to manufacture the frame member.

【0033】また、上記排気路の経路中に貴金属触媒層
が介装されているので、未反応ガスである水素ガスを安
全な形にして外部に放出できる。
Further, since the noble metal catalyst layer is interposed in the path of the exhaust path, hydrogen gas which is an unreacted gas can be released to the outside in a safe form.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1に係る固体高分子電
解型湿度交換モジュールを示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solid polymer electrolyte humidity exchange module according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の固体高分子電解型湿度交換モジュ
ールに用いられる選択的水蒸気透過膜の各種ガス成分と
水蒸気との透過速度比を示す図である。
FIG. 2 is a view showing a transmission speed ratio between various gas components and water vapor of a selective water vapor permeable membrane used in a solid polymer electrolyte type humidity exchange module of the present invention.

【図3】 この発明の固体高分子電解型湿度交換モジュ
ールに用いられる選択的水蒸気透過膜の水蒸気透過特性
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a water vapor transmission characteristic of a selective water vapor permeable membrane used in the solid polymer electrolyte type humidity exchange module of the present invention.

【図4】 この発明の固体高分子電解型湿度交換モジュ
ールに用いられる選択的水蒸気透過膜の気体透過特性図
である。
FIG. 4 is a diagram showing gas permeation characteristics of a selective water vapor permeable membrane used in the solid polymer electrolyte type humidity exchange module of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態1に係る固体高分子電
解型湿度交換モジュールの電流電圧特性図である。
FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of the solid polymer electrolyte humidity exchange module according to Embodiment 1 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態2に係る固体高分子電
解型湿度交換モジュールを示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a solid polymer electrolyte type humidity exchange module according to Embodiment 2 of the present invention.

【図7】 図6のVII−VII矢視断面図である。7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG.

【図8】 この発明の実施の形態2に係る固体高分子電
解型湿度交換モジュールに適用される単セルを示す断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a single cell applied to a solid polymer electrolyte humidity exchange module according to Embodiment 2 of the present invention.

【図9】 この発明の実施の形態3に係る固体高分子電
解型湿度交換モジュールを示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a solid polymer electrolyte type humidity exchange module according to Embodiment 3 of the present invention.

【図10】 固体高分子電解素子を用いた従来の除湿装
置を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a conventional dehumidifier using a solid polymer electrolyte element.

【図11】 従来の固体高分子電解素子の模式的構成図
である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a conventional solid polymer electrolyte device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 直流電源、30、31 単セル、49 固体高分子
電解質膜、50、60固体高分子電解型湿度交換モジュ
ール、51 固体高分子電解素子、52a、52b 選
択的水蒸気透過膜、53a、53b 多孔性電極、54
a 第1の閉空間、54b 第2の閉空間、55 枠部
材、56a、56b 通気口(酸素送気路)、56c
通気口(排気路)、57a 通気路(酸素送気路)、5
7b通気路(排気路)、59 貴金属触媒層、62 ス
ペーサ、63a、63b 空気流路(空気の通気路)、
64 貫通孔(排気路)、65 連通孔(酸素送気
路)。
3 DC power supply, 30, 31 single cell, 49 solid polymer electrolyte membrane, 50, 60 solid polymer electrolyte type humidity exchange module, 51 solid polymer electrolyte element, 52a, 52b selective water vapor permeable membrane, 53a, 53b porous Electrode, 54
a first closed space, 54b second closed space, 55 frame members, 56a, 56b vents (oxygen air supply path), 56c
Vent (exhaust passage), 57a Vent (oxygen supply passage), 5
7b ventilation path (exhaust path), 59 noble metal catalyst layer, 62 spacer, 63a, 63b air flow path (air ventilation path),
64 through holes (exhaust passages), 65 communication holes (oxygen supply passages).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水蒸気のみを選択的に透過させる一対の
選択的水蒸気透過膜が枠部材の相対する両面にそれぞれ
設けられた開口部をそれぞれ塞口するように枠部材に取
り付けられ、多孔性電極をそれぞれ水素イオン導電性の
固体高分子電解質膜の両面に白金系触媒層を介して熱圧
接して形成された固体高分子電解素子が該枠部材と該一
対の選択的水蒸気透過膜とで構成される閉空間を一方の
選択的水蒸気透過膜側の第1の閉空間と他方の選択的水
蒸気透過膜側の第2の閉空間とに画成するように該枠部
材に取り付けられてなる単セルと、 上記単セルの上記固体高分子電解素子の多孔質電極間に
直流電圧を供給する直流電源とを備えたことを特徴とす
る固体高分子電解型湿度交換モジュール。
1. A porous electrode, wherein a pair of selective water vapor permeable membranes for selectively transmitting only water vapor are attached to a frame member so as to respectively close openings provided on both opposing surfaces of the frame member. A solid polymer electrolyte element formed by hot-pressing each side of a proton conductive solid polymer electrolyte membrane via a platinum-based catalyst layer is composed of the frame member and the pair of selective water vapor permeable membranes. A single unit attached to the frame member so as to define a closed space to be defined as a first closed space on one selective water vapor permeable membrane side and a second closed space on the other selective water vapor permeable membrane side. A solid polymer electrolyte type humidity exchange module, comprising: a cell; and a DC power supply for supplying a DC voltage between the porous electrodes of the solid polymer electrolyte element of the single cell.
【請求項2】 上記単セルがそれぞれ隣接する単セル間
に空気の通気路を形成するようにスペーサを介して複数
個積層され、かつ、積層された複数個の単セルが相対す
る上記多孔質電極の極性を同一極性とするように電気的
に直列に連結されていることを特徴とする請求項1記載
の固体高分子電解型湿度交換モジュール。
2. A plurality of the unit cells are stacked via a spacer so as to form an air passage between adjacent unit cells, and the stacked unit cells face each other. 2. The solid polymer electrolyte type humidity exchange module according to claim 1, wherein the electrodes are electrically connected in series so that the electrodes have the same polarity.
【請求項3】 隣接する上記通気路を流れる空気流が互
いに直交流を形成するように構成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型湿度交換モジュ
ール。
3. The solid polymer electrolyte humidity exchange module according to claim 2, wherein the air flows flowing through the adjacent ventilation paths form a cross flow with each other.
【請求項4】 上記第1および第2の閉空間の陽極側の
閉空間内の酸素を上記第1および第2の閉空間の陰極側
の閉空間に送気する酸素送気路と、上記第1および第2
の閉空間の陰極側の閉空間内の未反応ガスを外部に排気
する排気路とを備えたことを特徴とする請求項1乃至請
求項3のいずれかに記載の固体高分子電解型湿度交換モ
ジュール。
4. An oxygen air supply path for supplying oxygen in an anode-side closed space of the first and second closed spaces to a cathode-side closed space of the first and second closed spaces, First and second
4. A solid polymer electrolytic humidity exchange according to claim 1, further comprising an exhaust path for exhausting unreacted gas in the closed space on the cathode side of the closed space to the outside. module.
【請求項5】 上記酸素送気路は、上記第1の閉空間と
上記第2の閉空間との間を連通するように上記固体高分
子電解素子を貫通して設けられた水蒸気の通過が無視で
きる小口径の連通孔であることを特徴とする請求項4記
載の固体高分子電解型湿度交換モジュール。
5. The oxygen gas supply path is provided for passing water vapor provided through the solid polymer electrolyte element so as to communicate between the first closed space and the second closed space. 5. The solid polymer electrolyte humidity exchange module according to claim 4, wherein the communication hole has a small diameter that can be ignored.
【請求項6】 上記排気路の経路中に貴金属触媒層が介
装されていることを特徴とする請求項4記載の固体高分
子電解型湿度交換モジュール。
6. The solid polymer electrolyte humidity exchange module according to claim 4, wherein a noble metal catalyst layer is interposed in the exhaust path.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020535001A (en) * 2017-09-22 2020-12-03 スカイア・インコーポレイテッドSkyre, Inc. Air-water extraction system
CN112728657A (en) * 2019-10-12 2021-04-30 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 Air treatment module and air conditioning system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020535001A (en) * 2017-09-22 2020-12-03 スカイア・インコーポレイテッドSkyre, Inc. Air-water extraction system
US11353222B2 (en) 2017-09-22 2022-06-07 Skyre, Inc. Air-water extraction system
CN112728657A (en) * 2019-10-12 2021-04-30 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 Air treatment module and air conditioning system
CN112728657B (en) * 2019-10-12 2023-04-28 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 Air treatment module and air conditioning system

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