JPH1157388A - 湿度調整装置 - Google Patents
湿度調整装置Info
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- JPH1157388A JPH1157388A JP9224764A JP22476497A JPH1157388A JP H1157388 A JPH1157388 A JP H1157388A JP 9224764 A JP9224764 A JP 9224764A JP 22476497 A JP22476497 A JP 22476497A JP H1157388 A JPH1157388 A JP H1157388A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 除湿素子の有効反応面積と密閉容器の容積と
から湿度減少の時定数を決定できるようにする。 【解決手段】 水素イオン導電性の固体電解質膜１０を
陽極１３と陰極１６とで挟持して、両極１３、１６間に
直流電圧を印加し、陽極１３側で水を消費し、陰極１６
側で酸素を消費して水を生成する除湿素子９を構成し、
除湿素子９の陽極１３側が密閉容器７の内側に開放され
るように配置し、密閉容器７の湿度を調整するようにし
た湿度調整装置において、密閉容器７の湿度減少の時定
数τ（ｈ）は、除湿素子７の有効反応面積をＳ（ｃ
ｍ2 ）、密閉容器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたとき、τ
＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓにより決定される。
から湿度減少の時定数を決定できるようにする。 【解決手段】 水素イオン導電性の固体電解質膜１０を
陽極１３と陰極１６とで挟持して、両極１３、１６間に
直流電圧を印加し、陽極１３側で水を消費し、陰極１６
側で酸素を消費して水を生成する除湿素子９を構成し、
除湿素子９の陽極１３側が密閉容器７の内側に開放され
るように配置し、密閉容器７の湿度を調整するようにし
た湿度調整装置において、密閉容器７の湿度減少の時定
数τ（ｈ）は、除湿素子７の有効反応面積をＳ（ｃ
ｍ2 ）、密閉容器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたとき、τ
＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓにより決定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は密閉容器内の湿度
を制御する湿度調整装置に関するものである。
を制御する湿度調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、例えば特開平７−６８１２３
号公報に記載された従来の湿度調整装置である。図１４
において、１は開口部１ａが設けられた密閉容器、２は
後述の陽極４側が密閉容器１の内側に開放されるように
配置された除湿素子で、水素イオン導電性の固体電解質
膜３が陽極４と陰極５とで挟持されている。６は両極
４、５間に接続された直流電源である。
号公報に記載された従来の湿度調整装置である。図１４
において、１は開口部１ａが設けられた密閉容器、２は
後述の陽極４側が密閉容器１の内側に開放されるように
配置された除湿素子で、水素イオン導電性の固体電解質
膜３が陽極４と陰極５とで挟持されている。６は両極
４、５間に接続された直流電源である。
【０００３】次に動作について説明する。図１４におい
て、直流電源６から除湿素子２に３Ｖの直流電圧が印加
されると、陽極４側である密閉容器１内の水分が電気分
解されて、式（２）の反応により酸素が発生すると共
に、密閉容器１内の湿度が低下する。そして、電気分解
により生じた水素イオン（Ｈ+ ）は固体電解質膜３を通
って陰極５に移動する。また、電子（ｅ- ）は直流電源
６を通って陰極５に移動する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・（２） そして、陰極５側では式（３）の反応により陰極５側の
酸素を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・・・（３）
て、直流電源６から除湿素子２に３Ｖの直流電圧が印加
されると、陽極４側である密閉容器１内の水分が電気分
解されて、式（２）の反応により酸素が発生すると共
に、密閉容器１内の湿度が低下する。そして、電気分解
により生じた水素イオン（Ｈ+ ）は固体電解質膜３を通
って陰極５に移動する。また、電子（ｅ- ）は直流電源
６を通って陰極５に移動する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・（２） そして、陰極５側では式（３）の反応により陰極５側の
酸素を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・・・（３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の湿度調整装置は
以上のように構成されているので、除湿素子が有効に作
用する有効反応面積、密閉容器の容積及び湿度減少の時
定数の関係が明確でなく、除湿のニーズに最適な除湿素
子の設計が困難であるという問題点があった。
以上のように構成されているので、除湿素子が有効に作
用する有効反応面積、密閉容器の容積及び湿度減少の時
定数の関係が明確でなく、除湿のニーズに最適な除湿素
子の設計が困難であるという問題点があった。
【０００５】また、除湿素子が正常に動作しているか否
かの動作確認が困難であるという問題点があった。
かの動作確認が困難であるという問題点があった。
【０００６】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、除湿素子の有効反応面積と密閉
容器の容積とから湿度減少の時定数を決定できる湿度調
整装置を提供することを目的とする。
ためになされたもので、除湿素子の有効反応面積と密閉
容器の容積とから湿度減少の時定数を決定できる湿度調
整装置を提供することを目的とする。
【０００７】また、湿度減少の時定数を利用して除湿素
子の動作確認ができるようにした湿度調整装置を提供す
ることを目的とする。
子の動作確認ができるようにした湿度調整装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
湿度調整装置は、水素イオン導電性の固体電解質膜を陽
極と陰極とで挟持して、両極間に直流電圧を印加し、陽
極側で水を消費し、陰極側で酸素を消費して水を生成す
る除湿素子を構成し、除湿素子の陽極側が密閉容器の内
側に開放されるように配置し、密閉容器の湿度を調整す
るようにした湿度調整装置において、密閉容器の湿度減
少の時定数τ（ｈ）は、除湿素子の有効反応面積をＳ
（ｃｍ2 ）、密閉容器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたと
き、式（４）により決定されるものである。 τ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓ ・・・・・（４）
湿度調整装置は、水素イオン導電性の固体電解質膜を陽
極と陰極とで挟持して、両極間に直流電圧を印加し、陽
極側で水を消費し、陰極側で酸素を消費して水を生成す
る除湿素子を構成し、除湿素子の陽極側が密閉容器の内
側に開放されるように配置し、密閉容器の湿度を調整す
るようにした湿度調整装置において、密閉容器の湿度減
少の時定数τ（ｈ）は、除湿素子の有効反応面積をＳ
（ｃｍ2 ）、密閉容器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたと
き、式（４）により決定されるものである。 τ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓ ・・・・・（４）
【０００９】請求項２の発明に係わる湿度調整装置は、
固体電解質膜の含有水分が大気中の相対湿度に比例し、
温度には非依存性のものである。
固体電解質膜の含有水分が大気中の相対湿度に比例し、
温度には非依存性のものである。
【００１０】請求項３の発明に係わる湿度調整装置は、
密閉容器内の湿度を除湿素子の電流により検出するもの
である。
密閉容器内の湿度を除湿素子の電流により検出するもの
である。
【００１１】請求項４の発明に係わる湿度調整装置は、
除湿素子の電流の変化により密閉容器内の湿度減少の時
定数を算出して、除湿素子の故障を判断するようにした
ものである。
除湿素子の電流の変化により密閉容器内の湿度減少の時
定数を算出して、除湿素子の故障を判断するようにした
ものである。
【００１２】
実施の形態１．図１は実施の形態１の構成図である。図
１において、７、８はそれぞれ所定の容積を有する密閉
容器で、それぞれ同じ開口面積の開口部７ａ、８ａを有
する。９は以下の１０〜１６で構成された除湿素子で、
後述の陽極１３が密閉容器７の内側に開放されるよう
に、後述の陰極１６が密閉容器８の内側に開放されるよ
うに配置されている。１０は固体電解質膜で、例えば水
素イオン導電性の固体電解質として、デュポン（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商
標）−１１７を使用する。１１は反応層で、固体電解質
膜１０と同じ固体電解質の成分を含んだ溶液と水とイソ
プロピルアルコールとに触媒として白金の微粒子を混合
して、固体電解質膜１０の表面に塗布又は吹き付けた触
媒層と、触媒層の上面に配置されたチタンエキスパンド
メタルに白金メッキを施した多孔質基材とで形成されて
いる。１２は接続端子で、反応層１１の表面の露出部分
が所定の有効反応面積になるように、反応層１１の多孔
質基材と電気的に接続されている。１１、１２で陽極１
３が構成されている。
１において、７、８はそれぞれ所定の容積を有する密閉
容器で、それぞれ同じ開口面積の開口部７ａ、８ａを有
する。９は以下の１０〜１６で構成された除湿素子で、
後述の陽極１３が密閉容器７の内側に開放されるよう
に、後述の陰極１６が密閉容器８の内側に開放されるよ
うに配置されている。１０は固体電解質膜で、例えば水
素イオン導電性の固体電解質として、デュポン（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商
標）−１１７を使用する。１１は反応層で、固体電解質
膜１０と同じ固体電解質の成分を含んだ溶液と水とイソ
プロピルアルコールとに触媒として白金の微粒子を混合
して、固体電解質膜１０の表面に塗布又は吹き付けた触
媒層と、触媒層の上面に配置されたチタンエキスパンド
メタルに白金メッキを施した多孔質基材とで形成されて
いる。１２は接続端子で、反応層１１の表面の露出部分
が所定の有効反応面積になるように、反応層１１の多孔
質基材と電気的に接続されている。１１、１２で陽極１
３が構成されている。
【００１３】１４は反応層で、陽極１３側と同じ触媒層
と、この触媒層の上面に配置された多孔性のカーボンペ
ーパーからなる多孔質基材とで形成されている。１５は
接続端子で、反応層１４の表面の露出部分が所定の有効
反応面積になるように、反応層１４の多孔質基材と電気
的に接続されている。１４、１５で陰極１６が構成され
ている。なお、固体電解質膜１０と各極１３、１６と
は、１８０℃の温度、４０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で２分間
のホットプレスにより、互いに物理的に一体化されると
共に電気的に接合されている。１７は除湿素子９の各極
１３、１６に接続された直流電源である。
と、この触媒層の上面に配置された多孔性のカーボンペ
ーパーからなる多孔質基材とで形成されている。１５は
接続端子で、反応層１４の表面の露出部分が所定の有効
反応面積になるように、反応層１４の多孔質基材と電気
的に接続されている。１４、１５で陰極１６が構成され
ている。なお、固体電解質膜１０と各極１３、１６と
は、１８０℃の温度、４０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で２分間
のホットプレスにより、互いに物理的に一体化されると
共に電気的に接合されている。１７は除湿素子９の各極
１３、１６に接続された直流電源である。
【００１４】次に動作について説明する。図１におい
て、直流電源１７から除湿素子９に３Ｖの直流電圧が印
加されると、陽極１３側の密閉容器７内の水分が電気分
解されて、式（５）の反応により酸素が発生すると共
に、密閉容器７内の湿度が低下する。そして、電気分解
により生じた水素イオン（Ｈ+ ）は固体電解質膜１０を
通って陰極１６に移動する。また、電子（ｅ- ）は直流
電源１７を接続した外部回路を通って陰極１６に移動す
る。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・（５） そして、陰極１６側では式（６）により陰極１６側の密
閉容器８内の酸素を消費して水を発生し、密閉容器８内
が加湿される。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・・・（６）
て、直流電源１７から除湿素子９に３Ｖの直流電圧が印
加されると、陽極１３側の密閉容器７内の水分が電気分
解されて、式（５）の反応により酸素が発生すると共
に、密閉容器７内の湿度が低下する。そして、電気分解
により生じた水素イオン（Ｈ+ ）は固体電解質膜１０を
通って陰極１６に移動する。また、電子（ｅ- ）は直流
電源１７を接続した外部回路を通って陰極１６に移動す
る。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・（５） そして、陰極１６側では式（６）により陰極１６側の密
閉容器８内の酸素を消費して水を発生し、密閉容器８内
が加湿される。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・・・（６）
【００１５】図２は、除湿素子９の有効反応面積Ｓが各
極１３、１６とも１００ｃｍ2 で、密閉容器７の容積Ｖ
が５０，０００ｃｍ3 として実験したときの密閉容器７
内の相対湿度の変化を示す説明図である。温度は２０℃
及び３０℃において行ったものである。図２から分かる
ように、密閉容器７内の初期の相対湿度が同じであれ
ば、密閉容器７内の湿度の変化はほぼ同一曲線状にな
る。すなわち、密閉容器７内の湿度は時間の経過と共に
指数関数的に減少し、２０℃で６０％、及び３０℃で６
０％のように初期の相対湿度が等しい場合には温度が異
なっていても、湿度変化の時定数τは同じとなる。
極１３、１６とも１００ｃｍ2 で、密閉容器７の容積Ｖ
が５０，０００ｃｍ3 として実験したときの密閉容器７
内の相対湿度の変化を示す説明図である。温度は２０℃
及び３０℃において行ったものである。図２から分かる
ように、密閉容器７内の初期の相対湿度が同じであれ
ば、密閉容器７内の湿度の変化はほぼ同一曲線状にな
る。すなわち、密閉容器７内の湿度は時間の経過と共に
指数関数的に減少し、２０℃で６０％、及び３０℃で６
０％のように初期の相対湿度が等しい場合には温度が異
なっていても、湿度変化の時定数τは同じとなる。
【００１６】図３は、図２に示す相対湿度の変化を示す
説明図において設定した、温度及び湿度の条件（２０℃
で６０％、３０℃で６０％及び２０℃で４０％）におけ
る除湿素子９の電流の変化を示す説明図である。
説明図において設定した、温度及び湿度の条件（２０℃
で６０％、３０℃で６０％及び２０℃で４０％）におけ
る除湿素子９の電流の変化を示す説明図である。
【００１７】図４は、絶対湿度（ｇ／ｍ3 ）の時間あた
りの変化量に密閉容器７の容積（ｍ3 ）を乗じた除湿能
力と絶対湿度との関係を示す説明図である。図４から分
かるように、除湿能力は絶対湿度に比例し、温度には依
存しないことが明らかになった。
りの変化量に密閉容器７の容積（ｍ3 ）を乗じた除湿能
力と絶対湿度との関係を示す説明図である。図４から分
かるように、除湿能力は絶対湿度に比例し、温度には依
存しないことが明らかになった。
【００１８】図５は除湿のモデルを示す説明図である。
図５において、ｎ1 は除湿側（密閉容器７内）の単位体
積あたりの水分子の数で、密閉容器７内の湿度に相当す
る。ｎ2 は加湿側（密閉容器８内）の単位体積あたりの
水分子の数で、密閉容器８内の湿度に相当する。Ｖ1 は
密閉容器７の容積、Ｖ2 は密閉容器８の容積である。ｎ
は固体電解質１０内に存在する単位体積あたりの水分子
の数で、固体電解質膜１０内の含有水分、Ｖは 固体電
解質膜１０の体積である。
図５において、ｎ1 は除湿側（密閉容器７内）の単位体
積あたりの水分子の数で、密閉容器７内の湿度に相当す
る。ｎ2 は加湿側（密閉容器８内）の単位体積あたりの
水分子の数で、密閉容器８内の湿度に相当する。Ｖ1 は
密閉容器７の容積、Ｖ2 は密閉容器８の容積である。ｎ
は固体電解質１０内に存在する単位体積あたりの水分子
の数で、固体電解質膜１０内の含有水分、Ｖは 固体電
解質膜１０の体積である。
【００１９】Ｋｇは気相から固体電解質膜１０へ水分子
が移動する物質移動係数、Ｋｓは固体電解質膜１０から
気相へ水分子が移動する物質移動係数である。ｊは固体
電解質膜１０の電流密度、ｅは水分子の数を電流に換算
する単位の換算係数である。なお、このモデルは次の三
つの仮定を基に設定されている。 （１）電流がＩ＝０の平衡状態において、気相から固体
電解質膜１０へ移動する水分移動速度と固体電解質膜１
０から気相へ移動する水分移動速度は等しい。 （２）電流は陽極近傍の水を電気分解することによって
生ずる。 （３）固体電解質膜１０に流れる電流は、固体電解質膜
１０の含有水分に比例する。
が移動する物質移動係数、Ｋｓは固体電解質膜１０から
気相へ水分子が移動する物質移動係数である。ｊは固体
電解質膜１０の電流密度、ｅは水分子の数を電流に換算
する単位の換算係数である。なお、このモデルは次の三
つの仮定を基に設定されている。 （１）電流がＩ＝０の平衡状態において、気相から固体
電解質膜１０へ移動する水分移動速度と固体電解質膜１
０から気相へ移動する水分移動速度は等しい。 （２）電流は陽極近傍の水を電気分解することによって
生ずる。 （３）固体電解質膜１０に流れる電流は、固体電解質膜
１０の含有水分に比例する。
【００２０】図５のモデルの関係を定式化すると、式
（７）から式（１０）の通りとなる。 ｄｎ／ｄｔ＝１／Ｌ｛Ｋｇ（ｎ1 ＋ｎ2 ）−２Ｋｓ・ｎ−ｊ／２ｅ｝ ・・・（７） ｄｎ1 ／ｄｔ＝Ｓ／Ｖ（−Ｋｇ・ｎ1 ＋Ｋｓ・ｎ） ・・・（８） ｄｎ2 ／ｄｔ＝Ｓ／Ｖ（−Ｋｇ・ｎ2 ＋Ｋｓ・ｎ＋ｊ／２ｅ） ・・・（９） ｊ＝２ｅ・Ｋｊ・ｎ ・・・（１０）
（７）から式（１０）の通りとなる。 ｄｎ／ｄｔ＝１／Ｌ｛Ｋｇ（ｎ1 ＋ｎ2 ）−２Ｋｓ・ｎ−ｊ／２ｅ｝ ・・・（７） ｄｎ1 ／ｄｔ＝Ｓ／Ｖ（−Ｋｇ・ｎ1 ＋Ｋｓ・ｎ） ・・・（８） ｄｎ2 ／ｄｔ＝Ｓ／Ｖ（−Ｋｇ・ｎ2 ＋Ｋｓ・ｎ＋ｊ／２ｅ） ・・・（９） ｊ＝２ｅ・Ｋｊ・ｎ ・・・（１０）
【００２１】なお、式（７）は固体電解質膜１０内の水
分変化を示す。式（８）は除湿側（密閉容器７内）の湿
度変化を示す。式（９）は加湿側（密閉容器８内）の湿
度変化を示す。式（１０）は固体電解質膜１０の電流が
含有水分に比例することを示す。式（７）から式（１
０）において、Ｋｊは電流が固体電解質膜１０の含有水
分に比例するとした仮定の比例定数で、式（１０）にお
いて固体電解質膜９の電流密度ｊと含有水分ｎとを計測
して決定される。Ｌは固体電解質膜１０の厚み、Ｓは除
湿素子９の有効反応面積、Ｖは除湿側及び加湿側（密閉
容器７、８）の容積、ｅは水分子の数を電流に換算する
単位の換算係数である。
分変化を示す。式（８）は除湿側（密閉容器７内）の湿
度変化を示す。式（９）は加湿側（密閉容器８内）の湿
度変化を示す。式（１０）は固体電解質膜１０の電流が
含有水分に比例することを示す。式（７）から式（１
０）において、Ｋｊは電流が固体電解質膜１０の含有水
分に比例するとした仮定の比例定数で、式（１０）にお
いて固体電解質膜９の電流密度ｊと含有水分ｎとを計測
して決定される。Ｌは固体電解質膜１０の厚み、Ｓは除
湿素子９の有効反応面積、Ｖは除湿側及び加湿側（密閉
容器７、８）の容積、ｅは水分子の数を電流に換算する
単位の換算係数である。
【００２２】式（７）から式（１０）を解くにはＫｇ、
Ｋｓ、の値が分からなければ解けないので、パラメータ
を実験により求めた。固体電解質膜１０の電流Ｉ＝０の
平衡状態では、式（１１）から式（１３）に示す関係が
あることを前提として、固体電解質膜１０の含有水分ｎ
と気中の含有水分（絶対湿度に対応）とを所定温度毎に
測定した。 Ｋｇ・ｎｇ＝Ｋｓ・ｎ ・・・・・（１１） Ｋｇ＝Ｋｇ0 ・Ｔ1/2 ・・・・・（１２） Ｋｓ＝Ｋｓ0 ・ｅｘｐ（−Ｅ0 ／ｋ・Ｔ） ・・・・・（１３） ここで、ｎｇは気中（密閉容器７、８）の含有水分、Ｋ
ｇ0 、Ｋｓ0 は実験により求めた温度依存しない比例
定数、Ｔは絶対温度、Ｅ0 は活性化エネルギ、及びｋは
ボルツマン定数である。
Ｋｓ、の値が分からなければ解けないので、パラメータ
を実験により求めた。固体電解質膜１０の電流Ｉ＝０の
平衡状態では、式（１１）から式（１３）に示す関係が
あることを前提として、固体電解質膜１０の含有水分ｎ
と気中の含有水分（絶対湿度に対応）とを所定温度毎に
測定した。 Ｋｇ・ｎｇ＝Ｋｓ・ｎ ・・・・・（１１） Ｋｇ＝Ｋｇ0 ・Ｔ1/2 ・・・・・（１２） Ｋｓ＝Ｋｓ0 ・ｅｘｐ（−Ｅ0 ／ｋ・Ｔ） ・・・・・（１３） ここで、ｎｇは気中（密閉容器７、８）の含有水分、Ｋ
ｇ0 、Ｋｓ0 は実験により求めた温度依存しない比例
定数、Ｔは絶対温度、Ｅ0 は活性化エネルギ、及びｋは
ボルツマン定数である。
【００２３】Ｋｇ、Ｋｓは式（１２）及び式（１３）に
示すように温度依存性があることを利用し、式（１４）
に示すように温度依存項と温度非依存項とに分離した。 ｌｏｇｅ（ｎ／ｎｇ・Ｔ1/2 ） ＝ｌｏｇｅ（Ｋｇ0 ／Ｋｓ0 ）＋（Ｅ0 ／ｋ・Ｔ） ・・・・・（１４） ここで、Ｋｇ0 ／Ｋｓ0 ＝２．０８・１０
-5（Ｋ-1/ 2 ） Ｅ0 ＝７．２・１０-20 （ｊｏｕｌｅ） 以上の結果を図６に示す。これにより密閉空間７内の湿
度変化と除湿素子９に流れる電流をシミュレーションで
予測することが可能になった。
示すように温度依存性があることを利用し、式（１４）
に示すように温度依存項と温度非依存項とに分離した。 ｌｏｇｅ（ｎ／ｎｇ・Ｔ1/2 ） ＝ｌｏｇｅ（Ｋｇ0 ／Ｋｓ0 ）＋（Ｅ0 ／ｋ・Ｔ） ・・・・・（１４） ここで、Ｋｇ0 ／Ｋｓ0 ＝２．０８・１０
-5（Ｋ-1/ 2 ） Ｅ0 ＝７．２・１０-20 （ｊｏｕｌｅ） 以上の結果を図６に示す。これにより密閉空間７内の湿
度変化と除湿素子９に流れる電流をシミュレーションで
予測することが可能になった。
【００２４】図７は図１において、除湿素子９の有効反
応面積を１００ｃｍ2 及び密閉容器７の容積を５０，０
００ｃｍ3 、初期の相対湿度が２０℃で４０％としたと
き、密閉容器７内の湿度変化の実測値と計算値とを比較
したものである。また図８は図７と同じ条件において、
固体電解質膜１０を流れる電流の電流変化の実測値と計
算値とを比較したものである。いずれも実測値と計算値
とがほぼ同じとなっている。したがって、除湿素子９の
有効反応面積Ｓ及び密閉容器７の容積Ｖを式（７）から
式（１０）に適用することにより、湿度減少の時定数を
決定することができる。逆に、湿度減少の時定数と容積
Ｖとを与えれば、除湿素子９の有効反応面積Ｓを決定す
ることができる。
応面積を１００ｃｍ2 及び密閉容器７の容積を５０，０
００ｃｍ3 、初期の相対湿度が２０℃で４０％としたと
き、密閉容器７内の湿度変化の実測値と計算値とを比較
したものである。また図８は図７と同じ条件において、
固体電解質膜１０を流れる電流の電流変化の実測値と計
算値とを比較したものである。いずれも実測値と計算値
とがほぼ同じとなっている。したがって、除湿素子９の
有効反応面積Ｓ及び密閉容器７の容積Ｖを式（７）から
式（１０）に適用することにより、湿度減少の時定数を
決定することができる。逆に、湿度減少の時定数と容積
Ｖとを与えれば、除湿素子９の有効反応面積Ｓを決定す
ることができる。
【００２５】図９は図１において、密閉容器７の容積を
５０，０００ｃｍ3 とし、温度範囲が０℃から３０℃
で、除湿素子９の有効反応面積Ｓをパラメータとして、
密閉容器７内の湿度変化を表したものである。図１０は
除湿素子９の有効反応面積をＳ＝１００（ｃｍ2 ）と
し、密閉容器７の容積をパラメータとして、密閉容器７
内の湿度変化を表したものである。図１１は除湿素子９
の有効反応面積をＳ＝１００（ｃｍ2 ）としたときの除
湿能力を密閉容器７内の初期の相対湿度をパラメータと
して固体電解質膜１０の重量で表している。この場合に
固体電解質膜１０の水分含有率（水分の重量（ｇ）と固
体電解質膜の重量（ｇ）との比率）をＲＷ、相対湿度を
ＲＨ（％）としたとき、ＲＷ＝１．２５７・１０-3・Ｒ
Ｈの関係がある。
５０，０００ｃｍ3 とし、温度範囲が０℃から３０℃
で、除湿素子９の有効反応面積Ｓをパラメータとして、
密閉容器７内の湿度変化を表したものである。図１０は
除湿素子９の有効反応面積をＳ＝１００（ｃｍ2 ）と
し、密閉容器７の容積をパラメータとして、密閉容器７
内の湿度変化を表したものである。図１１は除湿素子９
の有効反応面積をＳ＝１００（ｃｍ2 ）としたときの除
湿能力を密閉容器７内の初期の相対湿度をパラメータと
して固体電解質膜１０の重量で表している。この場合に
固体電解質膜１０の水分含有率（水分の重量（ｇ）と固
体電解質膜の重量（ｇ）との比率）をＲＷ、相対湿度を
ＲＨ（％）としたとき、ＲＷ＝１．２５７・１０-3・Ｒ
Ｈの関係がある。
【００２６】図９から図１１の結果により、密閉容器７
内の湿度変化の時定数τ（ｈ）は式（１５）に示すよう
に、密閉容器７の容積Ｖ（ｃｍ3 ）と除湿素子９の有効
反応面積Ｓ（ｃｍ2 ）との比に１．４・１０-3を乗じた
値となる。 τ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓ ・・・・・（１５）
内の湿度変化の時定数τ（ｈ）は式（１５）に示すよう
に、密閉容器７の容積Ｖ（ｃｍ3 ）と除湿素子９の有効
反応面積Ｓ（ｃｍ2 ）との比に１．４・１０-3を乗じた
値となる。 τ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓ ・・・・・（１５）
【００２７】図１１から分かるように、固体電解質膜１
０の水分含有率は大気中の相対湿度に比例し、温度には
依存性がない。従って、固体電解質膜１０としては水分
含有率が相対湿度に比例し、温度には依存性がないもの
を適用すれば、時定数τの関係式が温度の制約を受ける
ことなく成立する。以上のように、湿度減少の時定数τ
と密閉容器７の容積Ｖとを与えれば、除湿素子９の有効
反応面積を決定することができる。
０の水分含有率は大気中の相対湿度に比例し、温度には
依存性がない。従って、固体電解質膜１０としては水分
含有率が相対湿度に比例し、温度には依存性がないもの
を適用すれば、時定数τの関係式が温度の制約を受ける
ことなく成立する。以上のように、湿度減少の時定数τ
と密閉容器７の容積Ｖとを与えれば、除湿素子９の有効
反応面積を決定することができる。
【００２８】実施の形態２．図１２は実施の形態２の構
成図である。図１２において、７〜１７は実施の形態１
のものと同様のものである。１８は湿度検出手段で、密
閉容器８内の湿度を検出する。なお、密閉容器８の容積
は除湿素子９により加湿されても湿度が変化しない程度
に大きい（又は密閉容器８が存在しない）ものとする。
１９は湿度演算手段で、湿度検出手段１８により検出さ
れた湿度と除湿素子９に流れる電流とから図１３により
密閉容器７内の湿度を検出する。なお、図１３は密閉容
器８内の湿度ｎｇ2 を例えば１００％、８０％、６０
％、４０％、２０％と一定にしたときの、除湿素子９の
電流密度ｊと密閉容器７内の湿度ｎｇ1 との関係を計測
して作成し、あらかじめ湿度演算手段１９に記憶させて
おく。
成図である。図１２において、７〜１７は実施の形態１
のものと同様のものである。１８は湿度検出手段で、密
閉容器８内の湿度を検出する。なお、密閉容器８の容積
は除湿素子９により加湿されても湿度が変化しない程度
に大きい（又は密閉容器８が存在しない）ものとする。
１９は湿度演算手段で、湿度検出手段１８により検出さ
れた湿度と除湿素子９に流れる電流とから図１３により
密閉容器７内の湿度を検出する。なお、図１３は密閉容
器８内の湿度ｎｇ2 を例えば１００％、８０％、６０
％、４０％、２０％と一定にしたときの、除湿素子９の
電流密度ｊと密閉容器７内の湿度ｎｇ1 との関係を計測
して作成し、あらかじめ湿度演算手段１９に記憶させて
おく。
【００２９】次に動作について説明する。図１２におい
て、実施の形態１の場合と同様に陽極１３側の密閉容器
７内では式（２）により除湿され、陰極１６側の密閉容
器８内では式（３）により水が発生する。そして、湿度
演算手段１９において固体電解質膜９の含有水分に比例
した電流を式（１０）により検出する。さらに、固体電
解質膜１０の電流と湿度検出手段１８により検出された
密閉容器８内の湿度とから図１３の関係により密閉容器
７内の湿度を演算する。
て、実施の形態１の場合と同様に陽極１３側の密閉容器
７内では式（２）により除湿され、陰極１６側の密閉容
器８内では式（３）により水が発生する。そして、湿度
演算手段１９において固体電解質膜９の含有水分に比例
した電流を式（１０）により検出する。さらに、固体電
解質膜１０の電流と湿度検出手段１８により検出された
密閉容器８内の湿度とから図１３の関係により密閉容器
７内の湿度を演算する。
【００３０】また、密閉容器７を一旦開放して閉めた
後、電流検出手段１８で除湿素子９の電流を検出するこ
とにより、密閉容器７内の湿度減少の状態を知ることが
できる。即ち、除湿素子９の電流の変化から湿度減少の
時定数τを算出することにより、除湿素子９の動作が正
常であるか異常であるかの判断ができる。さらに、除湿
素子９が正常に動作しているときの電流値を予めプログ
ラム化することにより、除湿素子９の異常動作を自動的
に検出することができる。
後、電流検出手段１８で除湿素子９の電流を検出するこ
とにより、密閉容器７内の湿度減少の状態を知ることが
できる。即ち、除湿素子９の電流の変化から湿度減少の
時定数τを算出することにより、除湿素子９の動作が正
常であるか異常であるかの判断ができる。さらに、除湿
素子９が正常に動作しているときの電流値を予めプログ
ラム化することにより、除湿素子９の異常動作を自動的
に検出することができる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１の発明に係わる湿度調整装置
は、除湿素子の有効反応面積をＳ（ｃｍ2 ）、密閉容
器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたとき、湿度減少の時定数
τ（ｈ）をτ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓにより決定する
ことができるので、除湿のニーズに最適な除湿素子の設
計を容易に行うことができる。
は、除湿素子の有効反応面積をＳ（ｃｍ2 ）、密閉容
器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたとき、湿度減少の時定数
τ（ｈ）をτ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓにより決定する
ことができるので、除湿のニーズに最適な除湿素子の設
計を容易に行うことができる。
【００３２】請求項２の発明に係わる湿度調整装置は、
含有水分が大気中の相対湿度に比例し、温度には非依存
性の固体電解質膜を適用することにより、時定数τの関
係式を温度の制約を受けることなく成立させることがで
きる。
含有水分が大気中の相対湿度に比例し、温度には非依存
性の固体電解質膜を適用することにより、時定数τの関
係式を温度の制約を受けることなく成立させることがで
きる。
【００３３】請求項３の発明に係わる湿度調整装置は、
密閉容器内の湿度を除湿素子の電流により検出すること
により、密閉容器内の湿度減少の状態を知ることができ
る。
密閉容器内の湿度を除湿素子の電流により検出すること
により、密閉容器内の湿度減少の状態を知ることができ
る。
【００３４】請求項４の発明に係わる湿度調整装置は、
除湿素子の電流の変化により密閉容器内の湿度減少の時
定数を算出することにより、除湿素子の動作が正常であ
るか異常であるかの判断を行うことができる。
除湿素子の電流の変化により密閉容器内の湿度減少の時
定数を算出することにより、除湿素子の動作が正常であ
るか異常であるかの判断を行うことができる。
【図１】 この発明の実施の形態１の構成図である。
【図２】 実施の形態１における相対湿度の変化を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】 実施の形態１における除湿素子の電流の変化
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図４】 実施の形態１における除湿能力と絶対湿度と
の関係を示す説明図である。
の関係を示す説明図である。
【図５】 実施の形態１における除湿のモデルを示す説
明図である。
明図である。
【図６】 実施の形態１におけるパラメータの導出を示
す説明図である。
す説明図である。
【図７】 実施の形態１における湿度変化の実測値と計
算値との比較を示す説明図である。
算値との比較を示す説明図である。
【図８】 実施の形態１における電流変化の実測値と計
算値との比較を示す説明図である。
算値との比較を示す説明図である。
【図９】 実施の形態１における除湿素子の有効反応面
積をパラメータとしたときの密閉容器内の湿度変化を示
す説明図である。
積をパラメータとしたときの密閉容器内の湿度変化を示
す説明図である。
【図１０】 実施の形態１における密閉容器の容積をパ
ラメータとしたときの密閉容器内の湿度変化を示す説明
図である。
ラメータとしたときの密閉容器内の湿度変化を示す説明
図である。
【図１１】 実施の形態１における固体電解質膜の重量
と相対湿度との関係を示す説明図である。
と相対湿度との関係を示す説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２の構成図である。
【図１３】 実施の形態２における固体電解質膜の電流
と湿度との関係を示す説明図である。
と湿度との関係を示す説明図である。
【図１４】 従来の湿度調整装置を示す構成図である。
７ 密閉容器、９ 除湿素子、１０ 固体電解質膜、１
３ 陽極、１６ 陰極。
３ 陽極、１６ 陰極。
Claims (4)
- 【請求項１】 水素イオン導電性の固体電解質膜を陽極
と陰極とで挟持して、上記両極間に直流電圧を印加し、
上記陽極側で水を消費し、上記陰極側で酸素を消費して
水を生成する除湿素子を構成し、上記除湿素子の上記陽
極側が密閉容器の内側に開放されるように配置し、上記
密閉容器の湿度を調整するようにした湿度調整装置にお
いて、上記密閉容器の湿度減少の時定数τ（ｈ）は、上
記除湿素子の有効反応面積をＳ（ｃｍ2 ）、上記密閉容
器の容積をＶ（ｃｍ3 ）としたとき、式（１）により決
定されることを特徴とする湿度調整装置。 τ＝Ｖ・１．４・１０-3／Ｓ ・・・・・（１） - 【請求項２】 固体電解質膜は含有水分が大気中の相対
湿度に比例し、温度には非依存性であることを特徴とす
る請求項１に記載の湿度調整装置。 - 【請求項３】 密閉容器内の湿度を除湿素子の電流によ
り検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の湿度調整装置。 - 【請求項４】 除湿素子の電流の変化により密閉容器内
の湿度減少の時定数を算出して、上記除湿素子の故障を
判断するようにしたことを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれか一項に記載の湿度調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9224764A JPH1157388A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 湿度調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9224764A JPH1157388A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 湿度調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1157388A true JPH1157388A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16818870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9224764A Pending JPH1157388A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 湿度調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1157388A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014206490A (ja) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 三菱電機株式会社 | 除湿素子劣化検出装置および除湿素子劣化検出方法 |
| CN113915836A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-11 | 海信（山东）冰箱有限公司 | 一种冰箱和冰箱除湿控制方法 |
-
1997
- 1997-08-21 JP JP9224764A patent/JPH1157388A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014206490A (ja) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 三菱電機株式会社 | 除湿素子劣化検出装置および除湿素子劣化検出方法 |
| CN113915836A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-11 | 海信（山东）冰箱有限公司 | 一种冰箱和冰箱除湿控制方法 |
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