JPH119941A - 湿度調整方法 - Google Patents

湿度調整方法

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JPH119941A
JPH119941A JP9165991A JP16599197A JPH119941A JP H119941 A JPH119941 A JP H119941A JP 9165991 A JP9165991 A JP 9165991A JP 16599197 A JP16599197 A JP 16599197A JP H119941 A JPH119941 A JP H119941A
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JP
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humidity
space
solid electrolytic
electrolytic element
anode
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JP9165991A
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English (en)
Inventor
Hajime Nakatani
元 中谷
Shiro Yamauchi
四郎 山内
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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  • Drying Of Gases (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 湿度調整の具体的な制御方法について提案す
る。 【解決手段】 水素イオン導電性の固体電解質の膜10
を陽極15と陰極16とで挟持して両極15、16間に
直流電圧を印加し、陽極15側で電解反応により酸素を
発生させ、陰極16側で還元反応する固体電解素子17
を第1の空間19と第2の空間20との間に陽極15が
第1の空間19側になるように配置し、第1の空間19
の湿度調整を行う湿度調整方法において、固体電解素子
17に印加する電圧を1.5Vから飽和電流に対応した
電圧までの範囲で制御して調湿能力を変える。

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、空気や他のガス
中の空間における湿度調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は例えば特開平6−63343号公
報に記載された湿度調整装置の構成図である。図6にお
いて、1は陽イオン導電性の固体高分子電解質層、2、
3は多孔質基材で、金属繊維の織布若しくは不織布、金
属の粉末焼結体、カーボン繊維、金属多孔板、エキスパ
ンドメタル等を使用する。4、5は触媒層で、多孔質基
材2、3と固体高分子電解質層1との食い込み部に白金
黒、白金担持カーボン等が3次元的に分布している。な
お、多孔質基材2と触媒層4とで陽極6を、多孔質基材
3と触媒層5とで陰極7をそれぞれ構成している。8は
直流電源、9は被除湿室である。
【0003】次に動作について説明する。図6におい
て、両極6、7間に直流電源から電力を供給すると、非
除湿室9の水が電気分解して式(2)の反応により酸素
が発生するとともに被除湿室9の湿度が低下する。 2H2 O→O2 +4H+ +4e- ・・・・・(2) このときに発生する水素イオン(H+ )は固体高分子電
解質層1を通って陰極7に達する。また、電子(e-
は直流電源8を接続した外部回路を通って陰極7に達す
る。そして、式(3)の反応により陰極7側の酸素を消
費して水を発生する。 O2 +4H+ +4e- →2H2 O ・・・・・(3) さらに、水素イオン(H+ )とともに1〜3分子の複数
の水分子が陰極6側から陰極7側へ移動する。従って、
陰極7では式(3)の反応により生成する水とともに、
さらに余分の水が陽極6から移動して被除湿室9の湿度
が低下する。
【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が、制御の具体的な制御方
法については示されていないという問題点があった。
【0005】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、制御方法を具体的に示した湿度
調整方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
湿度調整方法は、水素イオン導電性の固体電解質の膜を
陽極と陰極とで挟持して両極間に直流電圧を印加し、陽
極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極側で還元反
応する固体電解素子を第1の空間と第2の空間との間に
陽極が第1の空間側になるように配置し、第1の空間の
湿度調整を行う湿度調整方法において、固体電解素子に
印加する電圧を1.5Vから飽和電流に対応した電圧ま
での範囲で制御して調湿能力を変えるようにしたもので
ある。
【0007】請求項2の発明に係わる湿度調整方法は、
固体電解素子に印加する電圧を1.5Vから3.5Vの
範囲で制御するようにしたものである。
【0008】請求項3の発明に係わる湿度調整方法は、
湿度調整範囲内で固体電解素子に印加する電圧をON/
OFF制御するものである。
【0009】請求項4の発明に係わる湿度調整方法は、
固体電解素子へ印加する電圧のON時の最大値が2〜
3.5Vの間で所定値に設定されているものである。
【0010】請求項5の発明に係わる湿度調整方法は、
水素イオン導電性の固体電解質の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、陽極側で電解反応に
より酸素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素
子を第1の空間と第2の空間との間に陽極が第1の空間
側になるように配置し、第1の空間の湿度調整を行う湿
度調整方法において、固体電解素子に流す電流を0Aか
ら固体電解素子のサイズから決まる最大許容電流値の間
で制御して調湿能力を変えるようにしたものである。
【0011】請求項6の発明に係わる湿度調整方法は、
湿度調整範囲内で固体電解素子に流す電流をON/OF
F制御するものである。
【0012】請求項7の発明に係わる湿度調整方法は、
第1の空間の容積をV、固体電解素子の面積をSとした
とき、式(4)により求められる時定数Tより短い時間
でON/OFF制御を行うものである。 T=1.4・10-3・V/S ・・・・・(4)
【0013】
【発明の実施の形態】
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、10は固体電解質の膜で、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 Pon
t)社製のナフィオン(NAFION:登録商標)−1
17を使用する。11、12は多孔質基材で、金属繊維
の織布もしくは不織布、金属の粉末焼結体、カーボン繊
維、金属多孔板、エキスパンドメタル等を使用する。1
3、14は触媒層で、膜10と同じ固体電解質の粉末を
含んだ溶液に触媒としての白金黒を混合して、白金黒の
量が1mg/cm2 となる厚さで膜10に塗布又は吹き
付けられている。
【0014】なお、多孔質基材11と触媒13とで陽極
15を構成し、多孔質基材12と触媒層14とで陰極1
6を構成している。なお、膜10と各極15、16と
は、180℃の温度、50kg/cm2 の圧力で3分間
のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共
に電気的に接合され、固体電解素子17が構成されてい
る。
【0015】18は固体電解素子17の両極15、16
間に接続された直流電源、19は固体電解素子17の陽
極15側を包囲した空間で相対湿度をH1 とする。20
は固体電解素子17の陰極16側を包囲した空間で相対
湿度をH2 とする。21は空間19の湿度を検出する湿
度検出手段、22は演算手段で、湿度検出手段21から
のデータにより直流電源18の電圧を制御する。
【0016】次に動作について説明する。図1におい
て、両極15、16間に直流電源18から電力を供給す
ると、陽極15側の水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、空間19内の湿度が低下
する。 2H2 O→O2 +4H+ +4e- ・・・・・(5) このときに発生する水素イオン(H+ )は膜10を通っ
て陰極16に達する。また、電子(e- )は電流電源1
9を接続した外部回路を通って陰極16に達する。そし
て、式(6)の反応により陰極16側の酸素を消費して
水を発生する。 O2 +4H+ +4e- →2H2 O ・・・・・(6) さらに、水素イオン(H+ )とともに1〜3分子の複数
の分子が陽極15側から陰極16側へ移動する。
【0017】図2は、膜10の有効面積を100cm2
とし、温度30℃及び相対湿度60%の大気中での電圧
−電流特性を示したものである。図4に示すように固体
電解素子17への印加電圧が3Vにおいて、電流が約4
Aで飽和している。
【0018】図3は図1の空間19、20の相対湿度の
初期値が80%のとき空間19内の相対湿度を40%に
制御する場合について示している。即ち、図1及び図3
において、時間t0 では湿度検出手段21により検出さ
れた空間19の湿度が図3(a)に示すように目標値の
40%より高いので、演算手段22の指令により図3
(b)に示すように直流電源18から固体電解素子17
に電圧を印加する。空間19の湿度の低下に従って固体
電解素子17の電流が図3(c)に示すように徐々に低
下する。この場合に、印加電圧の最大値は図2から3V
とする。
【0019】時間t1 で相対湿度が40%に低下したの
で、演算手段22の指令により固体電解素子17への印
加電圧を下げる。そして、以後は相対湿度が40%にな
るように演算手段22により、電圧を最低動作電圧の
1.5Vから最大値の3Vの範囲でフィードバック制御
を行う。印加電圧の可変範囲は、図2の電圧−電流特性
で勾配を有する範囲とし、この例の場合は1.5〜3V
としている。しかし、固体電解素子17の特性としては
印加電圧を3.5Vにした場合に、電流が増加して除湿
能力が増大する。
【0020】実施の形態2.図4は実施の形態1と同様
に図1の構成図において、実施の形態2の制御方法を示
す説明図である。図4は図1の空間19、20の相対湿
度の初期値が80%のとき、空間19の相対湿度を40
%〜50%の間に制御する場合について示している。即
ち、図1及び図4において、時間T0 では湿度検出手段
21により検出された湿度が図4(a)に示すように目
標値の40%〜50%より高いので、演算手段22の指
令により直流電源18から固体電解素子17に図4
(b)に示すように、予め決められた電圧3Vを印加す
る。空間19の湿度が低下するに従って固体電解素子1
7の電流が図4(C)に示すように徐々に低下する。
【0021】時間t1 において、相対湿度が40%に低
下したので、演算手段22の指令により固体電解素子1
7への印加電圧を0Vにする。そして、時間t2 におい
て相対湿度が50%になったので、固体電解素子17へ
の印加電圧を3Vにする。さらに、時間t3 において相
対湿度が40%に低下すると、固体電解素子17への印
加電圧を0Vにする。なお、印加電圧のON/OFF制
御においてON時における電圧は、図2の電圧−電流特
性を参照して、固体電解素子17の電流が飽和する2V
〜3.5Vに設定するのが適正である。
【0022】以上のように、固体電解素子17への印加
電圧をON/OFF制御する場合には、空間19の湿度
が例えば40%〜50%の範囲で変動するが、直流電源
18の出力電圧を細かく制御する必要がないので、制御
が容易になる。
【0023】実施の形態3.図5は実施の形態1と同様
の構成において、実施の形態3の制御方法を示す説明図
である。図5は図1の固体電解素子19の有効面積が1
00cm2 、空間19、20の相対湿度の初期値が80
%のとき、空間19の相対湿度を目標値40%に制御す
る場合について示している。この場合に図1において、
固体電解素子17の温度を70℃以下とするために電流
密度を0.05A/cm2 、即ち全電流の最大許容電流
値を5Aとしている。また、固体電解素子17への印加
電圧は、最大の能力を発揮させるために3.5Vに設定
されている。
【0024】時間t0 では湿度検出手段21により検出
された湿度が図5(a)に示すように目標値の40%よ
り高いので、演算手段22の指令により直流電源18か
ら図5(b)に示すように最大電流5Aを固体電解素子
17へ流す。このときの印加電圧は図5(c)に示すよ
うに3.5Vの最大値とする。時間t1 において湿度が
低下したので、電流値を減らしてフィードバック制御を
行う。このとき電圧も電流に応じて変化する。
【0025】以上のように、相対湿度が目標値を超えて
いる場合には、固体電解素子17に流し得る最大電流を
流すので、目標湿度に到達する時間を短縮することがで
きる。
【0026】実施の形態4.実施の形態1から実施の形
態3において、空間18の容積をV、固体電解素子17
の有効面積をSとしたとき、式(7)により求められる
時定数Tで相対湿度が変化する。 T=1.4・10-3・V/S ・・・・・(7) 従って、式(7)で求められた時定数より短い時間でO
N/OFF制御を行うことにより、定常状態での湿度の
変化幅が小さくなり、湿度制御の精度向上を図ることが
できる。
【0027】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、固体電解素子
に印加する電圧を1.5Vから飽和電流に対応した電圧
までの範囲で制御して調湿能力を変えるようにしたこと
により、目標値への調湿を効率よく行うことができる。
【0028】請求項2の発明によれば、固体電解素子へ
の印加電圧を1.5Vから3.5Vの範囲で制御するこ
とにより、目標への調湿を効率よく行うことができる。
【0029】請求項3の発明によれば、固体電解素子に
印加する電圧をON/OFF制御することにより、固体
電解素子の調湿作用を効率よく行わせることができる。
【0030】請求項4の発明によれば、固体電解素子へ
の印加電圧をON/OFF制御するときの電圧の最大値
を2V〜3Vの間で所定値に設定することにより、固体
電解素子の特性を有効に発揮させることができる。
【0031】請求項5の発明によれば、固体電解素子の
電流を0Aから最大許容電流値の間で制御することによ
り、調湿を細かく行うことができる。
【0032】請求項5の発明によれば、固体電解素子の
電流をON/OFF制御することにより、固体電解素子
の調湿作用を効率よく行わせることができる。
【0033】請求項7の発明によれば、第1の空間V及
び固体電解素子の面積Sとから求められた時定数Tより
短い時間で、電圧又は電流をON/OFF制御すること
により、定常状態での湿度の変化幅が小さくなり、湿度
制御の精度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の構成図である。
【図2】 図1の固体電解素子の電圧−電流特性を示す
説明図である。
【図3】 実施の形態1の制御方法を示す説明図であ
る。
【図4】 実施の形態2の制御方法を示す説明図であ
る。
【図5】 実施の形態3の制御方法を示す説明図であ
る。
【図6】 従来の湿度調整装置の構成図である。
【符号の説明】
10 膜、15 陽極、16 陰極、、17 固体電解
素子、19,20 空間。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽
    極と陰極とで挟持して上記両極間に直流電圧を印加し、
    上記陽極側で電解反応により酸素を発生させ、上記陰極
    側で還元反応する固体電解素子を第1の空間と第2の空
    間との間に上記陽極が上記第1の空間側になるように配
    置し、上記第1の空間の湿度調整を行う湿度調整方法に
    おいて、上記固体電解素子に印加する電圧を1.5Vか
    ら飽和電流に対応した電圧までの範囲で制御して調湿能
    力を変えるようにしたことを特徴とする湿度調整方法。
  2. 【請求項2】 固体電解素子に印加する電圧を1.5V
    から3.5Vの範囲で制御するようにしたことを特徴と
    する請求項1に記載の湿度調整方法。
  3. 【請求項3】 湿度調整範囲内で固体電解素子に印加す
    る電圧をON/OFF制御することを特徴とする請求項
    1に記載の湿度調整方法。
  4. 【請求項4】 固体電解素子へ印加する電圧のON時の
    最大値が2〜3.5Vの間で所定値に設定されているこ
    とを特徴とする請求項3に記載の湿度調整方法。
  5. 【請求項5】 水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽
    極と陰極とで挟持して上記両極間に直流電圧を印加し、
    上記陽極側で電解反応により酸素を発生させ、上記陰極
    側で還元反応する固体電解素子を第1の空間と第2の空
    間との間に上記陽極が上記第1の空間側になるように配
    置し、上記第1の空間の湿度調整を行う湿度調整方法に
    おいて、上記固体電解素子に流す電流を0Aから上記固
    体電解素子のサイズから決まる最大許容電流値の間で制
    御して調湿能力を変えるようにしたことを特徴とする湿
    度調整方法。
  6. 【請求項6】 湿度調整範囲内で固体電解素子に流す電
    流をON/OFF制御することを特徴とする請求項5に
    記載の湿度調整方法。
  7. 【請求項7】 第1の空間の容積をV、固体電解素子の
    面積をSとしたとき、式(1)により求められる時定数
    Tより短い時間でON/OFF制御を行うことを特徴と
    する請求項3、請求項4又は請求項6のいずれか一項に
    記載の湿度調整方法。 T=1.4・10-3・V/S ・・・・・(1)
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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