JPS595673B2 - electrochemical oxygen pump device - Google Patents

electrochemical oxygen pump device

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Publication number
JPS595673B2
JPS595673B2 JP55055963A JP5596380A JPS595673B2 JP S595673 B2 JPS595673 B2 JP S595673B2 JP 55055963 A JP55055963 A JP 55055963A JP 5596380 A JP5596380 A JP 5596380A JP S595673 B2 JPS595673 B2 JP S595673B2
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JP
Japan
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gas
pump device
oxygen pump
oxygen
electrochemical oxygen
Prior art date
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Application number
JP55055963A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS56152978A (en
Inventor
嘉浩 松尾
聰 関戸
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS595673B2 publication Critical patent/JPS595673B2/en
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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気化学的酸素ポンプ装置に関するもので、雰
囲気内の酸素ガスのみを除去する機能を備えたものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrochemical oxygen pump device, which has a function of removing only oxygen gas from the atmosphere.

したがつて、本発明の装置は雰囲気が空気である場合、
空気中の酸素除去装置あるいは窒素主成分ガス供給装置
として使用するものである。酸素除去装置として機能す
る電気化学的酸素ポンプ装置の目的の一つに食品の品質
保持がある。
Therefore, the device of the present invention, when the atmosphere is air,
It is used as an air oxygen removal device or a nitrogen-based gas supply device. One of the purposes of an electrochemical oxygen pump device that functions as an oxygen removal device is to maintain food quality.

たとえば、炊飯保温器内の飯の変色や臭いの原因である
好酸素菌の繁殖を防止するのに空気中の酸素除去装置は
役立つ。また冷蔵庫や冷凍保存庫においても酸化反応を
防止し野菜などの鮮度を保持するのに雰囲気から酸素を
除去する必要があり、これに酸素除去装置あるいは窒素
主成分ガス供給装置として機能する電気化学的酸素ポン
プ装置が利用される。窒素主成分ガス供給装置として機
能する電気化学的酸素ポンプ装置は、中性ガス雰囲気を
必要とする雰囲気炉などへのガス供給源として利用され
る。
For example, devices for removing oxygen from the air are useful in preventing the growth of oxygen-loving bacteria that cause discoloration and odor of rice in rice cookers. Furthermore, in refrigerators and freezers, it is necessary to remove oxygen from the atmosphere in order to prevent oxidation reactions and maintain the freshness of vegetables, etc., and this requires an electrochemical device that functions as an oxygen removal device or a nitrogen-based gas supply device. Oxygen pump equipment is utilized. An electrochemical oxygen pump device that functions as a nitrogen-based gas supply device is used as a gas supply source to an atmospheric furnace or the like that requires a neutral gas atmosphere.

従来、電気化学的酸素ポンプ装置としては、CaOやY
2O3で安定化させたZrO2から成る酸素イオン導電
性の固体電解質の両側に多孔性の白金電極を付与し、直
流電界を印加し、陰極側の酸素を陽極側に汲み出す装置
が考えられている。
Conventionally, as an electrochemical oxygen pump device, CaO and Y
A device is being considered in which porous platinum electrodes are provided on both sides of an oxygen ion conductive solid electrolyte made of ZrO2 stabilized with 2O3, and a DC electric field is applied to pump oxygen from the cathode side to the anode side. .

しかし、これらの酸素イオン導電体の動作温度は500
〜1000℃と高く、常にこの温度を保持するための熱
エネルギーが必要であり、省エネルギーの観点から望ま
しくない。この点、本発明の電気化学的酸素ポンプ装置
は、常温近傍の温度で酸素イオン導電性あるいは酸素原
子を含むイオン団の導電性を有する溶液電解質を用いる
ことを特徴とするので、常温使用であり、省エネルギー
になつている。一方、食品の品質保持には従来、炭化鉄
、酸化鉄、金属類などの脱酸素剤が市販されている。
However, the operating temperature of these oxygen ion conductors is 500°C.
The temperature is as high as ~1000°C, and thermal energy is required to constantly maintain this temperature, which is undesirable from the viewpoint of energy saving. In this regard, the electrochemical oxygen pump device of the present invention is characterized in that it uses a solution electrolyte that has oxygen ion conductivity or ion group conductivity containing oxygen atoms at a temperature near room temperature, so it can be used at room temperature. , it is becoming more energy efficient. On the other hand, to maintain the quality of food, oxygen scavengers such as iron carbide, iron oxide, and metals have been commercially available.

しかし、これらの脱酸素剤は、いずれも空気中の酸素と
の化学反応により酸素を除去するもので、容易に再生す
ることができず、使い捨てになるという欠点がある。し
たがつて常に新しい脱酸素剤の補給・交換が必要であり
、これは使用者にとつて極めて不便である。しかも、食
品品質保持技術は酸化防止剤を直接食品に添加すること
(食品添加物)が人体への影響などから見直されている
ため、増々その必要性が高まつている。本発明の酸素除
去装置として機能する電気化学的酸素ポンプ装置は、使
い捨てでなく、長期間の使用に耐えるものである。また
、空気から酸素・窒素を分離する方法としては古くから
空気深冷分離法があり、酸素ボンベ、窒素ボンベとして
市販されている。
However, all of these oxygen scavengers remove oxygen through a chemical reaction with oxygen in the air, and have the disadvantage that they cannot be easily recycled and are disposable. Therefore, it is necessary to constantly replenish and replace new oxygen scavengers, which is extremely inconvenient for the user. Furthermore, the need for food quality preservation technology is increasing as the direct addition of antioxidants to food (food additives) is being reconsidered due to its effects on the human body. The electrochemical oxygen pump device that functions as the oxygen removal device of the present invention is not disposable and can withstand long-term use. Furthermore, as a method for separating oxygen and nitrogen from air, there has been an air cryogenic separation method for a long time, and these are commercially available as oxygen cylinders and nitrogen cylinders.

しかし、これらは注文、配達の流通機構のため不便であ
り、緊急性に乏しいという欠点がある。本発明の窒素供
給装置として機能する電気化学的酸素ポンプ装置は、小
形化が容易であり、製造コスト、ランニングコストとも
に低くすることができるという利点がある。本発明の電
気化学的酸素ポンプ装置の基本構成は、第1図に示すよ
うに、容器1内に収納した溶液電解質2の中に陰電極3
および陽電極4を対向して配置し、陰電極3が溶液電解
質2と接触し、かつ気体6とも接触する部分が存在する
ように設置し、両電極3および4に負の電位成分を持た
ない電流、たとえば直流を供給する外部電源5を接続し
、陰電極3に接する気体6と陽電極4側で発生する酸素
8とを隔離する手段として気体6を収納する気体溜7を
備えているのが特徴である。
However, these systems are inconvenient due to the ordering and delivery distribution system, and have the disadvantage of lacking urgency. The electrochemical oxygen pump device that functions as the nitrogen supply device of the present invention has the advantage that it can be easily miniaturized and both manufacturing cost and running cost can be reduced. The basic structure of the electrochemical oxygen pump device of the present invention is as shown in FIG.
and positive electrodes 4 are arranged facing each other, and the negative electrodes 3 are installed so that there is a part in contact with the solution electrolyte 2 and also in contact with the gas 6, so that both electrodes 3 and 4 do not have a negative potential component. It is connected to an external power source 5 that supplies current, for example, direct current, and is provided with a gas reservoir 7 that stores gas 6 as a means for isolating the gas 6 in contact with the negative electrode 3 and the oxygen 8 generated on the positive electrode 4 side. It is characterized by

電気化学的酸素ポンプ装置はこの気体溜7を備えてはじ
めて酸素除去装置あるいは窒素供給装置として機能する
ことができるものである。なお、実験の都合上、気体溜
7は少なくとも1個のガス栓8を備えている。
An electrochemical oxygen pump device can only function as an oxygen removal device or a nitrogen supply device if it is equipped with this gas reservoir 7. Note that, for convenience of the experiment, the gas reservoir 7 is equipped with at least one gas plug 8.

また実験の都合上、陰電極3と外部電源5とを結ぶリー
ド線を電気絶縁するための被覆9を備えているが、この
リード線は必ずしも溶液電解質2の中を通す必要はなく
、気体溜7の壁を貫通させてもよい(但し、気密性保持
のためシール処理が必要)ので、この電気絶縁被覆9は
必ずしも必要としない。容器1の材質はプラスチツク、
ガラス、セラミツクなど電気不良導体であればよい。
Furthermore, for the convenience of the experiment, a sheath 9 is provided to electrically insulate the lead wire connecting the negative electrode 3 and the external power source 5, but this lead wire does not necessarily need to pass through the solution electrolyte 2, and the gas reservoir The electrically insulating coating 9 is not necessarily required since the electrically insulating coating 9 may be penetrated through the wall of the electrically insulating coating 9 (however, sealing treatment is required to maintain airtightness). The material of container 1 is plastic.
Any electrically poor conductor such as glass or ceramic may be used.

実施例としてはプラスチツク容器を用いた。(1)ガス
栓8を開き気体溜7の内に空気6を1気圧分だけ導入し
た後、ガス栓8を閉じる。
A plastic container was used in the example. (1) Open the gas valve 8 and introduce 1 atmosphere of air 6 into the gas reservoir 7, and then close the gas valve 8.

(2)外部電源5として1Vの定電圧直流電源を用い、
そのプラス端子を陽電極4(ニツケルの導板)に、その
マイナス端子を陰電極3(カーボン電極)にそれぞれ接
続する。
(2) Using a 1V constant voltage DC power supply as the external power supply 5,
The positive terminal is connected to the positive electrode 4 (nickel conductive plate), and the negative terminal is connected to the negative electrode 3 (carbon electrode).

(3)この時、陰電極側では、酸素、水、カーボンの3
相の会合する相境界部分で02+2H20+4e→40
H−なる反応が起こり、空気6の成分のうち酸素のみが
消費され、水酸イオン0H−が生成する。
(3) At this time, on the cathode side, 3 of oxygen, water, and carbon
02+2H20+4e→40 at the phase boundary where the phases meet
A reaction called H- occurs, and only oxygen among the components of the air 6 is consumed, and hydroxyl ions 0H- are generated.

(4)この生成した水酸イオン0H7は電解液2中を電
位勾配にしたがつて陽電極の方向に泳動・拡散する。
(4) The generated hydroxide ions 0H7 migrate and diffuse in the direction of the positive electrode according to the potential gradient in the electrolytic solution 2.

(5)陽電極表面に到着した水酸イオン0H−は40H
−→02+2H20+4eなる反応により、電子を陽電
極に与えつつ、酸素と水とを生成する。
(5) The hydroxyl ion 0H- that arrived at the positive electrode surface is 40H
The reaction -→02+2H20+4e generates oxygen and water while giving electrons to the positive electrode.

(6)陽電極表面で発生した酸素は気泡となつて電解液
2中を上方に移動し、大気中に放出される。
(6) Oxygen generated on the surface of the positive electrode becomes bubbles, moves upward in the electrolytic solution 2, and is released into the atmosphere.

(7)上記(5)の過程で生成した水は電解液2中を濃
度勾配により拡散して、陰電極側にもどり、再び上記(
3)の過程で示した02+2H20+4e→40H−の
陰電極反応に使われる。(8)ある一定時間が経過する
と、すなわち気体溜7の中の空気6の成分である酸素が
消費され完全になくなると、自動的に外部電源5から供
給されていた電流がほとんど流れなくなり、陽電極表面
で酸素気泡の発生が止まる。
(7) The water generated in the process of (5) above diffuses in the electrolyte 2 due to the concentration gradient, returns to the negative electrode side, and returns to the above ((5)).
It is used in the cathode reaction of 02+2H20+4e→40H- shown in step 3). (8) When a certain period of time passes, that is, when the oxygen that is a component of the air 6 in the gas reservoir 7 is consumed and completely disappears, the current supplied from the external power supply 5 automatically stops flowing, and the Oxygen bubbles stop forming on the electrode surface.

これは、上記(3)の過程で示した陰電極反応に必要な
酸素が消費され完全になくなつたことにより、この陰電
極反応が完全に止まつたからである。(9)直流1Vを
印加しているにもかかわらず、電流がほとんど流れなく
なり、陽電極表面での酸素気泡の発生が止まつた後に、
気体溜7の中に残つている気体6をガス分析すると、気
体6の主成分はN2ガスでありH2ガスの存在は検出感
度の範囲内で認められなかつた。
This is because the oxygen necessary for the cathode reaction shown in the process (3) above was consumed and completely disappeared, so that the cathode reaction stopped completely. (9) Despite applying 1V DC, almost no current flows and after the generation of oxygen bubbles on the surface of the positive electrode has stopped,
Gas analysis of the gas 6 remaining in the gas reservoir 7 revealed that the main component of the gas 6 was N2 gas, and the presence of H2 gas was not recognized within the detection sensitivity range.

以上の(1)〜(9)の過程の結果、陰電極側の気体溜
7の中にあつた酸素ガス成分がすべて陽電極側に移動し
大気中に放出されたことになる。
As a result of the above processes (1) to (9), all the oxygen gas components present in the gas reservoir 7 on the negative electrode side moved to the positive electrode side and were released into the atmosphere.

この酸素ガス成分の移動、すなわち酸素ポンプに要した
ものは外部電源が供給した電気エネルギーだけである。
この移動した酸素量と供給した電気エネルギーとの間に
は1883年に発表されたファラデーの法則が基本的に
成立する。すなわち、酸素1モル(標準状態で22.4
1)を移動さすのに必要な理論電気量は4XF(ファラ
デー)、ずなわち107.2Ahである。実際には漏れ
電流など(電解液の抵抗加熱などに費やされる)があり
、この理論電気量よりも多くの電気量を必要とする。(
理論電気量)×100/(実際電気量)を電流効率(%
)と呼ぶが、上記の基本構成の実施例では90%以上で
あつた。単位時間当りの酸素ポンプ能力、すなわち単位
時間当たりの移動量を大きくするには単位時間当たりの
電流容量を大きくすればよい。
All that is required for the movement of this oxygen gas component, ie, the oxygen pump, is electrical energy supplied by an external power source.
Faraday's law, published in 1883, basically holds true between the amount of oxygen transferred and the electrical energy supplied. That is, 1 mole of oxygen (22.4
The theoretical amount of electricity required to move 1) is 4XF (Faraday), or 107.2 Ah. In reality, there is leakage current (used for resistance heating of the electrolyte, etc.), and a larger amount of electricity is required than this theoretical amount of electricity. (
Theoretical amount of electricity) x 100/(actual amount of electricity) as current efficiency (%
), but in the example with the above basic configuration, it was 90% or more. In order to increase the oxygen pumping capacity per unit time, that is, the amount of movement per unit time, the current capacity per unit time may be increased.

この電流容量を大きくするための工夫としては、すでに
述べたように電極自体を多孔質構造にするなどの工夫が
ある。また、電極面積を大きくする意味で陰電極あるい
は陽電極を複数個設ける必要がある。たとえば、上記酸
素ポンプ装置の基本構成において、第2図に示すような
電極配置が有用である。また電極自体の構造も単に板状
のみならず円柱状、円筒状にすることも有用である。特
に陰電極において、第3図の33に示すような円柱の中
央部をくりぬいた構造、すなわち電極上部が開放状態で
ある容器状構造は、酸素吸着能を大きくし、ひいては単
位時間当たりの電流容量を大きくすることができる効果
があり、本発明の電気化学的酸素ポンプ装置の陰電極と
して有用である。次に、本発明の電気化学的酸素ポンプ
装置の電流効率を向上させる工夫としては、第4図に示
すような複数個の陰電極と複数個の陽電極とを交互に対
向して配置する手段がある。
As already mentioned, there are measures to increase this current capacity, such as making the electrode itself porous. Further, in order to increase the electrode area, it is necessary to provide a plurality of negative electrodes or positive electrodes. For example, in the basic configuration of the oxygen pump device described above, an electrode arrangement as shown in FIG. 2 is useful. It is also useful to make the structure of the electrode itself not only plate-like but also columnar or cylindrical. In particular, in the case of a negative electrode, a structure in which the central part of a cylinder is hollowed out as shown in 33 in Figure 3, that is, a container-like structure in which the upper part of the electrode is open, increases the oxygen adsorption capacity and, in turn, increases the current capacity per unit time. It has the effect of increasing the amount of oxygen, and is useful as a cathode for the electrochemical oxygen pump device of the present invention. Next, as a device for improving the current efficiency of the electrochemical oxygen pump device of the present invention, a method of arranging a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately facing each other as shown in FIG. There is.

この電甑交互配置においては対向する一対の陰電極と陽
電極との間の距離を短くすることができ、すなわち両電
極間の電気抵抗を小さくすることができるので、本装置
の電流効率を大きくすることができる。このように電流
効率を向上させるには、酸素イオンあるいは酸素原子を
含んだ陰イオン団が溶液電解質を泳動・拡散する際の距
離を短かくすることは極めて有用であるが、それと同時
に、陽電極表面で発生した酸素ガスあるいは酸素気泡が
陰電極側にも.どり、再び陰電極反応02+2H20+
4e→40H−に参加しないようにする工夫が重要であ
る。陽電極表面で発生した酸素気泡が陰電極表面にもど
らないようにするためには、対向する陰電極と陽電極と
の間に溶液電解質成分および酸素イオンおよび酸素原子
を含むイオン団は通過するが、陽電極側で発生する酸素
の気泡は通過し難い性質を有する隔壁を設置することが
有用である。このような性質を有する隔壁としては、た
とえば石綿、ガラスウールなどで作つた布状の隔壁があ
る。次に、酸素除去装置あるいは窒素主成分ガス供給装
置として機能する電気化学的酸素ポンプ装置の構成を第
5図に示す。この装置は、容器101内に収納した溶液
電解質102の中に陰電極103および陽電極104を
対向して配置し、陰電極103が溶液電解質102と接
触し、かつ気体106とも接触する部分が存在するよう
に設置し、両電極103および104に負の電位成分を
持たない電流を供給する外部電源105を接続し、陰電
極3に接する気体106を収納する気体溜107を備え
ている。なお、この例では気体溜106のガス栓108
、出入口110および酸素気泡不通過性の隔離、たとえ
ばガラスウールで作つた布状の隔壁111を備えている
。ここで、この装置の陰電極側の気体溜の構成において
、気体溜の壁の一部分が開放構造をとつており、その開
放端部を第5図の112に示すように陰電極103の表
面と密接着させ、その密接着部112が溶液電解質10
2中に浸されるように設置することを特徴としている。
あるいは、気体溜の壁の一部分が複数箇所において開放
構造をとつており、その複数箇所の開放端部を第4図に
示すように複数個の陰電極3の表面と密接着させ、その
複数箇所の密接着部が溶液電解質2中に浸されるように
設置してもよい。あるいは気体溜の壁の一部分が開放構
造をとつており、その開放構造が、たとえば第1図ある
いは第3図において示すように、陰電極3をそれぞれ内
包するようにして溶液電解質2中にそれぞれ浸されるよ
うに設置してもよい。第5図の実施例において用いた容
器101、溶液電解質102、陰電極103および陽電
極104の材質はすべて第1図の実施例において用いた
それぞれの材質と同じものである。また第5図の外部電
源105としては1Vの定電圧直流電源を用いた。次に
、第5図に示した電気化学的酸素ポンプ装置に基づいて
、動作原理および効果を述べる。
In this alternating arrangement of electric kettles, it is possible to shorten the distance between a pair of opposing negative and positive electrodes, which means that the electrical resistance between both electrodes can be reduced, thereby increasing the current efficiency of this device. can do. In order to improve current efficiency, it is extremely useful to shorten the distance that oxygen ions or anion groups containing oxygen atoms migrate and diffuse through the solution electrolyte. Oxygen gas or oxygen bubbles generated on the surface also reach the negative electrode side. Again, cathode reaction 02+2H20+
It is important to devise ways to avoid participation in 4e→40H-. In order to prevent oxygen bubbles generated on the surface of the positive electrode from returning to the surface of the negative electrode, a solution electrolyte component and oxygen ions and ion groups containing oxygen atoms must pass between the opposing negative and positive electrodes. It is useful to install a partition wall that makes it difficult for oxygen bubbles generated on the positive electrode side to pass through. Examples of partition walls having such properties include cloth-like partition walls made of asbestos, glass wool, or the like. Next, FIG. 5 shows the configuration of an electrochemical oxygen pump device that functions as an oxygen removal device or a nitrogen-based gas supply device. In this device, a negative electrode 103 and a positive electrode 104 are arranged facing each other in a solution electrolyte 102 housed in a container 101, and there is a portion where the negative electrode 103 contacts the solution electrolyte 102 and also contacts a gas 106. An external power source 105 that supplies current without a negative potential component is connected to both electrodes 103 and 104, and a gas reservoir 107 that stores gas 106 in contact with the negative electrode 3 is provided. Note that in this example, the gas stopper 108 of the gas reservoir 106
, an inlet/outlet 110 and an oxygen bubble-impermeable isolation, for example a cloth-like partition 111 made of glass wool. Here, in the configuration of the gas reservoir on the cathode side of this device, a part of the wall of the gas reservoir has an open structure, and the open end is connected to the surface of the cathode 103 as shown at 112 in FIG. The close contact part 112 is the solution electrolyte 10.
It is characterized by being installed so that it is immersed in water.
Alternatively, a portion of the wall of the gas reservoir has an open structure at multiple locations, and the open ends at the multiple locations are brought into close contact with the surfaces of multiple cathodes 3 as shown in FIG. It may be installed so that the close contact portion of the electrolyte 2 is immersed in the solution electrolyte 2. Alternatively, a part of the wall of the gas reservoir has an open structure, and the open structure is immersed in the solution electrolyte 2 so as to enclose the negative electrodes 3, respectively, as shown in FIG. 1 or 3, for example. It may be installed so that The materials of the container 101, solution electrolyte 102, negative electrode 103, and positive electrode 104 used in the embodiment shown in FIG. 5 are all the same as those used in the embodiment shown in FIG. Further, as the external power supply 105 in FIG. 5, a 1V constant voltage DC power supply was used. Next, the operating principle and effects will be described based on the electrochemical oxygen pump device shown in FIG.

(1)ガス栓108を開き気体溜107の内に空気10
6を1気圧分だけ導入した後、ガス栓108を閉じる。
(1) Open the gas valve 108 and let air 10 in the gas reservoir 107.
After introducing 1 atm of gas 6, the gas valve 108 is closed.

(2)外部電源105のプラス端子を陽電極104に、
そのマイナス端子を陰電極103にそれぞれ接続する。
(2) Connect the positive terminal of the external power supply 105 to the positive electrode 104,
The negative terminals are connected to the negative electrodes 103, respectively.

(3)この時、陰電極103は空気106中の酸素のみ
を消費し、陰電極反応により生成した0H−イオンの形
で陽電極104の方向に運ばれる。
(3) At this time, the negative electrode 103 consumes only oxygen in the air 106 and is transported toward the positive electrode 104 in the form of OH- ions generated by the negative electrode reaction.

(4)陽電極104の表面では陽電極反応により酸素が
析出する。
(4) Oxygen is precipitated on the surface of the positive electrode 104 by a positive electrode reaction.

この酸素は気泡となつて溶液電解質102中を上方に移
動し、大気中に放出される。(5)ある一定時間が経過
すると気体溜107中の酸素が完全に消費され、自動的
に外部電源から供給されていた電流がほとんど流れなく
なり、陽電極表面での酸素気泡の発生が止まる。
This oxygen becomes bubbles and moves upward in the solution electrolyte 102 and is released into the atmosphere. (5) After a certain period of time has passed, the oxygen in the gas reservoir 107 is completely consumed, and the current supplied from the external power supply automatically stops flowing, and the generation of oxygen bubbles on the surface of the positive electrode stops.

(6)この時、気体溜107の中はほぼ4/5気圧の減
圧状態になつているので、ガス栓108を再び開き、新
たに空気をほぼ1/5気圧分だけ導入し、ガス栓108
を再び閉じる。
(6) At this time, the inside of the gas reservoir 107 is in a reduced pressure state of approximately 4/5 atmosphere, so open the gas valve 108 again, introduce new air by approximately 1/5 atmosphere, and then open the gas valve 108 again.
Close again.

(7)このように気体溜107の中に酸素ガス成分が混
入すると、外部電源から供給される電流が再び自動的に
流れ始める。
(7) When the oxygen gas component mixes into the gas reservoir 107 in this way, the current supplied from the external power source automatically starts flowing again.

(8)さらに、ある一定時間が経過すると気体溜107
中の酸素が完全に消費され、再び自動的に電流が止まる
(8) Furthermore, after a certain period of time has passed, the gas reservoir 107
Once the oxygen inside is completely consumed, the current will automatically stop again.

(9)この時、気体溜107の中にはほぼ1気圧に近い
窒素主成分ガスが溜まつている。
(9) At this time, nitrogen-based gas having a pressure of approximately 1 atmosphere is stored in the gas reservoir 107.

ガス分析の結果、気体106の主成分はN2であり、H
2ガスおよび02ガスは検出感度の範囲内で認められな
い。以上のようにして陰電極側の気体溜107の中に導
入された酸素ガス成分はすべて大気中に放出されたこと
になる。
As a result of gas analysis, the main component of gas 106 is N2, and H
2 gas and 02 gas are not recognized within the detection sensitivity range. All of the oxygen gas components introduced into the gas reservoir 107 on the cathode side as described above are released into the atmosphere.

この時の電流効率は95%以上であつた。この気体溜1
07の中に得られた窒素主成分ガスは窒素主成分ガス供
給源として利用することができる。
The current efficiency at this time was 95% or more. This gas reservoir 1
The nitrogen-based gas obtained in step 07 can be used as a nitrogen-based gas supply source.

気体溜107の中の窒素主成分ガスを出入口112を通
じて外部に取り出すには、陰電極に接する気体を収納す
る気体溜が気体圧力調整器を備えていることが有用であ
る。たとえば気体溜107の壁のある部分に取り付けた
気体圧力調整器でもつて気体溜の中をたとえば1.1〜
1.5気圧に保ちながら窒素主成分ガスを出入口112
を通じて外部に送り出す。他方、気体溜107の出入口
110を食品保存庫、たとえば炊飯器容器、冷蔵庫の内
部に連結して、ガス栓108を開いた状態にしてから、
上記実施例の動作を実施すると、食品保存庫内の酸素ガ
ス成分を完全に除去することができる。
In order to take out the nitrogen-based gas in the gas reservoir 107 to the outside through the inlet/outlet 112, it is useful that the gas reservoir that stores the gas in contact with the cathode is equipped with a gas pressure regulator. For example, a gas pressure regulator attached to a certain part of the wall of the gas reservoir 107 can control the inside of the gas reservoir from 1.1 to
While maintaining the pressure at 1.5 atmospheres, the nitrogen main component gas is introduced into the inlet/outlet port 112.
sent to the outside through On the other hand, after connecting the inlet/outlet 110 of the gas reservoir 107 to the inside of a food storage, such as a rice cooker container or a refrigerator, and opening the gas valve 108,
When the operation of the above embodiment is carried out, the oxygen gas component in the food storage can be completely removed.

すなわち酸素ガス除去装置として利用することができる
。次に、連続的に空気中の酸素を除去し、あるいは連続
的に窒素主成分ガスを供給することができる電気化学的
酸素ポンプ装置の陰電極側の気体溜の構造について述べ
る。その気体溜の構造は、第6図に示すように、気体溜
107が空気導入口115側のガス栓116と窒素主成
分ガス出口117側のガス栓118との少なくとも2個
のガス栓を備えており、かつ気体溜の中に設けられた空
気106と窒素主成分ガス119とを分離する気体不透
過性の隔壁120を備えていることを特徴とする。
That is, it can be used as an oxygen gas removal device. Next, the structure of the gas reservoir on the cathode side of an electrochemical oxygen pump device that can continuously remove oxygen from the air or continuously supply nitrogen-based gas will be described. As shown in FIG. 6, the gas reservoir 107 has at least two gas plugs: a gas plug 116 on the air inlet 115 side and a gas plug 118 on the nitrogen-based gas outlet 117 side. It is characterized by having a gas-impermeable partition wall 120 that separates the air 106 provided in the gas reservoir from the nitrogen-based gas 119.

また気体溜の壁の開放端部と陰電極103との密接着部
112が溶液電解液中に浸されるように設置することは
第5図の実施例と同様である。酸素除去装置として機能
させる場合には、上記気体不透過性隔壁120の一端を
第6図に示すように必ずしも陰電極103に密接着させ
る必要はない。
Further, the close contact portion 112 between the open end of the wall of the gas reservoir and the negative electrode 103 is installed so as to be immersed in the electrolyte solution, as in the embodiment shown in FIG. When functioning as an oxygen removal device, one end of the gas-impermeable partition wall 120 does not necessarily have to be brought into close contact with the negative electrode 103 as shown in FIG. 6.

空気導入口115と窒素主成分ガス出口117とをたと
えば食品保存庫の内部に連結し、ガス栓116,118
を開いた状態で、庫内雰囲気をフアンで送り、空気溜1
07から窒素主成分ガス溜119へ、さらに庫内へと連
続的に気体を循環させる。この循環過程で空気中の酸素
成分のみが陰電極に吸着され、酸素ポンプ作用により大
気中へ放出される。したがつて食品保存庫内の酸素ガス
成分の濃度は次第に減少し、遂には完全に無くなる。次
に、窒素主成分ガス供給装置として機能させるには、上
記気体不透過性隔壁120の一端を陰電極103に密接
着させる方が望ましい。
The air inlet 115 and the nitrogen-based gas outlet 117 are connected to the inside of a food storage, for example, and the gas valves 116, 118 are connected to each other.
With the door open, use a fan to blow the atmosphere inside the refrigerator, and create air reservoir 1.
Gas is continuously circulated from 07 to the nitrogen main component gas reservoir 119 and further into the refrigerator. During this circulation process, only oxygen components in the air are adsorbed by the cathode and released into the atmosphere by the oxygen pump action. Therefore, the concentration of oxygen gas components in the food storage will gradually decrease and eventually disappear completely. Next, in order to function as a nitrogen-based gas supply device, it is preferable that one end of the gas-impermeable partition wall 120 is brought into close contact with the cathode 103.

この場合、フアンあるいは通常のポンプなどで大気中の
空気を導入口115から空気溜107の中に送り込む。
この送り込まれた空気106は陰電極内部あるいは表面
を通過しながら、その中の酸素成分のみが陰電極に吸着
され大気中へと放出されていく。一方空気106中の窒
素などの成分は陰電極内部を通つて窒素主成分ガス溜の
中に出て行く。こQ窒素主成分ガス119はガス出口1
18から出ていき、窒素主成分ガス供給源となる。この
場合、空気が空気溜106から窒素主成分ガス溜119
へ移動する間に、すなわち空気が陰電極内部を通過する
間に完全に酸素成分を吸着し、除去する工夫が肝要であ
る。この工夫はまた上記酸素除去装置でも動作効率を向
上させる上に有用である。たとえばすでに本発明の基本
構成で述べたように、陰電極を多孔質構造にし、触媒な
どを添加して酸素吸着能力を大きくすることである。空
気より酸素を除去する装置として機能する電気化学的酸
素ポンプ装置の構成は、すでに述べた第1図〜第4図に
示される本発明の装置の基本構成である。すなわち陰電
極に接する気体を収納する気体溜を備えた装置である。
そして陰電極に接する気体を収納する気体溜が少なくと
も1個のガス栓あるいは少なくとも1個のガス栓と圧力
調整器を備えている。ここで、第6図に示した陰電極側
の気体溜を用いればすでに述べた動作原理により、空気
から連続的に酸素ガスを除去することができる。
In this case, atmospheric air is sent into the air reservoir 107 through the inlet 115 using a fan or a normal pump.
While the air 106 thus sent passes through the interior or surface of the cathode, only the oxygen component therein is adsorbed by the cathode and released into the atmosphere. On the other hand, components such as nitrogen in the air 106 pass through the inside of the negative electrode and exit into the nitrogen-based gas reservoir. This Q nitrogen main component gas 119 is at the gas outlet 1.
18, and serves as a nitrogen-based gas supply source. In this case, air is transferred from the air reservoir 106 to the nitrogen-based gas reservoir 119.
It is important to devise a way to completely adsorb and remove oxygen components while the air moves to the negative electrode, that is, while the air passes through the inside of the cathode. This technique is also useful in improving the operating efficiency of the oxygen removal device. For example, as already described in the basic structure of the present invention, the cathode is made into a porous structure and a catalyst or the like is added to increase the oxygen adsorption capacity. The structure of an electrochemical oxygen pump device which functions as a device for removing oxygen from air is the basic structure of the device of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 described above. That is, it is a device equipped with a gas reservoir that stores gas in contact with the negative electrode.
A gas reservoir for storing gas in contact with the cathode is provided with at least one gas plug or at least one gas plug and a pressure regulator. Here, if the gas reservoir on the cathode side shown in FIG. 6 is used, oxygen gas can be continuously removed from the air according to the operating principle already described.

この酸素除去装置として機能する本発明の装置は携帯用
に設計することができ、食品保存庫や食品保存用ポリエ
チレン袋の中の空気から酸素を除去するのに用いること
ができる。
The device of the present invention, which functions as an oxygen removal device, can be designed to be portable and can be used to remove oxygen from the air in food storage or polyethylene food storage bags.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の電気化学的酸素ポンプ装置の基本構成
を示す縦断面図、第2図、第3図および第4図はその変
形例を示す縦断面図、第5図は酸素除去装置あるいは窒
素主成分ガス供給装置として機能する電気化学的酸素ポ
ンプ装置の構成を示す縦断面図、第6図はその陰電極側
の変形例を示す縦断面図である。 1,101・・・・・・容器、2,102・・・・・・
溶液電解質、3,33,103・・・・・・陰電極、4
,104・・・・・・陽電極、5,105・・・・・・
外部電源、7,107・・・・・・気体溜、8,108
,116,118・・・・・・ガス栓、120・・・・
・・気体不透過性隔壁。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the basic configuration of the electrochemical oxygen pump device of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are longitudinal sectional views showing modifications thereof, and FIG. 5 is an oxygen removal device. Alternatively, a vertical cross-sectional view showing the configuration of an electrochemical oxygen pump device functioning as a nitrogen-based gas supply device, and FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a modification of the cathode side thereof. 1,101... Container, 2,102...
Solution electrolyte, 3, 33, 103... cathode, 4
, 104... positive electrode, 5, 105...
External power supply, 7,107... Gas reservoir, 8,108
, 116, 118... gas valve, 120...
...Gas-impermeable bulkhead.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 容器内に収納した溶液電解質の中に陰電極および陽
電極を対向して配置し、前記陰電極が前記溶液電解質と
接触し、かつ気体とも接触する部分が存在するように設
置し、前記両電極に負の電位成分を持たない電流を供給
する外部電源を接続し、前記陰電極に接する気体と陽電
極側で発生する酸素とを隔離する気体隔離手段を備えて
なり、かつ前記気体隔離手段が、陰電極に接する気体を
収納する気体溜であることを特徴とする電気化学的酸素
ポンプ装置。 2 溶液電解質が常温近傍の温度で酸素イオンあるいは
酸素原子を含むイオン団の導電性を備えた特許請求の範
囲第1項記載の電気化学的酸素ポンプ装置。 3 溶液電解質が水酸化アルカリの水溶液である特許請
求の範囲第2項記載の電気化学的酸素ポンプ装置。 4 陰電極および陽電極の少なくとも一方が複数個の電
極から構成された特許請求の範囲第1項記載の電気化学
的酸素ポンプ装置。 5 複数個の陰電極と複数個の陽電極とが交互に対向し
て配置された特許請求の範囲第4項記載の電気化学的酸
素ポンプ装置。 6 対向する陰電極と陽電極との間に、溶液電解質成分
および酸素イオンもしくは酸素原子を含むイオン団は通
過するが、陽電極側で発生する酸素の気泡は通過し難い
性質を有する隔壁が設置された特許請求の範囲第1項ま
たは第4項記載の電気化学的酸素ポンプ装置。 7 陽電極および陰電極が、溶液電解質に溶解して水素
を発生しない材質で構成された特許請求の範囲第1項記
載の電気化学的酸素ポンプ装置。 8 陰電極が、表面に撥水性フィルムを有する特許請求
の範囲第1項または第7項記載の電気化学的酸素ポンプ
装置。 9 外部電源が、直流、半波整流あるいは負の電位成分
を持たない脈流のいずれかの電流を供給する電源である
特許請求の範囲第1項記載の電気化学的酸素ポンプ装置
。 10 外部電源が、水の電気分解を起こすのに必要な最
低電圧よりも低い電圧を供給する電源である特許請求の
範囲第1項記載または第9項記載の電気化学的酸素ポン
プ装置。 11 陰電極に接する気体を収納する気体溜が少なくと
も1個のガス栓を備えており、かつ前記気体溜の壁の一
部分が開放構造をとつており、その開放端部を前記陰電
極の表面と密接着させ、その密接着部が溶液電解質中に
浸されるように設置された特許請求の範囲第1項記載の
電気化学的酸素ポンプ装置。 12 陰電極に接する気体を収納する気体溜が少なくと
も1個のガス栓と気体圧力調整器を備えており、かつ前
記気体溜の壁の一部分が開放構造をとつており、その開
放端部が前記陰電極を内包するようにして溶液電解質中
に浸されるように設置された特許請求の範囲第1項記載
の電気化学的酸素ポンプ装置。 13 陰電極が、その上部が開放状態である容器状構造
をとつている特許請求の範囲第1項記載の電気化学的酸
素ポンプ装置。 14 陰電極に接する気体を収納する気体溜が気体導入
用ガス栓と窒素主成分ガス供給用ガス栓とを備えており
、かつ上記気体溜の中に設けられた導入された気体と窒
素主成分ガスとを分離する気体不透過性の隔壁を備えた
特許請求の範囲第6項記載の電気化学的酸素ポンプ装置
[Claims] 1. A negative electrode and a positive electrode are arranged facing each other in a solution electrolyte housed in a container, so that there is a portion where the negative electrode contacts the solution electrolyte and also contacts gas. and is connected to an external power source that supplies a current having no negative potential component to both electrodes, and includes gas isolation means for separating the gas in contact with the negative electrode from the oxygen generated on the positive electrode side. An electrochemical oxygen pump device, wherein the gas isolation means is a gas reservoir that stores gas in contact with the cathode. 2. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the solution electrolyte has conductivity of oxygen ions or ion groups containing oxygen atoms at a temperature near room temperature. 3. The electrochemical oxygen pump device according to claim 2, wherein the solution electrolyte is an aqueous solution of alkali hydroxide. 4. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein at least one of the negative electrode and the positive electrode is composed of a plurality of electrodes. 5. The electrochemical oxygen pump device according to claim 4, wherein a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes are alternately arranged to face each other. 6 A partition wall is installed between the opposing negative electrode and positive electrode, which allows solution electrolyte components and oxygen ions or ion groups containing oxygen atoms to pass through, but makes it difficult for oxygen bubbles generated on the positive electrode side to pass through. An electrochemical oxygen pump device according to claim 1 or 4. 7. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode are made of a material that does not generate hydrogen when dissolved in a solution electrolyte. 8. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1 or 7, wherein the negative electrode has a water-repellent film on its surface. 9. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the external power source is a power source that supplies any one of direct current, half-wave rectification, or pulsating current that does not have a negative potential component. 10. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1 or 9, wherein the external power source is a power source that supplies a voltage lower than the minimum voltage required to cause electrolysis of water. 11 A gas reservoir that stores gas in contact with the cathode is equipped with at least one gas plug, and a portion of the wall of the gas reservoir has an open structure, and the open end is connected to the surface of the cathode. 2. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the electrochemical oxygen pump device is installed in such a way that the close contact portion is immersed in a solution electrolyte. 12 A gas reservoir for storing gas in contact with the negative electrode is equipped with at least one gas plug and a gas pressure regulator, and a portion of the wall of the gas reservoir has an open structure, and the open end thereof is 2. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the electrochemical oxygen pump device is installed so as to enclose a negative electrode and be immersed in a solution electrolyte. 13. The electrochemical oxygen pump device according to claim 1, wherein the cathode has a container-like structure with an open top. 14 A gas reservoir for storing gas in contact with the cathode is equipped with a gas plug for introducing gas and a gas plug for supplying nitrogen-based gas, and the introduced gas provided in the gas reservoir and the nitrogen-based gas can be connected to each other. 7. The electrochemical oxygen pump device according to claim 6, further comprising a gas-impermeable partition separating the oxygen from the oxygen.
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