(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解膜の両側に陰極と陽極とが形成されて水を電解・除湿する、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットと、熱電モジュールで水を冷却・除湿する、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットと、前記固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットの陽極面に水を保持する水保持部材と、前記ペルチェ素子を利用した除湿ユニットで除湿した水を前記水保持部材へ移動させる水移動手段とを備え、前記水移動手段が、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットの水排出口が前記水保持部材の上方に配置されていることによって構成されていることを特徴とする除湿装置。
【請求項２】
前記水保持部材が、繊維質または多孔質材料からなっていることを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
【請求項３】
前記水保持部材が、前記陽極面の周囲を囲むように立設されている筒状のドレン受けを有していることを特徴とする請求項１または２記載の除湿装置。
【請求項４】
高低２水準の電圧の直流電源を備えていることを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
【請求項５】
被除湿空気の湿度が高いときペルチェ素子を利用した除湿ユニットを運転し、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットの運転を停止し、被除湿空気の湿度が低いとき固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットを運転し、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットの運転を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半密閉筐体、開閉が頻繁な筐体あるいは内部で水分が発生する筐体などを低湿度に保つ除湿装置に関し、例えば海苔・乾物の保管庫や精密機器・電子制御機器に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体高分子電解膜の両側に陰極と陽極とが形成された除湿ユニットを、陽極を被除湿空間側、陰極を外部空間に向けて配置する除湿器が提案されている（例えば、特開平３−０８９９１４号参照）。
【０００３】
この種の除湿器において、陽極と陰極間に直流電圧を加えて電解を行うと、
陽極反応：Ｈ2 Ｏ  →  ２Ｈ+ ＋１／２・Ｏ2 ＋２ｅ- 
陰極反応：２Ｈ+ ＋１／２・Ｏ2 ＋２ｅ-   →  Ｈ2 Ｏ
が起きる。その結果、被除湿空間側で酸素が発生し、同時に除湿できる。上記の陽極反応は、陽極が乾燥しているより濡れている方が反応速度が大きいことも知られている。
【０００４】
この種の除湿器で、３．５ｃｍ×３．５ｃｍの面積を有する除湿器は、例えば以下の性能を有している。
・定格電圧        ：ＡＣ１００Ｖ
・定格電流        ：０．１Ａ
・到達最低湿度    ：約６％
・除湿能力        ：０．５ｇ／ｈ（２５℃、相対湿度７０％）
【０００５】
他方、熱電モジュールで冷却される冷却フィンに被除湿空気を接触させて冷却し結露させるペルチェ素子を利用した除湿ユニットが各種の制御盤で使用されている。この種の除湿器で上記と同程度の定格電力を有する除湿器は、例えば以下の性能を有している。
・定格電圧        ：ＡＣ１００Ｖ
・定格電流        ：０．３Ａ
・到達最低湿度    ：約３５％
・除湿能力        ：８ｇ／ｈ（３０℃、相対湿度８０％）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、固体高分子電解膜を利用した除湿器は、比較的低い温度・湿度において除湿能力が高いが、高い温度・湿度における除湿能力が低い。このため、半密閉筐体や開閉が頻繁に行われる筐体あるいは内部で水分が発生する筐体を急速に低湿度に保つことができない。
【０００７】
本発明は急速に低湿度まで除湿できる除湿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】
本発明の除湿装置は、固体高分子電解膜の両側に陰極と陽極とが形成されて水を電解・除湿する、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットと、熱電モジュールで水を冷却・除湿する、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットと、前記固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットの陽極面に水を保持する水保持部材と、前記ペルチェ素子を利用した除湿ユニットで除湿した水を前記水保持部材へ移動させる水移動手段とを備え、前記水移動手段が、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットの水排出口が前記水保持部材の上方に配置されていることによって構成されていることを特徴とする。
【０００９】
したがって、本発明の除湿装置は、被除湿空間が高湿度のとき、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットによって急速に低湿度に除湿できる。結露水は、水移動手段によって固体高分子電解膜の陽極面上の水保持部材に移動し、ここで固体高分子電解膜の反応によって被除湿空間側で酸素が発生して除湿されるので、ドレン水を特別に処理する必要がない。この際、固体高分子電解膜の陽極面を濡らすので、電解効率が高い。
【００１０】
被除湿空間内の湿度がペルチェ素子を利用した除湿ユニットで除湿できない低湿度のときは、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットによってさらに低湿度まで除湿できる。
【００１１】
前記水保持部材は、繊維質または多孔質材料から構成すればよい。
【００１２】
また、前記水保持部材は、前記陽極面の周囲を囲むように立設した筒状のドレン受けを有するようにしてもよい。
【００１５】
高低２水準の電圧の直流電源を備えているのが望ましい。固体高分子電解膜に加える電解電圧を上げてオゾンを発生させると、滅菌・脱臭機能を有する。
【００１６】
被除湿空気の湿度が高いときペルチェ素子を利用した除湿ユニットを運転し、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットの運転を停止し、被除湿空気の湿度が低いとき固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットを運転し、ペルチェ素子を利用した除湿ユニットの運転を停止するように構成してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の除湿装置１は、図１および図２に示されているように、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２と固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３とを備えている。
【００１８】
半密閉筐体４の側壁には開口５が設けられており、この開口５の周囲にパッキン６を介装して開口５を閉塞するように取付パネル７が取り付けられている。そしてこの取付パネル７に、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２と固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３とが設けられている。
【００１９】
ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２を以下説明する。取付パネル７の一部と取付パネル７に固定された箱体とで密閉空間を有する筐体８を構成しており、筐体８内の略中央位置に熱電モジュール９が配置され、熱電モジュール９の吸熱面に冷却フィン１０が固定され、放熱面に放熱フィン１１が固定されている。放熱フィン１１は筐体８に固定され、筐体８内を放熱フィン１１側の放熱空間１２と、冷却フィン１０側の冷却・除湿空間１３とに仕切っており、冷却フィン１０は放熱フィン１１よりも全体的に小さく形成されている。
【００２０】
除湿ユニット２は冷却フィン１０、放熱フィン１１における熱交換を効果的に行うためにファン１４，１５を有している。
【００２１】
筐体８の冷却フィン１０に対向する側壁には吸入口１６と排出口１７とが上下に設けられており、吸入口１６の部分の筐体８内にファン１４が設置されている。このファン１４により、吸入口１６から冷却・除湿空間１３内に吸入された半密閉筐体４内の被除湿空気は冷却フィン１０に接触して冷却・除湿され、除湿された空気が排出口１７から半密閉筐体４内へ排出される。
【００２２】
また、筐体８の放熱フィン１１に対向する側壁には排出口１８と吸入口１９とが上下に設けられており、排出口１８の部分の筐体８内にファン１５が設置されている。このファン１５により、吸入口１９から吸入された外部空気は後述する電源ユニット２０や放熱フィン１１を冷却した後、排出口１８から外部空間に排出される。
【００２３】
筐体８内の放熱空間１２において下部に配置されている電源ユニット２０は、熱電モジュール９と後述する固体高分子電解膜２３とに通電する直流電源であり、吸入口１９の一部分に臨んで配置されている。
【００２４】
筐体８内の冷却・除湿空間１３における冷却フィン１０の真下位置には、冷却フィン１０から滴下する水を受け止める水受け２１が設けられている。水受け２１の下端の排出口は筐体８の底壁を貫通して外部に臨んでいる。この水受け２１の下端の排出口には導水部材２２が固定されており、導水部材２２は下方に延びて後述する固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３における水保持部材２６に臨んでいる。導水部材２２は水受け２１から水を水保持部材２６に導く水路を形成している管路部材を示しているが、繊維質のウイック等を使用することもできる。導水部材２２を使用することによって、両除湿ユニット２，３を自由に配置することができる。
【００２５】
次に、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３を説明する。固体高分子電解膜２３の一方の面には陰極２４が固定され、もう一方の面には陽極２５が固定されている。陰極２４と陽極２５は、水分子、水素分子のそれぞれのイオンが通過できるように多孔質性を備えた電極であることは燃料電池の場合と同じであり、さらに電気分解の反応を効果的に行うため、電極２４，２５には触媒が添加されている。陽極２５の固体高分子電解膜２３と反対側の面には繊維質または多孔質材料からなる水保持部材２６が固定されており、水保持部材２６の真下位置には受け皿２７が設置されている。
【００２６】
上記固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３は、陰極２４が取付パネル７に形成されている開口２８部に配置され、陽極２５が半密閉筐体４内に配置され、陰極２４の周縁に固定された取付具２９が絶縁パッキン３０を介装して取付パネル７に取り付けられている。
【００２７】
以下、上記除湿装置１の作用を説明する。
ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２の熱電モジュール９に直流電圧が加えられると、冷却フィン１０は冷却され、放熱フィン１１は加熱されて冷却熱の外にペルチェ素子のジュール熱損失分を合計した熱量が放出される。ファン１４によって半密閉筐体４内の被除湿空気が冷却・除湿空間１３に入り、冷却フィン１０に接触して冷却されると、空気中の水分は冷却フィン１０に凝縮する。そして凝縮水分は水滴となり、冷却フィン１０から滴下する。
【００２８】
冷却フィン１０から滴下した水は水受け２１で受け止められ、導水部材２２を通って、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の水保持部材２６に移動する。
【００２９】
水保持部材２６に移動した水は、陽極２５面を濡らす。陰極２４と陽極２５間に直流電圧が加えられると、半密閉筐体４内の陽極２５側では水が電気分解されて酸素と水素が発生し、陽極２５側で発生した水素は陰極２４側に移動して水素のままあるいは空気中の酸素と反応して水（水蒸気）となって外部空間に排出される。
【００３０】
以上のようにして、半密閉筐体４内は、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２によって急速に低湿度まで除湿される。そしてその際に生じた結露水は、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３によって処理されるため、特別に結露水を処理する必要がない。そして、半密閉筐体４内が、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２では除湿できない低湿度まで達したときは、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３が半密閉筐体４内の空気中の水分をさらに除湿してさらに低湿度まで除湿する。
【００３１】
図３は本発明の別の実施形態２に係る除湿装置を示す。前記実施形態１における除湿装置が陰極２４を外部空間に露出した形式であるのに対して、本実施形態２における除湿装置は陰極を被除湿空間内部に配置するようにしたものである。
【００３２】
本実施形態２における除湿装置１も、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２と固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３とを備えている。ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２は前記実施形態１で説明したものと同じ構造を有しているが、次の点でのみ相違している。
【００３３】
すなわち、水受け２１の下端部の排出口が筐体８の底壁から少し突出して配置されており、水受け２１の下方に導水部材としてのドレンタンク３１が設置されている。ドレンタンク３１は水受け２１の排出口の真下位置に受口を有しており、底壁に排出口を有している。そしてドレンタンク３１の下方位置に固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の水保持部材２６が配置されている。なお、導水部材は前記実施形態１で説明したように管路状部材や繊維質のウィック等を使用してもよい。
【００３４】
以下、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３を説明する。固体高分子電解膜２３の両面には前記実施形態１と同じように陰極２４と陽極２５とが固定されている。陽極２５の固体高分子電解膜２３と反対側の面には、周囲に筒状のドレン受け３２を備え、繊維質または多孔質材料からなる水保持部材２６が固定されている。
【００３５】
上記固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３は、半密閉筐体４内に、陰極２４が下方に、水保持部材２６が上方になるようにして配置され、半密閉筐体４の内側面に固定されている取付板３３に固定されている。そして陰極２４にはダクト３４が接続されている。ダクト３４は陰極２４面の周囲に接続されて半密閉筐体４の側壁に向かって延び、半密閉筐体４の側壁を貫通して外部に突出している。このダクト３４は、陰極２４で発生する発生機の水素が空気中の酸素と結合して生じる水（水蒸気）が半密閉筐体４内に入らないようにするためである。
【００３６】
以下、本実施形態２における除湿装置１の作用を説明する。
ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２によって、前記実施形態１で説明したように、半密閉筐体４内の空気が冷却・除湿空間１３に入り、冷却フィン１０に接触して冷却され、空気中の水分が凝縮し、凝縮水分は水滴となって冷却フィン１０から滴下する。
【００３７】
冷却フィン１０から滴下した水は水受け２１で受け止められ、水受け２１の排出口から一旦、ドレンタンク３１に入る。ドレンタンク３１に入った水はドレンタンク３１の排出口から固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の水保持部材２６に移動する。
【００３８】
水保持部材２６に移動した水は、陽極２５面を濡らす。陰極２４と陽極２５間に直流電圧が加えられると、半密閉筐体４内の陽極２５側では水が電気分解されて酸素と水素が発生し、陽極２５側で発生した水素は陰極２４側に移動して水素のままあるいは空気中の酸素と反応して水（水蒸気）となり、ダクト３４を通って外部空間に排出される。
【００３９】
以上のようにして、半密閉筐体４内は、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２によって急速に低湿度まで除湿され、その際に生じた結露水は、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３によって処理される。そして、半密閉筐体４内が、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２では除湿できない低湿度まで達したときは、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３が半密閉筐体４内の空気中の水分をさらに除湿してさらに低湿度まで除湿する。
【００４０】
なお、前記実施形態１，２において、被除湿空気の湿度が高いときペルチェ素子を利用した除湿ユニット２を運転し、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の運転は停止し、被除湿空気の湿度が低いとき固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３を運転し、ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２の運転を停止するように構成することもできる。このように両除湿ユニット２，３の運転を制御すると、直流電源が小さくて済むため、装置を小型化できる。
【００４１】
また、前記実施形態１，２において、電源ユニット２０が高低２水準の電圧の直流電源を備えるようにして、固体高分子電解膜に加える電解電圧が高の状態でオゾンが発生するようにすれば、滅菌・脱臭機能を有する除湿装置となる。
【００４２】
次に、本発明の除湿装置が半密閉筐体を急速に低湿度に除湿することを示す試験を説明する。試験装置は、図４に示されているように、温度２５℃、相対湿度７５％に保たれた外箱（図示せず）と、寸法５００×５００×５００（ｍｍ）で一部が開口している内箱４０（開口４１寸法：２ｃｍ×２ｃｍ）と、除湿装置１と、温度調整手段（図示せず）とからなっている。４２は温度・湿度などを測定する計測器である。試験は、内箱４０内の湿度が外箱内の湿度と平衡した後、内箱４０内の温度を外箱と同一に保ちながら、内箱４０内に取り付けられている除湿装置１の運転を開始し、時間とともに内箱４０内の湿度を測定した。
【００４３】
試験に使用した３種類の除湿装置は、前記実施形態１で説明した除湿装置（実施例１）、前記実施形態１で説明した除湿装置においてペルチェ素子を利用した除湿ユニット２の運転を行わないもの（比較例１）、前記実施形態１で説明した除湿装置において固体高分子電解膜を利用した除湿ユニットの運転を行わないもの（比較例２）である。
【００４４】
各除湿ユニット２，３の定格は次の通りである。
ペルチェ素子を利用した除湿ユニット２：
電流：０．４Ａ
電圧：ＡＣ１００Ｖ
固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３：
電流：０．１５Ａ
電圧：ＡＣ１００Ｖ
【００４５】
試験結果を図５に示す。図５において、各除湿装置による湿度変化曲線は、次の特徴を有する。
【００４６】
（実施例１の除湿装置）
１．最初、冷却フィンが熱容量を有するので、湿度低下が遅れる。
２．冷却フィン温度が露点以下に低下すると、急速に湿度が下がる。
３．湿度低下とともに湿度の低下速度が減少する。
４．湿度３５％でペルチェ素子を利用した除湿ユニット２の作用が無くなり、固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の陽極２５が乾燥するので、湿度低加速度が更に低下する。
５．固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット３の除湿作用によって、湿度５．８％で平衡する。平衡に達する時間は７時間である。
【００４７】
（比較例１の除湿装置）
１．湿度低下は遅れなしに始まるが、上記実施例１の除湿装置に比べると、湿度の低下速度が小さい欠点がある。
２．平衡湿度に達する時間は上記実施例１の除湿装置と同様である。
【００４８】
（比較例２の除湿装置）
１．除湿開始直後は上記実施例１の除湿装置と同様に湿度低下するが、平衡湿度が３５％と高い欠点がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の除湿装置によれば、急速に低湿度まで除湿でき、海苔・乾物の保管庫あるいは精密機器・電子制御機器に適用して被保管物の品質を長時間維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部詳細縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す要部詳細縦断面図である。
【図４】試験装置を示す斜視図である。
【図５】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  除湿装置
２  ペルチェ素子を利用した除湿ユニット
３  固体高分子電解膜を利用した除湿ユニット
４  半密閉筐体
５  開口
６  パッキン
７  取付パネル
８  筐体
９  熱電モジュール
１０  冷却フィン
１１  放熱フィン
１２  放熱空間
１３  冷却・除湿空間
１４，１５  ファン
１６，１９  吸入口
１７，１８  排出口
２０  電源ユニット
２１  水受け
２２  導水部材
２３  固体高分子電解膜
２４  陰極
２５  陽極
２６  水保持部材
２７  受け皿
２８  開口
２９  取付具
３０  絶縁パッキン
３１  ドレンタンク
３２  ドレン受け
３３  取付板
３４  ダクト
４０  内箱
４１  開口
４２  計測器
【図１】
0003701414.tif 000002
【図２】
0003701414.tif 000003
【図３】
0003701414.tif 000004
【図４】
0003701414.tif 000005
【図５】
0003701414.tif 000006