(57)【要約】【課題】  従来の除湿素子モジュールにおいては、その製造工程のひとつの引出電極の加圧成形加工が均一に行えず、大面積化することが難しかった。【解決手段】  除湿素子に電力を供給する引出電極（正極、陰極）に枠状の開口部を複数設けた。この引出電極を用いて、除湿素子を正極、陰極のそれぞれの枠部分に挟みこんで支持し、電気的接触状態を確保したものである。更に、隣り合う除湿素子間には、樹脂部材が配置されているものである。この構成により、複数の除湿素子を単一のモジュール中に内蔵することが可能となり、除湿素子モジュールの大面積化を達成することができる。そのため、除湿能力を向上させるとともに製造コストの削減を同時に実現できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に陽極、他方の面に陰極を備えた固体高分子電解質膜からなる複数の除湿素子と、
前記陽極の周辺部と電気的接続をするための枠部分を複数備えた１つの陽極側引き出し電極と、
前記陰極の周辺部と電気的接続をするための枠部分を複数備えた１つの陰極側引き出し電極と、
樹脂層を有する第一の絶縁性外層膜と、樹脂層を有する第二の絶縁性外層膜とを備え、
前記複数の除湿素子の間に樹脂部材が配置され、
前記複数の除湿素子と前記樹脂部材は、それぞれ前記陽極側引き出し電極と前記陰極側引き出し電極の枠部分とで狭持され、かつ、前記第一、第二の絶縁性外層膜によって覆われ、
前記第一の絶縁性外層膜の樹脂層と前記第二の絶縁性外層膜の樹脂層とが接合されて一体化した除湿素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体高分子電解質膜を用いた電気化学的除湿素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気化学的除湿素子を用いた除湿装置は、数ボルト程度の電圧の電源供給のみで大きな除湿効果が得られることから用途が急激に拡大してきている。従来は、電源機器やデシケータなどの内容積がある程度限られた装置内の除湿に使用されてきた。このため、除湿装置には、軽量化、コンパクト化が求められてきた。例えば、従来の除湿素子モジュールは、ゴムパッキンを挟み、ボルト・ナット等を用いて気密性を保つように筐体に取り付けられており、部品点数が多く、コンパクト化およびメンテナンス性の観点から、改善の余地を有していた（例えば、特許文献１）。そこで、係る除湿素子モジュールの構造をコンパクト化するため、構成する部品を一体成形化する製造方法によって解決を図っていた（例えば、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２１６７１４号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開２００４−３３８８４号公報（第６頁、第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコンパクト化等の要求とは別に、食品産業や電子工業において、クリーンルーム内等での材料・部品の運搬・保存等のために除湿装置の適用が検討されることとなり、強力な除湿能力が求められ、除湿素子モジュールの大面積化が図られてきた。また、除湿装置の用途によって長尺な除湿素子モジュールも必要とされてきた。
しかし、従来の除湿素子モジュールは、その水分除去に寄与する機能面の面積はたかだか１０ｃｍ角程度であり、単一では大面積化に対応できなかったので、除湿素子モジュールを複数並べる手法によって大面積化を図っていた。除湿素子モジュールを複数並べるために、例えば、除湿素子モジュール相互間の位置調整のための取り付け部品が必要となり、また、それら部品の調整作業など、大面積化のために要するアセンブリ費用が製造コストを上げる要因となっていた。また、長尺化する場合も同様に部品の調整作業などが必要であった。
【０００５】
従来の除湿素子モジュールが、単一では大面積化に対応できなかったのは、以下の理由による。従来の除湿素子は、例えば、厚さ１８０μmの固体高分子膜を白金黒ペーストが塗布された厚さ５００μmのステンレス繊維の陽極、陰極ではさんだ構成であったので、その厚みは約１ｍｍ程度の薄い板状体であった。そのため、機械的強度は低く、１０ｃｍ角程度の除湿素子モジュールが実用上の大きさの限界であった。
【０００６】
また、除湿素子の陽極および陰極は、固体高分子電解質膜に均一に電力を供給する一方、通気性を有するように構成される必要があり、面状電極になっている。このような通気性を有する面状電極は、通常、抵抗値が大きく、除湿素子の全面にわたって外部から電力を均一に供給するために、陽極および陰極の周辺を囲うように配置された陽極側引き出し電極および陰極側引き出し電極（以下、単に引き出し電極と記載する）が必要になっている。これら引き出し電極としては、例えば、厚み０．５ｍｍのステンレス板に、固体高分子電解質膜の機能面に相当する大きさの開口部を形成したものが用いられる。このステンレス板で構成された引き出し電極は、陽極、陰極に電力供給する配線としての役割の他に、除湿素子の外枠を形成し、除湿素子の機能面に不要な応力が加えられないよう保護し、また、除湿素子の反りを防止する枠体としての役割を果たしている。これら引き出し電極が、外部からの電力を面電極である陽極および陰極に対し効率的かつ均一に供給するためには、陽極および陰極と良好な密着性を有していることが必要である。またそれと同時に、これらの引き出し電極は周辺部材と電気的に絶縁されていることが必要である。
【０００７】
これに対応するため、従来の除湿素子モジュールは、上述の技術上の課題を踏まえて次のように改良されてきた。即ち、固体高分子電解質膜、引き出し電極、さらに外装フィルム等が積層されたものが加圧成形加工によって一体化された（例えば、特許文献２、第３図）。この一体化方法では、固体高分子電解質膜には引き出し電極を介して電力が供給されるが、電気的な導通が確保されるように加圧成形加工によってこれら固体高分子電解質膜と引き出し電極等との密着性を保っている。そのため、固体高分子電解質膜への電気的な導通の良し悪しは、加圧成形加工の良否によって決まるので、この点が技術的に重要となった。例えば、加圧が均一に行われなかった場合は、部分的に引き出し電極が固体高分子電解質膜と密着せず、部分的にステンレス製の引き出し電極が浮いた状態になってしまうものであった。係る問題は、除湿素子モジュールが大面積化した場合など、除湿素子モジュールの一辺が長寸法化すると更に顕著であった。長寸の引き出し電極を加圧成形によって均一に加工するのは困難だからである。そのため、大面積化のみならず、長尺化も困難であった。
【０００８】
本発明は、係る課題に対し、除湿素子モジュールのコンパクト化および信頼性の向上を図ると同時に、大面積または、長尺の除湿素子モジュールを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る除湿素子モジュールは、一方の面に陽極、他方の面に陰極を備えた固体高分子電解質膜からなる複数の除湿素子と、陽極の周辺部と電気的接続をするための枠部分を複数備えた１つの陽極側引き出し電極と、陰極の周辺部と電気的接続をするための枠部分を複数備えた１つの陰極側引き出し電極と、陽極側引き出し電極を覆うように設けられ、かつ、樹脂層を有する第一の絶縁性外層膜と、陰極側引き出し電極を覆うように設けられ、かつ、樹脂層を有する第二の絶縁性外層膜とを備え、複数の除湿素子の間に樹脂部材が配置され、複数の除湿素子と前記樹脂部材は、夫々陽極側引き出し電極と陰極側引き出し電極の枠部分とで狭持され、更に、第一、第二の絶縁性外層膜によって覆われ、第一の絶縁性外層膜の樹脂層と前記第二の絶縁性外層膜の樹脂層が接合されて一体化したことを特徴とする除湿素子モジュールである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る除湿素子モジュールは、引き出し電極が除湿素子と接触する部分を枠状とし、この枠部分を引き出し電極に複数設け、さらに除湿素子と除湿素子との間に樹脂部材と備えたので、複数の除湿素子を単一のモジュール中に内蔵することが可能となり、除湿素子モジュールの大面積化を達成することができ、また製造コスト削減を同時に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１における除湿素子モジュールを示すものである。図１中の（ａ）は、除湿素子モジュールの平面図である。図１中（ｂ）は（ａ）中に示す矢印B方向から見た側面図である。図１中（ｃ）は除湿素子モジュールの斜視図である。また、図２は、図１中（ａ）のＡ-Ａ断面に沿った断面図である。図３は、本実施の形態１の除湿素子モジュール完成後の部品展開図である。図４は、加圧成形加工して除湿素子モジュールを作製するときの部品配置図である。
【００１２】
実施の形態１における除湿素子モジュールの構成について説明する。図１に示すのは、除湿素子を２個並べた場合の形態例である。また、除湿素子モジュール２０は、図２に示された断面のように、除湿素子６の表裏面にそれぞれ陽極側引き出し電極８および陰極側引き出し電極９を配置し、周縁部を上外装フィルム１２と、下外装フィルム１３にて覆うとともに、エポキシ樹脂からなる樹脂層２が硬化することによって一体成型されたものである。また、除湿素子６は、厚み１８０μmの固体高分子電解質膜１の表裏面に、陽極４として白金メッキしたチタンメッシュにβ型の二酸化鉛を電着させたもの（厚み１００μm）を、また、陰極５としてカーボンペーパーの表面に白金を坦持したカーボン粉で触媒層を形成したもの（厚み３００μm）を積層させることにより作製されたものである。
なお、固体高分子電解質膜１の大きさを、１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形とし、また、陽極４および陰極５の大きさを、９ｃｍ×９ｃｍの正方形としており、これらを本実施の形態１の場合は２組用いている。また、陽極側引き出し電極８および陰極側引き出し電極９としてステンレス板（厚み０．５ｍｍのＳＵＳ３０４製）に８ｃｍ×８ｃｍの正方形の開口部２箇所を設けて枠状に加工したものを用いている。
【００１３】
次に、実施の形態１における除湿素子モジュールの製造方法を説明する。まず、図３を用いて除湿素子モジュールの内部の部品構成を説明する。なお、図３において、除湿素子６としては、加圧成形加工を用いて固体高分子電解質膜１の表裏面に陽極４および陰極５が予め形成されたものを用いている。除湿素子モジュールは、２個の除湿素子６、除湿素子の間に挟まれる樹脂部材３、内装接着フィルム１４、この除湿素子６の外周部分に圧着される陽極側引き出し電極８および陰極側引き出し電極９、第一の絶縁性外層膜である上外装フィルム１２、第二の絶縁性外層膜である下外装フィルム１３から構成されている（なお、図３は加圧成形加工後の図面であるので、上、下外装フィルムの外周部に段差がついているが、加圧成形加工前は平板である）。また、本実施の形態１の引き出し電極８、９は、図３に示されている様に、枠状の部分が２つ並んだ薄いステンレス板である。これらの構成部品は、加圧成形加工によって、図２に示されている断面形状の除湿素子モジュールとなる。なお、図２においては、内装接着フィルム１４は薄いので図示を省略している。
【００１４】
図４は本発明に係る除湿素子モジュール２０の加圧成形加工時の部品配置を示す図である。除湿素子モジュールの加圧成形加工について説明する。まず初めに、真空加圧プレス機（例えば、日新製作所製：ＮＲＫ２５／３００Ｍが使用できる）の加工ステージ２６上に、除湿素子の不要な変形を防止するため、可澆性シート１７を敷く。次に、陰極側引き出し電極９の厚みに合わせた厚みを有する電極保護用クッション材１６を敷き、その上に、下外層フィルム１３、陰極側引き出し電極９、内層接着フィルム１４、除湿素子６を２個、除湿素子６と除湿素子６の間に樹脂部材３、内層接着フィルム１４、陽極側引き出し電極８、上外層フィルム１２を配置し、さらにその上に陽極側引き出し電極８の厚みに合わせた厚みを有する電極保護用クッション材１６とクッション材１５を設置し、可澆性シート１７を敷く。
【００１５】
なお、上述の構成材料の樹脂はつぎのようなものを使用している。上外装フィルム１２および下外装フィルム１３としては、厚み０．１ｍｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを使用している。また、上記外装フィルム１２、１３に未硬化のエポキシ樹脂（例えば、東亜合成社製エポキシ樹脂アロンマイティＢＸ−６０が使用できる）を２０μmの厚みに塗付し、半硬化状態とすることにより接着性を付与したものを用い、更に加圧成形加工によって硬化させ樹脂層２を形成している。同様にして、内層接着フィルム１４には厚み０．１ｍｍのＰＥＴフィルムに、未硬化のエポキシ樹脂を両面に２０μmの厚みに塗付し、半硬化状態とすることにより接着性を付与したものを用い、加圧成形加工によって硬化させている。また、樹脂部材３には、除湿素子６の厚さと同じガラスエポキシ樹脂を用いている。樹脂部材３の材質は、絶縁性、接着性のよいものであればよく、ガラスエポキシ樹脂に限らない。
【００１６】
上述の図４ように各部材を配置し、加熱温度１８０℃、加圧４．９×１０６Ｐａ、真空度１．３×１０４Ｐａにて１５分保持する条件にて加圧成形加工を実施した。また、加圧成形加工実施後、加熱を停止して１５分間放置することにより室温まで除冷した。
【００１７】
また、本実施の形態においては、可澆性シート１７としては厚み３ｍｍのＳｉゴムシートを、クッション材１５および電極保護用クッション材１６としては厚み１．２ｍｍのガラスエポキシ基板の表面に厚み０．５ｍｍのフッ素樹脂製シートを貼り付けたものを用いた。なお、これら可澆性シート１７、クッション材１５、電極保護用クッション材１６としては、加圧成形加工に耐える２００℃以上の耐熱性と弾力性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、所望の成形ができるよう硬度、伸び等を考慮したものを用いることができる。
このような加熱成形により除湿素子６と内層フィルム１４、陽極側引き出し電極８、陰極側引き出し電極９、上外装フィルム１２、下外装フィルム１３が樹脂層２によって一体成形されることにより本実施の形態１における除湿素子モジュールが完成する。
【００１８】
次に、実施の形態１における除湿素子モジュールの使用方法について、図１中の（ｃ）を用いて説明する。１０ａは陽極側外部電極端子、１０ｂは陰極側外部電極端子、２１ａ、２１ｂは、各々、陽極側外部電極端子および陰極側外部電極端子に接続された配線を示している。また、図中においては、図示されていないが、配線２１ａ、２１ｂは電源と接続される。
本実施の形態１に係る除湿素子モジュール２０は以上のように構成され、外部電源と接続されることによって、陽極側の空間を除湿することができる。例えば、軽量かつコンパクトであるので、両面粘着テープなどによってデシケータなどの除湿対象物に取り付けられ、電源供給によりデシケータ内部を除湿することができる。
【００１９】
本実施の形態１における除湿素子モジュール２０は、引き出し電極が除湿素子６と接触する部分を枠状としたので、従来発生していた加圧成形加工時に生じる引き出し電極の浮いた状態が発現し難くなる。そのため、固体高分子電解質膜１への電気的な導通は、良好に確保されることとなる。また、枠状の引き出し電極によって２枚並べた薄い板状体の除湿素子２の境を支持できるため、機械的強度を一枚のときと同様に維持できる。そのため、信頼性の高い除湿素子モジュールが実現できる。
【００２０】
本実施の形態１に係る除湿素子モジュールにおいて、引き出し電極の浮いた状態を防止できる理由について説明する。引き出し電極の浮いた状態が発生するかどうかは、加圧成形加工の加圧状態の良否によって決まるので、加圧成形加工装置がプレスする領域は小さい方が加圧は均一に行われる。従って、大きな形状の引き出し電極をプレスする場合は、大きな領域を小領域に分割して行うのが好ましい。そこで本願では、引き出し電極を単一の大枠とするのではなく、小さな枠の連続体状にして加圧成形加工の均一性を確保しているのである。
【００２１】
また上述のように、引き出し電極の形状は枠の連続体状になり、結果としてステンレス製の格子状となる。そのため、ステンレス製の格子が除湿素子モジュールの強度を補強することにもなる。更に、引き出し電極は、外部からの電力を面電極である陽極および陰極に接続するためのものであるので、格子状の引き出し電極は陽極および陰極に対し効率的かつ均一に電力を供給することができる。すなわち、陽極および陰極は、抵抗率が高いので、電極面積は小さいほうが好ましい。そこで、枠の連続体状の引き出し電極を用いることによって、除湿素子モジュール全体を大きくしながらも、個々の陽極および陰極の電極面積は小さいままで対応できるので、効率的かつ均一に電力を供給することができるのである。
【００２２】
また、本実施の形態１における除湿素子モジュールは、樹脂部材３を２つの引き出し電極の間に挟みこみ、隣り合う除湿素子６を絶縁しているので、隣り合う除湿素子６間の絶縁性を良好に保つことができ、信頼性の高い除湿素子モジュールが実現できる。仮に、樹脂部材３が無かったならば、そこは隙間が空くことになり、長期信頼性の観点からも望ましくないためである。上述のように、本実施の形態１における除湿素子モジュールは、除湿素子を２個備えることができるので、除湿のための機能面の面積を従来の２倍に増やすことができ、それと同時に、除湿素子等が加圧成形加工によって一体化されるので、部品点数が削減されることによるコンパクト化、コスト削減が実現でき、また、信頼性の向上も実現できる。
【００２３】
本実施の形態１における除湿素子モジュールは、除湿素子６が２個の例であったが、除湿素子６の個数を増やし、例えば、１ｍ２程度の大面積モジュールを作製することも可能である。例えば、１０ｃｍ角の除湿素子を縦横各１０個並べ、引き出し電極の枠状部分も縦横各１０個並べたものとすれば、１ｍ２程度の大面積モジュールを作製することが可能である。この例の場合、引き出し電極の形状は、結果としてステンレス製の格子状となるため、除湿素子モジュールの面積が大きくなっても機械的な強度は保たれる。そのため、複数の除湿素子を単一のモジュール中に内蔵することができるので、除湿素子モジュールの大面積化を達成することがでる。また、従来の除湿素子モジュールは、取付金具、ボルト・ナット等を用いて除湿素子を組み上げ、大面積化をしていたため、アセンブリ費用が問題であったが、本実施の形態１における除湿素子モジュールは、上述のようにコンパクト化できるため、約２０％のコスト削減が実現できる。
【００２４】
実施の形態２.
図５は、本実施の形態２における除湿素子モジュール２０の平面図である。実施の形態１にて示した除湿素子モジュールは正方形の除湿素子６を２個備えたものであったが、本実施の形態２の除湿素子モジュールは長方形の除湿素子６を３個備えたものである。この除湿素子６を３個使用することに対応して、引き出し電極には、枠状部分が３箇所ある。また、除湿素子６を構成する固体高分子電解質膜１の大きさは、１５ｍｍ×４５ｍｍの長方形であり、また、陽極４および陰極５の大きさは、１０ｍｍ×４０ｍｍの長方形である。このため、除湿できる機能部分は、約１０ｍｍ×１２０ｍｍの長方形とすることができ、横長の除湿素子モジュールを作製することが可能となる。本実施の形態２では、除湿できる機能部分を横長にすることを単一のモジュールで実現することができるので、狭小空間の装置に取り付けることが可能であり、かつ、部品点数が少なくコンパクト化が図られる。
【００２５】
実施の形態３.
実施の形態１、２で示した除湿素子モジュールの陽極側外部電極端子１０ａ及び陰極側外部電極端子１０ｂの配置を換えた例を図６、図７に示す。本実施の形態３に係る除湿素子モジュールにおいては、除湿素子と外部取り出し電極を任意の位置に出すことができるため、外部電源との接続配線の取り回しが容易となる。したがって、除湿素子モジュールを狭小空間の装置に取り付けることが容易となる。本実施の形態では除湿素子部が２箇所および３個備えたものについて説明したが、縦横に数を増やすことは可能であり、また、機器の構造や用途に応じて帯状の除湿モジュールの製造が可能となる。例えば、携帯電話等の小型機器に適用することも可能となる。
【００２６】
上述したように、本発明に係る除湿素子モジュールにおいては、除湿素子を含む構成部品を外装フィルムで覆い、加圧成形加工によって樹脂層が硬化し一体化されるため、除湿素子の外周部全体にわたり、引き出し電極と陽極・陰極との良好な電気的接続状態が得られる。また、部品点数が削減されることによりコンパクト化が図られ、しかも信頼性が高い除湿素子モジュールが実現できる。また、除湿素子モジュールを除湿対象物に直接取り付けることが可能な構造としたため、除湿素子モジュールの狭小空間における適用が可能となり、好適である。さらに、複数枚の除湿素子をマトリクス状に配置し、除湿素子モジュールを形成すれば大空間の除湿にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１の除湿素子モジュールの構成を示した図で、(ａ)は平面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の図１中(ａ)のＡ−Ａの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の除湿素子モジュールの構成を説明する展開図である。
【図４】本発明の実施の形態１の加圧成形加工方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の除湿素子モジュールの構成を説明する平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：固体高分子電解質膜    ２：樹脂層    ３：樹脂部材    ６：除湿素子
８：陽極側引き出し電極    ９：陽極側外部電極端子    １２：上外装フィルム
１３：下外装フィルム    ２０：除湿素子モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006142234.tif 000007
【図６】
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【図７】
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