(57)【要約】【課題】除湿性能を向上させることができる湿度調整器を得ることを目的とする。【解決手段】陽イオン導電性物質からなる固体電解質膜と、固体電解質膜の被湿度調整雰囲気側上に設けられた第一の触媒層と、固体電解質膜の大気側上に設けられた第二の触媒層と、各触媒層にそれぞれ接して設けられた給電体としての第一および第二の多孔質基材とから成る電気化学素子２を備えた湿度調整器において、電気化学素子２の除湿側６上に上昇気流を発生させる送風ファン７を備えたものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン導電性物質からなる固体電解質膜と、上記固体電解質膜の被湿度調整雰囲気側上に設けられた第一の触媒層と、上記固体電解質膜の大気側上に設けられた第二の触媒層と、上記各触媒層にそれぞれ接して設けられた給電体としての第一および第二の多孔質基材とから成る電気化学素子を備えた湿度調整器において、上記電気化学素子の上記被湿度調整雰囲気側上に気流を発生させる送風ファンを備えたことを特徴とする湿度調整器。
【請求項２】
上記第一の触媒層の長手方向が鉛直方向となるように配設され、上記送風ファンは上記電気化学素子の上記被湿度調整雰囲気側上の空気の流れが上昇気流と成るように発生させることを特徴とする請求項１に記載の湿度調整器。
【請求項３】
上記電気化学素子に電圧を印加する直流電源部を備え、上記直流電源部は上記電気化学素子の下方位置に配設することを特徴とする請求項２に記載の湿度調整器。
【請求項４】
上記各触媒層は白金族金属または／および白金族の金属酸化物を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の湿度調整器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽イオン導電性の固体高分子電解素子を使用した湿度調整器に関し、特に除湿性能を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の湿度調整器の構成を示したもので、例えば「産業と電気」（関西電気協会）Ｎｏ．５５５、１９９８年１２月号に掲載された固体電解素子を使用した除湿器の断面図である。図において、１１は湿度調整器本体、１２は水の電気分解により湿度調整を行う電気化学素子、１３は電気化学素子１２に通電を行う直流電源部、１４は機器への取付面部で機密性を保持するためのパッキンである。
【０００３】
１５は機器の外部空間であり、機器内部の水分を放出する放湿側に相当する。１６は機器内部の空間であり、除湿側に相当し、図に示したように、直流電源部１３により電気化学素子１２が通電すると、除湿側１６中の水分が電気化学素子１２により電気分解され、放湿側１５に移動する。
【０００４】
図５は例えば特開２０００−５１６３８公報に示された湿度調整器の電気化学素子の詳細を示した断面図である。ここでこの電気化学素子の構造及び動作原理について説明する。図５において、２１は陽イオン導電性の固体高分子電解質膜を使用し、厚さが約１７０μｍの固体電解質膜で、例えばデュポン社製のナフィオン１１７（ナフィオンはデュポン社の登録商標）などが使用される。
【０００５】
２２Ａは固体電解質膜２１の陰極側の面上に形成された第一の陰極触媒層で、イソプロピルアルコールや水などの揮発性溶剤に白金黒を混合し、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２〜３ｍｇ／ｃｍ２となるように固体電解質膜２１に吹き付けて形成される。２３は第一の陰極触媒層２２Ａ上に設けられ、厚さが約２００μｍの第一の多孔質基材で、例えばカーボンペーパやカーボンクロスなどの炭素繊維により形成された給電体である。
【０００６】
２２Ｂは第一の多孔質基材２３の陰極触媒層２２Ａと接触する側に、深さ２０μｍ〜１００μｍの範囲に白金微粒子が、その白金の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２〜３ｍｇ／ｃｍ２の範囲で分散されて成る第二の陰極触媒層である。そして、第一の陰極触媒層２２Ａと第二の陰極触媒層２２Ｂとで陰極２４が形成されている。
【０００７】
２５は固体電解質膜２１の陽極側に設けられた給電体であり、チタンメッシュに白金メッキを施した厚さ約１００μｍの水透過性を有する第二の多孔質基材である。そして、第二の多孔質基材２５と第二の陰極触媒層２２Ｂが形成された第一の多孔質基材２３とで、第一の陰極触媒層２２Ａが形成された固体電解質膜２１を挟み込み、温度約１８０°Ｃ、圧力約５０ｋｇ／ｃｍ２の条件にてホットプレスすることにより、これらを物理的に一体化すると共に電気的に接合している。
【０００８】
２６は陽極側に形成される陽極触媒層で、ホットプレスにより第一の多孔質基材２３と固体電解質膜２１と第二の多孔質基材２５とが電気的に接合された後、イソプロピルアルコールや水などの揮発性溶剤に白金黒を混合し、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２〜３ｍｇ／ｃｍ２となるように、固体電解質膜２１と第二の多孔質基材２５との大気側面に塗布または吹き付けにより形成される。そして、第二の多孔質基材２５と陽極触媒層２６とで陽極２７が形成される。２８は陰極２４と陽極２７との間に接続される直流電源部、２９は放湿側（大気側）、３０は除湿側（被湿度調整雰囲気側）である。
【０００９】
上記のように構成された従来の湿度調整器は、陽極２７と陰極２４との間に直流電源部２８により電力が供給されると、陽極２７側の除湿側３０面では水分が下記式（１）の反応により電気分解され、除湿側３０には酸素が供給されると共に水分が除去される。
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−　　　・・・（１）
【００１０】
この時発生する水素イオンＨ＋は、陽イオン導電性の固体電解質膜２１を通って陰極２４に達する。そしてこれと共に、電子ｅ−は直流電源部２８を含む外部回路を通って陰極２４に達し、下記式（２）反応により陰極２４側において酸素を消費しながら水を生成する。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−　→２Ｈ２Ｏ　　・・・（２）
さらに水素イオンＨ＋と共に１〜３分子の水分子が固体電解質膜２１を通って、陽極２７側から陰極２４側に移動するので陽極２７側では除湿がさらに促進される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来の湿度調整器は、直流電圧の通電により電気化学素子の温度が上昇し、その結果、電気化学素子表面に上向きの空気の流れが生じ電気化学反応を促進している。しかしながら、その流れは十分とはいえず除湿性能を十分に得ることができなかった。
【００１２】
そのことを解消するために電気化学素子部の面積を増大する方法がある。しかし、この方法では機器の大型化、コストアップ等が発生するため、安価で高性能な湿度調整器を得ることが困難であった。
【００１３】
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、除湿性能を向上させることができる湿度調整器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１の湿度調整器は、陽イオン導電性物質からなる固体電解質膜と、固体電解質膜の被湿度調整雰囲気側上に設けられた第一の触媒層と、固体電解質膜の大気側上に設けられた第二の触媒層と、各触媒層にそれぞれ接して設けられた給電体としての第一および第二の多孔質基材とから成る電気化学素子を備えた湿度調整器において、電気化学素子の被湿度調整雰囲気側上に気流を発生させる送風ファンを備えたものである。
【００１５】
また、この発明に係る請求項２の湿度調整器は、請求項１において、第一の触媒層の長手方向が鉛直方向となるように配設され、送風ファンは電気化学素子の被湿度調整雰囲気側上の空気の流れが上昇気流と成るように発生させるものである。
【００１６】
また、この発明に係る請求項３の湿度調整器は、請求項２において、電気化学素子に電圧を印加する直流電源部を備え、直流電源部は電気化学素子の下方位置に配設するものである。
【００１７】
また、この発明に係る請求項４の湿度調整器は、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、各触媒層は白金族金属または／および白金族の金属酸化物を含有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の湿度調整器の構成を示した断面図である。図において、１は湿度調整器本体、２は水の電気分解により湿度調整を行う電気化学素子で、上記に示した従来の場合と同様に、陽イオン導電性物質から成る固体電解質膜と、固体電解質膜の被湿度調整雰囲気側上に設けられた第一の触媒層（陽極触媒層）と、固体電解質膜の大気側上に設けられた第二の触媒層（陰極触媒層）と、各触媒層にそれぞれ接して設けられた給電体としての第一および第二の多孔質基材とから成る。
【００１９】
そして、この電気化学素子２の長手方向が鉛直方向となるように配設されている。また、各触媒層は電気化学反応の効率面から、従来の場合と同様に、白金族金属または／および白金族の金属酸化物を含有するものにて形成する。３は電気化学素子２に通電を行う直流電源部で、電気化学素子２の下方位置に配設する。これは、電気化学素子２上に電気化学反応によって生じる上昇気流および後述する送風ファンによる上昇気流を阻害しないためである。又、直流電源部３の駆動により生じる発熱で発生する自然対流も、電気化学素子２の除湿側６上の気流を加速することとなる。
【００２０】
４は機器への取付面部で機密性を保持するためのパッキン、５は機器の外部空間であり、機器内部の水分を放出する放湿側（大気側）に相当する。６は機器の内部空間であり、除湿側（被湿度調整雰囲気側）である。７は電気化学素子２の除湿側６上に気流を発生される送風ファンで、ここではこの空気の流れが上昇気流と成るように設定されている。
【００２１】
上記のように構成された実施の形態１の湿度調整器本体１では、直流電圧の通電により発生する電気化学反応により、除湿側６中の水分が電気化学素子２により電気分解され、放湿側５に移動する。なお、電気化学素子２による水の電気分解に関しては、従来の場合と同一であるため説明を省略する。そしてこの時、電気化学素子２の温度が上昇する。よって電気化学素子２表面には、上向きの空気の流れが生じる。そして同時に、送風ファン７により、電気化学素子２の除湿側６上に上昇気流を発生させる。
【００２２】
そして、湿度調整器１の除湿側６の空気を循環して、電気化学素子２の表面に電気化学反応により生じる上昇気流とともに強制的に空気の流れ（上昇気流）を起こす。よって、電気化学素子２の表面における空気の流れがよりスムーズになり、湿度調整性能の向上が実現できる。
【００２３】
ここで、電気化学素子の除湿側上に発生する風速に応じてどのように除湿性能が上昇するかを、図２を用いて説明する。図２は電気化学素子表面の風速と湿度調整器の性能を示す除湿能力との関係を示した図である。なお、グラフ中の縦軸は相対除湿能力であり、風速がゼロの場合における値を１としてプロットしている。図から明らかなように、風速が増加するに従って、除湿能力は増加する。例えば、約３ｍ／ｓの風速を与えると、湿度調整器の除湿性能は２倍以上に向上することがわかる。
【００２４】
次に、実際の機器における、本願発明と従来との除湿性能を比較する。尚、電気化学素子は従来に示したものを、従来、本願発明ともにおいて使用した。図３は除湿側及び放湿側の温度を３０℃、湿度を８０％に設定し、湿度調整器に通電を開始後、除湿側空間の湿度変化を計測した結果である。横軸は相対時間であり、従来の湿度調整器において除湿側空間の湿度が８０％から７０％まで変化するのに要する時間を１とする。
【００２５】
そして、図から明らかなように、実施の形態１の湿度調整器では、除湿側空間の湿度が８０％から７０％まで変化するのに要する時間は、従来の湿度調整器の５０％であり、除湿性能の向上が確認された。
【００２６】
上記のように構成された実施の形態１の湿度調整器は、電気化学素子の除湿側上における空気の流れがスムーズになるので、電気化学素子の面積を増大せずに湿度調整性能を向上できるため、安価で高性能な湿度調整器が得られる。また、電気化学素子の下部側に直流電源部を備えたことにより、電気化学素子の表面における空気の流れがよりスムーズになるので、更なる湿度調整機能の向上が実現できる。
【００２７】
尚、上記実施の形態１では、送風ファンを電気化学素子上部に配置した場合について述べたが、他の部位、例えば、電気化学素子の下部あるいは湿度調整器の側面に配置したとしても、電気化学素子の除湿側上に気流を発生させることができるものであれば、従来の場合より除湿性能が向上することは言うまでもない。
【００２８】
また、上記実施の形態１では、電気化学素子の除湿側上に発生させる気流を上昇気流としたが、これに限られることはなく、電気化学素子の除湿側上に、強制的な気流を発生させれば、従来の場合より除湿性能が向上することは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、陽イオン導電性物質からなる固体電解質膜と、固体電解質膜の被湿度調整雰囲気側上に設けられた第一の触媒層と、固体電解質膜の大気側上に設けられた第二の触媒層と、各触媒層にそれぞれ接して設けられた給電体としての第一および第二の多孔質基材とから成る電気化学素子を備えた湿度調整器において、電気化学素子の被湿度調整雰囲気側上に気流を発生させる送風ファンを備えたので、電気化学素子上における電気化学反応の効率を向上させ、除湿性能を向上させることができる湿度調整器を提供することが可能となる。
【００３０】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、第一の触媒層の長手方向が鉛直方向となるように配設され、送風ファンは電気化学素子の被湿度調整雰囲気側上の空気の流れが上昇気流と成るように発生させるので、電気化学素子に発生する上昇気流に、送風ファンの上昇気流を加味するため、電気化学素子上における電気化学反応の効率をより一層向上し、除湿性能をより一層向上させることができる湿度調整器を提供することが可能となる。
【００３１】
また、この発明の請求項３によれば、請求項２において、電気化学素子に電圧を印加する直流電源部を備え、直流電源部は電気化学素子の下方位置に配設するので、直流電源部の発熱により発生する上昇気流を加味するため、電気化学素子上における電気化学反応の効率をより一層向上し、除湿性能をより一層向上させることができる湿度調整器を提供することが可能となる。
【００３２】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、各触媒層は白金族金属または／および白金族の金属酸化物を含有するので、電気化学反応による除湿を確実に行うことができる湿度調整器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の湿度調整器を示す断面図である。
【図２】電気化学素子表面の風速と湿度調整性能との関係を説明するための特性図である。
【図３】この発明の湿度調整器と従来の湿度調整器との湿度調整性能を比較するための図である。
【図４】従来の湿度調整器を示す断面図である。
【図５】従来の湿度調整器の電気化学素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２　電気化学素子、３　直流電源部、５　放湿側、６　除湿側、
７　送風ファン。
【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】
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