(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極１（陽極）及び電極２（陰極）により挟持された水素イオン導電性の固体高分子電解質膜と両電極間に直流電圧を所定の値に印加する電源・制御部とを備え、電気化学反応により、陽極で水を電気分解し、陰極で水を生成する湿度制御器において、電極１の電極電位を制御するための参照電極１および参照電極２を、それぞれ、固体高分子電解質上の電極１側および電極２側に設け、参照電極１が水素電極であり、該参照電極１に接触する水素が参照電極１表面を含む密閉した定圧水素空間に保持されることを特徴とする湿度制御装置。
【請求項２】
参照電極１に接触する水素が、電気化学反応により参照電極２で水を電気分解し、参照電極１で水素を生成させることにより供給されることを特徴とする請求項１に記載の湿度制御装置。
【請求項３】
定圧水素空間における水素ガス圧が一定（１ａｔｍ）の値になるように、圧力調整弁が密閉した定圧水素空間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の湿度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン導電性の固体電解質を用いた湿度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、例えば特開平６−６３３４３号公報に記載された湿度制御装置を説明するための図である。図３において、１１は電源・制御部、１２は湿度制御素子であり、１２１の電極１、１２２の固体電解質、１２３の電極２より構成されている。１２１の電極１は、ステンレス繊維で構成された基材に白金黒を含む触媒をペーストして構成されている。１２２の固体電解質は、水素イオン導電性の固体高分子膜（パーフルオロカーボンスルホン酸、例えばデュポン社製、商品名ナフィオン（登録商標））である。１２３の電極２は、電極１と同じくステンレス繊維で構成された基材に白金黒を含む触媒をペーストして構成されている。なお、１３はスイッチ２、１４はリ−ド線、１５は除湿側空間、１６は加湿側空間である。
【０００３】
１２１の電極１が陽極、１２３の電極２が陰極になるように両電極間に直流電圧が印加されると、電極１では
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-
の水の分解反応が起こり、
電極２では
２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
の水の生成反応が起こる。
電極１で生成した水素イオンは固体電解質１２２中を電極１側から電極２側へ向かって移行する。このようにして水（水分；湿気）を除湿側空間１５から加湿側空間１６へ移動させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の湿度制御装置は以上のように構成されているため、両電極間に印加する電圧は電源・制御部で調整できるが、個々の電極電位を制御することができなかった。このため、陽極の電位が高くなってオゾンを発生する電位より高くなると、電極１では酸素発生反応の他にオゾン発生反応が加わる。この結果、電極１が酸化劣化し易くなり、湿度制御素子の寿命が短くなるという問題があった。
【０００５】
したがって本発明は、陽極の電位がオゾンや活性な酸素または酸素化合物を生成しない領域に留めるように電極１の電位を制御する機構を備えた湿度制御装置を提供することを目的とする。また、電極１の代わりに電極２の電極電位も制御し、陰極反応を制御する機構も備えた湿度制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電極１（陽極）及び電極２（陰極）により挟持された水素イオン導電性の固体高分子電解質膜と両電極間に直流電圧を所定の値に印加する電源・制御部とを備え、電気化学反応により、陽極で水を電気分解し、陰極で水を生成する湿度制御器において、電極１の電極電位を制御するための参照電極１および参照電極２を、それぞれ、固体高分子電解質上の電極１側および電極２側に設け、参照電極１が水素電極であり、該参照電極１に接触する水素が、参照電極１表面を含む密閉した定圧水素空間に保持されることを特徴とする湿度制御装置である。
請求項２の発明は、参照電極１に接触する水素が、電気化学反応により参照電極２で水を電気分解し、参照電極１で水素を生成させることにより供給されることを特徴とする請求項１に記載の湿度制御装置である。
請求項３の発明は、定圧水素空間における水素ガス圧が一定（１ａｔｍ）の値になるように、圧力調整弁が密閉した定圧水素空間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の湿度制御装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の湿度制御装置の一実施形態を説明するための図である。図１において、（１）は電源・制御部であり、電極１（２．１）の電位を制御しながら電極１（２．１）と電極２（２．３）の間に直流電圧を印加する装置である。（２）は湿度制御素子である。（２．１）は電極１であり、白金メッキＴｉで構成された基材に白金黒を含む触媒を塗布したものである。（２．２）は固体高分子電解質であり、パーフルオロカーボンスルホン酸（例えばデュポン社製、商品名ナフィオン（登録商標）１１７）を使用することができる。（２．３）は電極２であり、カーボンペーパーで構成された基材に白金黒を含む触媒を分散させたものである。（２．１．ｃ）は、参照電極１であり、固体高分子電解質（２．２）上の電極１と同じ側の近傍に接触しないように配置されたものであり、電極１と同様に白金メッキＴｉで構成された基材に白金黒を含む触媒を塗布したものであり、該基材にリード線を経由して電源・制御部１に接続している。（２．３．ａ）は参照電極２であり、カーボンペーパーで構成された基材に白金黒を含む触媒を分散させたものである。参照電極１（２．１．ｃ）の表面に接する空間はアクリル製の樹脂で密閉した定圧水素空間（２．１．ｂ）が形成され、定圧水素空間（２．１．ｂ）と除湿側空間５を隔てる隔壁の一部に微小な圧力調整弁（２．１．ａ）が設けられている。（１．１）は定圧水素空間（２．１．ｂ）に水素を供給するための電源であり、参照電極１（２．１．ｃ）と参照電極２（２．１．ａ）の両電極間に接続されている。（３．１）、（３．２）、（３．３）はそれぞれ、スイッチ１、スイッチ２、スイッチ３である。
【０００８】
次に動作について記す。
スイッチ１（３．１）は開、スイッチ２（３．２）は開、スイッチ３（３．３）は閉の状態で電源１（１．１）から参照電極１と参照電極２の間に参照電極１が陰極になるように電圧が印加される。
【０００９】
参照電極２（２．３．ａ）では
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-
の反応が起こり、参照電極１（２．１．ｃ）では
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2
の反応が起こり、水素は定圧水素空間（２．１．ｂ）内に蓄積していき、やがて１気圧以上の圧になろうとすると圧力調整弁（２．１．ａ）が作動し内部は１気圧に保たれる。その後スイッチ３（３．３）は開となる。定圧水素空間の圧が１気圧以下に低下した場合、適宜、スイッチ３が閉となり圧を水素生成を行い１気圧に保つ。
【００１０】
次に、スイッチ１、スイッチ２が閉となり電極１（２．１）では
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-
の水の分解反応が起こり、
電極２（２．３）では
２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
の水の生成反応が起こる。
電極１で生成した水素イオンは固体電解質（２．２）中を電極１側から電極２側へ向かって移行する。このようにして水（水分；湿気）を除湿側空間５から加湿側空間６へ移動させる。
【００１１】
図２は、本発明の湿度制御装置と従来の湿度制御装置における陽極電位と陰極電位の状態を説明するための図である。図２において、通電電流の大きさを横軸に、縦軸に電極電位を記している。参照電極のない従来の装置の場合は、陽極電位は陽分極曲線１０に示すように電流即ち、電流密度が増大すると陽極電位は上昇しやがてオゾン発生電位（点線で図示）以上になるとオゾンの生成が開始し湿度制御素子の寿命低下の一因となる。ところが本発明の場合は参照電極が作動するので、陽極電位を測定することができ、この測定結果を基にして、陽極電位がオゾン発生電位以上になったときに電源・制御部１を作動させ、電極１（２．１）と電極２（２．３）の間に印加されている電圧を低下させ、定電流電源に切り替えることができる。このようにして陽極でオゾンの発生を伴うおそれの無い湿度制御を行うことができた。電極２（２．３）の陰極反応の制御も印加電圧から陽極電位及び固体電解質（２．２）に流れる電流と膜抵抗の積（オーム損）を差し引く演算処理を行うことにより、陰極電位を検出しながら陰極反応の制御（例えば水素発生の抑制）を行うことができる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電極１（陽極）及び電極２（陰極）により挟持された水素イオン導電性の固体高分子電解質膜と両電極間に直流電圧を所定の値に印加する電源・制御部とを備え、電気化学反応により、陽極で水を電気分解し、陰極で水を生成する湿度制御器において、電極１の電極電位を制御するための参照電極１および参照電極２を、それぞれ、固体高分子電解質上の電極１側および電極２側に設け、参照電極１が水素電極であり、該参照電極１に接触する水素が、参照電極１表面を含む密閉した定圧水素空間に保持されることを特徴とする湿度制御装置であるので、陽極の電位がオゾンや活性な酸素または酸素化合物を生成しない領域に留めるように電極１の電位を制御することができ、装置の長寿命化を達成することができる。また、電極２の電極電位も制御し、陰極反応を制御する機構も備えることができる。さらに、陽極の電位がオゾンや活性な酸素または酸素化合物を生成しない領域に留めるように電極１の電位を一層良好に制御することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、参照電極１に接触する水素が、電気化学反応により参照電極２で水を電気分解し、参照電極１で水素を生成させることにより供給されることを特徴とする請求項１に記載の湿度制御装置であるので、陽極の電位がオゾンや活性な酸素または酸素化合物を生成しない領域に留めるように電極１の電位を一層良好に制御することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、定圧水素空間における水素ガス圧が一定（１ａｔｍ）の値になるように、圧力調整弁が密閉した定圧水素空間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の湿度制御装置であるので、陽極の電位がオゾンや活性な酸素または酸素化合物を生成しない領域に留めるように電極１の電位を一層良好に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の湿度制御装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２】  本発明の湿度制御装置と従来の湿度制御装置における陽極電位と陰極電位の状態を説明するための図である。
【図３】  特開平６−６３３４３号公報に記載された湿度制御装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１  電源・制御部、２  湿度制御素子、２．１  電極１、２．２  固体電解質、２．３  電極２、  ２．１．ａ  圧力調整弁、２．１．ｂ  定圧水素空間、２．１．ｃ  参照電極１、２．３．ａ  参照電極２、５  除湿側空間、６  加湿側空間。
【図１】
0003868739.tif 000002
【図２】
0003868739.tif 000003
【図３】
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