特許 6071356 減酸素装置および冷蔵庫

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6071356

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】減酸素装置および冷蔵庫

(51)【国際特許分類】

   F25D 23/00 20060101AFI20170123BHJP

   B01D 53/32 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F25D23/00 302Z

   B01D53/32

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-202896(P2012-202896)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-59075(P2014-59075A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年8月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】503376518

【氏名又は名称】東芝ライフスタイル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】八木 亮介

(72)【発明者】

【氏名】赤坂 芳浩

(72)【発明者】

【氏名】深沢 大志

(72)【発明者】

【氏名】田村 淳

(72)【発明者】

【氏名】吉永 典裕

(72)【発明者】

【氏名】内藤 勝之

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１４９７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１９６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３２９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６１３０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｄ ２３／００

Ｂ０１Ｄ ５３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノード、カソード、および前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜
を含む膜電極接合体を有する減酸素素子と、
前記減酸素素子のアノードに接して配置されたアノード集電板と、
前記減酸素素子のカソードに接して配置されたカソード集電板と、
前記カソード集電板に対して間隙を隔てて配置されたカソード液体凝縮層と、
前記アノード集電板に対して間隙を隔てて配置されたアノード液体凝縮層と、
前記カソードで生成した水を回収する水回収手段と
を有することを特徴とする減酸素装置。

【請求項2】

さらに、前記カソード集電板に対して間隙を隔てて前記カソード液体凝縮層を配置させるカソードスペーサを有することを特徴とする請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項3】

前記カソード集電板と前記カソード液体凝縮層との間隙が２．７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項4】

前記カソード液体凝縮層は、電解質膜側の表面が撥水性であることを特徴とする請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項5】

重力方向に沿って下方に位置するカソードスペーサに水受け部が設けられ、前記水受け部に前記水回収手段が接続され、前記水回収手段は前記アノードまで延長されているか、または外部の排水ドレインまで延長されていることを特徴とする請求項２に記載の減酸素装置。

【請求項6】

さらに、前記カソード液体凝縮層の外面にフィンを有することを特徴とする請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項に記載の減酸素装置を搭載したことを特徴とする冷蔵庫。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、減酸素装置および冷蔵庫に関する。

【背景技術】

【0002】

食品を低酸素濃度環境に置いてその保存性を高める手段として、電解質膜を使った減酸素装置が提案されている。このような減酸素装置は、アノード、カソード、および前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含む膜電極接合体を有する減酸素素子を有する。この減酸素素子のカソード側が酸素濃度の低減させる減酸素容器内に配置される。減酸素素子のアノードとカソードとの間に電圧を印加すると、アノードでは水の酸化反応が起こり、カソードでは酸素の還元反応が起こる。こうしてカソードが接触する減酸素容器内の空気中の酸素濃度を低減できる。この際、カソードでは水が生成し、アノードでは水を必要とする。

【0003】

減酸素素子の膜電極接合体は発熱するため、カソードの周囲に存在する水が蒸発し、減酸素容器内に収納した収納物に水が付着することが問題になる。

【0004】

そこで、カソード側の水を回収して、減酸素容器内の収納物に水が付着することを抑制することが要望されている。しかし、これまではカソード側の水を適切に回収して、減酸素容器内の収納物に水が付着するのを解決するには至っていなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９−１９６２１号公報

【特許文献2】特開平９−２７５９５３号公報

【特許文献3】特開２０１０−１０２９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、減酸素装置を有する減酸素容器内で、水が収納物に付着することを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の減酸素装置は、アノード、カソード、および前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含む膜電極接合体を有する減酸素素子と、前記減酸素素子のアノードに接して配置されたアノード集電板と、前記減酸素素子のカソードに接して配置されたカソード集電板とを有する。また、前記カソード集電板に対して間隙を隔てて配置されたカソード液体凝縮層と、前記アノード集電板に対して間隙を隔てて配置されたアノード液体凝縮層と、前記カソードで生成した水を回収する水回収手段とを有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図。

【図2A】図１をＡ−Ａ’線に沿って切断してアノード方向を見た正面図。

【図2B】図１をＢ−Ｂ’線に沿って切断してカソード方向を見た正面図。

【図3A】最小距離Ｘ_ａの限定理由を説明する模式図。

【図3B】最小距離Ｘ_ａの限定理由を説明する模式図。

【図3C】最小距離Ｘ_ａの限定理由を説明する模式図。

【図4】第２の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図。

【図5】第３の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図。

【図6】減酸素装置を野菜室の領域に搭載した冷蔵庫の正面図。

【図7A】実施例におけるＸ_ａとΔＴ_ａとの関係を示す図。

【図7B】実施例におけるＸ_ｃとΔＴ_ｃとの関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る減酸素装置を説明する。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図である。図２Ａは図１をＡ−Ａ’線に沿って切断してアノード方向を見た正面図である。図２Ｂは図１をＢ−Ｂ’線に沿って切断してカソード方向を見た正面図である。

【0011】

図１の減酸素装置１は、アノード２、カソード３、および前記アノード２と前記カソード３との間に狭持された電解質膜４を含む膜電極接合体を有する減酸素素子５を有する。減酸素素子５のアノード２の表面に接してアノード集電板６が配置されている。アノード２の外周かつ電解質膜４とアノード集電板６との間にアノードガスケット１０ａが配置されている。減酸素素子５のカソード３の表面に接してカソード集電板７が配置されている。カソード３の外周かつ電解質膜４とカソード集電板７との間にカソードガスケット１０ｃが配置されている。

【0012】

アノード集電板６の周縁部に設けられたアノードスペーサ９ａを介して、アノード集電板６に間隙を隔てて対向するようにアノード液体凝縮層８ａが配置されている。カソード集電板７の周縁部に設けられたカソードスペーサ９ｃを介して、カソード集電板７に間隙を隔てて対向するようにカソード液体凝縮層８ｃが配置されている。アノード液体凝縮層８ａは必ずしも設ける必要はないが、本実施形態では設けている。

【0013】

カソードスペーサ９ｃの重力方向に沿った下部には水受け部１２が設けられ、水受け部１２からアノード側へ延長されてアノード集電板６の表面を覆うように水回収手段１１が設けられている。アノード集電板６とカソード集電板７との間に電圧印加手段１３が接続される。減酸素装置１は、カソード３が減酸素容器１４内の空気に接するように配置される。

【0014】

アノード２は、例えば白金触媒、酸化ルテニウム、または酸化イリジウムを含む材料で構成される。カソード３は、例えば白金触媒を含む材料で構成される。アノード２およびカソード３は両方とも、前記材料に他の材料を混入させても良く、例えばチタンメッシュを支持体として混入させても良い。電解質膜４は、プロトン導電性を有する膜であり、例えばナフィオン（デュポン社、登録商標）を用いることができる。水回収手段１１は、スポンジまたは不織布のように、吸水性を有する材料で構成される。

【0015】

図２Ａに示すように、アノード集電板６はアノード２に面する領域にスリットをなす開口部６０を有し、開口部６０以外の部分でアノード２に接触している。こうしてアノード２はアノード集電板６を介して電圧印加手段１３と電気的に導通される。また、水回収手段１１とアノード２はアノード集電板６の開口部６０を通して流体的に接続されている。すなわち、水回収手段１１に吸水された水が開口部６０を通してアノード２に供給される。なお、開口部６０の形状はスリットに限らず、ドットでもよい。

【0016】

図２Ｂに示すように、カソード集電板７は、カソード３に面する領域にスリットをなす開口部７０を有し、開口部７０以外の部分でカソード３に接触している。こうしてカソード３はカソード集電板７を介して電圧印加手段１３と電気的に導通される。なお、開口部７０の形状はスリットに限らず、ドットでもよい。カソード３は、カソード集電板７の開口部７０を通して減酸素容器１４内の空気に接触する。

【0017】

アノード液体凝縮層８ａおよびカソード液体凝縮層８ｃは気体透過性を有し、かつその表面が撥水性を有することが好ましい。ここで、液体凝縮層の表面が撥水性を有するとは、電解質膜４に面する液体凝縮層の表面が撥水機能を有することを意味する。具体的には、撥水性を有する液体凝縮層の表面に水滴を滴下したとき、水滴の接触角が９０°以上となる。アノード液体凝縮層８ａおよびカソード液体凝縮層８ｃには、例えば市販の気液分離膜を用いることができる。アノード液体凝縮層８ａおよびカソード液体凝縮層８ｃは、その内部または表面に空気中の有害物を除去する有害物除去物質、たとえば活性炭を含んでいてもよい。

【0018】

図１に示すように、アノードスペーサ９ａは、アノード集電板６とアノード液体凝縮層８ａとの間に間隙１５ａを形成する。アノードスペーサ９ａの熱伝導率は、アノード集電板６の熱伝導率よりも低いことが好ましい。例えばアノード集電板６の材料にチタンを用いた場合、アノードスペーサ９ａにシリコーンゴムを用いることができる。カソードスペーサ９ｃは、カソード集電板７とカソード液体凝縮層８ｃとの間に間隙１５ｃを形成する。カソードスペーサ９ｃの熱伝導率は、カソード集電板７の熱伝導率よりも低いことが好ましい。

【0019】

図２Ａに示すように、アノード集電板６の周縁部にアノードスペーサ９ａが設けられている。ここで、アノード２の幅をδ_ｗ−２、高さをδ_ｈ−２とし、アノードスペーサ９ａの内側幅をδ_ｗ−９ａ、内側高さをδ_ｈ−９ａとすると、これらは式（１）の関係を満たす。

【0020】

δ_ｗ−２＜δ_ｗ−９ａ， δ_ｈ−２＜δ_ｈ−９ａ 式（１）
式（１）を満たすことで、発熱するアノード２とアノードスペーサ９ａとを確実に離間させることができる。

【0021】

図２Ｂに示すように、カソード集電板７の周縁部にカソードスペーサ９ｃが設けられている。ここで、カソード３の幅をδ_ｗ−３、高さをδ_ｈ−３とし、カソードスペーサ９ｃの内側幅をδ_ｗ−９ｃ、内側高さをδ_ｈ−９ｃとすると、これらは式（２）の関係を満たす。

【0022】

δ_ｗ−３＜δ_ｗ−９ｃ， δ_ｈ−３＜δ_ｈ−９ｃ 式（２）
式（２）を満たすことで、発熱するカソード３とカソードスペーサ９ｃとを確実に離間させることができる。

【0023】

次に、本実施形態における減酸素装置の運転方法について説明する。

【0024】

アノード２に水が接触している条件下で、電圧印加手段１３によりアノード２−カソード３間に電圧を印加すると、アノード２では式（３）の反応に従って水が電気分解され、酸素とプロトンが生成する。

【0025】

２Ｈ_２Ｏ → ４Ｈ^＋＋４ｅ⁻＋Ｏ_２ 式（３）
式（１）の反応で生成したプロトンは、電解質膜４を通してカソード３に運ばれる。そして、カソード３では式（４）の反応に従って、酸素がプロトンによって還元されて水が生成する。

【0026】

Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ → ２Ｈ_２Ｏ 式（４）
こうして、カソード３と接触する減酸素容器１４内の空気中の酸素が消費され、減酸素容器１４内の酸素濃度が反応の進行とともに低減する。

【0027】

上式からわかるように、アノード２での反応には水を必要とし、カソード３では水が生成される。この場合、カソード３で生成した水を、水回収手段１１を通してアノード２に戻すことによって長時間継続して減酸素運転を実施できる。ただし、反応時にカソード３は発熱して温度が上昇するため、カソード３表面からの水の蒸発が起こる。この蒸気を効果的に回収しないと、蒸気が減酸素容器１４内に拡散し、減酸素容器１４内に収納した食品などに付着する。同様に、反応時にアノード２も発熱して温度が上昇するため、アノード２と接する水回収手段１１表面からの水の蒸発が起こり、蒸気は外部に拡散する。

【0028】

本実施形態では、カソードスペーサ９ｃによってカソード集電板７とカソード液体凝縮層８ｃとの間に間隙１５ｃを形成する。間隙１５ｃは空気層を含み、カソードスペーサ９ｃはカソード３と直接接触しないので、カソード３で生成した熱がカソード液体凝縮層８ｃに伝わりにくい。カソードスペーサ９ｃがカソード集電板７よりも低い熱伝導率を有する場合には、さらにカソード３で生成した熱がカソード液体凝縮層８ｃに伝わりにくい。この結果、カソード３に対してカソード液体凝縮層８ｃの温度が低下し、蒸発した蒸気はカソード液体凝縮層８ｃの表面で結露する。結露した水はカソード液体凝縮層８ｃの表面で重力方向の下方へ流下する。カソード液体凝縮層８ｃの表面に撥水処理を施した場合には、結露した水が長時間カソード液体凝縮層８ｃに付着することがなく、速やかに重力方向の下方へ流下する。カソード液体凝縮層８ｃから流下した水は、水受け部１２に蓄積された後、水回収手段１１を通してアノード２に供給される。

【0029】

また、本実施形態では、アノードスペーサ９ａによってアノード集電板６とアノード液体凝縮層８ａとの間に間隙１５ａを形成している。上記と同様に、アノード２に対してアノード液体凝縮層８ａの温度が低下し、蒸発した蒸気はアノード液体凝縮層８ａの表面で結露して流下する。アノード液体凝縮層８ａから流下した水はアノード側に位置する水回収手段１１に吸水され、アノード２に供給される。

【0030】

上述したように、カソード３とカソード液体凝縮層８ｃとの間の間隙１５ｃによって生じる温度勾配により、カソード３から蒸発した蒸気はカソード液体凝縮層８ｃで回収され、蒸気の放出を抑制する。よって、減酸素容器１４内に保存された収納物への水の付着を抑制することが可能となる。カソード液体凝縮層８ｃに撥水処理を施しておくと、凝縮した水が速やかに水受け部１２へ移動するので、凝縮過程におけるカソード液体凝縮層８ｃの表面からの蒸発を最小限に抑えることができる。

【0031】

ここで、間隙１５ａの重力方向（ｙ軸方向）に直交する方向（水平方向、ｘ軸方向）での最小距離をＸ_ａ（ｍｍ）、間隙１５ｃの重力方向に直交する方向での最小距離をＸ_ｃ（ｍｍ）とした時、式（５）、式（６）を満たす最小距離Ｘ_ａ、Ｘ_ｃを満たす間隙を設ける。

【0032】

２．７（ｍｍ）＜Ｘ_ａ 式（５）
２．７（ｍｍ）＜Ｘ_ｃ 式（６）
図３Ａ〜３Ｃは、最小距離Ｘ_ａの限定理由を説明する模式図である。
図３Ａは、アノード２が重力方向（ｙ軸方向）に平行に配置され、かつアノード２に接する領域の水回収手段１１とアノード液体凝縮層８ａが重力方向（ｙ軸方向）に平行に配置されている場合である。この場合、最小距離Ｘ_ａは、アノード２に接する領域の水回収手段１１とアノード液体凝縮層８ａとのｘ軸方向距離で定義される。

【0033】

図３Ｂは、アノード２が重力方向（ｙ軸方向）に対して平行に配置され、かつアノード２に接する領域の水回収手段１１およびアノード液体凝縮層８ａが重力方向（ｙ軸方向）に非平行に配置されている場合である。この場合、最小距離Ｘ_ａは、アノード２に接する領域の水回収手段１１とアノード液体凝縮層８ａとのｘ軸方向距離が最小となる距離で定義される。

【0034】

図３Ｃは、アノード２が重力方向（ｙ軸方向）に対して非平行に配置され、かつアノード２に接する領域の水回収手段１１およびアノード液体凝縮層８ａが重力方向（ｙ軸方向）に非平行に配置されている場合である。この場合、最小距離Ｘ_ａは、アノード２に接する領域の水回収手段１１とアノード液体凝縮層８ａのｘ軸方向距離が最小となる距離で定義される。

【0035】

同様に、カソード最小距離Ｘ_ｃは、アノードで用いた水回収手段１１と液体凝縮層８ａとの関係を、カソード集電板７と液体凝縮層８ｃとの関係にあてはめることにより求めることができる。

【0036】

式（５）、式（６）の下限値は、水の表面張力と重力との関係（ラプラス定数）より一意に決まる値である。下限値未満の場合、液体凝縮層で凝縮した液体が、液体凝縮層の表面張力の影響を受け、間隙内で重力方向に流下せずに壁面に付着してしまう。よって、液体が付着した壁面で蒸発が起こるため、所望の目的を達成できない。これに対して、最小距離Ｘ_ａ、Ｘ_ｃが下限値よりも大きい場合、液体凝縮層で凝縮した水は、間隙内で速やかに重力方向に流下し、液体凝縮層に水が付着することを抑制できる。

【0037】

一方、式（５）、式（６）の上限値は特に限定されないが、アノード液体凝縮層８ａ表面と外気温度との温度差の関係、およびカソード液体凝縮層８ｃ表面の温度と減酸素容器１４内の温度との温度差の関係より決まる。最小距離Ｘ_ａ、Ｘ_ｃが長くなりすぎると、上記の温度差が一定となるため、液体凝縮層における水の凝縮量に変化がなくなる。そこで、減酸素装置を小型化するために、最小距離Ｘ_ａ、Ｘ_ｃを１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下の値にすることが好ましい。

【0038】

上記の式（５）および式（６）を満たすように、間隙１５ａの重力方向に直交する方向の最小距離Ｘ_ａと、間隙１５ｃの重力方向に直交する方向の最小距離Ｘ_ｃを設定することにより、水の外部および減酸素容器内への蒸発の抑制と、減酸素装置の小型化が可能となる。

【0039】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図である。図４の減酸素装置１００は、アノード２、カソード３、および前記アノード２と前記カソード３との間に狭持された電解質膜４を含む膜電極接合体を有する減酸素素子５を有する。減酸素素子５のアノード２の表面に接してアノード集電板６が配置されている。アノード２の外周かつ電解質膜４とアノード集電板６との間にアノードガスケット１０ａが配置されている。減酸素素子５のカソード３の表面に接してカソード集電板７が配置されている。カソード３の外周かつ電解質膜４とカソード集電板７との間にカソードガスケット１０ｃが配置されている。

【0040】

アノード集電板６の周縁部に設けられたアノードスペーサ９ａを介して、アノード集電板６に間隙を隔てて対向するようにアノード液体凝縮層８ａが配置されている。カソード集電板７の周縁部に設けられたカソードスペーサ９ｃを介して、カソード集電板７に間隙を隔てて対向するようにカソード液体凝縮層８ｃが配置されている。アノード液体凝縮層８ａは必ずしも設ける必要はないが、本実施形態では設けている。

【0041】

カソードスペーサ９ｃの重力方向に沿った下部には水受け部１２が設けられ、水受け部１２からアノード側へ延長されてアノード集電板６の表面を覆うように水回収手段１１が設けられている。アノード集電板６とカソード集電板７との間に電圧印加手段１３が接続される。減酸素装置１００は、カソード３が減酸素容器１４内の空気に接するように配置される。

【0042】

アノード液体凝縮層８ａにはアノードフィン２０が取り付けられ、カソード液体凝縮層８ｃにはカソードフィン２１が取り付けられている。アノードフィン２０およびカソードフィン２１にはともに、アルミニウム、銅などの金属材料を用いることができる。

【0043】

アノードフィン２０はアノード液体凝縮層８ａの冷却に寄与し、アノード液体凝縮層８ａにおける蒸気の凝縮を促進する。

【0044】

カソードフィン２１は、カソード液体凝縮層８ｃと接する面に、複数の開口２２を有し、これらの開口２２からカソード２へカソード反応に必要な空気が供給される。カソードフィン２１はカソード液体凝縮層８ｃの冷却に寄与し、カソード液体凝縮層８ｃにおける蒸気の凝縮を促進する。

【0045】

なお、アノードフィン２０とカソードフィン２１からの放熱量を高めるために、その材質として金属を用いる場合、金属イオンが溶出するおそれがある。金属イオンがアノード２、カソード３、および電解質膜４に混入した場合、これらの部材が著しく劣化する。

【0046】

本実施形態では、アノードスペーサ９ａによってアノード液体凝縮層８ａとアノード２との間に間隙１５ａを形成し、カソードスペーサ９ｃによってカソード液体凝縮層８ｃとカソード３との間に間隙１５ｃを形成している。よって、金属イオンが、アノードフィン２０からアノード液体凝縮層８ａへ、カソードフィン２１からカソード液体凝縮層８ｃへそれぞれ溶出したとしても、さらに金属イオンがアノード２またはカソード３に混入するのを抑制することができる。

【0047】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る減酸素装置を示す構成図である。図５の減酸素装置２００は、アノード２、カソード３、および前記アノード２と前記カソード３との間に狭持された電解質膜４を含む膜電極接合体を有する減酸素素子５を有する。減酸素素子５のアノード２の表面に接してアノード集電板６が配置されている。アノード２の外周かつ電解質膜４とアノード集電板６との間にアノードガスケット１０ａが配置されている。減酸素素子５のカソード３の表面に接してカソード集電板７が配置されている。カソード３の外周かつ電解質膜４とカソード集電板７との間にカソードガスケット１０ｃが配置されている。

【0048】

アノード集電板６の周縁部に設けられたアノードスペーサ９ａを介して、アノード集電板６に間隙を隔てて対向するようにアノード液体凝縮層８ａが配置されている。カソード集電板７の周縁部に設けられたカソードスペーサ９ｃを介して、カソード集電板７に間隙を隔てて対向するようにカソード液体凝縮層８ｃが配置されている。アノード液体凝縮層８ａは必ずしも設ける必要はないが、本実施形態では設けている。

【0049】

カソードスペーサ９ｃの重力方向に沿った下部には水受け部１２が設けられ、水受け部１２には水回収手段１１が接続され、水回収手段１１は減酸素容器１４の外部に設けられた排水ドレインへと導かれる。これにより、カソード液体凝縮層８ｃで凝縮した水は水受け部１２に溜まり、水回収手段１１を通して減酸素容器１４の外部へ放出される。

【0050】

アノード集電板６の表面を覆うようにアノード給水手段３０が設けられ、アノード給水手段３０は給水タンク３１に接続されている。アノード給水手段３０は給水タンク３１内の水を吸い上げて、アノード２に水を供給する。アノード給水手段３０にはセルローススポンジなどの吸水性多孔体を用いることができる。

【0051】

環境中に十分な水が存在し、その水をアノード２に供給できる状況で減酸素装置２００を運転する場合、カソード側の水受け部１２で回収した水をアノード２に戻す必要はない。図５では、給水タンク３１に十分な水があることを想定しており、給水タンク３１の水をアノード給水手段３０からアノード２へ輸送する。この場合、減酸素容器１４内に水蒸気が排出されるのを抑制することのみが重要である。本実施例では、カソード液体凝縮膜８ｃによってカソード３で発生した蒸気を凝縮させ、凝縮水を水回収手段１１から減酸素容器１４外部へ排出させることにより、減酸素容器１４内に水蒸気が排出されるのを抑制できる。

【0052】

（第４の実施形態）
図６は、図１の減酸素装置１を野菜室の領域に搭載した冷蔵庫３００の正面図である。この冷蔵庫３００では、減酸素装置１により野菜室内に収納した野菜等に水が付着することを抑制できる。

【0053】

（実施例）
本実施例では、アノードスペーサによりアノード集電板を覆う水回収手段に対して間隙を隔ててアノード液体凝縮層を配置した図１の減酸素装置、およびカソードスペーサによりカソード集電板に対して間隙を隔ててカソード液体凝縮層を配置した図１の減酸素装置を作製して実験を行った。減酸素装置の仕様は以下のとおりである。

【0054】

膜電極接合体：市販のカーボンペーパー上にＩｒＯ_２触媒を塗布して形成したアノード触媒層と、市販のカーボンペーパー上にＰｔ／Ｃ触媒を塗布して形成したカソード触媒層との間に、フッ素系固体高分子膜であるナフィオン（デュポン社、登録商標）を挟持させた。

【0055】

アノード集電板：チタン板に、重力方向に長いスリットを複数本設け、開口率６０％とした。

【0056】

カソード集電板：チタン板に、重力方向に長いスリットを複数本設け、開口率６０％とした。

【0057】

水回収手段：親水処理を施した厚さ０．２ｍｍの吸水性不織布を用い、水受け部からアノード集電板のスリットを通してアノードまで延長した。

【0058】

アノード液体凝縮層：厚さ０．３ｍｍの撥水性多孔質膜を用いた。

【0059】

カソード液体凝縮層：厚さ０．３ｍｍの撥水性多孔質膜を用いた。

【0060】

アノードスペーサ：シリコーンゴムを用い、水回収手段とアノード液体凝縮層との間の距離をＸ_ａとした。

【0061】

カソードスペーサ：シリコーンゴムを用い、カソード集電板とカソード液体凝縮層との間の間隙距離をＸ_ｃとした。

【0062】

運転条件：電流１．８Ａ、２．４Ａ、３．０Ａの３条件とし、アノード液体凝縮層およびカソード液体凝縮層へ強制送風することなく、自然対流のみの条件で運転した。

【0063】

アノードスペーサを用い、水回収手段とアノード液体凝縮層との間に間隙を設けた場合を実施例１とした。アノードスペーサを用いず、アノード液体凝縮層と水回収手段とを接触させた場合を比較例１とした。

【0064】

アノード液体凝縮層の外側表面と、前記アノード集電板表面の水回収手段からｘ方向に−２００ｍｍ離れた外気中（外気代表温度）に熱電対を設けて温度を測定した。水回収手段からｘ方向に−２００ｍｍ離れた外気中（外気代表温度）の温度は２６℃一定であった。アノード液体凝縮層の外側表面の温度と外気温度との差ΔＴ_ａの大きさは、液体凝縮層から外気へと放出される蒸気量と正の相関があることを想定している。

【0065】

カソードスペーサを用い、カソード集電板とカソード液体凝縮層との間に間隙を設けた場合を実施例２とした。カソードスペーサを用いず、カソード液体凝縮層とカソード集電板とを接触させた場合と比較例２とした。

【0066】

カソード液体凝縮層の減酸素容器側表面と、カソード集電板からｘ方向に＋２００ｍｍ離れた減酸素容器中（減酸素容器代表温度）に熱電対を設けて温度を測定した。カソード集電板からｘ方向に＋２００ｍｍ離れた減酸素容器中（減酸素容器代表温度）の温度は、２６℃一定であった。カソード液体凝縮層の外側表面の温度と減酸素容器内温度との差ΔＴ_ｃの大きさは、液体凝縮層から減酸素容器へ放出される蒸気量と正の相関があることを想定している。

【0067】

図７ＡにＸ_ａとΔＴ_ａとの関係を示す。図７ＢにＸ_ｃとΔＴ_ｃとの関係を示す。

【0068】

図７Ａにおいて、Ｘ_ａ＝０ｍｍが比較例１の結果である。比較例１では１２〜１６℃の温度差が生じ、その温度における水蒸気圧の差によって水の蒸発が起こっていることが確認された。実施例１ではＸ_ａの増加とともに温度差ΔＴ_ａが減少し、水蒸気の蒸発を抑制できていることが確認された。Ｘ_ａ＝５０ｍｍ以上でΔＴ_ａは一定であり、水蒸気の蒸発の抑制効果に差はなかった。

【0069】

図７Ｂにおいて、Ｘ_ｃ＝０ｍｍが比較例２の結果である。比較例２では１７〜２１℃の温度差が生じ、その温度における水蒸気圧の差によって水の蒸発が起こっていることが確認された。実施例２ではＸ_ｃの増加とともに温度差ΔＴ_ｃが減少し、水蒸気の蒸発を抑制できていることが確認された。Ｘ_ｃ＝５０ｍｍ以上でΔＴ_ｃは一定であり、水蒸気の蒸発の抑制効果に差はなかった。

【0070】

以上のことから、間隙１５ａを設けることで、アノード液体凝縮層から外部への水の蒸発を抑制できる効果が確認された。また、間隙１５ｃを設けることで、カソード液体凝縮層から減酸素容器への水の蒸発を抑制できることが確認された。

【0071】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0072】

１、１００、２００…減酸素装置、２…アノード、３…カソード、４…電解質膜、５…減酸素素子、６…アノード集電板、７…カソード集電板、８ａ、８ｃ…液体凝縮層、９ａ、９ｃ…スペーサ、１０ａ、１０ｃ…ガスケット、１１水回収手段、１２水受け部、１３電圧印加手段、１４減酸素容器、１５ａ、１５ｃ…間隙、２０、２１…フィン、２２…開口、６０、７０…開口部、３００…冷蔵庫。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】