特許 6121839 減酸素装置

(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】6121839

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】減酸素装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20170417BHJP

   C25B 9/00 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/22

   C25B9/00 A

【請求項の数】9

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-163426(P2013-163426)

(22)【出願日】2013年8月6日

(65)【公開番号】特開2015-29978(P2015-29978A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年6月13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】100076314

【弁理士】

【氏名又は名称】蔦田 正人

(74)【代理人】

【識別番号】100112612

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲士

(74)【代理人】

【識別番号】100112623

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 克幸

(74)【代理人】

【識別番号】100124707

【弁理士】

【氏名又は名称】夫 世進

(74)【代理人】

【識別番号】100059225

【弁理士】

【氏名又は名称】蔦田 璋子

(72)【発明者】

【氏名】及川 巧

(72)【発明者】

【氏名】品川 英司

(72)【発明者】

【氏名】兼坂 尚宏

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２００５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６７８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６４１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１１１８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５７２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１９６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２８７８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｆ２５Ｄ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、
前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素室へ通じるカソードと、
前記アノードに通電するアノード集電体と、
前記カソードに通電するカソード集電体と、
とを有する減酸素セルと、
前記アノード側に設けられ、前記アノードに水を供給する粉体又は粒体の吸水剤を含む給水体と、
を有し、
前記給水体の前記吸水剤は、坦体に坦持され、
前記坦体に金属が含まれている、
減酸素装置。

【請求項2】

前記坦体が複数組み合わされて、前記坦体の間に空気の流通路が形成されている、
請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項3】

前記流通路から流れ出る空気の方向に、前記減酸素セルが設けられている、
請求項２に記載の減酸素装置。

【請求項4】

シート状の前記坦体が、金属箔を含んでいる、
請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項5】

前記吸水剤が、シリカゲルである、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の減酸素装置。

【請求項6】

前記坦体は、シート状であって、前記給水体が前記坦体の両面に坦持されている、
請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項7】

前記給水体は、シート状の前記坦体が積層されている、
請求項１に記載の減酸素装置。

【請求項8】

空気の流通路が、積層されたシート状の前記坦体の間に形成されている、
請求項７に記載の減酸素装置。

【請求項9】

前記坦体が、紙である、
請求項６に記載の減酸素装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、減酸素装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、ＣＡ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）貯蔵方法には、食品業界で多く用いられているガス置換方法、減圧することで酸素を低減する真空方法、高分子電解質膜を用いてＣＡ貯蔵室の酸素を減少させる高分子電解質方法、酸素吸着剤を用いる吸着方法などがある。

【0003】

ガス置換方法は、窒素や炭酸ガスに代表されるガスを空気に置き換えて貯蔵するもので、食品や野菜の流通過程での鮮度維持のために広く用いられている。

【0004】

真空方法は、食品の酸化を防ぐために酸素を減らす方法として減圧する方法であり、性能が真空度と相関するため貯蔵容器の強度や真空ポンプの能力が必要であり、比較的大きな装置となる。

【0005】

酸素吸着剤を用いた方法もガス置換方法と同様に菓子類などの流通過程で広く用いられているが、吸着剤が吸着破過すると効果が無くなり寿命が短い。

【0006】

高分子電解質膜方法は、アノードで水を電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが高分子電解質膜内を移動してカソードに到達し、減酸素室内の酸素と反応して水を生成することで、酸素を消費する。そのため、圧力変化が少なく減酸素室の強度が余り必要ないというメリットがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−２１８９２４号公報

【特許文献2】特開平９−２８７８６９号公報

【特許文献3】特開平６−１８４２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、高分子電解質膜方法においては、アノードへ供給する水に不純物が含まれていると、水中のイオンコンタミ成分が高分子電解質膜の中で反応を起こし、高分子電解質膜の性能を劣化させる。そのため、水は、純水、イオン交換水である必要があり、例えば、水道水をイオン交換して供給しなければならないという問題点があった。

【0009】

また、ユーザが、減酸素装置のタンクに水を補給するためには、このタンクは補給し易い場所に設置する必要があり、減酸素装置の設計上の制限となるという問題点があった。

【0010】

そこで、本発明の実施形態は上記問題点に鑑み、ユーザが水を供給することなく、イオンコンタミ成分のない純水を供給できる減酸素装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施形態の減酸素装置は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素室へ通じるカソードと、前記アノードに通電するアノード集電体と、前記カソードに通電するカソード集電体と、とを有する減酸素セルと、前記アノード側に設けられ、前記アノードに水を供給する粉体又は粒体の吸水剤を含む給水体と、を有し、前記給水体の前記吸水剤は、坦体に坦持され、前記坦体に金属が含まれている、減酸素装置である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態の減酸素装置の拡大縦断面図。

【図2】減酸素セルの分解斜視図。

【図3】給水体の斜視図。

【図4】給水体の正面から見た拡大部分図。

【図5】図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図6】シリカゲルの吸水量を表すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、一実施形態の減酸素装置１０について図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態の減酸素装置１０は、減酸素室１２と、高分子電解質膜方法を利用した減酸素セル１４を有している。なお、本実施形態の減酸素装置１０の使用例としては、例えば、食品の貯蔵庫、家庭用冷蔵庫の内部に減酸素室１２を設け、この減酸素室１２内部を減酸素する減酸素装置１０として用いる。

【0014】

減酸素装置１０について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、減酸素装置１０の縦断面図であり、図２は減酸素セル１４の分解斜視図である。なお、図１及び図２において、各部材の厚みは薄いものであるが、説明を判り易くするために、その厚みを拡大して記載している。

【0015】

高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」という）１６が縦方向に設けられ、電解質膜１６の後部にはアノード１８が設けられ、電解質膜１６の前部にはカソード２０が設けられている。カソード２０は、カーボン触媒とカーボンペーパーを積層したものである。また、アノード１８とカソード２０には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜１６、アノード１８及びカソード２０がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード１８の後方にはアノード集電体２２が設けられ、カソード２０の前方にはカソード集電体２４が設けられている。両集電体２２，２４は、表面に白金メッキを行なったメッシュ状のチタン膜であり、アノード集電体２２はアノード１８にプラス通電を行い、カソード集電体２４はカソード２０にマイナス通電を行う。両集電体２２，２４は電線２６，２８から通電される。また、両集電体２２，２４が接触しないようにするために、絶縁体３０が両集電体２２，２４の間に設けられている。この絶縁体３０は額縁状であって、電解質膜１６とアノード１８とカソード２０がその内部に収納されている。

【0016】

上記のようにして順番に積層した減酸素セル１４を、前後一対の固定部材３２と固定部材３４によって挟持してネジ５０で固定する。

【0017】

まず、カソード２０側に取り付けられる固定部材３２は、図２に示すように、直方体を成し、縦方向にスリット状の通気孔３６が複数開口している。図１に示すように、この固定部材３２の後部側に減酸素セル１４が取り付けられ、前側に減酸素室１２が取り付けられる。なお、減酸素室１２の後面には、図１に示すように、通気孔３６に通じる開口部３８が開口している。

【0018】

次に、アノード１８側に取り付けられる固定部材３４について説明する。固定部材３４は箱型をなし、その内部に収納室４３が設けられ、固定部材３４の前面には横方向の通気孔４０が複数開口し、後面は開口し、この後面には、着脱自在に板状の蓋４２が取り付けられる。固定部材３４の両側面には縦方向に延びた通気孔４４がそれぞれ複数開口している。

【0019】

固定部材３４内の収納室４３の底部前方には、板状のヒータ４６が配され、また、底部にはヒータ４６と接するように直方体の給水体４８が載置されている。給水体４８については後から詳しく説明する。

【0020】

減酸素室１２、固定部材３２、減酸素セル１４、箱型の固定部材３４は複数のネジ５０によって互いに固定される。

【0021】

次に、給水体４８の構造について図１〜図４に基づいて説明する。

【0022】

給水体４８は、図３に示すように、段ボール原紙と同様に、シート状のライナー５２と中芯５４とライナー５２とを順番に積層して直方体をなしている。図４の拡大図に示すように、２枚のシート状のライナー５２，５２の間に、断面波状に形成されたシート状の中芯５４が挟持されて固定されている。

【0023】

図４に示すように、中芯５４は三層構造であり、金属箔（例えばアルミ箔）５６の両側を紙５８，５８でラミネートしている。中芯５４の両側面の紙５８，５８には、粉体又は粒体の吸水剤６４が全面に担持されている。吸水剤６４としては、例えば粉体のＡ型のシリカゲルを用いる。この担持方法としては、例えば、中芯５４の紙５８，５８の全面に糊を塗布し、その上に粉体又は粒体の吸水剤６４を全面に吹き付ける。

【0024】

図４に示すように、ライナー５２も同様に三層構造であり、金属箔６０の両側を紙６２，６２でラミネートしている。ライナー５２の両側面の紙６２，６２にも粉体又は粒体の吸水剤６４が全面に担持されている。図３に示すように、坦持方法としては、例えば、ライナー５２の紙６２，６２の全面に糊を塗布し、その上に粉体又は粒体の吸水剤６４を全面に吹き付ける。

【0025】

これにより、本実施形態では給水体４８のライナー５２と中芯５４が、粉体又は粒体の吸水剤６４の担体となる。このようにして形成された直方体状の給水体４８が、図１と図２に示すように、固定部材３４内の収納室４３の底部に載置され、この載置された両側に通気孔４４，４４がある。そして、図１に示すように、給水体４８を設置後、蓋６２を取り付ける。

【0026】

次に、減酸素装置１０の動作状態について説明する。図１、図５に示すように、給水体４８から水蒸気が通気孔４０と通りアノード１８に供給される。一方、図１に示すように、減酸素室１０２の空気が、開口部３８、固定部材３２の通気孔３６を経て減酸素セル１４に供給され、両集電体２２，２４が通電されているため、流入した空気から減酸素が行われ、減酸素室１０２内部の酸素が減少する。アノード１８とカソード２０では次の式（１）と式（２）のような減酸素反応が行なわれる。

【0027】

アノード・・・２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ ・・・（１）

カソード・・・Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ ・・・（２）

この式（１）と式（２）の減酸素反応式を説明すると、給水体４８から水蒸気が供給され、アノード１８で電気分解してプロトン（水素イオン）を作り、そのプロトンが電解質膜１６内を移動してカソード２０に到達し、減酸素室１２内部の酸素と反応して水を生成し、酸素を消費する。これにより、減酸素室１２内部において減酸素が行われる。

【0028】

次に、給水体４８がどのように水蒸気を供給するかについて図３〜図６に基づいて説明する。固定部材３４の一側面にある通気孔４４から空気が流入し、給水体４８内部の空気の流通路６６を通過し、その際に吸水剤６４が空気から吸水を行い、かつ、水の放出を行う。そして、空気は固定部材３４の他方の側面にある通気孔４４から流れ出る。一方、水蒸気は、給水体４８の両側部から上方に流れ、通気孔４０からアノード１８に至り、水蒸気を供給する。

【0029】

上記したように、粉体のＡ型のシリカゲルからなる吸水剤６４が、空気中の水分を吸水して、放出する。このときに、吸水剤６４は、空気中の水分から水を給水するためにイオンコンタミ成分のない純水を放出できる。

【0030】

また、粉体又は粒体の吸水剤６４を用いるのは、その表面積が大きいほど吸水量と吸水速度が早くなるためである。図６のグラフに示すように、吸水剤６４の直径が５〜１０ｍｍであると、吸水量が２時間で１０ｗｔ％、５時間で１６ｗｔ％である。これに対し、より直径が小さい粉体のシリカゲル（粒子径が、数１００μｍ〜１ｍｍ）であると、吸水量が２時間で１８ｗｔ％、５時間で３４ｗｔ％となり、ほぼ２倍の吸水量となる。

【0031】

また、図３に示すように、吸水剤６４をライナー５２や中芯５４などのシート状の担体に担持していることにより、給水体４８を自由な形状で、その収納する部分に応じて作ることができる。そのため、給水体４８は、直方体に限らず、他の形状に形成できる。

【0032】

また、図３に示すように、シート状の担体の全面に粉体又は粒体の吸水剤６４を担持しているため、表面積を増やすことができ、空気の流通がより可能となり、水の吸水及び放出を促進できる。

【0033】

また、図３と図４に示すように、本実施形態では、段ボールの原紙のように、ライナー５２と波状の中芯５４との間に空気が流れる流通路６６が形成されている。これにより、給水体４８の内部まで空気が入り込み、ライナー５２と中芯５４の全面に坦持されている吸水剤６４全体を有効利用できる。

【0034】

また、図４に示すように、ライナー５２及び中芯５４には、その内部に金属箔５６，６０が内蔵されているため、減酸素セル１４の発熱及びヒータ４６からの熱を給水体４８全体に伝え易く、給水体４８からの水の放出をより促進できる。

【0035】

また、紙５８と金属箔５６の三層構造のライナー５２と、紙６２と金属箔６０の三層構造の中芯５４であるため、シート状の金属箔５６，６０によってライナー５２と中芯５４全体に熱を伝えることができ、しかも金属箔５６，６０は表面に露出しないため、吸水剤６４を担持させる工程が簡単となる。

【0036】

吸水剤６４として粉体のＡ型シリカゲルを用いているため、材料が安価であり、低温で水分を放出でき、放出時に使用するエネルギーを少なくできる。なお、Ａ型シリカゲルとは、ＪＩＳによって規格されたものである。

【0037】

本実施形態によれば、減酸素装置１０のアノード１８側へイオンコンタメのない純水を供給でき、また、ユーザが水をタンクなどに供給する必要もない。

【0038】

また、給水体４８は、様々な形状に形成できるため、減酸素セル１４を作る場合に設計上の制限となることもない。

【0039】

また、粉体又は粒体の吸水剤６４であるため、吸水をより促進できる。

【0040】

また、粉体又は粒体の吸水剤６４をシート状の担体（ライナー５２、中芯５４）に担持させるだけであるため、給水体４８を容易に形成できる。

【0041】

また、シート状の担体（ライナー５２、中芯５４）に粉体又は粒体の吸水剤６４を担持しているので、表面積を増やすことができ、空気の流通がより可能となり、水の吸水及び放出を促進できる。

【0042】

また、給水体４８を、ライナー５２と中芯５４を積層した形状にするため、空気の流通路６６を形成でき、給水体４８の内部まで空気が入り込み、ライナー５２と中芯５４の全面に坦持されている吸水剤６４全体を有効利用できる。

【0043】

また、シート状の担体（ライナー５２、中芯５４）内部には、金属箔５６と金属箔６０がそれぞれ含まれているため、給水体４８全体に熱を容易に伝えることができる。

【0044】

また、シート状の金属箔５６、金属箔６０がライナー５２と中芯５４に内蔵されているため、ライナー５２と中芯５４全体に熱を均一に伝えることができる。

【0045】

また、吸水剤６４としてＡ型のシリカゲルを用いているため、材料自体が安価であり、低温で水分を放出でき、放出時に使用するエネルギーを少なくできる。

【0046】

上記実施形態では、給水体４８の空気の流れとは直交する上方に通気孔４０を設けていたが、これに限らず、空気が流れる方向に減酸素セル１４のアノード１８を設けてもよい。これにより、より水蒸気がアノード１８に到達し易くなる。

【0047】

また、上記実施形態ではシリカゲルで吸水剤６４を形成したが、これに限らずゼオライトでもよい。なお、塩化カルシウムのような水分を含むとその状態を保持する不可逆性のものは適さない。

【0048】

また、上記実施形態では、紙５８、紙６２に吸水剤６４を担持させたが、これに限らず不織布、セラミック多孔質体、メッシュ状の金属などに担持させてもよい。

【0049】

また、減酸素セル１４の放熱が充分である場合には、給水体４８を加熱するヒータ４６を設ける必要がない。

【符号の説明】

【0050】

１０・・・減酸素装置、１２・・・減酸素室、１４・・・減酸素セル、１６・・・電解質膜、１８・・・アノード、２０・・・カソード、２２・・・アノード集電体、２４・・・カソード集電体、３０・・・絶縁体、３２・・・固定部材、３４・・・固定部材、４６・・・ヒータ、４８・・・給水体、５２・・・ライナー、５４・・・中芯、５６・・・金属箔、５８・・・紙、６０・・・金属箔、６２・・・紙、６４・・・吸水剤、６６・・・流通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】