JPH08164319A - 除湿素子 - Google Patents

除湿素子

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JPH08164319A
JPH08164319A JP6307447A JP30744794A JPH08164319A JP H08164319 A JPH08164319 A JP H08164319A JP 6307447 A JP6307447 A JP 6307447A JP 30744794 A JP30744794 A JP 30744794A JP H08164319 A JPH08164319 A JP H08164319A
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JP
Japan
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anode
dehumidifying element
solid polymer
electrolyte membrane
polymer electrolyte
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JP6307447A
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English (en)
Inventor
Mitsuyuki Imaizumi
泉 三 之 今
Shiro Yamauchi
内 四 郎 山
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OPT D D MELCO LAB KK
Optec Dai Ichi Denko Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
OPT D D MELCO LAB KK
Optec Dai Ichi Denko Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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  • Drying Of Gases (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陽極と陰極との間に固体高分子電解質膜が挟
持された除湿素子の初期駆動特性を改善すると共に、除
湿素子の陽極からの金属イオンの溶出によって固体高分
子電解質膜が損傷することを防止する。 【構成】 除湿素子の陽極1を形成する多孔質基材11
にシリカゲルなどの親水性酸化物を担持させることによ
り、その多孔質基材11の吸湿性を高めて固体高分子電
解質膜3の湿潤を促し、また、その多孔質基材11を白
金めっきしたチタン繊維で形成することによって、その
白金めっきの皮膜に生じた微小な孔からの金属イオンの
溶出を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質膜を
用いた除湿素子に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の除湿素子は、図3に示すよう
に、水を電気分解して酸素を発生する陽極1と、水を発
生して酸素を消費する陰極2との間に、水素分離膜とな
る固体高分子電解質膜3が挟持された基本構造になって
いる(特開昭61−216714号公報)。なお、図
中、4は集電体、5は除湿室、6は陽極1と陰極2との
間に直流電圧を印加する外部電源、7は除湿素子全体を
陽極1側と陰極2側の両方から挟持する押え板、8およ
び9はその押え板7を締め止めるボルトおよびナットで
ある。
【0003】陽極1と陰極2は、固体高分子電解質膜3
の表面に一部を食い込ませた多孔質基材で成り、その多
孔質基材は、触媒層となる白金をめっきしたステンレス
繊維で成形されている。この両極間に外部電源6から直
流電圧を印加すると、陽極1では、水が電気分解されて
次式(1)の反応が起こり、除湿室5内の湿度が低下す
る。 2H2 O → O2 +4H+ +4e- ・・・・・・(1) そして、このとき発生するプロトン(H+ )が、陽極1
側から固体高分子電解質膜3を通じて陰極2側に移行
し、また、電子(e- )が、外部電源6の回路を通じて
陰極2に達するので、陰極2では、次式(2)の反応が
起こり、酸素を消費して水が発生する。 O2 +4H+ +4e- → 2H2 O ・・・・・・(2) また、陽極1側からは、プロトン(H+ )と共に平均3
分子程度の水が陰極2側へ移行するので、除湿室5の湿
度効果が更に高められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体高分子
電解質膜3としては、撥水性のパーフルオロカーボン基
と親水性のスルホン基が結合したナフィオン(Nafion)
−117 (デュポン社の登録商標)などを用いているが、
その素材は吸湿性が充分でない。このため、除湿素子を
駆動させる初期段階において、固体高分子電解質膜3の
表面が湿潤するまで充分な動作を示さず、水の電気分解
による除湿動作が円滑に進行しないので、初期駆動特性
にバラツキを生ずるという欠点があった。また、陽極1
のステンレス繊維にめっきする白金めっきは、膜厚が数
μm以下であり、そのめっき工程において微小な孔が生
ずることは避けられないから、陽極1と陰極2との間に
直流電圧が印加されると、陽極1のステンレス繊維から
クロムやニッケル,鉄などの金属イオンが溶出して固体
高分子電解質膜3を損傷するおそれがあった。そこで本
発明は、除湿素子の初期駆動特性を改善すると共に、陽
極からの金属イオンの溶出による固体高分子電解質膜の
損傷を確実に防止することを技術的課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、水を電気分解して酸素を発生する陽極
と、水を発生して酸素を消費する陰極との間に、水素分
離膜となる固体高分子電解質膜が挟持された除湿素子に
おいて、その初期駆動特性を改善するために、陽極を形
成する多孔質基材にシリカゲルやゼオライトあるいは活
性アルミナなどの親水性酸化物を担持させるか、又は固
体高分子電解質膜の陽極側の表面に親水性酸化物を塗着
させることを特徴としている。また、陽極からの金属イ
オンの溶出による固体高分子電解質膜の損傷を防止する
ために、陽極の多孔質基材を白金めっきしたチタン繊維
で形成している。
【0006】
【作用】本発明によれば、陽極を形成する多孔質基材に
担持された親水性酸化物、又は固体高分子電解質膜の陽
極側表面に塗着された親水性酸化物によって、陽極への
吸湿性が高められ、その吸湿効果により固体高分子電解
質膜が充分に湿潤して、除湿素子の初期駆動時において
も水の電気分解による除湿動作が円滑に行われ、初期駆
動特性が著しく安定する。。また、陽極の多孔質基材を
白金めっきしたチタン繊維で形成すれば、チタンは強固
で緻密な酸化皮膜を形成し、ステンレスよりも耐蝕性が
優れているから、白金めっきの皮膜に生じた微小孔から
金属イオンが溶出して固体高分子電解質膜を損傷するお
それもなくなる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって具体的
に説明する。図1は本発明の第一実施例を示す図、図2
はその第二実施例を示す図である。
【0008】図1に示す第一実施例の除湿素子は、陽極
1の多孔質基材11が白金めっきしたステンレス繊維又
はチタン繊維で形成されると共に、その多孔質基材11
に親水性酸化物が担持されている。親水性酸化物として
は、吸湿性の優れたシリカゲルやアルミノシリケートの
含水金属塩であるゼオライト、活性アルミナ、ムライ
ト、ジルコニア、あるいはマグネシアなどの微粉末が用
いられ、その微粉末をステンレス繊維やチタン繊維に白
金めっきする電気めっき浴に分散させて、白金めっきの
皮膜中に共析させる。すなわち、陽極1の多孔質基材1
1を形成するステンレス繊維やチタン繊維に白金めっき
する電気めっき浴に親水性酸化物の微粒子を分散させ
て、白金めっきの皮膜中にその微粒子の分散相を含む複
合皮膜を形成する分散めっき法により、図1に点描で示
すように、陽極1の多孔質基材11全体にわたって親水
性酸化物を担持させる。なお、陰極2の多孔質基材1
1’も、陽極1の多孔質基材11と同様に白金めっきし
たステンレス繊維又はチタン繊維で形成され、それら多
孔質基材11および11’間に固体高分子電解質膜3が
挟持されている。
【0009】以上が、除湿素子の基本的な構成であり、
次に、除湿性能評価のために試作した除湿素子の具体的
な構成例とその性能評価について説明する。陽極1の多
孔質基材11と陰極2の多孔質基材11’は、いずれも
白金めっきしたチタン繊維で厚さ 0.2mmに形成した。な
お、白金めっきの厚さは13μmである。また、陽極1
に担持させる親水性酸化物としては、粒径3〜5μmの
KA型ゼオライト微粉末を用い、それを白金めっきの電
気めっき浴中にめっき浴1リットル当たり100〜20
0g添加して、多孔質基材11を形成するチタン繊維の
表面に容積比で白金9部:KA型ゼオライト微粉末1部
の分散めっき皮膜を形成した。
【0010】固体高分子電解質膜3としては、従来と同
様にナフィオン−117を用い、それを多孔質基材11
および11’間に挟んで190℃、50Kgf /cm2 の成
形圧力でホットプレスして、その電解質膜3の両面に夫
々多孔質基材11と多孔質基材11が食い込んだ食い込
み部12および12’を形成した。なお、多孔質基材1
1および11’と固体高分子電解質膜3の面積はいずれ
も100mm×100mmに選定し、固体高分子電解質
膜3の厚さは180μm、食い込み部12および12’
の深さは夫々170μmにした。
【0011】上記仕様の除湿素子を20例用意し、夫々
を内容積40リットルの容器の一部に取り付けて、外部
電源6により3Vの直流電圧を印加した性能試験によれ
ば、室温30℃で容器内相対湿度80%の初期駆動状態
から、5時間後にはその相対湿度が30%以下に低下
し、従来のものと全く遜色ない除湿性能が得られた。ま
た、前記除湿素子に直流電圧3Vを印加したまま室温で
1年間放置した後、改めて室温30℃で容器内相対湿度
80%に加湿し、その除湿性能を評価したところ、5時
間後の容器内相対湿度は30%以下に低下しており、従
来のものとは違って経年変化による性能劣化は全く認め
られなかった。これは、チタン繊維で形成した陽極1か
ら固体高分子電解質膜3に損傷を与える金属イオンが溶
出しないからであり、実際に電子線マイクロアナライザ
を用いて固体高分子電解質膜3の断面を検査しても、金
属イオンによる損傷は全く認められなかった。
【0012】更に、前記除湿素子は、20例すべてが、
初期駆動状態においても正常な除湿性能を示し、従来の
ような初期駆動特性のバラツキが全く認められなかっ
た。これは、陽極1に担持された親水性酸化物のゼオラ
イトによって陽極1の吸湿性が高められ、除湿素子の駆
動初期においても固体高分子電解質3が充分な動作特性
を発揮し得るほど湿潤していることによる。なお、陽極
1の白金めっきの皮膜中に親水性酸化物の微粒子を分散
させる方法は、分散めっき以外にも、所定の容積比の白
金と親水性酸化物の混合粉末の溶射や、スパッタリング
などがある。
【0013】また、親水性酸化物は、陽極1を形成する
多孔質基材11に担持させる場合に限らず、図2の第二
実施例に示すように、その多孔質基材11を食い込ませ
る固体高分子電解質3の陽極1側表面に塗着しても良
い。すなわち、図2に示す除湿素子は、例えば市販のパ
ーフルオロカーボン・スルフォン酸溶液中に容積比で1
0〜20%の親水性粉末の粒子を分散させ、これを固体
高分子電解質3の陽極1側表面に塗布した後、白金めっ
きしたチタン繊維から成る陽極1の多孔質基材11を固
体高分子電解質3に食い込ませるようにホットプレスし
て、その食い込み部12が親水性酸化物で形成されてい
る。この除湿素子も、図1の除湿素子と同様に初期駆動
時において安定な除湿性能を示した。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、吸湿性の高い親水性酸
化物が、陽極を形成する多孔質基材に担持され、又は固
体高分子電解質膜の陽極側表面に塗着されることによっ
て、除湿素子の初期駆動時においても水の電気分解によ
る除湿動作が円滑に行われるので、初期駆動特性にバラ
ツキを生ずるという欠点が解消される。また、陽極の多
孔質基材を白金めっきしたチタン繊維で形成すれば、そ
の白金めっきの皮膜に生じた微小な孔から金属イオンが
溶出して固体高分子電解質膜を損傷するおそれもなくな
り、長期間にわたって安定した駆動特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す除湿素子の断面図。
【図2】本発明の第二実施例を示す除湿素子の断面図。
【図3】従来の除湿素子を示す断面図。
【符号の説明】
1・・・陽極 2・・・陰極 3・・・固体高分子電解質膜 11・・・陽極を形成する多孔質基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今 泉 三 之 東京都東久留米市八幡町一丁目2番9号 株式会社オプテックディディ・メルコ・ラ ボラトリー内 (72)発明者 山 内 四 郎 尼崎市塚口本町8−1−1 三菱電機株式 会社伊丹製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水を電気分解して酸素を発生する陽極
    (1)と、水を発生して酸素を消費する陰極(2)との
    間に、水素分離膜となる固体高分子電解質膜(3)が挟
    持された除湿素子において、前記陽極(1)を形成する
    多孔質基材(11)に親水性酸化物が担持されていること
    を特徴とする除湿素子。
  2. 【請求項2】 前記多孔質基材(11)にめっきする白金
    めっきの皮膜中に、親水性酸化物の微粒子が分散して担
    持されている請求項1記載の除湿素子。
  3. 【請求項3】 前記多孔質基材(11)が、白金めっきし
    たチタン繊維で形成されている請求項1又は2記載の除
    湿素子。
  4. 【請求項4】 水を電気分解して酸素を発生する陽極
    (1)と、水を発生して酸素を消費する陰極(2)との
    間に、水素分離膜となる固体高分子電解質膜(3)が挟
    持された除湿素子において、前記固体高分子電解質膜
    (3)の前記陽極(1)側表面に親水性酸化物が塗着さ
    れていることを特徴とする除湿素子。
JP6307447A 1994-12-12 1994-12-12 除湿素子 Pending JPH08164319A (ja)

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