JPH0923969A - 炊飯保温器用電気化学気体ポンプおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コンパクトで効率的な気体ポンプ
の提供。 【構成】 電極２、３が形成された、複数の単電解槽１
は、板状の固体電解質１で有り、実質上並行に配列さ
れ、それら複数の単電解槽１は、電気的に並列接続さ
れ、それら複数の単電解槽１は、基体５の中にその一部
が収納され、それら複数の単電解槽１間の隙間はセパレ
ータ４によって部分的に覆われ、そのセパレータ４と前
記基体５によって、前記基体５内部の気密性が確保され
ている炊飯保温器用電気化学気体ポンプである。また、
単電解槽１と基体５、単電解槽１とセパレータ４との間
にはガラスシール材６を介在させ、またガラスおよびセ
ラミック接着剤７、８を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジャー炊飯器等の米飯
保温器に用いられる炊飯保温器用電気化学気体ポンプ等
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に炊飯および保温を行う米炊飯器
は、できるだけ美味しく米を炊きあげその後美味しい状
態で保管できるように技術革新されてきた。近年では、
ニューロ・ファジー理論を応用した炊飯・保温機構が開
発され、また、保温釜もインダクションヒーター（Ｉ・
Ｈ）の応用で、美味しく炊飯・保管されるようになって
きた。炊飯の技術はかなり成熟されたものとなっている
が、炊飯されたあとの飯の保管法としては、未だ開発の
余地を残している。つまり、炊きあげられた飯は、一旦
保温状態に入る。その後、蓋が開けられ飯が取り出さ
れ、残りの飯は再び保温状態で保管される。次回、数時
間後飯を取り出したとき、飯は黄ばみをおび、不快臭を
出すことが多い。これは主に飯の酸化が原因で、保管状
態により、飯が不味くなる原因となっている。

【０００３】これら、保管状態を保温温度の調節で、で
きるだけ良好な状態に保つ方法が考えられているが、炊
きあげられた飯の直接的な酸化防止は実現されていな
い。保温釜の酸素除去の手段として、特開平５−１５４
０３９など提案されている。これは、酸素のみを透過さ
せる気体分離膜と減圧装置（メカニカルポンプ）からな
り、保温器釜内の酸素を保温器外に排出する方法が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記提
案の炊飯器には、以下の課題がある。つまり、蓋体内に
弁装置、気体分離膜および減圧装置が配設されており、
蓋体そのものが大きくなるとともに重量も増し、蓋体の
開閉に支障をきたしている。また、気体分離膜の結露に
よる性能劣化や、減圧装置の作動騒音などの問題、さら
に、酸素排出の場合の減圧状態に対する手段も考案しな
ければ実用化には困難であった。

【０００５】本発明は、このような従来の炊飯器の課題
を考慮し、保温器内の酸素を排出除去、または濃度を低
下させるための、炊飯保温器用電気化学気体ポンプ等を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、気体ポンプが
複数の単電解槽からなることを特徴とする炊飯保温器用
電気化学気体ポンプを提案するものであり、望ましくは
単電解槽が並列回路でつながれてあり、気体ポンプの各
々が平行に配設されていることを特徴としている。ま
た、機密性のある基体およびセパレータを具備し、これ
ら部品の接着に、熱膨張係数が１ｘ１０^-6／Ｋ〜１ｘ１
０^-4／Ｋのガラス材料または、セラミック材料のペース
トを用いることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構造を備えることによって、本発明は、簡
単、コンパクトな構造で歩留まり良く気体ポンプを製造
できる。このポンプを用い保温器内の酸素を大容量、高
効率に、かつ瞬時に除去、または濃度を下げることを可
能にし、保温時のご飯の黄ばみや不快臭を防止する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００９】（実施例１）本実施例は、複数の単電解槽
からなる並列回路で、単電解槽が互いに平行に配設され
ている構造の一例であり、シール材に、６００℃以上で
軟化し、溶融しないガラス材料を、単電解槽と基体およ
びセパレータの接着に熱膨張係数が１ｘ１０^-6／Ｋ〜１
ｘ１０^-4／Ｋのガラス材料と、セラミック材料のペース
トを用いた事例を示す。

【００１０】本実施例で組み立てた基体ポンプの外観図
を図１に、またその断面を図２に示す。図１の（ａ）は
全体斜視図、（ｂ）は１枚の固体電解質１の側面図、
（ｃ）は１枚の固体電解質１の正面図である。円筒形状
の基体管５の上部には平坦部分が存在し、その平坦部分
の一部は矩形状に切り欠かれて開口部を形成している。
その開口部には、円盤状の固体電解質１が複数枚並行に
そのほぼ半分程度外部に露出した状態で、配列されてい
る。この固体電解質１は単電解槽に相当する。さらに、
それら固体電解質１間に形成される各隙間の内、外部に
露出している各隙間は一つ置きに、湾曲したリボン状の
セパレータ４で覆われている。また、それら固体電解質
１間に形成される各隙間の内、基体管５の内部に存在し
ている各隙間も一つ置きに、湾曲したリボン状のセパレ
ータ４で覆われている。但し、基体管５の外部における
セパレータ４と内部におけるセパレータ４とは互い違い
の隙間を覆っている。従って、基体管５の内部から隙間
に侵入したガスは固体電解質１内を通過して隣の隙間に
排出され、さらに外部に排出されるようになっている。

【００１１】固体電解質１には１８φ×厚さ０．５ｍｍ
のBaCe_0.8Gd_0.2O_3-α（ＢＣＧ）焼結体を用い、またそ
の固体電解質１のアノード２、カソード３として電極面
積２ｃｍ²の白金電極（ペースト焼き付け）を用いた。
セパレータ４および基体管５は、アルミナ管を切削加工
し作製した。

【００１２】さらに、固体電解質１と基体管５と、ある
いは固体電解質１とセパレータ４との間には、各々の形
状に合致した８０％以上ＳｉＯ₂が含まれるホウケイ酸
ガラスシール材６を介在させ、さらにそれらの部材の接
着剤には、熱膨張係数が１×１０^-6／Ｋ〜１×１０^-4／
Ｋのガラス材料７あるいは、セラミック材料８のペース
トを用いた。

【００１３】本実施例では、固体電解質１を１１個配列
し、酸素除去の評価のために、模擬の保温器瓶に接続管
９で接続した。固体電解質１の回路は並列回路になるよ
うに構成し、基体管１の内側をカソードにして通電を行
った。

【００１４】通電前の模擬保温器瓶は、大気であり、酸
素濃度は２０．８％であった。この気体ポンプを電気炉
中500℃に保ち、１Ａで通電し酸素汲み出しを行った。
図３に気体ポンプを作動させた時間に対する酸素濃度を
示す。約１時間で１〜２％の酸素濃度になることが確認
された。このように、本実施例の気体ポンプは、簡単な
構造、かつ作製容易で、効率よく酸素汲み出しを行うこ
とができ、実用的な気体ポンプであることがわかる。

【００１５】なお、本実施例では、単電解槽の大きさ形
状、製法は規制するものでなく、どの様な大きさ、例え
ば長方形でも、多角形でも円盤状でもよく、製法はいか
なる手段を用いても良い。本実施例では、固体電解質に
BaCe_0.8Gd_0.2O_3-α（ＢＣＧ）焼結体を、電極に白金を
用いた例を示したが、電解質は、ZrO₂系、CeO₂系、Bi ₂O
₃系でもどのような電解質でも良いし、電極は銀などど
のような材料であっても良い。また、基体管の材質も、
機密性があるものであれば、金属でも、セラミックで
も、合金でも良いし、形状も規定するものではない。単
電解槽の数も、２０個でも３０個でも何個でも良い。

【００１６】（実施例２）本実施例は、単電解槽と基体
とセパレータからなる炊飯保温器用電気化学気体ポンプ
の製造において、単電解槽と基体の間、または単電解槽
とセパレータの間にガラスシール材を挿入することを特
徴とする炊飯保温器用電気化学気体ポンプの製造法につ
いての一例を示す。

【００１７】単電解槽である固体電解質として、厚さ
０．３５ｍｍ、直径２０ｍｍのBaCe_{0. 85}Gd_0.15O_3-αを
用い、基体管に外径２１ｍｍ，内径１８ｍｍのアルミナ
管を用い、接合実験を行った。まず、固体電解質と基体
管の間に固体電解質と同じ熱膨張係数をもつガラスペー
ストを直接挿入し、９００℃で荷重を加え接合接着を行
った。降温後、接着状況を観察すると、電解質に割れが
観察され、熱膨張率の差により降温時に応力が働き、割
れが生じたものと考えられた。次に、固体電解質と基体
管の間に、６００℃以上で軟化し、溶融しないガラス材
料のリング（厚さ０．３ｍｍ外径２１ｍｍ、内径１８ｍ
ｍ）を挿入し、前記と同様に接合接着を行ったところ、
電解質および基体管には割れはなく、十分に応力が緩和
されていた。同様にして、０．０５〜０．１ｍｍのガラ
スリングを作製し接合接着試験を行ったところ、０．１
未満では割れが入ったのに対し、０．１ｍｍ以上では割
れは入らなかった。

【００１８】本実施例で明らかなように、シール材にガ
ラスリングなどの緩衝材を挿入してやることによって、
電解質などの割れを防ぎ、より確実に、歩留まり良く気
体ポンプを作製することができることがわかる。

【００１９】なお、本実験では、実際の気体ポンプの作
動温度を５００℃と想定し、シール材料の軟化する温
度、かつ溶融しない温度を６００℃に決定している。ま
た、ガラスの軟化温度と、溶融温度は、ガラス成分中の
SiO₂の量に密接に関係があり、実験上８０％以上のSiO₂
を含むホウケイ酸系のガラスで本ポンプにあったシール
材を得ている。SiO₂含有率７９％以下のガラスでは軟化
点、溶融点が低く、緩衝性が少なく、また逆に、SiO₂が
９８％以上含有のものは１０００℃でも軟化せず、シー
ル不可能であった。

【００２０】（実施例３）本実施例は、単電解槽と基体
とセパレータからなる炊飯保温器用電気化学気体ポンプ
の製造において、単電解槽と基体との接着、または単電
解槽とセパレータとの接着にガラス材またはセラミック
材のペーストを用いることを特徴とする炊飯保温器用電
気化学気体ポンプの製造法についての一例である。

【００２１】前記実施例１に示したように、単電解槽と
基体、またはセパレータとの接着において、気密性が良
く、ヒートサイクルに強い接着剤が要求される。図４に
単電解槽（固体電解質：BaCe_0.8Gd_0.2O_3-α）の熱膨張
率変化を示す。室温から６００℃までの平均熱膨張係数
は、１．４×１０^-5／Ｋであり、微分的には１×１０ ^-6
／Ｋ〜１×１０^-4／Ｋの範囲にあるものであった。接着
剤としてガラス材およびセラミック材のペーストを作製
し、接着を試したところ、１×１０^-6／Ｋ〜１×１０^-4
／Ｋの範囲にあるガラスおよびセラミック材では、５回
の室温−５００℃のヒートサイクル後も接着強度および
機密性を保持しており優れていた。一方、これら以外の
熱膨張係数のものでは、接着強度は弱く、ヒートサイク
ル試験中亀裂が生じた。

【００２２】他の固体電解質、例えばZrO₂系、CeO₂系、
Bi₂O₃系など用いても同様の結果となった。なお、本実
施例で用いたガラス材およびセラミック材の主成分は、
各々SiO2（８０％以上）、Ai₂O₃またはZrO₂（９０％以
上）であり、これらの主成分材料が良好な接着性を生み
出すものと考えている。本実施例では、ペースト作製に
は、テルピネオールなどの溶媒と、結着剤を用いて調整
を行ったが、ペーストの粘度はどのようなもであっても
良いし、原料となるガラスおよびセラミックスの粉末の
粒度もどのようなものであっても良い。

【００２３】なお、複数の単電解槽は並行に配列される
必要は必ずしも無く、また複数の単電解槽は必ずしも電
気的に並列接続される必要もない。直列接続でも可能で
ある。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の複数の単電解槽を利用した気体ポンプは、コン
パクトな構造で、製作が簡単に行うことができる。

【００２５】また、その製造法において、単電解槽、基
体およびセパレータなどの部品の間に、緩衝材となるガ
ラス材の挿入、接着剤に熱膨張係数が１×１０^-6／Ｋ〜
１×１０^-4／Ｋのガラス材料または、セラミック材料の
ペーストを用いることにより、簡便で確実、歩留まり良
く気体ポンプを製造することができる。

【００２６】このポンプを用い保温器内の酸素を大容
量、高効率に、かつ瞬時に除去、または濃度を下げるこ
とが可能で、保温時のご飯の黄ばみや不快臭を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で作製した気体ポンプの斜視
図。

【図２】同実施例の気体ポンプの断面図。

【図３】同実施例における気体ポンプ作動時間と模擬保
温器瓶の酸素濃度の関係を示すグラフ。

【図４】単電解槽（固体電解質：BaCe_0.8Gd_0.2O_3-α）
の熱膨張率変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 固体電解質 ２ アノード ３ カソード ４ セパレータ ５ 基体管 ６ シール材 ７ ガラス材料 ８ セラミック材料 ９ 接続管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蒲生 孝治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森 國人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 向井 祐二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極が形成された、複数の単電解槽を利
   用したことを特徴とする炊飯保温器用電気化学気体ポン
   プ。
2. 【請求項２】 単電解槽は、板状の固体電解質で有り、
   実質上並行に配列されていることを特徴とする請求項１
   記載の炊飯保温器用電気化学気体ポンプ。
3. 【請求項３】 複数の単電解槽は、電気的に並列接続さ
   れていることを特徴とする請求項１、又は２記載の炊飯
   保温器用電気化学気体ポンプ。
4. 【請求項４】 複数の単電解槽は、基体の中にその一部
   が収納され、それら複数の単電解槽間の隙間はセパレー
   タによって部分的に覆われ、そのセパレータと前記基体
   によって、前記基体内部の気密性が確保されていること
   を特徴とする炊飯保温器用電気化学気体ポンプ。
5. 【請求項５】 基体は、セラミクスまたは金属または合
   金でできていることを特徴とする請求項４に記載の炊飯
   保温器用電気化学気体ポンプ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５記載のいずれかの炊飯保温
   器用電気化学気体ポンプの単電解槽と基体の間、または
   単電解槽とセパレータの間にガラスシール材を挿入する
   ことを特徴とする炊飯保温器用電気化学気体ポンプの製
   造法。
7. 【請求項７】 ガラスシール材は、０．１ｍｍ以上の厚
   みをもっていることを特徴とする請求項６に記載の炊飯
   保温器用電気化学気体ポンプの製造法。
8. 【請求項８】 ガラスシール材は、６００℃以上１００
   ０℃以下で軟化し、溶融しない材料であることを特徴と
   する請求項６に記載の炊飯保温器用電気化学気体ポンプ
   の製造法。
9. 【請求項９】 ガラスシール材が、SiO₂を８０％以上９
   ８％以下を含むホウケイ酸ガラスを主成分とする材料で
   あることを特徴とする請求項６に記載の炊飯保温器用電
   気化学気体ポンプの製造法。
10. 【請求項１０】 単電解槽と基体との接着、または単電
    解槽とセパレータとの接着にガラス材またはセラミック
    材のペーストを用いることを特徴とする請求項６に記載
    の炊飯保温器用電気化学気体ポンプの製造法。
11. 【請求項１１】 ガラス材またはセラミック材の熱膨張
    係数が、１ｘ１０^-6／Ｋ〜１ｘ１０^-4／Ｋであることを
    特徴とする請求項１０に記載の炊飯保温器用電気化学気
    体ポンプの製造法。
12. 【請求項１２】 ガラス材が、SiO₂を８０％以上含むホ
    ウケイ酸ガラスを主成分とする材料であることを特徴と
    する請求項１０に記載の炊飯保温器用電気化学気体ポン
    プの製造法。
13. 【請求項１３】 セラミック材が、Al₂O₃またはZrO₂を
    主成分とする材料であることを特徴とする請求項１０に
    記載の炊飯保温器用電気化学気体ポンプの製造法。