DE69012280T2

DE69012280T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Konditionieren von Luft.

Info

Publication number: DE69012280T2
Application number: DE69012280T
Authority: DE
Inventors: Takeaki Hanada; Shiro Yamauchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2010-11-17
Also published as: EP0428414B1; CA2030141C; US5118261A; DE69012280D1; JPH03161014A; EP0428414A1; JPH0761414B2; CA2030141A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von Luft, um die Feuchtigkeit und die Sauerstoffkonzentration in einem Gehäuse unter Verwendung eines ionenaustauschpolymerelektrolyten elektrochemisch zu steuern.
Das Kondensationsverfahren, bei dem die Temperatur zum Kondensieren von Dampf in der Atmosphäre abgesenkt wird, und das Absorptionsverfahren, bei dem Dampf von einem Trocknungsmittel, wie beispielsweise Kieselgel, absorbiert wird, sind als herkömmliches Entfeuchtungsverfahren bekannt. Bei dem Kondensationsverfahren besteht das Problem, daß es dort ungeeignet ist, wo ein Absenken der Temperatur nicht angebracht ist, während das Absorptionsverfahren die Schwierigkeit stellt, daß eine Regenerierungsbehandlung erforderlich ist.
Als Luftkonditionierverfahren, insbesondere Entfeuchtungsverfahren, das derartige Probleme löst, ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein ionenaustauschpolymerelektrolyt mit einem Kationenaustauschpolymerelektrolyten (Japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 61-216714) verwendet wird.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt einen Betriebszustand des in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 61-216714 offenbarten herkömmlichen Entfeuchtungsverfahrens. Gemäß Fig. 1 bezeichnet das Bezugs Zeichen 6 ein Gehäuse eines zu entfeuchtenden Objektes. Das Gehäuse 5 ist mit einer Zelle 10 mit einer Anode 2, einer Kathode 3 und einem Kationenaustauschpolyinerelektrolyten 1 versehen, der sandwichartig zwischen den beiden Elektroden 2,3 vorgesehen ist, so daß die Zelle 10 sich durch eine Wand des Gehäuses 6 erstreckt. Eine Fläche der Anode 2 ist mit einer Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 in Kontakt, während eine Fläche der Kathode 3 mit der atmosphärischen Luft 8 in Kontakt ist. Die Anode 2 und die Kathode 3 sind über Anschlußdrähte 5 mit einer Gleichstromquelle 4 verbunden, und insoweit, wie von der Kathode 3 kein Wasserstoff erzeugt wird, wird zwischen den beiden Elektroden 2,3 eine Gleichspannung angelegt.
Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Dampf in der Umgebungsatmosphäre 7 wirkt in der durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückten Weise auf die Anode 2 ein:
2H&sub2;O - O&sub2; + 4H&spplus; + 4e&supmin; ... (1)
Durch diese Reaktion erzeugter Sauerstoff bleibt in dem Gehäuse 6. Andererseits werden erzeugte Wasserstoffionen auf die Kathode 3 übertragen, und zwar über den Kationenaustauschpolymerelektrolyten 1, wobei wasserstoffionen in der durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückten Weise auf den Sauerstoff in der atmosphärischen Luft 8 einwirken:
O&sub2; + 4H&spplus; + 4e&supmin; 2H O ... (2)
Als Ergebnis wird auf der Seite der Anode 2, das heißt, der Seite der Umgebungsatmosphäre 7, Wasser (Dampf) zersetzt, während auf der Seite der Kathode 3, das heißt, der Seite der atmosphärischen Luft 8, Wasser gebildet wird. Insgesamt wird Wasser von der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 zu der atmosphärischen Luft 8 übertragen und auf diese Weise wird das Innere des Gehäuses 6 entfeuchtet.
Bei dem oben beschriebenen Luftkonditionierverfahren (Entfeuchtungsverfahren), bei dem der Kationenaustauschpolymerelektrolyt verwendet wird, stellen sich die folgenden Probleme:
Dampf wird reduziert (die Feuchtigkeit wird reduziert) und die Sauerstoffkonzentration nimmt auf der Seite der Anode 2 zu, das heißt, in der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6, während auf der Seite der Kathode 3, das heißt auf der Seite der atmosphärischen Luft 8, Dampf zunimmt (die Feuchtigkeit nimmt zu) und die Sauerstoffkonzentration abnimmt. Wo der Wunsch nach einer Verringerung sowohl der Feuchtigkeit als auch der Sauerstoffkonzentration besteht, um das Fortschreiten von Korrosion zu verhindern, ist ein Problem dahingehend aufgetreten, daß das oben beschriebene Luftkonditionierverfahren, bei dem der Kationenaustauschpolyrnerelektrolyt verwendet wird, nicht angewandt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der oben beschriebenen Probleme.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von Luft zu schaffen, die imstande sind, gleichzeitig Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses zu verringern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von Luft zu schaffen, die imstande sind, gleichzeitig Feuchtigkeit und Sauerstoff innerhalb eines Gehäuses zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von Luft zu schaffen- die imstande sind, gleichzeitig Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration zu verringern, wodurch das Fortschreiten von Korrosion verhindert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von Luft zu schaffen, die imstande sind, die Feuchtigkeit und die Sauerstoffkonzentration für die Anwendung bei einer Dauerprüfung auf Korrosion elektronischer Instrumente und dergleichen zu erhöhen.
Dementsprechend schafft die Erfindung eine Luftkonditioniervorrichtung zur Reduzierung von Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration in einem Gehäuse, mit: einer Zelle, die eine Anode, eine Kathode und einen Anionenaustauschpolymerelektrolyten aufweist, der sandwichartig zwischen diesen vorgesehen ist, zur Anordnung derart, daß eine Fläche der Anode mit der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses in Kontakt ist und eine Fläche der Kathode mit der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses in Kontakt ist; und
einer Einrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode.
Die Erfindung schafft ferner ein Luftkonditionierverfahren zur Reduzierung der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses unter Verwendung der vorstehend erwähnten Vorrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode, wodurch Wasser und Sauerstoff aus der Atmosphäre in dem Gehäuse mit der Kathode reagieren und aus dieser Atmosphäre entfernt werden, und wodurch Wasser und Sauerstoff durch Reaktion an der Anode gebildet werden und der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses zugesetzt werden.
Darüber hinaus schafft die Erfindung eine Luftkonditioniervorrichtung zur Erhöhung der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses, mit:
einer Zelle, die eine Anode, eine Kathode und einen Anionenaustauscherpolymerelektrolyten aufweist, der sandwichartig zwischen diesen vorgesehen ist, zur Anordnung derart, daß eine Fläche der Anode mit der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses in Kontakt ist und eine Fläche der Kathode mit der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses in Kontakt ist; und
einer Einrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode.
Die Erfindung schafft ferner ein Luftkonditionierverfahren zur Erhöhung der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses unter Verwendung der vorstehend erwähnten Vorrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode, wodurch Wasser und Sauerstoff aus der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses init der Kathode reagieren und aus dieser Atmosphäre entnommen werden, und wodurch durch Reaktion an der Anode Wasser und Sauerstoff gebildet und der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses zugesetzt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, die zwischen den beiden Elektroden anzulegende Gleichspannung innerhalb eines Bereiches einzustellen, in dem von der Kathode kein Wasserstoff erzeugt wird, genauer gesagt, ein Bereich von 2V bis 3V. Als Anionenaustauschpolymerelektrolyt kann ein Film aus Fluorharz mit einer Aminogruppe verwendet werden und als Anode und als Kathode wird vorzugsweise ein poröser dünner Film aus Platin verwendet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erf indung als Beispiel unter Bezugnahine auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Betriebszustands des herkömmlichen Verfahrens zum Konditionieren von Luft;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Betriebszustands eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Betriebszustands eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Betriebszustand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bezeichnet das Bezugszeichen 6 ein zu konditionierendes Gehäuse. Das Gehäuse 6 ist mit einer Zelle 20 mit einer Anode 12, einer Kathode 13 und einem Anionenaustauschpolymerelektrolyten 11 versehen, der sandwichartig zwischen den beiden Elektroden 12,13 vorgesehen ist, so daß sich die Zelle 20 durch eine Wand des Gehäuses 6 erstreckt. Eine Fläche der Kathode 13 ist mit der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 in Kontakt, während eine Fläche der Anode 12 mit der atmosphärischen Luft 8 außerhalb des Gehäuses 6 in Kontakt ist. Der Anionenaustauschpolymerelektrolyt 11 besteht aus einem Film aus Fluorharz mit einer Aminogruppe und sowohl die Anode 12 als auch die Kathode 13 bestehen aus einem porösen dünnen Platinfilm. Die Anode 12 und die Kathode 13 sind über Anschlußdrähte 5 mit einer Gleichstromquelle 4 verbunden, und eine Gleichspannung innerhalb eines Bereiches, in dem von der Kathode 13 kein Wasserstoff erzeugt wird, genauer ein Bereich von 2V bis 3V, wird zwischen den beiden Elektroden 12,13 angelegt.
Im folgenden wird der Betrieb beschrieben.
Zwischen dem Dampf und dem Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 an der Kathode 13 tritt die durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückte Reaktion auf.
2H&sub2;) + O&sub2; + 4e&supmin; - 40H&supmin; ... (3)
Durch diese Reaktion gebildete Hydroxidionen werden durch den Anionenaustauschpolymerelektrolyten 11 von der Kathode 13 zu der Anode 12 übertragen. An der Anode 12 tritt eine durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückte Reaktion auf.
40H - 2H O + O2 + 4e&supmin;
Als Ergebnis werden Wasser (Dampf) und Sauerstoff an der Seite der Kathode 13, das heißt, die Seite der Umgebungsatmosphäre 7, zersetzt, während auf der Seite der Anode 12, das heißt der Seite der atmosphärischen Luft 8, Wasser und Sauerstoff gebildet werden. Insgesamt werden Dampf und Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre 7 durch die Zelle 20 zu der atmosphärischen Luft 8 übertragen.
Dementsprechend können in diesem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Feuchtigkeit und die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Gehäuses 6 gleichzeitig reduziert werden. Als Ergebnis können beispielsweise in den Fällen, in denen elektronische Geräte in dem Gehäuse 6 untergebracht sind, zu Korrosion führender Darnpf und Sauerstoff gleichzeitig reduziert werden, so daß das Fortschreiten der Korrosion verhindert werden kann.
Fig. 3 zeigt den Betriebszustand eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie Fig. 3 zeigt, bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Fig. 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Fläche der Anode 12 mit der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 in Kontakt, während die Fläche der Kathode 13 mit der atmosphärischen Luft 8 in Kontakt ist.
Im folgenden wird der Betrieb beschrieben.
Die durch die oben beschriebene Gleichung (3) ausgedrückte Reaktion tritt zwischen Dampf und Sauerstoff in der atmosphärischen Luft 8 an der Kathode 13 auf und die sich daraus ergebenden Hydroxidionen werden durch den Anionenaustauschpolymerelektrolyten 11 von der Kathode 13 zu der Anode 12 übertragen. Die durch die oben beschriebene Gleichung (4) ausgedrückte Reaktion tritt an der Anode 12 auf. Insgesamt werden Dampf und Sauerstoff in der atmosphärischen Luft 7 durch die Zelle 20 zu der Umgebungsatmosphäre 7 im Inneren des Gehäuses 6 übertragen.
Dementsprechend kann bei diesem zweiten bevorzugten Ausführungsbei spiel die Feuchtigkeit und die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Gehäuses 6 gleichzeitig erhöht werden. Als Ergebnis kann der beschleunigte Korrosionstest für in dem Gehäuse 6 untergebrachte elektronische Instrumente und dergleichen leicht durchgeführt werden.
Da die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, ohne von ihren wesentlichen Charakteristiken abzuweichen, sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele veranschaulichend und nicht einschränkend. Daher sind alle Veränderungen, die in den Rahmen der Ansprüche fallen oder Äquivalente dieses Rahmens in den Ansprüchen eingeschlossen.

Claims

1. Luftkonditioniervorrichtung zum Reduzieren der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses, mit:

einer Zelle (20), die eine Anode (12), eine Kathode (13) und einen Anionenaustauschpolymerelektrolyten (11) aufweist, der sandwichartig zwischen diesen vorgesehen ist, zur Anordnung derart, daß eine Fläche der Anode (12) in Kontakt mit der Atmosphäre (8) außerhalb des Gehäuses ist und eine Fläche der Kathode (13) in Kontakt mit der Atmosphäre (7) im Innern des Gehäuses ist; und

einer Einrichtung (4) zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode.

2. Luftkonditioniervorrichtung zur Erhöhung der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses, mit:

einer Zelle (20), die eine Anode (12), eine Kathode (13) und einen Anionenaustauschpolymerelektrolyten (11) aufweist, der sandwichartig zwischen diesen vorgesehen ist, zur Anordnung derart, daß eine Fläche der Anode (12) in Kontakt mit der Atmosphäre (7) im Innern des Gehäuses ist und eine Fläche der Kathode (13) in Kontakt mit der Atmosphäre (8) außerhalb des Gehäuses ist; und

3. Luftkonditioniervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Anionenaustauschpolymerelektrolyt (11) aus einem Film aus einem Fluorharz mit einer Aminogruppe besteht.

4. Luftkonditioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kathode (13) aus einem porösen dünnen Film aus Platin besteht.

5. Luftkonditioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anode (12) aus einem porösen dünnen Film aus Platin besteht.

6. Luftkonditionierverfahren zum Reduzieren der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses unter Verwendung der Vorrichtung von Anspruch 1 durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode (12) und der Kathode (13), wodurch Wasser und Sauerstoff aus der Atmosphäre (7) im Inneren des Gehäuses (6) mit der Kathode (13) reagieren und aus dieser Atmosphäre (7) entfernt werden, und wodurch durch Reaktion an der Anode (12) Wasser und Sauerstoff gebildet und der Atmosphäre (8) außerhalb des Gehäuses zugesetzt werden.

8. Luftkonditionierverfahren zum Erhöhen der Feuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Gehäuses unter Verwendung der Vorrichtung von Anspruch 2 durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode (12) und der Kathode (13), wodurch Wasser und Sauerstoff aus der Atmosphäre (8) außerhalb des Gehäuses (6) mit der Kathode (13) reagieren und aus dieser Atmosphäre (8) entnommen werden, und wodurch durch Reaktion an der Anode (12) Wasser und Sauerstoff gebildet und der Atmosphäre (7) im Inneren des Gehäuses zugesetzt werden.

8. Luftkonditionierverfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Gleichspannung in einem Bereich eingestellt ist, in dem kein Wasserstoff von der Kathode erzeugt wird.

9. Luftkonditionierverfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die Gleichspannung auf einen Bereich von 2V bis 3V eingestellt ist.