JP6203001B2

JP6203001B2 - 減酸素装置

Info

Publication number: JP6203001B2
Application number: JP2013235201A
Authority: JP
Inventors: 及川　巧; 巧及川; 英司品川; 尚宏兼坂
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: JP2015094018A

Description

本発明の実施形態は、減酸素装置に関するものである。

従来より、ＣＡ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）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、固体体高分子電解質膜を用いて減酸素室の酸素を減少させる固体高分子電解質方法、酸素吸着剤を用いる吸着方法などがある。

この中で固体高分子電解質膜方法を用いた減酸素装置は、アノードで水を電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが固体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。

特開２００４−２１８９２４号公報特開平５−２２７８８１号公報

上記の固体高分子電解質膜方法を用いた減酸素装置において、アノードに水を供給するためにアノードの近くに給水シートを配し、この給水シートの下端を水に浸食させている。この給水シートは多孔質体であるが、多孔質体の孔は水で埋まっているため、酸素が排出されず、圧力がこの排出されない酸素によって上がるという現象が見られる。酸素が排出されないとアノードへの水の供給が滞り、電気分解による反応の効率が低下し、そのため、固体高分子電解質膜内を流れる電流が低下して減酸素の反応速度が低下するという問題点があった。

そこで、本発明の実施形態は上記問題点に鑑み、アノードにおける水の電気分解の効率を低下させず、アノードで生成した酸素を排出できる減酸素装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素空間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、前記アノード側に設けられた給水シートと、前記アノード集電体と前記給水シートとの間に設けられた板状のスペーサと、前記給水シートに水を供給する貯水タンクと、を有し、前記給水シートは、その下部が前記貯水タンクの水に浸けられた状態で、水の膜で覆われない開口部を有し、前記給水シートから蒸発した水蒸気を前記アノードに供給する、減酸素装置である。

また、本発明の実施形態は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の側に設けられ、減酸素空間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、前記アノード側に設けられた水の給水シートと、前記アノード集電体と前記給水シートとの間に設けられた板状のスペーサと、前記スペーサに設けられ、かつ、前記アノード集電体から前記給水シートへ通じる給水用開口部と、前記スペーサの縁部に設けられた酸素排出用の切り欠き部と、を有し、前記給水シートから蒸発した水蒸気を前記アノードに供給する、減酸素装置である。

実施形態１の冷蔵庫の縦断面図である。減酸素装置の縦断面図である。減酸素ユニットの分解斜視図である。減酸素装置の分解斜視図である。前固定部材の斜視図である。後固定部材の斜視図である。給水装置の正面から見た縦断面図である。実施形態２の減酸素ユニットの分解斜視図である。実施形態３の減酸素ユニットの分解斜視図である。

以下、一実施形態の冷蔵庫の減酸素装置２００について図面に基づいて説明する。

実施形態１

実施形態１の冷蔵庫１０について図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態の冷蔵庫１０は減酸素室１００を有し、減酸素室１００は減酸素装置２００を有している。

（１）冷蔵庫１０の構造
冷蔵庫１０の構造について図１に基づいて説明する。図１は冷蔵庫１０の全体の側面から見た縦断面図である。

冷蔵庫１０のキャビネット１２は断熱箱体であって、内箱と外箱とより形成され、その間に断熱材が充填されている。このキャビネット１２内部は、上から順番に冷蔵室１４、野菜室１６、小型冷凍室１８及び冷凍室２０を有し、小型冷凍室１８の横には製氷室が設けられている。野菜室１６と小型冷凍室１８及び製氷室の間には断熱仕切体３６が設けられている。冷蔵室１４と野菜室１６とは水平な仕切体３８によって仕切られている。冷蔵室１４の前面には、観音開き式の扉１４ａが設けられ、野菜室１６、小型冷凍室１８、冷凍室２０及び製氷室にはそれぞれ引出し式の扉１６ａ，１８ａ，２０ａが設けられている。

キャビネット１２の背面底部には、機械室２２が設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機２４などが載置されている。この機械室２２背面上部には、制御板２６が設けられている。

冷蔵室１４の背面下部から野菜室１６の背面において、冷蔵用蒸発器（以下、「Ｒエバ」という）２８が設けられ、その下方には冷蔵用送風機（以下、「Ｒファン」という）３０が設けられている。Ｒエバ２８とＲファン３０とは、エバカバー１５で形成されたＲエバ室１７に配されている。Ｒエバ２８には、Ｒエバ２８で発生した除霜水を溜める受け皿５４が設けられている。

小型冷凍室１８の背面から冷凍室２０の背面にかけてのＦエバ室２９には冷凍用蒸発器（以下、「Ｆエバ」という）３２が設けられ、その上方には冷凍用送風機（以下、「Ｆファン」という）３４が設けられている。Ｒエバ２８で冷却された冷気は、Ｒファン３０によって冷蔵室１４及び野菜室１６に送風される。Ｆエバ３２で冷却された冷気は、Ｆファン３４によって小型冷凍室１８、製氷室、冷凍室２０に送風される。

冷蔵室１４の背面には、冷蔵室１４の庫内温度を検出する冷蔵室用センサ３１が設けられ、冷凍室２０の背面には、冷凍室２０の庫内温度を検出する冷凍用センサ３５が設けられている。

図１に示すように、冷蔵室１４には、複数の棚４０が設けられ、下部には引出し式のチルド容器４２を有するチルド室４４が設けられている。このチルド室４４は低温室であって、肉や魚を収納する。冷蔵室１４の扉１４ａの背面には複数のドアポケット４６が設けられている。野菜室１６には、引出し式の野菜容器４８が設けられている。

野菜室１６の天井部に当たる仕切体３８の後部には、減酸素室１００が設けられている。減酸素室１００には、引き出し式の減酸素容器１０２が設けられ、この減酸素容器１０２の前面には扉１０４が設けられている。そして、減酸素容器１０２を減酸素室１００に収納した場合に、扉１０４が、減酸素室１００の前面開口部を密閉し、減酸素室１００内部はほぼ密閉された状態となる。そして、この減酸素室１００の背面には減酸素装置２００が取り付けられている。

（２）減酸素装置２００
減酸素装置２００は、断熱性を有するケース２０４と、その内部に収納された減酸素ユニット２０２を有する。この減酸素ユニット２０２について、図２〜図６に基づいて説明する。なお、図２〜図４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、その厚みは拡大して記載している。

固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」という）２０６が縦方向に設けられ、電解質膜２０６の後部にはアノード２０８が設けられ、電解質膜２０６の前部にはカソード２１０が設けられている。カソード２１０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２０８とカソード２１０には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜２０６、アノード２０８及びカソード２１０がホットプレスなどを用いて一体に接合して減酸素セルが形成されている。アノード２０８の後方には、アノード集電体２１２が設けられ、カソード２１０の前方にはカソード集電体２１４が設けられている。両集電体２１２、２１４は、それぞれ気体が通過するためのスリット状の開口部２１６，２１８を有している。そして、アノード集電体２１２はアノード２０８にプラス通電を行い、カソード集電体２１４はカソード２１０にマイナス通電を行う。両集電体２１２，２１４は、不図示の電線からそれぞれ通電される。また、両集電体２１２，２１４が接触しないようにするために、絶縁体２２０が両集電体２１２，２１４の間に設けられている。この絶縁体２２０は額縁状であって、電解質膜２０６とアノード２０８とカソード２１０がその内部に収納されている。

アノード２０８側のアノード集電体２１２の後方には、不織布よりなる給水シート２２２が配されている。

アノード集電体２１２と、給水シート２２２の間には、板状のスペーサ２１１が配されている。このスペーサ２１１には、スリット状の給水用開口部２１３が複数開口している。スペーサ２１１の厚みは１ｍｍであり、アノード集電体２１２と給水シート２２２との間に一定の空間Ａを形成する。

上記のようにして順番に積層した部材を、前後一対の後固定部材２２４と前固定部材２２６によって挟持して固定する。アノード２０８側に配される後固定部材２２４は積層した部材を収納するための収納凹部２２８を有し、上部には両集電体２１２，２１４の突片が突出する溝２３０が設けられている。また、後固定部材２２４の中央には、気体が通過するためのスリット状の開口部２３２が開口している。

カソード側に取り付けられる前固定部材２２６は板状を成し、中央部に気体が通過するためのスリット状の開口部２３４を有している。図２に示すように、スリット状の開口部２３４に関して、前側の断面積と後側の断面積とは異なり、後にいくほど狭くなるように傾斜している。これは、カソード集電体２１４に空気を送り易くするためである。

図３に示すように、後固定部材２２４と前固定部材２２６とは、不図示のネジによってネジ止めされる。これら部材が一体となったものを、「減酸素ユニット２０２」と呼ぶ。なお、減酸素ユニット２０２の上部からは両集電体２１２、２１４の突片がそれぞれ突出し、下部からは給水シート２２２が垂れ下がっている。

（３）ケース２０４
図４に示すように、上記で説明した減酸素ユニット２０２が、箱型の断熱性を有するケース２０４内部に収納される。図４〜図６に示すように、ケース２０４は、直方体状の前ケース２３６、後ケース２３８、前ケース２３６及び後ケース２３８の間に挟まれた額縁状の中ケース２４０とより構成されている。減酸素ユニット２０２のカソード側に前ケース２３６が配され、アノード側に後ケース２３８が配され、減酸素ユニット２０２を収納した状態で前ケース２３６、後ケース２３８、中ケース２４０が不図示のネジによってネジ止めされる。

前ケース２３６について図４と図５に基づいて説明する。断熱性を有する前ケース２３６の後面の中央部には、正方形状の反応凹部２４４が設けられている。また、この反応凹部２４４の上面から前ケース２３６の上面に向かって溝状の上流路２４６が設けられ、前ケース２３６の上面に上通気孔２４８が開口している。また、反応凹部２４４の下面から下方に向かって溝状の下流路２５０が設けられ、前ケース２３６の下面に下通気孔２５２が開口している。そして、図２に示すように、反応凹部２４４によってカソード側のカソード集電体２１４と前ケース２３６の前壁との間に直方体状の空間Ｂが生じる。

次に、図４に基づいて中ケース２４０について説明する。額縁状の中ケース２４０の中央部２４２には、減酸素ユニット２０２の前固定部材２２６が収納される。

次に、図４と図６に基づいて後ケース２３８について説明する。後ケース２３８の前面中央部には、減酸素ユニット２０２の後固定部材２２４が収納できる収納凹部２５４が設けられ、この収納凹部２５４から後ケース２３８の上面に向かって両集電体２１２，２１４の突片がそれぞれ突出する溝２５６，２５８が設けられている。収納凹部２５４の後面には、さらに排気凹部２６０が設けられ、この排気凹部２６０の下面は互いに近づくように傾斜面を有し、排気口２６２に通じている。排気口２６２は、後ケース２３８の下面に開口している。

減酸素ユニット２０２を収納したケース２０４は、減酸素室１００の容器収納部１０４の後面に取り付けられる。この取り付け方法について図２に基づいて説明する。

容器収納部１０４の後面中央部には、収納側に向かって立方体状の収納保持部２６４が突出している。この収納保持部２６４は、後方からケース２０４の前ケース２３６が収納される。そのため、前ケース２３６の上面及び下面に開口している上通気孔２４８と下通気孔２５２に対応する位置に上孔２６６と下孔２６８が開口している。

ケース２０４が、容器収納部１０４の後面から突出した状態となっているため、この突出部分を覆うようにカバー２７０を被せる。このカバー２７０は、合成樹脂製であって、ケース２０４の後ケース２３８を全て覆う形状に形成されている。なお、このカバー２７０には、両集電体２１２，２１４が突出するための集電体開口部２７８，２７８が設けられている。また、後ケース２３８の排気口２６２と通じた排気口２８０が開口している。

（４）給水装置３００
次に、給水装置３００について、図２と図７に基づいて説明する。

給水装置３００は、給水本体３０２を有し、この給水本体３０２は、横長の直方体の箱体である。給水本体３０２は、その内部において区画壁３０４によって上下に区画され、上部が浄水区画３０６、下部が吸い上げ区画３０８を構成している。給水本体３０２の左端部上面、すなわち浄水区画３０６の上面には、給水パイプ１５２が接続されている。この給水パイプ１５２には、冷蔵庫１０のＲエバ２８から発生した除霜水が受け皿５４を介して送り込まれる。

区画壁３０４は、図６に示すように給水パイプ１５２が接続されている部分から下方に向かって傾斜し、右端部において吸い上げ区画３０８に通じる給水孔３１０が形成されている。浄水区画３０６内部には、イオン交換樹脂よりなる浄水部３１２が設けられている。この浄水部３１２を設けることにより、Ｒエバ２８から供給された除霜水の水質による影響を取り除くことができ、減酸素ユニット１１５の劣化を防止できる。すなわち、除霜水は、Ｒエバ２８に付着した霜であり、またドレンパンに集められているため、金属イオンが含まれている。そのため、給水シート２２２を構成する合成樹脂繊維の加水分解を助長する可能性があるため、この浄水部３１２を設けることにより、除霜水の水質による影響を取り除くことができる。

吸い上げ区画３０８は、給水孔３１０から供給された水を溜めるための貯水タンク３１４を有している。また、吸い上げ区画３０８の左端部には排水パイプ１５４が設けられている。この排水パイプ１５４と貯水タンク３１４との間には、仕切り壁３１６が設けられている。給水孔３１０から給水された除霜水は、貯水タンク３１４に溜まる。この貯水タンク３１４は中央が凹み、上記で説明した減酸素ユニット２０２の給水シート２２２の下部が浸され、給水シート２２２はこの溜まった水を吸い上げる。貯水タンク３１４の水の量が多くなり仕切り壁３１６を超えると、排水パイプ１５４から不図示の蒸発皿に水が排水される。なお、横長の直方体である給水本体３０２において、吸い上げ区画３０８は、浄水区画３０６よりも前方に突出し、この吸い上げ区画３０８の前方に突出した天井面から給水シート２２２が引き出されている。

この給水シート２２２は、上記したように不織布より形成され、給水シート２２２の下端が貯水タンク３１４に溜まった水に浸されている場合には、この水を吸い上げ、スペーサ２１１の位置で、スリット状の給水用開口部２１３を通して、アノード２０８に、気体状の水（水蒸気）をアノード２０８に供給する。ここで、この不織布よりなる給水シート２２２は、水を吸い上げた場合に表面に水の膜が形成されるが、不織布における目が粗く、この水の膜によって全ての不織布が覆われることがなく開口部３２０が形成される。図３に示すように、給水シート２２２のアノード２０８の位置に対応する部分にもこの開口部３２０が形成される。この不織布としては、例えばフロンティア産業株式会社のＦＤ−Ｋ７０−０６Ｒを用いる。

（５）減酸素装置２００の動作状態
減酸素装置２００の動作状態について説明する。

減酸素室１００に食品を収納すると、制御板７０が、両集電体２１２，２１４に対し通電を開始する。

次に、図２と図５に示すように、減酸素容器１０６の空気が、減酸素室１００の下通気孔２５２、下流通路２５０、空間Ｂ、前固定部材２２６の開口部２３４を経て供給され、両集電体２１２，２１４が通電されているので、流入した空気から減酸素が行われ、減酸素室１００がＣＡ貯蔵室となる。アノード２０８とカソード２１０では次の式（１）と式（２）のような減酸素反応が行なわれる。

アノード・・・２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ ・・・（１）

カソード・・・Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ・・・（２）

この減酸素反応式を説明すると、給水シート２２２からの水蒸気が空間Ａを通り、アノード２０８で電気分解して水素イオン（プロトンＨ^＋）を作り、その水素イオンが電解質膜１１６内を移動してカソード２１０に到達し、減酸素室１００内部の酸素と反応して水を生成し、酸素を消費する。これにより減酸素が行われ、食品をＣＡ貯蔵できる。

次に、図２と図６に示すように、減酸素ユニット２０２のアノード２０８で発生した酸素が、後ケース２３８の排気路２６２から拡散して排出される。このとき、排出される酸素は、アノード集電体２１２のスリット状の開口部２１６とスペーサ２１１の給水用開口部２１３を経て給水シート２２２の位置に至る。そして、給水シート２２２にも開口部３２０が開口しているため、酸素は給水シート２２２によって遮断されず、後固定部材２２４の開口部２３２から酸素が排出される。そのため、この酸素の排出によりアノード２０８における電気分解が阻害されない。

（６）効果
上記実施形態の冷蔵庫１０であると、減酸素装置２００における給水シート２２２が不織布より構成され、この不織布は水を吸い上げた場合に全ての部分が水に覆われるのでなく、開口部３２０が開口しているため、アノード２０８の電気分解で発生した酸素をこの開口部３２０から排出でき、この電気分解の反応を阻害しない。

また、給水シート２２２は、不織布であるため、貯水タンク３１４から水を吸い上げやすいので、式（１）の電気分解反応が起こりやすい。

また、後固定部材２２４は、給水シート２２２を収納凹部２２８内部に収納して、前固定部材２２６と後固定部材２２４とを固定しても、給水シート２２２に余分な押圧力が働くことがない。そのため、減酸素セルの発熱によって経時的に給水シート２２２が劣化しない。

実施形態２

次に、実施形態２の冷蔵庫１０における減酸素装置２００について図８に基づいて説明する。

本実施形態と実施形態１の異なる点は、減酸素ユニット２０２に用いられているアノード集電体１１２と給水シート２２２との間に配されたスペーサ２１１にある。

図８に示すように本実施形態のスペーサ２１１には、縦方向の縁部に酸素排出用の切り欠き部３２２が横方向に形成されている。

アノード２０８から発生した酸素は、後固定部材２２４の切り欠き部３２２を通って減酸素ユニット２０２の側方に排出される。したがって、酸素の排出が遮断されることなく、アノード２０８における式（１）の電気分解反応を阻害しない。

実施形態３

次に、実施形態３の冷蔵庫１０における減酸素装置２００について図９に基づいて説明する。

減酸素装置２００の給水シート２２２が劣化すると、貯水タンク３１４からの吸水速度が上がり、安定した反応ができなくなる恐れがある。そこで、本実施形態は、この給水シートの２３２の劣化を防止するために、後固定部材２２４のスリット状の開口部２３２，２３２の間にある部分から前方に向かって凸部３２４を突出させている。この凸部３２４は、アノード２０８の位置に対応した位置に設ける。

後固定部材２２４と前固定部材２２６とを不図示のネジによってネジ止めした場合に、この凸部３２４が給水シート２２２をスペーサ２１１側に押圧し、スペーサ２１１がアノード集電体２１２をアノード２０８に押圧する。したがって、アノード２０８とアノード集電体２１２とが全面的に常に接触し、接触抵抗が減少して、給水シート２２２の劣化を防止できる。

すなわち、アノード集電体２１２の剛性が低い場合にはアノード２０８とアノード集電体２１２との間がぴったり付かず接触抵抗が増加して、給水シート２２２の劣化が早くなる。しかし、スペーサ２１１が押圧するとアノード集電体２１２の剛性が高くなり、アノード集電体２１２がアノード２０８に全面的に常に接触し、接触抵抗が減少するからである。

変更例

上記実施形態では減酸素室１００を野菜室１４の天井部に設けたが、これに代えて、減酸素室１００をチルド室４４に設けてもよい。この理由は、チルド室４４に収納される肉に含まれる油脂の酸化を防止し、肉などの保存に適するからである。

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。これら新規な実施形態は、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共に、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。

１０・・・冷蔵庫、１００・・・減酸素室、２００・・・減酸素装置、２０２・・・減酸素ユニット、２０６・・・固体高分子電解質膜、２０８・・・アノード、２１０・・・カソード、２１２・・・アノード集電体、２１４・・・カソード集電体、２２２・・・給水シート、２１１・・・スペーサ、２２４・・・後固定部材、２２６・・・前固定部材、３００・・・給水装置、３１４・・・貯水タンク

Claims

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、減酸素空間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、
前記アノード側に設けられた給水シートと、
前記アノード集電体と前記給水シートとの間に設けられた板状のスペーサと、
前記給水シートに水を供給する貯水タンクと、
を有し、
前記給水シートは、その下部が前記貯水タンクの水に浸けられた状態で、水の膜で覆われない開口部を有し、前記給水シートから蒸発した水蒸気を前記アノードに供給する、
減酸素装置。
前記給水シートの前記開口部は、前記アノードがある位置と対向する位置に開口している、
請求項１に記載の減酸素装置。
前記給水シートの前記アノードがある位置と対向する位置以外は、前記給水シートの下部が前記貯水タンクの水に浸けられた状態で、水の膜に覆われて開口していない、
請求項１又は２に記載の減酸素装置。
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、減酸素空間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、
前記アノード側に設けられた水の給水シートと、
前記アノード集電体と前記給水シートとの間に設けられた板状のスペーサと、
前記スペーサに設けられ、かつ、前記アノード集電体から前記給水シートへ通じる給水用開口部と、
前記スペーサの縁部に設けられた酸素排出用の切り欠き部と、
を有し、前記給水シートから蒸発した水蒸気を前記アノードに供給する、
減酸素装置。
前記給水シートが不織布である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の減酸素装置。
前記カソード集電体、前記カソード、前記高分子電解質膜、前記アノード、前記アノード集電体、前記スペーサ、前記給水シートを前後方向から挟持する前固定部材と、後固定部材とを有し、
前記後固定部材の縁部が額縁状に突出することにより前記縁部内に凹部が形成され、
前記凹部に対応する位置に前記給水シートが配されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の減酸素装置。
前記カソード集電体、前記カソード、前記高分子電解質膜、前記アノード、前記アノード集電体、前記スペーサ、前記給水シートを前後方向から挟持する前固定部材と、後固定部材とを有し、
前記後固定部材の前面に凸部が設けられ、
前記凸部が前記給水シートを後方から前記スペーサへ押圧する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の減酸素装置。