JPH09196504A

JPH09196504A - 電解反応による水蒸発式冷却方法およびその冷却装置

Info

Publication number: JPH09196504A
Application number: JP8035003A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Moriguchi; 哲雄森口; Shiro Yamauchi; 四郎山内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-07-31
Also published as: US5687576A; DE19629719A1; CN1147619A; DE19629719C2; FR2737284A1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の高分子膜状体を使用した冷却装置は、
大型で、多数の構成部品の集合体で構成され、電子部品
レベルでの冷却に対する要求に答えられない。【解決手段】固体電解膜５０が密閉缶５１を空間５１
ａ，５１ｂに分割するように配設され、水５２が空間５
１ａに貯液され、凝縮器５４が空間５１ｂに連通して配
設されている。凝縮器５４により凝縮された凝縮水は通
水路５５を介して空間５１ａ内に返水される。また、空
間５１ａ，５１ｂの気相部は差圧式通気機構５６を介し
て連結されている。さらに、固体電解膜５０の両面に
は、空間５１ａ側の面で水の電解反応が、空間５１ｂ側
の面で水の生成反応がそれぞれ起きるように、直流電源
１１から直流電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子機器や電力
機器に搭載されるＬＳＩを中心とした電子部品や電力用
パワーモジュールの冷却方法およびその冷却装置に関す
るものであり、特に固体高分子電解質で作製された膜状
体の電解効果によって該膜状体の両面間に湿度差を生じ
させて、水の蒸発と水蒸気の凝縮とを加速して冷却効果
を発生させる水蒸発式冷却方法およびその冷却装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷却あるいは空調を目的としたヒ
ートポンプには、冷媒圧縮式ヒートポンプ、臭化リチウ
ム−水系の水を冷媒とした吸収式ヒートポンプ、ペルチ
ェ効果を利用した電子式冷却法などがある。また、除湿
に関しては、空気を塩化リチウムなどの吸湿液と接触さ
せて空気中の水蒸気を吸収する吸収式調湿装置などが実
用されている。そして、上記装置において、膜状体を用
いた装置が、例えば特開平６−１５４５４３号公報、特
公平２−２４５７２号公報に提案されている。

【０００３】図２５は例えば特開平６−１５４５４３号
公報に記載された従来の水蒸気透過膜式除湿装置を示す
構成図である。この除湿装置は、除湿液体１を蓄えるタ
ンク２と、入口３ａが室内に接続され、出口３ｂ，３ｃ
がダンパ１２の開閉により室内と室外とに切り換え連通
される通風路３と、この通風路３内に設けられ、水蒸気
透過膜製のチューブ４内の除湿液体１とチューブ４外の
流通空気との間で水蒸気透過膜を介して水分の授受を行
う吸放湿モジュール５と、この吸放湿モジュール５に入
口３ａ側から風を送るファン１３と備えている。また、
吸放湿モジュール５の両端とタンク２との間に、ポンプ
６を介装した管路７と管路８とがそれぞれ接続され、ポ
ンプ６によりタンク２内の除湿液体１を吸放湿モジュー
ル５に循環できるようになっている。さらに、電子冷凍
素子９が管路７と熱交換しうるように設けられ、ペルチ
ェ効果により吸湿液体１を択一的に加熱または冷却でき
るようになっている。ここで、除湿液体１は例えば塩化
リチウム（ＬｉＣｌ）水溶液が用いられ、これに接触す
る空気の相対湿度を、その溶液濃度が高いほど、またそ
の温度が低いほど低い値に保つという原理を利用してい
る。また、チューブ４を構成する水蒸気透過膜は例えば
主鎖や側鎖に水酸基などをもつポリエステル系高分子が
用いられる。

【０００４】つぎに、上記従来の水蒸気透過膜式除湿装
置の動作について説明する。まず、室内を除湿する場
合、スイッチ１０が図２５で示される位置におかれ、直
流電源１１から電子冷凍素子９に正方向に電流が流され
る。この時、ダンパ１２が図２５で示される位置におか
れ、出口３ｂを室内に連通させるとともに、ファン１３
が駆動され、ポンプ６が起動される。すると、タンク２
内の高濃度の除湿液体１はポンプ６により管路７内を圧
送されながら、ペルチェ効果で吸熱する電子冷凍素子９
の片面に放熱板１４ａを介して接触し冷却されて、低温
で高濃度の状態となって吸放湿モジュール５に達する。
吸放湿モジュール５に送られた除湿液体１は、チューブ
４内を流通しながら、蒸気圧差により、チューブ４の管
壁をなす水蒸気透過膜を介してファン１３により通風路
３内に流された室内空気に含まれる水分を吸収する。そ
して、水分を奪われた空気は出口３ｂを介して室内に戻
される。このように室内の空気が循環されて、室内の除
湿が行われる。

【０００５】一方、水分を吸収した除湿液体１は低濃度
となって管路８を通ってタンク２に戻され、タンク２内
の除湿液体１の濃度が低下する。吸収能が飽和した除湿
液体１から脱水する場合、スイッチ１０が図中矢印方向
に切り換えられ、直流電源１１から電子冷凍素子９に逆
方向に電流が流される。この時、ダンパ１２が図中矢印
方向に切り換えられ、出口３ｃを室外に連通させるとと
もに、ファン１３が駆動され、ポンプ６が起動される。
すると、タンク２内の低濃度の除湿液体１はポンプ６に
より管路７内を圧送されながら、ペルチェ効果で発熱す
る電子冷凍素子９の片面に放熱板１４ａを介して接触し
加熱されて、高温で低濃度の状態となって吸放湿モジュ
ール５に達する。吸放湿モジュール５に送られた除湿液
体１内の水分は、チューブ４内を流通しながら、蒸気圧
差により、チューブ４の管壁をなす水蒸気透過膜を介し
て通風路３内に流れる空気に放出される。そして、水分
を与えられた空気は出口３ｃを介して室外に排出され、
水分を放出した除湿液体１は高濃度となって管路８を介
してタンク２に戻される。このような動作を繰り返すこ
とにより、室内空気の除湿と除湿液体１の再生が行われ
る。

【０００６】図２６は例えば特公平２−２４５７２号公
報に記載された多孔質膜を用いた吸収式温度回生器を示
す構成図である。この吸収式温度回生器は、水蒸気２１
のみを選択的に透過させる疎水性多孔質膜１９により吸
収室１５ａと蒸発室１５ｂとに区画された希釈ユニット
１５と、同様に疎水性多孔質膜１９により吸収液を濃縮
する濃縮槽１６ａと水蒸気を凝縮する凝縮槽１６ｂとに
区画された濃縮ユニット１６と、吸収液および水を循環
する循環ポンプ１７ａ，１７ｂ、再生熱交換機１８を備
えている。

【０００７】つぎに、上記従来の吸収式温度回生器の動
作について説明する。吸収液は水蒸気圧の低い化学物
質、例えば臭化リチウム水溶液が用いられ、吸収室１５
ａと濃縮槽１６ａとの間で循環される。そこで、蒸発室
１５ｂ内で水の蒸発によって発生した水蒸気２１は疎水
性多孔質膜１９を介して吸収室１５ａ内に透過し、吸収
液に吸収される。水分を吸収して希釈された吸収液は濃
縮槽１６ａに送られる。そして、濃縮槽１６ａで加熱沸
騰されて濃縮された後、吸収室１５ａに濃縮液となって
戻され、水蒸気の吸収に寄与する。一方、蒸発室１５ｂ
で蒸発によって温度降下した水は冷熱源として利用され
る。また、濃縮槽１６ａで希釈された吸収液が加熱沸騰
されて発生した水蒸気２１は、疎水性多孔質膜１９を介
して凝縮器１６ｂ内に透過し、凝縮器１６ｂで凝縮され
て水となり、蒸発室１５ｂに戻される。このような動作
を繰り返して冷熱および温熱の少なくとも何れか一方を
得るようにしている。

【０００８】ここで、蒸発室１５ｂおよび凝縮器１６ｂ
の水系統、特に蒸発室１５ｂに吸収液が混入すると、水
の蒸発が吸収液によって制止され、ヒートポンプの機能
が維持できなくなるという不具合が生じる。この疎水性
多孔質膜１９は、孔径１〜５μｍの貫通孔１９ａが膜を
貫通して複数設けられている。これによって、液滴２０
を含む水蒸気２１が疎水性多孔質膜１９に接近しても、
疎水性であるために液滴２０は膜に接触できず、図２７
中破線で示される境界線が形成される。そこで、疎水性
多孔質膜１９は、液滴２０は透過せず水蒸気２１のみが
選択的に透過され、気液分離機能を有している。したが
って、吸収液が吸収室１５ａから疎水性多孔質膜１９を
介して蒸発室１５ｂ内に透過することが阻止され、上述
の不具合が回避される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体技術の控
除に伴いＬＳＩを中心とした電子部品や電力パワーモジ
ュールなどを駆使した電子機器や電力機器が至るところ
で使用されるようになってきた。半導体は使用に際して
種々の制限があり、温度もその１つである。そのため、
例えば図２８に示されるように、電子基板２２上に配置
された電子部品２３からの発熱をヒートパイプ２４で放
熱器２５まで熱輸送して熱放散させる冷却手段が講され
ていた。また、電子機器あるいは半導体センサ類を許容
温度より高い周囲環境に設置し、動作させることが要求
される場合もある。しかしながら、図２８で示される冷
却手段では、電子機器や半導体センサ類を周囲温度以下
に冷却することができず、電子基板２２上のレベルで冷
却を可能にする小規模、あるいはミクロレベルの冷却装
置が要求される。しかも、この場合の多くが小型静止形
で、無音で、高効率で、かつ、メンテナンスフリーの冷
却装置が要求される。しかしながら、上記従来の水蒸気
透過膜式除湿装置は、吸湿液体１を蓄えるタンク２、通
風路３、水分の授受を行う吸放湿モジュール５、吸湿液
体１を圧送するポンプ６、管路７，８および電子冷凍素
子９など、多くの機器によって構成され、また従来の吸
収式温度回生器においても、希釈ユニット１５、濃縮ユ
ニット１６、吸収液および水循環用の循環ポンプ１７、
再生熱交換機１８など、多くの機器によって構成されて
いる。また、従来の装置では高分子膜状体を使用してい
るものの、その使用が装置の小型化を目的としたもので
はなかった。そこで、このような従来の装置は、大型
で、多数の構成部品の集合体で構成されており、電子部
品レベルでの冷却に対する要求に答えられないという課
題があった。また、吸湿液体１や吸収液および水を循環
させるポンプ６，１７が必要となり、無音の冷却が達成
できないという課題もあった。

【００１０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、水分子を電気分解する機能を有
する固体電解膜を用い、気体中の水蒸気を電気分解して
膜の両面間に湿度差を形成し、水の蒸発／凝縮を加速さ
せて熱の汲上げを行うようにし、小型静止形で、無音
で、高効率で、かつ、メンテナンスフリーの冷却装置お
よび水蒸発式冷却方法を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係る電解反応による水蒸発式冷却方法は、気体が封入さ
れた密閉空間を固体電解膜により第１および第２の密閉
空間に２分割し、第１の密閉空間側の固体電解膜の面で
水の電気分解を生じさせ、該水の電気分解で生成された
プロトンを固体電解膜を介して第２の密閉空間側の固体
電解膜の面に供給し、第２の密閉空間側の固体電解膜の
面で水の生成反応を生じさせて第１および第２の密閉空
間に湿度差を発生させ、第１の密閉空間内に貯液されて
いる水の温度を低下させるようにしたものである。

【００１２】また、この発明の第２の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却方法は、上記第１の発明におい
て、第２の密閉空間の高湿度の気体を凝縮して凝縮水を
生成し、該凝縮水を第１の密閉空間に返水して、第１の
密閉空間に貯液されている水を補給するようにしたもの
である。

【００１３】また、この発明の第３の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、プロトンを選択的に通過
させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けられ
てなり、気体が封入された密閉空間を第１の密閉空間と
第２の密閉空間とに分離する固体電解膜と、第１の密閉
空間内に貯液された水と、第２の密閉空間内の気体に含
まれる水分を凝縮する凝縮手段と、凝縮手段により凝縮
された凝縮水を第１の密閉空間に返水する返水手段と、
第１の密閉空間の気相部と第２の密閉空間の気相部との
圧力差が作動圧力を越えると第１および第２の密閉空間
の気相部間を通気させる差圧式通気手段と、固体電解膜
の両面に設けられた多孔質電極間に直流電圧を印加する
直流電源とを備えたものである。

【００１４】また、この発明の第４の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、気体が封入された密閉空
間を第１の密閉空間と第２の密閉空間とに分離するよう
にプロトンの移動方向に直列に２段に配列された、プロ
トンを選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に多
孔質電極が設けられてなる第１および第２の固体電解膜
と、第１の密閉空間内に貯液された水と、第２の密閉空
間内の気体に含まれる水分を凝縮する凝縮手段と、凝縮
手段により凝縮された凝縮水を第１の密閉空間に返水す
る返水手段と、第１の密閉空間の気相部と第２の密閉空
間の気相部との圧力差が作動圧力を越えると第１および
第２の密閉空間の気相部間を通気させる差圧式通気手段
と、第１の密閉空間に臨む第１の固体電解膜の両面に設
けられた多孔質電極間に直流電圧を印加する直流電源と
を備えたものである。

【００１５】また、この発明の第５の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、上記第４の発明におい
て、第２の固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極間
に発生する起電力を回収し、第１の固体電解膜の両面に
設けられた多孔質電極間に供給する電力の一部として帰
還させるようにしたものである。

【００１６】また、この発明の第６の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、気体が封入された密閉空
間を第１の密閉空間と第２の密閉空間とに分離するよう
にプロトンの移動方向に直列に２段に配列された、プロ
トンを選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に多
孔質電極が設けられてなる第１の固体電解膜およびプロ
トンと電子とを同時に移動できるように構成された第２
の固体電解膜と、第１の密閉空間内に貯液された水と、
第２の密閉空間内の気体に含まれる水分を凝縮する凝縮
手段と、凝縮手段により凝縮された凝縮水を第１の密閉
空間に返水する返水手段と、第１の密閉空間の気相部と
第２の密閉空間の気相部との圧力差が作動圧力を越える
と第１および第２の密閉空間の気相部間を通気させる差
圧式通気手段と、第１の密閉空間に臨む第１の固体電解
膜の両面に設けられた多孔質電極間に直流電圧を印加す
る直流電源とを備えたものである。

【００１７】また、この発明の第７の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発明
のいずれかの発明において、第１の密閉空間を構成する
缶体の冷却部が可撓性部材で構成され、該冷却部の外面
形状が該冷却部に熱的に連結される被冷却体の外形形状
に合わせて変形できるようにしたものである。

【００１８】また、この発明の第８の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第７の発明
のいずれかの発明において、凝縮手段が通気管を介して
第２の密閉空間に連通された凝縮器からなり、通気管の
少なくとも一部を可撓性部材で構成して凝縮器の位置を
第２の密閉空間に対して可変としたものである。

【００１９】また、この発明の第９の発明に係る電解反
応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発明
のいずれかの発明において、第１の密閉空間に通気管を
介して連通され、水を貯液する含水層を内部に有する第
３の密閉空間を備え、凝縮された凝縮水を返水手段によ
り含水層に返水させるようにし、さらに第３の密閉空間
を構成する缶体の冷却部が可撓性部材で構成され、該冷
却部の外面形状が該冷却部に熱的に連結される被冷却体
の外形形状に合わせて変形できるようにしたものであ
る。

【００２０】また、この発明の第１０の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発
明および第９の発明のいずれかの発明において、第１の
密閉空間に通気管を介して連通され、水を貯液する含水
層を内部に有する第３の密閉空間を備え、凝縮された凝
縮水を返水手段により含水層に返水させるようにし、さ
らに通気管の少なくとも一部を可撓性部材で構成して第
３の密閉空間の位置を第１の密閉空間に対して可変とし
たものである。

【００２１】また、この発明の第１１の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第９または第１０
の発明において、液状の水の透過を阻止して水蒸気を選
択的に透過させる水蒸気透過膜が含水層の表面に被覆さ
れているものである。

【００２２】また、この発明の第１２の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発
明のいずれかの発明において、第１および第２の密閉空
間の気相部に気体を撹拌する気体撹拌手段が備えられて
いるものである。

【００２３】また、この発明の第１３の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発
明のいずれかの発明において、被冷却体と熱的に連結さ
れる冷却板を固体電解膜もしくは第１の固体電解膜と相
対するように配置して第１の密閉空間が構成され、冷却
板の固体電解膜と相対する面に含水層が形成され、第１
の密閉空間に貯液されている水が含水層に給水されるよ
うにしたものである。

【００２４】また、この発明の第１４の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第１３の発明にお
いて、冷却板の一部が第２の密閉空間内に臨むように構
成され、第２の密閉空間内に臨む該冷却板の一部に凝縮
手段により凝縮された凝縮水を溜める凝縮水溜め部が形
成され、さらに凝縮水溜め部と含水層とが通水可能に形
成されているものである。

【００２５】また、この発明の第１５の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発
明のいずれかの発明において、第１の密閉空間と第２の
密閉空間とが、両空間の圧力差が規定値以上となると第
１の密閉空間内の気体を第２の密閉空間内に流通させ、
両空間の圧力差が規定値未満となると第２の密閉空間内
の凝縮水を第１の密閉空間内に返水させる管路によって
連結されているものである。

【００２６】また、この発明の第１６の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第６の発
明のいずれかの発明において、伝熱体が、固定電解膜あ
るいは第１および第２の固定電解膜のいずれかの面に熱
的に接触し、かつ、その一部を密閉空間から外部に延出
するように配設され、伝熱体の密閉空間から外部に延出
された部位に放熱器が配設されているものである。

【００２７】また、この発明の第１７の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第１６の
発明のいずれかの発明において、第１の密閉空間および
第２の密閉空間内に酸素ガスと水蒸気とからなる気体が
封入されているものである。

【００２８】また、この発明の第１８の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第３乃至第１６の
発明のいずれかの発明において、第１の密閉空間および
第２の密閉空間内に空気からなる気体が封入されている
ものである。

【００２９】また、この発明の第１９の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第１７または第１
８の発明において、第１の密閉空間および第２の密閉空
間内の圧力が大気圧近傍に設定されているものである。

【００３０】また、この発明の第２０の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却方法は、気体が封入された密閉
空間をプロトンを選択的に通過させる固体高分子電解質
の両面に多孔質電極が設けられてなる固体電解膜により
第１および第２の空間に２分割し、両面に設けられた多
孔質電極間に直流電圧を印加して第１の空間側の固体電
解膜の面で水の電気分解を生じさせ、該水の電気分解で
生成されたプロトンを固体電解膜を介して第２の空間側
の固体電解膜の面に移動させ、第２の空間側の固体電解
膜の面で水の生成反応を生じさせて第１および第２の空
間に湿度差を発生させ、第１の空間内に形成されている
水膜の水の温度を低下させるようにしたものである。

【００３１】また、この発明の第２１の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却方法は、上記第２０の発明にお
いて、第２の空間の１部は熱を系外に放出する機能の凝
縮空間に形成し、第２の空間内の高湿度の気体を凝縮し
て凝縮水を生成し、該凝縮水を第１の空間に返水して、
第１の空間に形成された水膜に水を補給するようにした
ものである。

【００３２】また、この発明の第２２の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却方法は、上記第２０または第２
１の発明において、第１の空間と第２の空間とを連通す
る通気孔を設け、第１の空間側の固体電解膜の面で水の
電気分解で生成された酸素ガスを通気孔を介して第２の
空間に還流させるようにしたものである。

【００３３】また、この発明の第２３の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、プロトンを選択的に通
過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けら
れてなり、気体が封入された密閉空間を第１の空間と第
２の空間とに分離する固体電解膜と、第１の空間内に形
成された水膜と、第２の空間内の気体に含まれる水分を
該第２の空間に連通する凝縮空間で凝縮する凝縮手段
と、凝縮手段により凝縮された凝縮水を第１の空間内に
形成された水膜に返水する返水手段と、第１の空間と第
２の空間とを連通するように設けられた通気孔と、固体
電解膜の両面に設けられた多孔質電極間に直流電圧を印
加する直流電源とを備えたものである。

【００３４】また、この発明の第２４の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３の発明にお
いて、固体電解膜が、それぞれプロトンを選択的に通過
させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けられ
た第１および第２の固体電解膜を、該第１および第２の
固体電解膜間に密閉空間を形成するように該プロトンの
移動方向に直列に２段に配列して構成されているもので
ある。

【００３５】また、この発明の第２５の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２４の発明にお
いて、第２の固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極
間に発生する起電力を回収し、第２の固体電解膜の両面
に設けられた多孔質電極間に供給する電力の一部として
帰還させるようにしたものである。

【００３６】また、この発明の第２６の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３の発明にお
いて、固体電解膜が、プロトンを選択的に通過させる固
体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けられた第１の
固体電解膜と、プロトンと電子とを同時に移動できるよ
うに構成された第２の固体電解膜とを、該第１および第
２の固体電解膜間に密閉空間を形成するように該プロト
ンの移動方向に直列に２段に配列して構成されているも
のである。

【００３７】また、この発明の第２７の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３乃至第２６
の発明のいずれかの発明において、第１の空間を形成す
る壁面および凝縮空間を形成する部材の壁面に互いに連
なるように付設された網状、綿状あるいは海綿状の吸水
部材を備え、凝縮手段で凝縮された凝縮水を凝縮空間内
の吸水部材に吸水させ、吸水部材の毛細管現象の作用に
より第１の空間内の吸水部材に返水させて、第１の空間
内に水膜を形成するようにしたものである。

【００３８】また、この発明の第２８の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３乃至第２７
の発明のいずれかの発明において、被冷却体と熱的に連
結される冷却板が固体電解膜と相対するように配置して
第１の空間が構成され、かつ、冷却板の固体電解膜と相
対する面に網状、綿状あるいは海綿状の吸水部材が付設
されて、吸収部材に水を吸水させて水膜を形成するよう
にしたものである。

【００３９】また、この発明の第２９の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３乃至第２８
の発明のいずれかの発明において、固体電解膜は筒状に
形成され、その軸心が略鉛直方向を向くように配置され
て、第１の空間と第２の空間とを該固体電解膜の軸心に
対して同心状に形成し、通気孔が密閉空間の該軸心方向
の最下部に配置され、第１の空間および第２の空間が密
閉空間の該軸心方向の下部側に配置され、かつ、凝縮空
間が第２の空間に連通して密閉空間の該軸心方向の最上
部に配置されているものである。

【００４０】また、この発明の第３０の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３乃至第２８
の発明のいずれかの発明において、固体電解膜は筒状に
形成され、その軸心が略鉛直方向を向くように配置され
て、第１の空間と第２の空間とを該固体電解膜の軸心に
対して同心状に形成し、第１の空間が第２の空間の内周
側に配置され、通気孔が該軸心方向の最下部に配置さ
れ、かつ、第２の空間の外周部に凝縮手段を配設して第
２の空間を凝縮空間としたものである。

【００４１】また、この発明の第３１の発明に係る電解
反応による水蒸発式冷却装置は、上記第２３乃至第３０
の発明のいずれかの発明において、第１の空間およに第
２の空間内に酸素ガスと水蒸気のみからなる気体が封入
されているものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る電
解反応による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図であ
る。図において、５０は水分子を電気分解する機能を有
する固体電解膜であり、この固体電解膜５０は密閉空間
としての密閉缶５１を第１および第２の密閉空間として
の２つの空間５１ａ，５１ｂに分割するように配設さ
れ、さらに両面には直流電源１１から直流電圧が印加さ
れるようになっている。５２は空間５１ａの底部に充填
された水であり、この水５２は被冷却体５３と熱的に連
結されている。５４は空間５１ｂに連通して設けられた
凝縮器であり、この凝縮器５４の外面には内部の水蒸気
から熱を奪って外部に熱放散する放熱器５７が取り付け
られており、空間５１ｂから流れ込む水蒸気が冷却され
凝縮されて底部に溜まるように構成されている。５５は
凝縮器５４の底部の凝縮水溜め部と空間５１ａの貯水部
とを連通する返水手段としての通水路、５６は空間５１
ｂの気相部と空間５１ａの気相部とを連結する差圧式通
気手段としての差圧式通気機構である。なお、差圧式通
気機構５６は凝縮器５４の気相部と空間５１ａの気相部
とを連結するようにしてもよい。また、空間５１ａ，５
１ｂには、内部を減圧して酸素ガスと水蒸気とが封入さ
れている。

【００４３】ここで、固体電解膜５０の構成について図
２を参照しつつ説明する。この固体電解膜５０は、プロ
トンを選択的に通過させる固体高分子電解質としてのプ
ロトン伝導体５８を挟持するように陽極５９および陰極
６０を配し、樹脂製のフレーム６１によりプロトン伝導
体５８、陽極５９および陰極６０の端部を保持して、陽
極５９および陰極６０がプロトン伝導体５８の両面に固
定されて構成されている。このプロトン伝導体５８とし
ては、例えばナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（Ｄ
ｕＰｏｎｔ社登録商標）などのプロトン交換膜（固体
高分子電解質膜）が用いられる。また、陽極５９および
陰極６０としては、白金メッキが施されたチタン、タン
タルあるいはステンレスのメッシュ体、あるいは繊維を
給電体とした金属メッキ体の多孔質電極が用いられる。

【００４４】ついで、差圧式通気機構５６の構成につい
て図３を参照しつつ説明する。この差圧式通気機構５６
は、弁室５６ａと弁室５６ｂとが弁５６ｃにより区画さ
れており、この弁５６ｃにはダイヤフラム５６ｄおよび
圧力調整バネ５６ｅの閉力が作用するように構成されて
いる。そこで、弁室５６ａと弁室５６ｂとの圧力差が弁
５６ｃに作用する閉力を越えると、弁５６ｃが開かれて
通気される。なお、この閉力は、差圧式通気機構５６の
作動圧力に相当し、例えば調整ネジ５６ｆを回転させて
圧力調整バネ５６ｅの伸縮量、つまり付勢力を変えるこ
とにより、簡易に調整できる。

【００４５】つぎに、この発明の実施の形態１の動作に
ついて説明する。陽極５９と陰極６０との間に直流電源
１１から直流電圧を印加すると、両電極面上で次式に示
される酸化／還元反応が起こる。この時、図２に示され
るように、陽極５９での水の電気分解で生成されたＨ⁺
（プロトン）がプロトン伝導体５８中を通過して陰極６
０に供給され、水の生成に供せられる。そこで、陽極５
９で水が電気分解され、陰極６０で水が生成され、全体
として陽極５９側の水蒸気が陰極６０側に、陰極６０側
の酸素が陽極５９側に移送されることになる。陽極側：Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- 陰極側：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ全体：Ｈ₂Ｏ（陽極側）→Ｈ₂Ｏ（陰極側）Ｏ₂（陰極側）→Ｏ₂（陽極側）空間５１ａ側に陽極５９が位置するように固体電解膜５
０を配置すれば、この反応によって空間５１ａ内の水蒸
気が空間５１ｂ側に移動され、空間５１ｂ内の酸素が空
間５１ａ側に移動される。これによって、空間５１ａで
は湿度が低下し、同空間に貯水されている水５２の蒸発
が加速され、温度降下が誘引される。

【００４６】この空間５１ａ内に貯水されている水５２
は被冷却体５３と熱的に連結されているので、被冷却体
５３の内部で発生した発熱は空間５１ａ内で温度降下し
た水５２に吸熱される。これによって被冷却体５３は冷
却され、一方水５２は吸熱により蒸発する。そして、蒸
発した水蒸気は固体電解膜５０の水蒸気汲上げ作用によ
って空間５１ｂに汲上げられ、空間５１ａ内は常に低湿
度に維持され、水５２の蒸発が加速される。

【００４７】空間５１ａから空間５１ｂに汲み上げられ
た水蒸気は、空間５１ｂに流路的に連結されている凝縮
器５４に流れ込む。凝縮器５４に流れ込んだ水蒸気は熱
を放熱器５７により外部に放熱されて冷却され、凝縮水
となって凝縮器５４の底部に溜まる。そして、凝縮器５
４の底部に溜まった凝縮水は、通水路５５を通って逐次
空間５１ａの底部に返水される。このようにして、空間
５１ａ内の水５２がポンプなどの機械的手段を用いるこ
となく循環される。

【００４８】一方、固体電解質膜５０の水蒸気汲上げ作
用に併せて有する酸素分子移送機能によって空間５１ｂ
内の酸素ガスが空間５１ａ内に移送される。これによっ
て、空間５１ａ内の圧力が上昇し、空間５１ｂ内の圧力
が下降し、両空間の間に圧力差が発生する。そして、こ
の圧力差が差圧式通気機構５６の作動圧力を越えると、
弁５６ｃが開かれ、弁室５６ａ，５６ｂが連通されて、
空間５１ａ内の酸素ガスが空間５１ｂ内に返送される。
そこで、固体電解膜５０の水蒸気および酸素ガスの相互
移送動作が継続維持される。

【００４９】ここで、被冷却体５３の必要な冷却温度は
各々の場合に応じて全て異なることから、冷却装置は冷
却温度を任意に設定できることが必要となる。図４は水
の飽和圧力に対する沸騰蒸発温度の関係を示したもので
ある。そこで、同図から水の沸騰蒸発温度が要求される
被冷却体５３の冷却温度以下となるように、密閉缶５１
の動作圧力を設定することで、任意の冷却温度を設定す
ることができる。例えば、被冷却体５３を５０℃以下に
冷却したい場合には、図４中破線で示されるように、密
閉缶５１内の圧力が点Ｐの値（０．１５Ｋｇ／ｃｍ²）
以下となるように水蒸気と酸素とからなる気体を封入す
ればよい。

【００５０】つぎに、本願発明による冷却装置の構成が
被冷却体５３を冷却できる原理について説明する。図５
は水と気体とが接触している状態において、気体の水分
含有量、すなわち相対湿度に対する乾球温度と湿球温度
との関係を示したものである。乾球温度は水に接してい
る気体の温度であり、気体に接している水の温度は湿球
温度に限りなく近づくように温度下降する。例えば、図
５中破線で示されるように、温度３０℃、相対湿度２０
％の気体の湿球温度は点Ｑの値（１６℃）である。そこ
で、これに接触している水の温度は１６℃に向けて温度
下降することになる。したがって、低湿度の気体に接す
る水と被冷却体５３とを熱的に連結しておけば、被連結
５３を周囲温度以下に冷却することができる。

【００５１】ついで、図１に示す系統の動作状態を空気
線図上に示したものを図６に示す。同図において、空間
５１ａの相対湿度をｘ₁、空間温度をｔ₁とすると、空間
の熱的状態は、空気線図上の点Ｐ₁で示される。そこ
で、相対湿度ｘ₁の気体に接している水５２は湿球温度
ｔ_wに向けて線Ｌ₁に沿って温度下降を始める。そして、
水５２には熱的に連結されている被冷却体５３から熱が
流れ込み、水５２はその中間温度で平衡する。空間５１
ａで発生した水蒸気は固体電解膜５０の作用によって空
間５１ｂに移送され、空間５１ｂから酸素ガスが空間５
１ａに移送されるので、空間５１ａの相対湿度は常に低
湿度に維持される。

【００５２】同様に、空間５１ｂの相対湿度を飽和状
態、あるいはその近傍でｘ₂、空間温度をｔ₁とすると、
空間の熱的状態は、空気線図上の点Ｐ₂で示される。凝
縮器５４の凝縮温度をｔ_cとすれば、気体の熱的状態は
点Ｐ₂から水平に移動して点Ｐ_dに達し、水蒸気は凝縮を
開始し、さらに冷却されて点Ｐ_cに至り、直線Ｌ₂に沿っ
て再び空間５１ｂに戻って点Ｐ₂で示される状態となる
繰り返しによって固体電解膜５０から移動してきた水蒸
気を凝縮する。なお、前述の電解反応により水蒸気と等
モルの酸素ガスが水蒸気と逆方向に空間５１ｂ，５１ａ
間を移動する。

【００５３】このように、この実施の形態１によれば、
酸素と水蒸気とが封入された密閉缶５１を固体電解膜５
０により空間５１ａ，５１ｂに分割し、空間５１ａ側の
固体電解膜５０の面で水の電気分解を生じさせ、該水の
電気分解で生成されたプロトンを固体電解膜５０を通し
て空間５１ｂ側の固体電解膜５０の面に供給し、空間５
１ｂ側の固体電解膜５０の面で水の生成反応を生じさせ
て空間５１ａ，５１ｂ間に湿度差を発生させ、空間５１
ａ内の低湿度の気体に空間５１ａ内に貯水されている水
５２を接しさせて、水の温度を下降するようにしている
ので、ポンプなどの機械的手段を用いることなく水５２
および気体の循環ができ、電子基板上の局部冷却にも適
用できる無音の冷却方法が得られる。

【００５４】また、この実施の形態１によれば、酸素と
水蒸気とからなる気体が封入された密閉缶５１を２つの
空間５１ａ，５１ｂに２分割するように配置された固体
電解膜５０と、空間５１ａに貯水された水５２と、空間
５１ｂに連通して設けられた凝縮器５４と、凝縮器５４
の底部の凝縮水溜め部と空間５１ａの貯水部とを連通す
る通水路５５と、空間５１ａ，５１ｂの気相部間を連結
する差圧式通気機構５６と、固体電解膜５０の両面に直
流電圧を印加する直流電源１１とを備えているので、ポ
ンプなどの機械的手段を用いることなく水５２および気
体の循環がなされ、静止機器で構成され、かつ、構成部
品が削減される。そこで、小型化が可能となり、電子基
板上の局部冷却などミクロレベルあるいは小規模冷却が
可能で、かつ、無音の冷却装置が得られる。また、内部
に駆動部がないので、メンテナンスフリーの冷却装置が
得られる。また、密閉缶５１内に封入する気体の圧力を
調整することにより水５２の冷却温度を調整できるの
で、被冷却体５３の要求される冷却温度に対応する冷却
が可能となる。また、空間５１ａ，５１ｂに封入されて
いる気体が酸素ガスと水蒸気とで構成されているので、
空間５１ａ，５１ｂ内には電解反応に寄与する因子のみ
存在し、反応スピードが速められ、冷却能力を高めるこ
とができる。

【００５５】実施の形態２．上記実施の形態１では、空
間５１ａ，５１ｂ内の気体の流動は、水分子の比重量が
酸素分子のそれに比べて１／２程度であり、その比重量
の差によって自然対流的流動に拠っていたが、この実施
の形態２では、図７に示すように、空間５１ａ，５１ｂ
の気相部に撹拌手段としての回転翼６２が配され、該回
転翼６２が駆動装置６３により回転駆動できるように構
成されている。したがってこの実施の形態２によれ
ば、駆動装置６３により回転翼６２を回転駆動させるこ
とにより、空間５１ａ，６１ｂ内の気体が強制的に流動
される。そこで、酸素分子および水分子が固体電解膜５
９の電解反応面、すなわち陽極５９および陰極６０の面
に強制的に効率よく接触することになり、電解反応が促
進されて冷却能力を高めることができるという効果が得
られる。

【００５６】実施の形態３．上記実施の形態１では、空
間５１ａの底部に水５２を貯液し、貯液されている水５
２を低湿度の気体と接触させて温度降下を誘引し、水５
２に被冷却体５３を熱的に連結して冷却するものとして
いるが、この実施の形態３では、図８に示すように、被
冷却体５３と熱的に連結される冷却板６４を密閉缶５１
の一部に一体に取り付け、固体電解膜５０と密閉缶５１
と冷却板６４とで空間５１ａを構成するものとしてい
る。そして、この冷却板６４の固体電解膜５０と対向す
る面には、熱良導性でかつ吸水性を有する多孔質板、網
状板、膜状体などを固着して含水層６５が形成されてい
る。また、この冷却板６４はその一部が凝縮器５４の下
方に位置され、凝縮器５４で凝縮された凝縮水を溜める
凝縮水溜め部６４ａが形成され、さらにこの凝縮水溜め
部６４ａは含水層６５に連通しており、含水層６５を湿
潤状態に維持できるように構成されている。

【００５７】このように、この実施の形態３では、含水
層６５が固体電解膜５０の陽極５９と相対するように配
設されているので、上記実施の形態１と同様に、空間５
１ａ内の水蒸気は空間５１ｂに移送され、空間５１ｂ内
の酸素分子が空間５１ａに移送されて空間５１ａ内は低
湿度となり、含水層６５の表面は低湿度の気体と接触し
て温度が降下する。これによって冷却板６４が冷却さ
れ、これに熱的に連結されている被冷却体５３を効率よ
く冷却することができる。

【００５８】また、凝縮器５４が冷却板６４の上方に空
間５１ｂと流路的に連結されて配置され、貯水部６４ａ
が凝縮器５４の真下に位置するように冷却板６４に設け
られ、かつ、含水層６５と通水可能に連結されているの
で、空間５１ｂ内の水蒸気は比重量が酸素に比べて小さ
いため重力差によって上部の凝縮器５４に移動する。そ
こで、水蒸気は凝縮器５４で凝縮されて凝縮水となって
凝縮水溜め部６４ａに滴下回収される。そして、凝縮水
溜め部６４ａに貯水された水５２は重力差によって含水
層６５に給水され、含水層６５が湿潤状態に維持され
る。さらに、含水層６５に含水されている水５２はその
表面から空間５１ａ内に蒸発し、水および水蒸気の循環
が継続される。一方、空間５１ａは空間５１ｂからの酸
素ガスの移送によって圧力が上昇するが、差圧式通気機
構５６により空間５１ａから空間５１ｂに酸素ガスの返
送が行われる。したがって、動力および循環管路を用い
ることなく、水および気体の循環が可能となり、小型化
を図ることができる。

【００５９】実施の形態４．上記実施の形態１では、通
水路５５により凝縮器５４の底部の凝縮水溜め部と空間
５１ａの貯水部とを連通するものとしているが、この実
施の形態４では、図９に示すように、管路としてのＵ字
管６６が、その一端を空間５１ａ，５１ｂの気相部の圧
力差が規定値未満の場合に空間５１ａの貯水部の水５２
内に浸漬され、かつ、該圧力差が規定値を越えると水５
２から突出する位置に配置され、他端を該圧力差が規定
値未満の場合に空間５１ａの貯水部の水５２の水面より
高い位置に位置するように凝縮器５４の底部の凝縮水溜
め部に配置されているものとしている。

【００６０】このように、この実施の形態４では、空間
５１ａ，５１ｂの気相部の圧力差が規定値未満の場合に
は、凝縮器５４で凝縮された凝縮水は凝縮水溜め部に溜
められる。そして、該凝縮水溜め部に溜められた凝縮水
の水位がＵ字管６６の他端を越えると、Ｕ字管６６を通
って空間５１ａの貯水部に流入され、水の循環がなされ
る。また、空間５１ａ，５１ｂの気相部の圧力差が大き
くなると、空間５１ａの貯水部の水５２の水位が低下す
る。そして、該圧力差が規定値となると、Ｕ字管６６の
一端が水５２の水面と一致し、さらに圧力差が大きくな
ると、Ｕ字管６６内の水は凝縮器５４側に押し出され、
空間５１ａ内の気体が凝縮器５４に排出されて、圧力差
が解消される。そこで、空間５１ａ，５１ｂの圧力差が
なくなり、Ｕ字管６６の一端は貯水部の水５２に浸漬
し、Ｕ字管６６を介しての水の循環が再開される。した
がって、この実施の形態４によれば、Ｕ字管６６が水の
循環機能と気体の循環機能とを兼ね備えているので、差
圧式通気機構５６が不要となり、構成部品の簡素化が図
られ、小型化が可能となる。

【００６１】実施の形態５．上記実施の形態１では、１
つの固体電解膜５０で密閉缶５１を２つの空間５１ａ，
５１ｂに分割するものとしているが、この実施の形態５
では、図１０に示すように、２つの固体電解膜、すなわ
ち上述の固体電解膜５０と同様に構成された第１の固体
電解膜５０ａおよび第２の固体電解膜５０ｂを一定の間
隔をもって密閉缶５１を２つの空間５１ａ，５１ｂに分
割するとともに、第１および第２の固体電解膜５０ａ，
５０ｂ間に密閉空間７０を形成するものとしている。こ
の場合、第１および第２の固体電解膜５０ａ，５０ｂ
は、水素イオンの移動方向に直列に配列されている。

【００６２】つぎに、この実施の形態５の特徴とする動
作について説明する。第１の固体電解膜５０ａ（水電解
セル部）の陽極５９ａと陰極６０ａとに直流電源１１か
ら直流電圧が印加される。そこで、陽極５９ａおよび陰
極６０ａの表面で次の電解反応がおきる。陽極側：Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- 陰極側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ すなわち、陽極５９ａでは水蒸気を消費して酸素ガスを
生成するとともに、陰極６０ａでは水素ガスが生成され
る。そして、この生成された水素ガスが密閉空間７０内
に密閉されて、低湿度のガス空間が形成される。ここ
で、空間５１ａは低湿度に維持され、空間５１ｂは高湿
度に維持されて、膜間で大きな湿度差が形成されてい
る。そこで、上記実施の形態１のように、空間５１ａ，
５１ｂ間を１つの固体電解膜５０で区画している場合に
は、プロトン伝導体５８（固体高分子電解質膜）は透湿
性を有していることから、水蒸気がプロトン伝導体５８
を介して高湿度側から低湿度側に移動してしまう。これ
は、系としてみると水蒸気の逆移動に相当し、系として
の水蒸気の移動効率を損なうこととなる。しかしなが
ら、密閉空間７０に形成される低湿度のガス空間は、上
述の水蒸気の逆移動を阻止するように作用し、水蒸気の
移動効率の低下を抑えることができる。

【００６３】一方、第２の固体電解膜５０ｂ（水発生セ
ル部）の電極５９ｂでは、水素分子をイオン化する解離
反応がおき、電極６０ｂでは酸素分子を水分子にする反
応がおきる。電極５９ｂ：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- 電極６０ｂ：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ上式で示される反応は燃料電池の原理に基づき反応で、
電極５９ｂ，６０ｂの間には起電力が発生され、第１の
固体電解膜５０ａに供した電力を第２の固体電解膜５０
ｂから回収して再利用することができる。

【００６４】ついで、第２の固体電解膜５０ｂで回収し
た起電力を第１の固体電解膜５０ａでの電解反応に再利
用するシステムについて図１１を参照しつつ説明する。
まず、直流電源１１から第１の固体電解膜５０ａに直流
電圧を印加し、第１の固体電解膜５０ａにて水の電解反
応を行わせ、第２の固定電解膜５０ｂにて水の生成反応
を行わせる。この時、第２の固体電解膜５０ｂでの反応
により起電力が発生する。この発生した起電力は起電力
回収装置７１に受電され回収される。そして、起電力回
収装置７１にて回収された電力を直流電源１１からの電
力に代えて第１の固体電解膜５０ａに供給し、電解反応
が維持され、冷却運転が継続される。また、各固体電解
膜でジュール熱損などで電力が消費されるので、起電力
回収装置７１で回収される電力では賄いきれなくなり、
電力補給源７２により補給するようにしている。

【００６５】このように、この実施の形態５によれば、
第１および第２の固体電解膜５０ａ，５０ｂ間の密閉空
間７０に形成されるガス空間により空間５１ｂ（高湿度
側）から空間５１ａ（低湿度側）への水蒸気の逆移動を
阻止し、すなわち水蒸気の移動効率の低下を抑え、冷却
性能を高めることができるとともに、第２の固体電解膜
５０ｂの電極５９ｂ，６０ｂ間に発生する起電力を回収
再利用することにより、省エネルギーを達成することが
できる。

【００６６】なお、上記実施の形態５では、第１および
第２の固体電解膜５０ａ，５０ｂを一定の間隔をもって
配置するものとしているが、第１および第２の固体電解
膜５０ａ，５０ｂを接触状態で配置してもよい。この場
合、第１および第２の固体電解膜５０ａ，５０ｂ間に形
成される密閉空間７０が最小の空間となり、水素ガスの
ガス空間が最小となり、装置の安全性を高めることがで
る。

【００６７】実施の形態６．上記実施の形態５では、第
１および第２の固体電解膜５０ａ，５０ｂを一定の間隔
をもって配置するものとしているが、この実施の形態６
では、図１２に示されるように、水発生セル部である第
２の固体電解膜５０ｂに代えて、固体高分子電解質膜の
内部で電気的に短絡回路を形成した第２の固体電解膜５
０ｃを用いるものとしている。

【００６８】この第２の固体電解膜５０ｃは、その両面
が正極と負極とにわかれているものでなく、内部短絡電
極の「単極」で構成されている。つまり、この第２の固
体電解膜５０ｃは、電子伝導性の多孔質基材７３の空孔
に陽イオン伝導性の固体高分子電解質７４と白金微粒子
触媒７５を含浸させてそれらを３次元的に接触させて構
成されている。したがって、この第２の固体電解膜５０
ｃは、プロトンと電子とが第２の固体電解膜５０ｃの裏
面（第１の固体電解膜５０ａと対向する面）７６から表
面７７に同時に移動できる。

【００６９】第２の固体電解膜５０ｃの裏面７６では、
水電解セル部である第１の固体電解膜５０ａの陰極６０
ａで生成された水素を消費してプロトンと電子とが生成
される。そして、プロトンは多孔質基材７３の空孔内に
含浸された陽イオン伝導性の固体高分子電解質７４を通
り、裏面７６から表面７７に伝達される。一方電子は、
電子伝導性の多孔質基材７３内を通り、裏面７６から表
面７７に伝達される。表面７７に伝達されたプロトンと
電子とは、気体中の酸素と反応して表面７７で水が生成
されて、冷却運転が行われる。したがって、この実施の
形態６によれば、第２の固体電解膜５０ｂに代えて単極
第２のの固体電解膜５０ｃを用いているので、システム
構成の簡素化が図られ、コストダウンを図ることができ
る。

【００７０】ここで、実施の形態１に示すように１つの
固体電解膜５０で動作させた場合と、この実施の形態６
に示すように第１の固体電解膜５０ａと第２の固体電解
膜５０ｃとを一対にして動作させた場合とにおける除湿
性能と酸素濃縮性能の評価試験を行い、その結果を図１
３に示す。図中、曲線Ａおよび曲線Ｂは固体電解膜１枚
使用した場合の水電解空間５１ａにおける湿度および酸
素濃度の経時変化を示し、曲線Ｃおよび曲線Ｄは一対の
固体電解膜を使用した場合の水電解空間５１ａにおける
湿度および酸素濃度の経時変化を示している。なお、水
電解空間を密閉系にして湿度センサと酸素濃度計を設置
し、水発生空間を恒温高湿槽で３５℃、相対湿度７０％
に保持し、印加電圧はＤＣ３ｖとした。図１３から、曲
線Ａと曲線Ｃとを比較すれば、一対の固体電解膜を使用
した場合の方が時間経過とともに湿度の低下が大きく、
除湿性能が優れていることがわかる。これは、一対の固
体電解膜間にガス空間を形成して水蒸気の逆移動を阻止
することにより、除湿性能の改善が図られることを示し
ている。また、曲線Ｂと曲線Ｄとを比較すれば、一対の
固体電解膜を使用した場合の方が時間経過とともに酸素
濃度の増加が大きく、酸素濃縮性能が優れていることが
わかる。

【００７１】なお、上記実施の形態６では、第１の固体
電解膜５０ａと第２の固体電解膜５０ｃを一定の間隔を
もって配置するものとしているが、第１の固体電解膜５
０ａと第２の固体電解膜５０ｃとを接触状態で配置して
もよい。この場合、第１の固体電解膜５０ａと第２の固
体電解膜５０ｃとの間に形成される密閉空間７０が最小
の空間となり、水素ガスのガス空間が最小となり、装置
の安全性を高めることがでる。

【００７２】実施の形態７．この実施の形態７では、図
１４に示されるように、上記実施の形態５において、第
１の固体電解膜５０ａの陰極６０ａの表面にメッシュ状
の伝熱体７８を取り付け、さらに伝熱体７８を系外に延
出させて該延出部に放熱器７９を取り付けるものとして
いる。

【００７３】固体電解膜の電極間に直流電圧を印加し、
両極の面上で酸化／還元反応をおこさせ、全体として陽
極側の水蒸気を陰極側に、陰極側の酸素を陽極側に移送
させて、空間５１ａ内の水蒸気を空間５１ｂ側に、空間
５１ｂ側の酸素を空間５１ａ側に移送させている。これ
によって、空間５１ａ内の湿度が低下し、空間５１ａ内
に貯水されている水５２の蒸発を加速し、温度降下を誘
引している。このとき、プロトン伝導体５８には電流の
流れによってジュール熱、あるいは化学反応によって反
応熱が発生し、プロトン伝導体５８の温度上昇を引き起
こすことになる。しかしながら、このプロトン伝導体５
８の熱は、伝熱体７８に伝熱され、放熱器７９を介して
系外に放熱され、プロトン伝熱体５８の温度上昇が抑え
られ、所定の温度に維持され、冷却性能が高められるこ
とになる。

【００７４】なお、上記実施の形態７では、第１の固体
電解膜５０ａの陰極６０ａにのみ伝熱体７８を取り付け
るものとしているが、第２の固体電解膜５０ｂの陽極５
９ｂにのみ伝熱体７８を取り付けても、あるいは図１５
に示されるように、伝熱体７８を第１および第２の固体
電解膜５０ａ，５０ｂの両方に取り付けても、同様の効
果が得られる。また、１つの固体電解膜５０を用いる上
記実施の形態１において、固体電解膜５０に伝熱体７８
を取り付けても、同様に冷却性能を高めることができ
る。

【００７５】実施の形態８．上記各実施の形態では、密
閉缶５１に封入される気体を水蒸気と酸素からなるもの
としているが、この実施の形態８では、密閉缶５１に封
入される気体を空気とし、常に大気圧近傍で動作させる
ものである。この場合、気体内に窒素など電解反応に寄
与しない因子が含まれることから、反応スピードの点で
劣るという不具合がある。しかしながら、大気圧近傍で
動作させることから、密閉缶５１のガス漏れを心配する
必要がなく、装置作製が容易となる。

【００７６】実施の形態９．図１６はこの発明の実施の
形態９に係る電解反応による水蒸発式冷却装置を示す模
式構成図である。図において、１００は水分子を電気分
解する機能を有する固体電解膜であり、この固体電解膜
１００は円筒形状に形成され、密閉空間としての有底円
筒形状の密閉缶１０１内を第１および第２の空間として
の２つの空間１０１ａ，１０１ｂに分割するように支持
板１０２を介して取り付けられ、さらに両面には直流電
源１１から直流電圧が印加されるようになっている。な
お、２つの空間１０１ａ，１０１ｂは固体電解膜１００
の下端に取り付けられた端板１０３に穿設された通気孔
１０３ａを介して互いに連通されている。５２は空間１
０１ａの底部に充填された水であり、この水５２は密閉
缶１０１の内壁面に沿って付設されている水和性の良い
網状、綿状もしくは海綿状の吸水部材としての布体１０
１ｃの下端部を浸漬する状態に水面を保持している。そ
して、水５２は毛細管現象によって布体１０１ｃに吸水
され、空間１０１ａを形成する缶体の内壁面に水５２ａ
からなる水膜を形成している。空間１０１ａを形成する
缶体の１部は被冷却体５３と熱的に連結されている。１
０４は空間１０１ｂの１部に形成された凝縮空間であ
り、この凝縮空間１０４の外面には内部の水蒸気から熱
を奪って外部に熱放散する凝縮手段としての放熱器５７
が取り付けられており、空間１０１ｂから流れ込む水蒸
気が冷却され凝縮されて壁面に付設されている布体１０
１ｃに吸水されるように構成されている。そして、凝縮
されて布体１０１ｃに吸水された水は毛細管現象によっ
て空間１０１ａを形成する缶体の内壁面まで布体１０１
ｃ内を矢印Ａに沿って移動する。また、空間１０１ａ，
１０１ｂには、酸素ガスが封入され水蒸気と混合状態に
保持されている。

【００７７】ここで、固体電解膜１００は、円筒形状に
形成されている点を除いて図２に示される固体電解膜５
０と同様に構成されている。すなわち、この固体電解膜
１００は、プロトンを選択的に通過させる固体高分子電
解質としての円筒形状のプロトン伝導体５８の外周面側
および内周面側にそれぞれ陽極５９および陰極６０を配
し、樹脂製のフレーム６１によりプロトン伝導体５８、
陽極５９および陰極６０の端部を保持して、陽極５９お
よび陰極６０がプロトン伝導体５８の両面に固定されて
構成されている。このプロトン伝導体５８としては、例
えばナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（ＤｕＰｏ
ｎｔ社登録商標）などのプロトン交換膜（固体高分子電
解質膜）が用いられる。また、陽極５９および陰極６０
としては、白金メッキが施されたチタン、タンタルある
いはステンレスのメッシュ体、あるいは繊維を給電体と
した金属メッキ体の多孔質電極が用いられる。

【００７８】つぎに、この発明の実施の形態９の動作に
ついて説明する。陽極５９と陰極６０との間に直流電源
１１から直流電圧を印加すると、両電極面上で次式に示
される酸化／還元反応が起こる。この時、図２に示され
るように、陽極５９での水の電気分解で生成されたＨ⁺
（プロトン）がプロトン伝導体５８中を通過して陰極６
０に供給され、水の生成に供せられる。そこで、陽極５
９で水が電気分解され、陰極６０で水が生成され、全体
として陽極５９側の水蒸気が陰極６０側に、陰極６０側
の酸素が陽極５９側に移送されることになる。陽極側：Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- 陰極側：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ全体：Ｈ₂Ｏ（陽極側）→Ｈ₂Ｏ（陰極側）Ｏ₂（陰極側）→Ｏ₂（陽極側）空間１０１ａ側に陽極５９が位置するように固体電解膜
１００を配置すれば、この反応によって空間１０１ａ内
の水蒸気が空間１０１ｂ側に移動され、空間１０１ｂ内
の酸素が空間１０１ａ側に移動される。これによって、
空間１０１ａでは湿度が低下し、同空間を形成する缶体
の内壁面に付設されている布体１０１ｃに吸水されてい
る水５２ａの蒸発が加速され、温度降下が誘引される。

【００７９】この空間１０１ａを構成する缶体は被冷却
体５３と熱的に連結されているので、被冷却体５３の内
部で発生した発熱は空間１０１ａ内で温度降下した水５
２ａに吸熱される。これによって被冷却体５３は冷却さ
れ、一方水５２ａは吸熱により蒸発する。そして、蒸発
した水蒸気は固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用によ
って空間１０１ｂに汲上げられ、空間１０１ａ内は常に
低湿度に維持され、水５２ａの蒸発が加速される。

【００８０】空間１０１ａから空間１０１ｂに汲み上げ
られた水蒸気は、空間１０１ｂに流路的に連結されてい
る凝縮空間１０４に矢印Ｂに沿って流れ込む。凝縮空間
１０４に流れ込んだ水蒸気は熱を放熱器５７により外部
に放熱されて冷却され、凝縮水となって凝縮空間１０４
の内壁面に付設されている布体１０１ｃに吸水される。
そして、凝縮水は、布体１０１ｃの毛細管現象によって
逐次空間１０１ａの内壁面に付設されている布体１０１
ｃに矢印Ａに沿って返水される。このようにして、空間
１０１ａ内の水５２ａがポンプなどの機械的手段を用い
ることなく循環される。

【００８１】一方、固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作
用に併せて有する酸素分子移送機能によって空間１０１
ｂ内の酸素ガスが空間１０１ａ内に移送される。これに
よって、空間１０１ａ内の圧力が上昇し、空間１０１ｂ
内の圧力が下降し、両空間の間に圧力差が発生する。そ
して、この両空間の間に発生する圧力差により、空間１
０１ａ内の酸素ガスが通気孔１０３ａを介して矢印Ｃに
沿って空間１０１ｂ内に返送される。そこで、固体電解
膜１００の水蒸気および酸素ガスの相互移送動作が継続
維持される。

【００８２】ここで、被冷却体５３の必要な冷却温度は
各々の場合に応じて全て異なることから、冷却装置は冷
却温度を任意に設定できることが必要となる。図４は水
の飽和圧力に対する沸騰蒸発温度の関係を示したもので
ある。そこで、同図から水の沸騰蒸発温度が要求される
被冷却体５３の冷却温度以下となるように、密閉缶１０
１の動作圧力を設定することで、任意の冷却温度を設定
することができる。例えば、被冷却体５３を５０℃以下
に冷却したい場合には、図４中破線で示されるように、
密閉缶１０１内の圧力が点Ｐの値（０．１５Ｋｇ／ｃｍ
²）以下となるように水蒸気と酸素とからなる気体の圧
力を設定すればよい。

【００８３】つぎに、本願発明による冷却装置の構成が
被冷却体５３を冷却できる原理について説明する。図５
は水と気体とが接触している状態において、気体の水分
含有量、すなわち相対湿度に対する乾球温度と湿球温度
との関係を示したものである。乾球温度は水に接してい
る気体の温度であり、気体に接している水の温度は湿球
温度に限りなく近づくように温度下降する。例えば、図
５中破線で示されるように、温度３０℃、相対湿度２０
％の気体の湿球温度は点Ｑの値（１６℃）である。そこ
で、これに接触している水の温度は１６℃に向けて温度
下降することになる。したがって、低湿度の気体に接す
る水と被冷却体５３とを熱的に連結しておけば、被連結
５３を周囲温度以下に冷却することができる。

【００８４】ついで、図１６に示す系統の動作状態を空
気線図上に示したものを図６に示す。同図において、空
間１０１ａの相対湿度をｘ₁、空間温度をｔ₁とすると、
空間の熱的状態は、空気線図上の点Ｐ₁で示される。そ
こで、相対湿度ｘ₁の気体に接している水５２は湿球温
度ｔ_wに向けて線Ｌ₁に沿って温度下降を始める。そし
て、水５２には熱的に連結されている被冷却体５３から
熱が流れ込み、水５２はその中間温度で平衡する。空間
５１ａで発生した水蒸気は固体電解膜１００の作用によ
って空間１０１ｂに移送され、空間１０１ｂから酸素ガ
スが空間１０１ａに移送されるので、空間１０１ａの相
対湿度は常に低湿度に維持される。

【００８５】同様に、空間１０１ｂの相対湿度を飽和状
態、あるいはその近傍でｘ₂、空間温度をｔ₁とすると、
空間の熱的状態は、空気線図上の点Ｐ₂で示される。凝
縮空間１０４の凝縮温度をｔ_cとすれば、気体の熱的状
態は点Ｐ₂から水平に移動して点Ｐ_dに達し、水蒸気は凝
縮を開始し、さらに冷却されて点Ｐ_cに至り、直線Ｌ₂に
沿って再び空間１０１ｂに戻って点Ｐ₂で示される状態
となる繰り返しによって固体電解膜１００から移動して
きた水蒸気を凝縮する。なお、前述の電解反応により水
蒸気と等モルの酸素ガスが水蒸気と逆方向に空間１０１
ｂ，１０１ａ間を移動する。

【００８６】このように、この実施の形態９によれば、
酸素と水蒸気とが封入された密閉缶１０１を固体電解膜
１００により空間１０１ａ，１０１ｂに分割し、空間１
０１ａ側の固体電解膜１００の面で水の電気分解を生じ
させ、該水の電気分解で生成されたプロトンを固体電解
膜１００を通して空間１０１ｂ側の固体電解膜１００の
面に供給し、空間１０１ｂ側の固体電解膜１００の面で
水の生成反応を生じさせて空間１０１ａ，１０１ｂ間に
湿度差を発生させ、空間１０１ａ内の低湿度の気体に空
間１０１ａの内壁面に給水されている水５２ａを接しさ
せて、水の温度を下降するようにしているので、ポンプ
などの機械的手段を用いることなく水５２ａおよび気体
の循環ができ、水を循環させる駆動機構をもたない無音
の冷却方法が得られる。

【００８７】また、この実施の形態９によれば、酸素と
水蒸気とからなる気体が封入された密閉缶１０１を２つ
の空間１０１ａ，１０１ｂに２分割するように配置され
た固体電解膜１００と、空間１０１ａの内壁面に給水さ
れた水５２ａと、空間１０１ｂに連通して設けられた凝
縮空間１０４と、凝縮空間１０４と空間１０１ａとを連
通する布体１０１ｃと、空間１０１ａ，１０１ｂの気相
部間を連結する通気孔１０３ａと、固体電解膜１００の
両面に直流電圧を印加する直流電源１１とを備えている
ので、ポンプなどの機械的手段を用いることなく水５２
ａおよび気体の循環がなされ、静止機器で構成され、か
つ、構成部品が削減される。そこで、小型化が可能とな
り、電子基板上の局部冷却などミクロレベルあるいは小
規模冷却が可能で、かつ、無音の冷却装置が得られる。
また、内部に駆動部がないので、メンテナンスフリーの
冷却装置が得られる。また、密閉缶１０１内に封入する
気体の圧力を調整することにより水５２ａの冷却温度を
調整できるので、被冷却体５３の要求される冷却温度に
対応する冷却が可能となる。また、空間１０１ａ，１０
１ｂに封入されている気体が酸素ガスと水蒸気とで構成
されているので、空間１０１ａ，１０１ｂ内には電解反
応に寄与する因子のみ存在し、反応スピードが速めら
れ、冷却能力を高めることができる。

【００８８】さらに、上記実施の形態９では、固体電解
膜１００および空間１０１ａ，１０１ｂを鉛直軸（固体
電解膜１００の軸心）周りに同心的に配置し、凝縮空間
１０４を最上部に設け、空間１０１ａ，１０１ｂを下部
に設け、酸素ガスを空間１０１ａから空間１０１ｂに還
流させる通気孔１０３ａを最下部に設けているので、水
蒸気は比重量が小さく上方に移動しやすく、一方酸素ガ
スは比重量が大きく下方に移動するため、水蒸気と酸素
ガスとの比重量の差によって、駆動源を必要とすること
なく気体の移動を可能にしている。なお、固体電解膜１
００および空間１０１ａ，１０１ｂを鉛直方向から傾斜
された軸周りに同心的に配置しても、同様の効果が得ら
れる。

【００８９】実施の形態１０．上記実施の形態９では、
密閉缶１０１は上下方向に同じ外径寸法の有底円筒形状
に構成されているものとしているが、この実施の形態１
０では、図１７に示すように、密閉缶１０１は下部の固
体電解膜１００が取り付けられる部分の外径寸法に対し
て上部の凝縮空間１０４を構成する部分の外径寸法を小
径とする有底円筒形状に構成されているものとする。そ
こで、上記実施の形態９では、特に、被冷却体５３から
の熱負荷が大きく、固体電解膜１００の外径寸法を大き
くする必要が生じた場合には、空間１０１ａの寸法が大
きくなってしまう。そして、密閉缶１０１全体を空間１
０１ａの寸法に合わせると、不必要な部分、すなわち凝
縮空間１０４の外径寸法まで大きくなって、装置全体が
大型化となり、不経済となるという不具合がある。しか
しながら、この実施の形態１０によれば、上部に配置さ
れる凝縮空間１０４を構成する部分の外径寸法を小径と
して、装置全体の大型化を抑え、上記不具合をなくすこ
とができる。

【００９０】実施の形態１１．上記実施の形態９では、
布体１０１ｃに吸水されている水５２ａを蒸発させるた
めに減湿された空間１０１ａが凝縮空間１０４と連通し
水蒸気を多量に含有する空間１０１ｂの外周に配置され
る構成としているが、この実施の形態１１では、図１８
に示すように、空間１０１ａが空間１０１ｂの内周に配
置される構成としている。すなわち、冷却板６４がその
下端を密閉缶１０１の底面から延出するように密閉缶１
０１に同軸的に配設されている。そして、密閉缶１０１
内の下部側で、固体電解膜１００が冷却板６４を包囲す
るように配設されている。さらに、布体１０１ｃが、密
閉缶１０１内の下部側で冷却板６４の外周壁面に沿わせ
られ、密閉缶１０１内の上部側で密閉缶１０１の内周壁
面に沿わせられ、互いに連なって付設されている。な
お、布体１０１ｃの中間部には、蒸気の通気孔１０１ｄ
が設けられている。そこで、密閉缶１０１の下部側にお
いて、冷却板６４の外周壁面に付設された布体１０１ｃ
と固体電解膜１００とで囲まれた空間１０１ａが形成さ
れ、この空間１０１ａの外周に固体電解膜１００と密閉
缶１０１とで囲まれた空間１０１ｂが形成される。この
空間１０１ａ内には水５２が布体１０１ｃの下端部を浸
漬する状態に保持されている。そして、空間１０１ａは
通気孔１０３ａを介して空間１０１ｂと連通されてい
る。また、空間１０１ｂは通気孔１０１ｄを介して密閉
缶１０１内の上部側に形成された凝縮空間１０４と連通
されている。

【００９１】この実施の形態１１では、被冷却体５３の
熱が冷却板６４を介して伝達され、冷却板６４の外周壁
面に付設されている布体１０１ｃ内の水５２ａに吸熱さ
れる。これによって被冷却体５３は冷却され、一方水５
２ａは吸熱により蒸発する。そして、蒸発した水蒸気は
固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用によって空間１０
１ｂに汲上げられ、空間１０１ａ内は常に低湿度に維持
され、水５２ａの蒸発が加速される。また、固体電解膜
１００の水蒸気汲上げ作用によって空間１０１ｂ内に汲
上げられた水蒸気は、通気孔１０１ｄを通って凝縮空間
１０４に移動される。そして、凝縮空間１０４に移動さ
れた水蒸気は、放熱器５７の放熱作用によって凝縮し、
その内周壁面に付設されている布体１０１ｃに吸水され
る。そして、凝縮空間１０４内で布体１０１ｃに吸水さ
れた水蒸気は、布体１０１ｃの毛細管現象によって矢印
Ａに沿って冷却板６４の外周壁面に付設されている布体
１０１ｃまで移動され、空間１０１ａに還流される。一
方、固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用に併せて有す
る酸素分子移送機能によって空間１０１ｂ内の酸素ガス
が空間１０１ａ内に移送される。これによって、空間１
０１ａ内の圧力が上昇し、空間１０１ｂ内の圧力が下降
し、両空間の間に圧力差が発生する。そして、この両空
間の間に発生する圧力差により、空間１０１ａ内の酸素
ガスが通気孔１０３ａを介して矢印Ｃに沿って空間１０
１ｂ内に返送される。そこで、固体電解膜１００の水蒸
気および酸素ガスの相互移送動作が継続維持される。

【００９２】このように、この実施の形態１１では、空
間１０１ａが空間１０１ｂの内周側に形成されているの
で、冷却板６４を密閉缶１０１の軸心位置に設けること
ができる、つまり冷却板６４を局所的に狭い範囲に集中
させることができる。したがって、この実施の形態１１
によれば、上記実施の形態９の効果に加えて、小さい被
冷却体５３や局所加熱部をコンパクトに効果的に冷却す
ることができる。さらに、布体１０１ｃが冷却板６４の
外周壁面に接するように付設されているので、冷却板６
４の熱が布体１０１ｃ内の水５２ａに吸熱され、冷却板
６４がすみやかに冷却される。

【００９３】実施の形態１２．上記実施の形態９では、
密閉缶１０１が軸心に対して対称に構成されているもの
としているが、この実施の形態１２では、図１９に示す
ように、密閉缶１０１を多角形に構成し、水蒸気の電気
分解反応をおこさせる固定電解質膜面もしくは冷却面を
全面ではなく、１面もしくは図示していないが数面に限
定して形成し、同様の効果が得られる。この場合、被冷
却板５３を冷却するための取付条件に合わせて密閉缶１
０１および冷却板６４の形状を構成できる。

【００９４】実施の形態１３．上記実施の形態１１で
は、密閉缶１０１内の下部側で、布体１０１ｃに吸水さ
れている水５２ａを蒸発させるために減湿された空間１
０１ａを水蒸気を多量に含有する空間１０１ｂの内周に
配置し、密閉缶１０１内の上部側で、空間１０１ｂと連
通する凝縮空間１０４を配置する構成としているが、こ
の実施の形態１３では、図２０に示すように、空間１０
１ａの外周に配置される空間１０１ｂを凝縮空間１０４
とする構成としている。すなわち、冷却板６４がその下
端を密閉缶１０１の底面から延出するように密閉缶１０
１に同軸的に配設されている。そして、固体電解膜１０
０が冷却板６４を包囲するように配設されている。さら
に、布体１０１ｃが、冷却板６４の外周壁面に沿わせら
れ、密閉缶１０１の内底面に沿わせられ、さらには密閉
缶１０１の内周壁面に沿わせられて、冷却板６４の外周
壁面側から密閉缶１０１の内周壁面側まで連なって付設
されている。また、密閉缶１０１の外周壁面には放熱器
５７が取り付けられている。そこで、冷却板６４の外周
壁面に付設された布体１０１ｃと固体電解膜１００とで
囲まれた空間１０１ａが形成され、この空間１０１ａの
外周に固体電解膜１００と密閉缶１０１とで囲まれた空
間１０１ｂが形成される。この空間１０１ａ内には水５
２が布体１０１ｃの下端部を浸漬する状態に保持されて
いる。そして、空間１０１ａは通気孔１０３ａを介して
空間１０１ｂと連通されている。また、空間１０１ｂは
密閉缶１０１の外周壁面に放熱器５７が取り付けられて
凝縮空間としても機能する。

【００９５】この実施の形態１３では、被冷却体５３の
熱が冷却板６４を介して伝達され、冷却板６４の外周壁
面に付設されている布体１０１ｃ内の水５２ａに吸熱さ
れる。これによって被冷却体５３は冷却され、一方水５
２ａは吸熱により蒸発する。そして、蒸発した水蒸気は
固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用によって空間１０
１ｂに汲上げられ、空間１０１ａ内は常に低湿度に維持
され、水５２ａの蒸発が加速される。また、空間１０１
ｂでは、固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用によって
汲上げられた水蒸気が放熱器５７の放熱作用によって凝
縮し、その内周壁面に付設されている布体１０１ｃに吸
水される。そして、空間１０１ｂ内で布体１０１ｃに吸
水された水蒸気は、布体１０１ｃの毛細管現象によって
矢印Ａに沿って冷却板６４の外周壁面に付設されている
布体１０１ｃまで移動され、空間１０１ａに還流され
る。一方、固体電解膜１００の水蒸気汲上げ作用に併せ
て有する酸素分子移送機能によって空間１０１ｂ内の酸
素ガスが空間１０１ａ内に移送される。これによって、
空間１０１ａ内の圧力が上昇し、空間１０１ｂ内の圧力
が下降し、両空間の間に圧力差が発生する。そして、こ
の両空間の間に発生する圧力差により、空間１０１ａ内
の酸素ガスが通気孔１０３ａを介して矢印Ｃに沿って空
間１０１ｂ内に返送される。そこで、固体電解膜１００
の水蒸気および酸素ガスの相互移送動作が継続維持され
る。

【００９６】このように、この実施の形態１３によれ
ば、空間１０１ａを空間１０１ｂの内周に配置し、密閉
缶１０１の外周壁面に放熱器５７を設けて空間１０１ｂ
を凝縮空間１０４としても機能させる構成としているの
で、上記実施の形態１１の効果に加えて、軸方向の寸法
を短くでき、特に取付上の制約で高さ方向を短くする必
要がある場合に、効果的に適用することができる。

【００９７】実施の形態１４．上記実施の形態９では、
円筒状の固体電解膜１００を用いて２つの空間１０１
ａ，１０１ｂを分離形成するものとしているが、この実
施の形態１４では、図示していないが、固体電解膜１０
０と同様に構成された径の異なる第１および第２の固体
電解膜を、第１および第２の固体電解膜間に密閉空間を
形成するようにして同心状に配設して、２つの空間１０
１ａ，１０１ｂを分離形成するものとしている。なお、
第１の固体電解膜が空間１０１ａ側に、第２の固体電解
膜が空間１０１ｂ側に位置しているものとする。この実
施の形態１４では、上記実施の形態５と同様に、第１お
よび第２の固体電解膜間に形成される密閉空間が低湿度
のガス空間を構成するとともに、第２の固体電解膜の両
面に設けられた電極間に起電力が発生される。そこで、
この実施の形態１４によれば、上記実施の形態９の効果
に加え、該密閉空間の低湿度のガス空間により空間１０
１ｂから空間１０１ａへの水蒸気の逆移動を阻止して冷
却性能を高めることができ、さらには第２の固体電解膜
の両面に設けられた電極間に発生する起電力を回収利用
することにより、省エネルギーを達成することができ
る。

【００９８】実施の形態１５．上記実施の形態９では、
円筒状の固体電解膜１００を用いて２つの空間１０１
ａ，１０１ｂを分離形成するものとしているが、この実
施の形態１５では、図示していないが、固体電解膜１０
０と同様に構成された円筒状の第１の固体電解膜と、高
分子電解質膜の内部で電気的に短絡回路を形成した円筒
状の第２の固体電解膜とを、第１および第２の固体電解
膜間に密閉空間を形成するようにして同心状に配設し
て、２つの空間１０１ａ，１０１ｂを分離形成するもの
としている。なお、なお、第１の固体電解膜が空間１０
１ａ側に、第２の固体電解膜が空間１０１ｂ側に位置し
ているものとする。この実施の形態１５によれば、上記
実施の形態６と同様に、除湿性能の改善を図ることがで
きるとともに、優れた酸素濃縮性能を得ることができ
る。

【００９９】なお、上記各実施の形態では、装置の小型
化を目的としてなされているが、大型の固体電解質を組
み込んで電解反応面積を大きくすれば、静止型で、無音
で、かつ、メンテナンスフリーの空調装置を実現できる
ことになる。

【０１００】実施の形態１６．図２１はこの発明の実施
の形態１６に係る電解反応による水蒸発式冷却装置を示
す模式構成図である。図において、密閉缶１１０は例え
ば波板形状あるいは微小な凹凸形状に加工されて可撓性
を有する0.3mm厚程度のステンレス板で作製されてい
る。そして、固体電解膜５０が密閉缶１１０内を第１お
よび第２の密閉空間としての２つの空間１１０ａ，１１
０ｂに分割するように配設されている。さらに、絶縁性
高分子樹脂からなるスペーサ１１１が密閉缶１１０の内
壁面と固体電解膜５０との間に配設されている。また、
空間１１０ａ，１１０ｂには、酸素ガスが封入されてい
る。密閉缶１１０の空間１１０ｂと凝縮器５４とは通気
管１１２を介して連通されている。そして、この通気管
１１２の経路中には可撓性部材１１３、例えばベローズ
が介装されている。さらに、通水路５５の経路中にも、
可撓性部材１１４、例えばベローズが介装されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成され
ている。

【０１０１】この実施の形態１６では、密閉缶１１０が
可撓性を有する部材で作製されているので、両端を把持
して曲げることにより、図２２に示されるように、その
外形形状を湾曲させることができる。そして、固体電解
膜５０と密閉缶１１０とはスペーサ１１１により適切な
空隙が確保される。また、密閉缶１１０の変形により密
閉缶１１０の端部が凝縮器５４に対して相対的に下降す
る。この密閉缶１１０と凝縮器５４との相対的な変位に
伴って通水路５５にかかる応力は、可撓性部材１１４が
変形することにより抑制される。また、通気管１１２に
介装されている可撓性部材１１３を変形することによ
り、凝縮器５４は密閉缶１１０に対して上下左右方向の
位置関係を任意に設定することができる。この時、通水
路５５に介装されている可撓性部材１１４は、密閉缶１
１０と凝縮器５４との相対的な変位に応じて変形され
る。

【０１０２】ここで、この実施の形態１６による水蒸発
式冷却装置の冷却動作は、上記実施の形態１と同様であ
る。従って、この実施の形態１６によれば、上記実施の
形態１と同様の効果が得られる。また、密閉缶１１０は
可撓性を有しているので変形が可能となり、水５２と接
する密閉缶１１０の底部、すなわち冷却部の外面形状は
被冷却体５３の冷却面の形状に沿うように変形でき、冷
却面と冷却部とを密着させることができる。そこで、被
冷却体５３の冷却面の形状に拘わらず密閉缶１１０の冷
却部と被冷却体５３との良好な熱的連結が可能となり、
冷却効率を向上させることができる。また、可撓性部材
１１３、１１４を変形させることにより密閉缶１１０と
凝縮器５４との相対位置関係を任意に設定できる。そこ
で、凝縮器５４は被冷却体５３の位置に関係なく任意の
場所に配置でき、水蒸発式冷却装置の設置自由度を増す
ことができる。

【０１０３】なお、上記実施の形態１６では、波板形状
あるいは微小な凹凸形状に加工された0.3mm厚程度のス
テンレス板で密閉缶１１０を作製するものとしている
が、密閉缶１１０は変形できるように作製されていれば
よく、例えば可撓性を有する金属板、あるいは通気性の
無い布状体で作製されてもよい。ここで、通気性の無い
布状体は、例えば布生地にゴムライニング加工を施した
ものである。

【０１０４】実施の形態１７．図２３はこの発明の実施
の形態１７に係る電解反応による水蒸発式冷却装置を示
す模式構成図である。図において、第１の密閉缶１２０
Ａと第２の密閉缶１２０Ｂとが上下に配置されている。
そして、固体電解膜５０が第１の密閉缶１２０Ａ内を２
つの空間１２０ａ，１２０ｂに分割するように配設され
ている。この空間１２０ｂの底部には、水５２が貯液さ
れている。また、放熱器５７が空間１２０ｂ側の第１の
密閉缶１２０Ａの外面に取り付けられて凝縮器を構成し
ている。被冷却体５３と熱的に連結される冷却板１２１
が第２の密閉缶１２０Ｂの一側面に一体に取り付けられ
ている。そして、冷却板１２１と第２の密閉缶１２０Ｂ
が例えば波板形状あるいは微小な凹凸形状に加工されて
可撓性を有する0.3mm厚程度のステンレス板で作製され
ている。また、凝縮水溜め部６４ａが第２の密閉缶１２
０Ｂの上部側に設けられている。さらに、絶縁性高分子
樹脂からなるスペーサ１１１が第２の密閉缶１２０Ｂ内
に配設されて空間１２０ｃを形成している。この冷却板
１２１の内面には、熱良導性でかつ吸水性を有する多孔
質板、網状板、膜状体などからなる含水層６５が形成さ
れている。この含水層６５は、その上端が凝縮水溜め部
６４ａ内に配置され、凝縮水溜め部６４ａ内の水５２を
吸水して湿潤状態に維持されるようになっている。

【０１０５】また、第１の密閉缶１２０Ａの空間１２０
ａと第２の密閉缶１２０Ｂの空間１２０ｃとが通気管１
１２を介して連通されている。そして、この通気管１１
２の経路中には可撓性部材１１３が介装されている。ま
た、空間１２０ｂの貯水部と凝縮水溜め部６４ａとが通
水路５５を介して連通されている。この通水路５５の経
路中には可撓性部材１１４が介装されている。さらに、
空間１２０ｂの気相部と空間１２０ｃの気相部とが差圧
式通気機構５６を介して連結されている。この差圧式通
気機構５６の配管経路中にもベローズ等の可撓性部材１
１５が介装されている。ここで、空間１２０ａが第１の
密閉空間を構成し、空間１２０ｂが第２の密閉空間を構
成し、さらに空間１２０ｃが第３の密閉空間を構成して
いる。そして、空間１２０ａ，１２０ｂ、１２０ｃに
は、酸素ガスが封入されている。なお、含水層６５内に
吸水されている水５２が、第１の密閉空間内に貯液され
ている水に相当している。

【０１０６】つぎに、この実施の形態１７の動作につい
て説明する。陽極５９と陰極６０との間に直流電源１１
から直流電圧を印加すると、陽極５９において水の電気
分解が起こり、Ｈ⁺（プロトン）が生成される。このプ
ロトンがプロトン伝導体５８中を通過して陰極６０に供
給され、水の生成に供される。そこで、空間１２０ａ内
の水蒸気が空間１２０ｂに移送され、空間１２０ｂ内の
酸素が空間１２０ａに移送される。

【０１０７】ここで、含水層６５は凝縮水溜め部６４ａ
内に貯液されている水５２を吸水して湿潤状態となって
いる。そこで、空間１２０ａ，１２０ｃ内の水蒸気は固
体電解膜５０を介して空間１２０ｂに移送され、空間１
２０ａ，１２０ｃ内の湿度が低下する。これによって、
含水層６５に吸水されている水の蒸発が加速され、温度
降下が誘因される。そして、含水層６５に接している冷
却板１２１の温度が下降される。また、冷却板１２１が
被冷却体５３と熱的に連結されているので、被冷却体５
３の内部で発生した熱は冷却板１２１および含水層６５
に吸水されている温度下降した水に吸熱される。これに
よって被冷却体５３は冷却され、一方水は吸熱により蒸
発する。そして、蒸発した水蒸気は固体電解膜５０の水
蒸気汲上げ作用によって空間１２０ｂに汲上げられ、空
間１２０ａ，１２０ｃ内は常に低湿度に維持され、水の
蒸発が加速される。空間１２０ｂ内に汲み上げられた水
蒸気はその熱を放熱器５７により外部に放熱されて冷却
され、凝縮水となって空間１２０ｂの底部に溜まる。こ
の空間１２０ｂの底部に溜まった水５２は通水路５５を
通って逐次凝縮水溜め部６４ａに返水される。凝縮水溜
め部６４ａ内に貯液されている水５２は含水層６５に吸
水される。このようにして、水５２がポンプなどの機械
的手段を用いることなく循環される。

【０１０８】一方、固体電解膜５０の水蒸気汲上げ作用
に併せて有する酸素分子移動機能によって空間１２０ｂ
内の酸素ガスが空間１２０ａ，１２０ｃに移送される。
これによって、空間１２０ａ，１２０ｃ内の圧力が上昇
し、空間１２０ｂ内の圧力が下降して、両空間の間に圧
力差が発生する。そして、この圧力差が差圧式通気機構
５６の作動圧力を越えると、空間１２０ａ，１２０ｃ内
の酸素ガスが空間１２０ｂ内に返送される。このように
して、固体電解膜５０の水蒸気および酸素ガスの相互移
動動作が維持される。

【０１０９】また、冷却板１２１と第２の密閉缶１２０
Ｂが例えば波板形状あるいは微小な凹凸形状に加工され
て可撓性を有する0.3mm厚程度のステンレス板で作製さ
れており、被冷却体５３の冷却面の外形形状に合わせて
変形できる。この時、第２の密閉缶１２０Ｂと冷却板１
２１とはスペーサ１１１により適切な空隙が確保され
る。そして、冷却板１２１を被冷却体５３の冷却面に密
着させ、被冷却体５３の冷却が行われる。また、可撓性
部材１１３，１１４，１１５を変形させることにより、
第１の密閉缶１２０Ａと第２の密閉缶１２０Ｂとの相対
的な位置関係が変えられる。

【０１１０】このように、この実施の形態１７によれ
ば、上記実施の形態１６と同様の効果が得られる。さら
に、この実施の形態１７では、冷却板１２１が配設され
る第２の密閉缶１２０Ｂを固体電解膜５０が配設される
第１の密閉缶１２０Ａと分離している。そこで、被冷却
体５３の外面形状に合わせて固体電解膜５０を変形する
必要がなく、固体電解膜５０の水蒸気汲上げ作用および
酸素分子移動機能が長期的に安定して行われ、装置の長
寿命化が図られる。

【０１１１】なお、上記実施の形態１７では、波板形状
あるいは微小な凹凸形状に加工された0.3mm厚程度のス
テンレス板で第２の密閉缶１２０Ｂを作製するものとし
ているが、第２の密閉缶１２０Ｂは変形できるように作
製されていればよく、例えば可撓性を有する金属板、あ
るいは通気性の無い布状体で作製されてもよい。ここ
で、通気性の無い布状体は、例えば布生地にゴムライニ
ング加工を施したものである。

【０１１２】実施の形態１８．この実施の形態１８で
は、図２４に示すように、水蒸気透過膜１２２が含水層
６５の表面に被覆されている。なお、他の構成は上記実
施の形態１７と同様に構成されている。なお、水蒸気透
過膜１２２は、水蒸気のみを選択的に透過させるもの
で、例えば高分子フィルムに微細な孔を無数に形成して
構成される。この孔径は、水蒸気の分子より大きく、液
状の水分子より小さい。

【０１１３】この種の冷却装置において、要求される冷
却面が広く、冷却板１２１の面積を大きくする場合に
は、通水に偏りが生じ、一部に乾燥面が発生し、部分的
に冷却効果が低下する現象が発生してしまう。しかしな
がら、この実施の形態１８によれば、凝縮水溜め部６４
ａから毛細管現象によって含水層６５に吸水され水５２
は水蒸気となって水蒸気透過膜１２２を透過して空間１
２０ｃに移送される。そこで、この水蒸気透過膜１２２
によって含水層６５の含水率を高い値に設定でき、含水
層６５内の全面において水の欠損現象を防止することが
でき、大きな冷却面に対しても十分な冷却効果が得られ
る。

【０１１４】なお、上記実施の形態１６〜１８では、固
体電解膜５０を用いるものとして説明しているが、固体
電解膜５０に代えて、図１０に示される第１および第２
の固体電解膜５０ａ，５０ｂ、あるいは図１２に示され
る第１および第２の固体電解膜５０ａ，５０ｃを用いる
ことができる。また、上記実施の形態１７，１８では、
被冷却体５３と熱的に連結される冷却板１２１が第２の
密閉缶１２０Ｂの一側面に一体に取り付けられているも
のとして説明しているが、第２の密閉缶１２０Ｂの一側
の内壁面に含水層６５を固着し、含水層６５が取り付け
られた第２の密閉缶１２０Ｂの一側面を被冷却体５３と
熱的に連結するようにしてもよい。この場合、冷却体１
２１を省略することができる。また、上記実施の形態１
７，１８では、凝縮水溜め部６４ａを第２の密閉缶１２
０Ｂの上部側に設けるものとして説明しているが、凝縮
水溜め部６４ａは第２の密閉缶１２０Ｂの底部に設け、
含水層６５の下端側を凝縮水溜め部６４ａ内に貯液され
ている凝縮水に浸漬させ、毛細管現象により吸い上げて
含水層６５を湿潤状態に維持するようにしてもよい。

【０１１５】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【０１１６】この発明の第１の発明によれば、気体が封
入された密閉空間を固体電解膜により第１および第２の
密閉空間に２分割し、第１の密閉空間側の固体電解膜の
面で水の電気分解を生じさせ、該水の電気分解で生成さ
れたプロトンを固体電解膜を介して第２の密閉空間側の
固体電解膜の面に供給し、第２の密閉空間側の固体電解
膜の面で水の生成反応を生じさせて第１および第２の密
閉空間に湿度差を発生させ、第１の密閉空間内に貯液さ
れている水の温度を低下させるようにしているので、小
型静止形で、無音で、高効率で、かつ、メンテナンスフ
リーの電解反応による水蒸発式冷却方向が得られる。

【０１１７】また、この発明の第２の発明によれば、上
記第１の発明において、第２の密閉空間の高湿度の気体
を凝縮して凝縮水を生成し、該凝縮水を第１の密閉空間
に返水して、第１の密閉空間に貯液されている水を補給
するようにしたので、ポンプなどの機械的手段を用いる
ことなく水の循環が行われ、無音化を図ることができ
る。

【０１１８】また、この発明の第３の発明によれば、プ
ロトンを選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に
多孔質電極が設けられてなり、気体が封入された密閉空
間を第１の密閉空間と第２の密閉空間とに分離する固体
電解膜と、第１の密閉空間内に貯液された水と、第２の
密閉空間内の気体に含まれる水分を凝縮する凝縮手段
と、凝縮手段により凝縮された凝縮水を第１の密閉空間
に返水する返水手段と、第１の密閉空間の気相部と第２
の密閉空間の気相部との圧力差が作動圧力を越えると第
１および第２の密閉空間の気相部間を通気させる差圧式
通気手段と、固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極
間に直流電圧を印加する直流電源とを備えているので、
小型静止形で、無音で、高効率で、かつ、メンテナンス
フリーの電解反応による水蒸発式冷却装置が得られる。

【０１１９】また、この発明の第４の発明によれば、気
体が封入された密閉空間を第１の密閉空間と第２の密閉
空間とに分離するようにプロトンの移動方向に直列に２
段に配列された、プロトンを選択的に通過させる固体高
分子電解質の両面に多孔質電極が設けられてなる第１お
よび第２の固体電解膜と、第１の密閉空間内に貯液され
た水と、第２の密閉空間内の気体に含まれる水分を凝縮
する凝縮手段と、凝縮手段により凝縮された凝縮水を第
１の密閉空間に返水する返水手段と、第１の密閉空間の
気相部と第２の密閉空間の気相部との圧力差が作動圧力
を越えると第１および第２の密閉空間の気相部間を通気
させる差圧式通気手段と、第１の密閉空間に臨む第１の
固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極間に直流電圧
を印加する直流電源とを備えているので、上記第３の発
明と同様に、小型静止形で、無音で、高効率で、かつ、
メンテナンスフリーの電解反応による水蒸発式冷却装置
が得られる。さらに、第１および第２の固体電解膜間に
形成されるガス空間が水蒸気の逆移動を阻止するように
作用し、水蒸気の移動効率の低下が抑えられ、その分冷
却性能を高めることができる。

【０１２０】また、この発明の第５の発明によれば、上
記第４の発明において、第２の固体電解膜の両面に設け
られた多孔質電極間に発生する起電力を回収し、第１の
固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極間に供給する
電力の一部として帰還させるようにしているので、省エ
ネルギー化を図ることができる。

【０１２１】また、この発明の第６の発明によれば、気
体が封入された密閉空間を第１の密閉空間と第２の密閉
空間とに分離するようにプロトンの移動方向に直列に２
段に配列された、プロトンを選択的に通過させる固体高
分子電解質の両面に多孔質電極が設けられてなる第１の
固体電解膜およびプロトンと電子とを同時に移動できる
ように構成された第２の固体電解膜と、第１の密閉空間
内に貯液された水と、第２の密閉空間内の気体に含まれ
る水分を凝縮する凝縮手段と、凝縮手段により凝縮され
た凝縮水を第１の密閉空間に返水する返水手段と、第１
の密閉空間の気相部と第２の密閉空間の気相部との圧力
差が作動圧力を越えると第１および第２の密閉空間の気
相部間を通気させる差圧式通気手段と、第１の密閉空間
に臨む第１の固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極
間に直流電圧を印加する直流電源とを備えているので、
上記第４の発明と同様に、小型静止形で、無音で、高効
率で、かつ、メンテナンスフリーの電解反応による水蒸
発式冷却装置が得られる。さらに、第２の固体電解質膜
がプロトンと電子とを同時に移動できる単極で構成され
ているので、上記第４の発明に比べて、システムの簡素
化および低コスト化を図ることができる。

【０１２２】また、この発明の第７の発明によれば、上
記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、第１
の密閉空間を構成する缶体の冷却部が可撓性部材で構成
され、該冷却部の外面形状が該冷却部に熱的に連結され
る被冷却体の外形形状に合わせて変形できるようにした
ので、被冷却体の外形形状に拘わらず缶体の冷却部を被
冷却体に良好に密接させることができ、冷却効率の向上
が図られる。

【０１２３】また、この発明の第８の発明によれば、上
記第３乃至第７の発明のいずれかの発明において、凝縮
手段が通気管を介して第２の密閉空間に連通された凝縮
器からなり、通気管の少なくとも一部を可撓性部材で構
成して凝縮器の位置を第２の密閉空間に対して可変とし
たので、水蒸発式冷却装置の設置自由度を増すことがで
きる。

【０１２４】また、この発明の第９の発明によれば、上
記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、第１
の密閉空間に通気管を介して連通され、水を貯液する含
水層を内部に有する第３の密閉空間を備え、凝縮された
凝縮水を返水手段により含水層に返水させるようにし、
さらに第３の密閉空間を構成する缶体の冷却部が可撓性
部材で構成され、該冷却部の外面形状が該冷却部に熱的
に連結される被冷却体の外形形状に合わせて変形できる
ようにしたので、上記第７の発明と同様に、冷却効率の
向上を図ることができる。さらに、冷却部を有する第３
の密閉空間が固体電解膜を有する空間から分離されてい
るので、固体電解膜の変形が不要となり、固体電解膜の
水蒸気汲上げ作用および酸素分子移動機能が長期的に安
定して行われ、長寿命化が図られる。

【０１２５】また、この発明の第１０の発明によれば、
上記第３乃至第６の発明および第９の発明のいずれかの
発明において、第１の密閉空間に通気管を介して連通さ
れ、水を貯液する含水層を内部に有する第３の密閉空間
を備え、凝縮された凝縮水を返水手段により含水層に返
水させるようにし、さらに通気管の少なくとも一部を可
撓性部材で構成して第３の密閉空間の位置を第１の密閉
空間に対して可変としたので、水蒸発式冷却装置の設置
自由度を増すことができる。

【０１２６】また、この発明の第１１の発明によれば、
上記第９または第１０の発明において、液状の水の透過
を阻止して水蒸気を選択的に透過させる水蒸気透過膜が
含水層の表面に被覆されているので、水蒸気透過膜によ
って含水層の含水率を高い値に設定でき、含水層内の全
面において水の欠損現象を防止することができ、大きな
冷却面に対しても十分な冷却効果が得られる。

【０１２７】また、この発明の第１２の発明によれば、
上記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、第
１および第２の密閉空間の気相部に気体を撹拌する気体
撹拌手段が備えられているので、第１および第２の密閉
空間内の気体が強制的に流動されて固体電解膜の電解反
応面に効率よく接触し、電解反応が促進されて冷却性能
を高めることができる。

【０１２８】また、この発明の第１３の発明によれば、
上記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、被
冷却体と熱的に連結される冷却板を固体電解膜もしくは
第１の固体電解膜と相対するように配置して第１の密閉
空間が構成され、冷却板の固体電解膜と相対する面に含
水層が形成され、第１の密閉空間に貯液されている水が
含水層に給水されるようにしたので、冷却板が含水層に
吸水されている水により直接冷却され、冷却性能を高め
ることができる。

【０１２９】また、この発明の第１４の発明によれば、
上記第１３の発明において、冷却板の一部が第２の密閉
空間内に臨むように構成され、第２の密閉空間内に臨む
該冷却板の一部に凝縮手段により凝縮された凝縮水を溜
める凝縮水溜め部が形成され、さらに凝縮水溜め部と含
水層とが通水可能に形成されているので、動力および循
環管路を用いることなく水の循環ができ、小型化を図る
ことができる。

【０１３０】また、この発明の第１５の発明によれば、
上記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、第
１の密閉空間と第２の密閉空間とが、両空間の圧力差が
規定値以上となると第１の密閉空間内の気体を第２の密
閉空間内に流通させ、両空間の圧力差が規定値未満とな
ると第２の密閉空間内の凝縮水を第１の密閉空間内に返
水させる管路によって連結されているので、該管路に水
の循環機能と気体の循環機能とが兼ね備えられ、構成部
品の簡素化が図られ、その分小型化を図ることができ
る。

【０１３１】また、この発明の第１６の発明によれば、
上記第３乃至第６の発明のいずれかの発明において、伝
熱体が、固定電解膜あるいは第１および第２の固定電解
膜のいずれかの面に熱的に接触し、かつ、その一部を密
閉空間から外部に延出するように配設され、伝熱体の密
閉空間から外部に延出された部位に放熱器が配設されて
いるので、固体電解膜の熱が系外に放熱され、固体電解
膜の温度上昇が抑えられ、冷却性能が高められる。

【０１３２】また、この発明の第１７の発明によれば、
上記第３乃至第１６の発明のいずれかの発明において、
第１の密閉空間および第２の密閉空間内に酸素ガスと水
蒸気とからなる気体が封入されているので、第１の密閉
空間および第２の密閉空間内に電解反応に寄与する因子
のみが存在し、反応スピードが速められ、冷却能力の向
上を図ることができる。

【０１３３】また、この発明の第１８の発明によれば、
上記第３乃至第１６の発明のいずれかの発明において、
第１の密閉空間および第２の密閉空間内に空気からなる
気体が封入されているので、低コスト化を図ることがで
きる。

【０１３４】また、この発明の第１９の発明によれば、
上記第１７または第１８の発明において、第１の密閉空
間および第２の密閉空間内の圧力が大気圧近傍に設定さ
れているので、堅牢な気密構造を採る必要がなく、装置
製作が容易となる。

【０１３５】また、この発明の第２０の発明によれば、
気体が封入された密閉空間をプロトンを選択的に通過さ
せる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けられて
なる固体電解膜により第１および第２の空間に２分割
し、両面に設けられた多孔質電極間に直流電圧を印加し
て第１の空間側の固体電解膜の面で水の電気分解を生じ
させ、該水の電気分解で生成されたプロトンを固体電解
膜を介して第２の空間側の固体電解膜の面に移動させ、
第２の空間側の固体電解膜の面で水の生成反応を生じさ
せて第１および第２の空間に湿度差を発生させ、第１の
空間内に形成されている水膜の水の温度を低下させるよ
うにしたので、小型静止形で、無音で、高効率で、か
つ、メンテナンスフリーの電解反応による水蒸発式冷却
方向が得られる。

【０１３６】また、この発明の第２１の発明によれば、
上記第２０の発明において、第２の空間の１部は熱を系
外に放出する機能の凝縮空間に形成し、第２の空間内の
高湿度の気体を凝縮して凝縮水を生成し、該凝縮水を第
１の空間に返水して、第１の空間に形成された水膜に水
を補給するようにしたので、ポンプなどの機械的手段を
用いることなく水の循環が行われ、無音化を図ることが
できる。

【０１３７】また、この発明の第２２の発明によれば、
上記第２０または第２１の発明において、第１の空間と
第２の空間とを連通する通気孔を設け、第１の空間側の
固体電解膜の面で水の電気分解で生成された酸素ガスを
通気孔を介して第２の空間に還流させるようにしたの
で、ポンプなどの機械的手段を用いることなく酸素ガス
の循環が行われ、無音化を図ることができる。

【０１３８】また、この発明の第２３の発明によれば、
プロトンを選択的に通過させる固体高分子電解質の両面
に多孔質電極が設けられてなり、気体が封入された密閉
空間を第１の空間と第２の空間とに分離する固体電解膜
と、第１の空間内に形成された水膜と、第２の空間内の
気体に含まれる水分を該第２の空間に連通する凝縮空間
で凝縮する凝縮手段と、凝縮手段により凝縮された凝縮
水を第１の空間内に形成された水膜に返水する返水手段
と、第１の空間と第２の空間とを連通するように設けら
れた通気孔と、固体電解膜の両面に設けられた多孔質電
極間に直流電圧を印加する直流電源とを備えたので、小
型静止形で、無音で、高効率で、かつ、メンテナンスフ
リーの電解反応による水蒸発式冷却装置が得られる。

【０１３９】また、この発明の第２４の発明によれば、
上記第２３の発明において、固体電解膜が、それぞれプ
ロトンを選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に
多孔質電極が設けられた第１および第２の固体電解膜
を、該第１および第２の固体電解膜間に密閉空間を形成
するように該プロトンの移動方向に直列に２段に配列し
て構成されているので、第１および第２の固体電解膜間
に形成されるガス空間が水蒸気の逆移動を阻止するよう
に作用し、水蒸気の移動効率の低下が抑えられ、その分
冷却性能を高めることができる。

【０１４０】また、この発明の第２５の発明によれば、
上記第２４の発明において、第２の固体電解膜の両面に
設けられた多孔質電極間に発生する起電力を回収し、第
２の固体電解膜の両面に設けられた多孔質電極間に供給
する電力の一部として帰還させるようにしたので、省エ
ネルギー化を図ることができる。

【０１４１】また、この発明の第２６の発明によれば、
上記第２３の発明において、固体電解膜が、プロトンを
選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電
極が設けられた第１の固体電解膜と、プロトンと電子と
を同時に移動できるように構成された第２の固体電解膜
とを、該第１および第２の固体電解膜間に密閉空間を形
成するように該プロトンの移動方向に直列に２段に配列
して構成されているので、第１および第２の固体電解膜
間に形成されるガス空間が水蒸気の逆移動を阻止するよ
うに作用し、水蒸気の移動効率の低下が抑えられ、その
分冷却性能を高めることができる。さらに、第２の固体
電解膜が単極で構成され、その分低コスト化を図ること
ができる。

【０１４２】また、この発明の第２７の発明によれば、
上記第２３乃至第２６の発明のいずれかの発明におい
て、第１の空間を形成する壁面および凝縮空間を形成す
る部材の壁面に互いに連なるように付設された網状、綿
状あるいは海綿状の吸水部材を備え、凝縮手段で凝縮さ
れた凝縮水を凝縮空間内の吸水部材に吸水させ、吸水部
材の毛細管現象の作用により第１の空間内の吸水部材に
返水させて、第１の空間内に水膜を形成するようにした
もので、ポンプなどの機械的手段を用いることなく水の
循環が行われ、無音化を図ることができる。

【０１４３】また、この発明の第２８の発明によれば、
上記第２３乃至第２７の発明のいずれかの発明におい
て、被冷却体と熱的に連結される冷却板が固体電解膜と
相対するように配置して第１の空間が構成され、かつ、
冷却板の固体電解膜と相対する面に網状、綿状あるいは
海綿状の吸水部材が付設されて、吸収部材に水を吸水さ
せて水膜を形成するようにしたので、冷却板が含水部材
に吸水されている水により直接冷却され、冷却性能を高
めることができる。

【０１４４】また、この発明の第２９の発明によれば、
上記第２３乃至第２８の発明のいずれかの発明におい
て、固体電解膜は筒状に形成され、その軸心が略鉛直方
向を向くように配置されて、第１の空間と第２の空間と
を該固体電解膜の軸心に対して同心状に形成し、通気孔
が密閉空間の該軸心方向の最下部に配置され、第１の空
間および第２の空間が密閉空間の該軸心方向の下部側に
配置され、かつ、凝縮空間が第２の空間に連通して密閉
空間の該軸心方向の最上部に配置されているので、水蒸
気と酸素ガスとの比重重の差により駆動源を用いること
なく気体がスムーズに移動される。

【０１４５】また、この発明の第３０の発明によれば、
上記第２３乃至第２８の発明のいずれかの発明におい
て、固体電解膜は筒状に形成され、その軸心が略鉛直方
向を向くように配置されて、第１の空間と第２の空間と
を該固体電解膜の軸心に対して同心状に形成し、第１の
空間が第２の空間の内周側に配置され、通気孔が該軸心
方向の最下部に配置され、かつ、第２の空間の外周部に
凝縮手段を配設して第２の空間を凝縮空間としたので、
軸方向の寸法を縮小することができる。

【０１４６】また、この発明の第３１の発明によれば、
上記第２３乃至第３０の発明のいずれかの発明におい
て、第１の空間およに第２の空間内に酸素ガスと水蒸気
のみからなる気体が封入されているので、第１の空間お
よび第２の空間内に電解反応に寄与する因子のみが存在
し、反応スピードが速められ、冷却能力の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置に用いられる固体電解膜の構成を示
す断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置に用いられる差圧式通気機構の構成
を示す断面図である。

【図４】水の飽和圧力に対する沸騰蒸発温度の関係を
示す図である。

【図５】水と気体とが接触する場合の乾球と湿球との
温度関係を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態１に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置における冷却動作を説明する図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態２に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図８】この発明の実施の形態３に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図９】この発明の実施の形態４に係る電解反応によ
る水蒸発式冷却装置における差圧式通気機構を示す模式
構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態５に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置における固体電解膜を示す模式構
成図である。

【図１１】この発明の実施の形態５に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態６に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置における固体電解膜を示す模式構
成図である。

【図１３】この発明の実施の形態６に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置における固体電解膜の特性図であ
る。

【図１４】この発明の実施の形態７に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図１５】この発明の実施の形態７に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置の実施態様例を示す模式構成図で
ある。

【図１６】この発明の実施の形態９に係る電解反応に
よる水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図１７】この発明の実施の形態１０に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図１８】この発明の実施の形態１１に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図１９】この発明の実施の形態１２に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２０】この発明の実施の形態１３に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２１】この発明の実施の形態１６に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２２】この発明の実施の形態１６に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置の使用状態を示す模式構成図で
ある。

【図２３】この発明の実施の形態１７に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２４】この発明の実施の形態１８に係る電解反応
による水蒸発式冷却装置を示す模式構成図である。

【図２５】従来の水蒸気透過膜式除湿装置を示す構成
図である。

【図２６】従来の疎水性多孔質膜を用いた吸収式温度
回生器を示す構成図である。

【図２７】疎水性多孔質膜の水蒸気の選択的透過によ
る気液分離を説明する断面図である。

【図２８】従来の電子回路基板の冷却方法を説明する
図である。

【符号の説明】

１１直流電源、５０固体電解膜、５０ａ第１の固
体電解膜、５０ｂ，５０ｃ第２の固体電解膜、５１
密閉缶（密閉空間）、５１ａ空間（第１の密閉空
間）、５１ｂ空間（第２の密閉空間）、５２水、５
２ａ水（水膜）、５３被冷却体、５４凝縮器（凝
縮手段）、５５通水路（返水手段）、５６差圧式通気
機構（差圧式通気手段）、５７放熱器（凝縮手段）、
５８プロトン伝導体（固体高分子電解質）、５９陽
極（多孔質電極）、６０陰極（多孔質電極）、６２
回転翼（撹拌手段）、６４冷却板、６４ａ凝縮水溜
め部、６５含水層、６６Ｕ字管（管路）、７１起
電力回収装置、７８伝熱体、７９放熱器、１００
固体電解膜、１０１密閉缶（密閉空間）、１０１ａ空
間（第１の空間）、１０１ｂ空間（第２の空間）、１
０１ｃ布体（吸水部材）、１０３ａ通気孔、１０４
凝縮空間、１１０密閉缶（密閉空間）、１１０ａ、
１２０ａ空間（第１の密閉空間）、１１０ｂ，１２０
ｂ空間（第２の密閉空間）、１１２通気管、１１３
可撓性部材、１２０Ａ第１の密閉缶（密閉空間）、
１２０Ｂ第２の密閉缶（密閉空間）、１２０ｃ空間
（第３の密閉空間）、１２２水蒸気透過膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体が封入された密閉空間を固体電解膜
により第１および第２の密閉空間に２分割し、前記第１
の密閉空間側の前記固体電解膜の面で水の電気分解を生
じさせ、該水の電気分解で生成されたプロトンを前記固
体電解膜を介して前記第２の密閉空間側の前記固体電解
膜の面に供給し、前記第２の密閉空間側の前記固体電解
膜の面で水の生成反応を生じさせて前記第１および第２
の密閉空間に湿度差を発生させ、前記第１の密閉空間内
に貯液されている水の温度を低下させるようにした電解
反応による水蒸発式冷却方法。
【請求項２】第２の密閉空間の高湿度の気体を凝縮し
て凝縮水を生成し、該凝縮水を第１の密閉空間に返水し
て、前記第１の密閉空間に貯液されている水を補給する
ようにした請求項１記載の電解反応による水蒸発式冷却
方法。
【請求項３】プロトンを選択的に通過させる固体高分
子電解質の両面に多孔質電極が設けられてなり、気体が
封入された密閉空間を第１の密閉空間と第２の密閉空間
とに分離する固体電解膜と、前記第１の密閉空間内に貯
液された水と、前記第２の密閉空間内の気体に含まれる
水分を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段により凝縮さ
れた凝縮水を前記第１の密閉空間に返水する返水手段
と、前記第１の密閉空間の気相部と前記第２の密閉空間
の気相部との圧力差が作動圧力を越えると前記第１およ
び第２の密閉空間の気相部間を通気させる差圧式通気手
段と、前記固体電解膜の両面に設けられた前記多孔質電
極間に直流電圧を印加する直流電源とを備えたことを特
徴とする電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項４】気体が封入された密閉空間を第１の密閉
空間と第２の密閉空間とに分離するようにプロトンの移
動方向に直列に２段に配列された、プロトンを選択的に
通過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設け
られてなる第１および第２の固体電解膜と、前記第１の
密閉空間内に貯液された水と、前記第２の密閉空間内の
気体に含まれる水分を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手
段により凝縮された凝縮水を前記第１の密閉空間に返水
する返水手段と、前記第１の密閉空間の気相部と前記第
２の密閉空間の気相部との圧力差が作動圧力を越えると
前記第１および第２の密閉空間の気相部間を通気させる
差圧式通気手段と、前記第１の密閉空間に臨む前記第１
の固体電解膜の両面に設けられた前記多孔質電極間に直
流電圧を印加する直流電源とを備えたことを特徴とする
電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項５】第２の固体電解膜の両面に設けられた多
孔質電極間に発生する起電力を回収し、第１の固体電解
膜の両面に設けられた多孔質電極間に供給する電力の一
部として帰還させるようにしたことを特徴とする請求項
４記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項６】気体が封入された密閉空間を第１の密閉
空間と第２の密閉空間とに分離するようにプロトンの移
動方向に直列に２段に配列された、プロトンを選択的に
通過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設け
られてなる第１の固体電解膜およびプロトンと電子とを
同時に移動できるように構成された第２の固体電解膜
と、前記第１の密閉空間内に貯液された水と、前記第２
の密閉空間内の気体に含まれる水分を凝縮する凝縮手段
と、前記凝縮手段により凝縮された凝縮水を前記第１の
密閉空間に返水する返水手段と、前記第１の密閉空間の
気相部と前記第２の密閉空間の気相部との圧力差が作動
圧力を越えると前記第１および第２の密閉空間の気相部
間を通気させる差圧式通気手段と、前記第１の密閉空間
に臨む前記第１の固体電解膜の両面に設けられた前記多
孔質電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備えたこ
とを特徴とする電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項７】第１の密閉空間を構成する缶体の冷却部
が可撓性部材で構成され、該冷却部の外面形状が該冷却
部に熱的に連結される被冷却体の外形形状に合わせて変
形できるようにしたことを特徴とする請求項３乃至請求
項６のいずれかに記載の電解反応による水蒸発式冷却装
置。
【請求項８】凝縮手段が通気管を介して第２の密閉空
間に連通された凝縮器からなり、前記通気管の少なくと
も一部を可撓性部材で構成して前記凝縮器の位置を第２
の密閉空間に対して可変としたことを特徴とする請求項
３乃至請求項７のいずれかに記載の電解反応による水蒸
発式冷却装置。
【請求項９】第１の密閉空間に通気管を介して連通さ
れ、水を貯液する含水層を内部に有する第３の密閉空間
を備え、凝縮された凝縮水を返水手段により前記含水層
に返水させるようにし、さらに前記第３の密閉空間を構
成する缶体の冷却部が可撓性部材で構成され、該冷却部
の外面形状が該冷却部に熱的に連結される被冷却体の外
形形状に合わせて変形できるようにしたことを特徴とす
る請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の電解反応に
よる水蒸発式冷却装置。
【請求項１０】第１の密閉空間に通気管を介して連通
され、水を貯液する含水層を内部に有する第３の密閉空
間を備え、凝縮された凝縮水を返水手段により前記含水
層に返水させるようにし、さらに前記通気管の少なくと
も一部を可撓性部材で構成して前記第３の密閉空間の位
置を第１の密閉空間に対して可変としたことを特徴とす
る請求項３乃至請求項６、請求項９のいずれかに記載の
電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１１】液状の水の透過を阻止して水蒸気を選
択的に透過させる水蒸気透過膜が含水層の表面に被覆さ
れていることを特徴とする請求項９または請求項１０記
載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１２】第１および第２の密閉空間の気相部に
気体を撹拌する気体撹拌手段が備えられていることを特
徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の電解
反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１３】被冷却体と熱的に連結される冷却板を
固体電解膜もしくは第１の固体電解膜と相対するように
配置して第１の密閉空間が構成され、前記冷却板の前記
固体電解膜と相対する面に含水層が形成され、前記第１
の密閉空間に貯液されている水が前記含水層に給水され
るようにしたことを特徴とする請求項３乃至請求項６の
いずれかに記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１４】冷却板の一部が第２の密閉空間内に臨
むように構成され、前記第２の密閉空間内に臨む該冷却
板の一部に凝縮手段により凝縮された凝縮水を溜める凝
縮水溜め部が形成され、さらに前記凝縮水溜め部と含水
層とが通水可能に形成されていることを特徴とする請求
項１３記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１５】第１の密閉空間と第２の密閉空間と
が、両空間の圧力差が規定値以上となると第１の密閉空
間内の気体を第２の密閉空間内に流通させ、両空間の圧
力差が規定値未満となると第２の密閉空間内の凝縮水を
第１の密閉空間内に返水させる管路によって連結されて
いることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか
に記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１６】伝熱体が、固定電解膜あるいは第１お
よび第２の固定電解膜のいずれかの面に熱的に接触し、
かつ、その一部を密閉空間から外部に延出するように配
設され、前記伝熱体の前記密閉空間から外部に延出され
た部位に放熱器が配設されていることを特徴とする請求
項３乃至請求項６のいずれかに記載の電解反応による水
蒸発式冷却装置。
【請求項１７】第１の密閉空間および第２の密閉空間
内に酸素ガスと水蒸気とからなる気体が封入されている
ことを特徴とする請求項３乃至請求項１６のいずれかに
記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項１８】第１の密閉空間および第２の密閉空間
内に空気からなる気体が封入されていることを特徴とす
る請求項３乃至請求項１６のいずれかに記載の電解反応
による水蒸発式冷却装置。
【請求項１９】第１の密閉空間および第２の密閉空間
内の圧力が大気圧近傍に設定されていることを特徴とす
る請求項１７または請求項１８に記載の電解反応による
水蒸発式冷却装置。
【請求項２０】気体が封入された密閉空間をプロトン
を選択的に通過させる固体高分子電解質の両面に多孔質
電極が設けられてなる固体電解膜により第１および第２
の空間に２分割し、両面に設けられた前記多孔質電極間
に直流電圧を印加して前記第１の空間側の前記固体電解
膜の面で水の電気分解を生じさせ、該水の電気分解で生
成されたプロトンを前記固体電解膜を介して前記第２の
空間側の前記固体電解膜の面に移動させ、前記第２の空
間側の前記固体電解膜の面で水の生成反応を生じさせて
前記第１および第２の空間に湿度差を発生させ、前記第
１の空間内に形成されている水膜の水の温度を低下させ
るようにした電解反応による水蒸発式冷却方法。
【請求項２１】第２の空間の１部は熱を系外に放出す
る機能の凝縮空間に形成し、前記第２の空間内の高湿度
の気体を凝縮して凝縮水を生成し、該凝縮水を第１の空
間に返水して、前記第１の空間に形成された水膜に水を
補給するようにした請求項２０記載の電解反応による水
蒸発式冷却方法。
【請求項２２】第１の空間と第２の空間とを連通する
通気孔を設け、前記第１の空間側の固体電解膜の面で水
の電気分解で生成された酸素ガスを前記通気孔を介して
前記第２の空間に還流させるようにした請求項２０また
は請求項２１記載の電解反応による水蒸発式冷却方法。
【請求項２３】プロトンを選択的に通過させる固体高
分子電解質の両面に多孔質電極が設けられてなり、気体
が封入された密閉空間を第１の空間と第２の空間とに分
離する固体電解膜と、前記第１の空間内に形成された水
膜と、前記第２の空間内の気体に含まれる水分を該第２
の空間に連通する凝縮空間で凝縮する凝縮手段と、前記
凝縮手段により凝縮された凝縮水を前記第１の空間内に
形成された前記水膜に返水する返水手段と、前記第１の
空間と前記第２の空間とを連通するように設けられた通
気孔と、前記固体電解膜の両面に設けられた前記多孔質
電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備えたことを
特徴とする電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項２４】固体電解膜が、それぞれプロトンを選
択的に通過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極
が設けられた第１および第２の固体電解膜を、該第１お
よび第２の固体電解膜間に密閉空間を形成するように該
プロトンの移動方向に直列に２段に配列して構成されて
いることを特徴とする請求項２３記載の電解反応による
水蒸発式冷却装置。
【請求項２５】第２の固体電解膜の両面に設けられた
多孔質電極間に発生する起電力を回収し、第２の固体電
解膜の両面に設けられた多孔質電極間に供給する電力の
一部として帰還させるようにしたことを特徴とする請求
項２４記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項２６】固体電解膜が、プロトンを選択的に通
過させる固体高分子電解質の両面に多孔質電極が設けら
れた第１の固体電解膜と、プロトンと電子とを同時に移
動できるように構成された第２の固体電解膜とを、該第
１および第２の固体電解膜間に密閉空間を形成するよう
に該プロトンの移動方向に直列に２段に配列して構成さ
れていることを特徴とする請求項２３記載の電解反応に
よる水蒸発式冷却装置。
【請求項２７】第１の空間を形成する壁面および凝縮
空間を形成する部材の壁面に互いに連なるように付設さ
れた網状、綿状あるいは海綿状の吸水部材を備え、凝縮
手段で凝縮された凝縮水を前記凝縮空間内の前記吸水部
材に吸水させ、前記吸水部材の毛細管現象の作用により
前記第１の空間内の前記吸水部材に返水させて、前記第
１の空間内に水膜を形成するようにしたことを特徴とす
る請求項２３乃至請求項２６のいずれかに記載の電解反
応による水蒸発式冷却装置。
【請求項２８】被冷却体と熱的に連結される冷却板が
固体電解膜と相対するように配置して第１の空間が構成
され、かつ、前記冷却板の前記固体電解膜と相対する面
に網状、綿状あるいは海綿状の吸水部材が付設されて、
前記吸収部材に水を吸水させて水膜を形成するようにし
たことを特徴とする請求項２３乃至請求項２７のいずれ
かに記載の電解反応による水蒸発式冷却装置。
【請求項２９】固体電解膜は筒状に形成され、その軸
心が略鉛直方向を向くように配置されて、第１の空間と
第２の空間とを該固体電解膜の軸心に対して同心状に形
成し、通気孔が密閉空間の該軸心方向の最下部に配置さ
れ、前記第１の空間および前記第２の空間が前記密閉空
間の該軸心方向の下部側に配置され、かつ、凝縮空間が
前記第２の空間に連通して前記密閉空間の該軸心方向の
最上部に配置されていることを特徴とする請求項２３乃
至請求項２８のいずれかに記載の電解反応による水蒸発
式冷却装置。
【請求項３０】固体電解膜は筒状に形成され、その軸
心が略鉛直方向を向くように配置されて、第１の空間と
第２の空間とを該固体電解膜の軸心に対して同心状に形
成し、前記第１の空間が前記第２の空間の内周側に配置
され、通気孔が該軸心方向の最下部に配置され、かつ、
前記第２の空間の外周部に凝縮手段を配設して前記第２
の空間を凝縮空間としたことを特徴とする請求項２３乃
至請求項２８のいずれかに記載の電解反応による水蒸発
式冷却装置。
【請求項３１】第１の空間およに第２の空間内に酸素
ガスと水蒸気のみからなる気体が封入されていることを
特徴とする請求項２３乃至請求項３０のいずれかに記載
の電解反応による水蒸発式冷却装置。