[发明专利]固体高分子电解模块及其制造方法和使用它的除湿装置

说明书

本发明涉及使用氢离子或者氢氧离子导电性固体高分子电解质膜三维立体地形成的固体高分子电解模块及其制造方法和使用它的除湿装置。

图23是使用例如日本特开昭61-216714号公报中记载的氢离子导电性固体高分子电解质膜的以往的固体高分子电解模块的结构图。

在图23中，借助于利用热压法分别将阴极2接在由氢离子导电性固体高分子电解质膜组成的阳离子交换膜1的各面上、利用非电解镀金法接阳极3，构成电化学单元。

此外，也使用例如杜邦公司制造的NAFION(注册商标)膜作为氢离子导电性固体高分子电解质膜。

在阴极2的背面上配置阴极集电体4并在阳极3的背面上配置阳极集电体5。进而，在阴极集电体4的背面上配设阴极端子板6并在阳极集电体5的背面上配设阳极端子板7。并且，利用框体8固定各组成要素1-7。

借助于用泵9将作为除湿对象的空气提供给在阴极集电体4的间隙部形成的阴极室10和在阳极集电体5的间隙部形成的阳极室11中，提供给两室10、11中的空气中的水蒸气被阳离子交换膜1吸收。

在这种状态，在两端子板6、7之间一施加直流电压，就在阴极2发生氧的电解还原反应并在阳极3发生氧的发生反应，同时水从阴极2的背面漏出。漏出的水储存在水池12中，并从排出口13将在阴极2脱氧后的剩余气体排放到空气中。此外，从排出口14将从阳极3产生的氧与剩余空气一起排放到空气中。

接着，对阳离子交换膜1与两电极2、3接合的电化学单元的动作原理进行说明。

在图23中，在两极2、3之间一施加来自直流电源(未图示)的电压，在阳极3水就被分解、利用下式(1)的反应使阳极室11中的湿度降低。

……(1)

这时，在阳极3中产生的氢离子(H⁺)通过阳离子交换膜1到达阴极2上。电子(e^-)通过直流电源(未图示)的电路到达阴极2上。并且，根据下式(2)在阴极2消耗氧并产生水。

……(2)

进而，与氢离子(H⁺)一起，平均3分子左右的水从阳极向阴极移动。因此，利用式(2)的反应，在阴极2将来自阳极室11中的水蒸气变为水，同时因水从阳极3向阴极2移动，所以阳极室11中的湿度降低。

如上所述结构的以往的固体高分子电解模块，因在空间上固体高分子电解质膜与周围的流体接触的面积为平面的二维结构，所以有在需要大电解负荷的用途中必须为大平面的问题。

本发明提供电解膜为立体结构，以三维高密度方式形成电解膜的固体高分子电解模块及其制造方法和使用它的除湿装置。

与本第1发明相关的固体高分子电解模块，具有在以氢离子或者氢氧离子作为导电体的带状固体高分子电解质膜的一面上以规定的间隔沿纵向形成多个薄长状的阳极并在该固体高分子电解质膜的另一面上相对于阳极以规定的间隔沿纵向形成多个薄长状的阴极的电解膜、用在一边上具有开口部的电绝缘材料形成且该开口部上下不同地重合叠层的多个矩形框体和从直流电源对电解膜供电的供电体，将电解膜在各框体的开口部的对边上折叠，并使固体高分子电解质膜的两面上相对形成的阳极和阴极夹在相邻框体之间，在框体的叠层方向形成波浪形立体状。

与本第2发明相关的固体高分子电解模块，具有在以氢离子或者氢氧离子作为导电体的薄长状的固体高分子电解质膜的两面相对形成薄长状的阳极和阴极的多个电解膜，用在一边上具有开口部的电绝缘材料形成且该开口部上下不同地重合叠层的多个矩形框体和从直流电源对电解膜供电的供电体，多个电解膜夹入框体之间，使阳极和阴极分别同极相对，在框体的叠层方向形成立体状。

与本第3发明相关的固体高分子电解模块，做成在所述第2发明中，将电解膜夹在开口部上下反向配置的一对框体间，该对框体的开口部的对边分别连接该电解膜的两端并构成单元，串联连接该单元使阳极侧和阴极侧分别齐聚在相同面上，该电解膜分别在各自框体对边上折叠并在框体的叠层方向形成波浪形立体状。