JP4198529B2

JP4198529B2 - Dehumidifying element

Info

Publication number: JP4198529B2
Application number: JP2003151970A
Authority: JP
Inventors: 晶二赤堀; 創太中川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP2004351316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質膜を用いて湿度調整を行う除湿素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質膜を用いた除湿素子は当該技術において公知である。図１に、従来公知の固体電解質膜を用いた除湿素子の構成を示す。除湿素子は、固体電解質膜３を、電極１及び２で挟持し、フレーム４で固定した構成を有する。各電極には、直流電源５が接続されていて、それぞれ、陽極１及び陰極２として機能する。
【０００３】
このような構成の除湿素子を、陽極１側が除湿空間（除湿を行うべき空間）に接するように、陰極２側が加湿空間に接するように配置して、両電極間に通電すると、除湿空間中に含まれる湿分（Ｈ₂Ｏ）が陽極において電気分解されて下式（１）の電極反応が起こる。
【０００４】
【化１】

【０００５】
上式によって発生した水素イオン（Ｈ⁺）は、陽極１から固体電解質膜３を通って陰極２に移動し、一方電子（ｅ^-）は電気回路を通って陰極に移動し、その結果、陰極２では、下式（２）の電極反応が起こり、加湿空間中の酸素を消費して水を発生する。
【０００６】
【化２】

【０００７】
従って、このような除湿素子を、例えば、電力制御盤などの壁部に、陽極１側が盤内に、陰極２側が外部空間に接するように配置して取り付けると、制御盤内の空間の除湿を行うことができる。また、かかる除湿素子を、半導体や各種電子部品を製造するクリーンルームの壁部、天井部及び／又は床部に取り付けると、クリーンルーム内の空間の除湿を行うことができる。なお、陰極２側で発生した水は、例えば、外部空間の通気などによって蒸発放散させることができる。
【０００８】
このような除湿素子において用いられる電極体は、通気性が必要であるので、一般に、金網形状のものや、導電性繊維の集合体などから構成される多孔質通電体などが用いられている。
【０００９】
しかしながら、上記のような構成の除湿素子においては、固体高分子電解質膜の両面に電極が直接配置されており、安定した除湿機能を保持するためには、電極と固体高分子電解質膜との接点を安定化する目的で両者を張り合わせる必要があり、製作コストが高額となる問題があった。
【００１０】
更に、特に電極が金網状の構造体や導電性繊維の集合体の場合、固体高分子電解質膜と電極体とが、面ではなく点で接触するので、その接触部に集中して電気が流れ、長時間の運転を行うと、膜が、電極体との接触部において変質を起こす、例えば、「焼け」を起こしてカチオン交換能力（水素イオンの移動性）を低下させてしまうという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、製作が容易で高額な製作コストを伴うことなく、安定した性能を発揮することができる除湿素子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、固体高分子電解質膜が緩衝性を有するカチオン交換体によって挟持されている構造体が、更に通気性の陽極及び陰極によって挟持されていることを特徴とする除湿素子を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる除湿素子の一具体例を図２を参照して説明する。図２に示す本発明の一態様にかかる除湿素子は、固体高分子電解質膜１３が、緩衝性を有するカチオン交換体１６、１６’によって両側から挟持されており、これが更に通気性の陽極１１及び陰極１２によって両側から挟持されている積層構造体によって構成されている。この積層構造体は、フレーム１４によって固定されている。また、陽極１１及び陰極１２には、直流電源１５が接続されている。
【００１４】
このような構成の除湿素子を、陽極１１側が除湿空間（除湿を行うべき空間）に接するように、陰極１２側が加湿空間に接するように配置して、両電極間に通電すると、上記に説明したように、陽極においては、空間中の湿分（Ｈ₂Ｏ）が電極反応によって酸素（Ｏ₂）と水素イオン（Ｈ⁺）とに分解され、電子（ｅ^-）が発生する。発生した水素イオンは、陽極１１からカチオン交換体１６、固体電解質膜１３、カチオン交換体１６’を通って陰極１２に移動する。そして、陰極においては、陽極で発生し、電源回路を通って移動してきた電子ｅ^-によって、固体高分子電解質膜１３及びカチオン交換体１６、１６’を通って移動してきた水素イオンＨ⁺が、空気中の酸素と電極反応を起こして水を発生する。これによって、陽極に接した側の雰囲気の除湿を行うことができる。
【００１５】
従って、本発明に係る除湿素子を、例えば、電力制御盤などの壁部に、陽極１１側が盤内に、陰極１２側が外部空間側に接するように配置して取り付けると、制御盤内の空間の除湿を行うことができる。同様に、本発明に係る除湿素子を、クリーンルームの壁部、天井部及び／又は床部などに、陽極１１側がクリーンルーム内に、陰極１２側がクリーンルームの外部空間側に接するように配置して取り付けると、クリーンルーム内の空間の除湿を行うことができる。更には、かかる除湿素子を、クリーンルームへの給気系統（例えば給気ダクト）の壁部に取り付けることにより、クリーンルームに除湿された空気を供給することができるので、クリーンルーム空間の湿度を低減することができる。従って、本発明は、上記に説明した本発明に係る除湿素子を備えたことを特徴とする、クリーンルーム用の除湿装置又は湿度低減装置をも提供する。なお、陰極１２側で発生した水は、例えば、外部空間の通気などによって蒸発放散させることができる。
【００１６】
本発明において、「固体高分子電解質膜」とは、イオン透過性を示す固体高分子電解質から形成された膜であり、フッ素樹脂系のイオン交換膜、炭素系のイオン交換膜のいずれも使用できる。なお、本発明に係る除湿素子において、固体高分子電解質膜としてイオン交換膜を用いる場合には、水素イオンを移動させることが主眼であるので、カチオン交換膜を用いることが好ましい。この目的で用いることのできるカチオン交換膜としては、例えば、具体的には、デユポン社製のナフィオン、トクヤマ製のネオセプタなどを挙げることができる。
【００１７】
本発明の除湿素子において、固体高分子電解質膜を両側から挟持するカチオン交換体は、緩衝性を有することが必要である。緩衝性（クッション性）を有するカチオン交換体によって固体高分子電解質膜を両側から挟持することにより、固体高分子電解質膜が電極と直接接触することがなくなり、電極によって膜が痛むことがなくなる。また、カチオン交換体が緩衝性（クッション性）を有することで、電極、カチオン交換体及び固体高分子電解質膜の積層構造体を互いに圧接させることのみで各層を密着・固定させることができ、張り合わせ等の作業は不要である。更に、このようなカチオン交換体を、電極と固体高分子電解質膜との間に配置することにより、(1)電極表面と固体高分子電解質膜との接触面積が広くなるので、イオンの移動抵抗が減少する；(2)電流密度分布が緩和され、固体高分子電解質膜の全面でイオンが透過することにより、電気抵抗が低下すると共に、局所電流による固体高分子電解質膜の「焼け」等の劣化が防止される；(3)固体高分子電解質膜全体に均一に圧力がかかるようになり、固体高分子電解質膜の破損が防止される。更に、通気性を有するカチオン交換体を固体高分子電解質膜の陰極側に配置すると、陰極側において生成した水分を速やかに空気中に拡散させることができる。従って、固体高分子電解質膜の陰極側に配置するカチオン交換体は、緩衝性に加えて更に通気性を有していることが好ましい。
【００１８】
このような目的で用いることのできる緩衝性を有するカチオン交換体の形状としては、不織布材料、織布材料、スポンジ様材料の形態などを挙げることができる。これらの材料は、緩衝性に加えて通気性も有しているので、特に固体高分子電解質膜の陰極側に配置するカチオン交換体として特に好ましく用いることができる。なお、所謂カチオン交換膜は、緩衝性を有しておらず、この目的で用いることはできない。
【００１９】
本発明においては、緩衝性を有するカチオン交換体として、不織布、織布などの高分子繊維基材に放射線グラフト重合法によってカチオン交換基を導入したカチオン交換体を、特に好ましく用いることができる。
【００２０】
放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。
【００２１】
本発明において緩衝性を有するカチオン交換体を製造する目的で用いることのできる高分子繊維基材としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。
【００２２】
放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、β線、ガンマ線、電子線等を挙げることができるが、本発明においてはガンマ線や電子線を好ましく用いる。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、本発明においては、いずれの方法も用いることができる。また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの上記に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も本発明において用いることができる。
【００２３】
本発明において用いられる緩衝性を有するカチオン交換体を製造するために高分子繊維基材に導入するカチオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基を用いることができる。例えば、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基、フェノール性水酸基などの弱酸性カチオン交換基などを挙げることができる。
【００２４】
これらのカチオン交換基は、これらのカチオン交換基を有するモノマーを用いてグラフト重合、好ましくは放射線グラフト重合を行うか、又はこれらのカチオン交換基に転換可能な基を有する重合性モノマーを用いてグラフト重合を行った後に当該基をカチオン交換基に転換することによって、高分子繊維基材に導入することができる。この目的で用いることのできるカチオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウムなどを挙げることができる。例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、高分子基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができる。また、カチオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって高分子繊維基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をより具体的に説明するが、以下の実施例は本発明を具現化する一具体例を説明するもので、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
表１に、本実施例においてカチオン交換不織布の製造に使用した基材不織布の仕様を示す。この不織布は、芯がポリプロピレン、鞘がポリエチレンから構成される複合繊維を熱融着によって不織布にしたものである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示した不織布に、ガンマ線を、窒素雰囲気下で照射した後、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）溶液に浸漬して反応させ、グラフト率１７５％を得た。次に、このグラフト処理済不織布を、亜硫酸ナトリウム／イソプロピルアルコール／水の混合液中に浸漬して反応させ、スルホン化を行った。得られたイオン交換不織布のイオン交換容量を測定したところ、中性塩分解容量が２．８２meq/gの強酸性カチオン交換不織布が得られたことが分かった。
【００２９】
上記で得られたカチオン交換不織布をカチオン交換体１６、１６’として用い、固体高分子電解質膜１３として、フッ素樹脂系カチオン交換膜であるデユポン社製のナフィオンを用い、陽電極１１としてチタン／白金製の網状電極（網目２mm）を用い、陰電極１５としてＳＵＳ製の網状電極（網目２mm）を用いて、図２に示す除湿素子（有効面積１００cm²）を組立てた。
【００３０】
組立てた除湿素子を、容積５０Lの容器の壁に、陽電極面が容器内に、陰電極面が容器の外部に面するように取り付け、容器を密閉し、両電極間に３Ｖの直流電圧を印可して１２０分除湿運転した。容器内の気体は、除湿前は２０℃で湿度６０％ＲＨであったが、１２０分の除湿運転後は、湿度が５％ＲＨ以下に低下した。
【００３１】
除湿素子を分解して各部材の状態を目視検査したが、焼け、劣化等は特に観察されなかった。
【００３２】
比較例１
カチオン交換体１６、１６’を配さずに、実施例１と同じ材料で、固体高分子電解質膜１３を網状電極１１及び１２で直接挟み込むことによって除湿素子を形成した。この除湿素子を用いて、実施例１と同様の実験を行った。容器内の気体は、除湿前は２０℃で湿度６０％ＲＨであったが、１２０分の除湿運転後は、湿度が３０％ＲＨに低下した。
【００３３】
除湿素子を分解して各部材の状態を目視検査したところ、固体高分子電解質膜が網状電極と点接触する部分において、電解質膜が変質し、焼けていることが観察され、長時間の使用に耐えなかった。なお、比較例１において、１２０分運転後の湿度が３０％ＲＨと高かったのは、固体高分子電解質膜が変質し、イオン交換機能（水素イオンの移動性）が低下したためであると考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る除湿素子は、従来の固体高分子電解質膜を使用する除湿素子と比較して、容易に製作できることから高額な製作コストを伴うことなく、安定した性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の固体高分子電解質膜を用いた除湿素子の構成例を示す概念図である。
【図２】本発明の一態様に係る除湿素子の構成を示す概念図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dehumidifying element that performs humidity adjustment using a solid electrolyte membrane.
[0002]
[Prior art]
Dehumidifying elements using solid electrolyte membranes are known in the art. FIG. 1 shows a configuration of a dehumidifying element using a conventionally known solid electrolyte membrane. The dehumidifying element has a configuration in which a solid electrolyte membrane 3 is sandwiched between electrodes 1 and 2 and fixed by a frame 4. A DC power source 5 is connected to each electrode and functions as an anode 1 and a cathode 2, respectively.
[0003]
When the dehumidifying element having such a configuration is arranged so that the anode 1 side is in contact with the dehumidifying space (the space to be dehumidified) and the cathode 2 side is in contact with the humidifying space, and energized between both electrodes, The contained moisture (H ₂ O) is electrolyzed at the anode to cause an electrode reaction of the following formula (1).
[0004]
[Chemical 1]

[0005]
The hydrogen ions (H ⁺ ) generated by the above formula move from the anode 1 through the solid electrolyte membrane 3 to the cathode 2, while the electrons (e ⁻ ) move through the electric circuit to the cathode, and as a result, the cathode In 2, an electrode reaction of the following formula (2) occurs, and oxygen in the humidified space is consumed to generate water.
[0006]
[Chemical 2]

[0007]
Accordingly, when such a dehumidifying element is mounted on a wall such as a power control panel so that the anode 1 side is in the panel and the cathode 2 side is in contact with the external space, the dehumidification of the space in the control panel is performed. It can be carried out. Moreover, when such a dehumidifying element is attached to the wall, ceiling and / or floor of a clean room for manufacturing semiconductors and various electronic components, the space in the clean room can be dehumidified. The water generated on the cathode 2 side can be evaporated and diffused by, for example, ventilation of the external space.
[0008]
Since the electrode body used in such a dehumidifying element is required to be air permeable, generally, a wire mesh-shaped one or a porous electric conductor composed of an aggregate of conductive fibers or the like is used.
[0009]
However, in the dehumidifying element configured as described above, the electrodes are directly disposed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and in order to maintain a stable dehumidifying function, the contact point between the electrode and the solid polymer electrolyte membrane It is necessary to bond the two together for the purpose of stabilizing the manufacturing cost, resulting in a high manufacturing cost.
[0010]
Further, particularly when the electrode is a wire mesh structure or an assembly of conductive fibers, the solid polymer electrolyte membrane and the electrode body are in contact with each other at a point rather than a surface, so that electricity flows concentrated on the contact portion. When the operation is performed for a long time, the membrane is deteriorated at the contact portion with the electrode body, for example, “burning” is caused to reduce the cation exchange ability (hydrogen ion mobility). there were.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a dehumidifying element that is easy to manufacture and can exhibit stable performance without high manufacturing costs.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the structure in which the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched by a buffered cation exchanger is further sandwiched by a breathable anode and cathode. A dehumidifying element is provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A specific example of the dehumidifying element according to the present invention will be described with reference to FIG. In the dehumidifying element according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the solid polymer electrolyte membrane 13 is sandwiched from both sides by buffering

cation exchangers

16 and 16 ′. The laminated structure is sandwiched by the cathode 12 from both sides. This laminated structure is fixed by a frame 14. A DC power supply 15 is connected to the anode 11 and the cathode 12.
[0014]
As described above, the dehumidifying element having such a configuration is arranged such that the anode 11 side is in contact with the dehumidifying space (the space where dehumidification is performed) and the cathode 12 side is in contact with the humidifying space, and energization is performed between both electrodes. As described above, in the anode, moisture (H ₂ O) in the space is decomposed into oxygen (O ₂ ) and hydrogen ions (H ⁺ ) by an electrode reaction, and electrons (e ⁻ ) are generated. The generated hydrogen ions move from the anode 11 to the cathode 12 through the cation exchanger 16, the solid electrolyte membrane 13, and the cation exchanger 16 ′. In the cathode, the hydrogen ions H ⁺ that have moved through the solid polymer electrolyte membrane 13 and the

cation exchangers

16 and 16 ′ are generated by the electrons e ⁻ generated at the anode and moved through the power supply circuit. Generates water by causing an electrode reaction with oxygen in the air. Thereby, dehumidification of the atmosphere on the side in contact with the anode can be performed.
[0015]
Accordingly, when the dehumidifying element according to the present invention is attached to a wall portion of, for example, a power control panel so that the anode 11 side is in the panel and the cathode 12 side is in contact with the external space side, Dehumidification can be performed. Similarly, when the dehumidifying element according to the present invention is disposed and attached to a wall, ceiling, and / or floor of a clean room so that the anode 11 side is in the clean room and the cathode 12 side is in contact with the external space side of the clean room. Dehumidification of the space in the clean room can be performed. Furthermore, by attaching such a dehumidifying element to the wall of the air supply system (for example, air supply duct) to the clean room, it is possible to supply dehumidified air to the clean room, thereby reducing the humidity of the clean room space. Can do. Therefore, the present invention also provides a dehumidifying device or a humidity reducing device for a clean room, characterized by including the dehumidifying element according to the present invention described above. The water generated on the cathode 12 side can be evaporated and diffused by, for example, ventilation of the external space.
[0016]
In the present invention, the “solid polymer electrolyte membrane” is a membrane formed from a solid polymer electrolyte exhibiting ion permeability, and both a fluororesin-based ion exchange membrane and a carbon-based ion exchange membrane can be used. . In the dehumidifying element according to the present invention, when an ion exchange membrane is used as the solid polymer electrolyte membrane, it is preferable to use a cation exchange membrane because hydrogen ions are mainly moved. Specific examples of the cation exchange membrane that can be used for this purpose include Nafion manufactured by Deyupon, Neoceptor manufactured by Tokuyama, and the like.
[0017]
In the dehumidifying element of the present invention, the cation exchanger that sandwiches the solid polymer electrolyte membrane from both sides needs to have buffering properties. By sandwiching the solid polymer electrolyte membrane from both sides with a cation exchanger having a buffering property (cushioning property), the solid polymer electrolyte membrane is not in direct contact with the electrode, and the membrane is not damaged by the electrode. In addition, since the cation exchanger has a buffering property (cushioning property), the layers can be adhered and fixed only by pressing the laminated structure of the electrode, the cation exchanger, and the solid polymer electrolyte membrane to each other. Such work is unnecessary. Further, by arranging such a cation exchanger between the electrode and the solid polymer electrolyte membrane, (1) the contact area between the electrode surface and the solid polymer electrolyte membrane is widened, so that the ion migration resistance (2) The current density distribution is relaxed, and ions permeate across the entire surface of the solid polymer electrolyte membrane, resulting in a decrease in electrical resistance, as well as "burning" of the solid polymer electrolyte membrane due to local current, etc. Deterioration is prevented; (3) Uniform pressure is applied to the entire solid polymer electrolyte membrane, and damage to the solid polymer electrolyte membrane is prevented. Furthermore, if a cation exchanger having air permeability is disposed on the cathode side of the solid polymer electrolyte membrane, moisture generated on the cathode side can be quickly diffused into the air. Therefore, it is preferable that the cation exchanger disposed on the cathode side of the solid polymer electrolyte membrane further has air permeability in addition to the buffer property.
[0018]
Examples of the shape of the cation exchanger having a buffering property that can be used for such a purpose include forms of nonwoven materials, woven materials, and sponge-like materials. Since these materials have air permeability in addition to buffer properties, they can be particularly preferably used as a cation exchanger disposed on the cathode side of the solid polymer electrolyte membrane. The so-called cation exchange membrane does not have buffering properties and cannot be used for this purpose.
[0019]
In the present invention, a cation exchanger in which a cation exchange group is introduced into a polymer fiber substrate such as a nonwoven fabric or a woven fabric by a radiation graft polymerization method can be particularly preferably used as a cation exchanger having buffering properties.
[0020]
The radiation graft polymerization method is a technique in which a monomer is introduced into a substrate by irradiating a polymer substrate with radiation to form radicals and reacting the monomer with this.
[0021]
In the present invention, the polymer fiber substrate that can be used for the purpose of producing a buffered cation exchanger may be a polyolefin polymer, for example, a single fiber such as polyethylene or polypropylene, The composite fiber comprised by the polymer from which an axial core and a sheath part differ may be sufficient. Examples of the composite fibers that can be used include core-sheath composite fibers having a polyolefin-based polymer, for example, polyethylene as a sheath component, and polymers other than those used as the sheath component, for example, polypropylene as a core component. .
[0022]
Examples of radiation that can be used in the radiation graft polymerization method include β rays, gamma rays, and electron beams. In the present invention, gamma rays and electron beams are preferably used. The radiation graft polymerization method includes pre-irradiation graft polymerization method in which a graft substrate is irradiated with radiation in advance and then brought into contact with the graft monomer and reacted, and simultaneous irradiation graft polymerization method in which radiation is irradiated in the presence of the substrate and the monomer. However, in the present invention, any method can be used. In addition, by the contact method of the monomer and the substrate, a liquid phase graft polymerization method for performing polymerization while the substrate is immersed in the monomer solution, a gas phase graft polymerization method for performing polymerization by bringing the substrate into contact with the above of the monomer, Examples of the method include an impregnation gas phase graft polymerization method in which the base material is immersed in the monomer solution and then taken out from the monomer solution and reacted in the gas phase, and any method can be used in the present invention.
[0023]
The cation exchange group introduced into the polymer fiber substrate for producing the buffering cation exchanger used in the present invention is not particularly limited, and various cation exchange groups can be used. For example, strong acid cation exchange groups such as sulfone groups, neutral acid cation exchange groups such as phosphate groups, weak acid cation exchange groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups can be exemplified.
[0024]
These cation exchange groups are graft polymerized using monomers having these cation exchange groups, preferably radiation graft polymerization, or grafted using polymerizable monomers having groups convertible to these cation exchange groups. By converting the group into a cation exchange group after polymerization, it can be introduced into the polymer fiber substrate. Examples of the monomer having a cation exchange group that can be used for this purpose include acrylic acid (AAc), methacrylic acid, sodium styrenesulfonate (SSS), sodium methallylsulfonate, sodium allylsulfonate, sodium vinylsulfonate, and the like. Can be mentioned. For example, by carrying out radiation graft polymerization using sodium styrenesulfonate as a monomer, a sulfone group that is a strongly acidic cation exchange group can be introduced directly into the polymer substrate. Examples of the monomer having a group that can be converted into a cation exchange group include acrylonitrile, acrolein, vinylpyridine, styrene, chloromethylstyrene, and glycidyl methacrylate (GMA). For example, glycidyl methacrylate may be introduced into a polymer fiber substrate by radiation graft polymerization, and then a sulfone group that is a strongly acidic cation exchange group may be introduced into the substrate by reacting with a sulfonating agent such as sodium sulfite. it can.
[0025]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples illustrate one specific example that embodies the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. .
[0026]
Example 1
Table 1 shows the specifications of the base nonwoven fabric used in the production of the cation exchange nonwoven fabric in this example. This non-woven fabric is a non-woven fabric obtained by heat-sealing a composite fiber whose core is made of polypropylene and whose sheath is made of polyethylene.
[0027]
[Table 1]

[0028]
After irradiating the nonwoven fabric shown in Table 1 with gamma rays in a nitrogen atmosphere, it was immersed and reacted in a glycidyl methacrylate (GMA) solution to obtain a graft ratio of 175%. Next, the grafted nonwoven fabric was immersed in a mixed solution of sodium sulfite / isopropyl alcohol / water for reaction to effect sulfonation. When the ion exchange capacity of the obtained ion exchange nonwoven fabric was measured, it was found that a strongly acidic cation exchange nonwoven fabric having a neutral salt decomposition capacity of 2.82 meq / g was obtained.
[0029]
The cation exchange nonwoven fabric obtained above is used as the cation exchangers 16 and 16 ', the solid polymer electrolyte membrane 13 is Nafion manufactured by Deyupon, which is a fluororesin cation exchange membrane, and the positive electrode 11 is titanium / platinum. A dehumidifying element (effective area 100 cm ² ) shown in FIG. 2 was assembled using a mesh electrode made of mesh (2 mm mesh) and a mesh electrode made of SUS (mesh 2 mm) as the negative electrode 15.
[0030]
The assembled dehumidifying element is mounted on the wall of a 50 L volume container so that the positive electrode surface faces the inside of the container and the negative electrode surface faces the outside of the container, the container is sealed, and a DC voltage of 3 V is applied between both electrodes. It was applied and dehumidified for 120 minutes. The gas in the container had a humidity of 60% RH at 20 ° C. before dehumidification, but the humidity decreased to 5% RH or less after the dehumidification operation for 120 minutes.
[0031]
Although the dehumidifying element was disassembled and the state of each member was visually inspected, no burning or deterioration was observed.
[0032]
Comparative Example 1
A dehumidifying element was formed by directly sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 13 between the

mesh electrodes

11 and 12 using the same material as in Example 1 without providing the cation exchangers 16 and 16 '. Using this dehumidifying element, the same experiment as in Example 1 was performed. The gas in the container had a humidity of 60% RH at 20 ° C. before dehumidification, but the humidity decreased to 30% RH after the dehumidification operation for 120 minutes.
[0033]
When the dehumidifying element was disassembled and the state of each member was visually inspected, it was observed that the electrolyte membrane was altered and burned at the point where the solid polymer electrolyte membrane was in point contact with the mesh electrode, and it was used for a long time I could not stand it. In Comparative Example 1, the humidity after 120 minutes of operation was as high as 30% RH because the solid polymer electrolyte membrane was altered and the ion exchange function (hydrogen ion mobility) was reduced. .
[0034]
【The invention's effect】
Since the dehumidifying element according to the present invention can be easily manufactured as compared with a dehumidifying element using a conventional solid polymer electrolyte membrane, it can exhibit stable performance without an expensive manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a dehumidifying element using a conventional solid polymer electrolyte membrane.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a dehumidifying element according to one embodiment of the present invention.

Claims

A dehumidifying element, wherein a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between cation exchangers having buffering properties is further sandwiched between a breathable anode and a cathode.

The dehumidifying element according to claim 1, wherein the cation exchanger having buffering properties is in the form of a nonwoven material, a woven material, or a sponge-like material.

The dehumidifying element according to claim 1 or 2, wherein the solid polymer electrolyte membrane is a cation exchange membrane.

The breathable anode and / or cathode is composed of a material selected from expanded metal, metal oblique mesh, lattice metal material, mesh metal material, foam metal material, and sintered metal fiber sheet. The dehumidifying element according to any one of 1 to 3.

A dehumidifying device or a humidity reducing device for a clean room, comprising the dehumidifying element according to claim 1.