水収集装置
【課題】自動的に水を収集することができるとともに、移動自在な水収集装置を提供する。
【解決手段】陽イオン交換膜と、陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、正極と負極との間に電圧を印加するための直流電源と、正極の表面上に設けられた吸水性ユニットとを備えた水収集装置である。
【解決手段】陽イオン交換膜と、陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、正極と負極との間に電圧を印加するための直流電源と、正極の表面上に設けられた吸水性ユニットとを備えた水収集装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水収集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という。）には、携帯して持ち運びが可能なノート型パソコンと、机上での使用が中心となるデスクトップ型パソコンとがある。
【０００３】
パソコンは、年々、高速処理化および大容量化の要求基準が高くなっており、この要求基準を満たすために、半導体素子であるＣＰＵ（以下、「ＣＰＵ」という。）の発熱温度が高くなる傾向がある。この傾向は今後も変わらないと考えられる。
【０００４】
このようなＣＰＵの冷却方式としては、現状では、ファン等による空冷式が一般的である。しかしながら、空冷式は、放熱の能力に限界があるため、発熱温度が年々高くなるＣＰＵの放熱に追従できなくなる可能性がある。空冷式においても、ファンの高速回転化や大型化によって、ＣＰＵの放熱に追従できる可能性も残されているが、パソコンの低騒音化や軽量化に逆行する。
【０００５】
また、ＣＰＵの冷却方式としては、空冷式以外にも、冷却水を循環させてＣＰＵを冷却する水冷式もある。しかしながら、水冷式においては、冷却水をポンプで強制的に循環させ、専用の冷却機で冷却するといった大型の冷却装置が必要となる。
【０００６】
そのため、ノート型パソコンやデスクトップ型パソコンには、このような冷却装置を小型化して取り付ける必要がある。
【０００７】
たとえば、特許文献１には、ノート型パソコンのＣＰＵに水冷ジャケットを取り付け、ディスプレイケースの内側に放熱パイプが接続された金属放熱板を備えた水冷式の冷却装置が開示されている（たとえば、特許文献１の段落［００１６］および図１等参照）。
【０００８】
この冷却装置においては、ＣＰＵで発生した熱は、水冷ジャケット内を流通する冷却水に伝えられ、この冷却水が放熱パイプを通過する間に、ディスプレイケースの内側に設置された金属放熱板から外気に放出される。これにより、温度が低下した冷却水は、ポンプからフレキシブルチューブを通して、再び水冷ジャケット内に送出される（たとえば、特許文献１の段落［００１７］等参照）。このように、特許文献１に開示された冷却装置においては、冷却水が循環することによって、ＣＰＵが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−７８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の冷却装置においては、冷却水の貯水用として、リザーバタンクがディスプレイケースに設置されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置においては、フレキシブルチューブ等の配管から冷却水が外部に透過して、リザーバタンクに貯水された冷却水の水位が低下する。
【００１２】
そのため、特許文献１に記載の冷却装置においては、リザーバタンクの蓋を開けて、リザーバタンクに水を定期的に補給する必要がある。
【００１３】
しかしながら、手動によるリザーバタンクへの水の補給は、水の補給箇所を誤ることによって、パソコンの故障を引き起こすおそれがある。また、不純物の多い水を補給して、フレキシブルチューブ等の配管が目詰まりを起こすことによってパソコンの故障を引き起こすおそれもある。
【００１４】
また、パソコンの外部の配管からリザーバタンクに自動的に水を補給する場合には、パソコンの移動が制約される等の問題がある。
【００１５】
以上のような問題は、パソコンのＣＰＵの冷却装置の問題に限られるものではなく、様々な水冷式の冷却装置における問題でもある。
【００１６】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、自動的に水を収集することができるとともに、移動自在な水収集装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、陽イオン交換膜と、陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、正極と負極との間に電圧を印加するための直流電源と、正極の表面上に設けられた吸水性ユニットとを備えた水収集装置である。
【００１８】
ここで、本発明の水収集装置においては、吸水性ユニットの一部が陽イオン交換膜に接していることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の水収集装置は、正極で発生した酸素を負極側に輸送するための輸送ユニットをさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の水収集装置は、負極側の一部の空間が仕切られてなる水収集室をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の水収集装置においては、負極が多孔質体であることが好ましい。
また、本発明の水収集装置において、負極は、第１の触媒層を備えていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の水収集装置においては、正極が多孔質体であることが好ましい。
また、本発明の水収集装置において、正極は、第２の触媒層を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、自動的に水を収集することができるとともに、移動自在な水収集装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１の水収集装置の模式的な構成図である。
【図２】実施の形態１の水収集装置の正極で発生した酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）の挙動の一例を図解する模式的な拡大平面図である。
【図３】実施の形態１の吸水性ユニットと陽イオン交換膜との接触部分の模式的な拡大断面図である。
【図４】実施の形態２の水収集装置の模式的な構成図である。
【図５】実施の形態２の吸水性ユニットと陽イオン交換膜との接触部分の模式的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１に、実施の形態１の水収集装置の模式的な構成図を示す。実施の形態１の水収集装置１は、陽イオン交換膜２と、陽イオン交換膜２の一方の表面上に設けられた正極３と、正極３の表面上に設けられた吸水性ユニット６と、陽イオン交換膜２の他方の表面上に設けられた負極５と、負極５に設けられた第１の触媒層４と、正極３と負極５との間に電圧を印加するための直流電源９と、正極３で発生した酸素を負極５側に輸送するための輸送ユニット７と、負極５側の一部の空間が外壁８ａにより仕切られてなる水収集室８と、を備えている。
【００２７】
ここで、正極３は、多孔質体であって、たとえば、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔３ａと、を有する。吸水性ユニット６の一部は、正極３の孔３ａを通して陽イオン交換膜２と接触している。
【００２８】
また、輸送ユニット７は管状であって、輸送ユニット７の一端は正極３の端部に取り付けられており、他端は水収集室８の内部に位置している。また、輸送ユニット７は、外壁８ａを貫通するようにして設けられている。
【００２９】
実施の形態１の水収集装置１においては、まず、水収集装置１の周囲の大気中に含まれる水分が、たとえば矢印１１の方向から吸水性ユニット６に接触して、吸水性ユニット６中に吸水される。
【００３０】
次に、吸水性ユニット６中に吸水された水分は、正極３との接触によって、以下の反応式（Ｉ）により分解されることによって、水素イオン（Ｈ+）と、酸素ガス（Ｏ2）と、電子（ｅ-）と、が発生する。
【００３１】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ- …（Ｉ）
正極３で発生した水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に流れ込み、酸素ガス（Ｏ2）は輸送ユニット７中に流れ込み、電子（ｅ-）は正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００３２】
図２に、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）の挙動の一例を図解する模式的な拡大平面図を示す。図２に示すように、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）は、導電性粒子３ｂの間の空間である孔３ａを通って正極３の端部に取り付けられている管状の輸送ユニット７の内部に流れ込む。一方、正極３で発生した電子（ｅ-）は、隣り合う導電性粒子３ｂ同士が接触して、導電性粒子３ｂが数珠繋ぎに連結されている部分を通って、正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００３３】
図３に、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分の模式的な拡大断面図を示す。ここで、吸水性ユニット６に吸水された水分（Ｈ2Ｏ）の一部は、吸水性ユニット６に接触する正極３に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。ここで、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）は上述したように移動し、水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に供給される。
【００３４】
吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分から水（Ｈ2Ｏ）も陽イオン交換膜２に供給される。陽イオン交換膜２に供給された水（Ｈ2Ｏ）の一部は正極３に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。
【００３５】
また、水（Ｈ2Ｏ）の残りの部分は、陽イオン交換膜２を通って、負極５側に移動する。これにより、陽イオン交換膜２中の含水率が向上し、陽イオン交換膜２中における水素イオン（Ｈ+）の移動が円滑になるため、より少ない電力で水を収集することができる傾向にある。
【００３６】
このような水（Ｈ2Ｏ）の挙動は、水（Ｈ2Ｏ）の濃度勾配によるものである。すなわち、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分は、第１の触媒層４と陽イオン交換膜２との界面と比較して、多くの水（Ｈ2Ｏ）が存在している。
【００３７】
陽イオン交換膜２を通過して第１の触媒層４に到達した水素イオン（Ｈ+）は負極５側から供給された電子（ｅ-）および酸素ガス（Ｏ2）と以下の反応式（ＩＩ）により反応することによって、水（Ｈ2Ｏ）が生成する。ここで、電子（ｅ-）は、直流電源９から負極５に接続回路を通して第１の触媒層４に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は、水収集室８の内部に存在する酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に流れ込む。
【００３８】
４Ｈ+＋４ｅ-＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ …（ＩＩ）
図１に示すように、実施の形態１の水収集装置１においては、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）が管状の輸送ユニット７を通って矢印１２の方向に水収集室８の内部に供給される。これにより、上記の反応式（ＩＩ）による第１の触媒層４における水（Ｈ2Ｏ）の生成反応を促進することができる。
【００３９】
また、負極５は、多孔質体であることが好ましい。この場合には、水収集室８の酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に到達しやすくなるとともに、上記の反応式（ＩＩ）によって発生した水（Ｈ2Ｏ）を外部に排出しやすくなる傾向にある。なお、多孔質体である負極５は、たとえば、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔と、を有する。
【００４０】
上記の反応式（ＩＩ）によって生成した水（Ｈ2Ｏ）は、陽イオン交換膜２を通過してきた水（Ｈ2Ｏ）とともに、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れる水滴１０となる。そして、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れた水滴１０は、重力によって水収集室８の下方に落ちて行き、矢印１３の方向から水収集装置１の外部に取り出される。
【００４１】
実施の形態１の水収集装置１は、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、陽イオン交換膜２を用意する。陽イオン交換膜２としては、陽イオン交換膜２の内部を陽イオンが通過可能な従来から公知の陽イオン交換膜を用いることができ、たとえば、ポリスチレン系の陽イオン交換膜またはフッ素樹脂系の陽イオン交換膜などを用いることができる。
【００４２】
陽イオン交換膜２としては、なかでも、フッ素樹脂系の陽イオン交換膜（特に、デュポン（株）製の「ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７Ｒ」）を用いることが好ましい。この場合には、陽イオン交換膜２の寿命が長くなる傾向にある。
【００４３】
次に、陽イオン交換膜２の一方の表面上に正極３を形成する。ここで、正極３の形成方法は特に限定されないが、たとえば、陽イオン交換膜２の一方の表面にＮａＢＨ4水溶液などの還元剤を塗布した後に塩化白金酸水溶液を接触させ、陽イオン交換膜２の表面に導電性粒子として白金粒子を析出させる方法などを用いることができる。
【００４４】
陽イオン交換膜２の表面に白金粒子を析出させて正極３を形成する場合には、陽イオン交換膜２の表面における白金粒子の付着量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１００ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましく、０．１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることがより好ましい。白金粒子の付着量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、正極３の電極反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の付着量が１００ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、正極３の製造コストが高くなる傾向にある。また、白金粒子の付着量が０．１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下である場合には、正極３の製造コストを抑えつつ、正極３の電極反応を促進して、水を収集する際のエネルギーロスを小さく抑えることができる。
【００４５】
上記においては、正極３の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、正極３の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはこれらの金属元素の少なくとも１種を含む合金などの金属粒子を用いることができる。
【００４６】
また、白金粒子等の金属粒子を析出させる陽イオン交換膜２の表面には、予めブラスト処理等で粗面化処理をしておくことが好ましい。この場合には、陽イオン交換膜２の表面積が増加し、電極反応を促進し、エネルギーロスを抑制することが可能となる傾向にある。
【００４７】
次に、陽イオン交換膜２の正極３の形成側とは反対側の表面に、第１の触媒層４が担持された負極５を形成する。ここで、第１の触媒層４が担持された負極５の形成方法は特に限定されないが、たとえば、以下のようにして作製することができる。
【００４８】
まず、導電性カーボンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）との質量比が、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を負極５として用意する。
【００４９】
次に、負極５を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させる。ここで、白金粒子の担持量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。白金粒子の担持量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、第１の触媒層４における反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の担持量が１０ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、第１の触媒層４の製造コストが高くなる傾向にある。
【００５０】
次に、負極５の第１の触媒層４と陽イオン交換膜２とが接するようにして、陽イオン交換膜２の表面上に第１の触媒層４が担持された負極５を設置する。そして、ホットプレス等によって、第１の触媒層４が担持された負極５と陽イオン交換膜２とを接合する。
【００５１】
上記においては、第１の触媒層４の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、第１の触媒層４の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、これらの金属元素の少なくとも１種を含む合金、これらの少なくとも１種とニッケル（Ｎｉ）および／またはコバルト（Ｃｏ）との合金などの金属粒子を用いることができる。
【００５２】
次に、正極３の表面上に吸水性ユニット６を設置する。ここで、吸水性ユニット６は、吸水性を有する材質であれば特に限定されず、無機物、有機物およびその混合物のいずれであってもよい。吸水性ユニット６としては、なかでも、メタクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体、または架橋したポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性ポリマー材料などが好適に用いられる。
【００５３】
吸水性ユニット６の設置方法も特に限定されないが、たとえば、吸水性ユニット６自体の接着力で正極３の表面上に接着する方法、または網などの開口部を有する開口部材で正極３側に押さえつける方法などを挙げることができる。なお、吸水性ユニット６を押さえつけた開口部材は、たとえば、外壁８ａなどに繋ぎ止めておくことができる。
【００５４】
次に、管状の輸送ユニット７を備えた外壁８ａを陽イオン交換膜２に取り付けて、負極５側の空間の一部を外壁８ａで仕切ることによって、負極５側に水収集室８を形成する。このとき、輸送ユニット７の一端が正極３の端部に位置するように輸送ユニット７の位置合わせも行なわれる。
【００５５】
ここで、輸送ユニット７としては、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）を、外壁８ａで取り囲まれた水収集室１に輸送できる部材であれば特に限定されず用いることができる。すなわち、輸送ユニット７は管状に限定されるものではない。
【００５６】
なお、輸送ユニット７の一端は、たとえば、従来から公知の固定部材等を用いることによって、正極３の端部に固定されていてもよく、正極３の端部に固定されていなくてもよい。
【００５７】
その後、正極３および負極５にそれぞれ接続回路を用いて直流電源９を接続することによって、実施の形態１の水収集装置１が作製される。直流電源９としては、たとえば、従来から公知の直流電源を用いることができる。
【００５８】
実施の形態１の水収集装置１においては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水し、吸水性ユニット６から供給された水分を正極３で一旦分解した後に、第１の触媒層４で再度結合しているため、自動的な水の収集が可能となる。
【００５９】
また、実施の形態１の水収集装置１には、水収集装置１の移動を妨げるような部材を用いる必要がないため、移動自在な水収集装置とすることができる。
【００６０】
また、実施の形態１の水収集装置１においては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水しているため、外気が低湿度の場合にでも、水の収集が可能となる。
【００６１】
さらに、実施の形態１の水収集装置１は、正極３で発生した酸素ガスを負極５側に輸送する輸送ユニット７を備えているため、負極５側における酸素ガス不足の発生を抑制することができる。これにより、効率的な水の収集が可能となる。
【００６２】
＜実施の形態２＞
図４に、実施の形態２の水収集装置の模式的な構成図を示す。実施の形態２の水収集装置１ａは、正極３が、陽イオン交換膜２の表面と接する第２の触媒層１４を備えていることを特徴としている。
【００６３】
ここで、正極３は、複数の孔３ａを有する導電性カーボンの多孔質体からなる。また、第２の触媒層１４は、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔１４ａと、を有する多孔質体からなる。
【００６４】
吸水性ユニット６の一部は、正極３の孔３ａおよび第２の触媒層１４の孔１４ａを通して陽イオン交換膜２と接触している。
【００６５】
実施の形態２の水収集装置１ａにおいても、まず、水収集装置１ａの周囲の大気中に含まれる水分が、たとえば矢印１１の方向から吸水性ユニット６に接触して、吸水性ユニット６中に吸水される。
【００６６】
次に、吸水性ユニット６中に吸水された水分（Ｈ2Ｏ）は、第２の触媒層１４との接触によって、下記の反応式（Ｉ）により分解されて、水素イオン（Ｈ+）と、酸素ガス（Ｏ2）と、電子（ｅ-）と、が発生する。
【００６７】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ- …（Ｉ）
図５に、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分の模式的な拡大断面図を示す。図５に示すように、第２の触媒層１４で発生した水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は正極３の孔３ａおよび第２の触媒層１４の孔１４ａを通って正極３の端部に取り付けられている管状の輸送ユニット７の内部に流れ込む。さらに、第２の触媒層１４で発生した電子（ｅ-）は、隣り合う導電性粒子同士が接触して、導電性粒子が数珠繋ぎに連結されている部分を通って、正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００６８】
吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分から水（Ｈ2Ｏ）も陽イオン交換膜２に供給される。陽イオン交換膜２に供給された水（Ｈ2Ｏ）の一部は第２の触媒層１４に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。
【００６９】
陽イオン交換膜２を通過して第１の触媒層４に到達した水素イオン（Ｈ+）は負極５側から供給された電子（ｅ-）および酸素ガス（Ｏ2）と以下の反応式（ＩＩ）により反応することによって、水（Ｈ2Ｏ）が生成する。ここで、電子（ｅ-）は、直流電源９から負極５に接続回路を通して第１の触媒層４に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は、水収集室８の内部に存在する酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に流れ込む。
【００７０】
４Ｈ+＋４ｅ-＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ …（ＩＩ）
図４に示すように、実施の形態２の水収集装置１ａにおいても、第２の触媒層１４で発生した酸素ガス（Ｏ2）が管状の輸送ユニット７を通って矢印１２の方向に水収集室８の内部に供給される。これにより、上記の反応式（ＩＩ）による第２の触媒層１４における水（Ｈ2Ｏ）の生成反応を促進することができる。
【００７１】
上記の反応式（ＩＩ）によって生成した水（Ｈ2Ｏ）は、陽イオン交換膜２を通過してきた水（Ｈ2Ｏ）とともに、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れる水滴１０となる。そして、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れた水滴１０は、重力によって水収集室８の下方に落ちて行き、矢印１３の方向から水収集装置１の外部に取り出される。
【００７２】
実施の形態２の水収集装置１ａは、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、陽イオン交換膜２を用意する。次に、導電性カーボンとＰＴＦＥとの質量比が、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を正極３として用意する。
【００７３】
次に、正極３を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、正極３に第２の触媒層１４としての白金粒子を担持させる。ここで、白金粒子の担持量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。白金粒子の担持量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、第２の触媒層１４における反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の担持量が１０ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、第２の触媒層１４の製造コストが高くなる傾向にある。
【００７４】
上記においては、第２の触媒層１４の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、第２の触媒層１４の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、これらの金属元素の少なくとも１種を含む合金、これらの少なくとも１種とニッケル（Ｎｉ）および／またはコバルト（Ｃｏ）との合金などの金属粒子を用いることができる。
【００７５】
また、実施の形態１と同様にして、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体である負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させる。
【００７６】
次に、第２の触媒層１４としての白金粒子が担持された正極３の第２の触媒層１４側を陽イオン交換膜２の一方の表面側に設置し、第１の触媒層４としての白金粒子が担持された負極４の第１の触媒層４側を陽イオン交換膜２の他方の表面側に設置する。
【００７７】
次に、たとえばホットプレス法等によって、陽イオン交換膜２の一方の表面に第２の触媒層１４が担持された正極３を接合するとともに、陽イオン交換膜２の他方の表面に第１の触媒層４が担持された負極４を接合する。
【００７８】
その後は、実施の形態１と同様にして、吸水性ユニット６、輸送ユニット７を備えた外壁８ａ、および直流電源９を備えることによって、実施の形態２の水収集装置１ａが作製される。
【００７９】
実施の形態２の水収集装置１ａにおいては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水し、吸水性ユニット６から供給された水分を正極３で一旦分解した後に、第１の触媒層４で再度結合しているため、自動的な水の収集が可能となる。
【００８０】
また、実施の形態２の水収集装置１ａには、水収集装置１ａの移動を妨げるような部材を用いる必要がないため、移動自在な水収集装置とすることができる。
【００８１】
また、実施の形態２の水収集装置１ａにおいては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水しているため、外気が低湿度の場合にでも、水の収集が可能となる。
【００８２】
さらに、実施の形態２の水収集装置１ａは、正極３で発生した酸素ガスを負極５側に輸送する輸送ユニット７を備えているため、負極５側における酸素ガス不足の発生を抑制することができる。これにより、効率的な水の収集が可能となる。
【００８３】
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、ここではその説明については省略する。
【実施例】
【００８４】
本実施例においては、図１に示す構成の水収集装置１を作製した。まず、デュポン（株）製の「ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７Ｒ」からなるフッ素樹脂系の陽イオン交換膜２を用意した。
【００８５】
次に、陽イオン交換膜２の一方の表面に対してブラスト処理により粗面化処理を行なった。そして、粗面化処理された陽イオン交換膜２の一方の表面に１％のＮａＢＨ4水溶液を塗布した後に、１％の塩化白金酸水溶液を接触させた。これにより、陽イオン交換膜２の表面に析出した白金粒子と、その白金粒子間の空隙である複数の孔と、からなる多孔質体である正極３を形成した。ここで、陽イオン交換膜２の表面における正極３としての白金粒子の付着量は、２ｍｇ／ｃｍ2であった。
【００８６】
次に、導電性カーボンとＰＴＦＥとの質量比が導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を負極５として用意し、負極５を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させた。ここで、負極５における第１の触媒層４としての白金粒子の担持量は、０．５ｍｇ／ｃｍ2であった。
【００８７】
次に、負極５の第１の触媒層４と陽イオン交換膜２とが接するようにして、陽イオン交換膜２の表面上に第１の触媒層４が担持された負極５を設置した。そして、ホットプレスによって、第１の触媒層４が担持された負極５と陽イオン交換膜２とを接合した。ここで、ホットプレスは、２００℃で、５ＭＰａの圧力を印加することにより行なった。
【００８８】
次に、正極３の表面上に、メタクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体からなる吸水性ユニット６を設置した。ここで、吸水性ユニット６は、網で正極３側に押さえつけた状態で、網を外壁８ａに繋ぎ止めることによって固定された。
【００８９】
次に、コの字状の配管からなる輸送ユニット７を備えた外壁８ａを陽イオン交換膜２に取り付けた。このとき、輸送ユニット７の一端が正極３の端部に位置するように輸送ユニット７の位置合わせを行なった。
【００９０】
輸送ユニット７の一端は、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）が漏れないようにテープによって正極３の端部に固定された。
【００９１】
その後、正極３および負極５にそれぞれ接続回路を用いて直流電源９を接続することによって、本実施例の水収集装置１を作製した。
【００９２】
上記のようにして作製した本実施例の水収集装置１を室内に設置し、直流電源９に２Ｖの電圧を印加することによって、負極９の表面に水滴１０が付着し、水収集室８から回収できることが確認された。
【００９３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、パソコンのＣＰＵの水冷式による冷却用の水収集装置などに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ 水収集装置、２ 陽イオン交換膜、３ 正極、３ａ 孔、３ｂ 導電性粒子、４ 第１の触媒層、５ 負極、６ 吸水性ユニット、７ 輸送ユニット、８ 水収集室、８ａ 外壁、９ 直流電源、１０ 水滴、１１，１２，１３ 矢印、１４ 第２の触媒層、１４ａ 孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水収集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という。）には、携帯して持ち運びが可能なノート型パソコンと、机上での使用が中心となるデスクトップ型パソコンとがある。
【０００３】
パソコンは、年々、高速処理化および大容量化の要求基準が高くなっており、この要求基準を満たすために、半導体素子であるＣＰＵ（以下、「ＣＰＵ」という。）の発熱温度が高くなる傾向がある。この傾向は今後も変わらないと考えられる。
【０００４】
このようなＣＰＵの冷却方式としては、現状では、ファン等による空冷式が一般的である。しかしながら、空冷式は、放熱の能力に限界があるため、発熱温度が年々高くなるＣＰＵの放熱に追従できなくなる可能性がある。空冷式においても、ファンの高速回転化や大型化によって、ＣＰＵの放熱に追従できる可能性も残されているが、パソコンの低騒音化や軽量化に逆行する。
【０００５】
また、ＣＰＵの冷却方式としては、空冷式以外にも、冷却水を循環させてＣＰＵを冷却する水冷式もある。しかしながら、水冷式においては、冷却水をポンプで強制的に循環させ、専用の冷却機で冷却するといった大型の冷却装置が必要となる。
【０００６】
そのため、ノート型パソコンやデスクトップ型パソコンには、このような冷却装置を小型化して取り付ける必要がある。
【０００７】
たとえば、特許文献１には、ノート型パソコンのＣＰＵに水冷ジャケットを取り付け、ディスプレイケースの内側に放熱パイプが接続された金属放熱板を備えた水冷式の冷却装置が開示されている（たとえば、特許文献１の段落［００１６］および図１等参照）。
【０００８】
この冷却装置においては、ＣＰＵで発生した熱は、水冷ジャケット内を流通する冷却水に伝えられ、この冷却水が放熱パイプを通過する間に、ディスプレイケースの内側に設置された金属放熱板から外気に放出される。これにより、温度が低下した冷却水は、ポンプからフレキシブルチューブを通して、再び水冷ジャケット内に送出される（たとえば、特許文献１の段落［００１７］等参照）。このように、特許文献１に開示された冷却装置においては、冷却水が循環することによって、ＣＰＵが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−７８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の冷却装置においては、冷却水の貯水用として、リザーバタンクがディスプレイケースに設置されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置においては、フレキシブルチューブ等の配管から冷却水が外部に透過して、リザーバタンクに貯水された冷却水の水位が低下する。
【００１２】
そのため、特許文献１に記載の冷却装置においては、リザーバタンクの蓋を開けて、リザーバタンクに水を定期的に補給する必要がある。
【００１３】
しかしながら、手動によるリザーバタンクへの水の補給は、水の補給箇所を誤ることによって、パソコンの故障を引き起こすおそれがある。また、不純物の多い水を補給して、フレキシブルチューブ等の配管が目詰まりを起こすことによってパソコンの故障を引き起こすおそれもある。
【００１４】
また、パソコンの外部の配管からリザーバタンクに自動的に水を補給する場合には、パソコンの移動が制約される等の問題がある。
【００１５】
以上のような問題は、パソコンのＣＰＵの冷却装置の問題に限られるものではなく、様々な水冷式の冷却装置における問題でもある。
【００１６】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、自動的に水を収集することができるとともに、移動自在な水収集装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、陽イオン交換膜と、陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、正極と負極との間に電圧を印加するための直流電源と、正極の表面上に設けられた吸水性ユニットとを備えた水収集装置である。
【００１８】
ここで、本発明の水収集装置においては、吸水性ユニットの一部が陽イオン交換膜に接していることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の水収集装置は、正極で発生した酸素を負極側に輸送するための輸送ユニットをさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の水収集装置は、負極側の一部の空間が仕切られてなる水収集室をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の水収集装置においては、負極が多孔質体であることが好ましい。
また、本発明の水収集装置において、負極は、第１の触媒層を備えていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の水収集装置においては、正極が多孔質体であることが好ましい。
また、本発明の水収集装置において、正極は、第２の触媒層を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、自動的に水を収集することができるとともに、移動自在な水収集装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１の水収集装置の模式的な構成図である。
【図２】実施の形態１の水収集装置の正極で発生した酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）の挙動の一例を図解する模式的な拡大平面図である。
【図３】実施の形態１の吸水性ユニットと陽イオン交換膜との接触部分の模式的な拡大断面図である。
【図４】実施の形態２の水収集装置の模式的な構成図である。
【図５】実施の形態２の吸水性ユニットと陽イオン交換膜との接触部分の模式的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１に、実施の形態１の水収集装置の模式的な構成図を示す。実施の形態１の水収集装置１は、陽イオン交換膜２と、陽イオン交換膜２の一方の表面上に設けられた正極３と、正極３の表面上に設けられた吸水性ユニット６と、陽イオン交換膜２の他方の表面上に設けられた負極５と、負極５に設けられた第１の触媒層４と、正極３と負極５との間に電圧を印加するための直流電源９と、正極３で発生した酸素を負極５側に輸送するための輸送ユニット７と、負極５側の一部の空間が外壁８ａにより仕切られてなる水収集室８と、を備えている。
【００２７】
ここで、正極３は、多孔質体であって、たとえば、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔３ａと、を有する。吸水性ユニット６の一部は、正極３の孔３ａを通して陽イオン交換膜２と接触している。
【００２８】
また、輸送ユニット７は管状であって、輸送ユニット７の一端は正極３の端部に取り付けられており、他端は水収集室８の内部に位置している。また、輸送ユニット７は、外壁８ａを貫通するようにして設けられている。
【００２９】
実施の形態１の水収集装置１においては、まず、水収集装置１の周囲の大気中に含まれる水分が、たとえば矢印１１の方向から吸水性ユニット６に接触して、吸水性ユニット６中に吸水される。
【００３０】
次に、吸水性ユニット６中に吸水された水分は、正極３との接触によって、以下の反応式（Ｉ）により分解されることによって、水素イオン（Ｈ+）と、酸素ガス（Ｏ2）と、電子（ｅ-）と、が発生する。
【００３１】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ- …（Ｉ）
正極３で発生した水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に流れ込み、酸素ガス（Ｏ2）は輸送ユニット７中に流れ込み、電子（ｅ-）は正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００３２】
図２に、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）の挙動の一例を図解する模式的な拡大平面図を示す。図２に示すように、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）は、導電性粒子３ｂの間の空間である孔３ａを通って正極３の端部に取り付けられている管状の輸送ユニット７の内部に流れ込む。一方、正極３で発生した電子（ｅ-）は、隣り合う導電性粒子３ｂ同士が接触して、導電性粒子３ｂが数珠繋ぎに連結されている部分を通って、正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００３３】
図３に、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分の模式的な拡大断面図を示す。ここで、吸水性ユニット６に吸水された水分（Ｈ2Ｏ）の一部は、吸水性ユニット６に接触する正極３に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。ここで、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）は上述したように移動し、水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に供給される。
【００３４】
吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分から水（Ｈ2Ｏ）も陽イオン交換膜２に供給される。陽イオン交換膜２に供給された水（Ｈ2Ｏ）の一部は正極３に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。
【００３５】
また、水（Ｈ2Ｏ）の残りの部分は、陽イオン交換膜２を通って、負極５側に移動する。これにより、陽イオン交換膜２中の含水率が向上し、陽イオン交換膜２中における水素イオン（Ｈ+）の移動が円滑になるため、より少ない電力で水を収集することができる傾向にある。
【００３６】
このような水（Ｈ2Ｏ）の挙動は、水（Ｈ2Ｏ）の濃度勾配によるものである。すなわち、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分は、第１の触媒層４と陽イオン交換膜２との界面と比較して、多くの水（Ｈ2Ｏ）が存在している。
【００３７】
陽イオン交換膜２を通過して第１の触媒層４に到達した水素イオン（Ｈ+）は負極５側から供給された電子（ｅ-）および酸素ガス（Ｏ2）と以下の反応式（ＩＩ）により反応することによって、水（Ｈ2Ｏ）が生成する。ここで、電子（ｅ-）は、直流電源９から負極５に接続回路を通して第１の触媒層４に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は、水収集室８の内部に存在する酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に流れ込む。
【００３８】
４Ｈ+＋４ｅ-＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ …（ＩＩ）
図１に示すように、実施の形態１の水収集装置１においては、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）が管状の輸送ユニット７を通って矢印１２の方向に水収集室８の内部に供給される。これにより、上記の反応式（ＩＩ）による第１の触媒層４における水（Ｈ2Ｏ）の生成反応を促進することができる。
【００３９】
また、負極５は、多孔質体であることが好ましい。この場合には、水収集室８の酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に到達しやすくなるとともに、上記の反応式（ＩＩ）によって発生した水（Ｈ2Ｏ）を外部に排出しやすくなる傾向にある。なお、多孔質体である負極５は、たとえば、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔と、を有する。
【００４０】
上記の反応式（ＩＩ）によって生成した水（Ｈ2Ｏ）は、陽イオン交換膜２を通過してきた水（Ｈ2Ｏ）とともに、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れる水滴１０となる。そして、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れた水滴１０は、重力によって水収集室８の下方に落ちて行き、矢印１３の方向から水収集装置１の外部に取り出される。
【００４１】
実施の形態１の水収集装置１は、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、陽イオン交換膜２を用意する。陽イオン交換膜２としては、陽イオン交換膜２の内部を陽イオンが通過可能な従来から公知の陽イオン交換膜を用いることができ、たとえば、ポリスチレン系の陽イオン交換膜またはフッ素樹脂系の陽イオン交換膜などを用いることができる。
【００４２】
陽イオン交換膜２としては、なかでも、フッ素樹脂系の陽イオン交換膜（特に、デュポン（株）製の「ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７Ｒ」）を用いることが好ましい。この場合には、陽イオン交換膜２の寿命が長くなる傾向にある。
【００４３】
次に、陽イオン交換膜２の一方の表面上に正極３を形成する。ここで、正極３の形成方法は特に限定されないが、たとえば、陽イオン交換膜２の一方の表面にＮａＢＨ4水溶液などの還元剤を塗布した後に塩化白金酸水溶液を接触させ、陽イオン交換膜２の表面に導電性粒子として白金粒子を析出させる方法などを用いることができる。
【００４４】
陽イオン交換膜２の表面に白金粒子を析出させて正極３を形成する場合には、陽イオン交換膜２の表面における白金粒子の付着量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１００ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましく、０．１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることがより好ましい。白金粒子の付着量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、正極３の電極反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の付着量が１００ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、正極３の製造コストが高くなる傾向にある。また、白金粒子の付着量が０．１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下である場合には、正極３の製造コストを抑えつつ、正極３の電極反応を促進して、水を収集する際のエネルギーロスを小さく抑えることができる。
【００４５】
上記においては、正極３の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、正極３の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはこれらの金属元素の少なくとも１種を含む合金などの金属粒子を用いることができる。
【００４６】
また、白金粒子等の金属粒子を析出させる陽イオン交換膜２の表面には、予めブラスト処理等で粗面化処理をしておくことが好ましい。この場合には、陽イオン交換膜２の表面積が増加し、電極反応を促進し、エネルギーロスを抑制することが可能となる傾向にある。
【００４７】
次に、陽イオン交換膜２の正極３の形成側とは反対側の表面に、第１の触媒層４が担持された負極５を形成する。ここで、第１の触媒層４が担持された負極５の形成方法は特に限定されないが、たとえば、以下のようにして作製することができる。
【００４８】
まず、導電性カーボンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）との質量比が、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を負極５として用意する。
【００４９】
次に、負極５を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させる。ここで、白金粒子の担持量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。白金粒子の担持量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、第１の触媒層４における反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の担持量が１０ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、第１の触媒層４の製造コストが高くなる傾向にある。
【００５０】
次に、負極５の第１の触媒層４と陽イオン交換膜２とが接するようにして、陽イオン交換膜２の表面上に第１の触媒層４が担持された負極５を設置する。そして、ホットプレス等によって、第１の触媒層４が担持された負極５と陽イオン交換膜２とを接合する。
【００５１】
上記においては、第１の触媒層４の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、第１の触媒層４の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、これらの金属元素の少なくとも１種を含む合金、これらの少なくとも１種とニッケル（Ｎｉ）および／またはコバルト（Ｃｏ）との合金などの金属粒子を用いることができる。
【００５２】
次に、正極３の表面上に吸水性ユニット６を設置する。ここで、吸水性ユニット６は、吸水性を有する材質であれば特に限定されず、無機物、有機物およびその混合物のいずれであってもよい。吸水性ユニット６としては、なかでも、メタクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体、または架橋したポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性ポリマー材料などが好適に用いられる。
【００５３】
吸水性ユニット６の設置方法も特に限定されないが、たとえば、吸水性ユニット６自体の接着力で正極３の表面上に接着する方法、または網などの開口部を有する開口部材で正極３側に押さえつける方法などを挙げることができる。なお、吸水性ユニット６を押さえつけた開口部材は、たとえば、外壁８ａなどに繋ぎ止めておくことができる。
【００５４】
次に、管状の輸送ユニット７を備えた外壁８ａを陽イオン交換膜２に取り付けて、負極５側の空間の一部を外壁８ａで仕切ることによって、負極５側に水収集室８を形成する。このとき、輸送ユニット７の一端が正極３の端部に位置するように輸送ユニット７の位置合わせも行なわれる。
【００５５】
ここで、輸送ユニット７としては、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）を、外壁８ａで取り囲まれた水収集室１に輸送できる部材であれば特に限定されず用いることができる。すなわち、輸送ユニット７は管状に限定されるものではない。
【００５６】
なお、輸送ユニット７の一端は、たとえば、従来から公知の固定部材等を用いることによって、正極３の端部に固定されていてもよく、正極３の端部に固定されていなくてもよい。
【００５７】
その後、正極３および負極５にそれぞれ接続回路を用いて直流電源９を接続することによって、実施の形態１の水収集装置１が作製される。直流電源９としては、たとえば、従来から公知の直流電源を用いることができる。
【００５８】
実施の形態１の水収集装置１においては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水し、吸水性ユニット６から供給された水分を正極３で一旦分解した後に、第１の触媒層４で再度結合しているため、自動的な水の収集が可能となる。
【００５９】
また、実施の形態１の水収集装置１には、水収集装置１の移動を妨げるような部材を用いる必要がないため、移動自在な水収集装置とすることができる。
【００６０】
また、実施の形態１の水収集装置１においては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水しているため、外気が低湿度の場合にでも、水の収集が可能となる。
【００６１】
さらに、実施の形態１の水収集装置１は、正極３で発生した酸素ガスを負極５側に輸送する輸送ユニット７を備えているため、負極５側における酸素ガス不足の発生を抑制することができる。これにより、効率的な水の収集が可能となる。
【００６２】
＜実施の形態２＞
図４に、実施の形態２の水収集装置の模式的な構成図を示す。実施の形態２の水収集装置１ａは、正極３が、陽イオン交換膜２の表面と接する第２の触媒層１４を備えていることを特徴としている。
【００６３】
ここで、正極３は、複数の孔３ａを有する導電性カーボンの多孔質体からなる。また、第２の触媒層１４は、複数の導電性粒子の集合体と、導電性粒子の間の空間である孔１４ａと、を有する多孔質体からなる。
【００６４】
吸水性ユニット６の一部は、正極３の孔３ａおよび第２の触媒層１４の孔１４ａを通して陽イオン交換膜２と接触している。
【００６５】
実施の形態２の水収集装置１ａにおいても、まず、水収集装置１ａの周囲の大気中に含まれる水分が、たとえば矢印１１の方向から吸水性ユニット６に接触して、吸水性ユニット６中に吸水される。
【００６６】
次に、吸水性ユニット６中に吸水された水分（Ｈ2Ｏ）は、第２の触媒層１４との接触によって、下記の反応式（Ｉ）により分解されて、水素イオン（Ｈ+）と、酸素ガス（Ｏ2）と、電子（ｅ-）と、が発生する。
【００６７】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ- …（Ｉ）
図５に、吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分の模式的な拡大断面図を示す。図５に示すように、第２の触媒層１４で発生した水素イオン（Ｈ+）は陽イオン交換膜２に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は正極３の孔３ａおよび第２の触媒層１４の孔１４ａを通って正極３の端部に取り付けられている管状の輸送ユニット７の内部に流れ込む。さらに、第２の触媒層１４で発生した電子（ｅ-）は、隣り合う導電性粒子同士が接触して、導電性粒子が数珠繋ぎに連結されている部分を通って、正極３と直流電源９とを接続する接続回路に流れ込む。
【００６８】
吸水性ユニット６と陽イオン交換膜２との接触部分から水（Ｈ2Ｏ）も陽イオン交換膜２に供給される。陽イオン交換膜２に供給された水（Ｈ2Ｏ）の一部は第２の触媒層１４に供給されて、上記の反応式（Ｉ）により、水素イオン（Ｈ+）、酸素ガス（Ｏ2）および電子（ｅ-）に分解される。
【００６９】
陽イオン交換膜２を通過して第１の触媒層４に到達した水素イオン（Ｈ+）は負極５側から供給された電子（ｅ-）および酸素ガス（Ｏ2）と以下の反応式（ＩＩ）により反応することによって、水（Ｈ2Ｏ）が生成する。ここで、電子（ｅ-）は、直流電源９から負極５に接続回路を通して第１の触媒層４に流れ込む。また、酸素ガス（Ｏ2）は、水収集室８の内部に存在する酸素ガス（Ｏ2）が負極５を通って第１の触媒層４に流れ込む。
【００７０】
４Ｈ+＋４ｅ-＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ …（ＩＩ）
図４に示すように、実施の形態２の水収集装置１ａにおいても、第２の触媒層１４で発生した酸素ガス（Ｏ2）が管状の輸送ユニット７を通って矢印１２の方向に水収集室８の内部に供給される。これにより、上記の反応式（ＩＩ）による第２の触媒層１４における水（Ｈ2Ｏ）の生成反応を促進することができる。
【００７１】
上記の反応式（ＩＩ）によって生成した水（Ｈ2Ｏ）は、陽イオン交換膜２を通過してきた水（Ｈ2Ｏ）とともに、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れる水滴１０となる。そして、負極５（若しくは第１の触媒層４）の外表面に現れた水滴１０は、重力によって水収集室８の下方に落ちて行き、矢印１３の方向から水収集装置１の外部に取り出される。
【００７２】
実施の形態２の水収集装置１ａは、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、陽イオン交換膜２を用意する。次に、導電性カーボンとＰＴＦＥとの質量比が、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を正極３として用意する。
【００７３】
次に、正極３を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、正極３に第２の触媒層１４としての白金粒子を担持させる。ここで、白金粒子の担持量は、０．０１ｍｇ／ｃｍ2以上１０ｍｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。白金粒子の担持量が０．０１ｍｇ／ｃｍ2未満である場合には、白金粒子の付着量が少なすぎて、第２の触媒層１４における反応が促進せず、水を収集する際のエネルギーロスが大きくなる。また、白金粒子の担持量が１０ｍｇ／ｃｍ2を超える場合には、第２の触媒層１４の製造コストが高くなる傾向にある。
【００７４】
上記においては、第２の触媒層１４の導電性粒子として白金粒子を用いる場合について説明したが、第２の触媒層１４の導電性粒子としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、これらの金属元素の少なくとも１種を含む合金、これらの少なくとも１種とニッケル（Ｎｉ）および／またはコバルト（Ｃｏ）との合金などの金属粒子を用いることができる。
【００７５】
また、実施の形態１と同様にして、導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体である負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させる。
【００７６】
次に、第２の触媒層１４としての白金粒子が担持された正極３の第２の触媒層１４側を陽イオン交換膜２の一方の表面側に設置し、第１の触媒層４としての白金粒子が担持された負極４の第１の触媒層４側を陽イオン交換膜２の他方の表面側に設置する。
【００７７】
次に、たとえばホットプレス法等によって、陽イオン交換膜２の一方の表面に第２の触媒層１４が担持された正極３を接合するとともに、陽イオン交換膜２の他方の表面に第１の触媒層４が担持された負極４を接合する。
【００７８】
その後は、実施の形態１と同様にして、吸水性ユニット６、輸送ユニット７を備えた外壁８ａ、および直流電源９を備えることによって、実施の形態２の水収集装置１ａが作製される。
【００７９】
実施の形態２の水収集装置１ａにおいては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水し、吸水性ユニット６から供給された水分を正極３で一旦分解した後に、第１の触媒層４で再度結合しているため、自動的な水の収集が可能となる。
【００８０】
また、実施の形態２の水収集装置１ａには、水収集装置１ａの移動を妨げるような部材を用いる必要がないため、移動自在な水収集装置とすることができる。
【００８１】
また、実施の形態２の水収集装置１ａにおいては、外気の水分を吸水性ユニット６で吸水しているため、外気が低湿度の場合にでも、水の収集が可能となる。
【００８２】
さらに、実施の形態２の水収集装置１ａは、正極３で発生した酸素ガスを負極５側に輸送する輸送ユニット７を備えているため、負極５側における酸素ガス不足の発生を抑制することができる。これにより、効率的な水の収集が可能となる。
【００８３】
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、ここではその説明については省略する。
【実施例】
【００８４】
本実施例においては、図１に示す構成の水収集装置１を作製した。まず、デュポン（株）製の「ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７Ｒ」からなるフッ素樹脂系の陽イオン交換膜２を用意した。
【００８５】
次に、陽イオン交換膜２の一方の表面に対してブラスト処理により粗面化処理を行なった。そして、粗面化処理された陽イオン交換膜２の一方の表面に１％のＮａＢＨ4水溶液を塗布した後に、１％の塩化白金酸水溶液を接触させた。これにより、陽イオン交換膜２の表面に析出した白金粒子と、その白金粒子間の空隙である複数の孔と、からなる多孔質体である正極３を形成した。ここで、陽イオン交換膜２の表面における正極３としての白金粒子の付着量は、２ｍｇ／ｃｍ2であった。
【００８６】
次に、導電性カーボンとＰＴＦＥとの質量比が導電性カーボン：ＰＴＦＥ＝３：７である多孔質体を負極５として用意し、負極５を塩化白金酸水溶液に浸漬させ、塩化白金酸水溶液を水素中で還元することにより、負極５に第１の触媒層４としての白金粒子を担持させた。ここで、負極５における第１の触媒層４としての白金粒子の担持量は、０．５ｍｇ／ｃｍ2であった。
【００８７】
次に、負極５の第１の触媒層４と陽イオン交換膜２とが接するようにして、陽イオン交換膜２の表面上に第１の触媒層４が担持された負極５を設置した。そして、ホットプレスによって、第１の触媒層４が担持された負極５と陽イオン交換膜２とを接合した。ここで、ホットプレスは、２００℃で、５ＭＰａの圧力を印加することにより行なった。
【００８８】
次に、正極３の表面上に、メタクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体からなる吸水性ユニット６を設置した。ここで、吸水性ユニット６は、網で正極３側に押さえつけた状態で、網を外壁８ａに繋ぎ止めることによって固定された。
【００８９】
次に、コの字状の配管からなる輸送ユニット７を備えた外壁８ａを陽イオン交換膜２に取り付けた。このとき、輸送ユニット７の一端が正極３の端部に位置するように輸送ユニット７の位置合わせを行なった。
【００９０】
輸送ユニット７の一端は、正極３で発生した酸素ガス（Ｏ2）が漏れないようにテープによって正極３の端部に固定された。
【００９１】
その後、正極３および負極５にそれぞれ接続回路を用いて直流電源９を接続することによって、本実施例の水収集装置１を作製した。
【００９２】
上記のようにして作製した本実施例の水収集装置１を室内に設置し、直流電源９に２Ｖの電圧を印加することによって、負極９の表面に水滴１０が付着し、水収集室８から回収できることが確認された。
【００９３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、パソコンのＣＰＵの水冷式による冷却用の水収集装置などに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ 水収集装置、２ 陽イオン交換膜、３ 正極、３ａ 孔、３ｂ 導電性粒子、４ 第１の触媒層、５ 負極、６ 吸水性ユニット、７ 輸送ユニット、８ 水収集室、８ａ 外壁、９ 直流電源、１０ 水滴、１１，１２，１３ 矢印、１４ 第２の触媒層、１４ａ 孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、
前記陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、
前記正極と前記負極との間に電圧を印加するための直流電源と、
前記正極の表面上に設けられた吸水性ユニットと、を備えた、水収集装置。
【請求項２】
前記吸水性ユニットの一部が前記陽イオン交換膜に接している、請求項１に記載の水収集装置。
【請求項３】
前記正極で発生した酸素を前記負極側に輸送するための輸送ユニットをさらに備えた、請求項１または２に記載の水収集装置。
【請求項４】
前記負極側の一部の空間が仕切られてなる水収集室をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項５】
前記負極が多孔質体である、請求項１から４のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項６】
前記負極は、第１の触媒層を備えている、請求項１から５のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項７】
前記正極が多孔質体である、請求項１から６のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項８】
前記正極は、第２の触媒層を備えている、請求項１から７のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項１】
陽イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜の一方の表面上に設けられた正極と、
前記陽イオン交換膜の他方の表面上に設けられた負極と、
前記正極と前記負極との間に電圧を印加するための直流電源と、
前記正極の表面上に設けられた吸水性ユニットと、を備えた、水収集装置。
【請求項２】
前記吸水性ユニットの一部が前記陽イオン交換膜に接している、請求項１に記載の水収集装置。
【請求項３】
前記正極で発生した酸素を前記負極側に輸送するための輸送ユニットをさらに備えた、請求項１または２に記載の水収集装置。
【請求項４】
前記負極側の一部の空間が仕切られてなる水収集室をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項５】
前記負極が多孔質体である、請求項１から４のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項６】
前記負極は、第１の触媒層を備えている、請求項１から５のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項７】
前記正極が多孔質体である、請求項１から６のいずれかに記載の水収集装置。
【請求項８】
前記正極は、第２の触媒層を備えている、請求項１から７のいずれかに記載の水収集装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８２４５２（Ｐ２０１２−８２４５２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７５４２（Ｐ２０１０−２２７５４２）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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