JP2006263729A - 光触媒反応装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 効果的、かつ安定的に放電する立体型状の放電電極からの放電光と光触媒との関係を利用して効率的に、かつ長期間に渡って安定して有害物質を除去する。
【解決手段】 光触媒反応装置1は、三次元網目構造のセラミック基体に光触媒を担持した少なくとも1個の光触媒モジュール6と、立体形状の電極であって、導電性の箔でハニカム状に形成され、正面および背面から見た形状がハニカム状であり、正面から背面方向へ有害物質を含む気体が通過できるようになっており、電極の側面は導電性外枠4で覆われており、電極の正面から背面方向に所定の奥行き幅を有し、該光触媒モジュール6を挟持する一対の電極本体3から構成されるハニカム電極5とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 光触媒反応装置1は、三次元網目構造のセラミック基体に光触媒を担持した少なくとも1個の光触媒モジュール6と、立体形状の電極であって、導電性の箔でハニカム状に形成され、正面および背面から見た形状がハニカム状であり、正面から背面方向へ有害物質を含む気体が通過できるようになっており、電極の側面は導電性外枠4で覆われており、電極の正面から背面方向に所定の奥行き幅を有し、該光触媒モジュール6を挟持する一対の電極本体3から構成されるハニカム電極5とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、効果的、かつ安定的に放電する立体形状の放電電極からの放電光(紫外線)と光触媒との関係を利用して、効率的に、かつ安定して物質を除去することのできる光触媒反応装置に関する。
大気中に含まれるダイオキシン類やNOx等の有害物質、汚水中の有害物質等による環境汚染が社会問題となっているのは周知の事実であり、これらの有害物質を効果的に取り除く手法の研究・開発が盛んに行われている。また近年では冷蔵庫内の腐敗ガスであるエチレンガス、シックハウス症候群の原因と言われるホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、室内や車内のたばこ臭等、密閉された空間内の有害物質対策が問題となっている。
従来、上述した有害物質を取り除く手法の一例として、放電を用いた放電処理装置によるものや、光触媒を用いた光触媒反応装置によるものが知られている。
図15は従来の光触媒反応装置の一例を示している。
この光触媒反応装置101は、図15に示すように筐体102内に収納され、酸化チタンを担持する光触媒103と、この光触媒を挟んで対向配置された一対の薄膜状の電極104と、電極104に高電圧を印加させる高圧電源部105とを備え、電極104に印加された高電圧によって両電極104間に放電を発生させ、この放電によって発生した紫外線によって光触媒103(酸化チタンTiO2)を活性化させ、ガス中に含まれる有害物質を取り除く。このとき、電極104の放電により発生した紫外線によって活性化した光触媒103はヒドロキシラジカル(・OH)とスーパーオキサイドアニオン(・O2 −)を生成するが、そのうちのヒドロキシラジカルは強い酸化力があり、各物質の分子結合を分断することができる。このヒドロキシラジカルの酸化力を利用し、有害物質を化学反応により除去する。
しかしながら、従来の電極の放電光を利用した光触媒反応装置には以下のような問題があった。
従来使用されていた電極104は薄膜状であるために、有害物質のうち腐食性ガス、例えば硫化水素,亜硫酸,亜硝酸,塩素,アンモニア等の物質に対しては、電極が腐食されてしまい、耐久性に乏しかった。
また電極がいったん腐食されてしまうと、その腐食された部分では放電が行われなくなってしまい、電極全体で均一な放電光を発生させることができなくなっていた。腐食された部分が広がれば導通が遮断されてしまう部分が発生し、電極のある一部では光触媒を活性化させる程度の放電光を照射することができたが、他の部分では光触媒を活性化させるほどの放電光を照射することができないといったような“ムラ”を生じ、期待するような触媒効果を得ることができなかった。
さらに両電極104は薄膜状であるために、設置に関して不安定さがあった。触媒効果を効率的に得るためには、両電極104を平行状態に保つことが必要であるが、取り付け方法や流入する有害物質の状態、例えば流速が非常に早い場合や塵や埃等を多く含む場合には、設置場所のずれや電極の変形や破損等が起き、放電光を光触媒に安定して照射できない場合があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、効果的、かつ安定的に放電する立体形状の放電電極からの放電光と光触媒との関係を利用して、効率的に、かつ安定して有害物質を除去することのできる光触媒反応装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために本願発明は、光触媒反応による脱臭、およびガス浄化を行う光触媒反応装置において、光触媒を三次元網目構造のセラミック基体に担持した少なくとも1つの光触媒モジュールと、該光触媒モジュールを挟持する一対の電極が、それぞれ立体形状であって、導電性の箔によって正面および背面形状がハニカム状、格子状、または網目状に形成され、かつ正面から背面方向に所定の奥行き幅を有する電極本体と、前記電極本体の側面を覆う導電性の外枠とから構成される放電電極である放電電極部とから構成されることを特徴とする。
本発明による光触媒反応装置により、耐食性が向上し、効率的に、かつ安定して有害物質を除去することができる。
本願発明である光触媒反応装置について、図1から図7に基づき説明する。
<第1の実施形態>
まず図1および図2に基づき本願発明の光触媒反応装置の最小構成単位について説明する。図2は図1の光触媒反応装置の模式図である。
まず図1および図2に基づき本願発明の光触媒反応装置の最小構成単位について説明する。図2は図1の光触媒反応装置の模式図である。
図1において光触媒反応装置1(図2中、光触媒反応装置1A)は、単位構造体2とそれを収納する筐体7とから構成されている。筐体7は筒状の構造をしており、有害物質を含む気体が通過できるように流入口と排出口を有している。単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、一対のハニカム電極5は図示しない高圧電源部(図2中、高圧電源部8)に接続されている。
ハニカム電極5は、立体形状の電極であって、導電性の箔でハニカム状に形成され、正面および背面から見た形状がハニカム状になっている電極本体3と導電性外枠4とから構成され、正面から奥行き方向にかけてハニカム状に貫通しており、有害物質を含む気体が通過できるようになっている。電極本体3の側面は導電性外枠4で覆われており、電極の正面から背面方向に所定の奥行き幅を有している。
図2において、ハニカム電極5は高圧電源部8から供給される電力によって放電を行う。このハニカム電極5を構成する電極本体3と導電性外枠4には、硫化水素等の腐食性ガスに対して耐性のあるステンレスが用いられる。
放電によって発生した放電光のうち、185nmの波長を持つ紫外線は大気中の酸素からオゾンを生成してしまう。オゾンは脱臭、脱色、殺菌、減菌作用を持ち、硫化水素やアンモニアのような有害物質を分解除去することもできるが、同時にその強い酸化力のために電極の金属も酸化してしまう。
また有害物質のうち腐食性ガス、例えば硫化水素,亜硫酸,亜硝酸,塩素,アンモニア等の物質によっても、電極は腐食されてしまうので、電極に用いられる金属には、耐食性のあるものや耐食性のコーティング処理を施したものが選定される必要がある。
電極本体3と導電性外枠4に用いられる材質には、ステンレスの他にもアルミニウム、銅等の金属にコーティング処理を施したものや、ハステロイ、白金、金等の耐食性の強い金属(合金)が上げられる。
なお、このハニカム電極5の場合、セルサイズが5mm以上であり、箔厚が1mm以下、望ましくは0.1から0.2mmであることが必要とされる(その理由については後述)。
ハニカム電極5に挟持される光触媒モジュール6は、三次元網目構造のセラミック基体であり、基体表面に光触媒作用をもつ半導体TiO2の微粒子を担持している。また光触媒モジュール6の厚さは15mm以下であることが必要とされる(その理由については後述)。
光触媒作用をもつ半導体微粒子には様々なものが上げられる。光触媒作用をもつ代表的な半導体は酸化チタンTiO2(anatase型,rutile型,brookite型)であるが、その他にもSrTiO3,ZnO,BaTiO3,V2O5,SnO2等の金属酸化物半導体や、Si,GaAs,CdS,ZnS等の単体半導体や化合物半導体が上げられる。
ハニカム電極5に電力を供給する高圧電源部8は設置環境によって様々な種類が考えられる。直流電源、Duty比0.5以下の短パルスを出力するパルス電源、周波数10kHz以上の交流電源等が上げられる。また各種類の高圧電源に波高値の50〜90%に相当する直流バイアスを重畳したり、間欠動作したりする機能を付加してもよい。
本願発明において高圧電源部8に直流電源を用いた場合、電源部構成が単純で済み装置コストを低く抑えることができる。また直流放電の場合、放電に伴う動作音が極めて小さく、静寂な動作が要求される場合では好ましい。
またパルス電源を用いた場合、直流動作に比べ大きなエネルギー投入を容易に行うことができ、装置の小型化が可能である。電源部構成が単純で済み装置コストを低く抑えることもできる。また直流放電に比べ投入エネルギーを大きくすることが容易であり、低価格、中規模の装置を構成する場合では好ましい。
また周波数10kHz以上の高周波交流電源を用いた場合、動作周波数の増加に伴い、投入エネルギーを増大することが可能であり、大きなエネルギー投入ができる。大容量の脱臭処理や高濃度の対象に対応する場合は有効な手法となる。
さらに直流バイアスを重畳した場合、パルス電源などを単独で用いる場合に比べパルス電圧を低減することができ、電源装置を小型化することができる。また、放電発生の元となる偶存電子の個数が安定するため、スパーク移行電圧のばらつきが少なくなり、安定動作が確保できる。
図1から図7の光触媒反応装置において、パルス電源あるいは交流電源を用いた場合、1パルスあたり、あるいは1周期あたりの放電入力エネルギーはガス組成、電極形状、電極間隔などの放電部パラメータにより一意的に定まってしまう。
1パルスまたは1周期あたりの放電入力エネルギーがE[J]で、繰返し周期がr[pps]または[Hz]ならば、投入電力はE×r[W]で定義されるが、これを繰り返し数または周期によらず一定にするため、間欠動作を行う。
間欠動作に対する動作・非動作の比(変調度)は、必要となる投入電力をP、1パルス(周期)あたりの投入エネルギーがE、繰り返し数がFなら、変調度は、 P/(E×F)で示される。
投入電力10[W]、1パルスあたりの投入エネルギーが50[mJ]、繰り返し数が20[kHz]なら、変調度は、
〔数1〕
10/(50×10−3×20×103)=0.01
となる。この場合、1秒あたり10ミリ秒間だけ動作するようなモードが必要になる。
〔数1〕
10/(50×10−3×20×103)=0.01
となる。この場合、1秒あたり10ミリ秒間だけ動作するようなモードが必要になる。
この動作モードは「1秒あたり10ミリ秒動作」に限定されるものではなく、例えば「2秒に1度20ミリ秒動作」や「1秒に2度5ミリ秒動作」等でもよい。
また直流電源を用いた場合も、投入電力は放電部パラメータによりほぼ一意的に決まるため、間欠動作を行うことにより、電圧を変化させることなく連続動作の場合よりも低電力で動作させることができる。
以上図1(図2)の構成において、高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。
この第1の実施形態では、一対のハニカム電極5のそれぞれが導電性外枠4で覆われることにより、また奥行き幅を持つことで従来の薄膜電極より耐食性が向上するため、電極全面に安定した均一の放電光を長期にわたり得ることができるという効果を奏する。
また機械的精度、強度を十分確保できるため、電極間の距離を長期にわたり一定に保つことができるので、放電光を均一に、かつ効果的に光触媒モジュール6に照射することができ、従来の薄膜電極より高い物質分解性能を効率的に、かつ長期間安定して得ることができるという効果を奏する。
さらに放電によって発生したオゾンが、光触媒モジュール6で処理できなかった有害物質と化学反応することによって分解除去される。このオゾンの酸化力によって光触媒反応装置の分解効率が促進されるという効果を奏する。
なお高圧電源部8が直流電源のように電極が極性をもつ場合、有害物質の流入方向はその電極の正極側、負極側のどちらからでもよく、同じ効果が得られる。
また高周波交流電源を間欠動作させることによって、電力を効率的に投入することができ、連続動作の場合より低電力で放電を行うことができる。
<第2の実施形態>
図3は図1(図2)に示された単位構造体2を複数積層したものである。
図3は図1(図2)に示された単位構造体2を複数積層したものである。
図3の光触媒反応装置1Bは、4つの単位構造体2とそれらを収納する筐体7と高圧電源部8とから構成されている。単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、ハニカム電極5はそれぞれ高圧電源部8に接続されている。
本実施形態では4つの単位構造体2を並べることによって隣接する電極を、各単位構造体2間で共有する状態となっている。電極を交互に配置することによって電極両面が発光することになり、効果的に放電光を得ることができる。
なおハニカム電極5の構成、構造および電極に用いられる材質、光触媒モジュール6の構造およびモジュールに用いられる半導体微粒子の材質、および高圧電源部8は、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
以上図3の構成において、高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。
この第2の実施形態で、ハニカム電極5が第1の実施形態と同様の耐食性、および機械的精度、強度を持つことで同様の効果を得るとともに、4つの単位構造体を積層することにより、第1の実施形態と比較して4倍の物質分解性能を得ることができるという効果を奏する。
また第1の実施形態よりも電極が多くなった分、放電によって発生したオゾンも多くなるため、第1の実施形態と比較してオゾンの酸化力による有害物質の分解効率もさらに促進されるという効果を奏する。
<第3の実施形態>
図4は図1(図2)の光触媒反応装置1(1A)にオゾン分解触媒9を付加したものである。
図4は図1(図2)の光触媒反応装置1(1A)にオゾン分解触媒9を付加したものである。
図4の光触媒反応装置1Cは、単位構造体2とオゾン分解触媒9とを収納した筐体7と高圧電源部8とから構成されている。
単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、一対のハニカム電極5は高圧電源部8に接続されている。またオゾン分解触媒9は単位構造体2より、気体の流入方向に対して下流側に配置される。
なおハニカム電極5の構成、構造および電極に用いられる材質、光触媒モジュール6の構造およびモジュールに用いられる半導体微粒子の材質、および高圧電源部8は、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
第1の実施形態や第2の実施形態において、放電光によって発生したオゾンはその酸化力で有害物質を分解除去するが、有害物質と反応しなかったオゾンは、そのまま放出されてしまう。しかし、オゾンは通常大気中にそのまま放出すると人体にとって有害なため、場合によっては分解しなければならない。オゾン分解触媒9はそうした未反応のオゾンを無害な酸素に分解処理する。
またオゾンを分解する方法としては、使用状況によって様々なものが考えられるが、代表的なものとして、活性炭吸着分解法、加熱分解法、接触分解法、水洗法、薬液洗浄法(アルカリ洗浄法)、薬液還元法等が上げられる。
以上図4の構成において、高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。またオゾン分解触媒9で未反応のオゾンは無害な酸素に分解処理される。
この第3の実施形態では、第1の実施形態と同様の物質分解性能を得ることができる。さらにオゾン分解触媒9で有害物質と反応しなかったオゾンを分解処理することにより、大気中に人体に有害なオゾンを放出しないようにすることができるという効果を奏する。
なお本実施形態では、オゾン分解触媒9は最下流部に1つ設置したが、排オゾンを効率的に除去できるものであれば、特に配置位置および数を限定するものではない。
<第4の実施形態>
図5は図3の光触媒反応装置1Bにオゾン分解触媒9を付加したものである。
図5は図3の光触媒反応装置1Bにオゾン分解触媒9を付加したものである。
図5の光触媒反応装置1Dは、4つの単位構造体2とオゾン分解触媒9とを収納した筐体7と高圧電源部8とから構成されている。単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、ハニカム電極5はそれぞれ高圧電源部8に接続されている。またオゾン分解触媒9は単位構造体2より、気体の流入方向に対して下流側に配置される。
なお単位構造体2の構成、ハニカム電極5の構成、構造および電極に用いられる材質、光触媒モジュール6の構造およびモジュールに用いられる半導体微粒子の材質、および高圧電源部8は、第2の実施形態と同様であるので説明は省略する。
以上図5の構成において、高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。またオゾン分解触媒9で未反応のオゾンは無害な酸素に分解処理される。
この第4の実施形態では、第2の実施形態と同様の物質分解性能を得ることができる。さらにオゾン分解触媒9で有害物質と反応しなかったオゾンを分解処理することにより、大気中に人体に有害なオゾンを放出しないようにすることができるという効果を奏する。
なお本実施形態では、オゾン分解触媒9は最下流部に1つ設置したが、排オゾンを効率的に除去できるものであれば、特に配置位置および数を限定するものではない。
<第5の実施形態>
図6は図1(図2)の光触媒反応装置1(1A)に送風機10を付加したものである。
図6は図1(図2)の光触媒反応装置1(1A)に送風機10を付加したものである。
図6の光触媒反応装置1Eは、単位構造体2と送風機10と、それらを収納する筐体7と高圧電源部8とから構成されている。単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、一対のハニカム電極5は高圧電源部8に接続されている。
単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、一対のハニカム電極5は高圧電源部8に接続されている。また送風機10は気体流入部に設置されている。
なおハニカム電極5の構成、構造および電極に用いられる材質、光触媒モジュール6の構造およびモジュールに用いられる半導体微粒子の材質、および高圧電源部8は、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
送風機10は有害物質を含む気体の流速が遅い場合や、気流の強制循環を必要とする場合に使用される。自然対流によって気体の循環を行っている場合は、状況によっては対流が止まる場合が考えられる。その際、送風機10を使用することで強制的に対流を起し、ある程度の流速を確保する。
設置場所は気体流入部または気体排出部が上げられるが、特に装置の出入り口に限定するものではない。単位構造体2を複数積層した場合、各単位構造体の間や、装置の設置環境によっては放電電極と光触媒モジュール6の間や、オゾン分解触媒の前に設置してもよい。
以上図6の構成において、送風機10によって有害物質を含む流体は強制的に筐体7へ送り込まれる。また高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。
この第5の実施形態では、第1の実施形態と同様の物質分解性能を得ることができる。さらに送風機を利用することにより、ある程度の流速を確保することができ、一定の処理能力を断続して得ることが可能となり、本実施形態の光触媒反応装置1Eの物質分解性能を長期間維持させるという効果を奏する。
<第6の実施形態>
図7は図6の光触媒反応装置1Eにフィルター11を付加したものである。
図7は図6の光触媒反応装置1Eにフィルター11を付加したものである。
図7の光触媒反応装置1Fは、単位構造体2と送風機10とフィルター11と、それらを収納する筐体7と高圧電源部8とから構成されている。単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、高圧電源部8に接続されている。
単位構造体2は一対のハニカム電極5とそれらに挟持される光触媒モジュール6とから構成され、一対のハニカム電極5は高圧電源部8に接続されている。また送風機10は気体流入部に設置され、フィルター11は送風機10の流入側に設置されている。
なおハニカム電極5の構成、構造および電極に用いられる材質、光触媒モジュール6の構造およびモジュールに用いられる半導体微粒子の材質、および高圧電源部8は、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
埃や塵の多い環境での使用は、光触媒モジュール6やハニカム電極5の目詰まりや破損を引き起こす可能性が十分に考えられる。埃や塵といった電極や光触媒を覆うことでそれらの性能を低下させるものや機能を阻害するもの、本実施形態では分解処理できないものをまずフィルター11を用いて取り除き、継続して安定した物質分解性能を確保する。
以上図7の構成において、フィルター11によって塵や埃等を除去された有害物質を含む流体は、送風機10によって強制的に筐体7へ送り込まれる。また高圧電源部8からハニカム電極5に高電圧が印加されると、ハニカム電極5は放電を開始し、この放電により発生した放電光(紫外線)は光触媒モジュール6に均一に照射され、光触媒を活性化させる。この活性化した光触媒は化学的に反応性に富んだヒドロキシラジカル(・OH)を生成し、さらに放電光によってオゾンが生成される。これら活性化学種のヒドロキシラジカル、オゾンと化学反応することによって単位構造体2に流入する有害物質は分解除去される。
この第6の実施形態では、第1の実施形態と同様の物質分解性能を得ることができる。さらにフィルター11を用いて予め有害物質中の本願発明では分解できないものを取り除くことによって、物質分解性能を安定して確保することが可能となり、本実施形態の光触媒反応装置1Fの物質分解性能を長期間維持させるという効果を奏する。
<他の構成例>
ここまではハニカム電極を用いた例を示したが、本願発明はこれらの例に限定されるものではない。
ここまではハニカム電極を用いた例を示したが、本願発明はこれらの例に限定されるものではない。
また、ハニカム状の電極、格子状の電極、網目状の電極を使用する場合、正極、負極の電極に同じ物を使用する必要はなく、片方はハニカム状の電極、片方は格子状の電極といった組み合わせも考えられる。
さらに正極、負極の電極にセルサイズの異なる物を用いることも使用法として考えられる。例えば、正極はセルサイズ5mmのハニカム状の電極、負極はセルサイズ10mmの格子状の電極といった組み合わせも可能である。
一方、図7のフィルター11以外に他種の触媒や吸着材といった特定物質を取り除くような物をさらに組み合わせて使用することも考えられる。ある特定物質を他の触媒や吸着材で除去し、残存物質を本願発明で分解除去する場合や、本願発明で分解除去できなかった残存物質を、他の触媒や吸着材で取り除くというような場合も、使用方法としては十分に考えられる。本願発明の性能を向上させる手段として有効である。
本願発明の用途としては、図2や図3の光触媒反応装置では、産業用の排ガス処理機や空気清浄器等が想定される。また、図4や図5の光触媒反応装置では、室内用エアコン、車載用エアコン、掃除機、冷蔵庫等に組み込まれることが想定される。さらに図6の場合においては、自然対流の冷蔵庫等に組み込まれることが想定され、図7の場合においては、室内用空気清浄器(この場合オゾン分解触媒付きで用いられる)や分煙機等が想定される。
<ハニカム電極の説明>
ここで本発明の光触媒反応装置で用いる放電電極、特にハニカム電極の特性を検証するために行った試験結果について述べる。なお比較試験は図1に示す単位構造体2を用いて行った。
ここで本発明の光触媒反応装置で用いる放電電極、特にハニカム電極の特性を検証するために行った試験結果について述べる。なお比較試験は図1に示す単位構造体2を用いて行った。
<従来品との性能比較>
(1)電極構造の違いによる発光強度の比較
光触媒を用いて高い物質分解性能を得るためには、光触媒を活性化するために強い放電光(紫外線、波長380nm以下)を発生する光源が必要である。放電は電界が強いほど生じ易くなり、電界は電極の形状に大きく依存することが知られている。
(1)電極構造の違いによる発光強度の比較
光触媒を用いて高い物質分解性能を得るためには、光触媒を活性化するために強い放電光(紫外線、波長380nm以下)を発生する光源が必要である。放電は電界が強いほど生じ易くなり、電界は電極の形状に大きく依存することが知られている。
図8は同一電源(入力エネルギーが同じ)を使用し、同一面積における放電光の発光強度を比較したものである。図8から分かる通り、本願発明品は従来型に比べ1.5倍から2倍程度の強い放電光を発生した。つまり、同一の電力で、1.5倍から2倍程度高い物質分解性能を得ることができた。
(2)電極構造の違いによる発光強度の分布比較
図9および図10は同一電源(入力エネルギーが同じ)を使用し、同一面積における放電光の発光強度を面内の分布として示したものである。
図9および図10は同一電源(入力エネルギーが同じ)を使用し、同一面積における放電光の発光強度を面内の分布として示したものである。
図9では電極の周辺部では光触媒を活性化させるために必要十分な発光強度を得たが、中央部では光触媒を活性化させるほどの発光強度は得られていなかった。この様にばらつきが生じるため、十分な触媒効果を得ることができなかった。
逆に図10では、電極全面に渡って均一な発光強度が得られた。そのため従来品に比べて、安定した触媒効果が期待でき、高い物質分解性能を得ることができた。
<セルの形状について>
(1)セルサイズの違いによる性能比較
ハニカム形状の電極を用いた場合、ハニカムのセルサイズ12(桝目の大きさ(図11))の違いにより、放電光の発光強度に違いを生じる。図12はセルサイズ12と発光強度の関係を示したものである。セルサイズ12が5mm以上になると急激に放電光の発光強度が増加し、高い物質分解性能を得ることができた。
(1)セルサイズの違いによる性能比較
ハニカム形状の電極を用いた場合、ハニカムのセルサイズ12(桝目の大きさ(図11))の違いにより、放電光の発光強度に違いを生じる。図12はセルサイズ12と発光強度の関係を示したものである。セルサイズ12が5mm以上になると急激に放電光の発光強度が増加し、高い物質分解性能を得ることができた。
(2)箔の厚さの違いによる性能比較
ハニカム電極5を用いた場合、ハニカムを構成する金属箔の厚さの違いにより、放電光の発光強度に違いを生じる。図13は箔厚13と発光強度の関係を示したものである。箔厚13が0.1〜0.2mmであると急激に放電光の強さが増加し、高い物質分解性能を得ることができた。
ハニカム電極5を用いた場合、ハニカムを構成する金属箔の厚さの違いにより、放電光の発光強度に違いを生じる。図13は箔厚13と発光強度の関係を示したものである。箔厚13が0.1〜0.2mmであると急激に放電光の強さが増加し、高い物質分解性能を得ることができた。
<放電光の到達距離>
光触媒を用い高い物質分解性能を得るためには、光触媒を活性化させる放電光を触媒面に均一に、かつ光触媒の内部まで照射する必要がある。図14は光触媒モジュール6の表面に放電光を照射したときの発光強度と到達距離の関係を示したものである。
光触媒を用い高い物質分解性能を得るためには、光触媒を活性化させる放電光を触媒面に均一に、かつ光触媒の内部まで照射する必要がある。図14は光触媒モジュール6の表面に放電光を照射したときの発光強度と到達距離の関係を示したものである。
一般に光触媒の活性化に必要な発光強度は10−6W/cm2とされている。図14から明らかなように、15mmより厚い部分については、光触媒を活性化させるほどの放電光が到達していないことが分かった。よって光触媒を挟持する本願発明の構成では、光触媒モジュール6の厚さは15mm以下にすることで、光触媒全体に渡って高い物質分解性能を得ることができた。
1 光触媒反応装置
2 単位構造体
3 電極本体
4 導電性外枠
5 ハニカム電極
6 光触媒モジュール
7 筐体
8 高圧電源部
9 オゾン分解触媒
10 送風機
11 フィルター
12 セルサイズ
13 箔厚
101 光触媒反応装置
102 筐体
103 光触媒
104 電極
105 高圧電源部
2 単位構造体
3 電極本体
4 導電性外枠
5 ハニカム電極
6 光触媒モジュール
7 筐体
8 高圧電源部
9 オゾン分解触媒
10 送風機
11 フィルター
12 セルサイズ
13 箔厚
101 光触媒反応装置
102 筐体
103 光触媒
104 電極
105 高圧電源部
Claims (1)
- 光触媒反応による脱臭、およびガス浄化を行う装置において、
光触媒を三次元網目構造のセラミック基体に担持した少なくとも1つの光触媒モジュールと、
該光触媒モジュールを挟持する一対の電極が、それぞれ立体形状であって、導電性の箔によって正面および背面形状がハニカム状、格子状、または網目状に形成され、かつ正面から背面方向に所定の奥行き幅を有する電極本体と、前記電極本体の側面を覆う導電性の外枠とから構成される放電電極である放電電極部と、
から構成されることを特徴とする光触媒反応装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006174408A JP2006263729A (ja) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 光触媒反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006174408A JP2006263729A (ja) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 光触媒反応装置 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001148427A Division JP4371607B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 光触媒反応装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006263729A true JP2006263729A (ja) | 2006-10-05 |
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ID=37200241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006174408A Withdrawn JP2006263729A (ja) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 光触媒反応装置 |
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Country | Link |
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-
2006
- 2006-06-23 JP JP2006174408A patent/JP2006263729A/ja not_active Withdrawn
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