JP4253481B2 - 光触媒反応装置および光触媒反応方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電電極からの放電光により光触媒を活性化させることで、気液混合体に含まれる分解対象物質を除去して清浄あるいは脱臭する光触媒反応装置および光触媒反応方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、放電電極からの放電光により光触媒を活性化させて、ガス中の除去対象物質を除去してガスを清浄あるいは脱臭する光触媒反応装置として、図8に示す特開2000−140624号公報に開示されたものがある(特許公報1参照)。
【0003】
従来の光触媒反応装置1は、セラミックスで構成され、光触媒を担持する三次元網目状の光触媒担持体2を、2枚の金属電極板3、3で挟持した構成である。対をなす金属電極板3、3間には、電源4が電線5を介して設けられ、電圧が印加される。金属電極板3、3間に所要の電圧が印加されると放電光が発生し、光触媒担持体2が担持する光触媒が活性化せしめられる。
【0004】
金属電極板3、3で挟持された光触媒担持体2は、ガス6が流れる流路7中に設けられる。光触媒担持体2内を通過するガス6は、光触媒の作用により清浄あるいは脱臭される。
【0005】
【特許公報1】
特開2000−140624号公報(第5−7頁の段落[0046]〜[0058])
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光触媒反応装置1においては、空気等の気体を分解対象物質媒体の対象として構成されている。したがって、気液混合体あるいは液体を対象とするためには、光触媒反応装置1は、適用可能な所要の構成とする必要がある。
【0007】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、気液混合体あるいは液体の分解対象物質媒体を対象として、放電光を光触媒に照射させることにより、分解対象物質を分解して清浄あるいは脱臭することが可能な光触媒反応装置および光触媒反応方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、酸素および水分子を含む気液混合体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、正負極の金属電極と、電源部と、前記正負極の金属電極のうち一方の正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を覆い、かつ前記気液混合体の流路を形成する誘電体とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、この放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒により発生した水酸基ラジカルおよびオゾンの作用により、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項2に記載したように、酸素および水分子を含む気液混合体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、正負極の金属電極と、電源部と、前記正負極の金属電極の双方の正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を覆い、かつ前記気液混合体の流路を形成する誘電体とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、この放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒により発生した水酸基ラジカルおよびオゾンの作用により、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項3に記載したように、前記誘電体は、セラミックスにより構成されることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項4に記載したように、前記誘電体は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスであることを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明に係る光触媒反応方法は、上述の目的を達成するために、請求項5に記載したように、酸素および水分子を含む気液混合体の流路中にセラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールを設けるステップと、正負極の金属電極のうち一方の、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を前記気液混合体の流路を形成する誘電体で覆い、電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させるステップと、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、前記光触媒を前記放電光により活性化させることにより水酸基ラジカルを発生させるステップとにより、前記水酸基ラジカルおよび前記オゾンを用いて前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解することを特徴とするものである。
【0023】
また、本発明に係る光触媒反応方法は、上述の目的を達成するために、請求項6に記載したように、酸素および水分子を含む気液混合体の流路中にセラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールを設けるステップと、正負極の金属電極の双方の、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を前記気液混合体の流路を形成する誘電体でそれぞれ覆い、電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させるステップと、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、前記光触媒を前記放電光により活性化させることにより水酸基ラジカルを発生させるステップとにより、前記水酸基ラジカルおよび前記オゾンを用いて前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解することを特徴とするものである。
【0024】
また、本発明に係る光触媒反応方法は、上述の目的を達成するために、請求項7に記載したように、前記誘電体を、セラミックスにより構成することを特徴とするものである。
【0025】
また、本発明に係る光触媒反応方法は、上述の目的を達成するために、請求項8に記載したように、前記誘電体は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスであることを特徴とするものである。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光触媒反応装置および光触媒反応方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【0027】
図1は本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態を示す構成図である。
【0028】
光触媒反応装置10は、筒状の光触媒反応ケーシング11内に、清浄あるいは脱臭しようとする気液混合体が流れる流路12が形成され、この流路12に例えば、空気等の気体の気泡Xを有する水のような、酸素と水分子を含む気液混合体が流れる。流路12には、単位構造体13が設けられ、さらに単位構造体13は電線14を介して電源部15に接続された構成である。
【0029】
単位構造体13は、プラズマ発生電極部16と光触媒モジュール17とで構成される。
【0030】
単位構造体13のプラズマ発生電極部16は、2枚の金属電極18a、18bと誘電体19とで構成される。2枚の金属電極18a、18bは向かい合う位置に配置され、一方の金属電極18aの、他方の金属電極18b側の表面は誘電体19で覆われる。金属電極18aを覆う誘電体19は、比誘電率は大きいものがより効果的であり、セラミックスを用いることが望ましい。誘電体19は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスで構成することで、気液混合体が漏れずに流れることができる。誘電体19は、所要の比誘電率を有すれば、その他の物質の誘電体19としてもよい。
【0031】
プラズマ発生電極部16の2枚の金属電極18a、18bには電線14が接続され、電源部15にそれぞれ導かれる。
【0032】
一方、単位構造体13の光触媒モジュール17は、三次元網目構造あるいはハニカム構造のセラミックス基体に、微粒子状の酸化チタンあるいは酸化亜鉛等の物質を主成分とする光触媒を担持させた構成である。なお、光触媒の反応効果を向上させるために、白金、金等の金属と遷移元素との合金を含むものとしてもよい。その他、光触媒作用を有する物質であれば、担持する物質は任意である。
【0033】
光触媒モジュール17のセラミックス基体は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化チタンまたは酸化亜鉛等のセラミックスを含む化合物で形成される。そして、単位構造体13の光触媒モジュール17は、プラズマ発生電極部16の一方が誘電体19で覆われる2枚の金属電極18a、18bで挟持される。
【0034】
さらに、光触媒モジュール17は、光触媒反応ケーシング11で形成される流路12中の途中にプラズマ発生電極部16の2枚の金属電極18a、18bで挟持された状態で、清浄あるいは脱臭しようとする気液混合体が光触媒モジュール17の内部を通過することができる位置に設けられる。
【0035】
この際、流路12は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスで構成される誘電体19と誘電体19で覆われない側の金属電極18bとで、気液混合体が流れることが可能な管状、セル状、有底の溝あるいは容器状等の形状に形成される。
【0036】
ただし、必ずしも、誘電体19と誘電体19で覆われない側の金属電極18bとで、流路12を形成する必要はなく、光触媒反応ケーシング11のみで形成される流路12中に任意形状の単位構造体13を設ける構成としてもよい。
【0037】
次に、光触媒反応装置10の作用について説明する。
【0038】
光触媒反応ケーシング11で形成される流路12中には、清浄あるいは脱臭しようとする気泡Xを含む気液混合体が流入される。
【0039】
一方、電源部15の作用により、単位構造体13のプラズマ発生電極部16が有する2枚の金属電極18a、18bの間には電圧が印加される。この結果、2枚の金属電極18a、18bの一方が正極、他方が負極となるが、電圧の正負の向きは任意である。さらに、2枚の金属電極18a、18bのうち負極となった側の金属電極18aから放電Yが起こり、放電光である紫外線が発生する。
【0040】
このとき、2枚の金属電極18a、18bのうち一方の金属電極18aは、誘電体19で覆われるため、放電Yは、アーク放電に移行せずに安定したコロナ放電となり持続的に維持される。すなわち、正極側の金属電極18bと負極側の金属電極18aの間に形成される電界には誘電体19が介在するため、安定したコロナ放電となる誘電体バリア放電が起こる。さらに、金属電極18aは誘電体19で覆われるため、破損が防がれ保護される。
【0041】
2枚の金属電極18a、18bの間に発生した紫外線は、挟持された光触媒モジュール17が担持する酸化チタン等の光触媒を照射する。このため、光触媒は活性化状態となり、気液混合体に含まれる酸素と水から過酸化水素と水酸基ラジカルとが生成される。
【0042】
さらに、2枚の金属電極18a、18bの間に紫外線が発生すると同時にオゾンが生成される。オゾンおよび活性化状態となった光触媒の作用で浄化対象ガス中に生成された水酸基ラジカルは酸化力が強く、物質の分子結合を分断することができる。このため、オゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用により、光触媒モジュール17内において、気液混合体に含まれる分解対象物質を分解させることができる。
【0043】
分解対象物質としては、例えば、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の臭い発生物質、菌類および細菌類、汚れの成分を構成する物質、有害物質、トリハロメタン等の有機塩素化合物、内分泌撹乱化学物質やその他オゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用で分解可能な物質、化合物、混合物、生物が挙げられる。
【0044】
また、2枚の金属電極18a、18bの間に発生したコロナ放電も、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の物質あるいは有害物質の分解、浮遊菌の除菌および不活性化に作用し、浄化および脱臭に寄与する。
【0045】
すなわち、光触媒反応装置10は、一方を誘電体19で覆った2枚の金属電極18a、18bで光触媒を担持させた光触媒モジュール17を挟持し、2枚の金属電極18a、18b間に発生するコロナ放電光で光触媒を活性化させるとともにオゾンを生成し、光触媒、オゾンおよび放電光の作用により、気液混合体に含まれる分解対象物質を分解させる構成である。
【0046】
このため、光触媒反応装置10は、飲料水、工場廃水、生活廃水、土壌汚染水等の気液混合体あるいは液体の殺菌、脱臭、清浄、液中の水の分解、有機合成または有機分解反応の促進、無機性または有機性の消毒残留物および消毒副生成物、揮発性有機化合物、環境汚染物質の分解などの目的のために幅広く利用することができる。
【0047】
光触媒反応装置10において、気液混合体の清浄あるいは脱臭効果を向上させるためには、光触媒をより活性化させる必要がある。光触媒の活性化状態は光の強さに依存する。すなわち、強い光を光触媒に照射すると、光触媒はより活性化されて浄化あるいは脱臭機能を向上させることができる。このため、強い光、具体的には波長が380nm以下の光を光触媒に照射する必要がある。
【0048】
光触媒反応装置10では、光触媒に照射するための光を単位構造体13の2枚の金属電極18a、18b間に発生させた放電光から得る構成である。したがって、強い放電光を得るためには、2枚の金属電極18a、18b間により強い電界を形成させる必要がある。2枚の金属電極18a、18b間の電界は、電源部15の電力および金属電極18a、18bの形状に依存する。
【0049】
すなわち、2枚の金属電極18a、18bの形状を局部を有する形状として、局所的に強い電界が形成されるようにすること、および2枚の金属電極18a、18bにより強い電圧を印加することにより、より強い放電光を得ることができる。
【0050】
しかし、金属電極18a,18b間に与える電力の増加に伴い、金属電極18a,18b間で発生する放電Yは、コロナ放電ではなくアーク放電になる確率が高くなる。アーク放電は、金属電極18a,18b等の構成部材を破損させるため、各構成部材の機能の低下に繋がる。
【0051】
そこで、光触媒反応装置10では、誘電体19で一方の金属電極18aを覆うことにより、金属電極18a,18bの破損を防ぎ、かつ誘電体バリア放電を形成することで安定なコロナ放電を持続的に維持することを可能とする構成である。
【0052】
ところで、金属電極18aを覆う誘電体19には、電圧が印加される。このため、電源部15で発生する電力の一部は、誘電体19で損失する。したがって、この誘電体19における電力損失を低減させるためには、誘電体19に印加される電圧を下げることが必要である。そこで、誘電体19の材料としては、比誘電率が大きいセラミックスを用いることで、誘電体19に印加される電圧を下げて、より電力損失を低減させることができる。
【0053】
さらに、誘電体19の厚さをより薄くすることで、誘電率が増加し、電源部15で発生する電力のうちコロナ放電に使用されるエネルギの割合を増加させることができる。このため、誘電体19の厚さは、誘電体19を強度上安定して設けることができ、かつ薄い方が印加される電圧が低下して効果的であるため、0.5mmから2mm程度とすることが望ましい。
【0054】
一方、2枚の金属電極18a、18bを、局部を有する形状として、局所的に強い電界が形成されるようにすることにより、より強い放電光を得ることができる。このため、流路12形成に利用されていない金属電極18aは、印刷による電極の形成、線状構造や2次元網目構造等の、局部を有する構造とすることで、局所的により強い電界が形成されるようにすることができる。
【0055】
金属電極18a,18bおよび誘電体19の形状は、流路12形成に利用される場合は、気液混合体を保持することができれば任意である。
【0056】
図2は本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態の変形例を示す構成図である。
【0057】
図2の光触媒反応装置10Aは、図1の光触媒反応装置10に対して、単位構造体13Aにおけるプラズマ発生電極部16Aの2枚の金属電極18a、18bが共に誘電体19a,19bで覆われる構成が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、同符号を付して説明を省略する。
【0058】
光触媒反応装置10Aは、単位構造体13Aにおけるプラズマ発生電極部16Aの2枚の金属電極18a、18bが共に誘電体19a,19bで覆われた状態で、光触媒モジュール17を挟持する構成である。
【0059】
光触媒反応装置10Aでは、2枚の金属電極18a、18bが共に誘電体19a,19bで覆われ同じ構成であるため、プラズマ発生電極部16Aの製造工程において部品の種類を低減させることができる。このため、誘電体19a,19bの材料価格が安価である場合には、同一の設備および製造工程において、誘電体19a,19bで覆われた金属電極18a,18bを製造することが可能となり製造コストを低減させることができる。
【0060】
さらに、光触媒反応装置10Aでは、2個の誘電体19a、19bにより気液混合体の流路12を形成することが可能となる。このため、誘電体19a,19bで流路12が形成される場合は、気液混合体を誘電体19a、19b間のみに留めることができる。そして、気液混合体の流れを安定化させるとともに、両サイドの金属電極18a,18bの気液混合体よる汚染を防ぐことができる。さらに、金属電極18a,18bの形状を任意形状とすることができるため、より強い電界が形成される形状とすることができる。
【0061】
光触媒反応装置10、10Aのように、2枚の金属電極18a、18bは、少なくとも一方が誘電体19,19a,19bで覆われればよい。また、金属電極18a,18bと誘電体19,19a,19bとは必ずしも密着する必要はない。誘電体19,19a,19bが2枚の金属電極18a、18bの間に介在し、金属電極18a、18b同士を誘電体19,19a,19bを経由せずに直線で結ぶことができる部位が存在しなければよく、また、気液混合体が流れることができれば形状も任意である。
【0062】
また、光触媒反応装置10Aの単位構造体13Aにおけるプラズマ発生電極部16Aは、2個の誘電体19a、19bで構成したが、単一の管状の誘電体19の向かい合う側面を使用する構成としてもよい。この場合、単一の管状の誘電体19を流路12として、その外部に2枚の金属電極18a、18bを設けることとにより、プラズマ発生電極部16Aを構成できるため、作業性が容易となる。
【0063】
図3は本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態を示す構成図である。
【0064】
光触媒反応装置10Bは、図1の光触媒反応装置10に対し、単位構造体13の代わりに、積層構造体20とした点が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、積層構造体20の構成以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0065】
光触媒反応装置10Bの積層構造体20は、例えば2個の光触媒モジュール17a,17bとプラズマ発生電極部16Bで構成される。
【0066】
プラズマ発生電極部16Bは並設された複数の、例えば3枚の金属電極18c,18d,18eと2枚の誘電体19c,19dとで構成される。そして、並設された3枚の金属電極18c,18d,18eのうち中央の金属電極18dは正極、両サイドの金属電極18c,18eは負極とされる。中央の金属電極18dは、局所的に強い電界を形成させるため、網目状構造に形成される。さらに、両サイドの負極の金属電極18c,18eの正極の金属電極18d側は、それぞれ誘電体2で覆われる。
【0067】
そして、誘電体2で覆われた2枚の負極の金属電極18c,18eと正極の金属電極18dとの間に、光触媒モジュール17a,17bがそれぞれ設けられる。
【0068】
すなわち、光触媒反応装置10Bは、複数の金属電極18c,18d,18eと光触媒モジュール17a,17bとが交互に積層された積層構造体20を有する構成である。
【0069】
光触媒反応装置10Bでは、複数の光触媒モジュール17a,17b、金属電極18c,18d,18eおよび誘電体19c,19dが規則的に整列して積層構造をなすため、金属電極18dを共有させることができるのみならず、より少ない同形状の部品を組み合わせることで、任意の容量、大きさ、形状、浄化能力等の仕様の光触媒反応装置10Bとすることができる。
【0070】
さらに、光触媒反応装置10Bでは、複数の誘電体19c、19dにより気液混合体の流路12を形成することが可能となる。このため、誘電体19c,19dで流路12が形成される場合は、気液混合体を誘電体19c、19d間のみに留めることができる。そして、気液混合体の流れを安定化させるとともに、両サイドの金属電極18c,18eの気液混合体よる汚染を防ぐことができる。
【0071】
さらに、両サイドの金属電極18c,18eの形状を任意とすることが可能となり、かつ必要とする強度を小さくすることができる。このため、金属電極18c,18eを薄状あるいは印刷により形成された網目状や線状とすることで、より強い電界の形成や材料コストの低減が可能となる。
【0072】
また、各光触媒モジュール17a,17bに照射される紫外線の強度をより均一にすることができるため、浄化機能を安定化させることができる。
【0073】
尚、金属電極18c,18d,18eの正負を逆にした構成、両サイドの金属電極18c,18eを誘電体2で覆う代わりに、中央の金属電極18dの両面を覆う構成としてもよい。さらに、金属電極18c,18d,18e、誘電体19c,19d、光触媒モジュール17a,17bの個数は任意である。すなわち、複数の金属電極18c,18d,18e間に電界が形成され、かつ少なくとも1個の誘電体2が設けられればよい。
【0074】
図4は本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態の変形例を示す構成図である。
【0075】
光触媒反応装置10Cは、図3の光触媒反応装置10Bに対し、積層構造体20Aの構成が異なる。その他の構成および機能については、図3の光触媒反応装置10Bと同じであるため、積層構造体20A以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0076】
光触媒反応装置10Cの積層構造体20Aは、例えば2個の光触媒モジュール17a,17bとプラズマ発生電極部16Cで構成される。
【0077】
プラズマ発生電極部16Cは並設された複数の、例えば3枚の金属電極18c,18d,18eと4枚の誘電体19c,19d,19e,19fとで構成される。そして、並設された3枚の金属電極18c,18d,18eのうち中央の金属電極18dは正極、両サイドの金属電極18c,18eは負極とされる。中央の金属電極18dは、局所的に強い電界を形成させるため、網目状構造に形成される。さらに、両サイドの負極の金属電極18c,18eの正極の金属電極18d側および正極の金属電極18dの両面は、それぞれ誘電体2で覆われる。
【0078】
そして、誘電体2で覆われた2枚の負極の金属電極18c,18eと誘電体2で覆われた正極の金属電極18dとの間に、光触媒モジュール17a,17bがそれぞれ設けられる。
【0079】
すなわち、光触媒反応装置10Cは、金属電極18c,18d,18e同士が向かい合う面を全て誘電体2で覆う積層構造体20Aとした構成である。
【0080】
光触媒反応装置10Cでは、図3の光触媒反応装置10Bの作用効果に加えて、誘電体19c,19d,19e,19fで流路12が形成される場合は、所要の流路12を形成した後、金属電極18c,18d,18eを設けることができるため、誘電体19c,19d,19e,19fと光触媒モジュール17a,17bとのユニット化が可能となり設置作業が容易となる。また、全ての金属電極18c,18d,18eの形状が任意となり、より強い電界の形成を容易にすることができる。さらに、全ての金属電極18c,18d,18eの気液混合体よる汚染を防ぐことができる。
【0081】
尚、光触媒反応装置10B、10Cの積層構造体20Aにおけるプラズマ発生電極部16Cは、2個のあるいは4個の誘電体19c,19d,19e,19fで構成したが、単一の管状の誘電体19の向き合う側面を使用する構成としてもよい。この場合、単一の管状の誘電体19を流路12として、その外部に2個の金属電極18c、18eを設けることとにより、プラズマ発生電極部16Cを構成できるため、作業性が容易となる。
【0082】
図5は本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態を示す構成図である。
【0083】
光触媒反応装置10Dは、図1の光触媒反応装置10に対し、単位構造体13の代わりに、筒状構造体30とした点が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、筒状構造体30の構成以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0084】
光触媒反応装置10Dの筒状構造体30は、プラズマ発生電極部16Dと光触媒モジュール17とで構成される。
【0085】
筒状構造体30のプラズマ発生電極部16Dは、線状の金属電極18fを筒状の金属電極18gの内部に有する構成である。さらに、筒状の金属電極18gの内面側は、筒状の誘電体19gで覆われる。金属電極18f、18gの正負の向きは任意である。
【0086】
一方、筒状構造体30の光触媒モジュール17は筒状に構成され、プラズマ発生電極部16Dの線状の金属電極18fと、誘電体19gで覆われた筒状の金属電極18gとの間に設けられる。
【0087】
すなわち、筒状構造体30は、正負の金属電極18f、18g、誘電体19gおよび光触媒モジュール17が同軸状に構成される。
【0088】
また、筒状構造体30の筒状の誘電体19gを流路12として、この流路12には気液混合体が流れる。
【0089】
筒状構造体30の軸芯の線状の金属電極18fと、周囲の筒状の金属電極18gとは、図示しない電源部に導かれる。さらに、線状の金属電極18fと、筒状の金属電極18gとの間には電圧が印加される。そして、両金属電極18f、18g間に、コロナ放電に伴う紫外線が発生して、光触媒モジュール17に照射される。
【0090】
光触媒反応装置10Dでは、誘電体19gが筒状であるため、誘電体19gを気液混合体の流路12とすることができる。このため、外側の筒状の金属電極18gは、気液混合体に汚染される恐れがない。さらに、気液混合体の流れを遮ることなく外側の筒状の金属電極18gの交換が可能であるため、作業性がよい。
【0091】
また、光触媒反応装置10Dでは、2つの金属電極18f、18gのうちの一方が線状であり、かつ他方が筒状であるため、強い電界を形成することができる。このため、金属電極18f、18g間に、より強い紫外線を発生させて気液混合体の脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【0092】
また、プラズマ発生電極部16Dは、金属電極18f、18g、誘電体19gおよび光触媒モジュール17が同軸状であるため、同軸状の部材から所要の長さに切断するのみで製造することが可能であり、製造コストを低減させることができる。さらに、同軸状の金属電極18f、18g、誘電体19g、および光触媒モジュール17を、U字状等の形状に変形させれば、多種多様な光触媒反応装置10Dに適用させることができる。
【0093】
尚、プラズマ発生電極部16Dの筒状の金属電極18gは、螺旋状あるいは網目状に形成することも可能であり、電圧を印加することが可能でコロナ放電に伴う紫外線を発生することができる形状であればよい。筒状の金属電極18gを螺旋状に構成した場合は、螺旋のピッチが10mm程度確保することができれば、紫外線を得るために効果的である。したがって、筒状の金属電極18gの螺旋のピッチを必要最小限の間隔として、かつ筒状の金属電極18gの螺旋を形成する線の太さを細くして縁部が多くなるように設けることで、紫外線の強度を向上させることができる。
【0094】
図6は本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態の第1の変形例を示す構成図である。
【0095】
光触媒反応装置10Eは、図5の光触媒反応装置10Dに対し、筒状構造体30Aの形状が異なる。その他の構成および機能については、図5の光触媒反応装置10Dと同じであるため、筒状構造体30A以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0096】
光触媒反応装置10Eの筒状構造体30Aは、プラズマ発生電極部16Eと光触媒モジュール17とで構成される。
【0097】
筒状構造体30Aのプラズマ発生電極部16Eは、線状の金属電極18fを筒状の金属電極18gの内部に有する構成である。さらに、線状の金属電極18fは、筒状の誘電体19hで覆われる。金属電極18f、18gの正負の向きは任意である。
【0098】
一方、筒状構造体30Aの光触媒モジュール17は筒状に構成され、プラズマ発生電極部16Eの誘電体19hで覆われた線状の金属電極18fと、筒状の金属電極18gとの間に設けられる。そして、筒状構造体30Aは、正負の金属電極18f、18g、誘電体19hおよび光触媒モジュール17が同軸状に構成される。
【0099】
そして、筒状の金属電極18gにより気液混合体の流路12が形成され、筒状の金属電極18gの内部に気液混合体が流れる。
【0100】
すなわち、光触媒反応装置10Eの筒状構造体30Aは、図5の光触媒反応装置10Dの筒状構造体30において、誘電体19gが筒状の金属電極18gを覆う代わりに、誘電体19hが線状の金属電極18fを覆う構成としたものである。
【0101】
光触媒反応装置10Eでは、筒状の誘電体19hが、軸となる線状の金属電極18fを覆う構成であるため、光触媒モジュール17の交換の際に、誘電体19hを分解する必要がないため作業が容易となる。さらに、線状の金属電極18fを、筒状の誘電体19hで保護することが可能となり、線状の金属電極18fの気液混合体による汚染および破損を防ぐことができる。
【0102】
図7は本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態の第2の変形例を示す構成図である。
【0103】
光触媒反応装置10Fは、図5の光触媒反応装置10Dに対し、筒状構造体30Bの形状が異なる。その他の構成および機能については、図5の光触媒反応装置10Dと同じであるため、筒状構造体30B以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0104】
光触媒反応装置10Fの筒状構造体30Bは、プラズマ発生電極部16Fと光触媒モジュール17とで構成される。
【0105】
筒状構造体30Bのプラズマ発生電極部16Fは、線状の金属電極18fを筒状の金属電極18gの内部に有する構成である。さらに、線状の金属電極18fおよび筒状の金属電極18gの内面側は、それぞれ筒状の誘電体19g,19hで覆われる。金属電極18f、18gの正負の向きは任意である。
【0106】
一方、筒状構造体30Bの光触媒モジュール17は筒状に構成され、プラズマ発生電極部16Fの誘電体19hで覆われた線状の金属電極18fと、誘電体19gで覆われた筒状の金属電極18gとの間に設けられる。そして、筒状構造体30Bは、正負の金属電極18f、18g、誘電体19g,19hおよび光触媒モジュール17が同軸状に構成される。
【0107】
そして、2つの筒状の誘電体19g,19h間が気液混合体の流路12とされ、この流路12に気液混合体が流れる。
【0108】
すなわち、光触媒反応装置10Fの筒状構造体30Bは、図5の光触媒反応装置10Dの筒状構造体30において、誘電体19gが筒状の金属電極18gを覆うのみならず、誘電体19hで線状の金属電極18fも覆う構成としたものである。
【0109】
光触媒反応装置10Fでは、金属電極18f、18gを、筒状の誘電体19g、19hで保護することが可能である。さらに、金属電極18f、18gが流路12の外部に位置するため、金属電極18f、18gの気液混合体による汚染および破損を防ぐことができる。
【0110】
尚、本発明の実施形態における光触媒反応装置10、10A、10B、10C、10D、10E、10Fにおいては、浄化対象を気液混合体に限らず液体相としても適用可能である。さらに、放電Yがアーク放電となっても差し支えない場合、2枚の金属電極18、18間に印加する電力が小さくアーク放電となる恐れがない場合は、必ずしも誘電体19、19a,19b,19c,19d,19f,19g,19hを設ける構成とする必要はない。
【0111】
また、光触媒モジュール17は三次元網目構造に限らず、ハニカム構造、多重筒状構造、格子状構造等の内部を流体が通過することが可能な構造であり、かつ光触媒を担持させることが可能であればよい。
【0112】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒反応装置および光触媒反応方法においては、気液混合体あるいは液体の分解対象物質媒体を対象として、放電光を光触媒に照射させることにより、分解対象物質を分解して清浄あるいは脱臭することが可能である。
【0113】
また、放電光を発生させる金属電極間に誘電体を設けることにより、アーク放電が発生することなく安定したコロナ放電を発生させることができる。このため、より大きな電圧を印加して強い放電光を得ることが可能となり、浄化対象の清浄あるいは脱臭機能を向上させることができる。
【0114】
また、放電光を発生させる金属電極の形状を、網目構造のようなより強い電解が形成されるような形状とすることで、より小さい電力で効果的に強い放電光を発生させて気液混合体の浄化効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態を示す構成図。
【図2】本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態の変形例を示す構成図。
【図3】本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態を示す構成図。
【図4】本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態の変形例を示す構成図。
【図5】本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態を示す構成図。
【図6】本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態の第1の変形例を示す構成図。
【図7】本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態の第2の変形例を示す構成図。
【図8】従来の光触媒反応装置の構成図。
【符号の説明】
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F 光触媒反応装置
11 光触媒反応ケーシング
12 流路
13、13A 単位構造体
14 電線
15 電源部
16、16A,16B,16C、16D、16E、16F プラズマ発生電極部
17,17a,17b 光触媒モジュール
18a、18b,18c,18d,18e,18f,18g 金属電極
19,19a,19b,19c,19d,19e,19f,19g,19h 誘電体
20,20A 積層構造体
30,30A,30B 筒状構造体
X 気泡
Y 放電
Claims (8)
- 酸素および水分子を含む気液混合体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、正負極の金属電極と、電源部と、前記正負極の金属電極のうち一方の正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を覆い、かつ前記気液混合体の流路を形成する誘電体とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、この放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒により発生した水酸基ラジカルおよびオゾンの作用により、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とする光触媒反応装置。
- 酸素および水分子を含む気液混合体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、正負極の金属電極と、電源部と、前記正負極の金属電極の双方の正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を覆い、かつ前記気液混合体の流路を形成する誘電体とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、この放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒により発生した水酸基ラジカルおよびオゾンの作用により、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とする光触媒反応装置。
- 前記誘電体は、セラミックスにより構成されることを特徴とする請求項1または2記載の光触媒反応装置。
- 前記誘電体は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスであることを特徴とする請求項1または2記載の光触媒反応装置。
- 酸素および水分子を含む気液混合体の流路中にセラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールを設けるステップと、正負極の金属電極のうち一方の、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を前記気液混合体の流路を形成する誘電体で覆い、電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させるステップと、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、前記光触媒を前記放電光により活性化させることにより水酸基ラジカルを発生させるステップとにより、前記水酸基ラジカルおよび前記オゾンを用いて前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解することを特徴とする光触媒反応方法。
- 酸素および水分子を含む気液混合体の流路中にセラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールを設けるステップと、正負極の金属電極の双方の、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位を前記気液混合体の流路を形成する誘電体でそれぞれ覆い、電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電により放電光を発生させるとともに前記コロナ放電の作用により酸素からオゾンを発生させるステップと、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、前記光触媒を前記放電光により活性化させることにより水酸基ラジカルを発生させるステップとにより、前記水酸基ラジカルおよび前記オゾンを用いて前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記気液混合体に含まれる分解対象物質を分解することを特徴とする光触媒反応方法。
- 前記誘電体を、セラミックスにより構成することを特徴とする請求項5または6記載の光触媒反応方法。
- 前記誘電体は、結晶質ガラスあるいは緻密性セラミックスであることを特徴とする請求項5または6記載の光触媒反応方法。
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