(57)【要約】【課題】光触媒装置の設計の自由度を向上させることができる光触媒装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る光触媒装置は、所定の波長を有する光を出射する光源と；前記光源の、前記光の出射側に設けられ、前記光を透過させる基体と；前記基体の、前記光源側とは反対側の面に設けられ、光触媒を含む光触媒部と；前記光触媒部に設けられ、前記光触媒部の厚み方向を貫通する少なくとも１つの透光部と；を具備している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有する光を出射する光源と；
前記光源の、前記光の出射側に設けられ、前記光を透過させる基体と；
前記基体の、前記光源側とは反対側の面に設けられ、光触媒を含む光触媒部と；
前記光触媒部に設けられ、前記光触媒部の厚み方向を貫通する少なくとも１つの透光部と；
を具備した光触媒装置。
【請求項２】
前記光源は、少なくとも１つの発光素子を有し、
平面視において、前記透光部は、前記発光素子と重なっている請求項１記載の光触媒装置。
【請求項３】
平面視において、前記透光部の中心は、前記発光素子の中心と重なっている請求項２記載の光触媒装置。
【請求項４】
前記透光部は、複数設けられ、
前記複数の透光部は、マトリクス状に並べて設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載の光触媒装置。
【請求項５】
前記透光部は、溝状を呈し、前記光触媒部が延びる方向、および前記光触媒部が延びる方向と交差する方向の少なくともいずれかの方向に延びている請求項１〜３のいずれか１つに記載の光触媒装置。
【請求項６】
前記基体の、前記光源側に設けられ、入射した光を拡散させる光拡散部をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の光触媒装置。
【請求項７】
前記光触媒部の、前記基体側とは反対側の空間が、ガスが流通する流路となる請求項１〜６のいずれか１つに記載の光触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
健康意識の高まりを反映して、自動車などの車内、冷蔵庫内、居住空間などの所謂、準閉鎖空間における空気の清浄化の要望が高まっている。例えば、食物から発生するアンモニアやエチレンの除去、タバコ煙に含まれるアセトアルデヒドなどのＶＯＣ(Volatile Organic Compounds；揮発性有機化合物）の除去、あるいは除菌やウイルスの不活性化などの要求が高まっている。  
そのため、発光ダイオードと、光触媒が坦持された光触媒部とを具備した光触媒装置が提案されている。
【０００３】
一般的に、複数の発光ダイオードが設けられた光源は、光触媒部と対峙させて設けられている。そして、光源と、光触媒部との間の空間が、処理を行うガスの流路となっている。
しかしながら、光触媒装置の大きさや形状などによっては、ガスの流路を挟んで、光源と光触媒部とを対峙させることができない場合がある。すなわち、光触媒部の配置が制限される場合がある。  
そこで、光触媒装置の設計の自由度を向上させることができる光触媒装置の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、光触媒装置の設計の自由度を向上させることができる光触媒装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る光触媒装置は、所定の波長を有する光を出射する光源と；前記光源の、前記光の出射側に設けられ、前記光を透過させる基体と；前記基体の、前記光源側とは反対側の面に設けられ、光触媒を含む光触媒部と；前記光触媒部に設けられ、前記光触媒部の厚み方向を貫通する少なくとも１つの透光部と；を具備している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、光触媒装置の設計の自由度を向上させることができる光触媒装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る光触媒装置を例示するための模式斜視図である。
【図２】図１における光触媒装置のＡ−Ａ線方向の模式断面図である。
【図３】図１における光触媒装置のＢ−Ｂ線方向の模式断面図である。
【図４】光源および光励起部を例示するための模式断面図である。
【図５】透光部の作用を例示するための模式断面図である。
【図６】他の実施形態に係る光励起部を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係る光触媒装置１を例示するための模式斜視図である。  
図２は、図１における光触媒装置１のＡ−Ａ線方向の模式断面図である。  
図３は、図１における光触媒装置１のＢ−Ｂ線方向の模式断面図である。  
図４は、光源３および光励起部４を例示するための模式断面図である。  
図１および図２に示すように、光触媒装置１には、ケース２、光源３、および光励起部４が設けられている。
【００１０】
ケース２は、必ずしも必要ではない。例えば、光源３および光励起部４を、処理空間の壁面や、処理空間の内部に設けられた部材に直接取り付けることもできる。ただし、光源３および光励起部４をケース２の内部に設け、ガスＧをケース２の内部に導入するようにすれば、ガスＧが光励起部４に接触しやすくなる。すなわち、ガスＧの拡散を抑制することができるので、処理効率を向上させることができる。また、光触媒装置１のユニット化を図ることができるので、光触媒装置１の汎用性を向上させることができる。
【００１１】
なお、ガスＧは、例えば、空気を主成分とする気体とすることができる。ガスＧは、例えば、アンモニア、エチレン、アセトアルデヒト、ＶＯＣ、細菌、ウイルスなどを含む空気とすることができる。なお、除去や不活性化などの対象となる物質は例示をしたものに限定されるわけではない。
【００１２】
ケース２は、例えば、筒状を呈したものとすることができる。ケース２の端部２ａ、２ｂは、開口させることができる。この場合、ケース２の一方の端部２ａから導入されたガスＧが、他方の端部２ｂから流出するようにすることができる。ケース２を端部２ａ側から見た場合の外形形状（端部２ａの外形形状）は、例えば、多角形、円形、楕円形などとすることができる。多角形は、例えば、三角形、四角形、六角形などとすることができる。なお、図１および図２に例示をした端部２ａの外形形状は、長方形である。なお、端部２ａの外形形状は、例示をしたものに限定されるわけではなく、光触媒装置１が設けられるスペースなどに応じて適宜変更することができる。ただし、端部２ａの外形形状が多角形であれば、光源３および光励起部４を平坦な内壁に設けることができるので、光源３および光励起部４の取り付けが容易となる。
【００１３】
ケース２は、直線状に延びた形態を有していてもよいし、屈曲したり湾曲したりした形態を有していてもよい。ケース２の断面寸法は一定であってもよいし、漸減していてもよいし、漸増していてもよい。ケース２の形態は、光触媒装置１が設けられるスペースなどに応じて適宜変更することができる。ただし、直線状に延びるケース２とすれば、光源３および光励起部４の取り付けが容易となる。また、ケース２の内部を流れるガスＧの圧力損失を低減させることができる。
【００１４】
ケース２の材料には、特に限定はない。ただし、ケース２の材料を熱可塑性樹脂とすれば、射出成形法を用いてケース２を形成することができる。そのため、ケース２の製造を容易とすることができるので、ケース２の製造コストを低減させることができる。  
この場合、ケース２の材料をアクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル樹脂）とすれば、複数の発光素子３２から出射した光（例えば、紫外線）に対する耐性と、ガスＧに含まれるＶＯＣに対する耐性を向上させることができる。なお、アクリル樹脂の重合度を１００００〜１５０００程度とすれば、発臭を抑制することができる。
【００１５】
また、ケース２の材料をＡＢＳ樹脂（アクリルニトリルーブタジエンースチレン共重合合成樹脂）とすれば、成形性の向上と低コスト化を図ることができる。この場合、ケース２の材料を強化ＡＢＳ樹脂とすれば、ケース２の強度を向上させることができる。なお、強化ＡＢＳ樹脂は、ＡＢＳ樹脂にガラス繊維などを混合させたものである。
【００１６】
また、発光素子３２の発熱量が多い場合には、放熱性の観点から熱伝導率の高い材料を用いてケース２を形成することができる。熱伝導率の高い材料としては、例えば、金属、高熱伝導性樹脂、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックスなどを例示することができる。高熱伝導性樹脂は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）やナイロン等の樹脂に、無機材料を含むフィラーを混合させたものである。無機材料は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックスや、炭素などとすることができる。
【００１７】
光源３は、所定の波長を有する光を出射する。  
図１、図２、および図４に示すように、光源３は、ケース２の内部に設けられている。光源３（基板３１）は、例えば、ケース２の内壁に取り付けることができる。光源３は、例えば、ネジなどの締結部材を用いてケース２の内壁に取り付けることもできるし、接着剤などを用いてケース２の内壁に取り付けることもできる。この場合、光源３は、ケース２の内壁に直接取り付けることもできるし、放熱シート、絶縁シート、スペーサなどの部材を介してケース２の内壁に取り付けることもできる。
【００１８】
光源３は、基板３１、および、少なくとも１つの発光素子３２を有する。図１〜図４に例示をした光源３には、複数の発光素子３２が設けられている。  
基板３１は、板状を呈している。基板３１の光励起部４側の面には、配線パターンが設けられている。基板３１の材料や構造には特に限定はない。例えば、基板３１は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料（セラミックス）、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料などから形成することができる。また、基板３１は、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものであってもよい。なお、金属板の表面を絶縁材料で被覆する場合には、絶縁材料は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
【００１９】
発光素子３２の発熱量が多い場合には、放熱性の観点から熱伝導率の高い材料を用いて基板３１を形成することが好ましい。熱伝導率の高い材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックス、高熱伝導性樹脂、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものなどを例示することができる。また、基板３１は、単層構造を有するものであってもよいし、多層構造を有するものであってもよい。
【００２０】
発光素子３２は、基板３１の、ケース２の中心軸側の面に設けられている。発光素子３２は、光励起部４の基体４１に向けて光を照射する。発光素子３２は、基板３１の面に設けられた配線パターンと電気的に接続されている。発光素子３２が複数設けられる場合には、複数の発光素子３２は、直列接続することができる。  
発光素子３２は、例えば、発光ダイオードとすることができる。発光素子３２の形式には特に限定はない。発光素子３２は、例えば、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）型などの表面実装型の発光素子とすることができる。発光素子３２は、例えば、砲弾型などのリード線を有する発光素子とすることもできる。
【００２１】
また、発光素子３２は、チップ状の発光素子３２とすることもできる。チップ状の発光素子３２は、ＣＯＢ（Chip On Board）により配線パターンに実装することができる。この場合、チップ状の発光素子３２と、発光素子３２と配線パターンを電気的に接続する配線と、チップ状の発光素子３２と配線などを覆う封止部などと、を基板３１の上に設けることができる。  
図４に例示をした発光素子３２は、表面実装型の発光素子である。
【００２２】
複数の発光素子３２の配設形態には、特に限定はない。複数の発光素子３２は、ケース２が延びる方向に沿って並べて設けることができる。複数の発光素子３２は、例えば、マトリクス状に並べて設けることができる。この場合、複数の発光素子３２を等ピッチ間隔で並べることもできるし、複数の発光素子３２を異なるピッチ寸法で並べることもできる。
【００２３】
ここで、光触媒の材料や組成が変われば、光触媒の吸収波長領域が変化する。そのため、光触媒の吸収波長領域に応じて、適切な波長の光を照射する発光素子３２が適宜選択される。  
光触媒が酸化チタンなどの紫外光応答型の光触媒である場合には、発光素子３２は、例えば、ピーク波長が３８０ｎｍ以下の光を照射するものとすることができる。  
また、光触媒が酸化タングステンなどの可視光応答型の光触媒である場合には、発光素子３２は、例えば、ピーク波長が３８０ｎｍ以上（例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度）の光を照射するものとすることができる。
【００２４】
なお、光源３として発光素子３２を有するものを例示したが、光源３は、所定の波長を有する光を出射するものであればよい。光源３は、例えば、ＵＶランプ、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子などを有するものであってもよい。ただし、寿命、信頼性、価格などを考慮すると、光源３は、発光ダイオードを有するものとすることが好ましい。
【００２５】
光励起部４は、光触媒作用により、ガスＧに含まれる対象物質の除去や不活性化などを行う。  
図１〜図４に示すように、光励起部４は、ケース２の内部に設けられている。光励起部４は、光源３と対峙している。光励起部４は、光源３と略平行に設けることができる。光励起部４は、光源３の光の出射側に設けられている。光励起部４（基体４１）は、例えば、スペーサなどを介して、基板３１またはケース２の内壁に取り付けることができる。光励起部４は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて基板３１などに取り付けることもできるし、接着剤などを用いて基板３１などに取り付けることもできる。  
この場合、光励起部４（光触媒部４２）の、光源３側（基体４１側）とは反対側の空間が、ガスＧが流通する流路となる。
【００２６】
図４に示すように、光励起部４は、基体４１、および光触媒部４２を有する。  
基体４１は、板状を呈している。基体４１は、光源３の、光の出射側に設けられている。基体４１は、光源３から出射した光を透過させる。基体４１の材料は、例えば、透明樹脂やガラスなどとすることができる。ただし、光源３から出射した光に対する耐性、および光励起により生成された活性酸素種などに対する耐性などを考慮すると、基体４１の材料は、ガラスとすることが好ましい。
【００２７】
光触媒部４２は、基体４１の、光源３側とは反対側の面に設けられている。光源３から出射した光は、基体４１を介して光触媒部４２に入射する。  
光触媒部４２は、光触媒を含んでいる。光触媒は、光触媒装置１の用途などに応じて適宜選択することができる。例えば、光触媒は、紫外光応答型の光触媒や可視光応答型の光触媒などとすることができる。紫外光応答型の光触媒は、例えば、酸化チタンなどとすることができる。可視光応答型の光触媒は、例えば、酸化タングステン、窒素などをドープした酸化チタン、異種金属をイオン注入した酸化チタンなどとすることができる。
【００２８】
また、図１および図２に示すように、光触媒装置１には、光源３に電力を供給する電源１０をさらに設けることができる。また、電力の供給と、供給の停止を制御するスイッチやコントローラを設けることもできる。ただし、電源１０、スイッチ、およびコントローラは、必ずしも光触媒装置１に設ける必要はない。例えば、電源１０、スイッチ、およびコントローラは、光触媒装置１が設けられる装置などに設けることもできる。
【００２９】
ここで、一般的には、光触媒部と、光源との間がガスＧが流通する流路となる。例えば、一般的には、ケースの内壁に光源を設け、光源が設けられた内壁に対峙する内壁に光触媒部を設けるようにしている。しかしながら、光触媒装置の大きさや形状などによっては、ガスＧの流路を挟んで、光源と光励起部（光触媒部）とを対峙させることができない場合がある。また、光励起部、光源、およびガスの流路の配置をこの様にすれば、光触媒装置が大型化するおそれがある。そのため、光触媒装置の設計の自由度が制限される場合がある。
本実施の形態に係る光触媒装置１とすれば、ケース２の一方の内壁側に、光源３および光励起部４（光触媒部４２）を設けることができる。すなわち、光源３を設けることができるスペースがあれば、光励起部４（光触媒部４２）を容易に設けることができる。そのため、光触媒装置１の設計の自由度を向上させることができる。
【００３０】
ところが、光源３、光触媒部４２、およびガスＧの流路をこの様に配置すれば、光触媒部４２の、光源３側とは反対側の面にガスＧが接触することになる。光触媒作用は、所定の波長を有する光が光触媒に入射することで生じるため、単に、この様な配置とすると、光触媒部４２のガスＧが接触する側に光触媒作用が生じないことになる。そのため、光触媒装置の機能が大幅に低下するおそれがある。
【００３１】
そこで、本実施の形態に係る光触媒部４２には、少なくとも１つの透光部４２ａが設けられている。透光部４２ａは、光触媒部４２を厚み方向に貫通している。透光部４２ａは、例えば、光触媒部４２の厚み方向を貫通する孔、溝、切り欠きなどとすることができる。透光部４２ａの平面形状や配置などには特に限定はない。  
例えば、図３に示すように、複数の透光部４２ａをマトリクス状に並べて設けることができる。図３に例示をした透光部４２ａの平面形状は、正方形であるが長方形、円、楕円などであってもよい。また、透光部４２ａは溝状を呈し、光触媒部４２が延びる方向、および光触媒部４２が延びる方向と交差する方向の少なくともいずれかの方向に延びるようにしてもよい。すなわち、透光部４２ａは、光触媒部４２を厚み方向に貫通していればよい。
【００３２】
透光部４２ａを有する光触媒部４２は、例えば、以下のようにして形成することができる。  
例えば、まず、光触媒が分散している溶液に、基板３１を浸漬させる。光触媒は、例えば、平均粒度が０．０５μｍ〜０．１μｍ程度の酸化チタンや、平均粒度が０．１２μｍ〜０．１７μｍ程度の酸化タングステンとすることができる。  
次に、溶液から基板３１を引上げ、これを乾燥させることで基板３１の表面に光触媒を担持させる。例えば、光触媒を含む溶液が付着した基板３１を、１００℃の雰囲気に２時間程度放置することができる。以上のようにして、基板３１の表面に光触媒部４２を形成することができる。
透光部４２ａは、例えば、所定のマスキングを施した基板３１を溶液に浸漬させ、乾燥後にマスクを除去することで形成することができる。また、透光部４２ａは、例えば、乾燥後に、光触媒部４２の一部を機械的に除去することで形成することもできる。
【００３３】
図５は、透光部４２ａの作用を例示するための模式断面図である。  
図５に示すように、発光素子３２から出射した光の一部は、透光部４２ａの内壁に入射する。また、透光部４２ａを透過した光の一部は、回折により、透光部４２ａの開口の周辺に入射する。そのため、透光部４２ａの内壁、および透光部４２ａの開口の周辺において光触媒作用が生じる。透光部４２ａの内壁、および透光部４２ａの開口の周辺にはガスＧが接触するので、ガスＧに含まれている対象物質の除去や不活性化などを行うことができる。
【００３４】
この場合、平面視において（光触媒部４２を光の出射側から見て）、透光部４２ａは、発光素子３２と重なるように設けることが好ましい。また、透光部４２ａ中心は、発光素子３２の中心と重なるようにすることがさらに好ましい。この様にすれば、透光部４２ａの内壁、および透光部４２ａの開口の周辺に入射する光の量を増加させることができる。  ここで、透光部４２ａの数を増やせば、透光部４２ａの内壁の面積を大きくすることができる。そのため、透光部４２ａの数は、発光素子３２の数と同じか、それよりも多くすることが好ましい。
【００３５】
図６は、他の実施形態に係る光励起部４ａを例示するための模式断面図である。  
図６に示すように、光励起部４ａは、基体４１、光触媒部４２、および光拡散部４３を有する。すなわち、光励起部４ａは、前述した光励起部４に、光拡散部４３をさらに追加したものである。  
光拡散部４３は、基体４１の、光源３側の面に設けられている。光拡散部４３は、入射した光を拡散させる。光拡散部４３は、例えば、光源３側の表面に微細な凹凸を有するシートとすることができる。  
光源３から出射した光は、光拡散部４３に入射する。光拡散部４３に入射した光は、光拡散部４３の内部を拡散し、透光部４２ａに入射する。透光部４２ａに入射した光の一部は、透光部４２ａの内壁、および透光部４２ａの開口の周辺に入射して光触媒作用を生じさせる。
【００３６】
光拡散部４３が設けられていれば、平面視において、透光部４２ａが、発光素子３２とズレていたとしても、透光部４２ａに光を入射させることが容易となる。そのため、光励起部４ａ（透光部４２ａ）と、光源３（発光素子３２）の位置合わせを容易とすることができる。また、図６に示すように、発光素子３２の数を減らすことができるので、光源３の製造コストを低減させることができる。
【００３７】
以上においては、光源３および光励起部４（４ａ）を１組設ける場合を例示したが、光源３および光励起部４（４ａ）を複数組設けることもできる。
光源３および光励起部４（４ａ）を複数組設ける場合には、光源３および光励起部４（４ａ）の構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、第１の光源および第１の光励起部を有するセットと、第２の光源および第２の光励起部を有するセットとが設けられていてもよい。この場合、第１の光源はピーク波長が３８０ｎｍ以下の光を照射し、第１の光励起部は紫外光応答型の光触媒を含むものとすることができる。第２の光源はピーク波長が３８０ｎｍ以上（例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度）の光を照射し、第２の光励起部は可視光応答型の光触媒を含むものとすることができる。  
異なる構成の光励起部４（４ａ）を設けるようにすれば、それぞれの光励起部４（４ａ）において除去効果が優れる物質を異なるようにできる。そのため、例えば、複数種類の物質が混在するガスＧを処理する場合に、各物質を効率よく除去することができる。
【００３８】
また、光励起部４（４ａ）の光の出射側に反射部を設けることもできる。例えば、ケース２の内壁をメッキしたり、磨いたりして光励起部４（４ａ）から出射した光を、光励起部４（４ａ）に向けて反射させるようにすることができる。反射部を設けるようにすれば、光および光触媒の利用効率を向上させることができるので、ガスＧに含まれている物質の除去や不活性化の効率を向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  光触媒装置、２  ケース、３  光源、４  光励起部、４ａ  光励起部、３１  基板、３２  発光素子、４１  機体、４２  光触媒部、４２ａ  透光部、４３  光拡散部
【図１】
2020000978.tif 000003
【図２】
2020000978.tif 000004
【図３】
2020000978.tif 000005
【図４】
2020000978.tif 000006
【図５】
2020000978.tif 000007
【図６】
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