(57)【要約】【課題】各種ランプを使用しないで、使用による時々刻々変化する条件下であっても、火花放電を防ぎつつ安定したストリーマ放電等を維持出来る放電装置を提供する。【解決手段】導電性を有する担持体２に光触媒３を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体４と、この光触媒担持体４に互いにほぼ等間隔に立設した複数の針状電極５と、これら複数の針状電極５の先端部５ａから０．１〜３０ｍｍ離れた位置に光触媒担持体４とほぼ平行に設置した接地電極６とからなり、光触媒担持体４と接地電極６との間に電源７により±３〜±３０ＫＶの電圧を印加し、上記複数の針状電極５と接地電極６との間にストリーマ放電等を発生させるが、光触媒担持体４自体が高抵抗値を有しているから、火花放電を起こすことなく安定してストリーマ放電等を継続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する担持体に光触媒を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体と、該光触媒担持体に互いにほぼ等間隔に立設した複数の針状電極と、該複数の針状電極の先端部から０．１〜３０ｍｍ離れた位置に前記光触媒担持体とほぼ平行に設置した接地電極とからなり、前記光触媒担持体と前記接地電極との間に電源により正あるいは負の３〜３０ＫＶの電圧を印加し、前記複数の針状電極と前記接地電極との間にストリーマ放電若しくはコロナ放電を発生させることを特徴とする放電装置。
【請求項２】
導電性を有する担持体に光触媒を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体と、該光触媒担持体に少なくとも２本以上の柱状電極を所定距離を有して立設しこれら柱状電極を接続する線径０．３ｍｍ以下の線電極と、該線電極から０．１〜３０ｍｍ離れた位置に前記光触媒担持体とほぼ平行に設置した接地電極とからなり、前記光触媒担持体と前記接地電極との間に電源により正あるいは負の３〜３０ＫＶの電圧を印加し、前記線電極と前記接地電極との間にストリーマ放電若しくはコロナ放電を発生させることを特徴とする放電装置。
【請求項３】
前記光触媒担持体は、流体を流通させる平面ないし立体構造である請求項１または２記載の放電装置。
【請求項４】
前記接地電極は、流体を流通させる平面ないし立体構造である請求項１、２または３記載の放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光触媒担持体と接地電極との間に電圧を印加し、光触媒担持体に立設した複数の針状電極と接地電極との間に、安定してストリーマ放電若しくはコロナ放電を発生させ、これらの放電を良好に利用し得るようにした放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  光触媒を利用し、臭気や有害ガス、細菌やウイルス、有機物ないし無機物由来の塵などを酸化還元して、より安全性を高める技術は、多く実用化されている。これらは、いずれも光触媒に光触媒作用誘起光、例えば、３６０〜４００ｎｍの紫外線を照射した際に生ずる、光触媒作用である酸化力や還元力を利用するものである。したがって、上記の光触媒作用誘起光を照射するための光触媒作用誘起光照射器、例えば、紫外線照射光源たる熱陰極光ランプが必要となる（例えば、特許文献１、２参照）。【０００３】  この熱陰極光ランプは、光触媒に陰の部分を減らし紫外線を効率よく照射する必要性により、光触媒からある程度の距離を取る必要があり、装置全体として大きくならざるを得ない。この距離を縮めるには、熱陰極光ランプの設置数を増やす必要があり、これらは消費電力や装置コストの増大につながる。さらに、使用の継続により、熱陰極光ランプの表面が汚れ、紫外線照射量が徐々に逓減するから、汚れ除去の作業が必要となる。また、熱陰極光ランプは、その寿命が４，０００から５，０００時間と比較的短く、交換にコストがかかることになり、長寿命の冷陰極蛍光ランプ（２０，０００時間）を使用したとしても、汚れ除去の問題がより多く発生する。【０００４】  このような状況から、熱陰極光ランプや冷陰極蛍光ランプを使用しない技術があり、これは、図１１に示すように、筒体５０内に収納した光触媒担持体５１を高電圧端子５２、５３の間に配置し、電源５４からこれら高電圧端子５２、５３に電流を供給して光触媒担持体５１部位に放電光を発生させ、この放電光により光触媒作用である酸化力や還元力を生じさせるものである（例えば、特許文献３参照）。【０００５】  さらに、図１２に示すように、針状電極５５と光触媒５６を塗布した板状電極５７とを対峙させ、直流電源５８の負極に針状電極５５をつなぎ、正極に板状電極５７をつないで、直流高電圧を印加して４００ｎｍ以下の紫外線を発生させ、この紫外線により光触媒作用である酸化力や還元力を生じさせるものもある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２００６−２８０４２８号公報
【特許文献２】  特開平１１−１１４４４３号公報
【特許文献３】  特開２０００−１４０６２４号公報
【特許文献４】  特開２００６−１２２２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  既に述べたように、上記特許文献１または２は、紫外線照射光源たる熱陰極光ランプや冷陰極蛍光ランプが必要となり、それにより、装置の大型化、汚れ除去の必要性、交換によるコスト高などの課題が生ずる。【０００８】  特許文献３は、紫外線照射光源たる各種ランプを必要としない点で優れているが、高電圧端子５２、５３の間に生じる沿面放電光、コロナ放電光、アーク放電光を利用するものであるため、使用による時々刻々変化する条件下では、火花放電などの短絡を防ぎつつ、安定した放電を維持することが困難である。【０００９】  また、特許文献４も、特許文献３と同様に、使用による時々刻々変化する条件下では、火花放電を防ぎつつ安定した放電を維持することが困難である。【００１０】  そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、各種ランプを使用しないで、使用による時々刻々変化する条件下であっても、火花放電などの短絡を防ぎつつ、安定したストリーマ放電若しくはコロナ放電を維持することが出来る放電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、上記課題を達成するために提案されたものであって、下記の構成からなることを特徴とするものである。
すなわち、請求項１記載の発明は、導電性を有する担持体に光触媒を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体と、該光触媒担持体に互いにほぼ等間隔に立設した複数の針状電極と、該複数の針状電極の先端部から０．１〜３０ｍｍ離れた位置に前記光触媒担持体とほぼ平行に設置した接地電極とからなり、前記光触媒担持体と前記接地電極との間に電源により正若しくは負の３〜３０ＫＶの電圧を印加し、前記複数の針状電極と前記接地電極との間にストリーマ放電若しくはコロナ放電を発生させることを特徴とする放電装置である。【００１２】  また、請求項２記載の発明は、導電性を有する担持体に光触媒を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体と、該光触媒担持体に少なくとも２本以上の柱状電極を所定距離を有して立設しこれら柱状電極を接続する線径０．３ｍｍ以下の線電極と、該線電極から０．１〜３０ｍｍ離れた位置に前記光触媒担持体とほぼ平行に設置した接地電極とからなり、前記光触媒担持体と前記接地電極との間に電源により正若しくは負の３〜３０ＫＶの電圧を印加し、前記線電極と前記接地電極との間にストリーマ放電若しくはコロナ放電を発生させることを特徴とする放電装置である。【００１３】  また、請求項３記載の発明は、前記光触媒担持体が、流体を流通させる平面ないし立体構造である放電装置である。【００１４】  また、請求項４記載の発明は、前記接地電極が、流体を流通させる平面ないし立体構造である放電装置である。【００１５】  上記第１の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、光触媒担持体と接地電極との間に電源により正若しくは負の３〜３０ＫＶの電圧を印加すると、光触媒担持体に互いにほぼ等間隔に立設している複数の針状電極と接地電極との間を隔てている、０．１〜３０ｍｍ間にストリーマ放電若しくはコロナ放電が発生するが、光触媒担持体自体が高抵抗値を有しているから、火花放電を起こすことなくストリーマ放電若しくはコロナ放電を継続する。【００１６】  また、第２の課題解決手段による作用は、光触媒担持体と接地電極との間に電源により正若しくは負の３〜１０ＫＶの電圧を印加すると、光触媒担持体に立設している２本以上の柱状電極に接続している線電極と接地電極との間を隔てている、０．１〜３０ｍｍ間にストリーマ放電若しくはコロナ放電が発生するが、光触媒担持体自体が高抵抗値を有しているから、火花放電を起こすことなくストリーマ放電若しくはコロナ放電を継続する。【００１７】  また、第３の課題解決手段による作用は、流体が光触媒担持体内を流通するため、その光触媒担持体の単位容積当たりの流体が接触する表面が増え、それに伴いより多くの流体が光触媒に接触すると共に流体の流通抵抗が減る。【００１８】  また、第４の課題解決手段による作用は、流体が接地電極内を流通するため、その接地電極における流体の流通抵抗が減ると共に、その接地電極の放電面が増える。
【発明の効果】
【００１９】  以上詳述したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１記載の発明は、使用により時々刻々変化する条件下にあっても、火花放電を起こすことなくストリーマ放電若しくはコロナ放電を安定して継続出来るため、各種ランプを使用しないでも、ストリーマ放電若しくはコロナ放電により光触媒を安定して活性化出来、さらに他のストリーマ放電若しくはコロナ放電による活性化機能も安定して得る効果がある。【００２０】  また、請求項２記載の発明は、２本以上の柱状電極間を接続した線電極によっても、上記の請求項１記載の発明と同様の効果を得ることが出来る。【００２１】  また、請求項３記載の発明は、上記効果に加えて、光触媒による効果をより高めることが出来る。【００２２】  また、請求項４記載の発明は、上記効果に加えて、ストリーマ放電若しくはコロナ放電がなお一層容易となり、光触媒の活性化をより高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態を示す放電装置の断面図である（実施例１）。
【図２】図１の放電装置の光触媒担持体に複数の針状電極を立設した状態の平面図である（実施例１）。
【図３】光触媒担持体に複数の針状電極を立設した状態の断面図である（実施例１）。
【図４】図３の担持体の説明図である（実施例１）。
【図５】図１の放電装置の接地電極の平面図である（実施例１）。
【図６】本発明の実施の形態を示す放電装置の実証試験での能力比較のためのＣＯ２濃度と時間との特性図である（実施例１）。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す放電装置の図１と同状の断面図である（実施例２）。
【図８】図７の放電装置の平面図である（実施例２）。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す放電装置の図１と同状の断面図である（実施例３）。
【図１０】図９の放電装置の平面図である（実施例３）。
【図１１】従来例の装置を示す構成図である。
【図１２】従来例の装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
【実施例１】
【００２５】  図面において、放電装置１は、導電性を有する担持体２に光触媒３を担持させ、且つその抵抗値を高抵抗とした光触媒担持体４と、この光触媒担持体４に互いにほぼ等間隔に立設した複数の針状電極５と、これら複数の針状電極５の先端部５ａから０．１〜３０ｍｍ離れた位置に光触媒担持体４とほぼ平行に設置した接地電極６とからなり、光触媒担持体４と接地電極６との間に電源７により正若しくは負の３〜３０ＫＶ（以下、単に「±３〜±３０ＫＶ」という）の電圧を印加し、上記複数の針状電極５と接地電極６との間にストリーマ放電若しくはコロナ放電（以下、単に「ストリーマ放電等」という）を発生させるものである。そして、光触媒担持体４、複数の針状電極５及び接地電極６は、筒体８内に収納され、空気などの流体が矢線Ａ、Ｂ方向にいずれも流通自在である。【００２６】  前記光触媒担持体４の担持体２は、板状であり且つセラミック製のハニカム構造体１０であるから、空気などの流体が流通自在であって、このハニカム構造体１０の表面１１に、粒径が１μｍから５０μｍの範囲にある表層形成用セラミック粒子１２を焼結して凸凹面１３を新たに形成している。したがって、このハニカム構造体１０の表面１１には、良好な凹凸面１３が形成されて、充分な表面積を有することになって、後に詳述する光触媒作用誘起光が光触媒担持体４に充分に達して、高効率の光触媒作用を実現できる。【００２７】  なお、担持体２は、上記のハニカム構造体１０に限定されず、三次元網目構造多孔質状、格子状、パンチング状などでも良く、流体が流通自在で且つ充分な表面積が確保出来るものであればどのようなものでも良い。また、その材質もセラミック製に限定されず、樹脂や紙でも採用可能である。【００２８】  また、前記担持体２は導電性が付与されているが、この導電性は、セラミック製のハニカム構造体１０の表面１１に新たに形成された凸凹面１３に、活性炭１４が塗布されることで、実現される。さらに、この活性炭１４の上に光触媒３が塗布されることにより担持される。そして、光触媒担持体４は、全体として、その抵抗値が高抵抗としているが、この高抵抗は抵抗値１〜１００ＭΩの範囲であることで実現される。さらに、この光触媒担持体４のより好ましい抵抗値は３〜３０ＭΩの範囲であり、より一層好ましい抵抗値は５〜２０ＭΩである。【００２９】  この光触媒３は、アナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ２）の微粉末が主に使用されるが、特に限定されず、光触媒作用のあるものであればよい。そして、この光触媒３である酸化チタンは、これが主成分とされつつも、バインダーとしてＳｉＯ２が約２０％含有され、上記したハニカム構造体１０の凸凹面１３に焼き付けられて担持される。したがって、焼き付けられた酸化チタンは、凸凹面１３のアンカー効果により脱落しづらく、光触媒３たる酸化チタンの脱落による性能低下と発塵とを防ぐことが出来て、その性能が向上し且つ維持できると共に、再生可能となる。この光触媒３には、酸化チタン以外にＳｉＯ２が約２０％含有しているため、その表面が弱酸性となり、アンモニアガスなどの塩基性ガスが存在している場合、その吸着、分解を促進させることが出来る。【００３０】  前記針状電極５は、既���のとおり、板状の光触媒担持体４上に互いにほぼ等間隔に複数立設される。これは、図２、３に示すように、正四角形の格子状のプラスチック製枠体２０に針状電極５を貫設し、その状態のプラスチック製枠体２０を、光触媒担持体４上に設置することで実現している。なお、プラスチック製枠体２０は、格子状であるから当然空気などの流体が流通自在である。また、針状電極５の材質は、金属であれば特に限定がないが、ステンレススチールやタングステンが優れている。【００３１】  前記接地電極６は、アルミニウムなどの金属板に小孔２１を開けてあり、空気などの流体が流通自在である。そして、この接地電極６は、複数の針状電極５の先端部５ａから０．１〜３０ｍｍ離れた位置に、前記光触媒担持体４とほぼ平行に設置される。ストリーマ放電等の利用面からは、接地電極６と針状電極５との距離は近ければ近いほど良いが、火花放電などの短絡の危険性があり０．１ｍｍ以上離れているのが望ましく、また、３０ｍｍよりも離れると、短絡の危険性は無くなるが、ストリーマ放電等の利用価値が低下し、その上装置も大きくなる。したがって、接地電極６と針状電極５との距離は、より好ましくは０．５〜１０ｍｍの範囲であり、より一層好ましくは１〜５ｍｍの範囲である。なお、この接地電極６は、上記のものに限定されず、ハニカム状、格子状など流体が流通自在のものであれば使用できる。【００３２】  前記電源７は、光触媒担持体４及び接地電極６に電気的に接続し、光触媒担持体４と接地電極６との間に±３〜±３０ＫＶの範囲の電圧を印加するためのものであり、この電圧の印加によって、針状電極５と接地電極６との間にストリーマ放電等を発生させる。この電源７は、３〜３０ＫＶの直流電源、±３〜±３０ＫＶの交流電源、＋３〜＋３０ＫＶ若しくは−３〜−３０ＫＶのパルス電源、±３〜±３０ＫＶの矩形波電源などである。そして、電源７の電圧は、ストリーマ放電等の利用面からは高ければ高いほど良いが、火花放電などの短絡の危険性が高くなり±３０ＫＶ以下が望ましく、逆に、±３ＫＶに満たない電圧では、短絡の危険性が無くなるが、ストリーマ放電等の利用価値が低下する。したがって、電源７の電圧は、より好ましくは±３〜±１０ＫＶの範囲であり、より一層好ましくは±５〜±８．５ＫＶの範囲である。【００３３】  次に、上記構成になる放電装置１の使用状況を説明する。
電源７をオンして、光触媒担持体４と接地電極６との間に±３〜±３０ＫＶの範囲の電圧を印加すると、光触媒担持体４に立設した複数の針状電極５と、これらから０．１〜３０ｍｍ離れている接地電極６との間にストリーマ放電等が生ずる。このストリーマ放電等に伴い紫外線などの光触媒作用誘起光を発し、さらに、オゾン、イオン、高速電子などの活性種が生じる。紫外線などの光触媒作用誘起光は、光触媒３を活性化し、その表面に付着した物質を酸化還元して、より安全性を高めている。一方、オゾン、イオン、高速電子などの活性種も、複数の針状電極５と接地電極６との間を滞留ないし通過する空気中に含まれる物質を酸化還元して、より安全性を高めると共に、光触媒３の活性化にも寄与する。一方、電圧変化や複数の針状電極５及び接地電極６に付着した物質などにより、火花放電などの短絡する可能性が生じるが、光触媒担持体４自体が１〜１００ＭΩの高抵抗値を有するため、火花放電を未然に防ぐことになって、安定したストリーマ放電等を継続し、光触媒３の活性化をし続けると共に、他の活性種を生じ続けることになる。【００３４】  以下に、本発明の効果を実験例にて実証する。
〈実験例１〉
ハニカム状の担持体の表面に活性炭の粉末を塗布し、さらに、その上に光触媒の粉末を塗布して、厚み１０ｍｍで１００ｍｍの正方形の光触媒担持体を調製する。この光触媒担持体の上面に１０ｍｍずつ離して、縦横に８本ずつ合計６４本の針状電極を立設し、同じように、光触媒担持体の下面にも６４本の針状電極を立設して、これら上面及び下面の針状電極から３ｍｍ離して接地電極を光触媒担持体に対し平行に設置し、さらに光触媒担持体と接地電極とに電源を電気的に接続して、放電装置とする。この放電装置を８Ｌのアクリル製密閉容器内に収納し、さらに０．３ｍＬのアセトアルデヒドを封入する。放電装置の電源により±０．５ｍＡの電流を１Ｈｚの矩形波にて印加電圧７．２ＫＶで出力する。そして、経過時間ごとのＣＯ２の増加量を測定すると共に、火花放電の有無を目視観察した。【００３５】〈比較例１〉
実験例１と同様に調製した光触媒担持体にＵＶＰ社製の紫外線ランプ（ＵＶＲ−２１、消費電力４Ｗ）を５ｍｍ離して設置して、これを実験例１と同様に８Ｌのアクリル製密閉容器内に収納し、さらに０．３ｍＬのアセトアルデヒドを封入し、経過時間ごとのＣＯ２の増加量を測定した。上記の結果を図６に示す。【００３６】  本発明による実験例１は、図６から明らかなように、その消費電力は比較例１と同じであるのに、ＣＯ２の増加量、すなわち、アセトアルデヒドの酸化量が多い。このことは紫外線ランプが無くても良く、しかも、消費電力が約４０％少なくて済むことになる。さらに、実験例１の実験時間内では火花放電が発生しなかった。【００３７】
【実施例２】
【００３８】  図７、８は本発明の他の実施形態を示すものであり、この放電装置１Ａと図１ないし６の放電装置１との相違点は、接地電極６ａがアルミニウムなどの金属のフラットバーであり、この接地電極６ａが針状電極５の間に位置して光触媒担持体４とほぼ垂直に設置されている点である。その他の構成、作用は、図１ないし６の放電装置１とほぼ同様なので、図面に符号を付して詳細な説明を省略する。【００３９】
【実施例３】
【００４０】  図９、１０は本発明の他の実施形態を示すものであり、この放電装置１Ｂと図１ないし６の放電装置１との相違点は、複数の針状電極５に代えて、光触媒担持体４に少なくとも２本以上の柱状電極２２を所定距離を有して立設し、これら柱状電極２２を接続する線径０．３ｍｍ以下の線電極５Ａを設けた点である。その他の構成、作用は、図１ないし６の放電装置１とほぼ同様なので、図面に符号を付して詳細な説明を省略する。【００４１】  以上、本発明の実施例１、２、３を説明したが、具体的な構成はこれらに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更・追加、各請求項における他の組み合わせにかかるものも、適宜可能であることが理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  本発明の放電装置は、各種ランプを使用しないで、使用による時々刻々変化する条件下であっても、火花放電などの短絡を防ぎつつ安定したストリーマ放電等を維持して、このストリーマ放電等に伴う紫外線などの光触媒作用誘起光により光触媒を活性化し、さらにオゾン、イオン、高速電子などの活性種を生じさせて物質を酸化還元し、より安全性を高めたい場合に、利用可能性が極めて高くなる。
【符号の説明】
【００４３】      １、１Ａ、１Ｂ    放電装置
２                担持体
３、５６          光触媒
４、５１          光触媒担持体
５、５５          針状電極
５Ａ              線電極
５ａ              先端部
６、６ａ          接地電極
７、５４          電源
８、５０          筒体
１０              ハニカム構造体
１１              表面
１２              表層形成用セラミック粒子
１３              凸凹面
１４              活性炭
２０              プラスチック製枠体
２１              小孔
２２              柱状電極
５２、５３        高電圧端子
５７              板状電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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