(57)【要約】【課題】  揮発性有機化合物分解反応器をガスの流れが均一になるような構造にすることで、分解反応に寄与しないデッドゾーンが生じることを回避することで分解効率を上げ、さらに反応器自体の製造コストを抑えることを可能とする揮発性有機化合物分解反応器を提供する。【解決手段】  揮発性有機化合物分解反応器１０を円筒状の筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される円筒状の筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される揮発性有機化合物を分解する筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１２に内挿され、筒形内カラム１４を通して前記光触媒体に対して光を照射する光源体１８と、筒形外カラム１２の下部近傍に設けられ、筒形外カラム内にあって、筒形外カラム１２の周方向に向けてガスを流入させるガス流入部２０と、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられ、光触媒体１６により浄化されたガスを排出するガス排出部２２とを有する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスに含まれる揮発性有機化合物を分解することにより前記ガスを浄化する揮発性有機化合物分解反応器であって、
前記揮発性有機化合物分解反応器は、
円筒状の筒形外カラムと、
前記筒形外カラムの同心状に内挿される円筒状の筒形内カラムと、
前記筒形外カラム内にあって、前記筒形内カラムを取り囲むように配設される前記揮発性有機化合物を分解する筒状の光触媒体と、
前記筒形内カラムに内挿され、前記筒形内カラムを通して前記光触媒体に対して光を照射する光源体と、
前記筒形外カラムの下部近傍に設けられ、前記筒形外カラム内にあって、前記筒形外カラムの周方向に向けて前記ガスを流入させるガス流入部と、
前記筒形外カラムの上部近傍に設けられ、前記光触媒体により浄化された前記ガスを排出するガス排出部と
を有していることを特徴とする揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項２】
前記ガス流入部は、複数個からなり、前記筒形外カラム断面の中心軸に対して、それぞれ軸対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項３】
前記ガス流入部は、前記筒形外カラムに水平面に対して仰角α（０°≦α≦４５°）で設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項４】
前記ガス排出部近傍に、前記ガスを前記ガス排出部へと吸引誘導する吸引ファンが設けられていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項５】
前記筒形外カラム内の側壁に、前記ガス流入部から流入された前記ガスを前記筒形外カラム内にて螺旋状に案内させるガス流路形成部を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項６】
前記ガス流路形成部の表面に、光触媒を担持させていることを特徴とする請求項５記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項７】
前記光触媒体は、繊維体に光触媒を担持させてなるものであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【請求項８】
前記繊維体が、金属繊維又はガラス繊維からなることを特徴とする請求項７記載の揮発性有機化合物分解反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスに含まれる揮発性有機化合物を分解させる揮発性有機化合物分解反応器、詳しくは、光触媒を用いた揮発性有機化合物分解反応器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスなどに含まれる揮発性有機化合物を光触媒を用いて分解させる分解反応器が開発されている。例えば、図８に示す分解反応器５０は、円筒形容器５２内に、同心円上に中心から、光源５４（紫外線ランプなど）と、保護管５６と、光触媒体５８とを備え、さらに、ガスの流入口６０が円筒形容器５２の下部に、そして、ガスの流出口６２が円筒形容器５２の上部に設けられている。
【０００３】
この分解反応器５０では、流入口６０から分解反応器５０内に流入したガスは、光触媒体５８に衝突した後、左右に分かれ、上部方向へ移動するが、底部並びに頂上部の近傍に分解反応に寄与しないデッドゾーンが発生する可能性があった。また、底部に整流板などを設置することもあるが、均一にガスを流すことは困難である。またさらに、円筒形容器５２の軸方向と平行にガスを流して分解処理を行う分解反応器５０を用いる場合は、分解反応器５０内へ均一にガスを流すことは困難であるため、ガスと光触媒体５８との接触効率が低くなり、その結果、揮発性有機化合物の分解効率が低下してしまうという問題が指摘されていた。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、光触媒を担持したシート状の繊維活性炭が螺旋状に配置されているガスの分解処理装置に関する技術が開示されている。この技術によると、大量のガスを高い分解効率で無害化処理をすることができるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、螺旋構造を有する光触媒体を用いた技術、即ち、被処理液が流通する筒状反応器の内部に光源及び光触媒体を有する水処理装置において、この光触媒体が、反応器壁面に沿って螺旋状突起を形成されている技術や、螺旋構造を有する光触媒体が円筒状反応器内面に挿入され、反応器壁を構成している技術が開示されている。これによると、反応器内の被処理液の流れが乱れて液が攪拌されるので、被処理液と光触媒体の接触効率が向上し、また、従来技術より、光触媒面積が増加しているだけではなく、螺旋流も生じて反応器内の被処理液の対流時間が長くなるので、光触媒作用が促進されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７５８６公報
【特許文献２】特開２００１−２３２３５７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、円筒形容器の軸方向と平行にガスを流す場合の問題点は、改善されているが、光触媒を担持する加工が難しいため、反応器が高価なものになってしまう。また、依然として、ガスと光触媒との接触効率が低いという問題がある。またさらに、特許文献２に開示されている技術も、光触媒を担持する加工が難しいことや、光触媒との接触効率の問題が指摘されていた。そして、従来の反応器は、ガスの流れが均一ではなく、分解反応に寄与しないデッドゾーンが発生するおそれも指摘されている。
【０００８】
本発明が解決しようとしている課題は、上述の問題に対応するためのもので、即ち、揮発性有機化合物分解反応器をガスの流れが均一になるような構造にすることで、分解反応に寄与しないデッドゾーンが生じることを回避し、ガスと光触媒との接触効率を向上させ、さらに反応器自体の製造コストを抑えることをも可能とする揮発性有機化合物分解反応器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、ガスに含まれる揮発性有機化合物を分解することにより前記ガスを浄化する揮発性有機化合物分解反応器であって、前記揮発性有機化合物分解反応器は、円筒状の筒形外カラムと、前記筒形外カラムの同心状に内挿される円筒状の筒形内カラムと、前記筒形外カラム内にあって、前記筒形内カラムを取り囲むように配設される前記揮発性有機化合物を分解する筒状の光触媒体と、前記筒形内カラムに内挿され、前記筒形内カラムを通して前記光触媒体に対して光を照射する光源体と、前記筒形外カラムの下部近傍に設けられ、前記筒形外カラム内にあって、前記筒形外カラムの周方向に向けて前記ガスを流入させるガス流入部と、前記筒形外カラムの上部近傍に設けられ、前記光触媒体により浄化された前記ガスを排出するガス排出部とを有していることを特徴とする揮発性有機化合物分解反応器である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記ガス流入部は、複数個からなり、前記筒形外カラム断面の中心軸に対して、それぞれ軸対称な位置に設けられていることを特徴としている。そして、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記ガス流入部は、前記筒形外カラムに水平面に対し仰角α（０°≦α≦４５°）で設けられていることを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１から３いずれか１項に記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記ガス排出部近傍に、前記ガスを前記ガス排出部へと吸引誘導する吸引ファンが設けられていることを特徴としている。またさらに、請求項５記載の発明は、請求項１から４いずれか１項に記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記筒形外カラム内の側壁に、前記ガス流入部から流入された前記ガスを前記筒形外カラム内にて螺旋状に案内させるガス流路形成部を設けたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記ガス流路形成部の表面に、光触媒を担持させていることを特徴としている。またさらに、請求項７記載の発明は、請求項１から５いずれか１項記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記光触媒体は、繊維体に光触媒を担持させてなるものであることを特徴としている。
【００１３】
そして、請求項８記載の発明は、請求項７項記載の揮発性有機化合物分解反応器であって、前記繊維体が、金属繊維又はガラス繊維からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器は、揮発性有機化合物を含むガスを分解反応器内において、筒形内カラムを中心として回転して上昇するように流通させることができるため、光触媒の接触効率を高めることができ、揮発性有機化合物の分解効率を向上させることが可能となる。また、揮発性有機化合物分解反応器内でガスの流れを均一とすることができるため、分解反応に寄与しないデッドゾーンが生じることを回避することができる。またさらに、分解反応器の製作に特別な加工法を必要としないため、製作コストを大幅に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第１の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図を表している。
【図２】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第２の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を表している。
【図３】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第３の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図を表している。
【図４】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第４の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図を表している。
【図５】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第５の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図を表している。
【図６】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の第６の実施形態を示す一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ線断面図を表している。
【図７】本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の使用方法の一例を示す図である。
【図８】光触媒体を用いた従来の分解反応器の断面を示した一例図である。
【図９】光触媒体の種類と光源体による露光時間とが揮発性有機化合物の分解効率に与える影響について実験した結果を示したグラフである。
【図１０】ガス流入部から流入されるガスの流量が揮発性有機化合物の分解効率に与える影響について実験した結果を示したグラフである（酸化チタン担持ステンレスメッシュ利用）。
【図１１】ガス流入部から流入されるガスの流量が揮発性有機化合物の分解効率に与える影響について実験した結果を示したグラフである（紫外線のみ）。
【図１２】ガス流入部から流入されるガスの流量が揮発性有機化合物の分解効率に与える影響について実験した結果を示したグラフである（酸化チタン担持ガラス繊維利用）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図を表している。１０は揮発性有機化合物分解反応器、１２は筒形外カラム、１４は筒形内カラム、１６は光触媒体、１８は光源体、２０はガス流入部、２２はガス排出部を示している。
【００１７】
本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、まず、筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿されている光源体１８が設けられている。つまり、この光源体１８が、光触媒体１６に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００１８】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、筒形外カラム１２内壁に光触媒を担持させても良い。またさらに、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に、酸化チタンや酸化タングステンなどの光触媒を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われる。
【００１９】
続いて、筒形外カラム１２の下部近傍にガス流入部２０が設けられており、このガス流入部２０を通じて、揮発性有機化合物を含有するガスが、筒形外カラム１２内部に流入される構造となっている。ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かって流入させるように設けられている。
【００２０】
流入されたガスは、筒形外カラム１２周方向に向かって流入されるので、筒形内カラム１４と筒形外カラム１２との間を筒形内カラム１４を中心に回転するように上昇（例えば、螺旋状に上昇）し、光触媒体１６と接触していくことになる。光触媒体１６は、光源体１８から照射される光に反応し、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解し、ガスを浄化していく仕組みとなっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００２１】
このような構成にすることによって、ガス流入部２０から流入されたガスを筒形外カラム１２内において、均一に流通させることができるため、揮発性有機化合物分解反応器内における分解反応に寄与しないデッドスペースをなくすことが可能となり、また、ガスと光触媒体１６との接触効率を飛躍的に向上させることも可能となるわけである。また、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００２２】
続いて、本発明における揮発性有機化合物分解反応器の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を表している。なお、符号については、図１と同様である。
【００２３】
本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、まず、筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の内壁に担持された光触媒１７と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿される光源体１８が設けられている。この光源体１８が、光触媒体１６及び光触媒１７に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６及び光触媒１７が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００２４】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に、酸化チタンや酸化タングステンなどの光触媒を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われている。
【００２５】
続いて、筒形外カラム１２の下部近傍にガス流入部２０が設けられており、このガス流入部２０を通じて、揮発性有機化合物を含有するガスが、筒形外カラム１２内部に流入される構造となっている。ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かって流入させるように設けられている。
【００２６】
流入されたガスは、筒形外カラム１２の周方向に向かって流入されるので、筒形内カラム１４と筒形外カラム１２との間を筒形内カラム１４を中心に回転するように上昇（例えば、螺旋状に上昇）し、光触媒体１６及び光触媒１７と接触していくことになる。光触媒体１６及び光触媒１７は、光源体１８から照射される光に反応し、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解し、ガスを浄化していく仕組みとなっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００２７】
このような構成にすることによって、ガス流入部２０から流入されたガスを筒形外カラム１２内において、均一に流通させることができるため、分解反応させることに寄与しないデッドスペースをなくすことが可能となり、また、ガスと光触媒体１６及び光触媒１７との接触効率を飛躍的に向上させることも可能となる。また、光触媒１７を筒形外カラム１２の内壁に担持させているので、揮発性有機化合物を分解する処理において、筒形外カラム１２の圧損を少なくすることも可能となるため、ガスを筒形外カラム１２内に流入するためのブロア動作にかかるコストを大幅に削減することができる。また、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００２８】
続いて、本発明における揮発性有機化合物分解反応器の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第３の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図を表している。なお、符号については、２４を流路形成部とする以外は、図１と同様である。
【００２９】
本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、まず、内壁に流路形成部２４が設けられた筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿される光源体１８が設けられている。この光源体１８が、光触媒体１６に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００３０】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、筒形外カラム１２内壁に光触媒を担持させても良い。またさらに、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に光触媒（酸化チタンや酸化タングステン）を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われている。
【００３１】
続いて、ガス流入部２０が筒形外カラム１２の下部近傍に設けられており、このガス流入部２０を通じて、揮発性有機化合物を含有するガスが、筒形外カラム１２内部に流入される構造となっている。ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かって流入させるように設けられている。
【００３２】
筒形内カラム１２の周方向に向かって流入されるガスは、筒形外カラム１２の内壁に設けられている螺旋構造を呈する流路形成部２４によって、筒形内カラム１４と筒形外カラム１２との間を筒形内カラム１４を中心に螺旋状に回転するように上昇し、光触媒体１６と接触していく。
【００３３】
そして、光源体１８から照射される光エネルギーに反応した光触媒体１６が、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解する。そうすることによって、ガスを浄化していくことができるようになっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００３４】
このような構成にすることによって、ガス流入部２０から流入されたガスを筒形外カラム１２内において、均一に流通させることができるため、揮発性有機化合物分解反応器内の分解反応に寄与しないデッドスペースをなくすことが可能となり、また、ガスを筒形外カラム１２内部で筒形内カラム１４を中心として螺旋状に上昇させることができるので、ガスと光触媒体１６との接触効率を飛躍的に向上させることも可能となる。なお、流路形成部２４の表面に光触媒を担持させておくことにより、揮発性有機化合物の分解効率をより向上させることも可能である。また、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００３５】
次に、本発明における揮発性有機化合物分解反応器の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第４の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図を表している。なお、符号については、図１と同様である。
【００３６】
本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、まず、筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿される光源体１８が設けられている。この光源体１８が、光触媒体１６に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００３７】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、筒形外カラム１２内壁に光触媒を担持させても良い。またさらに、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に光触媒（酸化チタンや酸化タングステン）を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われている。
【００３８】
続いて、ガス流入部２０が筒形外カラム１２の下部近傍に設けられている。ガス流入部２０は、本実施形態においては、２カ所設けられており、それぞれ筒形外カラム１２断面の中心軸に対して、軸対称な位置に設けられている。揮発性有機化合物を含有するガスが、２カ所のガス流入部２０を通じて、筒形外カラム１２内部に流入される仕組みとなっている。なお、ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かってそれぞれ流入させるように設けられている。
【００３９】
流入されたガスは、筒形外カラム１２の周方向に向かってそれぞれ流入されるので、筒形内カラム１４と筒形外カラム１２との間を筒形内カラム１４を中心に回転するように上昇（例えば、螺旋状に上昇）し、光触媒体１６と接触していく。光触媒体１６は、光源体１８から照射される光エネルギーに反応し、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解し、ガスを浄化していく仕組みとなっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００４０】
このような構成にすることによって、ガス流入部２０から流入されたガスを筒形外カラム１２内において、均一に流通させることができるため、揮発性有機化合物分解反応器内の分解反応に寄与しないデッドスペースをなくすことが可能となり、そして、ガスを筒形外カラム内部で螺旋状に上昇させることができるので、ガスと光触媒体１６との接触効率を飛躍的に向上させることも可能となる。また、ガス流入部２０を２カ所設けているため、筒形外カラム１２内において、ガスをより均一に流通させることができる。またさらに、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００４１】
なお、螺旋状の構造を呈している流路形成部を筒形外カラム１２内部側壁に設けておき、ガスを螺旋状に上昇させるようにしても良い。そのような構造にすることによって、筒形外カラム１２内でガスを螺旋状に上昇させることができるので、光触媒体１６と接触効率が飛躍的に向上し、また、分解反応させることに寄与しないデッドスペースをさらになくすことが可能となる。またさらに、設けた流路形成部の表面に光触媒を担持させておくことにより、揮発性有機化合物を分解効率がより向上する。なお、本実施形態では、ガス流入部２０を２カ所設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
次に、本発明における揮発性有機化合物分解反応器の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の第５の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図を表している。なお、符号については、図１と同様である。
【００４３】
本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、まず、筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿される光源体１８が設けられている。この光源体１８が、光触媒体１６に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００４４】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、筒形外カラム１２内壁に光触媒を担持させても良い。またさらに、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に光触媒（酸化チタンや酸化タングステン）を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われている。
【００４５】
続いて、筒形外カラム１２の下部近傍にガス流入部２０が設けられている。ガス流入部２０は、本実施形態においては、４カ所設けられており、それぞれ筒形外カラム１２断面の中心軸に対して、軸対称な位置に設けられている。揮発性有機化合物を含有するガスが、ガス流入部２０それぞれを通じて、筒形外カラム１２内部に流入される仕組みとなっている。なお、ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かってそれぞれ流入させるように設けられている。
【００４６】
流入されたガスは、筒形外カラム１２の周方向に向かってそれぞれ流入されるので、筒形外カラム１２と筒形内カラム１４との間を筒形内カラム１４を中心に回転するように上昇（例えば、螺旋状に上昇）し、光触媒体１６と接触していく。光触媒体１６は、光源体１８から照射される光エネルギーに反応し、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解し、ガスを浄化していく仕組みとなっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００４７】
このような構成にすることによって、ガス流入部２０から流入されたガスを筒形外カラム１２内において、均一に流通させることができるため、揮発性有機化合物分解反応器内の分解反応に寄与しないデッドスペースをなくすことが可能となり、また、ガスを筒形外カラム内部で螺旋状に上昇させることができるので、ガスと光触媒体１６との接触効率を飛躍的に向上させることも可能となる。またさらに、ガス流入部２０を４カ所設けているため、筒形外カラム１２内において、ガスをより均一に流通させることができる。その他、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００４８】
なお、螺旋状の構造を呈している流路形成部を筒形外カラム１２内部側壁に設けておき、ガスを螺旋状に上昇させるようにしても良い。そのような構造にすることによって、筒形外カラム１２内でガスを螺旋状に上昇させることができるので、光触媒体１６と接触効率が飛躍的に向上する。またさらに、設けた流路形成部の表面に光触媒を担持させておくことにより、揮発性有機化合物を分解効率がより向上する。なお、本実施形態では、ガス流入部２０を４カ所設けているが、発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
次に、本発明における揮発性有機化合物分解反応器の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の第６の実施形態における揮発性有機化合物分解反応器を示した一例図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ線断面図を表している。なお、符号については、図１と同様である。
【００５０】
まず、本実施例における揮発性有機化合物分解反応器１０は、（ｂ）に示すように、筒形外カラム１２と、筒形外カラム１２の同心状に内挿される筒形内カラム１４と、筒形外カラム１２内にあって、筒形内カラム１４を取り囲むように配設される円筒状の光触媒体１６と、筒形内カラム１４に内挿される光源体１８が設けられている。この光源体１８が、光触媒体１６に対して筒形内カラム１４を通して光を照射し、その光エネルギーに反応した光触媒体１６が、触媒作用を引き起こし、揮発性有機化合物を分解する仕組みとなっている。
【００５１】
なお、筒形内カラム１４は、アクリル製やガラス製などを用い、無色透明にすることが望ましく、光源体１８は、ケミカルランプや蛍光灯を用いることで、製造コストの削減を可能とするが、紫外線ランプを用いることが、エネルギー作用上、好ましい。また、筒形外カラム１２内壁に光触媒を担持させても良い。またさらに、光触媒体１６は、例えば繊維体（好ましくは、金属繊維又はガラス繊維）に、酸化チタンや酸化タングステンなどの光触媒を担持させたものを用いる。なお、筒形内カラム１４は、光源体１８をガスから保護する目的にも使われている。
【００５２】
続いて、筒形外カラム１２の下部近傍にガス流入部２０が設けられている。ガス流入部２０は、本実施形態においては、水平面に対して仰角α（０°≦α≦４５°）をもって２カ所設けられており、揮発性有機化合物を含有するガスが、ガス流入部２０それぞれを通じて、筒形外カラム１２内部に流入される仕組みとなっている。このように、水平面に対して所定の角度をつけて、ガス流入部２０を筒形外カラム１２に設けることで、ガスの光触媒体１６への接触効率が向上することになる。なお、ガス流入部２０は、（ａ）に示すように、ガスを筒形外カラム１２の周方向に向かって流入させるように設けられている。
【００５３】
流入されたガスは、筒形外カラム１２の周方向に向かって流入されるので、筒形内カラム１４と筒形外カラム１２との間を筒形内カラム１４を中心に回転するように上昇（例えば、螺旋状に上昇）し、光触媒体１６と接触していく。光触媒体１６は、光源体１８から照射される光エネルギーに反応し、接触するガスに含まれている揮発性有機化合物を触媒作用によって分解し、ガスを浄化していく仕組みとなっている。浄化されたガスは、筒形外カラム１２の上部近傍に設けられているガス排出部２２を通じて、揮発性有機化合物分解反応器１０の外部へと排出される。なお、分解効率の向上のため、ガス排出部２２の近傍にガスをガス排出部２２に吸引誘導する吸引ファンを設けておいても良い。
【００５４】
なお、螺旋状の構造を呈している流路形成部を筒形外カラム１２内部側壁に設けておき、ガスを螺旋状に上昇させるようにしても良い。そのような構造にすることによって、筒形外カラム１２内でガスを螺旋状に上昇させることができるので、光触媒体１６と接触効率が飛躍的に向上する。またさらに、設けた流路形成部の表面に光触媒を担持させておくことにより、揮発性有機化合物を分解効率がより向上する。なお、本実施形態では、ガス流入部２０を２カ所設けているが、発明はこれに限定されるものではない。また、筒形外カラム１２内部の上部及び下部近傍に例えば、ガス反射板などを設けておくと、より均一にガスを流通させることが可能となる。
【００５５】
続いて、本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の使用方法の一例について図面を参照しながら説明する。図７は、本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器を用いて、土壌中に含まれている揮発性有機化合物を分解処理させる処理工程の一例を示したもので、１０は揮発性有機化合物分解反応器、３０は揮発性有機化合物吸引用井戸、３２はバッファータンク、３４は真空ポンプ、３６はミストセパレーター、３８は流量計を示している。
【００５６】
まず、土壌中には、揮発性有機化合物吸引用井戸３０が埋め込まれており、真空ポンプ３４の吸引によって、土壌中の揮発性有機化合物を含むガスが揮発性有機化合物吸引用井戸３０に側壁に設けられている微細な孔を通じて、揮発性有機化合物吸引用井戸３０内に吸引される。
【００５７】
続いて、揮発性有機化合物吸引用井戸３０内に吸引された揮発性有機化合物を含むガスは、真空ポンプ３４のさらなる吸引により、バッファータンク３２に流入される。なお、バッファータンク３２は、流入されてきたガスを拡散し、真空ポンプ３４に異物等が混入することを防止するために設けているものである。
【００５８】
次に、バッファータンク３２に流入されて拡散されたガスは、ミストセパレーター３６に送り出される。ミストセパレーター３６は、ガスに含まれる微細液体を分離及び捕集する。これは、高湿度下における触媒の分解能低下を防止するためである。
【００５９】
そして、ミストセパレーター３６によって微細液体が分離及び捕集され、含有水分が低下したガスは、流量計３８を通して、揮発性有機化合物分解反応器１０に流入される。流量計３８は、揮発性有機化合物分解反応器１０に流入させるガスの量を調節する役割を担っている。揮発性有機化合物分解反応器１０に流入されたガスは、光触媒による触媒作用によって、揮発性有機化合物が分解され、揮発性有機化合物分解反応器１０から排出されるという流れになっている。
【００６０】
なお、ミストセパレーター３６、流量計３８及び揮発性有機化合物分解反応器１０を例えば設置架台などに設けておくと、安定した作業が可能となる。なお、本使用方法は、土壌中の揮発性有機化合物を含有するガスの浄化について説明しているが、本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器の使用方法を限定するものではなく、例えば、工場などで排出される揮発性有機化合物含有ガスの分解処理に用いることももちろん可能である。
【００６１】
（揮発性有機化合物分解反応実験１）
本実験は、光触媒体の種類と光源体による露光時間とが揮発性有機化合物の分解効率にどのように影響するのかを検討するものである。
【００６２】
本実験は、光触媒体としての酸化チタン担持ステンレスメッシュ及び酸化チタン担持ガラス繊維と、粒径３０ｎｍの酸化チタン粉末（ＡＭＴ−６００、テイカ株式会社製）の３種類の試料を用いて行った。なお、酸化チタン担持ガラス繊維は、酸化チタン担持量が４重量％で酸化チタン粒子径が３０ｎｍで作製された市販品（日本無機株式会社製）を２０×１０ｍｍの大きさに断裁したものを実験に用い、酸化チタン粉末の量は、１０ｍｇとした。
【００６３】
また、酸化チタン担持ステンレスメッシュは、電気泳動電着法による、以下の工程により作製した。まず、２−プロパノールに１５０ｍｌに対し、粒径が３０ｎｍの光触媒である酸化チタン粉末（ＡＭＴ−６００、テイカ株式会社製）を１．５ｇ添加し、６０分間攪拌した後、超音波を用いて１０分間分散（光触媒を１％分散）させることによって溶媒を作製した。続いて、作製した溶媒中にステンレスメッシュとアルミニウム板を浸漬するとともに、ステンレスメッシュをカソード側に、アルミニウム板をアノード側にセットし（カソードとアノードの間隔は１０ｍｍ程度とした）、ＤＣ電源（ＥＣ１０００Ｓ、株式会社エヌエフ回路設計ブロック社製）を用い、１９５Ｖの電圧（直流）を印加し、電着作業（ＥＰＤ成膜作業）を１分間行った。
【００６４】
次に、電着作業を終えたステンレスメッシュをマッフル炉（Ｐ−８０Ｇ、ＫＤＦ社製）にて２℃／ｍｉｎの昇温速度で５００℃まで加温し、３０分間保持することで焼成させ、酸化チタン担持ステンレスメッシュを作製した。なお、実験には、作製した酸化チタン担持ステンレスメッシュを２０×１０ｍｍの大きさに断裁したものを用いた。
【００６５】
実験方法は、光触媒体及び酸化チタン粉末がそれぞれ入れられた密閉可能な容器（バイアル瓶）内にcis-1,2-ジクロロエチレン（cis-DCE）含有のガス（濃度約１０００ｐｐｍ）を封入し、続いて、光触媒体及び酸化チタン粉末に対して一定時間、ケミカルランプにより紫外線を照射（露光）させ、その後、容器内のガスを採取し、ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMS）を用いて、どの程度cis-1,2-ジクロロエチレンが分解されたかを求めるものである。実験結果を数値として表１に、グラフとして図９に示す。
【００６６】
【表１】
2011200820.tif 000003
【００６７】
ここで、表１及び図９中にある、［cis-DCE］は、バイアル瓶内に残っているcis-1,2-ジクロロエチレンの量を示し、［cis-DCE］0は、バイアル瓶内に入っているcis-1,2-ジクロロエチレンの初期量を示している。つまり、分解効率が“１”となっているのは、cis-1,2-ジクロロエチレンが分解されていないことを意味し、つまり、数値が小さいほど、分解された量が多かったということである。
【００６８】
表１及び図９に示す実験結果によると、露光時間が１分の場合は、３種類とも分解効率が“１”となっており、触媒作用が起こっていないが、露光時間が長くなればなるほど、分解効率が良くなっていることが分かる。最も分解効率が良いのは、酸化チタン粉末であり（露光時間１０minで、分解効率０．０７）、続いて、酸化チタン担持ステンレスメッシュ（露光時間１０minで、分解効率０．４４）、そして、酸化チタン担持ガラス繊維（露光時間１０minで、分解効率０．７４）の順となった。
【００６９】
（揮発性有機化合物分解反応実験２）
本実験は、本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器を用いて、ガス流入部から流入させるガスの流量が、揮発性有機化合物の分解効率にどのように影響するかを検討するものである。
【００７０】
本実験は、光触媒体としての酸化チタン担持ステンレスメッシュ及び酸化チタン担持ガラス繊維の２種類の試料を用いた。なお、酸化チタン担持ガラス繊維は、酸化チタン担持量が４重量％で酸化チタン粒子径が３０ｎｍで作製された市販品（酸化チタン担持シリカ（ガラス）繊維、日本無機株式会社製）を筒状（高さ４０ｃｍ、直径７．５ｃｍ程度）に成形したものを用い、酸化チタン担持ステンレスメッシュは、揮発性有機化合物分解反応実験１にある工程によって作製したものを筒状（高さ４０ｃｍ、直径７．５ｃｍ程度）に成形したものを用いた。また、揮発性有機化合物分解反応器は、上記第１の実施形態におけるもので（図１参照）、有効容積が２．５Ｌのものを用い、材質は、筒形外カラムがステンレス鋼、筒形内カラムがアクリル、そして、光源体にコンパクト型水銀灯（ＴＷ  ＰＬ−Ｌ  ３６Ｗ、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ社製）を用いた。
【００７１】
実験方法は、まず、光触媒体を挿設した揮発性有機化合物分解反応器内に、揮発性有機化合物であるテトラクロロエチレン（PCE）、トリクロロエチレン（TCE）及びcis-1,2-ジクロロエチレン（cis-DCE）を含有したガス（以下、揮発性有機化合物含有ガスとする）を流入させ、続いて、光触媒体に対して水銀灯により紫外線を照射（露光）させ、その後、揮発性有機化合物分解反応器から排出されたガスを採取し、ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMS）を用いて、どの程度、揮発性有機化合物が分解されたのかを調べるものである。
【００７２】
光触媒体は、筒状の酸化チタン担持ステンレスメッシュと筒状の酸化チタン担持ガラス繊維の２種類をそれぞれ用い、また、揮発性有機化合物分解反応器内に流入させるガスの流量は、１Ｌ／ｍｉｎと５Ｌ／ｍｉｎの２パターンとした。またさらに、比較検討用データを取得する目的で、揮発性有機化合物分解反応器内に光触媒体を挿設せずに、紫外線を揮発性有機化合物含有ガスに照射（露光）させ、その後、揮発性有機化合物分解反応器から排出されたガスを採取し、ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMS）を用いて、どの程度、揮発性有機化合物が分解されるのかも測定した。実験結果を数値として表２に、グラフとして図１０〜図１２に示す。なお、図１０は、酸化チタン担持ステンレスメッシュを用いて行った実験結果、図１１は、紫外線のみを照射して行った実験結果、図１２は、酸化チタン担持ガラス繊維を用いて行った実験結果を示したもので、表中及び図中の“in”は揮発性有機化合物分解反応器に流入させる前のガスを意味し、“out”は揮発性有機化合物分解反応器から排出されたガスを意味する。
【００７３】
【表２】
2011200820.tif 000004
【００７４】
実験結果によると、表２及び図１０〜図１２に示すように、テトラクロロエチレン（PCE）、トリクロロエチレン（TCE）及びcis-1,2-ジクロロエチレン（cis-DCE）ともに、ガスの流量が５Ｌ／ｍｉｎよりも１Ｌ／ｍｉｎの方が、分解効率が高いことが判明した。特に、ガスの流量が１Ｌ／ｍｉｎの条件下におけるcis-1,2-ジクロロエチレン（cis-DCE）の分解効率が極めて高いことが分かる。これは、揮発性有機化合物分解反応器内に流入させるガスの単位時間あたりの量（流量）を少なくした方が、光触媒体に接触する時間が長いためだと考えられる。
【００７５】
また、光触媒体を挿設させない（紫外線のみ）揮発性有機化合物分解反応器の結果と比べ、光触媒体を挿設させた揮発性有機化合物分解反応器の結果の方が、分解効率が高く、さらに、筒状の酸化チタン担持ステンレスメッシュ（光触媒体）を挿設させた揮発性有機化合物分解反応器よりも、筒状の酸化チタン担持ガラス繊維（光触媒体）を挿設ささせた揮発性有機化合物分解反応器の方が、分解効率が高いことが分かった。
【００７６】
以上の揮発性有機化合物反応実験より、２０×１０ｍｍの大きさに断裁された光触媒体をバイアル瓶内に入れた揮発性有機化合物分解処理では、酸化チタン担持ステンレスメッシュの方が、酸化チタン担持ガラス繊維よりも揮発性有機化合物の分解効率が高いが、筒状にした光触媒体を揮発性有機化合物分解反応器に用いて分解処理を行った場合は、酸化チタン担持ガラス繊維の方が、酸化チタン担持ステンレスメッシュよりも揮発性有機化合物の分解効率が高いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る揮発性有機化合物分解反応器は、揮発性有機化合物の分解効率が極めて高いので、揮発性有機化合物を含有したガスを的確に浄化させる際に好適に用いることができる。また、特に、土壌中の揮発性有機化合物を含有したガスを浄化するのに適している。
【符号の説明】
【００７８】
１０  揮発性有機化合物分解反応器
１２  筒形外カラム
１４  筒形内カラム
１６  光触媒体
１７  光触媒
１８  光源体
２０  ガス流入部
２２  ガス排出部
２４  流路形成部
３０  揮発性有機化合物吸引用井戸
３２  バッファータンク
３４  真空ポンプ
３６  ミストセパレーター
３８  流量計
５０  分解反応器
５２  円筒形容器
５４  光源
５６  保護管
５８  光触媒体
６０  流入口
６２  排出口
【図１】
2011200820.tif 000005
【図２】
2011200820.tif 000006
【図３】
2011200820.tif 000007
【図４】
2011200820.tif 000008
【図５】
2011200820.tif 000009
【図６】
2011200820.tif 000010
【図７】
2011200820.tif 000011
【図８】
2011200820.tif 000012
【図９】
2011200820.tif 000013
【図１０】
2011200820.tif 000014
【図１１】
2011200820.tif 000015
【図１２】
2011200820.tif 000016