(57)【要約】【課題】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である。【解決手段】光触媒反応装置１０は、気液混合体の流路１２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１７と、正負極の金属電極１８，１８と、電源部１５とで構成される。そして、この電源部１５により正負極の金属電極１８ａ，１８ｂ間に電圧を印加して放電光を発生させ、この放電光を光触媒モジュール１７に照射して、活性化した光触媒の作用により、光触媒モジュール１７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ものである。【選択図】　図１
2004105812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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放電光を発生させ、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。
【請求項２】
前記気液混合体は酸素を含み、金属電極間から発生させる放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒とともに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を通過する前記気液混合流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請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項３】
前記光触媒モジュールは、前記正負極の金属電極で挟持されることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項４】
前記光触媒モジュールは、複数個設けられ、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持されることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項５】
前記正負の金属電極の一方は線状に構成され、かつ他方の金属電極および前記光触媒モジュールは筒状に構成され、前記線状の金属電極の周囲は前記筒状の光触媒モジュールで覆われ、さらに光触媒モジュールは、前記筒状の金属電極で覆われ同軸に構成されることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項６】
前記正負極の金属電極のうち一方は、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位が誘電体で覆われることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項７】
前記正負極の金属電極の双方は、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位がそれぞれ誘電体で覆われることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項８】
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６あるいは７のいずれか１項に記載の光触媒反応装置。
【請求項９】
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６あるいは７のいずれか１項に記載の光触媒反応装置。
【請求項１０】
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、電源部により正負極の金属電極間に電圧を印加して放電光を発生させるステップと、この放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、光触媒を放電光により活性化させるステップにより、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ことを特徴とする光触媒反応方法。
【請求項１１】
前記気液混合体は酸素を含み、金属電極間から発生させる放電光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、前記放電光により光触媒を活性化させるステップにより、活性化した光触媒とオゾンとで前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍を通過する前記気液混合流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請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１２】
前記光触媒モジュールを、前記正負極の金属電極で挟持することを特徴とする請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１３】
前記光触媒モジュールを、複数個設け、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持することを特徴とする請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１４】
前記正負の金属電極の一方を線状に構成し、かつ他方の金属電極および前記光触媒モジュールを筒状に構成し、前記線状の金属電極の周囲を前記筒状の光触媒モジュールで覆い、さらに光触媒モジュールを、前記筒状の金属電極で覆い同軸に構成することを特徴とする請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１５】
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誘電体で覆うことを特徴とする請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１６】
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それぞれ誘電体で覆うことを特徴とする請求項１０記載の光触媒反応方法。
【請求項１７】
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１５あるいは１６のいずれか１項に記載の光触媒反応方法。
【請求項１８】
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１５あるいは１６のいずれか１項に記載の光触媒反応方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、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放電光を発生させ、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。
【０００９】
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、前記気液混合体は酸素を含み、金属電極間から発生させる放電の作用により酸素からオゾンを発生させて、前記放電光を前記光触媒モジュールに照射して、活性化した光触媒とともに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を通過する前記気液混合流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。
【００１０】
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、前記光触媒モジュールは、前記正負極の金属電極で挟持されることを特徴とするものである。
【００１１】
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、前記光触媒モジュールは、複数個設けられ、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持されることを特徴とするものである。
【００１２】
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５に記載したように、前記正負の金属電極の一方は線状に構成され、かつ他方の金属電極および前記光触媒モジュールは筒状に構成され、前記線状の金属電極の周囲は前記筒状の光触媒モジュールで覆われ、さらに光触媒モジュールは、前記筒状の金属電極で覆われ同軸に構成されることを特徴とするものである。
【００１３】
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６に記載したように、前記正負極の金属電極のうち一方は、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位が誘電体で覆われる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７に記載したように、前記正負極の金属電極の双方は、正負極の金属電極同士が互いに向き合う部位がそれぞれ誘電体で覆われる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８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９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装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、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、電源部により正負極の金属電極間に電圧を印加して放電光を発生させるステップと、この放電光を前記光触媒モジュールに照射するステップと、光触媒を放電光により活性化させるステップにより、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ことを特徴とするものである。
【００１８】
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１１に記載したように、前記気液混合体は酸素を含み、金属電極間から発生させる放電光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、前記放電光により光触媒を活性化させるステップにより、活性化した光触媒とオゾンとで前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍を通過する前記気液混合流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。
【００１９】
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１２に記載したように、前記光触媒モジュールを、前記正負極の金属電極で挟持することを特徴とするものである。
【００２０】
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１３に記載したように、前記光触媒モジュールを、複数個設け、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持することを特徴とするものである。
【００２１】
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１４に記載したように、前記正負の金属電極の一方を線状に構成し、かつ他方の金属電極および前記光触媒モジュールを筒状に構成し、前記線状の金属電極の周囲を前記筒状の光触媒モジュールで覆い、さらに光触媒モジュールを、前記筒状の金属電極で覆い同軸に構成することを特徴とするものである。
【００２２】
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１５に記載したように、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誘電体で覆う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装置は、上述の目的を達成するために、請求項１６に記載したように、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それぞれ誘電体で覆う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装置は、上述の目的を達成するために、請求項１７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装置は、上述の目的を達成するために、請求項１８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
【図１】
2004105812.tif 000003
【図２】
2004105812.tif 000004
【図３】
2004105812.tif 000005
【図４】
2004105812.tif 000006
【図５】
2004105812.tif 000007
【図６】
2004105812.tif 000008
【図７】
2004105812.tif 000009
【図８】
2004105812.tif 000010