(57)【要約】【課題】電極の強度や信頼性を維持することにより寿命を低下させることなく、より小型で安価に気体を浄化することが可能な光触媒反応装置である。【解決手段】光触媒反応装置１０は、気体Ｙの流路上に設けられ、気体Ｙが通過可能な立体形状の放電電極１５と、この放電電極１５よりも下流側に設けられ、気体Ｙが通過可能な３次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール１６と、この光触媒モジュール１６よりも下流側に設けられ、気体Ｙが通過可能な立体形状でかつオゾン分解触媒を設けたオゾン分解電極１７と、このオゾン分解電極１７と放電電極１５との間に電圧を印加して放電させる電源１３とを備える。放電に伴って生じた放電光を光触媒に照射することにより光触媒を活性化する一方、放電により生じたオゾンをオゾン分解電極１７のオゾン分解触媒により分解処理するように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状の放電電極と、この放電電極よりも下流側に設けられ、前記気体が通過可能な３次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、この光触媒モジュールよりも下流側に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつオゾン分解触媒を設けたオゾン分解電極と、このオゾン分解電極と前記放電電極との間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化する一方、放電により生じたオゾンを前記オゾン分解電極のオゾン分解触媒により分解処理するように構成したことを特徴とする光触媒反応装置。
【請求項２】
気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状の放電電極と、気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつ光触媒を設けた光触媒作用電極と、この光触媒作用電極と前記放電電極との間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化するように構成したことを特徴とする光触媒反応装置。
【請求項３】
気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつ光触媒を設けた複数の光触媒作用電極と、前記光触媒作用電極間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化するように構成したことを特徴とする光触媒反応装置。
【請求項４】
前記オゾン分解電極をハニカム状と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５】
前記光触媒作用電極と前記放電電極とを交互に複数個設けたことを特徴とする請求項２記載の光触媒反応装置。
【請求項６】
前記気体が通過可能な立体形状でかつオゾン分解触媒を設けたオゾン分解電極を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の光触媒反応装置。
【請求項７】
前記光触媒作用電極をハニカム状としたことを特徴とする請求項２または３記載の光触媒反応装置。
【請求項８】
気体が通過可能な立体形状でかつ導電性の基材と、この基材に設けられ、前記気体に対して所要の作用を与える機能材料とを備えたことを特徴とする機能電極。
【請求項９】
前記機能材料は、オゾン分解触媒であることを特徴とする請求項８記載の機能電極。
【請求項１０】
前記機能材料は、光触媒であることを特徴とする請求項８記載の機能電極。
【請求項１１】
前記基材を、ハニカム状としたことを特徴とする請求項８記載の機能電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒と放電により生じたオゾンの作用により空気等の気体を浄化する光触媒反応装置および機能電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光触媒と放電により生じたオゾンの作用により空気等の気体の脱臭、脱色、殺菌、減菌を行う装置として図１１に示す光触媒反応装置が提案される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
従来の光触媒反応装置１は、空気等の気体Ｘが通過できるように筒状に形成された筐体２に単位構造体３とオゾン分解触媒フィルタ４とを収納した構成である。単位構造体３は、一対のハニカム電極５，５と、これら２つのハニカム電極５，５間に設けられた３次元網目構造の光触媒モジュール６とを有する。さらに、各ハニカム電極５、５は、図示しない高圧電源部と接続され、ハニカム電極５、５間に放電を行うことができるように構成される。
【０００４】
ハニカム電極５は例えば断面が６角形の複数の筒状部を整列配置した形状となるように薄板を成型して構成される。このため、ハニカム電極５の内部を、気体Ｘが通過することができるとともに、所要の強度を備えることができる。
【０００５】
そして、従来の光触媒反応装置１では、筐体２の一端側から筐体２内部に流入した気体Ｘが、気体Ｘの上流側のハニカム電極５内を通過した後、光触媒モジュール６に導かれる。さらに、２つのハニカム電極５、５間には、高圧電源部から電圧が印加されて放電が生じ、放電とともに紫外線を含む放電光が発生して光触媒モジュール６を照射する。
【０００６】
このため、光触媒モジュール６は、放電光により活性化状態となる一方、ハニカム電極５、５間には、紫外線と気体Ｘに含まれる酸素とが反応してオゾンが生成される。
【０００７】
この結果、ハニカム電極５、５間において、気体Ｘに含まれる有害物質は、活性化された光触媒およびオゾンの作用により分解されて浄化される。ここで、単位構造体３には、気体Ｘに含まれる有害物質とは反応に使用されなかった有害なオゾンが残留する。
【０００８】
そして、浄化された気体は残留オゾンとともに、光触媒モジュール６の下流側のハニカム電極５内を通過してオゾン分解触媒フィルタ４に導かれる。このオゾン分解触媒フィルタ４において気体に含まれる有害なオゾンは分解処理され、無害化された気体が筐体２の流出側から外部に排出される。
【０００９】
尚、従来の光触媒反応装置１において、気体Ｘの浄化容量を向上させるために単位構造体３を複数個積層した構成も提案される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３３６６５４号公報（第１頁−第４頁、図４参照）
【００１１】
【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、電極の強度や信頼性を維持するために、電極の形状を３次元的な立体形状であるハニカム電極５としている。すなわち、ハニカム電極５の代わりに細線や薄板をメッシュ状に成形して電極を用いる方法も考えられるが、電極の強度の低下に伴って、電極の寿命や信頼性の低下といった問題が生じる。
【００１２】
特に電極間に、放電集中によりスパーク状放電が発生した場合には、電極に損傷や溶断が生じる恐れがあるのみならず、気体Ｘ中に腐食性物質を含むような場合には、比較的短時間に電極の材料となる金属の腐食が進行して断線に到る恐れもある。
【００１３】
また、細線やメッシュ状に形成された薄板を電極として用いた場合には、電極の損傷を抑制するために、電極に入力する電圧が一定の値を超えないように制限する必要が生じる。
【００１４】
このため、電極形状は気体Ｘの流れ方向に厚みを有する３次元形状となり、電極の大型化さらには、装置全体の大型化に繋がる。すなわち、車両に搭載する場合や精密機械に適用する場合のように小型の装置が要求される場合には、電極の厚さを薄くしなければならず、電極の薄肉化に伴って電極に印加できる電圧が制限されるという問題が生じる。
【００１５】
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、電極の強度や信頼性を維持することにより寿命を低下させることなく、より小型で安価に気体を浄化することが可能な光触媒反応装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、光触媒反応装置をより安価で小型にするための機能電極を提供することである。
【００１７】
【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、気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状の放電電極と、この放電電極よりも下流側に設けられ、前記気体が通過可能な３次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、この光触媒モジュールよりも下流側に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつオゾン分解触媒を設けたオゾン分解電極と、このオゾン分解電極と前記放電電極との間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化する一方、放電により生じたオゾンを前記オゾン分解電極のオゾン分解触媒により分解処理するように構成した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２に記載したように、気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状の放電電極と、気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつ光触媒を設けた光触媒作用電極と、この光触媒作用電極と前記放電電極との間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化するように構成した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３に記載したように、気体の流路上に設けられ、前記気体が通過可能な立体形状でかつ光触媒を設けた複数の光触媒作用電極と、前記光触媒作用電極間に電圧を印加して放電させる電源とを備え、放電に伴って生じた放電光を前記光触媒に照射することにより前記光触媒を活性化するように構成したことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明に係る機能電極は、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、気体が通過可能な立体形状でかつ導電性の基材と、この基材に設けられ、前記気体に対して所要の作用を与える機能材料とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光触媒反応装置および機能電極の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
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り、図２は、図１に示す光触媒反応装置１０において放電Ｅが行われる部位と向きを示す図である。
【００２３】
光触媒反応装置１０は、単位構造体１１、筐体１２および電源の一例である高圧電源部１３を備える。
【００２４】
筐体１２は、筒状構造であり、筐体１２の内部には臭気物質や有害物質等の分解対象体を含む空気等の気体Ｙの流路１４が形成される。筐体１２の内部に形成された気体Ｙの流路１４には、単位構造体１１が設けられる。
【００２５】
単位構造体１１は、放電電極の一例であるハニカム電極１５、光触媒モジュール１６および機能電極の一例であるオゾン分解電極１７を有する。そして、筐体１２内の気体Ｙの流路１４の上流側から単位構造体１１のハニカム電極１５、光触媒モジュール１６およびオゾン分解電極１７が順に設けられる。
【００２６】
単位構造体１１のハニカム電極１５およびオゾン分解電極１７は高圧電源部１３と接続され、ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に電圧を印加して図２に示すように放電Ｅを行うことができるように構成される。このため、図２に示すようにハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に生じた放電Ｅは、光触媒モジュール１６を経由する経路となる。
【００２７】
また、単位構造体１１のハニカム電極１５は、電極本体と導電性外枠とを有する。ハニカム電極１５の導電性外枠は筒状に形成され、電極本体が収納されて保護される。
【００２８】
ハニカム電極１５の電極本体は、導電性の薄板あるいは箔でハニカム状に形成される。すなわち、ハニカム電極１５は、気体Ｙが通過可能な立体形状であり気体Ｙの流路１４方向に対する厚さを有する。このため、電極本体および導電性外枠は、放電Ｅに対する十分な強度を備えている。
【００２９】
ハニカム電極１５の電極本体は、例えば、気体Ｙの流れ方向からの矢視形状が六角形の筒状体を整列配置した形状である。このため、ハニカム電極１５の電極本体の内部を気体Ｙが通過可能に構成される。
【００３０】
ハニカム電極１５の電極本体および導電性外枠には、必要に応じて硫化水素等の腐食性ガスに対して耐食性を有する金属や、金属に耐食性を有するコーティング処理を施したものが用いられる。
【００３１】
電極本体および導電性外枠の材料の例としては、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属にコーティング処理を施したものや、ハステロイ、白金、金等の耐食性の良好な金属あるいは合金が挙げられる。
【００３２】
一方、単位構造体１１の光触媒モジュール１６は、気体Ｙが通過可能な３次元構造の基体に光触媒を担持して構成される。光触媒モジュール１６は、例えば３次元網目構造のセラミック基体の表面に光触媒作用を有する半導体微粒子を担持させた構成である。ただし、光触媒モジュール１６の基体は、気体Ｙが通過可能でかつ光触媒を担持できれば、格子状、ハニカム状、多孔構造等の３次元構造であってもよい。
【００３３】
光触媒作用を有する半導体微粒子の例としては、酸化チタンＴｉＯ２（ａｎａｔａｓｅ型、ｒｕｔｉｌｅ型、ｂｒｏｏｋｉｔｅ型）、ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＢａＴｉＯ３，Ｖ２Ｏ５，ＳｎＯ２等の金属酸化物半導体、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ等の単体半導体や化合物半導体が挙げられる。
【００３４】
また、単位構造体１１のオゾン分解電極１７は、オゾン分解電極本体と導電性外枠とを有する。オゾン分解電極１７の導電性外枠は筒状に形成され、オゾン分解電極本体が収納されて保護される。
【００３５】
オゾン分解電極１７のオゾン分解電極本体は、ハニカム電極１５の電極本体と同様に導電性の薄板あるいは箔でハニカム状に形成され、気体Ｙが通過可能な立体形状とされる。オゾン分解電極１７のオゾン分解電極本体は、例えば、気体Ｙの流れ方向からの矢視形状が六角形の筒状体を整列配置した形状とされる。
【００３６】
このため、オゾン分解電極本体および導電性外枠は、放電Ｅに対する十分な強度を備えている。
【００３７】
さらに、オゾン分解電極本体の内部には、気体Ｙと接触可能な部位にオゾン分解触媒が設けられる。例えば、オゾン分解電極本体の角筒状のハニカム形状のセル内面にオゾン分解触媒が担持される。ただし、別途、オゾン分解触媒を担持した部材をオゾン分解電極本体のセル内に設ける構成としてもよい。
【００３８】
このため、オゾン分解電極１７には、電極機能とともにオゾン分解機能が付加される。
【００３９】
オゾン分解触媒におけるオゾンの分解方法としては、活性炭吸着分解法、加熱分解法、接触分解法、水洗法、薬液洗浄法（アルカリ洗浄法）、薬液還元法等の方法が挙げられる。これらオゾン分解触媒におけるオゾンの分解方法は、オゾン分解の際の雰囲気あるいは諸々の条件から必要に応じて適宜選択される。
【００４０】
また、オゾン分解電極１７のオゾン分解電極本体および導電性外枠には、ハニカム電極１５の電極本体および導電性外枠と同様に、必要に応じて硫化水素等の腐食性ガスに対して耐食性を有する金属や、金属に耐食性を有するコーティング処理を施したものが用いられる。
【００４１】
一方、高圧電源部１３としては、例えば直流電源、Ｄｕｔｙ比０．５以下の短パルスを出力するパルス電源、周波数１０ｋＨｚ以上の交流電源等の電源が挙げられる。さらに、各種高圧電源に波高値の５０％から９０％に相当する直流バイアスを重畳する構成や、間欠動作する機能を備える構成としてもよい。
【００４２】
高圧電源部１３として直流電源を用いると電源構成が簡易となり装置コストを低減できるとともに、動作音を比較的小さく抑えることができる。
【００４３】
また、高圧電源部１３としてパルス電源を用いると直流電源に比べて大きな電力投入を容易に行うことができるため、装置の小型化を図ることができるとともに、電源構成が簡易となり装置コストを低減できる。さらに、直流電源に比べて投入電力を大きくすることが容易できるため、低価格かつ中規模の光触媒反応装置１０を構成する場合に有効である。
【００４４】
また、高圧電源部１３として周波数１０ｋＨｚ以上の交流電源を用いた場合には、動作周波数の増加に伴って、投入電力を大きくすることができる。このため、大容量の気体Ｙを対象とする光触媒反応装置１０に有効である。
【００４５】
さらに、高圧電源部１３に直流バイアスを重畳すると、パルス電源を単独で用いた場合に、パルス電圧を低減できるため、光触媒反応装置１０を小型化できる。さらに、放電発生の元となる偶存電子の個数が安定するため、スパーク移行電圧のばらつきを抑えて安定した電源動作を確保することができる。
【００４６】
次に光触媒反応装置１０の作用について説明する。
【００４７】
まず、筐体１２の一端の入口から筐体１２内に形成された気体Ｙの流路１４に浄化しようとする空気等の気体Ｙが流入される。筐体１２内に流入された気体Ｙは、単位構造体１１のハニカム電極１５に導かれる。ハニカム電極１５に導かれた気体Ｙは、ハニカム電極１５のハニカム形状により形成された気体Ｙの流路１４を通って、ハニカム電極１５内部を通過する。
【００４８】
一方、ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に、高圧電源部１３から電圧が印加される。このため、ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間には、電界が形成され、図２に示すように光触媒モジュール１６を経由する放電Ｅとともに紫外線を含む放電光が生じる。
【００４９】
ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に生じた放電光は、光触媒モジュール１６に照射される。この結果、光触媒モジュール１６の基体表面に担持された光触媒は活性化せしめられる。
【００５０】
また、ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に生じた紫外線と空気等の気体Ｙに含まれる酸素とが反応してハニカム電極１５よりも下流にはオゾンが生成される。
【００５１】
ここで、オゾンは強い酸化作用を有するが、ハニカム電極１５には、耐食性が付加されているため、酸化が抑制される。さらに、気体Ｙに腐食性ガス、例えば硫化水素、亜硫酸、亜硝酸、塩素、アンモニア等の物質が含まれている場合であっても、ハニカム電極１５の腐食が抑制される。
【００５２】
一方、ハニカム電極１５内部を通過した気体Ｙは、放電光により活性化された光触媒モジュール１６に導かれ、光触媒モジュール１６内部に流入する。そして、光触媒モジュール１６内部に流入した気体Ｙに含まれる酸素と水が活性化された光触媒に作用により反応し、過酸化水素と水酸基ラジカルとが生成される。
【００５３】
光触媒モジュール１６近傍に生成されたオゾン、過酸化水素および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機能、すなわち脱臭、脱色、殺菌、減菌作用等の機能を有する。
【００５４】
このため、光触媒モジュール１６内部に流入した気体Ｙに含まれる臭気物質や有害物質等の分解対象体は、活性化状態となった光触媒の作用で生じた過酸化水素および水酸基ラジカル並びにオゾンの作用により分解される。
【００５５】
尚、分解対象体の例としては、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、浮遊菌等の菌類および細菌類、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。
【００５６】
また、ハニカム電極１５とオゾン分解電極１７との間に生じた放電Ｅ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。
【００５７】
そして、光触媒モジュール１６内部を通過し、浄化された気体Ｙは、オゾン分解電極１７内部に導かれる。ここで、オゾン分解電極１７内部に導かれた気体Ｙには、気体Ｙに含まれる分解対象体と反応せずに残留したオゾンが含まれる。
【００５８】
分解対象体と反応せずに残留したオゾンは、人体に有害であるため、大気中に排出されることが環境的に好ましくない。このため、浄化後の気体Ｙに含まれるオゾンを分解する必要がある。
【００５９】
そこで、気体Ｙに含まれるオゾンは、オゾン分解電極１７に担持されたオゾン分解触媒の作用により人体に無害な酸素に分解処理される。オゾン分解電極１７内部を通過し、オゾンの含有量が低減された浄化後の気体Ｙは、筐体１２の流出側から筐体１２の外部に排出される。
【００６０】
すなわち光触媒反応装置１０は、ハニカム形状等の立体形状の電極表面にオゾン分解触媒を担持したオゾン分解電極１７を用いることにより、従来設けられていたオゾン分解触媒フィルタ４とハニカム電極５とを一体化した構成である。
【００６１】
従来のオゾン分解触媒フィルタ４は、セラミックス、紙、プラスチック等の非導性フィルタを基材としてオゾン分解触媒を担持させた構成が一般的であった。光触媒反応装置１０のオゾン分解電極１７は、オゾン分解触媒フィルタ４の基材を導電性の材料とし、導電性の基材に分解触媒を担持させることによりオゾン分解機能と放電電極としての機能を兼ね備えた機能電極を形成したものである。
【００６２】
このため、光触媒反応装置１０によれば、装置全体のサイズを小さくすることができ、小型化が可能となるとともに、部品点数を低減できるため、より安価に光触媒反応装置１０を製造することができる。
【００６３】
この際、光触媒反応装置１０のオゾン分解電極１７およびハニカム電極１５は、共に立体的であるため、従来求められる電極の放電Ｅに対する強度や信頼性も維持することができる。このため、光触媒反応装置１０の寿命を従来通り維持することができる。
【００６４】
尚、オゾン分解電極１７に担持できるオゾン分解触媒の量、すなわちオゾン分解機能の上限は、オゾン分解電極１７の厚さに依存する。オゾン分解電極１７に担持すべきオゾン分解触媒の量は、気体Ｙに含まれる分解対象体の量、放電Ｅで生じるオゾンの量、排出される気体Ｙに含まれるオゾンの含有量の制限等の諸条件により決定することができる。
【００６５】
このため、オゾン分解電極１７の厚さは、要求されるオゾン分解機能および強度に依存する一方、オゾン分解電極１７の厚さ並びにオゾン分解触媒の量を設定することにより、オゾン分解機能を調整することも可能である。
【００６６】
オゾン分解電極１７の厚さをハニカム電極１５の厚さと同一にできれば、ハニカム電極１５にオゾン分解触媒を担持させるのみでオゾン分解電極１７を製造できるため、製造コストをさらに低減させることができる。
【００６７】
また、ハニカム電極１５およびオゾン分解電極１７の気体Ｙの流れ方向からの矢視形状は、六角形を整列配置した形状に限らず、気体Ｙがハニカム電極１５およびオゾン分解電極１７の内部を流れることが可能であれば、断面が任意形状の複数の筒状体を整列配置した形状であってもよい。
【００６８】
さらに、気体Ｙが電極内部を流れることが可能で、かつ気体Ｙの流れ方向に厚みを有する立体的な形状あれば、ハニカム形状に限らず、例えば柱状体、厚みを有する板状体あるいはブロック体に複数の貫通孔を設けた形状、同軸上に複数の筒状体を配置した形状、螺旋状形状、格子状形状、三次元網目状形状等の形状であってもよい。
【００６９】
また、電極本体あるいはオゾン分解電極本体を、断面が六角形のハニカム形状とした場合には、セルサイズが５ｍｍ以上で箔厚が１ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍから０．２ｍｍのハニカム形状とすると、より発行強度が強い放電光を発生させることができるということが実験的に確認されている。
【００７０】
一方、光触媒モジュール１６の気体Ｙの流れ方向の厚さは、１５ｍｍ以下とすると光触媒の活性化に必要な放電光が十分に光触媒モジュール１６の内部に到達することが実験的に確認されている。
【００７１】
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り、図４は、図３に示す光触媒反応装置１０Ａにおいて放電Ｅが行われる部位と向きを示す図である。
【００７２】
図３に示された、光触媒反応装置１０Ａでは、光触媒モジュール１６を機能電極の一例である光触媒作用電極２０に置換して高圧電源部１３と接続した点が図１に示す光触媒反応装置１０と相違する。他の構成および作用については図１に示す光触媒反応装置１０と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００７３】
光触媒反応装置１０Ａには、光触媒作用電極２０が設けられる。光触媒作用電極２０は、高圧電源部１３と接続され、高圧電源部１３によりハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に電圧を印加して放電Ｅを行うことができるように構成される。
【００７４】
このため、高圧電源部１３によりハニカム電極１５、光触媒作用電極２０およびオゾン分解電極１７に電圧を印加すると図４に示すように、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に放電Ｅとともに放電光が生じる。
【００７５】
光触媒反応装置１０Ａの光触媒作用電極２０は、例えば、導電性の薄板あるいは箔でハニカム状に形成した光触媒作用電極本体を筒状の導電性外枠に収納した構成である。光触媒作用電極２０は、例えば、気体Ｙの流れ方向からの矢視形状が六角形の筒状体を整列配置した形状とされる。
【００７６】
すなわち、光触媒作用電極２０は、気体Ｙが通過可能な立体形状であり気体Ｙの流路１４方向に対する厚さを有する。このため、光触媒作用電極２０は、放電Ｅに対する十分な強度を備えている。
【００７７】
また、光触媒作用電極２０の内部には、気体Ｙと接触可能な部位に光触媒が設けられる。例えば、光触媒作用電極２０の角筒状のハニカム形状のセル内面に光触媒が担持される。ただし、別途、光触媒担持した部材を光触媒作用電極２０のセル内に設ける構成としてもよい。
【００７８】
このため、光触媒作用電極２０には、電極機能とともに光触媒による気体の浄化機能が付加される。
【００７９】
光触媒作用電極２０には、必要に応じて硫化水素等の腐食性ガスに対して耐食性を有する金属や、金属に耐食性を有するコーティング処理を施したものが用いられ、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属にコーティング処理を施したものや、ハステロイ、白金、金等の耐食性の良好な金属あるいは合金が挙げられる。
【００８０】
次に光触媒反応装置１０Ａの作用について説明する。
【００８１】
まず、筐体１２の一端の入口から筐体１２内に形成された気体Ｙの流路１４に浄化しようとする空気等の気体Ｙが流入され、流入した気体Ｙは、ハニカム電極１５内部を通過する。
【００８２】
一方、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に、高圧電源部１３からそれぞれ電圧が印加される。このため、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間には、それぞれ電界が形成される。
【００８３】
この結果、図４に示すようにハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間には、放電Ｅとともに紫外線を含む放電光が生じる。これら放電光は、光触媒作用電極２０に照射され、光触媒作用電極２０の表面に担持された光触媒は活性化せしめられる。
【００８４】
また、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に生じた紫外線と空気等の気体Ｙに含まれる酸素とが反応してハニカム電極１５よりも下流にはオゾンが生成される。
【００８５】
一方、ハニカム電極１５内部を通過した気体Ｙは、放電光により活性化された光触媒作用電極２０に導かれ、光触媒作用電極２０内部に流入する。そして、光触媒作用電極２０に流入した気体Ｙに含まれる酸素と水が活性化された光触媒に作用により反応し、過酸化水素と水酸基ラジカルとが生成される。
【００８６】
このため、光触媒作用電極２０内部に流入した気体Ｙに含まれる臭気物質や有害物質等の分解対象体は、活性化状態となった光触媒の作用で生じた過酸化水素および水酸基ラジカル並びにオゾンの作用により分解される。
【００８７】
また、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に生じた放電Ｅ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。
【００８８】
そして、光触媒作用電極２０内部を通過して浄化された気体Ｙは、気体Ｙに含まれる分解対象体と反応せずに残留したオゾンとともにオゾン分解電極１７内部に導かれる。このため、図１に示す光触媒反応装置１０の場合と同様に気体Ｙに含まれるオゾンは、オゾン分解電極１７に担持されたオゾン分解触媒の作用により人体に無害な酸素に分解処理され、気体Ｙは筐体１２の流出側から筐体１２の外部に排出される。
【００８９】
すなわち光触媒反応装置１０Ａは、ハニカム形状等の立体形状の電極表面に光触媒を担持した光触媒作用電極２０を用いることにより、光触媒モジュール１６とハニカム電極１５とを一体化した構成である。
【００９０】
つまり図１に示す光触媒モジュール１６は、３次元網目構造の非導性のセラミック基体の表面に光触媒作用を有する半導体微粒子を担持させた構成であるのに対し、光触媒作用電極２０は、光触媒の基材を導電性の材料とし、導電性の基材に光触媒を担持させることにより光触媒作用による気体浄化機能と放電電極としての機能を兼ね備えた機能電極を形成したものである。
【００９１】
このため、光触媒反応装置１０Ａによれば、装置全体のサイズを小さくすることができ、小型化が可能となるとともに、部品点数を低減できるため、より安価に光触媒反応装置１０Ａを製造することができる。
【００９２】
この際、光触媒反応装置１０Ａの光触媒作用電極２０、オゾン分解電極１７およびハニカム電極１５は、共に立体的であるため、従来求められる電極の放電Ｅに対する強度や信頼性も維持することができる。このため、光触媒反応装置１０Ａの寿命を従来通り維持することができる。
【００９３】
尚、光触媒作用電極２０に担持できる光触媒の量、すなわち光触媒作用による気体浄化機能の上限は、光触媒作用電極２０の厚さに依存する。光触媒作用電極２０に担持すべき光触媒の量は、気体Ｙに含まれる分解対象体の量、排出される気体Ｙに含まれる分解対象体の含有量の制限等の諸条件により決定することができる。
【００９４】
このため、光触媒作用電極２０の厚さは、要求される光触媒作用による気体浄化機能および強度に依存する一方、光触媒作用電極２０の厚さ並びに光触媒の量を設定することにより、気体浄化機能を調整することも可能である。
【００９５】
光触媒作用電極２０の厚さをハニカム電極１５の厚さと同一にできれば、ハニカム電極１５に光触媒を担持させるのみで光触媒作用電極２０を製造できるため、製造コストをさらに低減させることができる。
【００９６】
また、光触媒作用電極２０の気体Ｙの流れ方向からの矢視形状は、六角形を整列配置した形状に限らず、気体Ｙが光触媒作用電極２０の内部を流れることが可能であれば、断面が任意形状の複数の筒状体を整列配置した形状であってもよい。
【００９７】
さらに、気体Ｙが電極内部を流れることが可能で、かつ気体Ｙの流れ方向に厚みを有する立体的な形状あれば、ハニカム形状に限らず、例えば柱状体、厚みを有する板状体あるいはブロック体に複数の貫通孔を設けた形状、同軸上に複数の筒状体を配置した形状、螺旋状形状、格子状形状、三次元網目状形状等の形状であってもよい。
【００９８】
また、光触媒作用電極２０を、断面が六角形のハニカム形状とした場合には、セルサイズが５ｍｍ以上で箔厚が１ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍから０．２ｍｍのハニカム形状とすると、より発行強度が強い放電光を発生させることができるということが実験的に確認されている。
【００９９】
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り、図６は、図５に示す光触媒反応装置１０Ｂにおいて放電Ｅが行われる部位と向きを示す図である。
【０１００】
図５に示された、光触媒反応装置１０Ｂでは、オゾン分解電極１７を取り除いた点が図３に示す光触媒反応装置１０Ａと相違する。他の構成および作用については図３に示す光触媒反応装置１０Ａと実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
光触媒反応装置１０Ｂは、筐体１２の内部に上流側からハニカム電極１５と光触媒作用電極２０とを設け、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０を高圧電源部１３に接続した構成である。
【０１０２】
このため、光触媒反応装置１０Ｂでは、高圧電源部１３によりハニカム電極１５と光触媒作用電極２０との間に電圧が印加されて放電Ｅが行われる。すなわち、光触媒作用電極２０の光触媒は、ハニカム電極１５側からの放電光により活性化せしめられる。
【０１０３】
光触媒反応装置１０Ｂのように、光触媒作用電極２０の光触媒を十分に活性化できれば、光触媒作用電極２０の上流側のみから放電光を照射する構成としてもよい。さらに、光触媒作用電極２０の光触媒を十分に活性化できれば、上流側を光触媒作用電極２０、下流側をハニカム電極１５としてもよい。
【０１０４】
光触媒反応装置１０Ｂによれば、オゾンを分解する必要がない場合には、部品点数をさらに低減させて小型化ないし低コスト化できる。
【０１０５】
尚、光触媒反応装置１０Ｂにおいて、オゾンを分解する必要がある場合には、オゾン分解電極１７を光触媒作用電極２０の下流側に設けて図３に示す光触媒反応装置１０Ａの構成とするのみならず、従来用いられたオゾン分解触媒フィルタ４を光触媒作用電極２０の下流側に設ける構成としてもよい。
【０１０６】
図７は本発明に係る光触媒反応装置の第４の実施形態を示す構成図であり、図８は、図７に示す光触媒反応装置１０Ｃにおいて放電Ｅが行われる部位と向きを示す図である。
【０１０７】
図７に示された、光触媒反応装置１０Ｃでは、オゾン分解電極１７よりも上流側に複数のハニカム電極１５および光触媒作用電極２０を設けた点が図３に示す光触媒反応装置１０Ａと相違する。他の構成および作用については図３に示す光触媒反応装置１０Ａと実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
光触媒反応装置１０Ｃでは、気体Ｙの流路１４上において、オゾン分解電極１７よりも上流側に複数のハニカム電極１５および光触媒作用電極２０が設けられる。例えば、２つのハニカム電極１５と２つの光触媒作用電極２０とが交互に設けられる。
【０１０９】
ただし、ハニカム電極１５および光触媒作用電極２０の数および順序は任意である。
【０１１０】
このため、高圧電源部１３から各ハニカム電極１５および光触媒作用電極２０並びにオゾン分解電極１７に電圧が印加されると図８に示すように各電極間に放電Ｅが生じる。そして、光触媒作用電極２０の光触媒は、各電極間に生じた放電光により活性化せしめられる。
【０１１１】
このため、気体Ｙは、各光触媒作用電極２０の光触媒並びにオゾンの作用により複数回に亘って浄化される。
【０１１２】
すなわち、光触媒反応装置１０Ｃは、ハニカム電極１５と光触媒作用電極２０とを複数個設けることにより、気体Ｙの浄化能力を向上させたものである。光触媒反応装置１０Ｃのようにハニカム電極１５と光触媒作用電極２０の数を調節することにより、気体Ｙの浄化能力を調節することができる。
【０１１３】
図９は本発明に係る光触媒反応装置の第５の実施形態を示す構成図であり、図１０は、図９に示す光触媒反応装置１０Ｄにおいて放電Ｅが行われる部位と向きを示す図である。
【０１１４】
図９に示された、光触媒反応装置１０Ｄでは、オゾン分解電極１７よりも上流側に複数の光触媒作用電極２０のみを設けた点が図７に示す光触媒反応装置１０Ｃと相違する。他の構成および作用については図７に示す光触媒反応装置１０Ｃと実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１１５】
光触媒反応装置１０Ｄでは、気体Ｙの流路１４上において、オゾン分解電極１７よりも上流側に複数の光触媒作用電極２０が設けられる。例えば、２つの光触媒作用電極２０がオゾン分解電極１７よりも上流側に設けられる。
【０１１６】
このため、高圧電源部１３から各光触媒作用電極２０並びにオゾン分解電極１７に電圧が印加されると図１０に示すように各光触媒作用電極２０間および光触媒作用電極２０とオゾン分解電極１７との間に放電Ｅが生じる。そして、光触媒作用電極２０の光触媒は、各電極間に生じた放電光により活性化せしめられる。
【０１１７】
このため、気体Ｙは、各光触媒作用電極２０の光触媒並びにオゾンの作用により複数回に亘って浄化される。
【０１１８】
すなわち、光触媒反応装置１０Ｄは、ハニカム電極１５を設けずに光触媒作用電極２０を複数個設けることにより、気体Ｙの浄化能力を向上させるのみならず、部品点数を低減させて小型化を図ったものである。光触媒反応装置１０Ｄのように光触媒作用電極２０の数を調節することにより、気体Ｙの浄化能力を調節することができる。光触媒反応装置１０Ｄでは、電極に必要なスペースを有効に利用することができる。
【０１１９】
尚、光触媒反応装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを複数個直列に積層する構成や、並列に設ける構成としてもよい。
【０１２０】
また、光触媒反応装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを、気体Ｙの流れを加速するための送風機、予め大きな塵や埃を除去するためのフィルタ手段等の機器を気体Ｙの流路１４上に設ける構成としてもよい。
【０１２１】
また、光触媒反応装置１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄにおいてオゾン分解電極１７をオゾン分解触媒フィルタ４に置換する構成や、オゾン分解電極１７を取り除いた構成としてもよい。
【０１２２】
また、機能電極は、光触媒反応装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに使用する場合のみならず、放電電極内部に気体Ｙや液体等の流体を通過させて気体Ｙと反応させる必要がある装置に使用することもできる。さらに、オゾン分解機能や光触媒による気体Ｙの浄化機能のみならず、他の機能材料を機能電極に設けて気体Ｙに対して所要の作用を与えるように構成することもできる。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒反応装置および機能電極によれば、電極の強度や信頼性を維持することにより寿命を低下させることなく、より小型で安価に気体を浄化することができる。
【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】図１に示す光触媒反応装置において放電が行われる部位と向きを示す図。
【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】図３に示す光触媒反応装置において放電が行われる部位と向きを示す図。
【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】図５に示す光触媒反応装置において放電が行われる部位と向きを示す図。
【図７】本発明に係る光触媒反応装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】図７に示す光触媒反応装置において放電が行われる部位と向きを示す図。
【図９】本発明に係る光触媒反応装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図１０】図９に示す光触媒反応装置において放電が行われる部位と向きを示す図。
【図１１】従来の光触媒反応装置の構成図。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  光触媒反応装置
１１  単位構造体
１２  筐体
１３  高圧電源部
１４  流路
１５  ハニカム電極
１６  光触媒モジュール
１７  オゾン分解電極
２０  光触媒作用電極
Ｙ  気体
Ｅ  放電
【図１】
2005040655.tif 000003
【図２】
2005040655.tif 000004
【図３】
2005040655.tif 000005
【図４】
2005040655.tif 000006
【図５】
2005040655.tif 000007
【図６】
2005040655.tif 000008
【図７】
2005040655.tif 000009
【図８】
2005040655.tif 000010
【図９】
2005040655.tif 000011
【図１０】
2005040655.tif 000012
【図１１】
2005040655.tif 000013