JP2001321639A - 光触媒式ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光触媒を使ったガス中の有害成分の分解浄化
装置において、厚みのある触媒担体層の内部まで光を均
等に届かせ、しかも触媒層の中のガスの流れも均一化さ
せることにより、光触媒を使った性能のよいガス中の有
害成分の分解浄化装置を実現する 【構成】 光触媒を担持したガスが通過できる触媒担体
１のガス流れ方向上流側または下流側または両側に直管
状の紫外線放電灯２を配置する。その放電灯の反射板と
して小さい孔が多数開いたいわゆるパンチングメタルよ
りなる２次元放物面鏡３が、その放物面の焦点線上に放
電灯が配置されるように設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は空気中に放出された有
害物質などを化学分解して、無害化する光触媒を利用し
たガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学合成接着剤などの化学物質を利用し
た建築材料から空気中に出てくるアルデヒド類などの有
害物質や大気汚染物質を除去するため、従来は活性炭な
どの吸着剤が利用されていた。吸着剤は一定量の物質を
吸着するとそれ以上を吸着しなくなるので、吸着剤の交
換または吸着剤の再生をしなければならない。再生の場
合は吸着されていた有害物質がまた放出されるのでその
処理を考えなければならない。

【０００３】近年、酸化チタンなどの物質に紫外線を照
射すると、酸化チタンが励起され、強力な酸化作用を持
つようになることが知られ、光触媒作用として、これを
空気中の有害物質や匂い物質の分解浄化装置として利用
することが試みられている。この方法では、吸着剤のよ
うな一定量の吸着で吸着剤を交換しなければならないな
どの問題がなく、その開発に大きな期待が寄せられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし光触媒で十分な
分解作用を行わせるためには、触媒と有害物質との接触
を十分に行わせなければならないので、触媒層はガスと
の接触面積が大きく、つまり触媒担体を密にし、触媒層
流れ方向の奥行き厚さも厚くしなければならない。触媒
担体が密で、触媒層の流れ方向の奥行き厚さも厚いと触
媒層の内部まで紫外線を均等に照射することは難しいと
いう問題がある。またガスの流速を低くして、十分な接
触時間を持たせるためには流れを均一化しなければなら
ないという問題もある。

【０００５】図１，２，３は光触媒担体内部の面までに
一様に光を照射することの難しさを示す説明図で、図１
（ａ）は直管状ランプをハニカム状の触媒担体の前また
は後ろに設置した斜視図で、１はハニカム状の触媒担
体、２は直管状の紫外線放電灯である。（ｂ）はランプ
を触媒担体に接近させておいた場合の、ハニカム内への
光の到達深さを模式的に示したもので、ハニカムの中央
部では光は内部まで届くが、端の方はほとんど光がハニ
カム内部には到達できないことを示している。（ｃ）は
ランプをハニカムから離して置いた場合で、ハニカムの
端の部分でも多少光が内部に入るようになるが、光の照
射強度がランプを離した分、低くなってしまう。図２
（ａ）は光が有効に触媒担体に当たるようにハニカムを
２分してランプの両側に設置した場合で、同図（ｂ）に
示すようにハニカムが薄い分、光の透過が良くなってい
るがハニカムの端の方は透過が十分ではなく、コストも
かさむ。図３（ａ）は触媒担体にランプを挿入する切込
みを持たせ、触媒担体を板状のものにしたものの斜視図
で、同図（ｂ）に示すように光は有効に触媒に当たる
が、ガスの流れと触媒の接触がガスの通過場所により異
なるので、性能が悪くなる。触媒面に沿ってランプを多
数並べるなどの方法も考えられるが、それではコストが
かさみ、また電力消費も大きくなるという問題もある。
ランプからの光を反射板を用いて光触媒面に均一に照射
させることも考えられるが、その場合は、反射板がガス
の流れを乱して、均一な流れが得られ難い。流速の速い
ところでは有害物質が分解されずに出てくる可能性があ
り、浄化機能が損なわれるという問題が生ずる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は光触媒の
機能を十分に生かすため、触媒担体のガス流れ方向の奥
行き内部まで光を比較的均等に照射でき、しかもガスの
流れも均一化する構造を提供するものである。その手段
は、触媒担体のガス流れ方向の上流側または下流側に直
管状の紫外線ランプを設置し、そのランプからの放射光
が無駄なく触媒面に照射されるように、反射板を設置す
る。しかも触媒担体層の内部まで光が均等に到達するよ
うにハニカム状の触媒担体を用いて、ハニカムの個室の
軸方向にほぼ平行な光が照射されるように、反射板は２
次元放物面とし、その放物面の焦点線上にランプを設置
する。ランプが完全な点光源又は線光源ならば、放物面
鏡で完全な平行光線が得られるが、ランプはある直径の
太さがあるので光は平行光線に近いが、いくらかの広が
り角度を有している。この広がり角があるために、光軸
に平行なハニカム内壁にも光が当たることになる。反射
板はガスの流れを阻害することになるが、反射板に小さ
い孔を均等に開けると、逆にガスの流れを均等化させる
整流板の働きをさせることができる。

【０００７】厚みのある触媒担体層の内部まで光を均等
に届かせ、しかも触媒層の中のガスの流れも均一化させ
るという目的をランプの必要数も少なく、穴明きシート
メタルによる２次元放物面鏡という加工の容易な、つま
り低コストで少数の部品点数で実現した。

【０００８】

【実施例】図４は本発明の１実施例のハニカム状の光触
媒担体と紫外線発光の放電灯とその反射板とを示す一部
破断斜視図であって、図５はその断面図である。図６は
本発明の光触媒式ガス浄化装置の１実施例の全体縦断面
図である。図４において、ハニカム状の触媒担体１に、
紫外線を照射する直管状の放電灯２の反射板３が、図
４、図５に示すような関係位置に設置されている。３の
反射板はその断面が図５に示されているように放物線と
なるように、多数の小孔４が一様に開いた金属の板を曲
げて、内面を紫外線が鏡面反射するようにした樋状の放
物面鏡であり、その断面放物線の焦点を連ねた焦点線上
に放電灯２は設置されている。放電灯２から放射された
紫外線は反射板３で反射されて、６ａ〜６ｄの矢印線で
示すように、７で示す中心線にほぼ平行した光軸を持っ
た光線になる。光源の放電灯にはある太さがあるので、
そのような光源からの光線は図５において角度αで示す
ように、いくらかの広がり角を持っている。そのため光
軸に平行なハニカム側壁に光が薄い照射角度ではあるが
照射されることになる。

【０００９】図７は図５の断面とは９０°向きの異なる
断面である、ランプ長手方向の断面を示したもので、８
の矢印群はランプからの放射光の向きと光線強度の一般
的関係を示したものである。ランプ長手方向の断面で見
るとランプからの放射はランプ直角方向に最も強いが、
光線広がり角度は１８０°あり、ハニカム側壁に光線は
捕えられ、ハニカム深部に到達する光量は非常に少なく
なると考えられる。そこでランプ長手方向ハニカム断面
は図７に示すように目が粗く、ランプ直角方向のハニカ
ム断面は図５に示すように目の細かい、図４の斜視図に
示すような形状にすると、ハニカム深部まで到達する光
量が多くなり、ハニカム側壁に照射される光量がハニカ
ム深部までほぼ一様になるようにすることができる。

【００１０】前記のような縦横比の異なるハニカムを作
る方法の一例を示したものが図８である。９ａ〜９ｄで
示す平板状の紙と１０ａ〜１０ｃで示す型折紙を接着し
て重ね合わせると、図４に示すような縦横比の異なるハ
ニカムを容易に作ることができる。プラスチックやセラ
ミックなど他の素材でハニカムを作るときも類似の方法
で作ることができる。

【００１１】光触媒式ガス浄化装置の全体構成は、図６
にその１実施例を示すように、ガス流入口１１と、ガス
流出口１２を有する筒状の容器５の中に光触媒担体と、
該光触媒担体に紫外線を照射する放電灯、多数の小孔の
開いた反射板など二組を設置したもので、よい性能を得
るためには、光触媒担体内部を流れるガス流は緩やかな
一様流速、例えば１メートル／秒以下の流速がよいとさ
れる。１１，１２のガス流入、流出口にはダクトが接続
し易いように円筒形状のダクト接続口が設けられてい
る。１例として１辺３００ｍｍの正方形断面を持ったハ
ニカム状光触媒担体内の平均風速を０．８ｍ／ｓｅｃ，
１１，１２のガス流入、流出口内の流速を４ｍ／ｓｅｃ
とするには円筒形状のダクト接続口の内径は約１５０ｍ
ｍになる。反射板３ａ，３ｂの小孔通る流速も４ｍ／ｓ
ｅｃの程度とすると孔面積は反射板の投影面積３００ｍ
ｍ×３００ｍｍの約５／１でよいことになり、図９に一
例を示す孔配列と相似な程度の穴明き板により反射板を
構成すればよい。孔のために光線が反射せずに失われる
割合は約２０％の程度で、８０％は有効に反射される。

【００１２】図６にはガスを送風する送風機は図示して
いないが、１１，１２の接続口に送風機は接続してもよ
いし、１１，１２に接続したダクトに送風機を設けても
よい。また図６の５で示す筒状容器の中に送風機を配置
することもできる。図６の１４はガスの中の塵埃を除去
するフィルターを設置した場合を示したものである。

【００１３】図５において１３ａ，１３ｂは光線の反射
板であり、これがない場合には同図１４の矢印線で示す
ようなハニカムに斜めに当たる光線がハニカムの内部に
は入らず、端部だけを照射することになるので、あまり
有効ではない。そこでランプからハニカムに直接斜めに
放射される光線は生じないように、ランプのハニカムに
向き合っている側にランプと同心の円弧面の反射板にて
光源に反射させて戻し、放物面の反射鏡に向かう光線の
み発生するようにして、ハニカムの深部まで一様に光線
を到達させるようにするものである。ただし放物面鏡３
からの反射光がこの１３ａ，１３ｂの反射板によってハ
ニカムの中央部に陰になる部分が生じるのでその部分に
ランプからの直接光が届くように、１３ａと１３ｂの反
射板の間にスリットを設けている。このようにすること
により光線をより無駄なく、ハニカム内面にもより均一
に照射させることができる。しかしこの１３ａと１３ｂ
の反射板は光触媒機能を働かせるために必ず必要という
ものではなく、より機能を高めるためのものである。

【００１４】図１０，図１１は変形例を示したもので、
図１０は触媒担体の両側から紫外線を照射するようにラ
ンプを両側に設置した例であり、図１１は２個のランプ
並べて触媒担体に紫外線照射をするようにしたものであ
る。図１０，図１１を組み合わせた両側にランプを２個
ずつ配置したものや、触媒担体をガスの流れ方向に多段
に配置するなどさまざまな変形が考えあられるのは勿論
である。また反射板は金属版で作る以外にプラスチック
やガラスなど他の素材を用いることも可能である。触媒
担体の素材も同様に紙以外にセラミックスやプラスチッ
クまたは無機質繊維の不織布などさまざまなものが考え
られる。光触媒は現在は酸化チタンが最も有力である
が、シリカゲルやゼオライトなど吸着剤と併用すること
も考えられる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光触媒式ガ
ス浄化装置は１本の放電灯でハニカム状触媒担体の中央
部から端の方のハニカム内面まで紫外線照射が可能で、
しかも２次元放物面鏡は板金を曲げて容易に製造できる
という利点もある。さらに反射板はガスの流れを整流す
る作用も兼ねるものでコストの点でも優れている。建材
からの有害ガスの放出などの問題に有力な解決策を与え
るものと期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】

【図２】

【図３】発明が解決しようとする課題である触媒担体内
部に光を照射することの難しさを説明するための図

【図１】（ａ）触媒担体にランプを配置した斜視図であ
る。

【図１】（ｂ）ランプが触媒担体に近い場合のハニカム
内への光の届き方を示す図である。

【図１】（ｃ）ランプが触媒担体から離れている場合の
ハニカム内への光の届き方を示す図である。

【図２】（ａ）触媒担体ハニカムを２分した場合の斜視
図である。

【図２】（ｂ）触媒担体ハニカムを２分した場合のハニ
カム内への光の届き方を示す図である。

【図３】（ａ）触媒担体をランプ挿入に切り欠きを有す
る板状のものにした場合の斜視図である。

【図３】（ｂ）触媒担体をランプ挿入に切り欠きを有す
る板状のものにした場合の担体内への光の届き方を示す
図である。

【図４】本発明の１実施例のハニカム状の光触媒担体と
紫外線発光の放電灯とその反射板とを示す一部破断斜視
図

【図５】図４のランプに直角な方向の断面図

【図６】本発明の１実施例の光触媒式ガス浄化装置の全
体構成の断面図

【図７】図４のランプ長手方向の断面図

【図８】図４に示す縦横比の異なるハニカムの作り方の
１例を示す図である。

【図９】本発明の１実施例の反射板のガス通気孔の割合
の１例を示す図である。

【図１０】本発明の１変形例の断面図である。

【図１１】本発明の別な変形例の断面図である。

【記号の説明】

１ 光触媒担体 ２ 紫外線放電灯 ３ 放物面反射鏡 ４ 放物面反射鏡の通気孔 ５ 装置外箱 ６ａ〜６ｄ 反射光線を示す矢印線 ７ 反射板からの反射光に平行なランプを通る中心線 ８ ランプの長手方向断面内の放射の方向と放射強度の
関係を示す矢印線 ９ａ〜９ｄ 縦横比の異なるハニカムを作る方法の１例
の型折紙の断面 １０ａ〜１０ｄ 縦横比の異なるハニカムを作る方法の
１例の平紙の断面 １１ ガス流入口 １２ ガス流出口 １３ａ，１３ｂ 反射板 １４ 塵埃フィルター

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスの流入開口と流出開口を有する筒状
   の容器の中に、ガスが通過できる構造になっている光触
   媒担体に紫外線を照射する放電灯と、放電灯からの光を
   触媒担体に当たるように装着した反射体を有し、前記流
   入開口から流入したガスが触媒担体を通過して、前記流
   出開口から出る間に、ガス中の有害成分を光触媒の酸
   化、還元作用により分解浄化する作用を有するガス浄化
   装置において、触媒担体に対するガス流の上流側および
   下流側、またはいずれか一方に設置した直管状の放電灯
   と、該放電灯からの放射光に平行に配置した穴が開いて
   いる樋状反射板を備え、流入したガスが前記穴を通過し
   て流れることにより、前記触媒担体を通過するガス流の
   流速分布が均等化されることを特徴とする光触媒式ガス
   浄化装置。
2. 【請求項２】 前記穴の開いている樋状の反射板の形状
   が多数の小孔が開いた２次元の放物面に近い形状であ
   り、該放物面のほぼ焦点線上に前記直管状の放電灯が設
   置されていることを特徴とする請求項１に記載する光触
   媒式ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 前記直管状の放電灯の前記触媒担体に面
   している側に、放電灯からの直射光が前記触媒担体に斜
   め方向に直接当たらないように、前記直管状放電灯の触
   媒担体に面する側に樋状の反射板をせっちしたことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載する光触媒式ガ
   ス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記触媒担体が前記直管状放電灯の管軸
   に平行な方向の面は蜜に、前記放電灯の管軸に直角な面
   は疎に配置されているハニカム形状であることを特徴と
   する請求項１、請求項２または請求項３に記載する光触
   媒式ガス浄化装置。