JP2004105811A

JP2004105811A - 光触媒反応装置

Info

Publication number: JP2004105811A
Application number: JP2002269134A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Shimura; 志村　尚彦; Noboru Segawa; 瀬川　昇; Sukeyuki Yasui; 安井　祐之; Kuniyuki Araki; 荒木　邦行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4253480B2

Abstract

【課題】アーク放電が発生することなく安定したコロナ放電により、より強い放電光を発生させ、より効果的なガス清浄あるいは脱臭機能を有する光触媒反応装置である。
【解決手段】光触媒反応装置１０は、分解対象物質媒体の流路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２０と、少なくとも一方が誘電体２２により覆われた正負極の金属電極２１，２１を具備するプラズマ発生電極部１９と、電源部１８とで構成される。そして、この電源部１８により正負極の金属電極２１、２１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２０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２０の内部あるいは近傍の分解対象物質媒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

Description

【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、空気等の分解対象物質媒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１１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】
ガス６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べく、強い光を発生させて光触媒に照射する必要がある。強い放電光を得るためには、電源４の電力を増加させる必要がある。
【０００７】
しかし、従来の光触媒反応装置１においては、金属電極板３，３に与える電力の増加に伴い、金属電極板３，３間で発生する放電は、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、金属電極板３，３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。このため、強い放電光を得て、光触媒反応装置１のガス中の清浄あるいは脱臭機能を向上させることが困難であった。
【０００８】
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、アーク放電が発生することなく安定したコロナ放電により、より強い放電光を発生させ、より効果的なガス清浄あるいは脱臭機能を有する光触媒反応装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、分解対象物質媒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、少なくとも一方が誘電体により覆われた正負極の金属電極を具備するプラズマ発生電極部と、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分解対象物質媒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２に記載したように、前記分解対象物質媒体を含み、金属電極間から発生させる放電光の作用により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分解対象物質媒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。
【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。
【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。
【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５に記載したように、前記光触媒モジュールは、三次元網目構造あるいはハニカム構造であ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６に記載したように、前記誘電体は、セラミックスであ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７に記載したように、前記光触媒モジュールと誘電体とは単一の部材で構成され、かつ放電は誘電体を介してなされるようにした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８に記載したように、前記金属電極は、網目構造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９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、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体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。
【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１０に記載したように、前記光触媒モジュールは、筒状に構成され、光触媒モジュールの内部において、前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体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。
【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１１に記載したように、前記金属電極と誘電体とは、誘電体表面に金属を蒸着あるいは接着する方法で製造され、一体化され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１２に記載したように、前記プラズマ発生電極部を複数個設け、ある１つのプラズマ発生電極部の金属電極と、この金属電極に最近傍の別のプラズマ発生電極部の金属電極とは、同じ符号の極であ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１３に記載したように、前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも下流にオゾン分解処理機構を設けた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１４に記載したように、前記分解対象物質の流路中に送風機を設けた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１５に記載したように、前記電源部は、間欠動作する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１６に記載したように、前記分解対象物質媒体は、気体、液体または気液混合体であ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１７に記載したように、前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも上流にプレフィルタを設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
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、前記プレフィルタは、電気集塵フィルタであることを特徴とするものである。
【００２７】
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１９に記載したように、前記正極の金属電極と負極の金属電極とは、形状が異なり、局所的に強い電界が形成される構成としたことを特徴とするものである。
【００２８】
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２０に記載したように、前記正負の金属電極は、一方の幅が他方の幅よりも広い板状に構成されることを特徴とするものである。
【００２９】
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２１に記載したように、前記電源部は、パルス電源、周波数１０ｋＨｚ以上の高周波電源あるいは交流電源であることを特徴とするものである。
【００３０】
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２２に記載したように、前記パルス電源は、デューティ比０．５以下の短パルス電源であることを特徴とするものである。
【００３１】
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２３に記載したように、前記パルス電源、高周波電源あるいは交流電源には、波高値の５０〜９０％に相当する直流バイアスが重畳されることを特徴とするものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光触媒反応装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
光触媒反応装置１０は、筒状の光触媒ケーシング１１内に、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の分解対象物質媒体である浄化対象ガスが流れる流路１２が形成され、この流路１２中に上流側から下流側に向かってプレフィルタ１３、送風機１４、単位構造体１５およびオゾン分解処理機構としてのオゾン分解触媒１７を設け、さらに単位構造体１５に電線１６を介して電源部１８を設けた構成である。
【００３５】
単位構造体１５は、プラズマ発生電極部１９と光触媒モジュール２０とで構成される。
【００３６】
単位構造体１５のプラズマ発生電極部１９は、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂと誘電体２２とで構成される。２枚の金属電極２１ａ、２１ｂは向かい合う位置に配置され、一方の金属電極２１ａの、他方の金属電極２１ｂ側の表面は誘電体２２で覆われる。金属電極２１ａを覆う誘電体２２は、比誘電率は大きいものがより効果的であり、ガラス、雲母またはセラミックスを用いることが望ましい。ただし、所要の比誘電率を有すれば、その他の物質の誘電体２２としてもよい。
【００３７】
プラズマ発生電極部１９の２枚の金属電極２１ａ、２１ｂには電線１６が接続され、電源部１８にそれぞれ導かれる。
【００３８】
一方、単位構造体１５の光触媒モジュール２０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。
【００３９】
光触媒モジュール２０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１５の光触媒モジュール２０は、プラズマ発生電極部１９の一方が誘電体２２で覆われる２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで挟持される。
【００４０】
さらに、光触媒モジュール２０は、光触媒ケーシング１１で形成される流路１２の途中に、プラズマ発生電極部１９の２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで挟持された状態で、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが光触媒モジュール２０の内部を通過することができる位置に設けられる。
【００４１】
次に、光触媒反応装置１０の作用について説明する。
【００４２】
まず、光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中に清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流入される。流路１２中に流入された浄化対象ガスは、送風機１４により所要の流速にされる。すなわち、浄化対象ガスが自然対流により循環するのみでは、浄化対象ガスの流速が十分に得られない場合あるいは対流が発生しない場合がある。このため、浄化対象ガスの流速が所要の流速となるように、光触媒ケーシング１１の流路１２中に設けられる送風機１４により強制的に対流を起こして、必要となる浄化対象ガスの流速が確保される。
【００４３】
尚、送風機１４の数は任意であり、送風機１４を配置する位置も光触媒ケーシング１１の流路１２中のプレフィルタ１３あるいは単位構造体１５の上流下流を問わず、あるいは単位構造体の内部に配置する構成としてもよく、強制的に浄化対象ガスの対流を起こして、所要の流速を得ることができればよい。さらに、浄化対象ガスの自然対流のみで十分な、流速を得られる場合は、必ずしも設けなくてもよい。
【００４４】
次に、送風機１４により所要の流速とされた浄化対象ガスは、プレフィルタ１３を通過する。プレフィルタ１３において浄化対象ガスに含まれる比較的大きな塵や埃、または光触媒反応装置１０により除去して浄化処理できないものが除去される。
【００４５】
すなわち、浄化対象ガスに比較的大きな塵や埃が含まれると、光触媒ケーシング１１内のプレフィルタ１３よりも下流の流路１２中において通過する単位構造体１５の光触媒モジュール２０の狭隙部に詰まり、または光触媒を覆い機能や性能の低下あるいは破損を引き起こす恐れが発生する。同様に、浄化対象ガス中の塵や埃は、その他の構成部材においても機能低下あるいは破損の原因となる。
【００４６】
そこで、プレフィルタ１３により浄化対象ガスは予め除塵される。除塵用のプレフィルタ１３としては、公知技術である電気集塵フィルタの利用が効果的である。
【００４７】
電気集塵フィルタは、正負の集塵用電極板を具備するコレクタ部とイオン化部で構成される。空気等の浄化対象ガスは、電気集塵フィルタのイオン化部およびコレクタ部の集塵用電極板間に導かれる。さらに、電気集塵フィルタのイオン化部に設けられた放電部に電圧が架けられることで、イオン化部において空気等の浄化対象ガス中にイオンが発生する。
【００４８】
イオン化部に発生したイオンの作用により、イオン化部を流れる浄化対象ガス中の酸素は、プラスの酸素イオンに変わる。さらに、このプラスの酸素イオンが、浄化対象ガス中の塵や埃に付着して、塵や埃は電荷を帯びた浮遊粒子となる。
【００４９】
電荷を帯びた浮遊粒子となった塵や埃は、電圧が架けられたコレクタ部の集塵用電極板に吸着せしめられる。この結果、浄化対象ガスの塵や埃は除去される。
【００５０】
尚、プレフィルタ１３の数は任意であり、プレフィルタ１３を配置する位置も光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中の単位構造体１５の上流であればよい。プレフィルタ１３は、電気集塵フィルタ以外の構成のものを使用することも可能であり、また、複数の異なる構造のプレフィルタ１３を複合的に使用する構成としてもよい。逆に、十分に除塵された浄化対象ガスを浄化の対象とする場合、あるいは予め浄化対象ガスを除塵する必要がない場合は、必ずしもプレフィルタ１３を設ける必要はない。
【００５１】
プレフィルタ１３により除塵された浄化対象ガスは、単位構造体１５の光触媒モジュール２０に導かれる。
【００５２】
一方、電源部１８の作用により、単位構造体１５のプラズマ発生電極部１９が有する２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間には電圧が印加される。この結果、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ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、電源部１８から電線１６を介して、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間に高い電圧が印加されると、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂのうち負極となった側の金属電極２１ａから放電が起こり、放電光である紫外線が発生する。
【００５３】
このとき、プラズマ発生電極部１９の２枚の金属電極２１ａ、２１ｂのうち一方の金属電極２１ａは、誘電体２２で覆われるため、放電は、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２１ｂと負極側の金属電極２１ａの間に形成される電界には誘電体２２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２１ａは誘電体２２で覆われるため、破損が防がれ保護される。
【００５４】
２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間に発生した紫外線は、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで挟持された光触媒モジュール２０が担持する酸化チタン等の光触媒を照射する。光触媒が紫外線により照射されると、光触媒は活性化状態となり、浄化対象ガス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。
【００５５】
さらに、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間に発生したコロナ放電に伴い、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。すなわちオゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用により、分解対象物質を分解する。
【００５６】
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、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。
【００５７】
一方、単位構造体１５の光触媒モジュール２０は、光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中に設けられる。この流路１２中には、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流れる。このため、光触媒モジュール２０内において、浄化対象ガスは、オゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用により、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の物質の分解、浮遊菌の除菌および不活性化が行われ浄化および脱臭される。
【００５８】
また、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ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。
【００５９】
光触媒モジュール２０において浄化および脱臭された浄化対象ガスは、光触媒ケーシング１１で形成される流路１２の単位構造体よりも下流に設けられたオゾン分解触媒１７に導かれる。このとき、浄化後の浄化対象ガスには、プラズマ発生電極部１９のコロナ放電により生成されたオゾンのうち有害物質を反応せずに、排出されたオゾンが含まれる。
【００６０】
単位構造体１５において浄化対象ガスと混合した有害物質と未反応のオゾンは、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、浄化後の浄化対象ガスからは、オゾンを分解する必要がある。
【００６１】
そこで、オゾン分解触媒１７において、浄化後の浄化対象ガスに含まれるオゾンが、人体に無害な酸素に分解処理される。オゾン分解触媒１７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１７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。
【００６２】
尚、オゾン分解触媒１７の数は任意であり、オゾン分解触媒１７を配置する位置も光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中の単位構造体１５の下流であればよい。また、浄化対象ガスに含まれる未反応のオゾンの量が所定の濃度以下である場合、あるいは浄化対象ガスが大気中に排出されない場合等、オゾンの分解処理が不必要である場合は、必ずしもオゾン分解触媒１７を設ける必要はない。
【００６３】
オゾン分解触媒１７において、含有するオゾンを分解処理され無害化された浄化後の浄化対象ガスは、光触媒反応装置１０の外部に排出される。
【００６４】
すなわち、光触媒反応装置１０は、一方を誘電体２２で覆った２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで光触媒を担持させた光触媒モジュール２０を挟持し、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ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、空気等の浄化対象ガスを浄化する構成である。
【００６５】
また、光触媒反応装置１０は、光触媒モジュール２０通過前には、浄化対象ガスは予めプレフィルタ１３により除塵される一方、光触媒モジュール２０通過後には、オゾン分解触媒１７において、浄化対象ガスに含まれることとなった有害なオゾンを分解処理して無害化する構成である。
【００６６】
このため、光触媒反応装置１０は、汚れ成分を除去する洗浄、汚れ成分の付着を防止する防汚、殺菌、脱臭、空気の清浄、排気処理、水の清浄、廃水処理、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。
【００６７】
光触媒反応装置１０において、空気等の浄化対象ガス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。
【００６８】
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１５のプラズマ発生電極部１９が有する２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ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、電源部１８の電力を増加させて２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間により大きい電圧を印加する必要がある。
【００６９】
しかし、従来の光触媒反応装置１においては、金属電極板３，３間に与える電力の増加に伴い、金属電極板３，３間で発生する放電は、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、金属電極板３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。このため、強い放電光を得て、光触媒反応装置１の浄化対象となるガス中の清浄あるいは脱臭機能を向上させることが困難であった。
【００７０】
そこで、光触媒反応装置１０では、単位構造体１５のプラズマ発生電極部１９において、誘電体２２で金属電極２１ａ，２１ｂの一方を覆うことにより、金属電極２１ａ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が可能となった。
【００７１】
また、光触媒反応装置１０では、送風機１４を光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中に設けることで、浄化対象ガスの安定した所要の流速を得ることが可能である。このため、光触媒反応装置１０の浄化機能とともに浄化対象ガスの浄化を継続して安定的に実施することが可能である。
【００７２】
また、光触媒反応装置１０では、プレフィルタ１３を光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中の単位構造体１５の光触媒モジュール２０よりも上流に設けることにより、光触媒モジュール２０における光触媒の作用による浄化に先駆けて、予め塵や埃を除去することができる。このため、光触媒反応装置１０の浄化機能を損なうことなく維持し、安定的に浄化対象ガスの浄化を実施することが可能である。さらに、光触媒モジュール２０における光触媒の作用およびプレフィルタ１３の作用を複合的に用いることにより浄化対象ガスの浄化効果を向上させることができる。
【００７３】
また、光触媒反応装置１０では、オゾン分解触媒１７を光触媒ケーシング１１で形成される流路１２中の単位構造体１５の光触媒モジュール２０よりも下流に設けることにより、単位構造体１５で発生し、有害物質と反応せずに残った過剰なオゾンを分解処理して無害化することができる。
【００７４】
ところで、金属電極２１ａを覆う誘電体２２には、電圧が印加される。このため、電源部１８で発生する電力の一部は、誘電体２２で損失する。したがって、この誘電体２２における電力損失を低減させるためには、誘電体２２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２２の材料としては、比誘電率が大きいガラス、雲母またはセラミックを用いることで、誘電体２２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。
【００７５】
さらに、誘電体２２の厚さをより薄くすることで、誘電率が増加し、電源部１８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２２の厚さは、誘電体２２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。
【００７６】
次に、電源部１８の構成について説明する。
【００７７】
電源部１８には、パルス電源、交流電源あるいは高周波電源を用いることが望ましい。
【００７８】
電源部１８としてパルス電源を使用する場合、直流電源よりも容易に大きな電力をプラズマ発生電極部１９に投入することができる。このため、光触媒反応装置１０の小型化が可能となる。さらに、電源部１８として、デューティ比０．５以下の短パルス電源とすることで、プラズマ発生電極部１９に投入する電力を大きくすることができる。
【００７９】
電源部１８として交流電源を使用する場合、電源部１８の構成は、単純化することができる。このため、電源部１８に必要なコストを低減させることが可能となる。さらに、交流電源による放電は、直流電源による放電に比べ容易に大きな電力をプラズマ発生電極部１９に投入することができる。したがって、交流電源による電源部１８は、低価格で中規模の光触媒反応装置１０に適する。
【００８０】
電源部１８として高周波電源を使用する場合、高周波電源の動作周波数が１０ｋＨｚ以上であると、プラズマ発生電極部１９への投入電力を増大することが可能となる。このため、高周波電源による電源部１８では、プラズマ発生電極部１９に大きな電力を投入することが可能となる。したがって、光触媒モジュール２０が比較的大容量のあるいは高濃度の浄化対象ガスを対象とする光触媒反応装置１０に適用するときに有効である。
【００８１】
さらに、高周波電源の周波数が１５ｋＨｚ以上になると、高周波電源の動作音が人間の可聴範囲外となる。このため、周波数が１５ｋＨｚ以上の高周波電源を電源部１８として使用すれば、電源部１８の動作音が知覚されず、動作音が規制される環境においては、防音設備を設けることなく容易に光触媒反応装置１０の使用が可能となる。
【００８２】
また、電源部１８では、パルス電源、交流電源あるいは高周波電源に波高値の５０〜９０％に相当する直流バイアスを重畳することで、プラズマ発生電極部１９における放電発生の要素である偶存電子の個数を安定化させることができる。このため、プラズマ発生電極部１９における放電開始電圧あるいはスパーク移行電圧のばらつきが小さくなり、光触媒反応装置１０の安定動作を確保が容易となる。
【００８３】
さらに、電源部１８としてパルス電源を使用する場合においては、波高値の５０〜９０％に相当する直流バイアスを重畳すると、電源部１８をパルス電源単独とする場合に比べてパルス電圧を低減させることができる。このため、パルス電源を使用する電源部１８を小型化することが可能となる。
【００８４】
ところで、電源部１８としてパルス電源あるいは交流電源を使用する場合、１パルスあるいは１周期当たりの放電入力エネルギは光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスの組成、プラズマ発生電極部１９の金属電極２１ａ，２１ｂの形状あるいは２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間隔により決定される。
【００８５】
一方、電源部１８からプラズマ発生電極部１９に入力される１パルスまたは１周期当たりの放電入力エネルギをＥ［Ｊ］、繰返し周期をｒ［ｐｐｓ］または［Ｈｚ］とすると、電源部１８からプラズマ発生電極部１９に投入される投入電力はＥ×ｒ［Ｗ］で定義される。そこで、電源部１８は間欠動作動作させることで、電源部１８からプラズマ発生電極部１９に投入される投入電力を繰返し周期ｒによらず一定にすることができる。
【００８６】
電源部１８の間欠動作における動作と非動作の比である変調度は、必要となる投入電力をＰ０［Ｗ］、１パルスまたは１周期当たりの投入エネルギをＥ０［Ｊ］、繰返し周期をｆ［ｐｐｓ］または［Ｈｚ］とすると式（１）で表される。
【００８７】
【数１】
Ｐ０／Ｅ０×ｆ　　……（１）
例えば電源部１８からプラズマ発生電極部１９に投入される必要となる投入電力が１０［Ｗ］、１パルスあたりの投入エネルギが５０［ｍＪ］、繰返し周期が２０［ｋＨｚ］である場合、変調度は式（１）から、式（２）のように求められる。
【００８８】
【数２】

となる。すなわち、電源部１８からプラズマ発生電極部１９に投入される必要となる投入電力が１０［Ｗ］、１パルスあたりの投入エネルギが５０［ｍＪ］、繰返し周期が２０［ｋＨｚ］である場合、変調度は０．０１であり、１秒あたり１０ミリ秒間だけ動作する動作モードが必要となる。
【００８９】
電源部１８における動作モードを、１秒あたり１０ミリ秒間動作する動作モードとするのは一例であり、２秒に１度２０ミリ秒間動作する動作モード、あるいは１秒に２度５ミリ秒間動作する動作モードとしてもよい。
【００９０】
電源部１８において動作モードを設定する方法としては、電源部１８における駆動電源の一次側、例えば交流１００Ｖ入力をサイリスタあるいはトランジスタ等のスイッチング素子を用いてオンオフ動作する方法、電源部１８における高電圧の出力回路中に変調部を設ける方法、電源部１８における動作繰返し数を規定する発振回路に変調を加える方法がある。
【００９１】
一方、電源部１８として直流電源を用いた場合も、電源部１８からプラズマ発生電極部１９に投入される投入電力は、光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスの組成、プラズマ発生電極部１９の金属電極２１ａ，２１ｂの形状あるいは２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間隔により決定される。
【００９２】
このため、電源部１８として直流電源を用いた場合も、電源部１８が間欠動作を行うようにすることで、電源部１８の電圧を変化させることなく電源部１８を連続動作させる場合よりも低電力による浄化動作を可能とすることができる。
【００９３】
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。
【００９４】
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１５Ａにおけるプラズマ発生電極部１９Ａの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂが共に誘電体２２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。
【００９５】
光触媒反応装置１０Ａは、単位構造体１５Ａにおけるプラズマ発生電極部１９Ａの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂが共に誘電体２２で覆われた状態で、光触媒モジュール２０を挟持する構成である。
【００９６】
光触媒反応装置１０Ａでは、単位構造体１５Ａにおけるプラズマ発生電極部１９Ａの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂが共に誘電体２２で覆われ同じ構成である。このため、プラズマ発生電極部１９Ａ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。さらに、誘電体２２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２２で覆われた金属電極２１ａ，２１ｂ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。
【００９７】
光触媒反応装置１０、１０Ａのように、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂは、少なくとも一方が誘電体２２で覆われればよい。また、金属電極２１ａ，２１ｂと誘電体２２とは必ずしも密着する必要はない。誘電体２２が２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの間に介在し、金属電極２１ａ、２１ｂ同士を誘電体２２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、また形状も任意である。
【００９８】
図３は本発明に係る光触媒反応装置の第２の実施形態を示す上面図であり、図４は図３の光触媒反応装置１０Ｂの単位構造体１５Ｂの側面図である。
【００９９】
図３および図４の光触媒反応装置１０Ｂは、図１の光触媒反応装置１０に対して、単位構造体１５Ｂにおける光触媒モジュール２０が、プラズマ発生電極部１９Ｂの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで挟持されない点、およびプラズマ発生電極部１９Ｂの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂの形状が異なる。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、単位構造体１５Ｂの構成要素であるプラズマ発生電極部１９Ｂの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ、誘電体２２および光触媒モジュール２０以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【０１００】
光触媒反応装置１０Ｂの単位構造体１５Ｂにおけるプラズマ発生電極部１９Ｂは、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで誘電体２２のみを挟持した構成である。２枚の金属電極２１ａ、２１ｂは、電線１６を介して電源部１８にそれぞれ導かれる。このとき電源部１８により、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間に印加される電圧の向きは任意である。
【０１０１】
また、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂは矩形板又は長尺板状に構成されるが、一方は、他方よりも幅方向の長さが短い形状とされる。この結果、電源部１８の作用で形成される２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間の電界は一様とならずに、誘電体２２の表面近傍で電気力線が密となる部位が形成される。
【０１０２】
一方、単位構造体１５Ｂの光触媒モジュール２０は、プラズマ発生電極部１９Ｂの近傍でかつ、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流れる光触媒ケーシング１１内の流路１２中に設けられる。
【０１０３】
そして、電源部１８の作用でプラズマ発生電極部１９Ｂにおいてオゾンとともにコロナ放電が発生し、放電光が、プラズマ発生電極部１９Ｂ近傍に設けられた光触媒モジュール２０に照射される。この結果、光触媒モジュール２０が担持する光触媒が活性化され、光触媒、コロナ放電およびオゾンの作用で浄化対象ガスが清浄あるいは脱臭される。
【０１０４】
ところで、光触媒モジュール２０が担持する光触媒の効果を向上させるためには、強い光を照射する必要があり、さらに強い光を得るためには、強い電界を形成させてより高いエネルギを有するコロナ放電を発生させる必要がある。
【０１０５】
一般に、放電は電界が強いほど生じ易くなり、電界の強さは電圧の大きさおよび電極の形状に依存する。すなわち電極の形状に応じて電界は変化するが、電界の電気力線が局所的に密な部位が電界の強い部位である。このため、電気力線が局所的に密である電界となるような形状の電極を用いることで、より強い電界を得て、高いエネルギを有するコロナ放電を発生させることができる。
【０１０６】
そこで、光触媒反応装置１０Ｂの単位構造体１５Ｂでは、プラズマ発生電極部１９Ｂの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂを柱板状として、さらに、一方の幅を他方の幅よりも短い形状とすることで誘電体２２の表面近傍で電気力線が局所的に密である電界を形成するものである。
【０１０７】
図５は、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間に一定の電圧を印加したときに、発生する放電光の照度を示す棒グラフである。
【０１０８】
図５において縦軸は、２枚の金属電極２１ａ，２１ｂ間に発生する放電光の照度（ｍＷ／ｃｍ^２）である。左側の棒グラフは、同形状で平板の２枚の金属電極２１ａ、２１ｂを対向配置させて誘電体２２を介在させたときの値であり、右側の棒グラフは、幅長が異なる２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで誘電体２２を挟持したときの値である。
【０１０９】
図５に示されるように、電源部１８によりプラズマ発生電極部１９Ｂにおいて、２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間に印加する電圧を一定とすると、同形状で平板の２枚の金属電極２１ａ、２１ｂを対向させたときよりも、幅長が異なる２枚の金属電極２１ａ、２１ｂを対向させたときのほうが、誘電体２２の表面近傍において局所的に強い電界が得られる。
【０１１０】
この結果、電源部１８において、より低出力の電力あるいは電圧で強い放電光を得ることができる。さらに、プラズマ発生電極部１９Ｂにおける２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ間に必要な電圧を低減させることができるため、電源設計上有利である。
【０１１１】
すなわち、光触媒反応装置１０Ｂの単位構造体１５Ｂでは、プラズマ発生電極部１９Ｂを、幅長が異なる２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで誘電体２２を挟持する構成としたことで、より局所的により強い電界を形成して、強い放電光を発生することを可能とする。そして、光触媒反応装置１０Ｂでは、単位構造体１５Ｂの光触媒モジュール２０が担持する光触媒に強い光を照射して活性化を促進させることで、より強い脱臭作用あるいは清浄作用を得ることができる。
【０１１２】
図６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。
【０１１３】
光触媒反応装置１０Ｃは、図３の光触媒反応装置１０Ｂと同様に、単位構造体１５Ｃにおいて光触媒モジュール２０が、プラズマ発生電極部１９Ｃの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで挟持されずに別途設けられる構成である。ただし、光触媒反応装置１０Ｃでは、幅長が異なる２枚の金属電極２１ａ、２１ｂで誘電体２２を挟持した構成であるプラズマ発生電極部１９Ｃが、単一の光触媒モジュール２０近傍に複数個設けられる点が図３の光触媒反応装置１０Ｂと異なる。
【０１１４】
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、図３と同様に単位構造体１５Ｃの構成要素であるプラズマ発生電極部１９Ｃの２枚の金属電極２１ａ、２１ｂ、誘電体２２および光触媒モジュール２０以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【０１１５】
光触媒反応装置１０Ｃの単位構造体１５Ｃでは、単一の板状の光触媒モジュール２０の面状に平行にプラズマ発生電極部１９Ｃを複数個設けた構成である。そして、光触媒モジュール２０の面直方向に浄化対象ガスが流れ、清浄あるいは脱臭される。
【０１１６】
ここで、ある１つのプラズマ発生電極部１９Ｃの金属電極２１ａと、この金属電極２１ａに向かい合う、別のプラズマ発生電極部１９Ｃの金属電極２１ａとは、同じ符号の極とされる。すなわち、各プラズマ発生電極部１９Ｃは金属電極２１ａ，２１ｂの正極同士あるいは負極同士が向き合う方向に設けられる。
【０１１７】
つまり、各プラズマ発生電極部１９Ｃの金属電極２１ａ，２１ｂの電界の向きは交互に逆になる向きとされ、放電が誘電体２２を介さない金属電極２１ａ、２１ｂ間である各プラズマ発生電極部１９Ｃ間に発生しないように構成される。
【０１１８】
光触媒反応装置１０Ｃでは、光触媒モジュール２０の容積を所要の大きさに設定することができるとともに、プラズマ発生電極部１９Ｃを複数個設けることで、光触媒モジュール２０に照射する放電光の強度を増加させて所要の強さにすることができる。
【０１１９】
このため、光触媒反応装置１０Ｃでは、任意の容量とすることが可能であり、かつ光触媒モジュール２０が担持する光触媒に強い光を照射して活性化を促進させることで、より強い脱臭作用あるいは清浄作用を得ることができる。
【０１２０】
光触媒反応装置１０Ｃのような構成に限らず、プラズマ発生電極部１９Ｃで発生する放電光が、光触媒モジュール２０を照射することが可能な構成であれば単一あるいは複数の任意の形状の光触媒モジュール２０近傍に、任意形状の複数のプラズマ発生電極部１９Ｃを任意の位置に設ける構成とすることもでき、また、浄化対象ガスが流れる向きも任意である。
【０１２１】
図７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。
【０１２２】
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１５Ｄの構造が異なる。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、単位構造体１５Ｄ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。
【０１２３】
光触媒反応装置１０Ｄの単位構造体１５Ｄは、板状あるいはブロック状でかつ三次元網目構造のセラミックス基体で構成された光触媒モジュール２０の両面に、金属電極２１ａ、２１ｂを設けた構成である。金属電極２１ａ、２１ｂは二次元網目構造をなす。このため、金属電極２１ａ、２１ｂ同士は互いに向き合う部位を有さない。
【０１２４】
ここで、光触媒モジュール２０は、セラミックス基体で構成されるため、誘電体２２としての機能も有する。そして、金属電極２１ａ、２１ｂ同士は互いに向き合う部位を有さず、金属電極２１ａ、２１ｂ間に発生する紫外線は、誘電体２２としての機能を有する光触媒モジュール２０のセラミックス基体を通過するように構成される。このため、放電はアーク放電に移行せずに安定したコロナ放電が得られる。
【０１２５】
すなわち、光触媒反応装置１０Ｄの単位構造体１５Ｄは、誘電体２２が光触媒モジュール２０を兼ねる構成である。
【０１２６】
光触媒反応装置１０Ｄの単位構造体１５Ｄでは、光触媒モジュール２０と誘電体２２とが単一の部材で構成されるため、部品数を低減させることができる。さらに、光触媒モジュール２０である誘電体２２が網目状構造であるため、浄化対象ガスが流れる方向の自由度が増加する。
【０１２７】
また、単位構造体１５Ｄの金属電極２１ａ，２１ｂが、二次元網目構造であるため、平板構造の金属電極２１ａ，２１ｂに比べて局所的に強い電界を形成させることができる。このため、単位構造体１５Ｄでは、より強い放電光を得ることが可能であり、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【０１２８】
また、単位構造体１５Ｄは、金属電極２１ａ，２１ｂと光触媒モジュール２０を兼ねた誘電体２２とを密着させて一体化した構成であるため、良好な強度を得ることが可能である。さらに、金属電極２１ａ，２１ｂと誘電体２２との間の空気等の誘電率を変化させる介在物の量を減らすことができるため、金属電極２１ａ、２１ｂ間に、より強い電界を形成させることができる。このため、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【０１２９】
尚、光触媒反応装置１０Ｄの単位構造体１５Ｄでは、金属電極２１ａ、２１ｂが光触媒モジュール２０を兼ねた誘電体２２を介さずに形成される電界が弱く、金属電極２１ａ、２１ｂ間にアーク放電が起こらなければよい。したがって、金属電極２１ａ、２１ｂが板状あるいはブロック状に構成され、さらに光触媒モジュール２０を兼ねた誘電体２２の金属電極２１ａ、２１ｂと接合される面を、孔を有さない面構造としてもよい。
【０１３０】
また、必要に応じて、別途光触媒モジュール２０を金属電極２１ａ，２１ｂの近傍に設け、紫外線を照射する構成としてもよい。この場合は、誘電体２２が必ずしも光触媒モジュール２０を兼ねる必要はない。
【０１３１】
図８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る。
【０１３２】
光触媒反応装置１０Ｅは、図１の光触媒反応装置１０に対し、単位構造体１５の代わりに、積層構造体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、積層構造体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。
【０１３３】
光触媒反応装置１０Ｅの積層構造体３０は、複数の光触媒モジュール２０とプラズマ発生電極部１９Ｄの金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇとを交互に積層した構成である。ただし、光触媒モジュール２０の片面側の金属電極２１ｄ，２１ｆは誘電体２２で覆われる。ただし、光触媒モジュール２０の両面の２枚の金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ双方を誘電体２２で覆う構成としてもよい。
【０１３４】
また、金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇおよび誘電体２２の形状は任意であり、２次元網目構造としてもよく、より強い電界を形成できる形状にすることができる。
【０１３５】
プラズマ発生電極部１９Ｄの各金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇは、交互に正負が繰り返す構成である。このため、全ての金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇの間において電界が形成され、放電光である紫外線を発生させることができる。このため、全ての金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇの間に光触媒モジュール２０を設けることが可能となりスペースを有効に利用することができる。さらに、光触媒モジュール２０の両面のうち少なくとも一方に、規則的に誘電体２２を設ける構成とすることができる。
【０１３６】
プラズマ発生電極部１９Ｄの各金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇには、電圧が印加され、コロナ放電に伴う紫外線が発生する。紫外線の作用により各光触媒モジュール２０が担持する光触媒が活性化されるとともにオゾンが生成される。そして、コロナ放電、光触媒およびオゾンの作用により、各光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスが脱臭あるいは清浄される。
【０１３７】
光触媒反応装置１０Ｅでは、光触媒モジュール２０、金属電極２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇおよび誘電体２２が規則的に整列して積層構造をなすため、金属電極２１ｄ，２１ｆ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１０Ｅとすることができる。
【０１３８】
また、各光触媒モジュール２０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。
【０１３９】
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る。
【０１４０】
光触媒反応装置１０Ｆは、図３の光触媒反応装置１０Ｂに対し、単位構造体１５Ｅの形状が異なる。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、単位構造体１５Ｅ以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【０１４１】
光触媒反応装置１０Ｆの単位構造体１５Ｅは、プラズマ発生電極部１９Ｅの近傍に、光触媒モジュール２０が設けられ、この光触媒モジュール２０内に浄化対象ガスが導かれる構成である。
【０１４２】
単位構造体１５のプラズマ発生電極部１９Ｅは、線状の金属電極２１ｈの側面を誘電体２２で覆い、金属電極２１ｈと誘電体２２とを同軸状に構成したものである。さらに、誘電体２２の外表面には、帯状の金属電極２１ｉが軸方向が異なる位置に複数個設けられる。誘電体２２の外表面に設けられた各帯状の金属電極２１ｉは、軸方向に平行に設けられた金属電極２１ｉで電気的に接続される。
【０１４３】
プラズマ発生電極部１９Ｅの軸芯の線状の金属電極２１ｈと、誘電体２２の外表面に設けられた帯状の金属電極２１ｉとは、図示しない電源部に導かれる。そして、軸芯の線状の金属電極２１ｈと、誘電体２２の外表面に設けられた帯状の金属電極２１ｉとの間には電圧が印加される。このため、誘電体２２の外表面に設けられた帯状の金属電極２１ｉの縁部からコロナ放電に伴う紫外線が発生して、単位構造体１５Ｅの近傍に設けられた光触媒モジュール２０を照射する。
【０１４４】
光触媒モジュール２０が紫外線により照射されると、光触媒モジュール２０が担持する光触媒が活性化されるとともにオゾンが生成される。そして、コロナ放電、光触媒およびオゾンの作用により、光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスが脱臭あるいは清浄される。
【０１４５】
光触媒反応装置１０Ｆの単位構造体１５Ｅにおけるプラズマ発生電極部１９Ｅでは、一方の金属電極２１ｈが線状であり、かつ他方の金属電極２１ｉが帯状であるため、強い電界を形成することができる。このため、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【０１４６】
また、プラズマ発生電極部１９Ｅは、金属電極２１ｈ，２１ｉと誘電体２２とが同軸状であるため、同軸状のケーブル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２１ｈ，２１ｉと誘電体２２とを、Ｕ字状等の形状に容易に変形させることができるため、多種多様な光触媒反応装置１０Ｆに適用させることができる。
【０１４７】
尚、プラズマ発生電極部１９Ｅの誘電体２２の外表面に設けられた帯状の金属電極２１ｉは、螺旋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。具体的には、各帯状の金属電極２１ｉの間隔が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、各帯状の金属電極２１ｉの間隔を必要最小限の間隔として、かつ金属電極２１ｉ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。
【０１４８】
図１０は本発明に係る光触媒反応装置の第５の実施形態の変形例を示す構成図である。
【０１４９】
光触媒反応装置１０Ｇは、図９の光触媒反応装置１０Ｆに対し、単位構造体１５Ｆの光触媒モジュール２０の形状が異なる。その他の構成および機能については、図９の光触媒反応装置１０Ｆと同じであるため、単位構造体１５Ｆ以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【０１５０】
光触媒反応装置１０Ｇの単位構造体１５Ｆは、光触媒モジュール２０が筒状である。さらに、筒状の光触媒モジュール２０の内部に、図９の光触媒反応装置１０Ｆにおけるプラズマ発生電極部１９Ｅと同形状のプラズマ発生電極部１９Ｅが設けられる構成である。
【０１５１】
光触媒反応装置１０Ｇの単位構造体１５Ｆでは、プラズマ発生電極部１９Ｅで発生した紫外線を、全て筒状の光触媒モジュール２０に照射させることができる。このため、単位構造体１５Ｆでは、光触媒モジュール２０以外に放出される紫外線の量、すなわち紫外線の光損失を低減させて、より少ない電力で紫外線の強度を向上させることができる。
【０１５２】
また、光触媒反応装置１０Ｇの単位構造体１５Ｆでは、金属電極２１ｈ，２１ｉと誘電体２２に加え、光触媒モジュール２０が同軸状であるため、同軸状のケーブルから所要の長さに切断するのみで光触媒モジュール２０も含めて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２１ｈ，２１ｉ、誘電体２２および光触媒モジュール２０を、Ｕ字状等の形状に容易に変形させることができるため、多種多様な光触媒反応装置１０Ｇに適用させることができる。
【０１５３】
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、１０Ｇにおいては、浄化対象を空気等の浄化対象ガスとしたが、コロナ放電が可能であれば、液体あるいは気液混合体の浄化対象流体としてもよい。また、光触媒モジュール２０に対する浄化対象ガスの向きは任意である。
【０１５４】
さらに、光触媒モジュール２０、金属電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉおよび誘電体２２の形状および位置は任意であり、正負の金属電極２１ａ、２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ同士が、誘電体２２を介さずに面する部位が存在せず、かつ、プラズマ発生電極部１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｄ、１９Ｅで発生した紫外線を、光触媒モジュール２０に照射することができる構成であればよい。
【０１５５】
また、光触媒モジュール２０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。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒反応装置においては、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。
【０１５７】
また、放電光を発生させる金属電極の形状をより強い電界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浄化対象を清浄あるいは脱臭することができる。
【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】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の実施形態を示す上面図。
【図４】図３の光触媒反応装置の単位構造体の側面図。
【図５】２枚の金属電極間に一定の電圧を印加したときに発生する放電光の照度を示す棒グラフ。
【図６】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７】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８】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】本発明に係る光触媒反応装置の第５の実施形態の変形例を示す構成図。
【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、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ　光触媒反応装置
１１　光触媒ケーシング
１２　流路
１３　プレフィルタ
１４　送風機
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ　単位構造体
１６　電線
１７　オゾン分解触媒
１８　電源部
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ　プラズマ発生電極部
２０　光触媒モジュール
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ　金属電極
２２　誘電体
３０　積層構造体

Claims

分解対象物質媒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、少なくとも一方が誘電体により覆われた正負極の金属電極を具備するプラズマ発生電極部と、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分解対象物質媒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。
前記分解対象物質媒体を含み、金属電極間から発生させる放電光の作用により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分解対象物質媒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。
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。
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。
前記光触媒モジュールは、三次元網目構造あるいはハニカム構造であることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記誘電体は、セラミックスであることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記光触媒モジュールと誘電体とは単一の部材で構成され、かつ放電は誘電体を介してなされ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。
前記金属電極は、網目構造であることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体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。
前記光触媒モジュールは、筒状に構成され、光触媒モジュールの内部において、前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体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。
前記金属電極と誘電体とは、誘電体表面に金属を蒸着あるいは接着する方法で製造され、一体化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。
前記プラズマ発生電極部を複数個設け、ある１つのプラズマ発生電極部の金属電極と、この金属電極に最近傍の別のプラズマ発生電極部の金属電極とは、同じ符号の極であることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも下流にオゾン分解処理機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記分解対象物質の流路中に送風機を設けたことを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記電源部は、間欠動作することを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記分解対象物質媒体は、気体、液体または気液混合体であることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも上流にプレフィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記プレフィルタは、電気集塵フィルタであることを特徴とする請求項１７記載の光触媒反応装置。
前記正極の金属電極と負極の金属電極とは、形状が異なり、局所的に強い電界が形成される構成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。
前記正負の金属電極は、一方の幅が他方の幅よりも広い板状に構成されることを特徴とする請求項１９記載の光触媒反応装置。
前記電源部は、パルス電源、周波数１０ｋＨｚ以上の高周波電源あるいは交流電源であることを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
前記パルス電源は、デューティ比０．５以下の短パルス電源であることを特徴とする請求項２１記載の光触媒反応装置。
前記パルス電源、高周波電源あるいは交流電源には、波高値の５０〜９０％に相当する直流バイアスが重畳されることを特徴とする請求項２１記載の光触媒反応装置。