JP2004243303A - 光触媒式ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光触媒を用いたガス中の有害成分の分解浄化装置において、触媒性能を上げるためには、触媒担体表面積大きくし、一方装置をあまり大きくしないため、密に配列した触媒担体層の内部まで光を均等に届かせる。
【解決手段】大きな触媒担体表面積を小さい体積の中に密に配列した触媒担体層の内部まで光を均等に届かせるため、光触媒を多数の平行平板よりなる触媒担体に担持させ、触媒担体側方に担体平行平板と平行な方向に直管状の紫外線放電灯と放物面反射鏡が、その放物面の焦点線上に放電灯があるように配置することにより、平行平板と平行な光線を作り、触媒担体の間に光が均一に担体深部まで到達することにより、性能の良い光触媒効果が得られる。触媒担体の側方からガスが放電灯の方に来ないように、紫外線透過フィルムが触媒担体と反射鏡の間に配置される。
【選択図】 図８

Description

【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、また触媒担体を密にしなければならない。触媒担体が密で、触媒層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】
また図４，５，６，７は紫外線放電灯の光をハニカム状光触媒担体の奥まで届かせるように樋状の放物面鏡の焦点に放電灯を設置したもので、ガスの流れを反射鏡が塞ぐことになるので鏡に小さい穴を多数あけて流れるようにしたものである。図５に示すランプに直角な断面で見ると樋状の放物面鏡の焦点に置かれた放電灯からの放物面での反射光線は７で示す中心線にほぼ平行した光軸を持った光線になり、ハニカム状の触媒担体の奥の方まで光線が届くように思われる。しかし図６のランプに平行な断面で見るとそうではないことが分かる。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、触媒担体がハニカムのような形状であるとハニカムの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。また反射板に穴があいているため光線の反射率が低下する問題と、ガスの流れの圧力損失が大きくなる問題、さらにガスの流れが反射鏡の小孔を通って放物面内部に入るとき図７の９で示す矢印のように絞られるため触媒担体中のガスの流れが必ずしも均一にならないという問題があった。さらにガスの流れがランプおよび反射鏡に当たるのでランプおよび反射鏡にほこりなどの汚れが付くという問題もあった。
【０００７】
【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、触媒担体の内部まで光を効率よく、また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、多数の平行平面に触媒を担持させ、その触媒担体平面の間隙を流れるガスの流れに対する触媒担体側方に、ガスの流れと平行方向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、光軸に平行な触媒面にも光が当たることになり、触媒担体層の内部まで光が効率よく且つ、均等に当たるようにできる。
【０００８】
ガスの流れが触媒担体面間隙から逸脱してランプの方に流れ込むのを防ぐため、触媒担体と反射板の間に紫外線を透過する透明なフィルムまたは板を挿入してガスの流れ通路を触媒担体面間隙に限定する。このような構造であれば図７に９で示したような触媒層の中のガス流れを不均一化させる要素がなくなり、ランプの必要数も少なく、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性能の良い光触媒効果が期待できる。
【０００９】
【実施例】
図８は本発明の１実施例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９はその断面図である。図１０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８において、平行平板状の触媒担体１に９の矢印で示すようにガスが流れ、紫外線を照射する直管状の放電灯２の反射板３が、図８、図９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９に示されているように放物線となるように、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９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平面状触媒担体面に光が薄い照射角度ではあるが照射されることになる。図８、図９の１０ａ，１０ｂはガスの流れが触媒担体間に限定するように設けた紫外線透過体である。
【００１０】
図１０は図９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、光線広がり角度は１８０°あり、触媒担体がハニカムのような形状であるとハニカムの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。しかしランプ長手方向に平行に置かれた平行平面を触媒担体とすると光線は遮られずに触媒担体の奥の方まで到達できる。図９に示す広がり角αと触媒担体面の間隔と奥行きの関係をうまく選べば照射される光量が触媒担体の深部までほぼ一様になるようにすることができる。
【００１１】
前記のような平行平面の触媒担体を作る方法の一例を示したものが図１１，図１２である。図１１において、１３ａ〜１３ｄで示す薄いアルミなどの金属板の表面に光触媒を塗布したものを１４ａ〜１４ｄで示すボルトを通して１５ａ〜１５ｉで示すスペーサーで間隔を保つように重ね合わせると、平行平板による触媒担体を形成できる。板は金属のほかにセラミックやガラス、繊維強化プラスチックなどの素材も考えられる。
【００１２】
図１２は平行平面の触媒担体を作る他の方法を示したもので、プラスチックの薄いシートを触媒担体とする方法である。図１１の硬質の板材に比べシートは安価であり、また光触媒の連続塗布が容易であるなどの利点があるが、シートを平面状に保持するための工夫を要する。図１２では（ａ）に示すようにシート２０の両端に１６ａ，１６ｂで示す短冊状の金属またはプラスチック薄板を接着またはかしめ方式で取り付け、前記短冊の両端を図１２（ｂ）に示すアングル１７ａ〜１７ｄまたはみぞ型鋼に引っ掛けてシートに張力を加えて障子戸の障子紙のようにシートを平面に保持するようにし、１２図（ｃ）に示すようにランプ反射板を装着する。シートの材料はポリエチレン繊維の紙状の不織布や触媒が付着し易いように処理したプラスチックフィルムなどが考えられる。
【００１３】
図８にはガスを送風する送風機は図示していないが、図１０に示すように５で示す筒状容器の中に送風機１８を配置することもできる。また１１に接続したダクトに送風機を設けてもよい。図１０の１９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。
【００１４】
図１３は変形例を示したもので、紫外線を照射するランプを触媒担体の両側に複数個ずつ並べて設置した例である。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られるのは勿論である。また反射板は金属板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。
【００１５】
図８に示すユニットを並列に多数並べて大容量のガスを処理する装置を構成することもできるし、直列に何段も置いて有害ガスの除去率を高めることも考えられる。また直列，並列に多数配置して高性能大容量の装置を構成することもできる。光触媒は現在、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。
【００１６】
【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本の放電灯で平行平面状触媒担体の中央部から端の方の触媒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。ランプおよび反射板を触媒担体の両側に配置した場合は触媒担体面に照射されず担体平面間を通り抜けて反対側のランプハウスに出てきた光はもう一度反射板で反射され、触媒面に吸収される確率が高く、ランプの光は有効に利用される。
【００１７】
建材からの有害ガスの放出などで健康を害するシックハウス症候郡と呼ばれる症状が大きな社会的な問題になっているが、そのような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。
【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。
【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。
【図２】（ａ）触媒担体ハニカムを２分した場合の斜視図。
【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。
【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。
【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。
【図４】発明が解決しようとする課題である紫外線発光の放電灯とその反射板とでハニカム状の光触媒担体に紫外線を照射する方法の一部破断斜視図
【図５】図４のランプに直角な方向の断面図
【図６】図４のランプ長手方向の断面図
【図７】図４の方式の問題点の一つであるガス流れの不均一化をもたらす原因の説明用のランプに直角な方向の断面図
【図８】本発明の１実施例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９】、図８の横断面図。
【図１０】図９の断面とは９０°向きの異なる図８のランプ長手方向の光触媒ガス浄化装置全体縦断面図。
【図１１】本発明の平行平面の触媒担体を作る方法の一例を示した図。
【図１２】本発明の平行平面の触媒担体を作る他の方法の一例を示した図
【図１２】（ａ）本発明の平面の触媒担体をシートで作る方法の一例を示した図。
【図１２】（ｂ）本発明の平行平面の触媒担体をシートで作る方法の一例を示した図。
【図１２】（ｃ）本発明のシートによる平行平面の触媒担体を用いた光触媒ガス浄化装置の一例を示す斜視図。
【図１３】本発明の一変形例を示した図。
【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
９ ガスの流れを示す矢印
１０ａ，１０ｂ 紫外線透過体
１１ ガス流入口
１２ ガス流出口
１３ａ〜１３ｋ 触媒担体平板
１４ａ〜１４ｄ 触媒担体平板を保持するボルト
１５ａ〜１５ｋ 多数の触媒担体平板を平行に保持するスペーサー
１６ａ，１６ｂ シート状の触媒担体を平面に保つための短冊状の支持体
１７ａ〜１７ｄ シート状の触媒担体に引っ張り力を与える短冊支持アングル
１８ ファン
１９ 塵埃除去フィルター
２０ 触媒担体シート

Claims (2)

1. 多数の平行に配置された平面状の光触媒担体と、その触媒担体面とほぼ平行に置かれた紫外線を照射する直管状の放電灯と、放電灯からの光を触媒担体に当たるように装着した樋状の２次元の放物面に近い凹面反射体を有し、その凹面反射体と触媒担体の間にガスの流れを遮るフィルムまたは板状の紫外線透過体が配置され、その透過体と前記平面状の光触媒担体とで光触媒担体の間隙がガス流路を形成し、前記直管状の放電灯は前記凹面反射体の焦点線付近に配置されており、前記光触媒担体平面にほぼ平行な反射光が前記の平行に配置された光触媒担体間に照射され、触媒担体間を流れる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光触媒式ガス浄化装置。
2. 前記平行平面状の光触媒担体はシートに短冊状の支持体により張力を与えて平面状に保持するようにした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。

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