JP2005296726A - 光触媒式ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高濃度のガスを迅速、確実、かつ廉価な構造で分解処理することが出来る光触媒式ガス処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 光源を内蔵する流路の一部の内面に光触媒を担持してガス処理部とした光触媒式ガス処理装置において、上記ガス処理部20は、光触媒担持面44を、光触媒を突起状とした粗面とし、該粗面に接近させて、流路方向に該方向と垂直に長い複数の光源36…を配列して、その光源周りを通って蛇行する気流の一部が、光触媒担持面に衝突するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光触媒式ガス処理装置、特にホルマリン等の高濃度のガスを効率良く処理する装置に関する。

例えば医薬品製造施設、実験用動物施設などでは高濃度（例えば1000ｐｐｍ程度）のホルマリンガスで定期的に滅菌する必要がある。通常の手順には、滅菌処理の後に被処理室内のガスを、専用の排気設備において、スクラバーなどを用いてガス濃度を低下させて大気中へ排気していたが、これら専用排気設備やスクラバーなどは、年に数回程度の頻度でしか行われない滅菌処理のための設備としては高価である。

又、保冷車の収納庫の脱臭等に用いる一般的な空気清浄装置として、気体流路の長手方向に光触媒フィルタと光源とを交互に配置し、かつガス滞在時間延長用の邪魔板を内装したものが知られているが（特許文献１）、これで高濃度ガスを処理しようとするとフィルタ面積を増加しなければならず装置が大型化するなどの不都合がある。

かかる不都合を解消するため、光触媒を内壁面に担持させた渦巻き状空気流路内に複数の光源を配列したものが提案されている（特許文献２）。他方、高活性の光触媒として、基材上にミクロンスケールの角柱状酸化チタン結晶を形成して有効表面積を大とした酸化チタン結晶光触媒が提案されている（特許文献３）。
特開２００１−１９０６４６号 特開２０００−３００９６０号 特開２００２−３７００２７号

上記特許文献２の装置は、それ以前のものに比べて小型で効率良くガスを分解できるが、出願人の実験では、それでも、容積が12m³である被処理室中の濃度800ｐｐｍのホルマリンガスを分解する場合には、図12中のラインＬ₂で示す如く約15時間程度時間がかかり、より効率の高いガス処理装置が要望されている。

又、特許文献３の光触媒は、図13の実験例に示す如く、20ｐｐｍ程度の濃度のガス（図示例ではアセトアルデヒド）を20分程度で分解する性能を有し（図13のＬ₃参照）、市販の光触媒（同図Ｌ₄）に比べて格段に高活性であるが、数百ｐｐｍ程度の非常に高い濃度ガスを単独で分解するのにはある程度の時間が必要である。

一般に光触媒を利用したガス処理装置は、高濃度のガスの処理には不向きとされているが、その理由の一つは次の通りと考えられる。光触媒で空気中のガス粒子を分解するためにはガス粒子と光触媒の表面とが接触することが必要であるが、一般に光触媒の表面は凹凸状の粗面であるから、その凸部相互の間隙内では気体の流通性が悪く、分解すべきガス粒子が行き渡り難いので、ガスの分解速度は低下する。この傾向は、特に処理空気の濃度が高くなるほど、ガス粒子が自由に動き回れる距離が小さくなり、隙間内への新たなガス粒子の補給が低下するので、顕著となると予想される。

本出願人は、以上の考察に基づいて、高濃度のガスを分解処理するときには気流の主流部分と光触媒の凸部相互の間隙との間での気体分子の交換を大規模に行なうことが必要であるとの着想に想到し、そのために主流を撹乱させてガス成分を効果的に光触媒担持面に供給する手段を鋭意検討した。

例えば既述特許文献１の邪魔板を用いても主流の一部を屈折させることができるが、該屈折流は邪魔板から離れるにつれて急速に衰えて光触媒の活性化に寄与しなくなり、又これを避けるために邪魔板を光触媒担持面に近付けると、該光触媒担持面が受光すべき光を邪魔板が遮るおそれがあって都合が悪い。

これらの諸点に鑑み、本発明は、高濃度のガスを迅速、確実、かつ廉価な構造で処理することが出来る光触媒式ガス処理装置であって、気体流路内に光触媒担持面に接近させて配置した光源自体を気流撹乱手段として、その光源周りを通って蛇行する気流の一部が光触媒担持面に衝突するように構成したものを提供することを目的とする。

第１の手段は、光源を内蔵する流路の一部の内面に光触媒を担持してガス処理部とした光触媒式ガス処理装置において、上記ガス処理部20は、光触媒担持面44を、光触媒を突起状とした粗面とし、該粗面に接近させて、流路方向に該方向と垂直に長い複数の光源36…を配列して、その光源周りを通って蛇行する気流の一部が、光触媒担持面44に衝突するように構成している。

第２の手段は、上記第1の手段を有し、かつ上記ガス処理部20は、上記流路12Ａの対向２面を光触媒担持面44とし、これら両光触媒担持面間に丸棒形の光源36を挿入させて形成している。

第３の手段は、上記第1の手段又は第２の手段を有し、かつ上記光触媒担持面44を、流路方向と平行な凹条48と凸条50とが交互に繰り返す凹凸面に形成している。

第４の手段として、上記第２の手段を有し、かつ上記流路12Ａ両側の光触媒担持面44、44を、流路方向と垂直な凹条48と凸条50とが交互に繰り返す凹凸面として、各面の凸条50が互い違いに流路内方へ突出するように設けている。

第５の手段として、上記第1の手段乃至第４の手段の何れかを有し、かつ筐体２が有する吸気口８から吹出口10へ至る流路の一部を並列流路12Ａ…として、これら各並列流路を、筐体２に対して着脱自在なユニットボックス26とし、かつ該ボックス内部を上記ガス処理部20としている。

第６の手段として、上記第５の手段を有し、かつ上記ユニットボックス26は、光源交換用の蓋体40を有している。

第７の手段として、上記第1の手段乃至第６の手段の何れかを有し、かつ上記光触媒担持面44に担持させた光触媒を、結晶核から成長させた微小柱状の酸化チタン結晶としている。

第１の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○光源36自体を気流撹乱手段として光触媒担持面44の近傍に配したので、既述邪魔板を用いる場合のように光触媒担持面に影を作ることなく、該担持面に撹乱流と光線との双方を最も効果的に提供することができ、光触媒の活性を最大限に引き出せる。
○光源36自体を気流攪拌手段としたので、別個に邪魔板を設ける場合に比べて構造が簡単であり、イニシャルコストを軽減できる。
○光源36自体を気流攪拌手段としたので、別個に邪魔板を設ける場合に比べて流路抵抗が少なくなるため、エネルギー損失が小となり、ランニングコストも軽減できる。

第２の手段に係る発明によれば、流路の対向２面を光触媒担持面として、これら両光触媒担持面の間に丸棒形の光源36を挿入したから、該光源の周面に蛇行する気流は何れか一方の光接触面に当接するから、光触媒を更に活性化することができる。

第３の手段に係る発明によれば、上記光触媒担持面44を、流路方向と平行な凹条48と凸条50とが交互に繰り返す凹凸面に形成したから、流路抵抗が減少し、被処理空間との間で単位時間内に空気が循環する回数を増やすことができる。

第４の手段に係る発明によれば、対向する光触媒担持面44の凸条50を互い違いに設けたから、これら凸条の間を気流が蛇行することで流路内の気流の滞在時間が長くなり、一回の循環当たりのガスの分解効果を増加することができる。

第５の手段によれば、全体としてかなりの重量となる全流路を、個々に着脱自在な複数のユニットボックス26…としてユニット化したから、光源の交換などメンテナンスの際の取扱いが容易である。

第６の手段によれば、上記ユニットボックス26は、光源交換用の蓋体40を有しているから、メンテナンスが更に容易である。

第７の手段によれば、上記光触媒担持面44に担持させた光触媒を、結晶核から成長させた微小柱状の酸化チタン結晶としているから、有効表面積が大となり、光活性が大となる。

図１から図７は、本発明の第１実施形態に係る光触媒式ガス分解装置を示しており、該装置は、筐体２と、送風ファン16と、ガス処理部20とで構成されている。

筐体２は、全体としてほぼ長方体形状であって、該長方体の後部４を除く頂板部分を、やや前方へ傾斜した傾斜パネル６に形成し、該傾斜パネルに吹出口10を、又、筐体２の前壁下部に吸気口８をそれぞれ開口して、筐体２の内部12のうち、これら両口の間の部分を流路12Ａとしている。もっとも筐体２の形状及び吸込口８乃至吹出口10の位置などは適宜変更できるものとする。又、上記傾斜パネル６は、頂板後部４の前縁を中心に開閉可能な蓋板に形成している。

送風ファン16は、上記流路12Ａの下半部に設置している。

ガス処理部20は、上記流路12Ａの上半部に内装されており、該ガス処理部は、筐体２内面に支持具22を介して上下両面開口で上面視長方形状の枠体24を支持させ、これら枠体22内に複数のガス分解用のユニットボックス26…を着脱自在に装着させている。尚、上記枠体24外面と筐体２内面との間には気密性を保持するための手段を講ずる。

上記ユニットボックス24は、図１に示す如く左右巾狭の薄箱形であって、その下面及び上面にそれぞれ開口部28,30を有している。該ユニットボックスは、本体32と左右一対の蓋体40,40とで形成している。

上記本体32は、図３及び図４に示す如く前後一対の側枠部34,34の間に複数の丸棒状の光源36を架設したものである。上記側枠部34,34は、その適所を連結棒38…で連結して一体的に結合している。上記光源36としては、紫外線ランプが好適であるが、これに限定されるものではなく、紫外線成分を多く含む蛍光管等でも良い。又、上記側枠部34,34内には上記光源への電力供給線を設ける。

上記各蓋体40は、蓋板の下端部を上記側枠部34,34の内面に枢着させており、各蓋板42内面に光触媒担持面44を形成している。該光触媒担持面44は、流路方向（図示例では上下方向）に垂直な凹条48…と凸条50…とを交互に繰り返す凹凸面に形成している。図示例では、光触媒担持面を波形面に形成しているが、例えば角部と隅部とが交互に現れるジグザグ面に形成しても良い。尚、上記光源36外面から上記凸条50の稜線部までの距離は、光源周りの気流が十分に該凸条表面に吹付けられる程度に接近させるものとし、その好適な距離は２〜３mm程度である。又、光源36外面から凹条48奥部までの距離は、光触媒担持面44の表面積が十分確保できる程度に大とし、かつ光源36へ衝突する気流量が十分確保できる程度に小とするように設定するものとし、その好適な距離は10〜15mm程度である。

上記光触媒担持面44は、光触媒層を形成することで、不規則な凹凸のある粗面に形成している。好適な光触媒は、結晶核から成長させた微小柱状の酸化チタン結晶触媒である。尚、該触媒は、上記光触媒担持面のうち、平面部よりも曲面部（特に上記凹条48の奥部）の方が高密度に生成させ易い。

これら両光触媒担持面44,44と上記側枠部34,34の各内面とで、各ユニットボックス内の流路部分、即ち並列流路12Ａ…を形成している。尚、これら並列流路を除くユニットボックス内部は気流の通過不能に設ける。

上記構成において光触媒式ガス処理装置を作動させると、送風ファン16の作動により吸込口８から吸引された外気がガス処理部20の各ユニットボックス26内の並列流路12Ａ…内へ流入する。各並列流路内には、図３に示す如く上記光源36…が配列されており、気流は図４に示す如くこれら光源の外周に沿って蛇行して流れる。このとき凸条50の稜線部と光源表面との間の流路の狭窄部では、気流は収縮しながら該狭窄部を通過しようとするが、該気流の一部は凸条50稜線部に衝突するため、該稜線部において高密度に存する上記微小柱状光触媒の間にも分解すべきガス分子が十分に行き渡ることになる。又、上記稜線部に衝突した気流は凸条の側面を経て隣接凹条48の奥部へ流れ込み、もともと凹条内を流れていた気流部分と合流するから、該奥部に密集する微小柱状光触媒の間にも十分にガス分子が供給され、分解されることになる。このような作用が繰り返されることでユニットボックス26を通過する気流中のガスは効率的に分解されていく。そしてユニットボックスを通過した気流は、上記送風口10を介して外部へ送風される。

図12は、本発明に係る装置（Ｌ₁）と既述特許文献２の装置（Ｌ₂）とでのホルマリンの分解速度の比較実験を行なった結果を示している。この実験によれば800ｐｐｍのガスを本発明の装置では６時間程度で分解しており、文献２の装置と比較しても倍以上に分解速度が速いことが分る。

又、メンテナンスの際には、上記傾斜パネル６を開いてユニットボックス26を取り出し、その蓋体40を開いて光源の点検や交換を行なうことができる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。これらの実施形態の構成のうち、第1の実施形態と同じものは同一の符号を付することで説明を省略する。

図８及び図９は、本発明の第２実施形態を示している。この実施態様は、第1実施形態のユニットボックスの構造を変更したものであり、これ以外の装置の構造は第１実施形態と同じである。

この実施形態は、一つのユニットボックス26の２つの並列な流路12Ａ、12Ａを設け、各流路に流路方向に垂直な凹条48と凸条50とを交互に設けたものである。上記ユニットボックスにおいては、本体は、図９に示す如く前後一対の側枠部34,34の間に架設した基板54を有しており、該本体基板54の前後両面と、前後一対の蓋体40の対向内面との間に２つの流路12Ａ、12Ａを形成し、これら各流路対向面から、互い違いに凸条50…に相当する仕切り板を流路内方へ互い違いにを突出して、各流路12Ａ、12Ａを蛇行流路としたものである。又、図示例では、光源36は蓋体40から突出した凸条50の先端部に接するように設けている。もっとも光源36は各流路内部を満遍なく照明することができればどこに設けても良く、例えば本体基板54から突出した凸条50先端部に接するように設けても良い。光触媒は、各流路の内面ほぼ全体、即ち本体基板54の前後両面、蓋体40内面、及び各凸条の両面に形成することができるが、上記微小柱状光触媒を使用する場合には、曲面部分、具体的には各凸条基端の隅部や先端部に生成し易い。本実施形態の構成では、図８に示すごとに蛇行流路内を通る気流が上記隅部や凸条先端部に衝突し易いため、光触媒に十分なガスが供給されることとなる。又、蛇行流路ではガスの滞在時間が長いため、更に十分なガス分解効果が期待できる。

図10及び図11は、本発明の第３実施形態を示している。この実施形態は、主として既述ユニットボックス26を、縦方向に配列したものである。

図10中の符号14は、筐体２の内部を上下に仕切る仕切り板であり、その筐体下半部に送風ファン16を設けるとともに、筐体２下部の左右両側壁には吸気口8,8を開口している。又、上記送風ファン16の出口側からは上記仕切り板14を貫通して前面開口の送風ダクト18を立設するとともに、これら送風ダクトの前方に、前後両面開口のユニットボックス26…を縦方向に配列している。図示例では、これらのユニットボックス26を収納するために、図11に示す左右側板24ａとこれら両側板の間に架設する複数の棚板24ｂとで構成される枠体24を設けている。又、筐体２の前壁には、送風口10が開口させている。

該構成によれば送風ファン16を作動させると、筐体２下部の左右両側に開口した吸気孔8,8から吸引されたガスを含んだ空気が送風ダクト18を介して、ガス処理部20の各ユニットボックス26内へ分れて入り、それぞれのユニットボックス内の光触媒の作用によりガスが分解された後に送風口10から吹出すこととなる。

本発明の第1の実施形態に係る光触媒式ガス分解装置の斜視図である。 図１装置の正面図である。 図１装置の主要部の上面図である。 図３の主要部材の図３IV−IV線縦断面図である。 図３の主要部材の作用説明図である。 図３の主要部材の要部拡大図である。 図６の要部を他の角度から見た拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る光触媒式ガス分解装置の主要部材の縦断面図である。 図８の主要部材の上面図である。 本発明の第３実施形態に係る光触媒式分解装置の正面図である。 図１０装置の縦断側面図である。 本発明の装置と従来装置とのホルマリン分解速度の対比実験の結果のデータを示すものである。 本発明に使用される微小柱状光触媒と市販の触媒との分解速度を比較した実験結果を示すものである。

符号の説明

２…筐体 ４…頂板後部 ６…傾斜パネル ８…吸気口 10…送風口
12…筐体内部 12Ａ…流路 14…仕切り板 16…送風ファン 18…送風ダクト
20…ガス処理部 22…支持具 24…枠体 24a…側板 24b…棚板
26…ユニットボックス 28,30…開口部
32…本体 34…側枠部 36…光源 38…連結棒 40…蓋体 44…光触媒担持面
48…凹条 50…凸条 54…基板

Claims (7)

1. 光源を内蔵する流路の一部の内面に光触媒を担持してガス処理部とした光触媒式ガス処理装置において、上記ガス処理部20は、光触媒担持面44を、光触媒を突起状とした粗面とし、該粗面に接近させて、流路方向に該方向と垂直に長い複数の光源36…を配列して、その光源周りを通って蛇行する気流の一部が、光触媒担持面44に衝突するように構成したことを特徴とする、光触媒式ガス処理装置。
2. 上記ガス処理部20は、上記流路12Ａの対向２面を光触媒担持面44とし、これら両光触媒担持面間に丸棒形の光源36を挿入させて形成したことを特徴とする、請求項１記載の光触媒式ガス処理装置。
3. 上記光触媒担持面44を、流路方向と平行な凹条48と凸条50とが交互に繰り返す凹凸面に形成したことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の光触媒式ガス処理装置。
4. 上記流路12Ａ両側の光触媒担持面44、44を、流路方向と垂直な凹条48と凸条50とが交互に繰り返す凹凸面として、各面の凸条50が互い違いに流路内方へ突出するように設けたことを特徴とする、請求項２記載の光触媒式ガス処理装置。
5. 筐体２が有する吸気口８から吹出口10へ至る流路の一部を並列流路12Ａ…として、これら各並列流路を、筐体２に対して着脱自在なユニットボックス26とし、かつ該ボックス内部を上記ガス処理部20としたことを特徴とする、請求項１乃至請求項４の何れかに記載した光触媒式ガス処理装置。
6. 上記ユニットボックス26は、光源交換用の蓋体40を有することを特徴とする、請求項５記載の光触媒式ガス処理装置。
7. 上記光触媒担持面44に担持させた光触媒を、結晶核から成長させた微小柱状の酸化チタン結晶としたことを特徴とする、請求項１乃至請求項６の何れかに記載した光触媒式ガス処理装置。
   
   
   
   
   
   

Images