JP2006068639A

JP2006068639A - 触媒反応装置

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Publication number: JP2006068639A
Application number: JP2004255622A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Kakimoto; 昇宏柿本; Toshiharu Watanabe; 俊晴渡辺
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP4590989B2

Abstract

【課題】触媒担体の製造や取り扱いが容易で、更に割れや欠けを生じにくい触媒反応装置を提供する。
【解決手段】高圧発生用電源７からパルス高電圧を印加して、放電電極５と対極６との間の放電により光触媒を励起させる。また、光触媒を担持する繊維12と、この繊維12を挟み込む保持体11とを備え、保持体11は電極の一方である放電電極５を構成している。光触媒を担持する担体が繊維12であるので、多孔質材料を形成するよりも簡単で且つ製造や取り扱いが容易である。また割れや欠けを生じてその欠片で管２が詰まったりすることがないため、故障やメンテナンスの必要性が少なく、水中における有機物の分解を効果的に行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極間の放電により発生した紫外線で光触媒を励起させ、これによって流体中の有機物を分解する触媒反応装置に関する。

従来、水や空気等の流体の浄化を行うために触媒反応装置としての放電型光触媒反応装置が用いられている。図５（ａ）はこうした従来の光触媒反応装置の長手方向縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線横断面図である。同図において、１は光触媒反応装置、２は内部を被処理体たる流体が流れる管であり、当該光触媒反応装置１は管２の途中に装着される。ここでの光触媒反応装置１は、透明ガラス製の管２の内部に挿入され、且つ管２の中心軸線に沿って貫通穴３が設けられた円筒形の光触媒担体４と、その貫通穴３に挿入された円柱状の放電電極５と、上記管２の外周に巻回された薄膜状の対極６とを備え、更に一方と他方の電極をなす放電電極５と対極６との間に、パルス高電圧を印加するための高圧発生用電源７を備える。前記光触媒担体４としては、光触媒（図示せず）を担持した多孔質セラミックが使用される。

図５に示す光触媒反応装置１を使用して流体を浄化する場合、管２の一方より流体である水Ｗを流入すると、光触媒担体４内の複数の孔に水Ｗが通過し、管２の他方より水Ｗが流出する。その際、高圧発生用電源７から高電圧を印加すると、放電電極５と対極６との間でコロナ放電が発生し、それによって生じる紫外線が光触媒を活性化することで、臭いや汚れ成分（有機物）や細菌を分解し、脱臭・汚れ防止・抗菌等を行なう。こうした多孔質セラミックに担持した光触媒を励起させて流体を浄化する手法は、例えば特許文献１などにも開示されている。
特開平０９−１０５１２０号公報

上記のように多孔質セラミックを光触媒担体４として使用する場合、多孔質セラミックは細かなセルを多く有するものでなければ、紫外線が多孔質セラミックの全面に当たらず光触媒が励起しにくくなって、十分な有機物の分解を行なうことができない。しかし、そのような細かいセルを有する多孔質セラミックは非常に脆く、容易に割れや欠けが生じ易いために、管２内が詰まる上に、取り扱いが困難である。更にそのような細かいセルを有する多孔質セラミックは、構成が複雑であって製造が困難であり、しかも多孔質セラミックそのものが高価であるという問題もある。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、触媒担体の製造や取り扱いが容易で、更に割れや欠けを生じにくい触媒反応装置を提供することを目的とする。

本発明の触媒反応装置は、触媒と、電極間の放電により前記触媒を励起させる放電装置とを備えた触媒反応装置において、前記触媒を担持する繊維と、この繊維を挟み込む保持体とを備え、前記保持体は前記電極を構成することを特徴とする。

これによると、触媒を担持する担体が繊維であるので、多孔質セラミックよりも構造が簡単で且つ製造や取り扱いが容易である。また割れや欠けを生じてその欠片で管が詰まったりすることがないため、流体の均一な流れを維持することができ、有機物の分解を効果的に行うことができる。しかも、保持体そのものが電極を構成しているので、専用の部材で繊維を保持する必要がなく、構造の簡素化を図ることができる。

本発明の触媒反応装置によると、触媒担体の構造が簡単且つ製造が容易であるため、安価に製造することができる。また、触媒担体の割れや欠けが生じにくく、担体の破片で管が詰まることがないため、故障やメンテナンスの必要性が少ない。更に、そのような詰まりによって流体の流れが不均一になる可能性が低いため、流体を均一に浄化することができる。

以下、本発明における好ましい光触媒反応装置の各実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、何れも水の浄化に用いる光触媒反応装置を想定しているが、それ以外の流体の浄化にも適用可能である。また、従来例を示した図５と同一の部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略する。

図１〜図３は本発明の第１実施形態を示すものである。図１に示すように、本実施形態の光触媒反応装置１は、従来技術と同じく内部に被処理体である流体が流れる管２に装着され、管２の内部に挿入された光触媒担体10及び放電電極５と、円筒状をなす管２の外周に巻回された薄膜状の対極６と、放電電極５と対極６との間に高電圧パルスを印加する高圧発生用電源７とを具備する。しかし、図２に示すように、管２の内部に挿入された光触媒担体10は、いわゆるロールブラシ状の繊維12で構成される点が従来技術と異なる。ここでは、２本の針金状の金属からなる保持体11の間に、光触媒（図示せず）が担持された互いに同じ長さの複数の繊維12を直交させて挟み込み、この状態で２本の保持体11を撚り合わせることによって、光触媒担体10が管２内に保持される。すなわち、繊維12は保持体11の撚回によって固定され、保持体11を中心として管２内の水Ｗが流れる方向に沿って螺旋状に植毛された状態となる。

上記光触媒担体10としての繊維12の材質は、好ましくは径0.2ｍｍのナイロンである。これは有機物でありながら光触媒によって分解されにくく、成形が容易で破損しにくく、しかも取り扱いが容易で安価であるといった理由による。しかし、材質はこれに限定されず、光触媒作用によって分解されにくい他の高分子材質であってもよく、またガラス等の無機繊維であってもよい。また、径もこれに限定されず、用途に応じて他の大きさであってもよい。

また、当該繊維12に担持された光触媒は、例えばＴｉＯ₂（二酸化チタン）であり、無機質のＳｉＯ₂系バインダーを使用して繊維12に固化担持されたものである。しかし、これに限定されず触媒作用があれば他の材料であってもよく、更に、バインダーもこれ以外の材料を使用してよい。また、光触媒担体10に光触媒を固定するのに他の方法を適用してもよい。

なお、繊維12を挟持している保持体11はステンレスなどの水中でも腐食しない金属で形成されている。しかし、保持体11の材質もこれに限定されるものではない。

次に、本発明の作用について説明する。図１の矢印に示すように、管２の上部から被処理体である水Ｗが流入すると、管２内の水Ｗは螺旋状に植毛された繊維12に案内されながら、管２の中心部にある放電電極５の周囲を渦状に旋回して流れてゆく（図３の矢印参照）。ここで、高電圧電源７から放電電極５と対極６との間にパルス状の高電圧を印加すると、この放電電極５と対極６との間でコロナ放電が生じ、それによって紫外線が生成される。このとき繊維12に担持された管２内の光触媒が活性化され、水中の細菌などの有機物が分解されることにより、管２内を通過する水Ｗの浄化を行うことができる。

上記一連の動作中、とりわけ本実施例では、螺旋状に植毛された繊維12によって、管２内の水Ｗが旋回しながら偏りなく流れてゆくことから、繊維12に担持した光触媒に管２内の水Ｗは均一に接触し、水中の有機物が効率よく分解される。しかも、光触媒担体10としての繊維12が、棒状の放電電極５を中心として同一長さで放射状に形成されるため、管２内に繊維12付きの放電電極５を入れただけで、管２の略中央に放電電極５の位置が定まり、特別な固定構造なしで管２の外周に設けられた対極６との放電距離を一定に保つことができる。また放電の偏りを防止することができるため、繊維12に担持される光触媒が均一に励起し、有機物を偏りなく効果的に分解することができる。

以上、本実施形態によると、触媒としての光触媒を、電極である放電電極５と対極６との間の放電により励起させる放電装置としての高圧発生用電源７を備えた触媒反応装置において、光触媒を担持する繊維12と、この繊維12を挟み込む保持体11とを備え、保持体11は電極の一方である放電電極５を構成している。

この場合、光触媒を担持する担体（光触媒担体10）が繊維12であるので、多孔質材料を形成するよりも簡単で且つ製造や取り扱いが容易である。また割れや欠けを生じてその欠片で管２が詰まったりすることがないため、故障やメンテナンスの必要性が少ない。更に、そのような詰まりによって流体である水Ｗの流れが不均一になる可能性が低いため、水中における有機物の分解を効果的に行なうことができる。

加えて、繊維12の保持体11そのものが電極の一方である放電電極５を構成しているので、専用の部材で繊維を保持する必要がなく、光触媒担体10と放電電極５を一体的に形成することができる。そのため、光触媒反応装置１としての構造の簡素化を図ることができる。

その他に本実施例では、内部に流体である水Ｗが流れる管２内に、保持体11と繊維12が装着され、保持体11を中心として管２の水Ｗが流れる方向に沿って繊維12を螺旋状に配設したことから、管２内を流れる水Ｗは、繊維12に案内されながら螺旋に沿って旋回しながら流れるため、繊維12に担持した多くの光触媒と接して、より多くの有機物を分解することが可能になる。したがって、管２の長さに比して効率のよい水の浄化を行なうことができる。さらに、管２内に保持体11と繊維12を入れただけで、管２の略中央に放電電極５の位置が定まり、特別な構造なしで放電電極５の位置決めを簡単に行なうことができる。

また上記構成において、放電電極５の外周を取り囲むように対極６を装着すれば、放電電極５と対極６との放電距離が一定に保たれ、放電の偏りも防止することができる。したがって、管２内を流れる有機物をより均一に分解できる。その際、特に管２が円筒状であり、この管２の外面若しくは内面に沿って対極６を装着すれば、管２の外形を利用して放電電極５との放電距離が一定に保たれるように対極６を簡単に配置でき、製造上極めて都合がよい。

しかも本実施例では、一対の針金からなる保持体11を撚り合わせて繊維12を挟持していることから、簡単な構造でありながら繊維12がばらばらになるのを確実に防止でき、長期にわたり良好な水Ｗの浄化作用を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その共通する部分の説明は重複するため省略する。

本実施形態では対極20が薄膜状ではなく網状（メッシュ状）に形成され、管２の外面にテープ21などで固定されている点を除いて、上記第１実施形態と同様である。

そして、ここでも第１実施形態と同様に、管２内を通過する水Ｗがロールブラシ状の光触媒担体10を旋回しながら流れている状態で、放電電極５と網状の対極20との間に高電圧を印加し、水中に含まれる有機物等の不純物を分解する。放電電極５と対極20との間の放電距離は、放電電極５の外周のどの位置にあっても一定であるため、均一な水Ｗの浄化作用を得ることができる。

本実施形態によると、第１実施形態の効果に加え、対極20が網状に形成されているため、ベタ状に電極を形成した場合よりも網部に電界が集中してコロナ放電が発生しやすい。また、管２の内部の状態を管２の外部より網目を通して観察することができるため、汚れなどの状態を分解せずにチェックすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では陽極である放電電極を保持体として利用したが、陰極である対極を保持体として利用してもよい。また、各実施形態中の水Ｗの流れは、管２の上部から下部に向けて水Ｗの自重を利用したものであったが、例えばポンプなどの駆動手段を用いて、管２の下部から上部に向けて水Ｗを流すようにしてもよく、この場合も各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、対極を管の外面側にではなく、管の内面側に設けてもよい。

本発明の第１実施形態における光触媒反応装置の外観斜視図である。同上、（ａ）は要部の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。同上、光触媒担体および保持体の斜視図である。本発明の第２実施形態における光触媒反応装置の外観斜視図である。従来技術における光触媒反応装置を示し、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った横断面図である。

符号の説明

５放電電極（電極，一方の電極）
６対極（電極）
７高圧発生用電源（放電装置）
10 光触媒担体（触媒の担体）
11 保持体
12 繊維
20 対極（電極）

Claims

触媒と、電極間の放電により前記触媒を励起させる放電装置とを備えた触媒反応装置において、
前記触媒を担持する繊維と、この繊維を挟み込む保持体とを備え、前記保持体は前記電極を構成することを特徴とする触媒反応装置。