JP2006110525A - ガス浄化装置およびガス浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】浄化対象であるガスを光触媒反応によって浄化して脱臭および除菌するガス浄化装置において、放射ノイズが少なく、高い浄化性能を有し、かつ装置サイズがコンパクトなガス浄化装置およびガス浄化方法を提供する。
【解決手段】ガス浄化装置１０は、浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール３と、この光触媒モジュール３の周囲に配置され、紫外光を発光して光触媒を励起させる負極１と正極２とを備え、作動極である正極２の、負極１と対向する面の裏面側に接地極４を設け、正極２と接地極４との距離が負極１と正極２との距離より大きい距離となるように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】ガス浄化装置１０は、浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール３と、この光触媒モジュール３の周囲に配置され、紫外光を発光して光触媒を励起させる負極１と正極２とを備え、作動極である正極２の、負極１と対向する面の裏面側に接地極４を設け、正極２と接地極４との距離が負極１と正極２との距離より大きい距離となるように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、浄化対象となるガスに含まれる成分を放電型光触媒を用いて除去することにより、清浄、脱臭および除菌するガス浄化機能を有するガス浄化装置およびガス浄化方法に関する。
従来、自動車等の車両の車室内、家屋や倉庫の内部、冷蔵庫等の機器の内部等の閉空間における空気を浄化するために、活性炭に代表される吸着剤が用いられる。例えば、自動車の車室内の空気を浄化する場合には、カーエアコン装置等が設けられた空気循環用のダクト内に吸着剤を備えた吸着フィルタを設け、ダクトを通過させた空気を車室内に導いて空気を吸着フィルタに経由させることにより、吸着フィルタにて空気中の臭気成分等の物質を吸着剤により吸着させる。この結果、吸着剤の作用により脱臭された空気が車室内に導かれる。
しかし、上述のような吸着材を用いた脱臭技術によれば、空気中に含まれる臭気成分等の物質が吸着除去されるものの、臭気成分を分解する機能を持たないため、除菌効果を期待することが困難である。また、継続使用に伴って吸着機能が低減するため、吸着材の交換等のメンテナンスが必要である。
そこで、近年、ガスの除菌および脱臭を効果的に行うために光触媒を利用する技術が注目されている。光触媒は、空気浄化・脱臭や、水浄化・排水処理等の目的の他、防汚、抗菌・殺菌、防曇等の広い分野での機能が期待されている。
ここで、光触媒反応の仕組みについて説明する。光半導体粒子にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を与えた場合、価電子帯に存在している電子が光励起され伝導帯に移動する一方、価電子帯には、正孔（ホール：ｈ＋）が生成される。生成した電子（ｅ―）は、酸素（Ｏ２）と反応してスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２ ―）を生成し、また、正孔（ｈ＋）は、水と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。
このうち、スーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２ ―）は、強い還元力を示し、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は、強い酸化力を示す。そのため、これらの力を利用して上記のような様々な環境浄化分野での問題の解決に応用しようとする試みがなされている。さらに、光触媒と吸着材との双方の利点を活用するために、これらの技術を組み合わせた除菌脱臭技術も実用に供されている。
従来、光触媒とこの光触媒を基体に担持させた光触媒モジュールを備え、この光触媒モジュールを電源に接続された高電圧端子（電極）の間に配置し、この電極に電力を供給することによって光触媒モジュール部位に放電光を発生させ、この放電光を光源として光触媒を機能させる放電型光触媒の特許が示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許３５０４１６５号公報
光触媒を利用したガス浄化装置において浄化能力を向上するためには、光触媒へ到達する光の量を多くしなければならず、放電電力を大きくする必要がある。
しかしながら、放電電力を大きくすると、電極から空間へ放射される電磁波エネルギーも大きくなり、結果として周辺の機器に対するノイズ源として作用し、装置の誤動作の原因となることがある。そのため、ノイズの影響を防止する対策が別に必要となるので、結果としてガス浄化装置全体の大きさが大きくなってしまうという問題があった。
一方、脱臭および除菌を目的としたガス浄化装置は、例えば、搭載場所が自動車内であったり、室内への設置を目的としたものであるため、設置可能な場所が限られていたり、配置の問題から、さらなるコンパクト化が求められていた。
従って、光触媒を用いたガス浄化装置において、電磁波によるノイズを抑制しつつ、装置をさらにコンパクト化するための解決策が模索されていた。
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、浄化対象であるガスを光触媒反応によって浄化して脱臭および除菌するガス浄化装置において、放射ノイズが少なく、高い浄化性能を有し、かつ装置サイズがコンパクトなガス浄化装置およびガス浄化方法を提供することを目的とする。
本発明のガス浄化装置は、上述した課題を解決するために、浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、この光触媒モジュールの周囲に配置され、紫外光を発光して前記光触媒を励起させる互いに対向する対を成す電極とを備え、前記対を成す電極のうちの一方の電極である作動極の、前記対を成す電極のうちの他方の電極と対向する面の裏面側に接地極を設け、この接地極と前記作動極との距離が前記対を成す電極同士の距離よりも大きい距離となるように構成したことを特徴とするものである。
また、本発明のガス浄化方法は、上述した課題を解決するために、浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールの周囲に互いに対向する対を成す電極を配置して、この電極により紫外光を発光させて前記光触媒を励起させて前記ガスを浄化する一方、前記対を成す電極のうちの一方の電極である作動極の、前記対を成す電極のうちの他方の電極と対向する面の裏面側に、前記作動極との距離が前記対を成す電極同士の距離よりも大きい距離となるように設けられた接地極により、前記作動極からの電磁波によるノイズの発生を抑制することを特徴とする方法である。
本発明のガス浄化装置によれば、放射ノイズの影響を低減した、高い浄化性能を有するコンパクトなガス浄化装置およびガス浄化方法を提供することが可能となる。
本発明のガス浄化装置およびガス浄化方法の実施例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。
図１に実施例１のガス浄化装置の構成を模式的に示す。このガス浄化装置１０は、浄化対象であるガスＸの流れ方向の上流側に負極１が設けられ、下流側に正極２が設けられる。負極１と正極２との間に光触媒モジュール３が設置され、正極２のさらにガス下流側には、接地極４が、正極２と接地極４との距離Ｌ１が負極１と正極２との距離Ｌ２より大きな距離となるように設けられる。正極２と接地極４との間隙には、オゾン分解触媒５が設けられる。負極１と正極２とは、リードによりそれぞれ電源６に電気的に接続され、負極１と正極２との間に放電を起こし、光触媒モジュール３を励起させて機能させる。
光触媒モジュール３は、ガスを流通可能な三次元構造を有する基体の表面に光触媒が担持されて構成される。基体の材質としては、例えば、セラミックスを三次元網目状に形成した部材が使用され、この基体の表面に酸化チタン等を主成分とする光触媒が担持される。なお、光触媒モジュール３の構成としては、三次元網目状とする他にも、ハニカム構造等のようにガス透過性を有する基体に光触媒を担持させて構成しても良い。
また、負極１、正極２および接地極４は、それぞれ良好な導電性を備える一方、ガス流通可能な構造（ガス透過性）を有する材料で構成され、例えば、金属メッシュ製やハニカム構造のものが使用される。材質としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属材料や、導電性プラスチック等の導電性材料を用いることが可能である。
オゾン分解触媒５は、ガス透過性を備えた三次元構造の基体の表面にオゾン分解機能を有する触媒が担持されて構成される。なお、オゾンを除去する必要がない使用条件においてガス浄化装置１０を使用する場合には、オゾン分解触媒５は、必ずしも設置しなくても良い。
ここで、正極２と接地極４との距離Ｌ１が、負極１と正極２との距離Ｌ２より大きく設けられる理由について説明する。仮にＬ１がＬ２より小さいと、正極２と接地極４との間の放電が主となってしまう。そのため、光触媒モジュール３に到達する紫外線量が極端に少なくなり、結果として、ガス浄化装置１０の処理能力が小さくなってしまう。そのため、本発明のガス浄化装置において、Ｌ２がＬ１より大きな距離となるように接地極４を設け、負極１と正極２との間の放電が主となるようにする。
図２に、ガス浄化装置１０の部分的な構成を示す分解斜視図を示す。また、図３には、ガス浄化装置１０の部分的な構造を示す断面斜視図を示す。
図２の分解斜視図に示すように、ガス浄化装置１０は、負極１、正極２、光触媒モジュール３、接地極４およびオゾン分解触媒５からなる構成に、適切な負極スペーサ７、正極スペーサ８および吸着層９を加えて多層的構造に構成され、図３に示す斜視図のように一体的に組み立てられる。
また、図３に示すように、接地極４は、装置本体を構成するケース１１のガス下流側に、ガスＸの出口を覆うように設けられる。接地極４は、電磁波を遮蔽してノイズを低減する目的上、正極２と同等かそれより大きい面積を有する部材にて構成され、より好ましくは、正極２を覆うような形状の部材にて構成される。
すなわち、ガス浄化装置１０は、浄化装置本体のケース１１のガス出口周辺部を接地極４によって接地電位にする。接地極４は、正極２より同等かそれより大きな面積を有しているので、正極２から放射される電磁波のシールドとして機能する。このような構造とすることにより、ガス浄化装置１０の外部への電磁波の漏れを抑制し、ノイズの影響を低減させる。特に、正極２を覆うような形状の部材にて接地極４を構成したものは、電磁波のシールド効果がさらに向上するので、電磁波の影響の防止効果が極めて高く、より高性能のガス浄化装置１０を提供することが可能である。
ガス浄化装置１０の浄化機構について説明する。浄化対象であるガスＸは、ガス透過性を有する負極１を通過し、光触媒モジュール３に導通される。負極１と正極２との間には、電源６によって紫外光が発光されて光触媒が励起されており、ガスＸ中の臭気物質や菌が光触媒に付着すると、光触媒から供給されるエネルギーにより酸化され、分解されて除菌および脱臭される。一方、放電に伴うプラズマにより、ガスＸ中の酸素分子Ｏ２が解離して反応し、オゾンＯ３が生成する。また、同時に放電により発生する紫外光の中で波長が３００ｎｍ以下の短波長成分を吸収することにより酸素分子Ｏ２が励起され、酸素分子Ｏ２が反応する結果、オゾンＯ３が生成される。このオゾンＯ３の持つ酸化力によっても、ガスＸ中の臭気成分や菌が酸化分解される。このようにして、光触媒モジュール３に流通したガスＸが浄化脱臭される。但し、オゾンＯ３は、特有の臭気を持つ気体であるため、特に室内での使用を目的とするガス浄化装置の場合、オゾンＯ３の分解処理が必要である。
光触媒モジュール３により浄化されたガスＸは、ガス透過性を備えた正極２を透過し、さらに吸着層９を透過する。この吸着層９にてガスＸ中の有機物質等が吸着除去される。同時に、オゾンＯ３が吸着層９を透過することにより、吸着層９に捕捉された有機物質等が分解除去される。吸着層９を透過したガスＸは、オゾン分解触媒５に流通する。このオゾン分解触媒５は、ガスＸを紫外線にて処理する際に発生するオゾンＯ３を分解する機能を有する。このオゾン分解触媒５によってオゾン分解処理されたガスＸは、ガス透過性を備えた接地極４を透過して下流側に放出される。このとき、光触媒モジュール３の後段側（ガス流れ方向の下流側）に、接地電位をもつ導電性物質（接地極４）を配置しているので、接地極４が電磁波のシールドとして機能する。
なお、このガス浄化装置１０において吸着層９に捕捉された有機物質等は、オゾンにより分解されるため、従来の吸着材を用いたガス浄化装置に比較して、吸着材の交換等のメンテナンスの頻度が低く、取扱い性にも優れている。
従って、本実施例によれば、接地極４を設けることによって電磁波によるノイズの発生を効果的に抑制するので、周辺機器等の装置の誤作動を防止しつつ、高性能でコンパクトなガス浄化装置１０を提供することが可能である。
図４に実施例２のガス浄化装置の構成を模式的に示す。本発明のガス浄化装置は、この実施例２のガス浄化装置２０のように、負極１のガス流れ方向の上流側に接地極２１を設けて負極１と接続させる構成としても良い。
すなわち、本実施例のガス浄化装置２０のように、負極１側にさらに接地極２１を設けて接地する構成とすることにより、負極１と正極２との間の放電を安定させることが可能である。従って、ノイズの発生をさらに効果的に抑制するので、高性能でさらにコンパクトなガス浄化装置２０が提供できる。
図５に、実施例３のガス浄化装置の構成を模式的に示す。この実施例３のガス浄化装置３０は、オゾン分解触媒３１の基体を導電性物質で作成することを特徴とする。すなわち、導電性を有する担持体を電磁波シールド用の接地極として作用させることにより、ノイズの低減効果を得るものである。この基体の材質としては、導電性等の諸物性を考慮すると、鉄等が好ましいが、例えば、耐久性に優れたステンレス、アルミニウム等の金属材料や導電性プラスチック等の材料も好適である。
本実施例のガス浄化装置３０の構成によれば、オゾン分解触媒３１に接地極としての機能を付与することによって、よりコンパクトで簡素化されたガス浄化装置３０とすることが可能である。
なお、このガス浄化装置３０において、負極１と正極２との間の放電を安定させるために、正極２とオゾン分解触媒３１との距離Ｌ３は、負極１と正極２との距離Ｌ２より大きく設けられる必要がある。すなわち、正極２とオゾン分解触媒３１とが適切な距離となるように間隙が設けて設置されるが、図５に示す本実施例のガス浄化装置３０においては、正極２と、接地極を兼ねるオゾン分解触媒３１とのギャップ内に吸着層３２を設ける構成としてある。吸着層３２は、ガス透過性を有する三次元構造体の表面に吸着材を担持させたものが好適に使用される。この吸着層３２を設けてＬ３をＬ２より大きな距離とする構成により、負極１と正極２との間の放電を安定させつつ、吸着層３２によってガスＸに含まれる有機物質等を吸着除去することが可能となる。
一方、負極１と正極２との間の放電により生じたオゾンは、ガス流れの下流側の吸着層３２に導通されるが、このとき吸着層３２に吸着された有機物質等が、オゾンの酸化力により分解される。従って、このガス浄化装置３０は、臭気性物質の分解ついてオゾンを有効に利用することが可能であり、また正極２とオゾン分解触媒３１との間隙を利用して少ないスペースでさらに効果的に脱臭および除菌することができるので、ガス浄化装置３０をコンパクト化しつつ、さらに浄化性能を向上させることが可能である。
１ 負極
２ 正極
３ 光触媒モジュール
４ 接地極
５ オゾン分解触媒
６ 電源
７ 負極スペーサ
８ 正極スペーサ
９ 吸着層
１０ ガス浄化装置
１１ ケース
２０ ガス浄化装置
２１ 接地極
３０ ガス浄化装置
３１ オゾン分解触媒
３２ 吸着層
Ｘ ガス
２ 正極
３ 光触媒モジュール
４ 接地極
５ オゾン分解触媒
６ 電源
７ 負極スペーサ
８ 正極スペーサ
９ 吸着層
１０ ガス浄化装置
１１ ケース
２０ ガス浄化装置
２１ 接地極
３０ ガス浄化装置
３１ オゾン分解触媒
３２ 吸着層
Ｘ ガス
Claims (6)
- 浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、この光触媒モジュールの周囲に配置され、紫外光を発光して前記光触媒を励起させる互いに対向する対を成す電極とを備え、前記対を成す電極のうちの一方の電極である作動極の、前記対を成す電極のうちの他方の電極と対向する面の裏面側に接地極を設け、この接地極と前記作動極との距離が前記対を成す電極同士の距離よりも大きい距離となるように構成したことを特徴とするガス浄化装置。
- 前記負極と前記光触媒モジュールと前記正極と前記接地極とが、前記ガスの流れ方向の上流側からこの順番に積層されて多層構造に形成されたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
- 前記作動極と前記接地極との間隙にオゾン分解触媒を設置したことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
- 前記対を成す電極が、ガス透過性を備えた導電性材料であることを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
- 前記接地極が、ガス透過性を備えた導電性材料の基体にオゾン分解触媒を担持して構成されたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
- 浄化対象であるガスを流通可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールの周囲に互いに対向する対を成す電極を配置して、この電極により紫外光を発光させて前記光触媒を励起させて前記ガスを浄化する一方、前記対を成す電極のうちの一方の電極である作動極の、前記対を成す電極のうちの他方の電極と対向する面の裏面側に、前記作動極との距離が前記対を成す電極同士の距離よりも大きい距離となるように設けられた接地極により、前記作動極からの電磁波によるノイズの発生を抑制することを特徴とするガス浄化方法。
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| CN114681634A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-01 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 杀菌模块的控制方法及具有其的家电 |
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