JP2006314915A - 汚染空浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 日光の当たらない場所、時間においても光触媒作用を発現させて汚染空気の浄化を行うことができる汚染空浄化システムを提供する。
【解決手段】 例えば橋桁１０に取り付けられる汚染空浄化システムは、橋桁１０の内部に埋設または橋桁の表面に装着され、橋桁１０上を移動する車両からの直接的な外力，または風力，または橋桁１０上を移動する車両によって橋桁１０に生ずる歪みおよび振動によって発電する圧電素子を備えた圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄと、圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄにおいて発生する電気エネルギーで動作する紫外線発光ダイオード２１と、橋桁１０の表面の紫外線発光ダイオード２１が発光する紫外線の届く領域に固定された光触媒層１８と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車排ガス等に含まれる有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）等をその道路近傍で分解して浄化するための汚染空浄化システムに関する。

自動車から排出される排気ガスには窒素酸化物（ＮＯｘ）が一定量含まれており、大気汚染の原因となっている。そのため、このＮＯｘ排出量を低減するために自動車に備えられる触媒装置に日々改良が施されている。しかしながら、自動車から排出される排ガスから完全にＮＯｘを除去することは至難である。そのため、自動車から排出された排ガスを道路から広く拡散しない範囲で無害なガスに浄化することができれば、空気の汚染を抑えることができる。

そのような考え方の元で、例えば、特許文献１には、二酸化チタンと保持材からなる二酸化チタン層で舗装された道路が開示されている。このような道路では、道路表面に日光に含まれる紫外線があたると、二酸化チタンの光触媒機構が発現して有害ガスを分解することができる。しかし、この分解生成物が二酸化チタンの表面に付着した状態では触媒活性が低下してしまう。その問題を解決するために、特許文献２にはこの分解生成物を定期的に洗い流すための散水設備を設けることにより、二酸化チタンの光触媒機能を維持する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１，２に開示された技術では、トンネル等の日光の当たらない場所では、トンネル灯（ランプ）からの光を考慮しても、光触媒作用による汚染空気の浄化は期待できない。また、夜間や雨天等の紫外線の照射量が少ない環境下でも光触媒作用による汚染空気の浄化は困難である。
特開２０００−４５２０７号公報 特開２０００−４５２０８号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、日光の当たらない場所および時間においても光触媒作用を発現させて汚染空気の浄化を行うことができる汚染空浄化システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、道路構造物に設けられる汚染空浄化システムであって、
道路構造物の内部に埋設または前記道路構造物の表面に装着され、風力，または前記道路構造物上を移動する車両からの直接的な外力，または前記道路構造物上を移動する車両によって前記道路構造物に生ずる歪みおよび振動によって発電する圧電素子を備えた圧電発電ユニットと、
前記圧電発電ユニットにおいて発生する電気エネルギーで動作する紫外線発光ダイオードと、
前記道路構造物の表面の、前記紫外線発光ダイオードが発光する紫外線の届く領域に固定された光触媒層と、
を具備することを特徴とする汚染空浄化システム、が提供される。

この圧電発電ユニットは、道路構造物を構成するコンクリート床板と表面舗装層との間，または前記コンクリート床板の内部に好適に設けられる。また、道路構造物が橋梁である場合には、さらに圧電発電ユニットは支承，または橋桁の裏面側に前記橋桁の振動に呼応して振動するように設けられた振動板に設けることが好ましい。紫外線発光ダイオードは、光触媒層において直射日光のあたらない部分に紫外線を照射することができる場所（位置）に好適に設けられる。

本発明によれば、車両の通過によって生ずる外力を用いて圧電発電ユニットを駆動させることにより得られる電気エネルギーで紫外線発光ダイオードを発光させ、これにより光触媒を活性化して汚染空気を浄化することができる。そのため、日光の当たらない場所や紫外線量の少ない雨天等の天候時にも、高い空気浄化性能を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は汚染空浄化システムの配置例を模式的に示す図であり、ここでは鉄筋コンクリート製の桁橋１０に配設した形態を示している。桁橋１０は、橋脚１２と、橋桁（主桁）１３と、橋桁１３を支持するために橋脚１２に設けられた支承１４と、橋桁１３の上に設けられた床板１５、橋桁１３の落下を防止する落橋防止システム１６と、床板１５どうしを連結する伸縮装置１７と、床板１５の表面に設けられたアスファルト等からなる舗装層１８と、を備えている。

桁橋１０では、風等の自然力により、実質的に常時、橋桁１３および床板１５に歪みまたは撓みや振動が生じている。また、舗装層１８上を車両（オートバイ、軽自動車、乗用車、トラック、バス等の道路上を移動する交通手段の全てを含む）が通過することによって、橋桁１３，床板１５および舗装層１８が撓み、また歪み、また振動する。このような撓み等が発生した際には、支承１４が変形することによってこの振動等が吸収され、桁橋１０の構造が維持される。

このため、支承１４としては、従来より制振作用を有するゴム材料（所謂、ゴム支承）が広く用いられているが、この支承１４に圧電発電ユニット２０ａを設けることができる。すなわち、支承１４は鉛直方向の振動を主に吸収するが、この振動を圧電発電ユニット２０ａに所定の形態で収容された圧電素子（図示せず）に加えることで発電させ、電気エネルギーを得ることができる。

なお圧電発電ユニット２０ａの具体的な構成は示していないが、例えば、本発明者らは先に特願２００４−３０２９７４号や特願２００４−１７０３７１号等において、屈曲変位型圧電素子を集積し、外力によってその圧電素子を屈曲させることにより発電を行うことができる発電装置（エネルギー変換装置）を開示しており、このような発電装置をこの圧電発電ユニット２０ａとして用いることができる。また圧電発電ユニット２０ａは、例えば、ゴム支承の内部等に圧電素子（平板であってもよいし、積層型素子であってもよい）をその厚み縦振動効果（ｄ_３３効果）を利用して発電することができるように設けたものを用いることもできる。

橋桁１３，床板１５および舗装層１８の撓み、歪み、振動を利用して発電を行うために、橋桁１３，床板１５および舗装層１８の内部やその境界部分に圧電発電ユニット２０ｂを設けることができる。圧電発電ユニット２０ｂとしては、橋桁１３等の撓み等に順応した撓み等が圧電素子に生ずるもの、例えば、バイモルフ型素子等の平板型圧電素子をその面が路面と平行となるように配置された構造のものを用いることができる。また、圧電発電ユニット２０ｂを舗装層１８に設ける場合における圧電発電ユニット２０ｂとしては、車両の重さに起因する荷重によって厚み縦振動効果（ｄ_３３効果）で発電する圧電素子を、主にタイヤの接地ルート（つまり、轍が形成されやすい部分）に沿って設けることも好ましい。

橋桁１３等が撓み，歪みまたは振動する際には、伸縮装置１７も伸縮する。そこで、伸縮装置１７に加わる力で発電を行うことができるように、圧電発電ユニット２０ｃを伸縮装置１７に取り付けることができる。なお、圧電発電ユニット２０ｃが一定のバネ定数を有する構成（例えば、前述した特願２００４−３０２９７４号等に開示された発電装置）の場合には、伸縮装置１７に代えて圧電発電ユニット２０ｃを伸縮装置として配置することができる。

橋桁１３の振動を利用して発電を行うために、橋桁１３の下面には、橋桁１３の振動に呼応（共鳴）して振動するように設けられた振動板１９が設けられている。この振動板１９の先端には錘１９ａが取り付けられており、橋桁１３が振動すると、振動板１９を介して錘１９ａが上下に動くことで振動板１９の水平部分に撓み振動が生じる。そこで、振動板１９の水平部分の撓みにより発電するように構成された圧電発電ユニット２０ｄを設けることができる。なお、振動板１９そのものがバイモルフ型素子等の屈曲変位型素子であってもよい。

橋桁１３の下面には、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の、所謂、光触媒を含有する光触媒層２２が設けられている。また橋桁１３の下面には、この光触媒層２２に紫外線を照射する紫外線発光ダイオード２１が所定間隔で設けられている。これらの紫外線発光ダイオード２１は、上述した圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄで発生する電気エネルギーを用いて動作し、光触媒層２２に紫外線を照射することで光触媒を活性化させ、空気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）等の分解を行うことができるようになっている。

なお、図１では圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄと紫外線発光ダイオード２１とを電気的に接続する配線の図示を省略している。例えば、紫外線発光ダイオード２１は、各圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄの発電能力や配置場所による稼動率の違い等を考慮して、圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄのいずれか（例えば、近接する圧電発電ユニット）に接続すればよい。また、圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｄのアースは橋桁１３等が有する鉄筋で取ることができる。

道路を走る車両から排出されるガスは拡散するために、このように橋桁１３の下面に光触媒層２２と紫外線発光ダイオード２１を設けた場合にも、汚染空気浄化の効果を得ることができる。また、都市部においては立体交差している高架橋も多いので、そのような場所では橋桁１３の下面に光触媒層２２を設けることは、空気浄化により効果的である。なお、路面の端（舗装層１８の路肩）等、車両の走行に支障のない場所であって走行帯に近い部分に、光触媒層と紫外線発光ダイオードを設けることによっても、汚染空気を浄化することができる。つまり、光触媒層と紫外線発光ダイオードを設ける場所は前記の各場所に限定されるものではない。

図２にトンネル３０に圧電発電ユニット２０ｅ，光触媒層２２および紫外線発光ダイオード２１を配設した例を示す断面図を示す。舗装層１８の下側に設けられた圧電発電ユニット２０ｅでは、その内部に設けられた図示しない圧電素子が、車両が走行する際の車両の重さに起因する加重を受けて圧縮され、または撓むことで発電する。この電気エネルギーで紫外線発光ダイオード２１を発光させる（配線は図示せず）ことにより、光触媒層２２の光触媒を活性化させ、汚染空気の浄化を行う。なお、トンネル３０内に白色光源として水銀灯やメタルハライドランプ等の照明が設けられている場合には、このような照明からは紫外線が照射されているので、紫外線発光ダイオード２１はこのような照明の光による触媒活性化が起こり難い場所に取り付けることが好ましい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、圧電発電ユニット２０ａ〜２０ｅで生じた電気エネルギーを直接に紫外線発光ダイオード２１の点灯・点滅に用いる方法のみならず、その電気エネルギーを二次電池やコンデンサに充電し、一定の時間間隔で二次電池等からの電気エネルギー供給により紫外線発光ダイオード２１を点灯・点滅させてもよい。

紫外線を発光する素子は紫外線発光ダイオードに限定されるものではなく、例えば、紫外線ランプ等の発光が可能な十分な電力が得られる圧電発電ユニットであれば、そのような紫外線ランプを用いることもできる。さらに、圧電発電ユニットで発電して得た電気エネルギーを蓄電池やコンデンサ等に貯蔵させて、その後にこれらから放電させる構成とすれば、紫外線発光ダイオードに代えて、紫外線ランプを用いることは十分に可能である。

鉄道と道路とが平行して走っている場所や鉄道用高架橋と道路とが立体交差している場所等では、鉄道車両通過時の鉄道車両自体の重さを利用して発電することができるように、例えば、線路軌道下や高架橋の内部および下面に圧電発電ユニットを配置し、一方、道路脇や高架橋の下面等に紫外線発光ダイオードと光触媒層を設けて前記圧電発電ユニットからの電気エネルギー供給によりこの紫外線発光ダイオードを点灯、点滅させることにより、その道路を通行する車両に主に起因する汚染空気を浄化することができる。

本発明は高架型道路構造物における汚染空気浄化に特に有効である。

鉄筋コンクリート製の桁橋に汚染空浄化システムを配置した一例を模式的に示す図。 トンネルに汚染空浄化システムを配置した一例を模式的に示す図。

符号の説明

１０；桁橋
１２；橋脚
１３；橋桁
１４；支承
１５；床板
１６；落橋防止システム
１７；伸縮装置
１８；舗装層
１９；振動板
１９ａ；錘
２０ａ〜２０ｅ；圧電発電ユニット
２１；紫外線発光ダイオード
２２；光触媒層
３０；トンネル

Claims (4)

1. 道路構造物に設けられる汚染空浄化システムであって、
   道路構造物の内部に埋設または前記道路構造物の表面に装着され、風力，または前記道路構造物上を移動する車両からの直接的な外力，または前記道路構造物上を移動する車両によって前記道路構造物に生ずる歪みおよび振動によって発電する圧電素子を備えた圧電発電ユニットと、
   前記圧電発電ユニットにおいて発生する電気エネルギーで動作する紫外線発光ダイオードと、
   前記道路構造物の表面の、前記紫外線発光ダイオードが発光する紫外線の届く領域に固定された光触媒層と、
   を具備することを特徴とする汚染空浄化システム。
2. 前記圧電発電ユニットは、道路構造物を構成するコンクリート床板と表面舗装層との間，または前記コンクリート床板の内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の汚染空浄化システム。
3. 前記道路構造物は橋梁であり、前記圧電発電ユニットは、支承，または橋桁の裏面側に前記橋桁の振動に呼応して振動するように設けられた振動板に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の汚染空浄化システム。
4. 前記紫外線発光ダイオードは、前記光触媒層において直射日光のあたらない部分に紫外線を照射することができる場所に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の汚染空浄化システム。

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