JP2017221896A - 光触媒装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、発光ダイオードと、光触媒が坦持された光触媒シートとを具備した光触媒装置が提案されている。
ここで、ガスの流れ方向と垂直な方向に延びる光触媒シートをガスの流路の内部に設けたり、ガスの流れ方向と平行な方向に延びる複数の光触媒シートをガスの流路の内壁面から離れた位置に設けたりすれば、ガスをトラップし易くなる。ガスをトラップすることができれば、ガス分解性能を高めることができる。
しかしながら、この様にすると、ガスの流れが遮られるので圧力損失が大きくなる。圧力損失が大きくなると、ガスの流速の高速化やガスの流量の増大が困難となり、処理能力の向上が図れなくなるおそれがある。
そのため、処理能力の向上を図ることができる光触媒装置の開発が望まれていた。
図1は、本実施の形態に係る光触媒装置1を例示するための模式斜視図である。
図2は、図1における光触媒装置1のA−A線方向の模式断面図である。
なお、図2においては、煩雑となるのを避けるために、内壁面2fに設けられた光触媒部4を省いて描いている。
図3は、図1における光触媒装置1をB方向から見た図である。
図4は、光触媒部4を例示するための模式斜視図である。
筐体2の断面の内形形状は、光源部3および光触媒部4の取り付けやすさを考慮すると、多角形とすることが好ましい。なお、図1に例示をした筐体2の断面の内形形状は四角形である。そのため、筐体2は、内壁面2c(第1の内壁面の一例に相当する)、内壁面2d(第2の内壁面の一例に相当する)、および内壁面2e(第4の内壁面の一例に相当する)、内壁面2f(第3の内壁面の一例に相当する)を有する。
筐体2の一方の端部2aと、筐体2の他方の端部2bは、開口している。
例えば、筐体2の端部2aは、ガスの流入口となる。筐体2の端部2bは、ガスの流出口となる。なお、ガスは、例えば、空気を主成分とする気体である。
ただし、筐体2の材料を熱可塑性樹脂とすれば、射出成形法を用いて筐体2を形成することができる。
この場合、筐体2の材料をアクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂)とすれば、光源部3から照射された紫外線に対する耐性と、ガスに含まれるVOCに対する耐性を向上させることができる。なお、アクリル樹脂の重合度を10000〜15000程度とすれば、発臭を抑制することができる。
また、筐体2の材料をABS樹脂(アクリルニトリルーブタジエンースチレン共重合合成樹脂)とすれば、成形性の向上と低コスト化を図ることができる。この場合、筐体2の材料を強化ABS樹脂とすれば、筐体2の強度を向上させることができる。なお、強化ABS樹脂は、ABS樹脂にガラス繊維などを混合させたものである。
熱伝導率の高い材料としては、例えば、金属、高熱伝導性樹脂、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックスなどを例示することができる。
高熱伝導性樹脂は、例えば、PET(polyethylene terephthalate)やナイロン等の樹脂に、熱伝導率の高い酸化アルミニウム等からなるフィラーを混合させたものである。
光源部3は、筐体2の内部に設けられている。光源部3は、筐体2が延びる方向に延びる形態を有している。光源部3は、筒状の筐体2の内壁面2cに設けられている。光源部3に設けられた発光素子3bの発光面3b1は、光触媒部4に設けられた光触媒シート4bと対峙している。
基板3aは、板状を呈している。基板3aの一方の表面には、配線パターンが設けられている。
基板3aの材料や構造には特に限定はない。例えば、基板3aは、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料(セラミックス)、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料などから形成することができる。また、基板3aは、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものであってもよい。なお、金属板の表面を絶縁材料で被覆する場合には、絶縁材料は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
また、基板3aは、単層であってもよいし、多層であってもよい。
発光素子3bの形式には特に限定はない。
発光素子3bは、例えば、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)型などの表面実装型の発光素子とすることができる。
発光素子3bは、例えば、砲弾型などのリード線を有する発光素子とすることもできる。
例えば、光触媒シート4b上における光照射強度が1mW/cm2以上となるように、複数の発光素子3bの配設形態や数などを設定することができる。
例えば、光触媒が酸化チタンなどの紫外光応答型の光触媒である場合には、発光素子3bは、ピーク波長が380nm以下の光を照射するものとすることができる。
また、光触媒が酸化タングステンなどの可視光応答型の光触媒である場合には、発光素子3bは、ピーク波長が380nm以上(例えば、400nm〜600nm程度)の光を照射するものとすることができる。
光触媒部4は、筐体2の内部に設けられている。光触媒部4は、筐体2が延びる方向に延びる形態を有している。光触媒部4は、筐体2の内壁面2dに設けられ、光源部3と対峙している。すなわち、光触媒を有する光触媒部4は、筐体2の、光源部3が設けられる内壁面2cと対峙する内壁面2dに設けられている。
光触媒シート4bは、発光素子3bの発光面3b1と対峙している。
なお、筐体2の断面の内形形状が四角形であるため、光触媒部4は光源部3と平行となっているが、筐体2の断面の内形形状によっては、光触媒部4は光源部3に対して傾いていてもよい。ただし、光触媒部4が光源部3と平行となっていれば、より均一な光の照射が行われるので処理能力の向上を図ることができる。
光源部3と、光触媒部4との間の空間は、ガスが流通する流路となる。
例えば、光触媒装置1は、筐体2の内壁面2cと対峙する内壁面2dに設けられ、第1の光触媒を有する第1の光触媒部と、内壁面2dの一方の側に隣接する内壁面2fに設けられ、第2の光触媒を有する第2の光触媒部と、を備えることができる。
また、光触媒装置1は、内壁面2fと対峙する内壁面2eに設けられ、第1の光触媒または第2の光触媒を有する第3の光触媒部を更に備えることができる。
第1の光触媒の組成と、第2の光触媒の組成が異なっていてもよい。第1の光触媒の組成と、第2の光触媒の組成が同じであってもよい。
この場合、光触媒部4の数を多くすれば、処理能力の向上を図ることができる。すなわち、光源部3が設けられる内壁面以外の内壁面に光触媒部4を設けるようにすることが好ましい。
内壁面2d、内壁面2e、および内壁面2fに光触媒部4を設ければ、光触媒シート4bの面積を大きくすることができる。また、後述する様に、ガス流G2およびガス流G3に含まれるガスと内壁面2e、2fに設けられた光触媒シート4bとが接触しやすくなる。そのため、処理能力の向上を図ることができる。
異なる構成の光触媒部4を設けるようにすれば、それぞれの光触媒部4において吸着性能が優れるガス種を異なるようにできる。そのため、例えば、複数種類のガス種が混在するガスを処理する場合に、効率良く、ガスを分解、除去することができる。
枠部4aは、枠状を呈し、光触媒シート4bの周縁を保持する。枠部4aの中央部分は、光触媒シート4bが露出する窓部4a1となっている。
また、光触媒シート4bの面積が大きい場合などには、光触媒シート4bの中央領域における撓みを抑制するために梁4a2を設けることができる。
この場合、一方の枠部4aの周縁部に突起部を設け、他方の枠部4aの周縁部に突起部に嵌合する凹部を設けることができる。そして、一対の枠部4aにより、光触媒シート4bを挟み込んだ際に、突起部を凹部に嵌め合わせて一対の枠部4a同士を固定するようにすることができる。なお、超音波溶着法などを用いて、一対の枠部4a同士を固定するようにしてもよい。
ガラス繊維織物は、例えば、透明なガラス繊維を束ねた横糸群と縦糸群とからなる織物とすることができる。
多数の光触媒微粒子は、ガラス繊維同士の間に坦持されている。
この場合、光触媒シート4bは、例えば、以下の様にして作成することができる。
まず、純水に燐酸を加えて、pH(水素イオン濃度)を2〜7に調整した水溶液を生成し、光触媒を加えてエマルジョン溶液を生成する。
次に、ガラス繊維織物をエマルジョン溶液に10分間程度浸漬させる。
次に、エマルジョン溶液からガラス繊維織物を引き上げて乾燥させる。
この様にして、ガラス繊維同士の間に多数の光触媒微粒子が坦持された光触媒シート4bを作成することができる。
この場合、光触媒シート4bは、例えば、以下の様にして作成することができる。
まず、前述したものと同様にしてエマルジョン溶液を生成する。
次に、セラミックス基板をエマルジョン溶液に浸漬させる。
次に、エマルジョン溶液からセラミックス基板を引き上げて、加熱炉などによりセラミックス基板を加熱する。加熱温度は100℃程度、加熱時間は2時間程度とすることができる。
この様にして、孔の内部や表面に多数の光触媒微粒子が坦持された光触媒シート4bを作成することができる。
ところが、この様にすれば、ガスの流れが遮られるので圧力損失が大きくなる。圧力損失が大きくなると、ガスの流速の高速化やガスの流量の増大が困難となり、処理能力の向上が図れなくなるおそれがある。
図2に示すように、光源部3と光触媒部4との間に形成されるガス流G1およびガス流G2は、ガスの流れを遮るものが少ないので、ガスの流れの乱れが少なくなる。
この場合、ガス流G1は、ガスの流れの乱れが少なくても光触媒部4の近くを流れるので、ガスと光触媒シート4bとが接触しやすくなる。そのため、光触媒シート4bの光触媒作用により、ガスに含まれる有害物質の分解除去などを行うことができる。
図5に示すように、光源部3および光触媒部4は2組設けることができる。なお、筐体2の断面の内形形状が四角形であるため2組の光源部3および光触媒部4を例示したが、光源部3および光触媒部の組数は、筐体2の断面の内形形状に応じて適宜変更することができる。
すなわち、光触媒装置1は、筐体の内壁面2cに設けられ、第1の発光素子を有する第1の光源部と、内壁面2fと対峙する内壁面2eに設けられ、第2の発光素子を有する第2の光源部と、を備えることができる。
光源部3および光触媒部4を複数組設ければ、処理能力の向上を図ることができる。
2組の光源部3および光触媒部4の構成を異なるものとする場合には、例えば、第1の発光素子が照射する光のピーク波長と、第2の発光素子が照射する光のピーク波長が異なるようにすることができる。例えば、一方の光源部3はピーク波長が380nm以下の光を照射するものとし、当該光源部3に対峙する光触媒部4には紫外光応答型の光触媒が含まれているようにする。他方の光源部3はピーク波長が380nm以上(例えば、400nm〜600nm程度)の光を照射するものとし、当該光源部3に対峙する光触媒部4には可視光応答型の光触媒が含まれているようにする。
異なる構成の光触媒部4を設けるようにすれば、それぞれの光触媒部4において吸着性能が優れるガス種を異なるようにできる。そのため、例えば、複数種類のガス種が混在するガスを処理する場合に、効率良く、ガスを分解、除去することができる。
図6に示すように、筐体12の断面の内形形状は、長方形とすることができる。
この場合、長方形の長辺側の内壁面12cに光源部3を設け、長方形の長辺側の内壁面12dに光触媒部4を設けるようにすることが好ましい。
この様にすれば、発光素子3bの発光面3b1と、光触媒シート4bの表面との間の距離Lを短くすることができる。距離Lを短くすることができれば、光触媒シート4bに照射される光の強度を高めることができる。また、前述したガス流G2およびガス流G3に含まれるガスと光触媒シート4bとが接触しやすくなる。
また、長方形の長辺側の内壁面12dに光触媒部4を設ければ、光触媒シート4bの面積を大きくすることができる。
そのため、処理能力の向上を図ることができる。
そのため、処理能力のさらなる向上を図ることができる。
Claims (6)
- 断面の内形形状が多角形であり、複数の内壁面を有する筒状の筐体と;
前記筐体の第1の内壁面に設けられ、第1の発光素子を有する第1の光源部と;
前記筐体の前記第1の内壁面と対峙する第2の内壁面に設けられ、第1の光触媒を有する第1の光触媒部と;
前記第2の内壁面の一方の側に隣接する第3の内壁面に設けられ、第2の光触媒を有する第2の光触媒部と;
を具備した光触媒装置。 - 前記第1の光触媒の組成と、前記第2の光触媒の組成が異なる請求項1記載の光触媒装置。
- 前記第1の光触媒の組成と、前記第2の光触媒の組成が同じである請求項1記載の光触媒装置。
- 前記第3の内壁面と対峙する第4の内壁面に設けられ、第2の発光素子を有する第2の光源部を更に備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の光触媒装置。
- 前記第3の内壁面と対峙する第4の内壁面に設けられ、前記第1の光触媒または前記第2の光触媒を有する第3の光触媒部を更に備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の光触媒装置。
- 前記第1の発光素子が照射する光のピーク波長と、前記第2の発光素子が照射する光のピーク波長が異なる請求項4記載の光触媒装置。
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