JP3828178B2 - Photocatalytic reactor - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、光触媒反応により気体中の汚染物質や浮遊菌等を分解、殺菌する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の光触媒反応装置としては、特開平1−266864号公報に開示されるものが知られている。これは、光電子放出材及び光触媒上に紫外線又は放射線を照射し、放出された光電子によってガス流中の粒子状物質を荷電せしめ、荷電された粒子を荷電粒子捕集部で捕集して除去するとともに、光触媒の作用によりガス状汚染物質や悪臭物質を分解除去し、さらに、紫外線エネルギ−と光触媒の作用により微生物、細菌類を死滅させ除去する装置である。
【0003】
また、これ以外にも、光触媒反応を利用した気体処理方法として、特公平4−005485号公報に開示されているような方法が知られている。これは、電界中において紫外線が照射されている光触媒上に廃オゾン含有ガスを通ずることにより廃オゾンを分解処理する方法である。廃オゾンは、光触媒上への紫外線照射により放出された電子の作用により分解、除去され、電子の作用で分解されなかった廃オゾンは、光触媒表面で分解、除去される。光触媒を電界内におくことにより光触媒表面がオゾンに対して還元作用を持つようになり、光触媒のオゾンの分解性が向上する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の技術は、いずれも光電子放出材や光触媒に光を照射することで放出された光電子の作用によりガス中の汚染物質や粒子を分解、除去するとともに、光照射によって活性化された光触媒の作用によって汚染物質や細菌類を分解、殺菌するものである。しかし、これらの技術では、汚染物質と光触媒の接触は汚染物質等を含むガス流の作用によるものであったため、光触媒と汚染物質との接触確率は低く、光触媒と汚染物質との吸着率も十分でなかった。また、光電子放出材から放出される電子の飛程距離は短いので、この電子による汚染物質の分解効果や粒子の帯電効果は十分でない。したがって、従来の技術では、ガス中の汚染物質を効率良く除去することは困難である。
【0005】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、気体中の汚染物質や悪臭物質、浮遊菌等を効率良く分解、除去する光触媒反応装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の光触媒反応装置は、(a)ガス導入口を有する反応容器と、(b)ガス導入口から反応容器内に導入されたガスにX線を照射するX線照射手段と、(c)反応容器内に電界を生じさせる電界発生手段と、(d)電界内に配置された光触媒であってX線照射手段からのX線が照射されるものとを備えている。
【0007】
本発明の第1の実施態様としては、上記の電界発生手段が、▲1▼光触媒を保持する第1及び第2の保持部材であってX線照射手段からのX線がそれぞれ照射されるものと、▲2▼第1及び第2の保持部材の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とするものがある。
【0008】
この場合、第1及び第2の保持部材が導電性の材料からなり、なおかつ、電圧印加手段が第1及び第2の保持部材に接続された電圧源であっても良い。この導電性材料は、活性炭であると良い。
【0009】
また、電圧印加手段が、第1及び第2の保持部材にそれぞれ取り付けられた第1及び第2の電極であって第1及び第2の保持部材を挟んで互いに対向するもの、並びにこの第1及び第2の電極に接続された電圧源から構成されるものであっても良い。
【0010】
本発明の第2の実施態様としては、上記の電界発生手段が、▲1▼光触媒を保持する保持部材であってX線照射手段からのX線が照射されるものと、▲2▼反応容器内に設置された第1の電極と、▲3▼保持部材と第1の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とするものがある。
【0011】
この場合、保持部材が導電性の材料からなり、なおかつ、電圧印加手段が保持部材及び第1の電極に接続された電圧源であっても良い。この導電性材料は、活性炭であると良い。
【0012】
また、電圧印加手段が、保持部材に取り付けられた第2の電極であって保持部材を挟んで第1の電極と対向するもの、並びに第1及び第2の電極に接続された電圧源から構成されるものであっても良い。
【0013】
本発明の第3の実施態様としては、上記の電界発生手段が、反応容器内に設置された第1の電極と、反応容器の外面上に取り付けられた第2の電極と、この第1及び第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えるものであり、光触媒が反応容器の内面上に保持されていることを特徴とするものがある。
【0014】
また、本発明の光触媒反応装置は、上記の反応容器がガス排出口をさらに有しており、反応容器のガス導入口から反応容器外のガスを導入し、ガス導入口からガス排出口へ向かうガスの流れを生じさせるガス流生成手段をさらに備えているものであっても良い。
【0015】
【作用】
本発明の光触媒反応装置では、反応容器内に導入されたガスにX線が直接照射されるため、ガス中に含まれるガス状汚染物質や浮遊菌が効率良く電離あるいは帯電する。また、X線は、空気中を適度に透過し、空気による吸収は少ないので、光触媒に効率良く照射され、光触媒を良好に活性化させる。
【0016】
一方、本発明の反応容器内では電界が発生しているため、イオン化したガス状汚染物質や帯電した浮遊菌は電界の電気的引力により光触媒に引き寄せられる。これにより、ガス状汚染物質や浮遊菌は光触媒に効率良く吸着し、光触媒作用によって分解あるいは殺菌される。
【0017】
本発明の第1の実施態様では、電圧印加手段が印加する電圧により第1及び第2の保持部材の間に電界が発生する。イオン化したガス状汚染物質や帯電した浮遊菌はこの電界の電気的引力により第1及び第2の保持部材に引き寄せられ、効率良く光触媒に吸着して分解あるいは殺菌される。
【0018】
第1及び第2の保持部材が導電性の材料からなる上記の装置では、電圧源から保持部材に直接電圧が印加され、第1及び第2の保持部材の間に電界が発生する。
【0019】
また、電圧印加手段が第1及び第2の電極、並びに電圧源を有している場合は、電圧源から印加される電圧によってこの第1及び第2の電極の間に電界が発生する。第1及び第2の電極は、第1及び第2の保持部材を挟んで対向しているから、これにより第1及び第2の保持部材の間に電界が発生する。
【0020】
本発明の第2の実施態様では、電圧印加手段が印加する電圧により保持部材と第1の電極との間に電界が発生する。イオン化したガス状汚染物質や帯電した浮遊菌はこの電界の電気的引力により保持部材に引き寄せられる。これにより、ガス状汚染物質や浮遊菌は保持部材が保持する光触媒に効率良く吸着し、分解あるいは殺菌される。
【0021】
保持部材が導電性の材料からなる上記の装置では、電圧源から保持部材に直接電圧が印加され、保持部材と第1の電極との間に電界が発生する。
【0022】
電圧印加手段が第2の電極及び電圧源を有している場合は、電圧源から印加される電圧によってこの第2電極と上記の第1電極との間に電界が発生する。第2電極は保持部材を挟んで第1電極と対向しているから、第1の電極と保持部材との間に電界が発生する。
【0023】
本発明の第3の実施態様では、反応容器の内外に配置された第1及び第2の電極に電圧印加手段によって電圧が印加され、第1及び第2の電極の間に電界が発生する。X線照射によりイオン化したガス状汚染物質や帯電した浮遊菌はこの電界の電気的引力により反応容器の内面に引き寄せられる。これにより、ガス状汚染物質や浮遊菌は反応容器の内面上に保持された光触媒に効率良く吸着し、分解あるいは殺菌される。
【0024】
本発明のうち光触媒装置のうちガス流生成手段を備えるものでは、ガス流生成手段が生じさせた流路に沿ってガスは流れ、光触媒の周囲を通過する。このとき上述したような作用によって、このガスに含まれるガス状汚染物質や浮遊菌は効率良く光触媒に吸着し、光触媒作用によって分解あるいは殺菌される。これにより、ガス排出口からは極めて清浄なガスが排出される。
【0025】
【実施例】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【0026】
実施例1
図1は、本実施例の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。本実施例のこの光触媒反応装置は、プレフィルタ10、X線照射装置20、光触媒フィルタ30〜32、高電圧源40、ファン50及び絶縁性材料で形成された反応容器60に収容されている。
【0027】
反応容器60の上部には導入口11が形成されており、プレフィルタ10は、この導入口11を覆うように取り付けられている。このプレフィルタ10は、導入口から導入されるガス中の粗粒子を濾過するためのものである。
【0028】
X線照射装置20は、X線源22及びX線透過窓24から構成されている。X線源22は、反応容器60の上壁に取り付けられており、X線源22から出射するX線が反応容器60の内部に入射するようになっている。X線透過窓24は、反応容器60の上壁の内面に設置されており、X線源22から出射するX線がこのX線透過窓24を透過して反応容器60内に入射するようになっている。
【0029】
光触媒フィルタ30〜32は、いずれもハニカム状のフィルタ本体(光触媒の保持部材)の表面に光触媒が付着したフィルタである。各フィルタの厚さは、約2cmである。これらの光触媒フィルタ30〜32は、X線照射装置20の下方に位置するように反応容器60の内壁に取り付けられている。各フィルタ30〜32は、いずれもその上面をX線照射装置20に向け、互いに約5mmの間隔をおいて平行に配置されている。
【0030】
図2は、光触媒フィルタ30〜32のフィルタ本体35の構造を示す斜視図である。フィルタ本体35は、活性炭を材料とする炭素繊維ペーパーで構成されている。このフィルタ本体は、平面状の炭素繊維ペーパーの上に断面が波形状の炭素繊維ペーパーを貼り付けた段ボール紙を作製し、この段ボール紙を数段にわたって積層してから、図2のA−A′方向に沿って厚さ2cmに切り出すことで得ることができる。本実施例の場合、波形紙の波ピッチは4.2mm、波高は2.5mmとなっている。
【0031】
図示の通り、フィルタ本体35は、平面紙と波形紙の間の空隙からガスが通過するようなハニカム構造となっている。このフィルタ本体35の表面に光触媒を付着させれば、本実施例の光触媒フィルタ30〜32が得られる。
【0032】
なお、フィルタ本体としては、図3のように平面状の炭素繊維ペーパーの上に断面が波形状の炭素繊維ペーパーを貼り付けた段ボール紙を丸めて筒状にした後、所定の厚さに切り出したものを用いることもできる。
【0033】
光触媒は、X線照射により励起され、ガス状汚染物質を分解したりガス中の浮遊菌を殺菌することができるものであればどれでも良い。通常は、半導体材料が効果的であり、入手も容易なので好ましい。効果や経済性の面からは、Se,Ti,Zn,Cu,Sn,Al,Ga,In,P,As,Sb,Bi,Cd,S,Te,Ni,Fe,Co,Ag,Mo,Sr,W,Cr,Pb等の化合物、合金または酸化物が好ましく、これらは単独で、又は2種類以上を複合して用いることができる。
【0034】
例えば、化合物としてはAlP,AlAs,GaP,AlSb,GaAs,InP,GaSb,InAs,InSb,CdS,CdSe,ZnS,MoS2 ,WS2 ,酸化物としてはTiO2 ,Bi2 O3 ,CuO,CuO2 ,ZnO,MoO3 ,InO3 ,Ag2 O,PbO,SrTiO3 ,BaTiO3 ,Co3 O4 ,Fe2 O3 ,NiOがある。
【0035】
次に、高電圧源40は約10kVの出力を有するもので、反応容器60の外部に設置されており、光触媒フィルタ30〜32のフィルタ本体35に差し込まれた導線を介してこれらのフィルタに接続されている。上述のようにフィルタ本体35は活性炭から構成されており、活性炭は導電性の材料であるから、高圧電源40と光触媒フィルタ30〜32とは電気的に接続されていることになる。最も上方に位置する光触媒フィルタ30と、最も下方に位置する光触媒フィルタ32は、ともにグランド電位(ゼロ電位)を保持している。これらのフィルタの中間に位置する光触媒フィルタ31には、高電圧源40から約10kVの高電圧が印加される。
【0036】
反応容器60の下部には排出口12が形成されており、ファン50は排出口12の内部に設置されている。ファン50は、図示しない電源からの電力の供給を受けて回転し、反応容器60の外部のガスを導入口11から反応容器60内に導入すると共に、このガスを排出口12から排出する。すなわち、ファン50の回転によって、反応容器60内において導入口11から排出口12へ向かうガス流が生成される。
【0037】
次に、本実施例の光触媒反応装置の動作を説明する。まず、図示しない電源からの電力の供給を受けてファン50が回転し、これによって空気等のガスがプレフィルタ10及び導入口11を通過して反応容器60の内部に導入される。このとき、ガス中の粗粒子は、プレフィルタ10によって濾過される。
【0038】
導入されたガスには、硫黄含有化合物(SOX、H2 S)、窒素化合物(NOX 、NH3 )、O3 、不飽和アルデヒドやタール状物質等のガス状の汚染物質、浮遊菌、タバコ粒子など、プレフィルタ10では除去されないような物質が含まれている。本実施例の光触媒反応装置は、主に光触媒反応によってこのような物質の分解、殺菌等を行う。
【0039】
導入ガスは、X線照射装置20の下方でX線の照射を受ける。これにより、導入ガスに含まれるガス状汚染物質はイオン化する。また、ガス状汚染物質から離脱した電子や光触媒へのX線照射により放出された電子が、導入ガスに含まれる浮遊菌やタバコ等の粒子を帯電させる。なお、イオン化には、約1keV〜10keVの軟X線を用いるのが好適である。
【0040】
本実施例の装置では、上述のようにX線を導入ガスに直接照射してガス状汚染物質をイオン化するのでイオン化の効率は極めて良好であり、光電子放出材から放出された電子によりイオン化を行う従来の技術に比較しても、イオン化の効率は極めて高い。これにより、導入ガスに含まれるガス状汚染物質の大部分がイオン化されることになる。
【0041】
上述のようにしてイオン化されたガス状汚染物質や帯電した浮遊菌やタバコ等の粒子は反応容器60内を流れ、光触媒フィルタ30〜32に到達する。上述のように隣り合うフィルタの間には電界が生じており、この電界の電気的引力によってガス状汚染物質、浮遊菌、タバコ等の粒子は各フィルタに引き寄せられ、フィルタ本体35の表面に付着した光触媒に吸着される。
【0042】
光触媒にはX線照射装置20からのX線が照射されており、これによって光触媒は活性化されている。これによって光触媒反応が生じるため、光触媒は自らに吸着したガス状汚染物質を分解し、浮遊菌を殺菌する。さらに、本実施例のフィルタ本体35は活性炭から構成されているので、このフィルタ本体35も悪臭物質などのガス状汚染物質を吸収し、除去する。
【0043】
本実施例の装置では、光触媒フィルタ30〜32の間に電界を生じさせるため、ガス状汚染物質、浮遊菌、タバコ等の粒子が光触媒やフィルタ本体35に極めて効率良く吸着する。したがって、本実施例の装置によれば、これらの物質を効率良く分解あるいは殺菌し、除去することができる。
【0044】
本発明者らは、光触媒フィルタ30〜32への吸着率の高さを実際に確認した。以下では、これを具体的に説明する。
【0045】
本実施例の光触媒フィルタ30〜32は、空隙率が75〜80%であり、平均流速1m/sec時で厚さ2cmの場合、圧力損失は0.44mmH2 Oの特性を有している。この特性から明らかなように、本実施例の光触媒フィルタ30〜32は、極めて通気抵抗の低いものである。本実施例の装置において、電圧を印加しない場合、ガス状汚染物質の一種であるアンモニアの吸着率はガスの風速3.0m/sec時で約30%である。これは、ガス流の作用によって自然に光触媒に吸着したものである。
【0046】
これに対し、X線を照射し、かつ、フィルタ本体35に電圧を印加した場合は、吸着率は約90%に向上した。電圧を印加することで光触媒フィルタ30〜32間に生じた電界により、X線によってイオン化したガス状汚染物質等が光触媒フィルタ30〜32に引き寄せられるため、ガス状汚染物質等を極めて効率良く光触媒に吸着させることができ、光触媒反応によってこれらの物質を極めて効率良く分解、殺菌等することができる。
【0047】
なお、本発明者らの知見によれば、ガス状汚染物質等を好適に補集するために、光触媒フィルタ間に生じる電界強度は約5〜20kV/cmとするのが好ましい。
【0048】
また、光触媒反応の速度を高めるために、X線照射装置20に加えて紫外線ランプを反応容器60に取り付け、X線とともに紫外線を光触媒に照射するようにしても良い。
【0049】
光触媒フィルタ30〜32を通過したガスは、ファン50により生成された流路にしたがって排出口12へ向かって進行し、排出口12から排出される。ガスに含まれていたガス状汚染物質や浮遊菌は、その大部分が光触媒フィルタ30〜32によって除去されているので、排出されるガスは、導入されたガスに比べて極めて清浄なものとなっている。
【0050】
以上、説明したように、本実施例の光触媒反応装置によれば、X線照射により導入ガス中のガス状汚染物質や浮遊菌等が効率良くイオン化あるいは帯電され、光触媒フィルタ30〜32の間に生じた電界によりガス状汚染物質等が光触媒やフィルタ本体に効率良く吸着し、しかも光触媒はX線照射により活性化されているので、ガス状汚染物質や浮遊菌等を極めて効率良く分解あるいは殺菌し、除去することができる。本実施例では、活性炭から構成されるフィルタ本体35自体もガス状汚染物質を吸収、除去するので、ガス状汚染物質の除去を一層好適に行うことができる。
【0051】
なお、X線は、空気等のガス中を適度な透過率で透過するので、ガスに含まれるガス状汚染物質を良好にイオン化するとともに、光触媒にも十分に照射されて光触媒を良好に活性化するという利点を有している。X線の代わりに紫外線を用いることも考えられるが、波長の長い紫外線は、気体をイオン化するにはエネルギーが小さく、一方、気体をイオン化することが可能な高いエネルギーを持った紫外線(波長の短い紫外線)は空気等のガスを透過する能力に乏しいため、光触媒に十分に照射されないという問題点を有しており、本実施例のようにX線を用いるのが好適である。
【0052】
また、X線は活性炭等の固体を透過する能力も紫外線より優れているため、この点からもX線を用いるのが好適と思われる。例えば、光触媒が繊維状のフィルタ本体に保持された構造の光触媒フィルタを用いる場合を考えると、紫外線の場合は、フィルタ本体の内部の光触媒を十分に活性化させるためにはフィルタ本体の目を粗くする必要がある。しかし、目を粗くすればそれだけ光触媒に吸着されずにフィルタを通過するガスが増加することになり、全体としてガス状汚染物質等を効率良く除去することは困難である。これに対し、X線を用いる場合は、X線の透過力の高さゆえに、目の細かいフィルタを用いてもフィルタ本体内部の光触媒を十分に活性化することができ、しかもガス状汚染物質の光触媒への吸着率を高めることができる。
【0053】
次に、図4〜図6は、本実施例の光触媒反応装置を空気清浄器に適用した場合の構成例を示す図であり、図4は空気清浄器の外観図、図5は空気清浄器の内部構造を示す斜視図、図6は空気清浄器の内部構造を示す断面図である。
【0054】
図4及び図5に示されるように、空気清浄器の筐体61には、本実施例の光触媒反応装置を構成するプレフィルタ10、X線照射装置20、光触媒フィルタ30〜32、高圧電源40、ファン50及び反応容器60が収容されている。筐体61に設けられた空気吸入口16は本実施例の光触媒反応装置の導入口11に、空気吹出し口17は排出口12にそれぞれ相当する。
【0055】
図6に示されるように、光触媒フィルタ30〜32には導線を介して高圧電源40が接続されている。X線照射装置20、光触媒フィルタ30〜32及びファン50は反応容器60の内部に設置されている。反応容器60内にX線照射装置20も反応容器60内に設置されており、この点で本実施例の光触媒反応装置と相違するが、装置の作用は同様である。
【0056】
この空気清浄器は、タバコの煙等を吸入し、光触媒フィルタ30〜32によってガス状汚染物質やタバコの粒子を分解、除去することにより、空気吹出し口17から清浄な空気を排出する。
【0057】
実施例2
図7は、本実施例の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。本実施例の装置は、X線照射装置20、複数の光触媒フィルタ33、高圧電源40及び箱型の反応容器60を備えている。反応容器60の上部には導入口11が形成されており、導入口11の内部にはバルブ51が設置されている。反応容器60の下部には、排出口12が設置されている。
【0058】
複数の光触媒フィルタ33は、いずれも平行平板の導電性電極の上面及び下面に光触媒が付着したものである。これらの光触媒フィルタ33の上下面は反応容器60の側面を向いており、一方の側面から他方の側面に向かって所定の間隔をおいて平行に配置されている。
【0059】
光触媒フィルタ33を構成する平板電極には、導線を介して高圧電源40が接続されている。図示の通り、複数の光触媒フィルタ33の電極には、高圧電源40の高圧側端子と低圧側端子とが交互に接続されており、隣り合う電極が交互に高電位と低電位(グランド電位)になるように保持される。これによって、隣り合う電極の間に電圧が印加され、隣り合う光触媒フィルタ33の間に電界が生じることになる。
【0060】
本実施例の装置をガスの流れがある場所に設置し、バルブ51を開放状態にすれば、導入口11から反応容器60の内部にガスが導入される。導入されたガスに含まれるガス状汚染物質はX線照射装置20からのX線の照射を受けてイオン化された後、導入口11から排出口12へ向かう流路に沿って相隣る光触媒フィルタ33間の空隙を通過する。このとき、イオン化されたガス状汚染物質は隣り合う光触媒フィルタ33間の電界により各光触媒フィルタ33に引き寄せられ、光触媒に吸着されて分解、除去される。ガスに含まれる浮遊菌なども光触媒フィルタ33に至るまでに帯電し、光触媒フィルタ33間の電界の作用により光触媒に吸着して殺菌、除去される。なお、実施例1と同様に、光触媒はX線照射装置20のX線照射により活性化している。
【0061】
このように、本実施例の装置においても、X線照射により導入ガス中のガス状汚染物質等が効率良くイオン化あるいは帯電され、光触媒フィルタ33の間に生じた電界によりガス状汚染物質等が光触媒に効率良く吸着し、しかも光触媒はX線照射により活性化されているので、ガス状汚染物質等を極めて効率良く分解あるいは殺菌し、除去することができる。
【0062】
実施例3
図8は、本実施例の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。本実施例の装置は、X線照射装置20、光触媒フィルタ34及び70、高圧電源40及び筒状の反応容器60を備えている。反応容器60の上部には導入口11が形成されており、導入口11の内部にはバルブ52が設置されている。このバルブ52は、反応容器60へのガスの流入及び流出を制御するためものである。
【0063】
光触媒フィルタ70は、反応容器60の下壁の中心に立設された導電性の棒状電極と、この表面に付着した光触媒からなるものである。光触媒フィルタ34は、反応容器60の側壁及び下壁の内面に自らの下面を密着させて取り付けられた板状電極と、この板状電極の上面に付着した光触媒からなるものである。
【0064】
図示の通り、光触媒フィルタ70を構成する棒状電極には高圧電源40の高圧側端子が、光触媒フィルタ34を構成する板状電極には低圧側端子がそれぞれ接続されており、光触媒フィルタ70と光触媒フィルタ34との間に電界が発生するようになっている。
【0065】
本実施例の装置をガスの流れがある場所に設置し、バルブ52を開放状態にすれば、導入口11から反応容器60の内部にガスが導入される。導入されたガスに含まれるガス状汚染物質はX線照射装置20からのX線の照射を受けてイオン化された後、光触媒フィルタ70と光触媒フィルタ34との間に生じた電界により光触媒フィルタ34に引き寄せられ、光触媒に吸着されて分解、除去される。ガスに含まれる浮遊菌などもガス状汚染物質から離脱した電子や光触媒へのX線照射により放出された電子を受けて帯電し、光触媒フィルタ70と光触媒フィルタ34との間の電界の作用により光触媒に吸着して殺菌、除去される。なお、上記実施例と同様に、光触媒はX線照射装置20のX線照射により活性化している。
【0066】
バルブ52は、適当な量のガスが反応容器60内に導入された後で、閉じておく。これにより反応容器60は密閉され、ガスは逃げ場をなくすので、時間とともにガス状汚染物質や浮遊菌の吸着率が高まり、この結果、上記実施例の装置に比べてガスの清浄効果が高まることになる。
【0067】
このように、本実施例の装置では、X線照射により効率良くイオン化等された導入ガス中のガス状汚染物質等を光触媒フィルタ33の間に生じた電界により光触媒に効率良く吸着させてガス状汚染物質等を極めて効率良く除去できるうえ、密閉された反応容器内で時間をかけて汚染物質等の除去を行うので、極めて清浄なガスを得ることができる。
【0068】
実施例4
図9は、本実施例の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。本実施例の装置は、導入口11、バルブ52、X線照射装置20、棒状電極71、光触媒38、高圧電源40、筒状の反応容器60及び板状電極72から構成されている。棒状電極71は、反応容器60の下壁の中心に立設された導電性の電極である。光触媒38は、反応容器60の側壁及び下壁の内面に付着している。板状電極72は、反応容器60の側壁及び下壁の外面に自らの下面を密着させて取り付けられた導電性の電極である。他の構成要素については、実施例3と同様である。
【0069】
図示の通り、棒状電極71には高圧電源40の高圧側端子が、板状電極72には低圧側端子がそれぞれ接続され、さらに板状電極72は接地されており、棒状電極71と板状電極72との間に電界が発生するようになっている。
【0070】
本実施例の装置の動作は、実施例3と同様である。帯電したガス状汚染物質や浮遊菌は、棒状電極71と板状電極72との間の電界の電気的引力を受けることになるが、棒状電極71と板状電極72との間には光触媒38が存在しているため、ガス状汚染物質等は光触媒38に引き寄せられ、ここで除去されることになる。
【0071】
本実施例の装置も、実施例3と同様に、導入ガス中のガス状汚染物質等を光触媒フィルタ33の間に生じた電界により光触媒に効率良く吸着させてガス状汚染物質等を極めて効率良く除去できるうえ、密閉された反応容器内で汚染物質等の除去を行うことで極めて清浄なガスを得ることができる。
【0072】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光触媒装置の反応容器内に帯電した粒子を除去するための静電フィルタを設け、ガスの清浄効果を高めても良い。また、光触媒を付着させるフィルタ本体(電極の場合もある。)としては、実施例で用いたハニカム状や板状のもの以外に、スポンジ状、網状、繊維状、粒状等のものを用いることもできる。なお、光触媒が直接付着している部分は、取り替えが容易なようにカートリッジ型になっていることが好ましい。
【0073】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の光触媒反応装置によれば、X線照射によりガス中のガス状汚染物質や浮遊菌等は効率良く電離あるいは帯電された後、電界の電気的引力により光触媒に効率良く吸着されるので、X線照射により活性化された光触媒の光触媒反応によりガス状汚染物質や浮遊菌等を極めて効率良く分解あるいは殺菌し、除去することができる。このように、本発明の光触媒反応装置は極めて優れた清浄効果を有しているので、空気清浄器等として好適な使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。
【図2】フィルタ本体35の構造を示す斜視図である。
【図3】フィルタ本体の他の例を示す斜視図である。
【図4】実施例1の光触媒反応装置を適用した空気清浄器の外観図である。
【図5】実施例1の光触媒反応装置を適用した空気清浄器の内部構造を示す斜視図である。
【図6】実施例1の光触媒反応装置を適用した空気清浄器の内部構造を示す断面図である。
【図7】実施例2の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。
【図8】実施例3の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。
【図9】実施例4の光触媒反応装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
10…プレフィルタ、11…導入口、12…排出口、20…X線照射装置、22…X線源、24…X線透過窓、30〜34…光触媒フィルタ、40…高圧電源、50…ファン、60…反応容器。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a technique for decomposing and sterilizing pollutants and airborne bacteria in a gas by photocatalytic reaction.
[0002]
[Prior art]
As a conventional photocatalytic reaction device, one disclosed in JP-A-1-266864 is known. This is by irradiating the photoelectron emitting material and the photocatalyst with ultraviolet rays or radiation, charging the particulate matter in the gas flow with the emitted photoelectrons, and collecting and removing the charged particles in the charged particle collecting unit. At the same time, it is a device that decomposes and removes gaseous pollutants and odorous substances by the action of the photocatalyst, and further kills and removes microorganisms and bacteria by the action of ultraviolet energy and the photocatalyst.
[0003]
In addition to this, as a gas treatment method using a photocatalytic reaction, a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-005485 is known. In this method, waste ozone is decomposed by passing waste ozone-containing gas over a photocatalyst irradiated with ultraviolet rays in an electric field. Waste ozone is decomposed and removed by the action of electrons emitted by the ultraviolet irradiation on the photocatalyst, and waste ozone that has not been decomposed by the action of electrons is decomposed and removed on the photocatalyst surface. By placing the photocatalyst in an electric field, the surface of the photocatalyst has a reducing action on ozone, and the ozone decomposability of the photocatalyst is improved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
All of the above technologies decompose and remove pollutants and particles in the gas by the action of photoelectrons emitted by irradiating the photoelectron emitting material and photocatalyst, and the action of the photocatalyst activated by light irradiation. It decomposes and disinfects pollutants and bacteria. However, in these technologies, the contact between the pollutant and the photocatalyst is due to the action of a gas flow containing the pollutant, etc., so the contact probability between the photocatalyst and the pollutant is low, and the adsorption rate between the photocatalyst and the pollutant is sufficient. It was not. Further, since the range of electrons emitted from the photoelectron emitting material is short, the decomposition effect of contaminants and the charging effect of particles due to the electrons are not sufficient. Therefore, it is difficult for conventional techniques to efficiently remove contaminants in the gas.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a photocatalytic reaction device that efficiently decomposes and removes pollutants, malodorous substances, airborne bacteria, and the like in gas.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the photocatalytic reaction device of the present invention includes (a) a reaction vessel having a gas introduction port, and (b) irradiating a gas introduced into the reaction vessel from the gas introduction port with X-rays. An X-ray irradiating means, (c) an electric field generating means for generating an electric field in the reaction vessel, and (d) a photocatalyst disposed in the electric field that is irradiated with X-rays from the X-ray irradiating means. It has.
[0007]
As a first embodiment of the present invention, the electric field generating means is the first and second holding members for holding the photocatalyst, and each of which is irradiated with X-rays from the X-ray irradiation means And (2) voltage applying means for applying a voltage between the first and second holding members.
[0008]
In this case, the first and second holding members may be made of a conductive material, and the voltage application unit may be a voltage source connected to the first and second holding members. This conductive material is preferably activated carbon.
[0009]
The voltage applying means includes first and second electrodes attached to the first and second holding members, respectively, facing each other across the first and second holding members, and the first And a voltage source connected to the second electrode.
[0010]
As a second embodiment of the present invention, the electric field generating means includes (1) a holding member for holding a photocatalyst and irradiated with X-rays from the X-ray irradiation means, and (2) a reaction vessel. And a voltage applying unit that applies a voltage between the holding member and the first electrode.
[0011]
In this case, the holding member may be made of a conductive material, and the voltage application unit may be a voltage source connected to the holding member and the first electrode. This conductive material is preferably activated carbon.
[0012]
In addition, the voltage application means includes a second electrode attached to the holding member and facing the first electrode with the holding member interposed therebetween, and a voltage source connected to the first and second electrodes It may be.
[0013]
As a third embodiment of the present invention, the electric field generating means includes a first electrode installed in the reaction vessel, a second electrode attached on the outer surface of the reaction vessel, And a voltage applying means for applying a voltage between the second electrodes, wherein the photocatalyst is held on the inner surface of the reaction vessel.
[0014]
Further, in the photocatalytic reaction device of the present invention, the above reaction vessel further has a gas discharge port, and the gas outside the reaction vessel is introduced from the gas introduction port of the reaction vessel, and is directed from the gas introduction port to the gas discharge port. Gas flow generation means for generating a gas flow may be further provided.
[0015]
[Action]
In the photocatalytic reaction apparatus of the present invention, X-rays are directly irradiated to the gas introduced into the reaction vessel, so that gaseous pollutants and suspended bacteria contained in the gas are efficiently ionized or charged. Moreover, since X-rays permeate | transmit moderately in the air and there is little absorption by air, a photocatalyst is irradiated efficiently and a photocatalyst is activated favorably.
[0016]
On the other hand, since an electric field is generated in the reaction container of the present invention, ionized gaseous pollutants and charged floating bacteria are attracted to the photocatalyst by the electric attraction of the electric field. Thereby, gaseous pollutants and airborne bacteria are efficiently adsorbed on the photocatalyst and decomposed or sterilized by the photocatalytic action.
[0017]
In the first embodiment of the present invention, an electric field is generated between the first and second holding members by the voltage applied by the voltage applying means. Ionized gaseous pollutants and charged airborne bacteria are attracted to the first and second holding members by the electric attractive force of the electric field, and are efficiently adsorbed on the photocatalyst and decomposed or sterilized.
[0018]
In the above-described apparatus in which the first and second holding members are made of a conductive material, a voltage is directly applied from the voltage source to the holding member, and an electric field is generated between the first and second holding members.
[0019]
Further, when the voltage applying means has the first and second electrodes and the voltage source, an electric field is generated between the first and second electrodes by the voltage applied from the voltage source. Since the first and second electrodes face each other with the first and second holding members interposed therebetween, an electric field is generated between the first and second holding members.
[0020]
In the second embodiment of the present invention, an electric field is generated between the holding member and the first electrode by the voltage applied by the voltage applying means. Ionized gaseous pollutants and charged airborne bacteria are attracted to the holding member by the electric attraction of this electric field. Thereby, gaseous pollutants and airborne bacteria are efficiently adsorbed on the photocatalyst held by the holding member, and are decomposed or sterilized.
[0021]
In the above apparatus in which the holding member is made of a conductive material, a voltage is directly applied from the voltage source to the holding member, and an electric field is generated between the holding member and the first electrode.
[0022]
When the voltage applying means has the second electrode and the voltage source, an electric field is generated between the second electrode and the first electrode by the voltage applied from the voltage source. Since the second electrode faces the first electrode across the holding member, an electric field is generated between the first electrode and the holding member.
[0023]
In the third embodiment of the present invention, a voltage is applied to the first and second electrodes arranged inside and outside the reaction vessel by the voltage applying means, and an electric field is generated between the first and second electrodes. Gaseous pollutants ionized by X-ray irradiation and charged floating bacteria are attracted to the inner surface of the reaction vessel by the electric attraction of this electric field. As a result, gaseous pollutants and airborne bacteria are efficiently adsorbed on the photocatalyst held on the inner surface of the reaction vessel, and are decomposed or sterilized.
[0024]
In the photocatalyst device of the present invention, the gas flow generating means provided with the gas flow generating means flows along the flow path generated by the gas flow generating means and passes around the photocatalyst. At this time, gaseous pollutants and floating bacteria contained in the gas are efficiently adsorbed to the photocatalyst by the action as described above, and are decomposed or sterilized by the photocatalytic action. Thereby, extremely clean gas is discharged from the gas discharge port.
[0025]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
[0026]
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocatalytic reaction device of this example. This photocatalytic reaction device of this embodiment is accommodated in a pre-filter 10, an
[0027]
An introduction port 11 is formed in the upper part of the
[0028]
The
[0029]
Each of the photocatalyst filters 30 to 32 is a filter in which a photocatalyst is attached to the surface of a honeycomb-shaped filter body (photocatalyst holding member). The thickness of each filter is about 2 cm. These
[0030]
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the filter
[0031]
As shown in the figure, the filter
[0032]
As the filter body, as shown in FIG. 3, a corrugated cardboard paper having a corrugated carbon fiber paper pasted on a flat carbon fiber paper is rolled into a cylindrical shape, and then cut into a predetermined thickness. Can also be used.
[0033]
Any photocatalyst can be used as long as it is excited by X-ray irradiation and can decompose gaseous pollutants and sterilize suspended bacteria in the gas. Usually, semiconductor materials are preferable because they are effective and easily available. From the aspect of effect and economy, Se, Ti, Zn, Cu, Sn, Al, Ga, In, P, As, Sb, Bi, Cd, S, Te, Ni, Fe, Co, Ag, Mo, Sr , W, Cr, Pb and the like, alloys, and oxides are preferable, and these can be used alone or in combination of two or more.
[0034]
For example, the compounds include AlP, AlAs, GaP, AlSb, GaAs, InP, GaSb, InAs, InSb, CdS, CdSe, ZnS, and MoS. 2 , WS 2 , TiO as oxide 2 , Bi 2 O Three , CuO, CuO 2 , ZnO, MoO Three , InO Three , Ag 2 O, PbO, SrTiO Three , BaTiO Three , Co Three O Four , Fe 2 O Three , NiO.
[0035]
Next, the
[0036]
A
[0037]
Next, the operation of the photocatalytic reaction device of this example will be described. First, the
[0038]
The introduced gas contains a sulfur-containing compound (SO X , H 2 S), nitrogen compounds (NO X , NH Three ), O Three In addition, substances that cannot be removed by the
[0039]
The introduced gas is irradiated with X-rays below the
[0040]
In the apparatus of the present embodiment, as described above, X-rays are directly irradiated on the introduced gas to ionize gaseous pollutants, so that the ionization efficiency is very good, and ionization is performed by electrons emitted from the photoelectron emitting material. Compared to conventional techniques, the efficiency of ionization is extremely high. As a result, most of the gaseous contaminants contained in the introduced gas are ionized.
[0041]
Particles such as gaseous pollutants ionized as described above, charged floating bacteria and tobacco flow through the
[0042]
The photocatalyst is irradiated with X-rays from the
[0043]
In the apparatus of this embodiment, since an electric field is generated between the
[0044]
The present inventors actually confirmed the high adsorption rate to the
[0045]
The
[0046]
On the other hand, when X-rays were applied and a voltage was applied to the
[0047]
According to the knowledge of the present inventors, the electric field strength generated between the photocatalytic filters is preferably about 5 to 20 kV / cm in order to appropriately collect gaseous pollutants and the like.
[0048]
Further, in order to increase the speed of the photocatalytic reaction, an ultraviolet lamp may be attached to the
[0049]
The gas that has passed through the
[0050]
As described above, according to the photocatalytic reaction device of the present embodiment, gaseous pollutants, suspended bacteria, and the like in the introduced gas are efficiently ionized or charged by X-ray irradiation, and between the
[0051]
X-rays pass through gas such as air with an appropriate transmittance, so that the gaseous pollutants contained in the gas are well ionized and the photocatalyst is sufficiently irradiated to activate the photocatalyst well. Has the advantage of Although it is conceivable to use ultraviolet rays instead of X-rays, ultraviolet rays having a long wavelength have low energy for ionizing gas, while ultraviolet rays having high energy capable of ionizing gas (short wavelength). Since ultraviolet rays) have a poor ability to transmit gas such as air, there is a problem that the photocatalyst is not sufficiently irradiated, and it is preferable to use X-rays as in this embodiment.
[0052]
In addition, since X-rays are superior to ultraviolet rays in the ability to transmit solids such as activated carbon, it is considered preferable to use X-rays from this point. For example, in the case of using a photocatalyst filter having a structure in which a photocatalyst is held in a fibrous filter body, in the case of ultraviolet rays, in order to sufficiently activate the photocatalyst inside the filter body, the eyes of the filter body are rough. There is a need to. However, if the eyes are roughened, the amount of gas passing through the filter increases without being adsorbed by the photocatalyst, and it is difficult to efficiently remove gaseous pollutants as a whole. On the other hand, when X-rays are used, the photocatalyst inside the filter body can be sufficiently activated even if a fine filter is used because of the high transmission power of X-rays. The adsorption rate to the photocatalyst can be increased.
[0053]
Next, FIG. 4 to FIG. 6 are diagrams showing a configuration example when the photocatalytic reaction device of this embodiment is applied to an air purifier, FIG. 4 is an external view of the air purifier, and FIG. 5 is an air purifier. FIG. 6 is a sectional view showing the internal structure of the air purifier.
[0054]
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0055]
As shown in FIG. 6, a high-
[0056]
This air purifier sucks tobacco smoke and the like, and decomposes and removes gaseous pollutants and tobacco particles by the
[0057]
Example 2
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocatalytic reaction device of this example. The apparatus of this embodiment includes an
[0058]
Each of the plurality of photocatalyst filters 33 has a photocatalyst attached to the upper and lower surfaces of the parallel plate conductive electrodes. The upper and lower surfaces of these
[0059]
A high-
[0060]
If the apparatus of the present embodiment is installed in a place where the gas flows, and the
[0061]
As described above, also in the apparatus of this embodiment, gaseous contaminants in the introduced gas are efficiently ionized or charged by X-ray irradiation, and the gaseous contaminants are photocatalyzed by the electric field generated between the photocatalytic filters 33. In addition, since the photocatalyst is activated by X-ray irradiation, gaseous pollutants and the like can be decomposed or sterilized and removed very efficiently.
[0062]
Example 3
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocatalytic reaction device of this example. The apparatus of this embodiment includes an
[0063]
The
[0064]
As shown in the figure, the high-voltage side terminal of the high-
[0065]
If the apparatus of this embodiment is installed in a place where the gas flows, and the
[0066]
The
[0067]
As described above, in the apparatus of this embodiment, gaseous pollutants in the introduced gas efficiently ionized by X-ray irradiation are efficiently adsorbed to the photocatalyst by the electric field generated between the photocatalyst filters 33, so that the gaseous state. In addition to removing contaminants and the like very efficiently, the contaminants and the like are removed in a sealed reaction vessel over time, so that an extremely clean gas can be obtained.
[0068]
Example 4
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocatalytic reaction device of this example. The apparatus of the present embodiment includes an introduction port 11, a
[0069]
As shown in the figure, the high-voltage side terminal of the high-
[0070]
The operation of the apparatus of this embodiment is the same as that of the third embodiment. The charged gaseous pollutant and airborne bacteria are subjected to the electric attractive force of the electric field between the
[0071]
Similarly to the third embodiment, the apparatus of this embodiment also adsorbs gaseous pollutants and the like in the introduced gas to the photocatalyst efficiently by the electric field generated between the photocatalyst filters 33, and extremely efficiently removes the gaseous pollutants and the like. In addition to being able to remove, extremely clean gas can be obtained by removing contaminants and the like in a sealed reaction vessel.
[0072]
As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible. For example, an electrostatic filter for removing charged particles may be provided in the reaction vessel of the photocatalyst device to enhance the gas cleaning effect. Moreover, as a filter main body (which may be an electrode) to which the photocatalyst is attached, in addition to the honeycomb or plate shape used in the embodiment, a sponge shape, a net shape, a fiber shape, a granular shape, or the like may be used. it can. In addition, it is preferable that the part to which the photocatalyst is directly attached is a cartridge type so that replacement is easy.
[0073]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the photocatalytic reaction device of the present invention, after the gaseous pollutants and suspended bacteria in the gas are efficiently ionized or charged by X-ray irradiation, the photocatalyst is generated by the electric attractive force of the electric field. Therefore, gaseous pollutants, airborne bacteria and the like can be decomposed or sterilized and removed very efficiently by the photocatalytic reaction of the photocatalyst activated by X-ray irradiation. Thus, since the photocatalytic reaction device of the present invention has an extremely excellent cleaning effect, it can be suitably used as an air cleaner or the like.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a photocatalytic reaction device of Example 1. FIG.
2 is a perspective view showing a structure of a
FIG. 3 is a perspective view showing another example of a filter body.
4 is an external view of an air cleaner to which the photocatalytic reaction device of Example 1 is applied. FIG.
5 is a perspective view showing an internal structure of an air cleaner to which the photocatalytic reaction device of Example 1 is applied. FIG.
6 is a cross-sectional view showing the internal structure of an air purifier to which the photocatalytic reaction device of Example 1 is applied. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a configuration of a photocatalytic reaction device of Example 2. FIG.
8 is a cross-sectional view showing a configuration of a photocatalytic reaction device of Example 3. FIG.
9 is a cross-sectional view showing a configuration of a photocatalytic reaction device of Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ガス導入口から前記反応容器内に導入されたガスにX線を照射するX線照射手段と、
前記反応容器内に電界を生じさせる電界発生手段と、
前記電界内に配置された光触媒であって前記X線照射手段からのX線が照射されるものと、
を備える光触媒反応装置。A reaction vessel having a gas inlet;
X-ray irradiation means for irradiating X-rays to the gas introduced into the reaction vessel from the gas inlet;
An electric field generating means for generating an electric field in the reaction vessel;
A photocatalyst disposed in the electric field and irradiated with X-rays from the X-ray irradiation means;
A photocatalytic reaction device.
前記電圧印加手段は、前記第1及び第2の保持部材に接続された電圧源を含んでいる、請求項2記載の光触媒反応装置。The first and second holding members are made of a conductive material,
The photocatalytic reaction device according to claim 2, wherein the voltage application means includes a voltage source connected to the first and second holding members.
前記第1及び第2の電極は、前記第1及び第2の保持部材が前記第1及び第2の電極の間に挟まれるように互いに対向している、請求項2記載の光触媒反応装置。The voltage application means includes first and second electrodes attached to the first and second holding members, respectively, and a voltage source connected to the first and second electrodes ,
3. The photocatalytic reaction device according to claim 2 , wherein the first and second electrodes face each other such that the first and second holding members are sandwiched between the first and second electrodes .
前記電圧印加手段は、前記保持部材及び前記第1の電極に接続された電圧源を含んでいる、請求項5記載の光触媒反応装置。The holding member is made of a conductive material,
The photocatalytic reaction device according to claim 5 , wherein the voltage application unit includes a voltage source connected to the holding member and the first electrode.
前記第2の電極は、前記保持部材が前記第1及び第2の電極の間に挟まれるように前記第1の電極と対向している、請求項5記載の光触媒反応装置。The voltage application means includes a second electrode attached to the holding member, and a voltage source connected to the first and second electrodes ,
The photocatalytic reaction device according to claim 5 , wherein the second electrode faces the first electrode so that the holding member is sandwiched between the first and second electrodes .
前記光触媒は、前記反応容器の内面上に保持されている、請求項1記載の光触媒反応装置。The electric field generating means applies a voltage between the first electrode installed in the reaction vessel, the second electrode attached on the outer surface of the reaction vessel, and the first and second electrodes. includes a voltage applying means for,
The photocatalytic reaction device according to claim 1 , wherein the photocatalyst is held on an inner surface of the reaction vessel.
前記反応容器は、ガス排出口をさらに有しており、
前記ガス流生成手段は、前記ガス導入口から前記反応容器外のガスを導入し、前記ガス導入口から前記ガス排出口へ向かうガスの流れを生じさせる、請求項1記載の光触媒反応装置。 The photocatalytic reaction device according to claim 1, further comprising gas flow generation means,
The reaction vessel further has a gas outlet ,
2. The photocatalytic reaction device according to claim 1 , wherein the gas flow generation unit introduces a gas outside the reaction vessel from the gas introduction port , and generates a gas flow from the gas introduction port to the gas discharge port.
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