JP3828178B2

JP3828178B2 - Photocatalytic reactor

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Publication number: JP3828178B2
Application number: JP11311995A
Authority: JP
Inventors: 康弘富田; 雄二白柳
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1995-05-11
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JPH08299786A

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，Ｂｉ₂Ｏ₃，ＣｕＯ，ＣｕＯ₂，ＺｎＯ，ＭｏＯ₃，ＩｎＯ₃，Ａｇ₂Ｏ，ＰｂＯ，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，Ｃｏ₃Ｏ₄，Ｆｅ₂Ｏ₃，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（ＳＯ_X、Ｈ₂Ｓ）、窒素化合物（ＮＯ_X、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０．４４ｍｍＨ₂Ｏ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 X-ray irradiation device 20, photocatalytic filters 30 to 32, a high voltage source 40, a fan 50, and a reaction vessel 60 formed of an insulating material.
[0027]
An introduction port 11 is formed in the upper part of the reaction vessel 60, and the prefilter 10 is attached so as to cover the introduction port 11. The prefilter 10 is for filtering coarse particles in the gas introduced from the inlet.
[0028]
The X-ray irradiation apparatus 20 includes an X-ray source 22 and an X-ray transmission window 24. The X-ray source 22 is attached to the upper wall of the reaction vessel 60 so that X-rays emitted from the X-ray source 22 enter the inside of the reaction vessel 60. The X-ray transmission window 24 is installed on the inner surface of the upper wall of the reaction vessel 60 so that X-rays emitted from the X-ray source 22 pass through the X-ray transmission window 24 and enter the reaction vessel 60. It has become.
[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 photocatalytic filters 30 to 32 are attached to the inner wall of the reaction vessel 60 so as to be positioned below the X-ray irradiation device 20. Each of the filters 30 to 32 is arranged in parallel at an interval of about 5 mm with the upper surface facing the X-ray irradiation device 20.
[0030]
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the filter main body 35 of the photocatalytic filters 30 to 32. The filter body 35 is made of carbon fiber paper made of activated carbon. This filter body is made of corrugated paper having a corrugated carbon fiber paper affixed on a flat carbon fiber paper, and this corrugated paper is laminated over several stages, and then AA in FIG. It can be obtained by cutting to a thickness of 2 cm along the ′ direction. In the present embodiment, the wave pitch of the corrugated paper is 4.2 mm and the wave height is 2.5 mm.
[0031]
As shown in the figure, the filter main body 35 has a honeycomb structure in which gas passes through the gap between the flat paper and the corrugated paper. If a photocatalyst is made to adhere to the surface of this filter main body 35, the photocatalyst filters 30-32 of a present Example will be obtained.
[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 high voltage source 40 has an output of about 10 kV, is installed outside the reaction vessel 60, and is connected to these filters through a lead wire inserted into the filter body 35 of the photocatalytic filters 30 to 32. Has been. As described above, the filter main body 35 is made of activated carbon, and the activated carbon is a conductive material. Therefore, the high-voltage power supply 40 and the photocatalytic filters 30 to 32 are electrically connected. The uppermost photocatalytic filter 30 and the lowermost photocatalytic filter 32 both maintain a ground potential (zero potential). A high voltage of about 10 kV is applied from the high voltage source 40 to the photocatalytic filter 31 located between these filters.
[0036]
A discharge port 12 is formed in the lower part of the reaction vessel 60, and the fan 50 is installed inside the discharge port 12. The fan 50 rotates in response to power supply from a power source (not shown), and introduces a gas outside the reaction vessel 60 into the reaction vessel 60 from the introduction port 11 and discharges the gas from the discharge port 12. That is, the rotation of the fan 50 generates a gas flow from the inlet 11 to the outlet 12 in the reaction vessel 60.
[0037]
Next, the operation of the photocatalytic reaction device of this example will be described. First, the fan 50 rotates in response to power supply from a power source (not shown), whereby a gas such as air passes through the prefilter 10 and the introduction port 11 and is introduced into the reaction vessel 60. At this time, coarse particles in the gas are filtered by the prefilter 10.
[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 prefilter 10 are included, such as gaseous pollutants such as unsaturated aldehydes and tar-like substances, airborne bacteria, and tobacco particles. The photocatalytic reaction apparatus of this embodiment performs decomposition, sterilization, and the like of such substances mainly by a photocatalytic reaction.
[0039]
The introduced gas is irradiated with X-rays below the X-ray irradiation apparatus 20. Thereby, the gaseous pollutant contained in the introduced gas is ionized. In addition, electrons released from gaseous pollutants and electrons released by X-ray irradiation to the photocatalyst charge particles such as suspended bacteria and tobacco contained in the introduced gas. For ionization, it is preferable to use soft X-rays of about 1 keV to 10 keV.
[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 reaction vessel 60 and reach the photocatalytic filters 30 to 32. As described above, an electric field is generated between adjacent filters, and particles such as gaseous pollutants, airborne bacteria, and tobacco are attracted to each filter by the electric attraction of the electric field, and adhere to the surface of the filter body 35. Adsorbed on the photocatalyst.
[0042]
The photocatalyst is irradiated with X-rays from the X-ray irradiator 20, thereby activating the photocatalyst. Since this causes a photocatalytic reaction, the photocatalyst decomposes the gaseous pollutant adsorbed on itself and sterilizes the floating bacteria. Furthermore, since the filter body 35 of the present embodiment is made of activated carbon, the filter body 35 also absorbs and removes gaseous pollutants such as malodorous substances.
[0043]
In the apparatus of this embodiment, since an electric field is generated between the photocatalytic filters 30 to 32, particles such as gaseous pollutants, airborne bacteria, and tobacco adsorb to the photocatalyst and the filter main body 35 very efficiently. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, these substances can be efficiently decomposed or sterilized and removed.
[0044]
The present inventors actually confirmed the high adsorption rate to the photocatalytic filters 30 to 32. This will be specifically described below.
[0045]
The photocatalytic filters 30 to 32 of this example have a porosity of 75 to 80%, and when the average flow rate is 1 m / sec and the thickness is 2 cm, the pressure loss is 0.44 mmH. ₂ It has the characteristic of O. As is apparent from this characteristic, the photocatalytic filters 30 to 32 of this example have extremely low ventilation resistance. In the apparatus of this example, when no voltage is applied, the adsorption rate of ammonia, which is a kind of gaseous pollutant, is about 30% when the gas wind speed is 3.0 m / sec. This is naturally adsorbed on the photocatalyst by the action of the gas flow.
[0046]
On the other hand, when X-rays were applied and a voltage was applied to the filter body 35, the adsorption rate was improved to about 90%. Gaseous contaminants and the like ionized by X-rays are attracted to the photocatalytic filters 30 to 32 by the electric field generated between the photocatalytic filters 30 to 32 by applying a voltage. It can be adsorbed, and these substances can be decomposed and sterilized very efficiently by the photocatalytic reaction.
[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 reaction vessel 60 in addition to the X-ray irradiation device 20 so that the photocatalyst is irradiated with ultraviolet rays together with X-rays.
[0049]
The gas that has passed through the photocatalytic filters 30 to 32 proceeds toward the discharge port 12 according to the flow path generated by the fan 50 and is discharged from the discharge port 12. Since most of the gaseous pollutants and airborne bacteria contained in the gas are removed by the photocatalytic filters 30 to 32, the discharged gas is extremely clean compared to the introduced gas. ing.
[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 photocatalytic filters 30 to 32. Gaseous pollutants and the like are efficiently adsorbed to the photocatalyst and the filter body by the generated electric field, and the photocatalyst is activated by X-ray irradiation, so that the gaseous pollutants and airborne bacteria are decomposed or sterilized very efficiently. Can be removed. In the present embodiment, the filter main body 35 itself made of activated carbon also absorbs and removes the gaseous pollutants, so that the gaseous pollutants can be removed more suitably.
[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 casing 61 of the air purifier includes a pre-filter 10, an X-ray irradiation device 20, photocatalytic filters 30 to 32, and a high-voltage power supply 40 that constitute the photocatalytic reaction device of this embodiment. The fan 50 and the reaction vessel 60 are accommodated. The air inlet 16 provided in the housing 61 corresponds to the inlet 11 of the photocatalytic reaction device of the present embodiment, and the air outlet 17 corresponds to the outlet 12.
[0055]
As shown in FIG. 6, a high-voltage power supply 40 is connected to the photocatalytic filters 30 to 32 through conductive wires. The X-ray irradiation device 20, the photocatalytic filters 30 to 32, and the fan 50 are installed inside the reaction vessel 60. The X-ray irradiation device 20 is also installed in the reaction vessel 60 in the reaction vessel 60. Although this is different from the photocatalytic reaction device of this embodiment, the operation of the device is the same.
[0056]
This air purifier sucks tobacco smoke and the like, and decomposes and removes gaseous pollutants and tobacco particles by the photocatalytic filters 30 to 32, thereby discharging clean air from the air outlet 17.
[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 X-ray irradiation apparatus 20, a plurality of photocatalytic filters 33, a high-voltage power supply 40, and a box-type reaction container 60. An introduction port 11 is formed in the upper part of the reaction vessel 60, and a valve 51 is installed inside the introduction port 11. A discharge port 12 is provided at the lower part of the reaction vessel 60.
[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 photocatalytic filters 33 face the side surface of the reaction vessel 60 and are arranged in parallel at a predetermined interval from one side surface to the other side surface.
[0059]
A high-voltage power supply 40 is connected to the plate electrode constituting the photocatalytic filter 33 via a conducting wire. As shown in the drawing, the high-voltage side terminals and the low-voltage side terminals of the high-voltage power supply 40 are alternately connected to the electrodes of the plurality of photocatalytic filters 33, and the adjacent electrodes alternately have a high potential and a low potential (ground potential). Is held to be. As a result, a voltage is applied between the adjacent electrodes, and an electric field is generated between the adjacent photocatalytic filters 33.
[0060]
If the apparatus of the present embodiment is installed in a place where the gas flows, and the valve 51 is opened, the gas is introduced into the reaction vessel 60 from the inlet 11. The gaseous pollutants contained in the introduced gas are ionized by being irradiated with X-rays from the X-ray irradiation device 20 and then adjacent to each other along a flow path from the inlet 11 to the outlet 12. Pass through the gap between 33. At this time, the ionized gaseous pollutant is attracted to each photocatalyst filter 33 by the electric field between the adjacent photocatalyst filters 33 and is adsorbed by the photocatalyst to be decomposed and removed. Airborne bacteria and the like contained in the gas are charged before reaching the photocatalytic filter 33 and are adsorbed and sterilized and removed by the action of an electric field between the photocatalytic filters 33. As in Example 1, the photocatalyst is activated by X-ray irradiation of the X-ray irradiation apparatus 20.
[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 X-ray irradiation apparatus 20, photocatalytic filters 34 and 70, a high-voltage power supply 40, and a cylindrical reaction vessel 60. An introduction port 11 is formed in the upper part of the reaction vessel 60, and a valve 52 is installed inside the introduction port 11. This valve 52 is for controlling the inflow and outflow of gas to the reaction vessel 60.
[0063]
The photocatalytic filter 70 is composed of a conductive rod-like electrode standing at the center of the lower wall of the reaction vessel 60 and a photocatalyst attached to the surface. The photocatalytic filter 34 is composed of a plate electrode attached with its lower surface in close contact with the inner surfaces of the side wall and lower wall of the reaction vessel 60 and a photocatalyst attached to the upper surface of the plate electrode.
[0064]
As shown in the figure, the high-voltage side terminal of the high-voltage power source 40 is connected to the rod-shaped electrode constituting the photocatalytic filter 70, and the low-voltage side terminal is connected to the plate-like electrode constituting the photocatalytic filter 34. 34, an electric field is generated between them.
[0065]
If the apparatus of this embodiment is installed in a place where the gas flows, and the valve 52 is opened, the gas is introduced into the reaction vessel 60 from the inlet 11. Gaseous contaminants contained in the introduced gas are ionized by being irradiated with X-rays from the X-ray irradiation device 20 and then applied to the photocatalytic filter 34 by an electric field generated between the photocatalytic filter 70 and the photocatalytic filter 34. It is attracted, adsorbed to the photocatalyst, decomposed and removed. Airborne bacteria contained in the gas are charged by receiving electrons released from gaseous pollutants and electrons emitted by X-ray irradiation to the photocatalyst, and the photocatalyst is generated by the action of an electric field between the photocatalyst filter 70 and the photocatalyst filter 34. It is sterilized and removed by adsorption. As in the above embodiment, the photocatalyst is activated by X-ray irradiation of the X-ray irradiation apparatus 20.
[0066]
The valve 52 is closed after an appropriate amount of gas is introduced into the reaction vessel 60. As a result, the reaction vessel 60 is hermetically sealed and the gas does not escape, so the adsorption rate of gaseous pollutants and airborne bacteria increases with time. As a result, the gas cleaning effect is enhanced as compared with the apparatus of the above embodiment. Become.
[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 valve 52, an X-ray irradiation device 20, a rod-like electrode 71, a photocatalyst 38, a high-voltage power supply 40, a cylindrical reaction vessel 60, and a plate-like electrode 72. The rod-shaped electrode 71 is a conductive electrode provided upright at the center of the lower wall of the reaction vessel 60. The photocatalyst 38 is attached to the inner surface of the side wall and the lower wall of the reaction vessel 60. The plate electrode 72 is a conductive electrode attached with its lower surface in close contact with the outer surface of the side wall and the lower wall of the reaction vessel 60. Other components are the same as those in the third embodiment.
[0069]
As shown in the figure, the high-voltage side terminal of the high-voltage power supply 40 is connected to the rod-shaped electrode 71, the low-voltage side terminal is connected to the plate-shaped electrode 72, and the plate-shaped electrode 72 is grounded. An electric field is generated between the first and second electrodes 72.
[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 rod electrode 71 and the plate electrode 72, but between the rod electrode 71 and the plate electrode 72, the photocatalyst 38. Therefore, gaseous pollutants and the like are attracted to the photocatalyst 38 and removed here.
[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 filter body 35. FIG.
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 SYMBOLS 10 ... Pre-filter, 11 ... Inlet port, 12 ... Exhaust port, 20 ... X-ray irradiation apparatus, 22 ... X-ray source, 24 ... X-ray transmission window, 30-34 ... Photocatalyst filter, 40 ... High voltage power supply, 50 ... Fan 60 ... Reaction vessel.

Claims

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.

The electric field generating means is a first and second holding member that holds the photocatalyst and is irradiated with the X-rays from the X-ray irradiation means, respectively, and the first and second holding members The photocatalytic reaction device according to claim 1 , further comprising: a voltage applying unit that applies a voltage to the first electrode.

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.

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 .

The electric field generating means is a holding member for holding the photocatalyst, which is irradiated with X-rays from the X-ray irradiation means, a first electrode installed in the reaction vessel, and the holding member. The photocatalytic reaction device according to claim 1, further comprising a voltage applying unit that applies a voltage between the first electrode and the first electrode.

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.

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 .

The photocatalytic reaction apparatus according to claim 3 or 6, wherein the conductive material is activated carbon.

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.

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.