JP4253480B2 - Photocatalytic reactor - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電電極からの放電光により光触媒を活性化させることで、空気等の分解対象物質媒体に含まれる分解対象物質を除去して清浄あるいは脱臭する光触媒反応装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、放電電極からの放電光により光触媒を活性化させて、ガス中の除去対象物質を除去してガスを清浄あるいは脱臭する光触媒反応装置として、図11に示す特開2000−140624号公報に開示されたものがある(特許公報1参照)。
【0003】
従来の光触媒反応装置1は、セラミックスで構成され、光触媒を担持する三次元網目状の光触媒担持体2を、2枚の金属電極板3、3で挟持した構成である。対をなす金属電極板3、3間には、電源4が電線5を介して設けられ、電圧が印加される。金属電極板3、3間に所要の電圧が印加されると放電光が発生し、光触媒担持体2が担持する光触媒が活性化せしめられる。
【0004】
金属電極板3、3で挟持された光触媒担持体2は、ガス6が流れる流路7中に設けられる。光触媒担持体2内を通過するガス6は、光触媒の作用により清浄あるいは脱臭される。
【0005】
【特許公報1】
特開2000−140624号公報(第5−7頁の段落[0046]〜[0058])
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ガス6の清浄あるいは脱臭効果を向上させるためには、光触媒をより活性化させるべく、強い光を発生させて光触媒に照射する必要がある。強い放電光を得るためには、電源4の電力を増加させる必要がある。
【0007】
しかし、従来の光触媒反応装置1においては、金属電極板3,3に与える電力の増加に伴い、金属電極板3,3間で発生する放電は、コロナ放電ではなくアーク放電になる確率が高くなる。アーク放電は、金属電極板3,3等の構成部材を破損させるため、各構成部材の機能の低下に繋がる。このため、強い放電光を得て、光触媒反応装置1のガス中の清浄あるいは脱臭機能を向上させることが困難であった。
【0008】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、アーク放電が発生することなく安定したコロナ放電により、より強い放電光を発生させ、より効果的なガス清浄あるいは脱臭機能を有する光触媒反応装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、酸素および水含む気液混合体で構成される分解対象物質媒体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、少なくとも一方が誘電体により覆われた正負極の金属電極を具備するプラズマ発生電極部と、電源部とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電による放電光を発生させ、前記コロナ放電の作用で発生したオゾンおよび前記放電光の前記光触媒モジュールへの照射によって活性化した光触媒の作用で発生した水酸基ラジカルによって、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記分解対象物質媒体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記光触媒モジュールは、前記正負極の金属電極で挟持されることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記光触媒モジュールは、複数個設けられ、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持されることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記光触媒モジュールは、三次元網目構造あるいはハニカム構造であることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記誘電体は、セラミックスであることを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記光触媒モジュールと誘電体とは単一の部材で構成され、かつ放電は誘電体を介してなされるようにしたことを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記金属電極は、網目構造であることを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体で覆われ同軸に構成されることを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項に記載したように、前記光触媒モジュールは、筒状に構成され、光触媒モジュールの内部において、前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体で覆われ同軸に構成されることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項10に記載したように、前記金属電極と誘電体とは、誘電体表面に金属を蒸着あるいは接着する方法で製造され、一体化されることを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項11に記載したように、前記プラズマ発生電極部を複数個設け、ある1つのプラズマ発生電極部の金属電極と、この金属電極に最近傍の別のプラズマ発生電極部の金属電極とは、同じ符号の極であることを特徴とするものである。
【0021】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項12に記載したように、前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも下流にオゾン分解処理機構を設けたことを特徴とするものである。
【0022】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項13に記載したように、前記分解対象物質の流路中において強制的に前記分解対象物質の対流を起こすことによって所要の流速が得られるように構成したことを特徴とするものである。
【0023】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項14に記載したように、前記電源部は、間欠動作することを特徴とするものである。
【0025】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項15に記載したように、前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも上流にプレフィルタを設けたことを特徴とするものである。
【0026】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項16に記載したように、前記プレフィルタは、電気集塵フィルタであることを特徴とするものである。
【0027】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項17に記載したように、前記正極の金属電極と負極の金属電極とは、形状が異なり、局所的に強い電界が形成される構成としたことを特徴とするものである。
【0028】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項18に記載したように、前記正負の金属電極は、一方の幅が他方の幅よりも広い板状に構成されることを特徴とするものである。
【0029】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項19に記載したように、前記電源部は、パルス電源、周波数10kHz以上の高周波電源あるいは交流電源であることを特徴とするものである。
【0030】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項20に記載したように、前記パルス電源は、デューティ比0.5以下の短パルス電源であることを特徴とするものである。
【0031】
また、本発明に係る光触媒反応装置は、上述の目的を達成するために、請求項21に記載したように、前記パルス電源、高周波電源あるいは交流電源には、波高値の50〜90%に相当する直流バイアスが重畳されることを特徴とするものである。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光触媒反応装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【0033】
図1は本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態を示す構成図である。
【0034】
光触媒反応装置10は、筒状の光触媒ケーシング11内に、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の分解対象物質媒体である浄化対象ガスが流れる流路12が形成され、この流路12中に上流側から下流側に向かってプレフィルタ13、送風機14、単位構造体15およびオゾン分解処理機構としてのオゾン分解触媒17を設け、さらに単位構造体15に電線16を介して電源部18を設けた構成である。
【0035】
単位構造体15は、プラズマ発生電極部19と光触媒モジュール20とで構成される。
【0036】
単位構造体15のプラズマ発生電極部19は、2枚の金属電極21a、21bと誘電体22とで構成される。2枚の金属電極21a、21bは向かい合う位置に配置され、一方の金属電極21aの、他方の金属電極21b側の表面は誘電体22で覆われる。金属電極21aを覆う誘電体22は、比誘電率は大きいものがより効果的であり、ガラス、雲母またはセラミックスを用いることが望ましい。ただし、所要の比誘電率を有すれば、その他の物質の誘電体22としてもよい。
【0037】
プラズマ発生電極部19の2枚の金属電極21a、21bには電線16が接続され、電源部18にそれぞれ導かれる。
【0038】
一方、単位構造体15の光触媒モジュール20は、三次元網目構造あるいはハニカム構造のセラミックス基体に、微粒子状の酸化チタンあるいは酸化亜鉛等の物質を主成分とする光触媒を担持させた構成である。なお、光触媒の反応効果を向上させるために、白金、金等の金属と遷移元素との合金を含むものとしてもよい。その他、光触媒作用を有する物質であれば、担持する物質は任意である。
【0039】
光触媒モジュール20のセラミックス基体は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化チタンまたは酸化亜鉛等のセラミックスを含む化合物で形成される。そして、単位構造体15の光触媒モジュール20は、プラズマ発生電極部19の一方が誘電体22で覆われる2枚の金属電極21a、21bで挟持される。
【0040】
さらに、光触媒モジュール20は、光触媒ケーシング11で形成される流路12の途中に、プラズマ発生電極部19の2枚の金属電極21a、21bで挟持された状態で、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが光触媒モジュール20の内部を通過することができる位置に設けられる。
【0041】
次に、光触媒反応装置10の作用について説明する。
【0042】
まず、光触媒ケーシング11で形成される流路12中に清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流入される。流路12中に流入された浄化対象ガスは、送風機14により所要の流速にされる。すなわち、浄化対象ガスが自然対流により循環するのみでは、浄化対象ガスの流速が十分に得られない場合あるいは対流が発生しない場合がある。このため、浄化対象ガスの流速が所要の流速となるように、光触媒ケーシング11の流路12中に設けられる送風機14により強制的に対流を起こして、必要となる浄化対象ガスの流速が確保される。
【0043】
尚、送風機14の数は任意であり、送風機14を配置する位置も光触媒ケーシング11の流路12中のプレフィルタ13あるいは単位構造体15の上流下流を問わず、あるいは単位構造体の内部に配置する構成としてもよく、強制的に浄化対象ガスの対流を起こして、所要の流速を得ることができればよい。さらに、浄化対象ガスの自然対流のみで十分な、流速を得られる場合は、必ずしも設けなくてもよい。
【0044】
次に、送風機14により所要の流速とされた浄化対象ガスは、プレフィルタ13を通過する。プレフィルタ13において浄化対象ガスに含まれる比較的大きな塵や埃、または光触媒反応装置10により除去して浄化処理できないものが除去される。
【0045】
すなわち、浄化対象ガスに比較的大きな塵や埃が含まれると、光触媒ケーシング11内のプレフィルタ13よりも下流の流路12中において通過する単位構造体15の光触媒モジュール20の狭隙部に詰まり、または光触媒を覆い機能や性能の低下あるいは破損を引き起こす恐れが発生する。同様に、浄化対象ガス中の塵や埃は、その他の構成部材においても機能低下あるいは破損の原因となる。
【0046】
そこで、プレフィルタ13により浄化対象ガスは予め除塵される。除塵用のプレフィルタ13としては、公知技術である電気集塵フィルタの利用が効果的である。
【0047】
電気集塵フィルタは、正負の集塵用電極板を具備するコレクタ部とイオン化部で構成される。空気等の浄化対象ガスは、電気集塵フィルタのイオン化部およびコレクタ部の集塵用電極板間に導かれる。さらに、電気集塵フィルタのイオン化部に設けられた放電部に電圧が架けられることで、イオン化部において空気等の浄化対象ガス中にイオンが発生する。
【0048】
イオン化部に発生したイオンの作用により、イオン化部を流れる浄化対象ガス中の酸素は、プラスの酸素イオンに変わる。さらに、このプラスの酸素イオンが、浄化対象ガス中の塵や埃に付着して、塵や埃は電荷を帯びた浮遊粒子となる。
【0049】
電荷を帯びた浮遊粒子となった塵や埃は、電圧が架けられたコレクタ部の集塵用電極板に吸着せしめられる。この結果、浄化対象ガスの塵や埃は除去される。
【0050】
尚、プレフィルタ13の数は任意であり、プレフィルタ13を配置する位置も光触媒ケーシング11で形成される流路12中の単位構造体15の上流であればよい。プレフィルタ13は、電気集塵フィルタ以外の構成のものを使用することも可能であり、また、複数の異なる構造のプレフィルタ13を複合的に使用する構成としてもよい。逆に、十分に除塵された浄化対象ガスを浄化の対象とする場合、あるいは予め浄化対象ガスを除塵する必要がない場合は、必ずしもプレフィルタ13を設ける必要はない。
【0051】
プレフィルタ13により除塵された浄化対象ガスは、単位構造体15の光触媒モジュール20に導かれる。
【0052】
一方、電源部18の作用により、単位構造体15のプラズマ発生電極部19が有する2枚の金属電極21a、21bの間には電圧が印加される。この結果、2枚の金属電極21a、21bの一方が正極、他方が負極となるが、電圧の正負の向きは任意である。さらに、電源部18から電線16を介して、2枚の金属電極21a、21bの間に高い電圧が印加されると、2枚の金属電極21a、21bのうち負極となった側の金属電極21aから放電が起こり、放電光である紫外線が発生する。
【0053】
このとき、プラズマ発生電極部19の2枚の金属電極21a、21bのうち一方の金属電極21aは、誘電体22で覆われるため、放電は、アーク放電に移行せずに安定したコロナ放電となり持続的に維持される。すなわち、正極側の金属電極21bと負極側の金属電極21aの間に形成される電界には誘電体22が介在するため、安定したコロナ放電となる誘電体バリア放電が起こる。さらに、金属電極21aは誘電体22で覆われるため、破損が防がれ保護される。
【0054】
2枚の金属電極21a、21bの間に発生した紫外線は、2枚の金属電極21a、21bで挟持された光触媒モジュール20が担持する酸化チタン等の光触媒を照射する。光触媒が紫外線により照射されると、光触媒は活性化状態となり、浄化対象ガスに含まれる酸素と水から過酸化水素と水酸基ラジカルとが生成される。
【0055】
さらに、2枚の金属電極21a、21bの間に発生したコロナ放電に伴い、紫外線が発生すると同時にオゾンが生成される。オゾンおよび活性化状態となった光触媒の作用で浄化対象ガス中に生成された水酸基ラジカルは酸化力が強く、物質の分子結合を分断することができる。すなわちオゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用により、分解対象物質を分解する。
【0056】
分解対象物質としては、例えば、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の臭い発生物質、浮遊菌等の菌類および細菌類、汚れの成分を構成する物質、有害物質、トリハロメタン等の有機塩素化合物、内分泌撹乱化学物質やその他オゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用で分解可能な物質、化合物、混合物、生物が挙げられる。
【0057】
一方、単位構造体15の光触媒モジュール20は、光触媒ケーシング11で形成される流路12中に設けられる。この流路12中には、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流れる。このため、光触媒モジュール20内において、浄化対象ガスは、オゾンおよび水酸基ラジカルの酸化力の作用により、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の物質の分解、浮遊菌の除菌および不活性化が行われ浄化および脱臭される。
【0058】
また、2枚の金属電極21a、21bの間に発生したコロナ放電も、臭いの発生要因であるホルムアルデヒド等の物質あるいは有害物質の分解、浮遊菌の除菌および不活性化に作用し、浄化および脱臭に寄与する。
【0059】
光触媒モジュール20において浄化および脱臭された浄化対象ガスは、光触媒ケーシング11で形成される流路12の単位構造体よりも下流に設けられたオゾン分解触媒17に導かれる。このとき、浄化後の浄化対象ガスには、プラズマ発生電極部19のコロナ放電により生成されたオゾンのうち有害物質を反応せずに、排出されたオゾンが含まれる。
【0060】
単位構造体15において浄化対象ガスと混合した有害物質と未反応のオゾンは、人体に有害であるため、大気中に排出されることが環境的に好ましくない。このため、浄化後の浄化対象ガスからは、オゾンを分解する必要がある。
【0061】
そこで、オゾン分解触媒17において、浄化後の浄化対象ガスに含まれるオゾンが、人体に無害な酸素に分解処理される。オゾン分解触媒17におけるオゾンの分解方法としては、活性炭吸着分解法、加熱分解法、接触分解法、水洗法、薬液洗浄法(アルカリ洗浄法)、薬液還元法等の方法が挙げられる。これらオゾン分解触媒17におけるオゾンの分解方法は、オゾン分解の際の雰囲気あるいは諸々の条件から必要に応じて適宜選択される。
【0062】
尚、オゾン分解触媒17の数は任意であり、オゾン分解触媒17を配置する位置も光触媒ケーシング11で形成される流路12中の単位構造体15の下流であればよい。また、浄化対象ガスに含まれる未反応のオゾンの量が所定の濃度以下である場合、あるいは浄化対象ガスが大気中に排出されない場合等、オゾンの分解処理が不必要である場合は、必ずしもオゾン分解触媒17を設ける必要はない。
【0063】
オゾン分解触媒17において、含有するオゾンを分解処理され無害化された浄化後の浄化対象ガスは、光触媒反応装置10の外部に排出される。
【0064】
すなわち、光触媒反応装置10は、一方を誘電体22で覆った2枚の金属電極21a、21bで光触媒を担持させた光触媒モジュール20を挟持し、2枚の金属電極21a、21b間に発生するコロナ放電光で光触媒を活性化させるとともにオゾンを生成し、光触媒、オゾンおよび放電光の作用により、空気等の浄化対象ガスを浄化する構成である。
【0065】
また、光触媒反応装置10は、光触媒モジュール20通過前には、浄化対象ガスは予めプレフィルタ13により除塵される一方、光触媒モジュール20通過後には、オゾン分解触媒17において、浄化対象ガスに含まれることとなった有害なオゾンを分解処理して無害化する構成である。
【0066】
このため、光触媒反応装置10は、汚れ成分を除去する洗浄、汚れ成分の付着を防止する防汚、殺菌、脱臭、空気の清浄、排気処理、水の清浄、廃水処理、水の分解、有機合成または有機分解反応の促進、無機性または有機性の環境汚染物質の分解などの目的のために幅広く利用することができる。
【0067】
光触媒反応装置10において、空気等の浄化対象ガスの清浄あるいは脱臭効果を向上させるためには、光触媒をより活性化させる必要がある。光触媒の活性化状態は光の強さに依存する。すなわち、強い光を光触媒に照射すると、光触媒はより活性化されて浄化あるいは脱臭機能を向上させることができる。このため、強い光、具体的には波長が380nm以下の光を光触媒に照射する必要がある。
【0068】
光触媒反応装置10では、光触媒に照射するための光を単位構造体15のプラズマ発生電極部19が有する2枚の金属電極21a、21b間に発生させた放電光から得る構成である。したがって、強い放電光を得るためには、電源部18の電力を増加させて2枚の金属電極21a、21b間により大きい電圧を印加する必要がある。
【0069】
しかし、従来の光触媒反応装置1においては、金属電極板3,3間に与える電力の増加に伴い、金属電極板3,3間で発生する放電は、コロナ放電ではなくアーク放電になる確率が高くなる。アーク放電は、金属電極板3等の構成部材を破損させるため、各構成部材の機能の低下に繋がる。このため、強い放電光を得て、光触媒反応装置1の浄化対象となるガス中の清浄あるいは脱臭機能を向上させることが困難であった。
【0070】
そこで、光触媒反応装置10では、単位構造体15のプラズマ発生電極部19において、誘電体22で金属電極21a,21bの一方を覆うことにより、金属電極21aの破損を防ぎ、かつ誘電体バリア放電を形成することで安定なコロナ放電を持続的に維持することが可能となった。
【0071】
また、光触媒反応装置10では、送風機14を光触媒ケーシング11で形成される流路12中に設けることで、浄化対象ガスの安定した所要の流速を得ることが可能である。このため、光触媒反応装置10の浄化機能とともに浄化対象ガスの浄化を継続して安定的に実施することが可能である。
【0072】
また、光触媒反応装置10では、プレフィルタ13を光触媒ケーシング11で形成される流路12中の単位構造体15の光触媒モジュール20よりも上流に設けることにより、光触媒モジュール20における光触媒の作用による浄化に先駆けて、予め塵や埃を除去することができる。このため、光触媒反応装置10の浄化機能を損なうことなく維持し、安定的に浄化対象ガスの浄化を実施することが可能である。さらに、光触媒モジュール20における光触媒の作用およびプレフィルタ13の作用を複合的に用いることにより浄化対象ガスの浄化効果を向上させることができる。
【0073】
また、光触媒反応装置10では、オゾン分解触媒17を光触媒ケーシング11で形成される流路12中の単位構造体15の光触媒モジュール20よりも下流に設けることにより、単位構造体15で発生し、有害物質と反応せずに残った過剰なオゾンを分解処理して無害化することができる。
【0074】
ところで、金属電極21aを覆う誘電体22には、電圧が印加される。このため、電源部18で発生する電力の一部は、誘電体22で損失する。したがって、この誘電体22における電力損失を低減させるためには、誘電体22に印加される電圧を下げることが必要である。そこで、誘電体22の材料としては、比誘電率が大きいガラス、雲母またはセラミックを用いることで、誘電体22に印加される電圧を下げて、より電力損失を低減させることができる。
【0075】
さらに、誘電体22の厚さをより薄くすることで、誘電率が増加し、電源部18で発生する電力のうちコロナ放電に使用されるエネルギの割合を増加させることができる。このため、誘電体22の厚さは、誘電体22を強度上安定して設けることができ、かつ薄い方が印加される電圧が低下して効果的であるため、0.5mmから2mm程度とすることが望ましい。
【0076】
次に、電源部18の構成について説明する。
【0077】
電源部18には、パルス電源、交流電源あるいは高周波電源を用いることが望ましい。
【0078】
電源部18としてパルス電源を使用する場合、直流電源よりも容易に大きな電力をプラズマ発生電極部19に投入することができる。このため、光触媒反応装置10の小型化が可能となる。さらに、電源部18として、デューティ比0.5以下の短パルス電源とすることで、プラズマ発生電極部19に投入する電力を大きくすることができる。
【0079】
電源部18として交流電源を使用する場合、電源部18の構成は、単純化することができる。このため、電源部18に必要なコストを低減させることが可能となる。さらに、交流電源による放電は、直流電源による放電に比べ容易に大きな電力をプラズマ発生電極部19に投入することができる。したがって、交流電源による電源部18は、低価格で中規模の光触媒反応装置10に適する。
【0080】
電源部18として高周波電源を使用する場合、高周波電源の動作周波数が10kHz以上であると、プラズマ発生電極部19への投入電力を増大することが可能となる。このため、高周波電源による電源部18では、プラズマ発生電極部19に大きな電力を投入することが可能となる。したがって、光触媒モジュール20が比較的大容量のあるいは高濃度の浄化対象ガスを対象とする光触媒反応装置10に適用するときに有効である。
【0081】
さらに、高周波電源の周波数が15kHz以上になると、高周波電源の動作音が人間の可聴範囲外となる。このため、周波数が15kHz以上の高周波電源を電源部18として使用すれば、電源部18の動作音が知覚されず、動作音が規制される環境においては、防音設備を設けることなく容易に光触媒反応装置10の使用が可能となる。
【0082】
また、電源部18では、パルス電源、交流電源あるいは高周波電源に波高値の50〜90%に相当する直流バイアスを重畳することで、プラズマ発生電極部19における放電発生の要素である偶存電子の個数を安定化させることができる。このため、プラズマ発生電極部19における放電開始電圧あるいはスパーク移行電圧のばらつきが小さくなり、光触媒反応装置10の安定動作を確保が容易となる。
【0083】
さらに、電源部18としてパルス電源を使用する場合においては、波高値の50〜90%に相当する直流バイアスを重畳すると、電源部18をパルス電源単独とする場合に比べてパルス電圧を低減させることができる。このため、パルス電源を使用する電源部18を小型化することが可能となる。
【0084】
ところで、電源部18としてパルス電源あるいは交流電源を使用する場合、1パルスあるいは1周期当たりの放電入力エネルギは光触媒モジュール20を通過する浄化対象ガスの組成、プラズマ発生電極部19の金属電極21a,21bの形状あるいは2枚の金属電極21a、21bの間隔により決定される。
【0085】
一方、電源部18からプラズマ発生電極部19に入力される1パルスまたは1周期当たりの放電入力エネルギをE[J]、繰返し周期をr[pps]または[Hz]とすると、電源部18からプラズマ発生電極部19に投入される投入電力はE×r[W]で定義される。そこで、電源部18は間欠動作動作させることで、電源部18からプラズマ発生電極部19に投入される投入電力を繰返し周期rによらず一定にすることができる。
【0086】
電源部18の間欠動作における動作と非動作の比である変調度は、必要となる投入電力をP0[W]、1パルスまたは1周期当たりの投入エネルギをE0[J]、繰返し周期をf[pps]または[Hz]とすると式(1)で表される。
【0087】
【数1】
P0/E0×f ……(1)
例えば電源部18からプラズマ発生電極部19に投入される必要となる投入電力が10[W]、1パルスあたりの投入エネルギが50[mJ]、繰返し周期が20[kHz]である場合、変調度は式(1)から、式(2)のように求められる。
【0088】
【数2】
となる。すなわち、電源部18からプラズマ発生電極部19に投入される必要となる投入電力が10[W]、1パルスあたりの投入エネルギが50[mJ]、繰返し周期が20[kHz]である場合、変調度は0.01であり、1秒あたり10ミリ秒間だけ動作する動作モードが必要となる。
【0089】
電源部18における動作モードを、1秒あたり10ミリ秒間動作する動作モードとするのは一例であり、2秒に1度20ミリ秒間動作する動作モード、あるいは1秒に2度5ミリ秒間動作する動作モードとしてもよい。
【0090】
電源部18において動作モードを設定する方法としては、電源部18における駆動電源の一次側、例えば交流100V入力をサイリスタあるいはトランジスタ等のスイッチング素子を用いてオンオフ動作する方法、電源部18における高電圧の出力回路中に変調部を設ける方法、電源部18における動作繰返し数を規定する発振回路に変調を加える方法がある。
【0091】
一方、電源部18として直流電源を用いた場合も、電源部18からプラズマ発生電極部19に投入される投入電力は、光触媒モジュール20を通過する浄化対象ガスの組成、プラズマ発生電極部19の金属電極21a,21bの形状あるいは2枚の金属電極21a、21bの間隔により決定される。
【0092】
このため、電源部18として直流電源を用いた場合も、電源部18が間欠動作を行うようにすることで、電源部18の電圧を変化させることなく電源部18を連続動作させる場合よりも低電力による浄化動作を可能とすることができる。
【0093】
図2は本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態の変形例を示す構成図である。
【0094】
図2の光触媒反応装置10Aは、図1の光触媒反応装置10に対して、単位構造体15Aにおけるプラズマ発生電極部19Aの2枚の金属電極21a、21bが共に誘電体22で覆われる構成が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、同符号を付して説明を省略する。
【0095】
光触媒反応装置10Aは、単位構造体15Aにおけるプラズマ発生電極部19Aの2枚の金属電極21a、21bが共に誘電体22で覆われた状態で、光触媒モジュール20を挟持する構成である。
【0096】
光触媒反応装置10Aでは、単位構造体15Aにおけるプラズマ発生電極部19Aの2枚の金属電極21a、21bが共に誘電体22で覆われ同じ構成である。このため、プラズマ発生電極部19Aの製造工程において部品の種類を低減させることができる。さらに、誘電体22の材料価格が安価である場合には、同一の設備および製造工程において、誘電体22で覆われた金属電極21a,21bを製造することが可能となり製造コストを低減させることができる。
【0097】
光触媒反応装置10、10Aのように、2枚の金属電極21a、21bは、少なくとも一方が誘電体22で覆われればよい。また、金属電極21a,21bと誘電体22とは必ずしも密着する必要はない。誘電体22が2枚の金属電極21a、21bの間に介在し、金属電極21a、21b同士を誘電体22を経由せずに直線で結ぶことができる部位が存在しなければよく、また形状も任意である。
【0098】
図3は本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態を示す上面図であり、図4は図3の光触媒反応装置10Bの単位構造体15Bの側面図である。
【0099】
図3および図4の光触媒反応装置10Bは、図1の光触媒反応装置10に対して、単位構造体15Bにおける光触媒モジュール20が、プラズマ発生電極部19Bの2枚の金属電極21a、21bで挟持されない点、およびプラズマ発生電極部19Bの2枚の金属電極21a、21bの形状が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、単位構造体15Bの構成要素であるプラズマ発生電極部19Bの2枚の金属電極21a、21b、誘電体22および光触媒モジュール20以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0100】
光触媒反応装置10Bの単位構造体15Bにおけるプラズマ発生電極部19Bは、2枚の金属電極21a、21bで誘電体22のみを挟持した構成である。2枚の金属電極21a、21bは、電線16を介して電源部18にそれぞれ導かれる。このとき電源部18により、2枚の金属電極21a、21b間に印加される電圧の向きは任意である。
【0101】
また、2枚の金属電極21a、21bは矩形板又は長尺板状に構成されるが、一方は、他方よりも幅方向の長さが短い形状とされる。この結果、電源部18の作用で形成される2枚の金属電極21a、21b間の電界は一様とならずに、誘電体22の表面近傍で電気力線が密となる部位が形成される。
【0102】
一方、単位構造体15Bの光触媒モジュール20は、プラズマ発生電極部19Bの近傍でかつ、清浄あるいは脱臭しようとする空気等の浄化対象ガスが流れる光触媒ケーシング11内の流路12中に設けられる。
【0103】
そして、電源部18の作用でプラズマ発生電極部19Bにおいてオゾンとともにコロナ放電が発生し、放電光が、プラズマ発生電極部19B近傍に設けられた光触媒モジュール20に照射される。この結果、光触媒モジュール20が担持する光触媒が活性化され、光触媒、コロナ放電およびオゾンの作用で浄化対象ガスが清浄あるいは脱臭される。
【0104】
ところで、光触媒モジュール20が担持する光触媒の効果を向上させるためには、強い光を照射する必要があり、さらに強い光を得るためには、強い電界を形成させてより高いエネルギを有するコロナ放電を発生させる必要がある。
【0105】
一般に、放電は電界が強いほど生じ易くなり、電界の強さは電圧の大きさおよび電極の形状に依存する。すなわち電極の形状に応じて電界は変化するが、電界の電気力線が局所的に密な部位が電界の強い部位である。このため、電気力線が局所的に密である電界となるような形状の電極を用いることで、より強い電界を得て、高いエネルギを有するコロナ放電を発生させることができる。
【0106】
そこで、光触媒反応装置10Bの単位構造体15Bでは、プラズマ発生電極部19Bの2枚の金属電極21a、21bを柱板状として、さらに、一方の幅を他方の幅よりも短い形状とすることで誘電体22の表面近傍で電気力線が局所的に密である電界を形成するものである。
【0107】
図5は、2枚の金属電極21a、21b間に一定の電圧を印加したときに、発生する放電光の照度を示す棒グラフである。
【0108】
図5において縦軸は、2枚の金属電極21a,21b間に発生する放電光の照度(mW/cm)である。左側の棒グラフは、同形状で平板の2枚の金属電極21a、21bを対向配置させて誘電体22を介在させたときの値であり、右側の棒グラフは、幅長が異なる2枚の金属電極21a、21bで誘電体22を挟持したときの値である。
【0109】
図5に示されるように、電源部18によりプラズマ発生電極部19Bにおいて、2枚の金属電極21a、21b間に印加する電圧を一定とすると、同形状で平板の2枚の金属電極21a、21bを対向させたときよりも、幅長が異なる2枚の金属電極21a、21bを対向させたときのほうが、誘電体22の表面近傍において局所的に強い電界が得られる。
【0110】
この結果、電源部18において、より低出力の電力あるいは電圧で強い放電光を得ることができる。さらに、プラズマ発生電極部19Bにおける2枚の金属電極21a、21b間に必要な電圧を低減させることができるため、電源設計上有利である。
【0111】
すなわち、光触媒反応装置10Bの単位構造体15Bでは、プラズマ発生電極部19Bを、幅長が異なる2枚の金属電極21a、21bで誘電体22を挟持する構成としたことで、より局所的により強い電界を形成して、強い放電光を発生することを可能とする。そして、光触媒反応装置10Bでは、単位構造体15Bの光触媒モジュール20が担持する光触媒に強い光を照射して活性化を促進させることで、より強い脱臭作用あるいは清浄作用を得ることができる。
【0112】
図6は本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態の変形例を示す構成図である。
【0113】
光触媒反応装置10Cは、図3の光触媒反応装置10Bと同様に、単位構造体15Cにおいて光触媒モジュール20が、プラズマ発生電極部19Cの2枚の金属電極21a、21bで挟持されずに別途設けられる構成である。ただし、光触媒反応装置10Cでは、幅長が異なる2枚の金属電極21a、21bで誘電体22を挟持した構成であるプラズマ発生電極部19Cが、単一の光触媒モジュール20近傍に複数個設けられる点が図3の光触媒反応装置10Bと異なる。
【0114】
その他の構成および機能については、図3の光触媒反応装置10Bと同じであるため、図3と同様に単位構造体15Cの構成要素であるプラズマ発生電極部19Cの2枚の金属電極21a、21b、誘電体22および光触媒モジュール20以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0115】
光触媒反応装置10Cの単位構造体15Cでは、単一の板状の光触媒モジュール20の面に平行にプラズマ発生電極部19Cを複数個設けた構成である。そして、光触媒モジュール20の面直方向に浄化対象ガスが流れ、清浄あるいは脱臭される。
【0116】
ここで、ある1つのプラズマ発生電極部19Cの金属電極21aと、この金属電極21aに向かい合う、別のプラズマ発生電極部19Cの金属電極21aとは、同じ符号の極とされる。すなわち、各プラズマ発生電極部19Cは金属電極21a,21bの正極同士あるいは負極同士が向き合う方向に設けられる。
【0117】
つまり、各プラズマ発生電極部19Cの金属電極21a,21bの電界の向きは交互に逆になる向きとされ、放電が誘電体22を介さない金属電極21a、21b間である各プラズマ発生電極部19C間に発生しないように構成される。
【0118】
光触媒反応装置10Cでは、光触媒モジュール20の容積を所要の大きさに設定することができるとともに、プラズマ発生電極部19Cを複数個設けることで、光触媒モジュール20に照射する放電光の強度を増加させて所要の強さにすることができる。
【0119】
このため、光触媒反応装置10Cでは、任意の容量とすることが可能であり、かつ光触媒モジュール20が担持する光触媒に強い光を照射して活性化を促進させることで、より強い脱臭作用あるいは清浄作用を得ることができる。
【0120】
光触媒反応装置10Cのような構成に限らず、プラズマ発生電極部19Cで発生する放電光が、光触媒モジュール20を照射することが可能な構成であれば単一あるいは複数の任意の形状の光触媒モジュール20近傍に、任意形状の複数のプラズマ発生電極部19Cを任意の位置に設ける構成とすることもでき、また、浄化対象ガスが流れる向きも任意である。
【0121】
図7は本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態を示す構成図である。
【0122】
光触媒反応装置10Dは、図1の光触媒反応装置10に対し、単位構造体15Dの構造が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、単位構造体15Dの構成以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0123】
光触媒反応装置10Dの単位構造体15Dは、板状あるいはブロック状でかつ三次元網目構造のセラミックス基体で構成された光触媒モジュール20の両面に、金属電極21a、21bを設けた構成である。金属電極21a、21bは二次元網目構造をなす。このため、金属電極21a、21b同士は互いに向き合う部位を有さない。
【0124】
ここで、光触媒モジュール20は、セラミックス基体で構成されるため、誘電体22としての機能も有する。そして、金属電極21a、21b同士は互いに向き合う部位を有さず、金属電極21a、21b間に発生する紫外線は、誘電体22としての機能を有する光触媒モジュール20のセラミックス基体を通過するように構成される。このため、放電はアーク放電に移行せずに安定したコロナ放電が得られる。
【0125】
すなわち、光触媒反応装置10Dの単位構造体15Dは、誘電体22が光触媒モジュール20を兼ねる構成である。
【0126】
光触媒反応装置10Dの単位構造体15Dでは、光触媒モジュール20と誘電体22とが単一の部材で構成されるため、部品数を低減させることができる。さらに、光触媒モジュール20である誘電体22が網目状構造であるため、浄化対象ガスが流れる方向の自由度が増加する。
【0127】
また、単位構造体15Dの金属電極21a,21bが、二次元網目構造であるため、平板構造の金属電極21a,21bに比べて局所的に強い電界を形成させることができる。このため、単位構造体15Dでは、より強い放電光を得ることが可能であり、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【0128】
また、単位構造体15Dは、金属電極21a,21bと光触媒モジュール20を兼ねた誘電体22とを密着させて一体化した構成であるため、良好な強度を得ることが可能である。さらに、金属電極21a,21bと誘電体22との間の空気等の誘電率を変化させる介在物の量を減らすことができるため、金属電極21a、21b間に、より強い電界を形成させることができる。このため、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【0129】
尚、光触媒反応装置10Dの単位構造体15Dでは、金属電極21a、21bが光触媒モジュール20を兼ねた誘電体22を介さずに形成される電界が弱く、金属電極21a、21b間にアーク放電が起こらなければよい。したがって、金属電極21a、21bが板状あるいはブロック状に構成され、さらに光触媒モジュール20を兼ねた誘電体22の金属電極21a、21bと接合される面を、孔を有さない面構造としてもよい。
【0130】
また、必要に応じて、別途光触媒モジュール20を金属電極21a,21bの近傍に設け、紫外線を照射する構成としてもよい。この場合は、誘電体22が必ずしも光触媒モジュール20を兼ねる必要はない。
【0131】
図8は本発明に係る光触媒反応装置の第4の実施形態を示す構成図である。
【0132】
光触媒反応装置10Eは、図1の光触媒反応装置10に対し、単位構造体15の代わりに、積層構造体30とした点が異なる。その他の構成および機能については、図1の光触媒反応装置10と同じであるため、積層構造体30の構成以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0133】
光触媒反応装置10Eの積層構造体30は、複数の光触媒モジュール20とプラズマ発生電極部19Dの金属電極21c,21d,21e,21f,21gとを交互に積層した構成である。ただし、光触媒モジュール20の片面側の金属電極21d,21fは誘電体22で覆われる。ただし、光触媒モジュール20の両面の2枚の金属電極21c,21d,21e,21f,21g双方を誘電体22で覆う構成としてもよい。
【0134】
また、金属電極21c,21d,21e,21f,21gおよび誘電体22の形状は任意であり、2次元網目構造としてもよく、より強い電界を形成できる形状にすることができる。
【0135】
プラズマ発生電極部19Dの各金属電極21c,21d,21e,21f,21gは、交互に正負が繰り返す構成である。このため、全ての金属電極21c,21d,21e,21f,21gの間において電界が形成され、放電光である紫外線を発生させることができる。このため、全ての金属電極21c,21d,21e,21f,21gの間に光触媒モジュール20を設けることが可能となりスペースを有効に利用することができる。さらに、光触媒モジュール20の両面のうち少なくとも一方に、規則的に誘電体22を設ける構成とすることができる。
【0136】
プラズマ発生電極部19Dの各金属電極21c,21d,21e,21f,21gには、電圧が印加され、コロナ放電に伴う紫外線が発生する。紫外線の作用により各光触媒モジュール20が担持する光触媒が活性化されるとともにオゾンが生成される。そして、コロナ放電、光触媒およびオゾンの作用により、各光触媒モジュール20を通過する浄化対象ガスが脱臭あるいは清浄される。
【0137】
光触媒反応装置10Eでは、光触媒モジュール20、金属電極21c,21d,21e,21f,21gおよび誘電体22が規則的に整列して積層構造をなすため、金属電極21d,21fを共有させることができるのみならず、より少ない同形状の部品を組み合わせることで、任意の容量、大きさ、形状、浄化能力等の仕様の光触媒反応装置10Eとすることができる。
【0138】
また、各光触媒モジュール20に照射される紫外線の強度をより均一にすることができるため、浄化機能を安定化させることができる。
【0139】
図9は本発明に係る光触媒反応装置の第5の実施形態を示す構成図である。
【0140】
光触媒反応装置10Fは、図3の光触媒反応装置10Bに対し、単位構造体15Eの形状が異なる。その他の構成および機能については、図3の光触媒反応装置10Bと同じであるため、単位構造体15E以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0141】
光触媒反応装置10Fの単位構造体15Eは、プラズマ発生電極部19Eの近傍に、光触媒モジュール20が設けられ、この光触媒モジュール20内に浄化対象ガスが導かれる構成である。
【0142】
単位構造体15のプラズマ発生電極部19Eは、線状の金属電極21hの側面を誘電体22で覆い、金属電極21hと誘電体22とを同軸状に構成したものである。さらに、誘電体22の外表面には、帯状の金属電極21iが軸方向が異なる位置に複数個設けられる。誘電体22の外表面に設けられた各帯状の金属電極21iは、軸方向に平行に設けられた金属電極21iで電気的に接続される。
【0143】
プラズマ発生電極部19Eの軸芯の線状の金属電極21hと、誘電体22の外表面に設けられた帯状の金属電極21iとは、図示しない電源部に導かれる。そして、軸芯の線状の金属電極21hと、誘電体22の外表面に設けられた帯状の金属電極21iとの間には電圧が印加される。このため、誘電体22の外表面に設けられた帯状の金属電極21iの縁部からコロナ放電に伴う紫外線が発生して、単位構造体15Eの近傍に設けられた光触媒モジュール20を照射する。
【0144】
光触媒モジュール20が紫外線により照射されると、光触媒モジュール20が担持する光触媒が活性化されるとともにオゾンが生成される。そして、コロナ放電、光触媒およびオゾンの作用により、光触媒モジュール20を通過する浄化対象ガスが脱臭あるいは清浄される。
【0145】
光触媒反応装置10Fの単位構造体15Eにおけるプラズマ発生電極部19Eでは、一方の金属電極21hが線状であり、かつ他方の金属電極21iが帯状であるため、強い電界を形成することができる。このため、浄化対象ガスの脱臭あるいは清浄効果を向上させることができる。
【0146】
また、プラズマ発生電極部19Eは、金属電極21h,21iと誘電体22とが同軸状であるため、同軸状のケーブルから所要の長さに切断するのみで製造することが可能であり、製造コストを低減させることができる。さらに、同軸状の金属電極21h,21iと誘電体22とを、U字状等の形状に容易に変形させることができるため、多種多様な光触媒反応装置10Fに適用させることができる。
【0147】
尚、プラズマ発生電極部19Eの誘電体22の外表面に設けられた帯状の金属電極21iは、螺旋状に形成することも可能であり、電圧を印加することが可能でコロナ放電に伴う紫外線を発生することができる形状であればよい。具体的には、各帯状の金属電極21iの間隔が10mm程度確保することができれば、紫外線を得るために効果的である。したがって、各帯状の金属電極21iの間隔を必要最小限の間隔として、かつ金属電極21iの太さを細くして縁部が多くなるように設けることで、紫外線の強度を向上させることができる。
【0148】
図10は本発明に係る光触媒反応装置の第5の実施形態の変形例を示す構成図である。
【0149】
光触媒反応装置10Gは、図9の光触媒反応装置10Fに対し、単位構造体15Fの光触媒モジュール20の形状が異なる。その他の構成および機能については、図9の光触媒反応装置10Fと同じであるため、単位構造体15F以外の構成については図示せず、また説明を省略する。
【0150】
光触媒反応装置10Gの単位構造体15Fは、光触媒モジュール20が筒状である。さらに、筒状の光触媒モジュール20の内部に、図9の光触媒反応装置10Fにおけるプラズマ発生電極部19Eと同形状のプラズマ発生電極部19Eが設けられる構成である。
【0151】
光触媒反応装置10Gの単位構造体15Fでは、プラズマ発生電極部19Eで発生した紫外線を、全て筒状の光触媒モジュール20に照射させることができる。このため、単位構造体15Fでは、光触媒モジュール20以外に放出される紫外線の量、すなわち紫外線の光損失を低減させて、より少ない電力で紫外線の強度を向上させることができる。
【0152】
また、光触媒反応装置10Gの単位構造体15Fでは、金属電極21h,21iと誘電体22に加え、光触媒モジュール20が同軸状であるため、同軸状のケーブルから所要の長さに切断するのみで光触媒モジュール20も含めて製造することが可能であり、製造コストを低減させることができる。さらに、同軸状の金属電極21h,21i、誘電体22および光触媒モジュール20を、U字状等の形状に容易に変形させることができるため、多種多様な光触媒反応装置10Gに適用させることができる。
【0153】
尚、本発明の実施形態における光触媒反応装置10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10Gにおいては、浄化対象を空気等の浄化対象ガスとしたが、コロナ放電が可能であれば、液体あるいは気液混合体の浄化対象流体としてもよい。また、光触媒モジュール20に対する浄化対象ガスの向きは任意である。
【0154】
さらに、光触媒モジュール20、金属電極21a,21b,21c,21d,21e,21f,21g,21h,21iおよび誘電体22の形状および位置は任意であり、正負の金属電極21a、21b,21c,21d,21e,21f,21g,21h,21i同士が、誘電体22を介さずに面する部位が存在せず、かつ、プラズマ発生電極部19、19A、19B、19C、19D、19D、19Eで発生した紫外線を、光触媒モジュール20に照射することができる構成であればよい。
【0155】
また、光触媒モジュール20は三次元網目構造に限らず、ハニカム構造、多重筒状構造、格子状構造等の内部を流体が通過することが可能な構造であり、かつ光触媒を担持させることが可能であればよい。
【0156】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒反応装置においては、放電光を発生させる金属電極間に誘電体を設けることにより、アーク放電が発生することなく安定したコロナ放電を発生させることができる。このため、より大きな電圧を印加して強い放電光を得ることが可能となり、浄化対象の清浄あるいは脱臭機能を向上させることができる。
【0157】
また、放電光を発生させる金属電極の形状をより強い電界が形成されるような形状とすることで、より小さい電力で効果的に強い放電光を発生させて浄化対象を清浄あるいは脱臭することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態を示す構成図。
【図2】本発明に係る光触媒反応装置の第1の実施形態の変形例を示す構成図。
【図3】本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態を示す上面図。
【図4】図3の光触媒反応装置の単位構造体の側面図。
【図5】2枚の金属電極間に一定の電圧を印加したときに発生する放電光の照度を示す棒グラフ。
【図6】本発明に係る光触媒反応装置の第2の実施形態の変形例を示す構成図。
【図7】本発明に係る光触媒反応装置の第3の実施形態を示す構成図。
【図8】本発明に係る光触媒反応装置の第4の実施形態を示す構成図。
【図9】本発明に係る光触媒反応装置の第5の実施形態を示す構成図。
【図10】本発明に係る光触媒反応装置の第5の実施形態の変形例を示す構成図。
【図11】従来の光触媒反応装置の構成図。
【符号の説明】
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G 光触媒反応装置
11 光触媒ケーシング
12 流路
13 プレフィルタ
14 送風機
15、15A、15B、15C、15D、15E、15F 単位構造体
16 電線
17 オゾン分解触媒
18 電源部
19、19A、19B、19C、19D、19E プラズマ発生電極部
20 光触媒モジュール
21a,21b,21c,21d,21e,21f,21g,21h,21i 金属電極
22 誘電体
30 積層構造体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocatalytic reaction apparatus that activates a photocatalyst with discharge light from a discharge electrode to remove or decompose or deodorize a substance to be decomposed contained in a substance to be decomposed such as air.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a photocatalytic reaction apparatus that activates a photocatalyst with discharge light from a discharge electrode and removes a substance to be removed in the gas to clean or deodorize the gas, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-140624 shown in FIG. (See Patent Publication 1).
[0003]
The conventional photocatalytic reaction apparatus 1 is made of ceramics and has a structure in which a three-dimensional network-like photocatalyst support 2 supporting a photocatalyst is sandwiched between two metal electrode plates 3 and 3. A power source 4 is provided between the paired metal electrode plates 3 and 3 via an electric wire 5, and a voltage is applied. When a required voltage is applied between the metal electrode plates 3 and 3, discharge light is generated and the photocatalyst carried by the photocatalyst carrier 2 is activated.
[0004]
The photocatalyst carrier 2 sandwiched between the metal electrode plates 3 and 3 is provided in the flow path 7 through which the gas 6 flows. The gas 6 passing through the photocatalyst carrier 2 is cleaned or deodorized by the action of the photocatalyst.
[0005]
[Patent Publication 1]
JP 2000-140624 A (paragraphs [0046] to [0058] on page 5-7)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the cleaning or deodorizing effect of the gas 6, it is necessary to generate intense light and irradiate the photocatalyst in order to further activate the photocatalyst. In order to obtain strong discharge light, it is necessary to increase the power of the power source 4.
[0007]
However, in the conventional photocatalytic reaction device 1, with the increase in power applied to the metal electrode plates 3 and 3, the discharge generated between the metal electrode plates 3 and 3 is more likely to be arc discharge instead of corona discharge. . Since the arc discharge damages the constituent members such as the metal electrode plates 3 and 3, the function of each constituent member is reduced. For this reason, it was difficult to obtain strong discharge light and improve the cleaning or deodorizing function in the gas of the photocatalytic reaction device 1.
[0008]
The present invention has been made in order to cope with such a conventional situation, and has a more effective gas cleaning or deodorizing function by generating stronger discharge light by stable corona discharge without generating arc discharge. An object is to provide a photocatalytic reaction device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the photocatalytic reaction device according to the present invention comprises oxygen and water as described in claim 1. The Include Gas-liquid mixture A photocatalyst module provided in a flow path of a decomposition target substance medium composed of The power supply unit is configured to apply a voltage between the positive and negative metal electrodes. By corona discharge Generating discharge light, Corona Decomposition object contained in the decomposition target substance medium in or near the photocatalyst module by ozone generated by the action of discharge and hydroxyl radicals generated by the action of the photocatalyst activated by irradiation of the discharge light to the photocatalyst module It is characterized by decomposing substances.
[0011]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 2 As described above, the photocatalyst module is sandwiched between the positive and negative metal electrodes.
[0012]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 3 As described above, a plurality of the photocatalyst modules are provided, and are sandwiched in layers by the plurality of positive and negative metal electrodes.
[0013]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 4 As described above, the photocatalyst module has a three-dimensional network structure or a honeycomb structure.
[0014]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 5 As described above, the dielectric is a ceramic.
[0015]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 6 As described above, the photocatalyst module and the dielectric are formed of a single member, and discharge is performed via the dielectric.
[0016]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 7 As described above, the metal electrode has a network structure.
[0017]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 8 As described above, one of the positive and negative metal electrodes is configured in a linear shape, the dielectric is configured in a cylindrical shape, and the linear metal electrode is covered with a cylindrical dielectric and configured in a coaxial manner. It is characterized by that.
[0018]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 9 As described above, the photocatalyst module is configured in a cylindrical shape, and one of the positive and negative metal electrodes is configured in a linear shape inside the photocatalytic module, and the dielectric is configured in a cylindrical shape, The linear metal electrode is covered with a cylindrical dielectric and is configured coaxially.
[0019]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 10 As described above, the metal electrode and the dielectric are manufactured and integrated by a method of depositing or adhering metal on the dielectric surface.
[0020]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 11 As described above, a plurality of the plasma generation electrode portions are provided, and a metal electrode of one plasma generation electrode portion and a metal electrode of another plasma generation electrode portion nearest to the metal electrode have the same reference numerals. It is characterized by being a pole.
[0021]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 12 As described above, an ozone decomposing mechanism is provided downstream of the photocatalyst module in the flow path of the decomposition target substance.
[0022]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 13 As described above, in the flow path of the decomposition target substance The required flow rate is obtained by forcibly causing convection of the substance to be decomposed. It is characterized by this.
[0023]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 14 As described above, the power supply unit is intermittently operated.
[0025]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 15 As described above, a prefilter is provided upstream of the photocatalyst module in the flow path of the decomposition target substance.
[0026]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 16 As described above, the prefilter is an electric dust collection filter.
[0027]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 17 As described above, the positive electrode metal electrode and the negative electrode metal electrode have different shapes and are configured to form a locally strong electric field.
[0028]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 18 As described above, the positive and negative metal electrodes are configured to have a plate shape in which one width is wider than the other width.
[0029]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 19 As described above, the power supply unit is a pulse power supply, a high-frequency power supply having a frequency of 10 kHz or more, or an AC power supply.
[0030]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 20 As described above, the pulse power supply is a short pulse power supply having a duty ratio of 0.5 or less.
[0031]
Further, the photocatalytic reaction device according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 21 As described above, a DC bias corresponding to 50 to 90% of the peak value is superimposed on the pulse power source, high frequency power source or AC power source.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a photocatalytic reaction device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0033]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0034]
In the photocatalytic reaction device 10, a flow path 12 through which a purification target gas that is a decomposition target substance medium such as air to be cleaned or deodorized flows is formed in a cylindrical photocatalyst casing 11, and the upstream side in the flow path 12 From the downstream side to the downstream side, a prefilter 13, a blower 14, a unit structure 15 and an ozone decomposition catalyst 17 as an ozone decomposition treatment mechanism are provided, and a power supply unit 18 is provided on the unit structure 15 via an electric wire 16. is there.
[0035]
The unit structure 15 includes a plasma generation electrode unit 19 and a photocatalyst module 20.
[0036]
The plasma generating electrode portion 19 of the unit structure 15 includes two metal electrodes 21 a and 21 b and a dielectric 22. The two metal electrodes 21 a and 21 b are arranged at positions facing each other, and the surface of one metal electrode 21 a on the other metal electrode 21 b side is covered with a dielectric 22. The dielectric 22 covering the metal electrode 21a is more effective if it has a large relative dielectric constant, and it is desirable to use glass, mica, or ceramics. However, as long as it has a required relative dielectric constant, the dielectric 22 of other materials may be used.
[0037]
An electric wire 16 is connected to the two metal electrodes 21 a and 21 b of the plasma generating electrode portion 19 and led to the power source portion 18.
[0038]
On the other hand, the photocatalyst module 20 of the unit structure 15 has a structure in which a photocatalyst mainly composed of a substance such as particulate titanium oxide or zinc oxide is supported on a ceramic substrate having a three-dimensional network structure or a honeycomb structure. In order to improve the reaction effect of the photocatalyst, an alloy of a metal such as platinum or gold and a transition element may be included. In addition, as long as the substance has a photocatalytic action, the substance to be supported is arbitrary.
[0039]
The ceramic substrate of the photocatalyst module 20 is formed of a compound containing ceramics such as aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, magnesium oxide, titanium oxide, or zinc oxide. The photocatalytic module 20 of the unit structure 15 is sandwiched between two metal electrodes 21 a and 21 b in which one of the plasma generating electrode portions 19 is covered with a dielectric 22.
[0040]
Further, the photocatalyst module 20 cleans or deodorizes air or the like sandwiched between the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19 in the middle of the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. The gas to be purified is provided at a position where it can pass through the inside of the photocatalyst module 20.
[0041]
Next, the operation of the photocatalytic reaction device 10 will be described.
[0042]
First, a purification target gas such as air to be purified or deodorized flows into a flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. The purification target gas that has flowed into the flow path 12 is brought to a required flow rate by the blower 14. That is, there are cases where the flow velocity of the purification target gas cannot be sufficiently obtained or the convection does not occur only by the circulation of the purification target gas by natural convection. For this reason, convection is forcibly caused by the blower 14 provided in the flow path 12 of the photocatalyst casing 11 so that the flow rate of the purification target gas becomes a required flow rate, and the necessary flow rate of the purification target gas is ensured. The
[0043]
The number of the blowers 14 is arbitrary, and the position where the blower 14 is arranged is not limited to the prefilter 13 or the upstream and downstream of the unit structure 15 in the flow path 12 of the photocatalyst casing 11, or is arranged inside the unit structure. It is possible to adopt a configuration in which the gas to be purified is forced to cause convection to obtain a required flow velocity. Further, when a sufficient flow velocity can be obtained only by natural convection of the gas to be purified, it is not necessarily provided.
[0044]
Next, the gas to be purified that has been adjusted to the required flow rate by the blower 14 passes through the prefilter 13. In the prefilter 13, relatively large dust or dust contained in the gas to be purified, or those that cannot be removed by the photocatalytic reaction device 10 and cannot be purified are removed.
[0045]
That is, when relatively large dust or dust is contained in the gas to be purified, the narrow gap portion of the photocatalyst module 20 of the unit structure 15 that passes through the flow path 12 downstream of the prefilter 13 in the photocatalyst casing 11 is clogged. Or, the photocatalyst may be covered and the function or performance may be degraded or damaged. Similarly, dust or dust in the gas to be purified may cause functional deterioration or damage in other components.
[0046]
Therefore, the prefilter 13 removes the gas to be purified in advance. As the pre-filter 13 for dust removal, it is effective to use an electric dust collection filter that is a known technique.
[0047]
The electric dust collection filter is composed of a collector portion and an ionization portion having positive and negative electrode plates for dust collection. A gas to be purified, such as air, is guided between the ionization electrode plate of the electric dust collection filter and the dust collecting electrode plate of the collector unit. Furthermore, a voltage is applied to the discharge part provided in the ionization part of the electrostatic precipitating filter, whereby ions are generated in the purification target gas such as air in the ionization part.
[0048]
Oxygen in the gas to be purified flowing through the ionization unit is changed to positive oxygen ions by the action of ions generated in the ionization unit. Further, the positive oxygen ions adhere to dust and dust in the gas to be purified, and the dust and dust become charged suspended particles.
[0049]
Dust and dust that have become suspended particles with electric charge are adsorbed to the dust collecting electrode plate of the collector portion to which the voltage is applied. As a result, the dust or dust of the gas to be purified is removed.
[0050]
The number of prefilters 13 is arbitrary, and the position where the prefilter 13 is disposed may be upstream of the unit structure 15 in the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. The prefilter 13 may be configured other than the electric dust collection filter, and may be configured to use a plurality of prefilters 13 having different structures in combination. On the other hand, when the gas to be purified that has been sufficiently dedusted is to be purified, or when it is not necessary to remove the gas to be purified in advance, the prefilter 13 is not necessarily provided.
[0051]
The purification target gas removed by the prefilter 13 is guided to the photocatalyst module 20 of the unit structure 15.
[0052]
On the other hand, a voltage is applied between the two metal electrodes 21 a and 21 b included in the plasma generating electrode portion 19 of the unit structure 15 by the action of the power source portion 18. As a result, one of the two metal electrodes 21a and 21b is a positive electrode and the other is a negative electrode, but the positive / negative direction of the voltage is arbitrary. Furthermore, when a high voltage is applied between the two metal electrodes 21a and 21b from the power supply unit 18 via the electric wire 16, the metal electrode 21a on the negative side of the two metal electrodes 21a and 21b. Discharge occurs from the surface, and ultraviolet light, which is discharge light, is generated.
[0053]
At this time, since one metal electrode 21a of the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19 is covered with the dielectric 22, the discharge does not shift to the arc discharge but becomes a stable corona discharge and continues. Maintained. That is, since the dielectric 22 is interposed in the electric field formed between the positive-side metal electrode 21b and the negative-side metal electrode 21a, a dielectric barrier discharge that is a stable corona discharge occurs. Furthermore, since the metal electrode 21a is covered with the dielectric 22, damage is prevented and protected.
[0054]
Ultraviolet rays generated between the two metal electrodes 21a and 21b irradiate a photocatalyst such as titanium oxide carried by the photocatalyst module 20 sandwiched between the two metal electrodes 21a and 21b. When the photocatalyst is irradiated with ultraviolet rays, the photocatalyst is activated, and hydrogen peroxide and hydroxyl radicals are generated from oxygen and water contained in the gas to be purified.
[0055]
Furthermore, accompanying the corona discharge generated between the two metal electrodes 21a and 21b, ozone is generated simultaneously with the generation of ultraviolet rays. Hydroxyl radicals generated in the gas to be purified by the action of ozone and the activated photocatalyst have strong oxidizing power and can break the molecular bonds of the substance. That is, the substance to be decomposed is decomposed by the action of the oxidizing power of ozone and hydroxyl radicals.
[0056]
Substances to be decomposed include, for example, odor-generating substances such as formaldehyde, fungi and bacteria such as airborne bacteria, substances constituting dirt components, toxic substances, organochlorine compounds such as trihalomethane, endocrine disruptors, etc. Chemical substances and other substances, compounds, mixtures, and organisms that can be decomposed by the action of the oxidizing power of ozone and hydroxyl radicals.
[0057]
On the other hand, the photocatalyst module 20 of the unit structure 15 is provided in the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. A gas to be purified such as air to be purified or deodorized flows through the flow path 12. For this reason, in the photocatalyst module 20, the gas to be purified is subjected to decomposition of substances such as formaldehyde, which is a cause of odor, sterilization and inactivation of floating bacteria by the action of the oxidizing power of ozone and hydroxyl radicals. Purified and deodorized.
[0058]
In addition, corona discharge generated between the two metal electrodes 21a and 21b also acts on the decomposition and inactivation of substances such as formaldehyde and harmful substances that are the cause of odor, sterilization and inactivation of floating bacteria. Contributes to deodorization.
[0059]
The purification target gas purified and deodorized in the photocatalyst module 20 is guided to an ozone decomposition catalyst 17 provided downstream of the unit structure of the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. At this time, the purified gas to be purified contains ozone that has been discharged without reacting harmful substances among ozone generated by corona discharge of the plasma generating electrode unit 19.
[0060]
Since harmful substances mixed with the gas to be purified in the unit structure 15 and unreacted ozone are harmful to the human body, it is environmentally undesirable to be discharged into the atmosphere. For this reason, it is necessary to decompose ozone from the gas to be purified after purification.
[0061]
Therefore, the ozone decomposition catalyst 17 decomposes ozone contained in the purified gas to be purified into oxygen that is harmless to the human body. Examples of the ozone decomposition method in the ozone decomposition catalyst 17 include activated carbon adsorption decomposition method, heat decomposition method, catalytic decomposition method, water washing method, chemical solution cleaning method (alkali cleaning method), and chemical solution reduction method. The ozone decomposing method in the ozone decomposing catalyst 17 is appropriately selected as necessary from the atmosphere or various conditions during the ozonolysis.
[0062]
In addition, the number of the ozone decomposition catalysts 17 is arbitrary, and the position where the ozone decomposition catalyst 17 is disposed may be downstream of the unit structure 15 in the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11. In addition, if the amount of unreacted ozone contained in the purification target gas is below a predetermined concentration, or if the purification target gas is not discharged into the atmosphere, ozone decomposition is not always necessary. It is not necessary to provide the decomposition catalyst 17.
[0063]
In the ozone decomposition catalyst 17, the purified gas to be purified after decomposing and detoxifying the contained ozone is discharged to the outside of the photocatalytic reaction device 10.
[0064]
That is, the photocatalytic reaction device 10 sandwiches a photocatalyst module 20 carrying a photocatalyst between two metal electrodes 21a and 21b, one of which is covered with a dielectric 22, and generates a corona generated between the two metal electrodes 21a and 21b. In this configuration, the photocatalyst is activated by the discharge light, ozone is generated, and the gas to be purified such as air is purified by the action of the photocatalyst, ozone and the discharge light.
[0065]
Further, in the photocatalytic reaction device 10, the purification target gas is preliminarily dust-removed by the prefilter 13 before passing through the photocatalytic module 20, and is included in the purification target gas in the ozone decomposition catalyst 17 after passing through the photocatalytic module 20. This is a configuration that decomposes and detoxifies harmful ozone.
[0066]
For this reason, the photocatalytic reaction device 10 performs cleaning to remove dirt components, antifouling to prevent adhesion of dirt components, sterilization, deodorization, air purification, exhaust treatment, water purification, wastewater treatment, water decomposition, organic synthesis Alternatively, it can be widely used for the purpose of promoting organic decomposition reaction and decomposition of inorganic or organic environmental pollutants.
[0067]
In the photocatalytic reaction apparatus 10, in order to improve the purification or deodorizing effect of the gas to be purified such as air, it is necessary to activate the photocatalyst more. The activation state of the photocatalyst depends on the light intensity. In other words, when the photocatalyst is irradiated with strong light, the photocatalyst is more activated, and the purification or deodorizing function can be improved. For this reason, it is necessary to irradiate the photocatalyst with strong light, specifically, light having a wavelength of 380 nm or less.
[0068]
The photocatalytic reaction device 10 is configured to obtain light for irradiating the photocatalyst from discharge light generated between the two metal electrodes 21 a and 21 b included in the plasma generation electrode portion 19 of the unit structure 15. Therefore, in order to obtain strong discharge light, it is necessary to increase the power of the power supply unit 18 and apply a larger voltage between the two metal electrodes 21a and 21b.
[0069]
However, in the conventional photocatalytic reaction device 1, with the increase in power applied between the metal electrode plates 3 and 3, the discharge generated between the metal electrode plates 3 and 3 has a high probability of being arc discharge instead of corona discharge. Become. Since arc discharge damages structural members, such as the metal electrode plate 3, the function of each structural member is reduced. For this reason, it is difficult to obtain strong discharge light and improve the cleaning or deodorizing function in the gas to be purified by the photocatalytic reaction device 1.
[0070]
Therefore, in the photocatalytic reaction device 10, by covering one of the metal electrodes 21a and 21b with the dielectric 22 in the plasma generating electrode portion 19 of the unit structure 15, the metal electrode 21a is prevented from being damaged and dielectric barrier discharge is performed. It became possible to maintain a stable corona discharge continuously by forming.
[0071]
Further, in the photocatalytic reaction device 10, by providing the blower 14 in the flow path 12 formed by the photocatalytic casing 11, it is possible to obtain a stable required flow rate of the purification target gas. For this reason, it is possible to continue and stably carry out purification of the purification target gas together with the purification function of the photocatalytic reaction device 10.
[0072]
Further, in the photocatalytic reaction device 10, the prefilter 13 is provided upstream of the photocatalyst module 20 of the unit structure 15 in the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11, thereby purifying the photocatalyst module 20 by the action of the photocatalyst. It is possible to remove dust and dust in advance. For this reason, it is possible to maintain the purification function of the photocatalytic reaction device 10 without impairing it, and to stably purify the purification target gas. Furthermore, the purification effect of the purification target gas can be improved by using the action of the photocatalyst in the photocatalyst module 20 and the action of the prefilter 13 in combination.
[0073]
In the photocatalytic reaction device 10, the ozone decomposition catalyst 17 is provided downstream of the photocatalyst module 20 of the unit structure 15 in the flow path 12 formed by the photocatalyst casing 11, and is generated in the unit structure 15 and harmful. Excess ozone remaining without reacting with the substance can be decomposed and detoxified.
[0074]
By the way, a voltage is applied to the dielectric 22 covering the metal electrode 21a. For this reason, a part of the electric power generated in the power supply unit 18 is lost in the dielectric 22. Therefore, in order to reduce the power loss in the dielectric 22, it is necessary to lower the voltage applied to the dielectric 22. Therefore, by using glass, mica, or ceramic having a large relative dielectric constant as the material of the dielectric 22, the voltage applied to the dielectric 22 can be lowered to further reduce power loss.
[0075]
Furthermore, by making the thickness of the dielectric 22 thinner, the dielectric constant can be increased, and the proportion of energy used for corona discharge in the electric power generated in the power supply unit 18 can be increased. For this reason, the thickness of the dielectric 22 is about 0.5 mm to 2 mm because the dielectric 22 can be provided stably in strength, and the thinner one is effective in reducing the applied voltage. It is desirable to do.
[0076]
Next, the configuration of the power supply unit 18 will be described.
[0077]
The power supply unit 18 preferably uses a pulse power supply, an AC power supply, or a high-frequency power supply.
[0078]
When a pulse power source is used as the power source unit 18, it is possible to input a larger power to the plasma generating electrode unit 19 more easily than a DC power source. For this reason, the photocatalytic reaction device 10 can be miniaturized. Furthermore, by using a short pulse power source with a duty ratio of 0.5 or less as the power source unit 18, the power supplied to the plasma generating electrode unit 19 can be increased.
[0079]
When an AC power supply is used as the power supply unit 18, the configuration of the power supply unit 18 can be simplified. For this reason, the cost required for the power supply unit 18 can be reduced. Furthermore, the discharge by the AC power source can easily input a larger electric power to the plasma generating electrode unit 19 than the discharge by the DC power source. Therefore, the power supply unit 18 using an AC power supply is suitable for the low-cost and medium-scale photocatalytic reaction device 10.
[0080]
When a high frequency power source is used as the power source unit 18, it is possible to increase the input power to the plasma generating electrode unit 19 when the operating frequency of the high frequency power source is 10 kHz or more. For this reason, in the power supply unit 18 using a high-frequency power supply, it is possible to supply large power to the plasma generating electrode unit 19. Therefore, it is effective when the photocatalyst module 20 is applied to the photocatalytic reaction device 10 that targets a relatively large capacity or high concentration gas to be purified.
[0081]
Furthermore, when the frequency of the high frequency power supply becomes 15 kHz or more, the operation sound of the high frequency power supply is outside the human audible range. For this reason, if a high frequency power source having a frequency of 15 kHz or more is used as the power supply unit 18, the operation sound of the power supply unit 18 is not perceived, and in an environment where the operation sound is restricted, the photocatalytic reaction can be easily performed without providing soundproofing equipment. The device 10 can be used.
[0082]
The power source 18 superimposes a DC bias equivalent to 50 to 90% of the peak value on a pulse power source, an AC power source, or a high frequency power source, so that the incident electrons, which are elements of discharge generation in the plasma generating electrode portion 19, are superimposed. The number can be stabilized. For this reason, the variation in the discharge start voltage or the spark transition voltage in the plasma generating electrode portion 19 is reduced, and it is easy to ensure the stable operation of the photocatalytic reaction device 10.
[0083]
Further, in the case where a pulse power source is used as the power source unit 18, if a DC bias corresponding to 50 to 90% of the peak value is superimposed, the pulse voltage can be reduced as compared with the case where the power source unit 18 is a pulse power source alone. Can do. For this reason, it is possible to reduce the size of the power supply unit 18 using the pulse power supply.
[0084]
By the way, when a pulse power supply or an AC power supply is used as the power supply unit 18, the discharge input energy per pulse or one cycle is the composition of the gas to be purified that passes through the photocatalyst module 20, the metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode unit 19. Or the distance between the two metal electrodes 21a and 21b.
[0085]
On the other hand, if the discharge input energy per pulse or one cycle input from the power supply unit 18 to the plasma generating electrode unit 19 is E [J] and the repetition cycle is r [pps] or [Hz], the plasma from the power supply unit 18 The input power input to the generation electrode unit 19 is defined by E × r [W]. Therefore, the power supply unit 18 can be operated intermittently to make the input power supplied from the power supply unit 18 to the plasma generating electrode unit 19 constant regardless of the repetition period r.
[0086]
The degree of modulation, which is the ratio of operation to non-operation in the intermittent operation of the power supply unit 18, is P0 [W] for required input power, E0 [J] for input energy per pulse or cycle, and f [ If pps] or [Hz], it is expressed by equation (1).
[0087]
[Expression 1]
P0 / E0 × f (1)
For example, when the input power required to be input from the power supply unit 18 to the plasma generating electrode unit 19 is 10 [W], the input energy per pulse is 50 [mJ], and the repetition period is 20 [kHz], the modulation degree Is obtained from equation (1) as in equation (2).
[0088]
[Expression 2]
It becomes. That is, when the input power required to be input from the power supply unit 18 to the plasma generating electrode unit 19 is 10 [W], the input energy per pulse is 50 [mJ], and the repetition period is 20 [kHz], the modulation is performed. The degree is 0.01, and an operation mode that operates only for 10 milliseconds per second is required.
[0089]
The operation mode in the power supply unit 18 is an example of an operation mode that operates for 10 milliseconds per second. The operation mode that operates once every 20 seconds for 20 milliseconds, or the operation mode that operates twice every second for 5 milliseconds. It is good also as an operation mode.
[0090]
As a method for setting the operation mode in the power supply unit 18, a primary side of the drive power supply in the power supply unit 18, for example, a method of turning on / off an AC 100V input using a switching element such as a thyristor or a transistor, There are a method of providing a modulation unit in the output circuit and a method of modulating the oscillation circuit that defines the number of operation repetitions in the power supply unit 18.
[0091]
On the other hand, even when a DC power source is used as the power source unit 18, the input power input from the power source unit 18 to the plasma generating electrode unit 19 is the composition of the gas to be purified that passes through the photocatalyst module 20, the metal of the plasma generating electrode unit 19. It is determined by the shape of the electrodes 21a and 21b or the distance between the two metal electrodes 21a and 21b.
[0092]
For this reason, even when a DC power source is used as the power source unit 18, the power source unit 18 performs an intermittent operation, which is lower than the case where the power source unit 18 is continuously operated without changing the voltage of the power source unit 18. It is possible to perform a purification operation using electric power.
[0093]
FIG. 2 is a block diagram showing a modification of the first embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0094]
The photocatalytic reaction device 10A of FIG. 2 differs from the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1 in that the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19A in the unit structure 15A are covered with the dielectric material 22. . Other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10 of FIG.
[0095]
The photocatalytic reaction device 10A is configured to sandwich the photocatalyst module 20 in a state where the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19A in the unit structure 15A are both covered with the dielectric 22.
[0096]
In the photocatalytic reaction device 10A, the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19A in the unit structure 15A are both covered with the dielectric 22 and have the same configuration. For this reason, the kind of components can be reduced in the manufacturing process of the plasma generating electrode part 19A. Furthermore, when the material price of the dielectric 22 is low, it is possible to manufacture the metal electrodes 21a and 21b covered with the dielectric 22 in the same equipment and manufacturing process, thereby reducing the manufacturing cost. it can.
[0097]
As in the photocatalytic reaction device 10 or 10 </ b> A, at least one of the two metal electrodes 21 a and 21 b may be covered with the dielectric 22. Further, the metal electrodes 21a, 21b and the dielectric 22 do not necessarily need to be in close contact with each other. It is sufficient that the dielectric 22 is interposed between the two metal electrodes 21a and 21b, and there is no portion where the metal electrodes 21a and 21b can be connected by a straight line without going through the dielectric 22, and the shape is also limited. Is optional.
[0098]
FIG. 3 is a top view showing a second embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention, and FIG. 4 is a side view of the unit structure 15B of the photocatalytic reaction device 10B of FIG.
[0099]
The photocatalytic reaction device 10B of FIGS. 3 and 4 is different from the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1 in that the photocatalytic module 20 in the unit structure 15B is not sandwiched between the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19B. And the shapes of the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19B are different. Since other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1, the two metal electrodes 21a and 21b, the dielectric 22 and the photocatalyst of the plasma generating electrode portion 19B which are constituent elements of the unit structure 15B The configuration other than the module 20 is not shown and description is omitted.
[0100]
The plasma generating electrode portion 19B in the unit structure 15B of the photocatalytic reaction device 10B has a configuration in which only the dielectric 22 is sandwiched between two metal electrodes 21a and 21b. The two metal electrodes 21 a and 21 b are respectively led to the power supply unit 18 through the electric wires 16. At this time, the direction of the voltage applied between the two metal electrodes 21a and 21b by the power supply unit 18 is arbitrary.
[0101]
In addition, the two metal electrodes 21a and 21b are formed in a rectangular plate or a long plate shape, and one has a shorter length in the width direction than the other. As a result, the electric field between the two metal electrodes 21a and 21b formed by the action of the power supply unit 18 is not uniform, and a portion where the lines of electric force are dense near the surface of the dielectric 22 is formed. .
[0102]
On the other hand, the photocatalyst module 20 of the unit structure 15B is provided in the flow path 12 in the photocatalyst casing 11 in the vicinity of the plasma generating electrode portion 19B and in which a purification target gas such as air to be cleaned or deodorized flows.
[0103]
Then, a corona discharge is generated together with ozone in the plasma generation electrode portion 19B by the action of the power source portion 18, and the discharge light is irradiated to the photocatalyst module 20 provided in the vicinity of the plasma generation electrode portion 19B. As a result, the photocatalyst carried by the photocatalyst module 20 is activated, and the gas to be purified is cleaned or deodorized by the action of the photocatalyst, corona discharge and ozone.
[0104]
By the way, in order to improve the effect of the photocatalyst carried by the photocatalyst module 20, it is necessary to irradiate strong light, and in order to obtain stronger light, a corona discharge having higher energy is generated by forming a strong electric field. Need to be generated.
[0105]
In general, discharge is more likely to occur as the electric field is stronger, and the strength of the electric field depends on the magnitude of the voltage and the shape of the electrode. That is, the electric field changes according to the shape of the electrode, but a portion where the electric field lines of the electric field are locally dense is a portion where the electric field is strong. For this reason, by using an electrode having a shape in which the electric lines of force are locally dense, a stronger electric field can be obtained and corona discharge having high energy can be generated.
[0106]
Therefore, in the unit structure 15B of the photocatalytic reaction device 10B, the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19B are formed in a columnar plate shape, and one width is made shorter than the other width. In the vicinity of the surface of the dielectric 22, an electric field in which electric lines of force are locally dense is formed.
[0107]
FIG. 5 is a bar graph showing the illuminance of the discharge light generated when a constant voltage is applied between the two metal electrodes 21a and 21b.
[0108]
In FIG. 5, the vertical axis indicates the illuminance (mW / cm) of the discharge light generated between the two metal electrodes 21a and 21b. 2 ). The bar graph on the left is a value when two metal electrodes 21a and 21b having the same shape and the flat plate are arranged to face each other and the dielectric 22 is interposed, and the bar graph on the right is two metal electrodes having different widths. This is the value when the dielectric 22 is sandwiched between 21a and 21b.
[0109]
As shown in FIG. 5, when the voltage applied between the two metal electrodes 21a and 21b in the plasma generating electrode unit 19B by the power source unit 18 is constant, the two metal electrodes 21a and 21b having the same shape and a flat plate are formed. When the two metal electrodes 21a and 21b having different widths are made to face each other, a stronger electric field is obtained in the vicinity of the surface of the dielectric 22 than when the two metal electrodes 21a and 21b are made to face each other.
[0110]
As a result, the power source unit 18 can obtain strong discharge light with lower output power or voltage. Furthermore, the voltage required between the two metal electrodes 21a and 21b in the plasma generating electrode portion 19B can be reduced, which is advantageous in terms of power supply design.
[0111]
That is, in the unit structure 15B of the photocatalytic reaction device 10B, the plasma generating electrode portion 19B is configured to sandwich the dielectric 22 between the two metal electrodes 21a and 21b having different widths, thereby being more locally stronger. An electric field is formed, and strong discharge light can be generated. In the photocatalytic reaction device 10B, the photocatalyst carried by the photocatalyst module 20 of the unit structure 15B is irradiated with strong light to promote activation, thereby obtaining a stronger deodorizing action or cleaning action.
[0112]
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of the second embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0113]
Similar to the photocatalytic reaction device 10B of FIG. 3, the photocatalytic reaction device 10C is configured such that the photocatalyst module 20 in the unit structure 15C is separately provided without being sandwiched between the two metal electrodes 21a and 21b of the plasma generating electrode portion 19C. It is. However, in the photocatalytic reaction device 10C, a plurality of plasma generating electrode portions 19C having a structure in which the dielectric 22 is sandwiched between two metal electrodes 21a and 21b having different widths are provided near the single photocatalytic module 20. Is different from the photocatalytic reaction device 10B of FIG.
[0114]
Since the other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10B of FIG. 3, the two metal electrodes 21a, 21b of the plasma generating electrode portion 19C, which is a constituent element of the unit structure 15C, as in FIG. The components other than the dielectric 22 and the photocatalyst module 20 are not shown and will not be described.
[0115]
In the unit structure 15C of the photocatalytic reactor 10C, the surface of a single plate-like photocatalytic module 20 Up A plurality of plasma generating electrode portions 19C are provided in parallel with each other. Then, the gas to be purified flows in the direction perpendicular to the surface of the photocatalyst module 20 to be cleaned or deodorized.
[0116]
Here, the metal electrode 21a of one plasma generation electrode part 19C and the metal electrode 21a of another plasma generation electrode part 19C facing the metal electrode 21a are poles having the same sign. That is, each plasma generating electrode portion 19C is provided in a direction in which the positive electrodes or the negative electrodes of the metal electrodes 21a and 21b face each other.
[0117]
That is, the direction of the electric field of the metal electrodes 21a and 21b of each plasma generating electrode portion 19C is alternately reversed, and each plasma generating electrode portion 19C between the metal electrodes 21a and 21b where the discharge does not pass through the dielectric 22 is used. Configured not to occur in between.
[0118]
In the photocatalytic reaction apparatus 10C, the volume of the photocatalytic module 20 can be set to a required size, and by providing a plurality of plasma generating electrode portions 19C, the intensity of the discharge light irradiated on the photocatalytic module 20 can be increased. The required strength can be achieved.
[0119]
Therefore, in the photocatalytic reaction device 10C, it is possible to have an arbitrary capacity, and by irradiating the photocatalyst carried by the photocatalyst module 20 with strong light to promote activation, a stronger deodorizing action or cleaning action Can be obtained.
[0120]
The configuration is not limited to the photocatalytic reaction device 10C, and the photocatalyst module 20 having a single or a plurality of arbitrary shapes can be used as long as the discharge light generated by the plasma generation electrode portion 19C can irradiate the photocatalyst module 20. In the vicinity, a plurality of plasma generating electrode portions 19C having an arbitrary shape can be provided at arbitrary positions, and the direction in which the gas to be purified flows is also arbitrary.
[0121]
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0122]
The photocatalytic reaction device 10D is different from the photocatalytic reaction device 10 in FIG. 1 in the structure of the unit structure 15D. Since other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1, configurations other than the configuration of the unit structure 15 </ b> D are not illustrated and description thereof is omitted.
[0123]
The unit structure 15D of the photocatalytic reaction device 10D has a configuration in which metal electrodes 21a and 21b are provided on both surfaces of a photocatalyst module 20 that is formed of a ceramic substrate having a plate shape or a block shape and a three-dimensional network structure. The metal electrodes 21a and 21b have a two-dimensional network structure. For this reason, the metal electrodes 21a and 21b do not have a portion facing each other.
[0124]
Here, since the photocatalyst module 20 is composed of a ceramic substrate, it also has a function as the dielectric 22. The metal electrodes 21a and 21b do not have a portion facing each other, and ultraviolet rays generated between the metal electrodes 21a and 21b pass through the ceramic substrate of the photocatalyst module 20 having a function as the dielectric 22. The For this reason, the discharge does not shift to the arc discharge, and a stable corona discharge is obtained.
[0125]
That is, the unit structure 15D of the photocatalytic reaction device 10D has a configuration in which the dielectric 22 also serves as the photocatalyst module 20.
[0126]
In the unit structure 15D of the photocatalytic reaction device 10D, the photocatalyst module 20 and the dielectric 22 are formed of a single member, so that the number of parts can be reduced. Furthermore, since the dielectric 22 which is the photocatalyst module 20 has a network structure, the degree of freedom in the direction in which the purification target gas flows increases.
[0127]
Further, since the metal electrodes 21a and 21b of the unit structure 15D have a two-dimensional network structure, it is possible to form a locally strong electric field as compared with the metal electrodes 21a and 21b having a flat plate structure. For this reason, in the unit structure 15D, it is possible to obtain stronger discharge light, and it is possible to improve the deodorization or cleaning effect of the purification target gas.
[0128]
In addition, the unit structure 15D has a structure in which the metal electrodes 21a and 21b and the dielectric 22 serving also as the photocatalyst module 20 are brought into close contact with each other, so that it is possible to obtain good strength. Furthermore, since the amount of inclusions that change the dielectric constant such as air between the metal electrodes 21a and 21b and the dielectric 22 can be reduced, a stronger electric field can be formed between the metal electrodes 21a and 21b. it can. For this reason, it is possible to improve the deodorizing or cleaning effect of the gas to be purified.
[0129]
In the unit structure 15D of the photocatalytic reactor 10D, the electric field formed without the metal electrodes 21a and 21b passing through the dielectric 22 also serving as the photocatalyst module 20 is weak, and arc discharge does not occur between the metal electrodes 21a and 21b. If there is no. Therefore, the metal electrodes 21a and 21b are configured in a plate shape or a block shape, and the surface joined to the metal electrodes 21a and 21b of the dielectric 22 also serving as the photocatalyst module 20 may have a surface structure having no holes. .
[0130]
Moreover, it is good also as a structure which provides the photocatalyst module 20 in the vicinity of the metal electrodes 21a and 21b, and irradiates an ultraviolet-ray as needed. In this case, the dielectric 22 does not necessarily have to serve as the photocatalyst module 20.
[0131]
FIG. 8 is a block diagram showing a fourth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0132]
The photocatalytic reaction device 10E differs from the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1 in that a laminated structure 30 is used instead of the unit structure 15. Since other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10 of FIG. 1, configurations other than the configuration of the laminated structure 30 are not illustrated and description thereof is omitted.
[0133]
The laminated structure 30 of the photocatalytic reaction device 10E has a configuration in which a plurality of photocatalytic modules 20 and metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g of the plasma generating electrode portion 19D are alternately laminated. However, the metal electrodes 21 d and 21 f on one side of the photocatalyst module 20 are covered with a dielectric 22. However, the two metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g on both surfaces of the photocatalyst module 20 may be covered with the dielectric 22.
[0134]
Further, the shapes of the metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, 21g and the dielectric 22 are arbitrary, and may be a two-dimensional network structure, which can form a stronger electric field.
[0135]
The metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g of the plasma generating electrode portion 19D are configured to alternately repeat positive and negative. For this reason, an electric field is formed between all the metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g, and ultraviolet rays that are discharge light can be generated. For this reason, the photocatalyst module 20 can be provided between all the metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g, and the space can be used effectively. Further, the dielectric 22 can be regularly provided on at least one of both surfaces of the photocatalyst module 20.
[0136]
A voltage is applied to each of the metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g of the plasma generating electrode portion 19D, and ultraviolet rays associated with corona discharge are generated. The photocatalyst carried by each photocatalyst module 20 is activated by the action of ultraviolet rays, and ozone is generated. And the purification | cleaning object gas which passes each photocatalyst module 20 is deodorized or cleaned by the effect | action of a corona discharge, a photocatalyst, and ozone.
[0137]
In the photocatalytic reaction device 10E, the photocatalyst module 20, the metal electrodes 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g and the dielectric 22 are regularly aligned to form a laminated structure, so that the metal electrodes 21d and 21f can only be shared. Instead, by combining fewer parts with the same shape, the photocatalytic reaction device 10E having specifications such as an arbitrary capacity, size, shape, and purification capacity can be obtained.
[0138]
Moreover, since the intensity | strength of the ultraviolet-ray irradiated to each photocatalyst module 20 can be made more uniform, a purification function can be stabilized.
[0139]
FIG. 9 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0140]
The photocatalytic reaction device 10F differs from the photocatalytic reaction device 10B of FIG. 3 in the shape of the unit structure 15E. Since other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10B of FIG. 3, the configurations other than the unit structure 15E are not shown and description thereof is omitted.
[0141]
The unit structure 15E of the photocatalytic reaction device 10F has a configuration in which a photocatalyst module 20 is provided in the vicinity of the plasma generating electrode portion 19E, and the gas to be purified is guided into the photocatalyst module 20.
[0142]
The plasma generating electrode portion 19E of the unit structure 15 is configured such that the side surface of the linear metal electrode 21h is covered with a dielectric 22, and the metal electrode 21h and the dielectric 22 are configured coaxially. Further, a plurality of strip-shaped metal electrodes 21 i are provided on the outer surface of the dielectric 22 at different positions in the axial direction. Each strip-shaped metal electrode 21i provided on the outer surface of the dielectric 22 is electrically connected by a metal electrode 21i provided in parallel to the axial direction.
[0143]
The linear metal electrode 21h in the axial center of the plasma generating electrode portion 19E and the strip-shaped metal electrode 21i provided on the outer surface of the dielectric 22 are led to a power supply unit (not shown). A voltage is applied between the linear metal electrode 21 h having the axial center and the strip-shaped metal electrode 21 i provided on the outer surface of the dielectric 22. For this reason, ultraviolet rays accompanying corona discharge are generated from the edge of the strip-shaped metal electrode 21i provided on the outer surface of the dielectric 22, and irradiate the photocatalyst module 20 provided in the vicinity of the unit structure 15E.
[0144]
When the photocatalyst module 20 is irradiated with ultraviolet rays, the photocatalyst carried by the photocatalyst module 20 is activated and ozone is generated. Then, the gas to be purified that passes through the photocatalyst module 20 is deodorized or purified by the action of corona discharge, photocatalyst, and ozone.
[0145]
In the plasma generating electrode portion 19E in the unit structure 15E of the photocatalytic reaction device 10F, one metal electrode 21h is linear and the other metal electrode 21i is strip-shaped, so that a strong electric field can be formed. For this reason, it is possible to improve the deodorizing or cleaning effect of the gas to be purified.
[0146]
Moreover, since the metal electrodes 21h and 21i and the dielectric 22 are coaxial, the plasma generating electrode portion 19E can be manufactured simply by cutting to a required length from a coaxial cable. Can be reduced. Furthermore, since the coaxial metal electrodes 21h and 21i and the dielectric 22 can be easily deformed into a U-shape or the like, it can be applied to various photocatalytic reaction apparatuses 10F.
[0147]
The strip-shaped metal electrode 21i provided on the outer surface of the dielectric 22 of the plasma generating electrode portion 19E can be formed in a spiral shape, can be applied with a voltage, and can emit ultraviolet rays associated with corona discharge. Any shape that can be generated may be used. Specifically, it is effective to obtain ultraviolet rays if the interval between the strip-shaped metal electrodes 21i can be secured about 10 mm. Therefore, the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be improved by making the space | interval of each strip | belt-shaped metal electrode 21i into the minimum required space | interval, and providing the edge part by making the thickness of the metal electrode 21i thin.
[0148]
FIG. 10 is a block diagram showing a modification of the fifth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
[0149]
The photocatalytic reaction device 10G differs from the photocatalytic reaction device 10F of FIG. 9 in the shape of the photocatalytic module 20 of the unit structure 15F. Since other configurations and functions are the same as those of the photocatalytic reaction device 10F of FIG. 9, the configurations other than the unit structure 15F are not shown and description thereof is omitted.
[0150]
In the unit structure 15F of the photocatalytic reaction device 10G, the photocatalytic module 20 is cylindrical. Furthermore, a plasma generation electrode portion 19E having the same shape as the plasma generation electrode portion 19E in the photocatalytic reaction device 10F of FIG. 9 is provided inside the cylindrical photocatalyst module 20.
[0151]
In the unit structure 15F of the photocatalytic reaction device 10G, the tubular photocatalyst module 20 can be entirely irradiated with the ultraviolet rays generated by the plasma generating electrode portion 19E. For this reason, in the unit structure 15F, the amount of ultraviolet rays emitted to other than the photocatalyst module 20, that is, the light loss of ultraviolet rays can be reduced, and the intensity of ultraviolet rays can be improved with less power.
[0152]
Further, in the unit structure 15F of the photocatalytic reactor 10G, the photocatalyst module 20 is coaxial in addition to the metal electrodes 21h and 21i and the dielectric 22, so that the photocatalyst can be obtained simply by cutting to a required length from a coaxial cable. The module 20 can also be manufactured, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the coaxial metal electrodes 21h and 21i, the dielectric 22 and the photocatalyst module 20 can be easily deformed into a U-shape or the like, it can be applied to various photocatalytic reaction apparatuses 10G.
[0153]
In the photocatalytic reaction devices 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, and 10G in the embodiment of the present invention, the purification target gas is a purification target gas such as air, but if corona discharge is possible, It is good also as a purification object fluid of a liquid or a gas-liquid mixture. Moreover, the direction of the purification target gas with respect to the photocatalyst module 20 is arbitrary.
[0154]
Furthermore, the shape and position of the photocatalyst module 20, the metal electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21h, 21i and the dielectric 22 are arbitrary, and the positive and negative metal electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21h, and 21i do not have a portion facing each other without passing through the dielectric 22, and ultraviolet rays generated by the plasma generation electrode portions 19, 19A, 19B, 19C, 19D, 19D, and 19E Any configuration that can irradiate the photocatalyst module 20 is acceptable.
[0155]
The photocatalyst module 20 is not limited to a three-dimensional network structure, and has a structure that allows fluid to pass through the inside of a honeycomb structure, a multi-tubular structure, a lattice structure, and the like, and can carry a photocatalyst. I just need it.
[0156]
【The invention's effect】
In the photocatalytic reaction device according to the present invention, by providing a dielectric between the metal electrodes that generate discharge light, stable corona discharge can be generated without generating arc discharge. For this reason, it becomes possible to apply a larger voltage to obtain strong discharge light, and to improve the purification or deodorizing function of the purification target.
[0157]
In addition, the shape of the metal electrode that generates the discharge light is such that a stronger electric field is formed, so that strong discharge light can be effectively generated with less power to clean or deodorize the purification target. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a modification of the first embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 3 is a top view showing a second embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
4 is a side view of a unit structure of the photocatalytic reaction device of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a bar graph showing the illuminance of discharge light generated when a constant voltage is applied between two metal electrodes.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a modification of the second embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a third embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a modification of the fifth embodiment of the photocatalytic reaction device according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional photocatalytic reaction device.
[Explanation of symbols]
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G Photocatalytic reactor
11 Photocatalyst casing
12 channels
13 Prefilter
14 Blower
15, 15A, 15B, 15C, 15D, 15E, 15F unit structure
16 Electric wire
17 Ozone decomposition catalyst
18 Power supply
19, 19A, 19B, 19C, 19D, 19E Plasma generating electrode section
20 Photocatalyst module
21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21h, 21i Metal electrode
22 Dielectric
30 Laminated structure

Claims (21)

酸素および水含む気液混合体で構成される分解対象物質媒体の流路中に設けられ、セラミックス基体に光触媒を担持した光触媒モジュールと、少なくとも一方が誘電体により覆われた正負極の金属電極を具備するプラズマ発生電極部と、電源部とで構成され、この電源部により前記正負極の金属電極間に電圧を印加してコロナ放電による放電光を発生させ、前記コロナ放電の作用で発生したオゾンおよび前記放電光の前記光触媒モジュールへの照射によって活性化した光触媒の作用で発生した水酸基ラジカルによって、前記光触媒モジュールの内部あるいは近傍の前記分解対象物質媒体に含まれる分解対象物質を分解するようにしたことを特徴とする光触媒反応装置。A photocatalyst module in which a photocatalyst is supported on a ceramic substrate, provided in a flow path of a decomposition target substance medium composed of a gas-liquid mixture containing oxygen and water , and a positive and negative electrode metal electrode at least one of which is covered with a dielectric A plasma generating electrode portion having a power source and a power source. A voltage is applied between the positive and negative metal electrodes by the power source to generate discharge light by corona discharge, which is generated by the action of the corona discharge. The decomposition target substance contained in the decomposition target substance medium in or near the photocatalyst module is decomposed by the hydroxyl radical generated by the action of the photocatalyst activated by irradiation of ozone and the discharge light to the photocatalyst module. A photocatalytic reaction device characterized by that. 前記光触媒モジュールは、前記正負極の金属電極で挟持されることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the photocatalytic module is sandwiched between the positive and negative metal electrodes. 前記光触媒モジュールは、複数個設けられ、複数の前記正負極の金属電極で層状にそれぞれ挟持されることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein a plurality of the photocatalyst modules are provided and are respectively sandwiched in layers by the plurality of positive and negative metal electrodes. 前記光触媒モジュールは、三次元網目構造あるいはハニカム構造であることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the photocatalyst module has a three-dimensional network structure or a honeycomb structure. 前記誘電体は、セラミックスであることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the dielectric is ceramic. 前記光触媒モジュールと誘電体とは単一の部材で構成され、かつ放電は誘電体を介してなされるようにしたことを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the photocatalyst module and the dielectric are formed of a single member, and discharge is performed via the dielectric. 前記金属電極は、網目構造であることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the metal electrode has a network structure. 前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体で覆われ同軸に構成されることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  One of the positive and negative metal electrodes is configured in a linear shape, the dielectric is configured in a cylindrical shape, and the linear metal electrode is covered with a cylindrical dielectric and configured in a coaxial manner. The photocatalytic reaction device according to claim 1. 前記光触媒モジュールは、筒状に構成され、光触媒モジュールの内部において、前記正負の金属電極の一方は、線状に構成され、さらに前記誘電体は筒状に構成され、前記線状の金属電極は筒状の誘電体で覆われ同軸に構成されることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  The photocatalyst module is configured in a cylindrical shape, and inside the photocatalyst module, one of the positive and negative metal electrodes is configured in a linear shape, the dielectric is configured in a cylindrical shape, and the linear metal electrode is The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the photocatalytic reaction device is covered with a cylindrical dielectric and configured coaxially. 前記金属電極と誘電体とは、誘電体表面に金属を蒸着あるいは接着する方法で製造され、一体化されることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the metal electrode and the dielectric are manufactured and integrated by a method of depositing or adhering a metal on a dielectric surface. 前記プラズマ発生電極部を複数個設け、ある1つのプラズマ発生電極部の金属電極と、この金属電極に最近傍の別のプラズマ発生電極部の金属電極とは、同じ符号の極であることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  A plurality of the plasma generating electrode portions are provided, and a metal electrode of one plasma generating electrode portion and a metal electrode of another plasma generating electrode portion nearest to the metal electrode are poles having the same sign. The photocatalytic reaction device according to claim 1. 前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも下流にオゾン分解処理機構を設けたことを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein an ozone decomposition treatment mechanism is provided downstream of the photocatalyst module in the flow path of the decomposition target substance. 前記分解対象物質の流路中において強制的に前記分解対象物質の対流を起こすことによって所要の流速が得られるように構成したことを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein a required flow velocity is obtained by forcibly causing convection of the decomposition target substance in the flow path of the decomposition target substance. 前記電源部は、間欠動作することを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the power supply unit operates intermittently. 前記分解対象物質の流路中の光触媒モジュールよりも上流にプレフィルタを設けたことを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein a prefilter is provided upstream of the photocatalyst module in the flow path of the decomposition target substance. 前記プレフィルタは、電気集塵フィルタであることを特徴とする請求項15記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 15, wherein the prefilter is an electric dust collection filter. 前記正極の金属電極と負極の金属電極とは、形状が異なり、局所的に強い電界が形成される構成としたことを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the positive metal electrode and the negative metal electrode are different in shape and form a locally strong electric field. 前記正負の金属電極は、一方の幅が他方の幅よりも広い板状に構成されることを特徴とする請求項17記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 17, wherein the positive and negative metal electrodes are configured in a plate shape in which one width is wider than the other width. 前記電源部は、パルス電源、周波数10kHz以上の高周波電源あるいは交流電源であることを特徴とする請求項1記載の光触媒反応装置。  2. The photocatalytic reaction device according to claim 1, wherein the power source is a pulse power source, a high frequency power source having a frequency of 10 kHz or more, or an AC power source. 前記パルス電源は、デューティ比0.5以下の短パルス電源であることを特徴とする請求項19記載の光触媒反応装置。  The photocatalytic reaction device according to claim 19, wherein the pulse power source is a short pulse power source having a duty ratio of 0.5 or less. 前記パルス電源、高周波電源あるいは交流電源には、波高値の50〜90%に相当する直流バイアスが重畳されることを特徴とする請求項19記載の光触媒反応装置。  20. The photocatalytic reaction device according to claim 19, wherein a direct current bias corresponding to 50 to 90% of a peak value is superimposed on the pulse power source, the high frequency power source or the alternating current power source.
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