光触媒反応装置

【課題】光触媒反応の効率の低下を回避できる光触媒反応装置を提供する。
【解決手段】実施形態の光触媒反応装置は、光触媒を担持する光触媒担持体と、前記光触媒担持体の一方に設けられた第１の電極と、前記光触媒担持体の他方に設けられた第２の電極と、を備え、前記光触媒担持体の前記一方及び前記他方の少なくともいずれかの表面に前記光触媒を含む光触媒材が不連続状に形成されたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光触媒反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、殺菌、脱臭、空気清浄等の様々な用途に用いるために光触媒反応を促進させる光触媒反応装置が知られている。この種の光触媒反応装置として、例えばセラミックなどの金属酸化物の焼結体に光触媒を担持した光触媒担持体を、電源に接続されて対向配置された一対の電極間に配置し、この一対の電極への電流供給によって、オゾンと放電光を発し、光触媒担持体部位に発生する放電光を光源として触媒活性することが行われている（例えば特許文献１参照）。一般に光触媒担持体上の光触媒層は連続した平面状に連続して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４０６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の光触媒反応装置は、湿度雰囲気に曝された場合など、平面状に連続した光触媒層の表面に水分が吸着すると、光触媒層上に連続した水膜が形成され、電位面が変化し、対向する電極面積が大きくなる。このため、電極間の静電容量が大きくなり、オゾン発生量が減少し、触媒反応の効率が低下する。
【０００５】
本発明の一実施形態では光触媒反応の効率の低下を回避できる光触媒反応装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の光触媒反応装置は、光触媒を担持する光触媒担持体と、前記光触媒担持体の一方に設けられた第１の電極と、前記光触媒担持体の他方に設けられた第２の電極と、を備え、前記光触媒担持体の前記一方及び前記他方の少なくともいずれかの表面に前記光触媒を含む光触媒材が不連続状に形成されたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図２】同光触媒反応装置の構成を概略的に示す平面図。
【図３】同光触媒反応装置を概略的に示す説明図。
【図４】同光触媒反応装置の水分吸着後の状態を示す説明図。
【図５】他の実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す平面図。
【図６】他の実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す平面図。
【図７】第２実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図８】第３実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図９】第４実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図１０】他の実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す平面図。
【図１１】他の実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す平面図。
【図１２】第５実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図１３】第６実施形態にかかる光触媒反応装置の構成を概略的に示す側面図。
【図１４】光触媒反応装置の一例を概略的に示す側面図。
【図１５】光触媒反応装置の一例を概略的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態かかる触媒反応装置及び触媒反応方法について、図１乃至図４を参照して説明する。各図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して概略的に示している。
【０００９】
図１に示すように、第１実施形態に係る光触媒反応装置１は、光触媒を担持する光触媒担持体１０と、前記光触媒担持体の一方に設けられた第１の電極１１と、前記光触媒担持体の他方に設けられた第２の電極１２と、を備えている。光触媒反応装置は例えば自動車等の車輌に設置され、脱臭や空気清浄等の様々な用途に用いられる。
【００１０】
光触媒担持体１０は、例えばセラミックなどの金属酸化物の焼結体からなる誘電体で構成され、例えば板状になっている。
【００１１】
光触媒担持体１０の表面１０ａには光触媒層１３が形成されている。光触媒層１３は、例えば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含んで構成されている。光触媒層１３は例えばパターニングにより不連続状に形成されている。本実施形態では光触媒層１３がドット状に形成され、光触媒材が形成された光触媒部１３ａが表面１０ａ上に複数点在している。
【００１２】
第１の電極１１と第２の電極１２には電源１６が接続されている。例えば第１の電極１１は金属の正電極、第２の電極１２は金属の負電極であり、これらの電極間に光触媒層１３が形成された光触媒担持体１０が配置される。
【００１３】
本実施形態では光触媒担持体１０の、光触媒層が形成された一方側の表面１０ａに対向して、第１の電極１１が配置されている。第１の電極１１は帯状の連結部１１ａと、連結部１１ａの一端側から突出し、先端が尖鋭に形成された複数（ここでは３つ）の突出部１１ｂとを一体に有して構成されている。この突出部１１ｂの先端が放電部１１ｃとなる。
【００１４】
光触媒担持体１０の他方の表面１０ｂ上には第２の電極１２が配置されている。
【００１５】
以上のように構成された光触媒反応装置１は、図３に示すように、電源１６からの高電圧の電流供給によって、対向配置される第１の電極１１における放電部１１ｃと第２の電極１２との間で放電し、間に配置された光触媒担持体１０にオゾンと放電光を発生させる。こうして発生する放電光を光源として光触媒層１３が触媒活性することで、殺菌、脱臭、空気清浄等の機能を果たす。
【００１６】
この触媒反応において、印加電圧Ｖｄ，誘電体の電圧Ｖｃ，電極ギャップ間電圧Ｖｇ，誘電体の静電容量Ｃｃ，電極の静電容量Ｃｇ，電極の面積Ｓ，電極のギャップ長ｄ，真空中の誘電率εｏ，誘電体の比誘電率εの関係は、以下の式を満たすものとなる。
【００１７】
Ｖｄ＝Ｖｃ＋Ｖｇ（式１）
Ｖｃ＝Ｉ／（εＣｃ）（式２）
Ｖｇ＝Ｉ／（εＣｇ）（式３）
Ｃｃ＝ε・εｏ・Ｓ／ｄ（式４）
Ｃｇ＝εｏ・Ｓ／ｄ（式５）
比較対象として図１４及び図１５に示すように表面１０ａ上に光触媒層１１３が連続的に平面状に形成されている光触媒反応装置１００が湿度雰囲気に曝されると、水分吸着により連続的に広がる水膜１１４が形成される。この水膜１１４によって光触媒反応の電位面が変わり、図中破線矢印で範囲を示すように電極１１及び１２の対向する見かけの範囲が広がり、電極面積が大きくなる。電極面積が大きくなると電極の静電容量Ｃｇが大きくなり、電極間の電圧Ｖｇが低下するため、オゾン発生量が低下する。
【００１８】
一方、図１、２、図４に示すように、本実施形態に係る光触媒反応装置１では、光触媒層１３は不連続に形成されて点在しているため、湿度雰囲気に曝されて光触媒担持体１０の表面１０ａに水分が吸着しても、水膜１４は不連続となるので、電位面が影響され難い。このため、湿度雰囲気下にあっても図中矢印で示す電極１１及び１２の対向する範囲は変わらず、対向する電極面積が変化しない。したがって、静電容量の増加を回避できる。
【００１９】
本実施形態に係る光触媒反応装置１によれば、湿度雰囲気下にあっても静電容量が増加するのを回避でき、オゾン発生量の低減を防止することが可能となる。したがって、車載設置や屋外設置などの湿度雰囲気の環境にも対応可能となる。
【００２０】
また、上記実施形態によればパターニングにより光触媒層１３を不連続状に形成するだけの簡単な方法で、複雑な装置を用いることなく、オゾン発生量を維持することが出来る。
【００２１】
なお、上記実施形態ではドット状に構成した例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、図５や図６に示すようにストライプ状に光触媒層１３を形成した場合であっても、本発明を適用可能である。この場合にも同様に光触媒層１３が不連続となるため、湿度雰囲気に曝された場合であっても電極１１の対向面積が変化せず、静電容量の増加を回避してオゾン発生量を維持できる。
【００２２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。図７は本実施形態に係る光触媒反応装置２の構成を概略的に示す説明図であり、光触媒層１３形成の前に撥液部位１７ａを形成する点以外については、上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００２３】
本実施形態では、光触媒層１３形成に先立って、マイクロスケールのドットやパターニングにより光触媒担持体１０の表面１０ａに撥液材が選択的に設けられた撥液部位１７ａが形成されている。この上から光触媒担持体１０の表面１０ａに光触媒を含む液剤を塗布して光触媒層１３を形成すると、撥液材が塗布された撥液部位１７ａにおいては光触媒を含む液材が弾かれるため、撥液部位１７ａを避けた領域に光触媒部１３ａが形成される。以上により光触媒担持体１０の表面１０ａには、光触媒層１３が不連続状に形成される。
【００２４】
本実施形態に係る光触媒反応装置２においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、表面１０ａ上には光触媒部１３ａと撥液部位１７ａがそれぞれ不連続状に形成されているため、湿度雰囲気に曝されて光触媒担持体１０の表面１０ａに水分が吸着しても、光触媒層１３上に連続的に広がる水膜が形成されず、電位面が変化しない。このため、湿度雰囲気下にあっても電極１１及び１２の対向する範囲は広がらず、電極面積が変化しない。したがって、静電容量の増加を回避できる。
【００２５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を参照して説明する。図８は本実施形態に係る光触媒反応装置３の構成を概略的に示す説明図であり、光触媒層１３が疎水性を有する点以外については、上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００２６】
本実施形態では、光触媒担持体１０の表面１０ａには、光触媒層１３が不連続状に形成されるが、この光触媒層１３は光触媒に加え、フッ素系樹脂、疎水性ゼオライトなどの疎水性を有する材料を含んで構成されている。
【００２７】
本実施形態に係る光触媒反応装置３においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、光触媒反応装置３が湿度雰囲気に曝されても、表面１０ａ上には疎水性を有する光触媒部１３ａが不連続状に形成されているため、光触媒部１３ａには水分が吸着されないので、電位面が変化しない。このため、湿度雰囲気下にあっても電極１１及び１２の対向する範囲は広がらず、電極面積が変化しない。したがって、静電容量の増加を回避できる。
【００２８】
また光触媒反応装置３では、光触媒表面に水分が吸着し難いため、湿度雰囲気に影響され難く、また水に不溶な臭気ガス等の分解性能が改善される。
【００２９】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図９を参照して説明する。図９は本実施形態に係る光触媒反応装置４の構成を概略的に示す説明図であり、光触媒担持体１０が凸部１８を有する点以外については、上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００３０】
本実施形態にかかる光触媒反応装置４では、光触媒担持体１０の表面１０ａには対向する第１の電極１１に向かって突出する凸部１８が形成されている。凸部１８は放電部１１ｃとなる突出部１１ｂの先端に対向する位置に設けられている。この凸部１８を含む光触媒担持体１０の表面１０ａ上に光触媒を含む光触媒層１３が形成されている。したがって、光触媒層１３は凸部１８において周囲の部分よりも対向する電極１１ｂとのギャップが小さくなっている。
【００３１】
本実施形態に係る光触媒反応装置４では、表面１０ａ上には凸部１８が形成され、光触媒層１３の放電部位の一部が周囲よりも突出して形成されている。このため、放電部位１１ｃとその他の部位に段差が設けられ、電極１１と触媒層１３とのギャップ長が異なるため、湿度雰囲気下にあっても電極１１の対向する範囲は広がらず、電極面積の変化を抑制できる。したがって、静電容量の増加を低減できる。
【００３２】
なお、上記実施形態ではＹ方向に延びる凸部１８を一列形成した例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、図１０に示すように、放電部１１ｃに対向する部分から一方側がＺ方向に高く、他方側がＺ方向に低く位置するように段差１９を有する構成であっても、本発明を適用可能である。この場合にも表面１０ａ上に光触媒を含む光触媒層１３が形成されると、上記と同様に電極１１と触媒層１３とのギャップ長が異なるため、湿度雰囲気下にあっても電極１１の対向する範囲は広がらず、電極面積の変化を抑制できる。したがって、静電容量の増加を低減できる。
【００３３】
さらに、他の実施形態として、図１１に示すように、表面１０ａ上にＸ方向に延びる凸部２０をＹ方向に複数列有する構成であっても、本発明を適用可能である。この場合にも表面１０ａ上に光触媒を含む光触媒層１３が形成されると、上記と同様に電極１１と触媒層１３とのギャップ長が異なるため、湿度雰囲気下にあっても図中矢印で示す電極１１の対向する範囲は広がらず、電極面積の変化を抑制できる。したがって、静電容量の増加を低減できる。
【００３４】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１２を参照して説明する。図１２は本実施形態に係る光触媒反応装置５の構成を概略的に示す説明図であり、第１の電極１１の構造以外ついては、上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００３５】
本実施形態にかかる光触媒反応装置５では電極１１は先端側が図中下方に位置するように傾斜して配置されている。すなわち、突出部１１ｂの先端が第２の電極１２及び光触媒層１３に近接して配置され、連結部１１ａ（退避部位）は突出部１１ｂの先端よりも第２の電極１２及び光触媒層１３よりも退避して配置される。したがって、電極１１における連結部１１ａ側と先端側とでは電極１１,１２間のギャップ長が異なり、放電部位である突出部１１ｂの先端部分において最もギャップ長が短くなっている。
【００３６】
本実施形態に係る光触媒反応装置５では、光触媒反応装置５が湿度雰囲気に曝されても、第１の電極１１が傾斜して配置され、放電部位が他の部位よりも第２の電極１２及び光触媒層１３に近くなっているため、湿度雰囲気下にあって水分吸着しても図中矢印で示す電極１１の対向する範囲は連結部１１ｂ側には広がらず、電極面積の変化を抑制できる。したがって、静電容量の増加を低減できる。
【００３７】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１３を参照して説明する。図１３は本実施形態に係る光触媒反応装置６の構成を概略的に示す説明図であり、第１の電極１１の構造以外ついては、上記第５実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００３８】
本実施形態にかかる光触媒反応装置６では第１の電極１１は、突出部１１ｂはＸ方向に沿って配置され、突出部１１ｂの基端部分で屈曲して連結部１１ａはＺ方向に沿って配置される。すなわち、突出部１１ｂの先端が第２の電極１２及び光触媒層１３に近接して配置され、連結部１１ａ（退避部位）は突出部１１ｂの先端よりも第２の電極１２及び光触媒層１３よりも退避するように屈曲している。このため、連結部１１ａは第２の電極と対向しないようになっている。
【００３９】
本実施形態に係る光触媒反応装置６では、第１の電極１１の連結部１１ａが退避して配置され、放電部位１１ｃとその他の部分のギャップ長が異なっているので、湿度雰囲気下にあって水分吸着しても図中矢印で示す電極１１の対向する範囲は連結部１１ａに広がらず、電極面積の変化を抑制できる。したがって、静電容量の増加を低減できる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４１】
さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１〜６…光触媒反応装置、１０…光触媒担持体、１０ａ…表面、１０ｂ…他方の表面、１１…第１の電極、１１ａ…連結部、１１ｂ…突出部、１１ｃ…放電部、
１２…第２の電極、１３…光触媒層、１３ａ…光触媒部、１６…電源、１７ａ…撥液部位、１８…突起、１９…段差、２０…突起、１００…光触媒反応装置、１１３…光触媒層、１１４…水膜。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を担持する光触媒担持体と、
前記光触媒担持体の一方に設けられた第１の電極と、
前記光触媒担持体の他方に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記光触媒担持体の前記一方及び前記他方の少なくともいずれかの表面に前記光触媒を含む光触媒材が不連続状に形成されたことを特徴とする光触媒反応装置。
【請求項２】
前記光触媒担持体の前記一方及び前記他方の少なくともいずれかの表面には、撥液材が選択的に形成された撥液部が形成され、
前記撥液部を有する前記表面上に前記光触媒材を含む液剤が塗布されることにより、前記撥液部を避けた部位に光触媒材が不連続状に形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。
【請求項３】
前記光触媒は疎水性を有する材料を含有することを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項４】
光触媒を担持する光触媒担持体と、
前記光触媒担持体の一方側に設けられた第１の電極と、
前記光触媒担持体の他方側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記光触媒担持体の前記一方及び前記他方の少なくともいずれかの表面には前記電極の放電部位と対向する部位に凸部が形成され、
前記凸部を有する前記表面上に光触媒を含む光触媒層が設けられたことを特徴とする光触媒反応装置。
【請求項５】
光触媒を担持する光触媒担持体と、
前記光触媒担持体の一方側に設けられた第１の電極と、
前記光触媒担持体の他方側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくともいずれか一方の電極は、他方の電極に向かって近接して配置される少なくとも１つの放電部位と、前記放電部位よりも前記他方の電極から退避して配置される退避部位と、を一体に有することを特徴とする光触媒反応装置。

【図１】