ガス浄化装置
【課題】浄化対象ガスの圧損の増加を抑制しつつ浄化対象ガス中の除去対象に対する光触媒とオゾンの作用による分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することが可能なガス浄化装置である。
【解決手段】ガス浄化装置１０は、浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール２０と、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により浄化対象ガスＸからオゾンを発生させる放電電極１９ａ，１９ｂと、浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタ１８とを備え、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを浄化対象ガスＸの進行方向に対して互いに並列配置した。
【解決手段】ガス浄化装置１０は、浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール２０と、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により浄化対象ガスＸからオゾンを発生させる放電電極１９ａ，１９ｂと、浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタ１８とを備え、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを浄化対象ガスＸの進行方向に対して互いに並列配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電光を照射して活性化した光触媒とオゾンの作用により空気等のガスに含まれる除去対象を除去して清浄、脱臭あるいは除菌するガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両の車室内、家屋や倉庫の内部、冷蔵庫等の機器の内部等の閉空間における空気を浄化するために、活性炭に代表される吸着剤が用いられる。例えば自動車の車室内の空気を浄化する場合には、カーエアコン装置等が設けられた空気循環用のダクト内に吸着剤を備えた吸着フィルタが設けられる。そして、ダクトを通過して車室内に導かれる空気は吸着フィルタを経由し、吸着フィルタにおいて空気中の臭気成分等の物質が吸着剤により吸着される。この結果、吸着剤の作用により脱臭された空気が車室内に導かれる。
【０００３】
一方、従来、放電光を照射して活性化した光触媒とオゾンの作用により空気等のガスに含まれる除去対象を分解除去して脱臭、清浄あるいは除菌するガス浄化装置が提案される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
従来のガス浄化装置１は、図５に示すように光触媒を三次元網目状の構造体に担持させて構成される光触媒モジュール２を空気等の浄化対象ガスＸが流れるガス流路３上に設け、光触媒モジュール２の近傍に一対の電極４、４を設置した構成である。そして、高圧電源部５から電極４，４間に高電圧が印加され、電極４、４間には放電光が生成される。生成された放電光は光触媒に照射され、光触媒は活性化せしめられる。
【０００５】
空気等の浄化対象ガスＸは、送風機６の駆動により処理空間からガス流路３内に導かれ、集塵フィルタ７において予め塵や埃が除去される。さらに、浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２に導かれ、光触媒モジュール２を通過する際に活性化した光触媒の作用により浄化対象ガスＸに含まれる有害物質、臭気物質や菌類等の除去対象が分解されて脱臭、清浄あるいは除菌される。また、放電により、浄化対象ガスＸからオゾンがガス流路３内に生成され、オゾンの作用によっても浄化対象ガスＸに含まれる除去対象が分解されて脱臭、清浄あるいは除菌される。
【０００６】
さらに、浄化対象ガスＸは残留したオゾンとともに、オゾン処理フィルタ８に導かれ、オゾン処理フィルタ８において浄化対象ガスＸ中のオゾンが分解される。そして、オゾンの濃度が十分に低減されて無害化された浄化対象ガスＸがガス流路３から処理空間に放出される。
【特許文献１】特開２００３−３１０７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の吸着剤を用いた脱臭技術では、空気中に含まれる臭気成分等の物質を吸着するのみであり、分解処理を行なわないため、除菌を行なうことが困難である。また、吸着剤が吸着する臭気成分等の物質の吸着量に限界があり、使用が長期間にわたる場合には吸着剤の吸着機能が減少するため吸着剤を交換する必要がある。さらに、吸着剤に吸着機能があり、寿命期間内であっても、寿命末期においては吸着機能が低下しているため、一旦吸着剤に吸着した臭気成分等の物質が空気中に再放出されてしまう恐れがある。
【０００８】
一方、光触媒とオゾンを用いた従来のガス浄化装置１では、臭気成分等の物質や菌類を分解処理するため、脱臭のみならず除菌や浄化を行なうこともできる。さらに、ガス浄化装置１では、光触媒モジュール２において臭気成分等の物質や菌類が分解され、堆積することがないため、吸着剤に比べて交換等のメンテナンスの必要性が低い。逆に、吸着剤では交換等のメンテナンスを要するものの、光触媒とオゾンの作用により分解が困難な除去対象を吸着効果により容易に吸着して空気から除去することができる場合もありうる。
【０００９】
そこで、このような吸着剤が有する除去対象の吸着効果とガス浄化装置１が有する除去対象の分解効果とを併用して双方の利点を活用すべく、ガス浄化装置１を吸着剤とともに家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部に代表される閉空間内における空気等の浄化対象ガスが循環するダクト内に設置することが望まれる。
【００１０】
ところが、空気等の浄化対象ガスが循環するダクト内において、吸着フィルタの上流側あるいは下流側のいずれにガス浄化装置１を設けた場合であっても、浄化対象ガスの圧損が増加してしまうという問題がある。特に既に吸着フィルタが設けられた既存のダクト内においては、一般に送風機等の機器は吸着フィルタや既設の機器の圧損に対して浄化対象ガスの流速が所要の流速となるように設計されているため、新たにガス浄化装置１を設置すると浄化対象ガスの圧損が過剰に増加して流速が低下し、十分に閉空間内を循環させることが困難となる恐れがある。このため、既に利用されているダクトにガス浄化装置１を設置することが困難となり、逆にガス浄化装置１を設置するためには送風機やエアコン等の空調機器の設計変更が必要となる場合もありうる。
【００１１】
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、浄化対象ガスの圧損の増加を抑制しつつ浄化対象ガス中の除去対象に対する光触媒とオゾンの作用による分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することが可能なガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るガス浄化装置は、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、浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により前記浄化対象ガスからオゾンを発生させる放電電極と、前記浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタとを備え、前記光触媒モジュールと前記吸着フィルタとを前記浄化対象ガスの進行方向に対して互いに並列配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガス浄化装置においては、浄化対象ガスの圧損の増加を抑制しつつ浄化対象ガス中の除去対象に対する光触媒とオゾンの作用による分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るガス浄化装置およびガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す断面構成図であり、図２は、図１に示すガス浄化装置１０の分解吸着部１３におけるＡ−Ａ断面の断面図である。
【００１６】
ガス浄化装置１０は、家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部等の閉空間１１内の任意の部位に設けられる。例えば、ガス浄化装置１０は、空気等の浄化対象ガスＸを閉空間１１内に循環させるためのダクト内に設けられ、ガス浄化装置１０内にはガス流路１２が形成される。ガス浄化装置１０は分解吸着部１３を備え、浄化対象ガスＸの流れを形成させる必要がある場合には送風機１４（ファン）が備えられる。ただし、送風機１４は既設のものを利用してもよい。
【００１７】
また、ガス浄化装置１０には必要に応じて、特に浄化対象ガスＸの浄化対象となる閉空間１１が有人の場合には、オゾン処理フィルタ１５が設けられる。さらに、ガス浄化装置１０には必要に応じて、特に浄化対象ガスＸに比較的大きな塵や埃が含まれる場合には、集塵フィルタ１６が設けられる。そして、例えばガス流路１２の上流側からガス浄化装置１０の集塵フィルタ１６、送風機１４、分解吸着部１３、オゾン処理フィルタ１５が順に設けられる。
【００１８】
分解吸着部１３は、光触媒反応部１７と吸着フィルタ１８とを有する。
【００１９】
光触媒反応部１７は、対向する放電電極１９ａ，１９ｂおよび光触媒モジュール２０を備える。光触媒モジュール２０は、例えば三次元網目状のセラミックス基体の表面に酸化チタン等の光触媒を担持させて構成される。このため、光触媒モジュール２０内部を浄化対象ガスＸが通過することができる。ただし、光触媒モジュール２０は、三次元網目状のセラミックス基体に光触媒を担持させる構成のみならず、多孔状、ハニカム状のように浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の所要の素材の基体に光触媒を担持させた構造であればよい。
【００２０】
また、対向する放電電極１９ａ，１９ｂは例えば光触媒モジュール２０を挟んでガス流路１２の上流側と下流側とに設けられる。各放電電極１９ａ，１９ｂは、高圧電源部２１と接続され、高電圧電部から電圧が印加されることにより放電光とともにオゾンを発生させ、発生させた放電光に含まれる紫外線を光触媒モジュール２０が担持する光触媒に照射して活性化できるように構成される。また、例えば、一方の放電電極１９ａはハニカム構造とされ、他方の放電電極１９ｂは網目状構造とされ、電気力線が密となりより低い電圧が印加することにより容易に放電することが可能な形状とされる。
【００２１】
尚、紫外線を光触媒モジュール２０の光触媒に照射可能であれば、放電電極１９ａ，１９ｂの形状および位置は任意である。
【００２２】
吸着フィルタ１８は、例えば多孔状、ハニカム状、三次元網目状の浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させて構成される。そして、吸着フィルタ１８は、その内部を通過する浄化対象ガスＸに含まれる臭気成分等の物質を吸着する機能を有する。
【００２３】
また、このように構成される分解吸着部１３の光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８は浄化対象ガスＸの進行方向に対して互いに並列に設けられ、必要に応じて光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の上流側および下流側の一方あるいは双方のガス流路１２はある程度分割される。さらに、例えば、光触媒モジュール２０は平板状に、吸着フィルタ１８はコ字状の切欠を有する板状にそれぞれ形成され、吸着フィルタ１８の切欠に光触媒モジュール２０が勘合するように構成される。そして、高圧電源部２１は、例えば光触媒モジュール２０の吸着フィルタ１８と勘合しない側面に設けられる。すなわち、光触媒モジュール２０が吸着フィルタ１８の支持体を兼ねる構造とされ、吸着フィルタ１８を光触媒モジュール２０に着脱して容易に交換できるように構成される。
【００２４】
また、光触媒モジュール２０を流れる浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量比が、所要の範囲内となるように、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損および形状が設計される。つまり、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸに対する圧損と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸに対する圧損との相対差が大きい程、単位面積当たりでは光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の一方により多量の浄化対象ガスＸが流れ、他方にはより小量の浄化対象ガスＸが流れることとなる。
【００２５】
そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に、十分な量の浄化対象ガスＸを導いて光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のそれぞれの機能が十分に発揮されるように、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の圧損および形状とが決定される。
【００２６】
図３は、図１に示す光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の形状および浄化対象ガスＸに対する圧損の設定方法の一例を説明するモデル図である。
【００２７】
図３（ａ）は、圧損の定義を説明するモデル図である。図３（ａ）に示すように、圧損を単位時間に単位面積Ｓ０[ｍ２]の開口部を持つ媒体Ａを通して、単位流量Ｑ０[ｍ３]の浄化対象ガスＸを流出させるための圧力差と定義する。すなわち、単位流量Ｑ０の浄化対象ガスＸが単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａを通過する場合における媒体Ａの入口における浄化対象ガスＸの圧力をＰ＋ΔＰ０[Ｐａ]とし、媒体Ａの出口における浄化対象ガスＸの圧力をＰ[Ｐａ]とすると圧損はΔＰ０[Ｐａ]と定義することができる。
【００２８】
ここで、面積Ｓの開口部を持つ媒体Ａを通過する浄化対象ガスＸの流量Ｑは、媒体Ａの入口における浄化対象ガスＸの圧力Ｐ＋ΔＰ’と媒体Ａの出口における浄化対象ガスＸの圧力Ｐの圧力差ΔＰ’に比例し、かつ媒体Ａの開口部の面積Ｓに比例すると仮定する。すなわち比例係数をαとして式（１）が成立すると仮定する。
【００２９】
［数１］
Ｑ＝αΔＰ’・Ｓ ・・・（１）
【００３０】
式（１）と圧損の定義より、式（２）が導かれる。
【００３１】
［数２］
Ｑ０＝αΔＰ０・Ｓ０ ・・・（２）
【００３２】
従って式（１）、式（２）より、面積Ｓの開口部を持つ媒体Ａを通過する浄化対象ガスＸの流量Ｑは、式（３）で示される。
【００３３】
［数３］
Ｑ＝（Ｑ０）／（ΔＰ０・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ ・・・（３）
【００３４】
次に、この仮定に基づいて圧損の異なる二種類の媒体Ａ１、Ａ２が浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置された場合について考える。図３（ｂ）は、それぞれ単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が分割され、媒体Ａ１、Ａ２それぞれへの浄化対象ガスＸの導入圧力が相異する一方、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通である場合のモデルを示す。
【００３５】
媒体Ａ１、Ａ２の圧損をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２とすると、媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がそれぞれＰ＋ΔＰ１、Ｐ＋ΔＰ２であれば、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力は共にＰであり、式（２）に示すように流量は共に単位流量Ｑ０となる。このため、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（４）に示すように２Ｑ０となる。
【００３６】
［数４］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ０＋Ｑ０＝２Ｑ０・・・（４）
【００３７】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の入口側における浄化対象ガスＸのガス流路１２が分割される一方、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の出口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通である場合には、光触媒モジュール２０の入口と出口における浄化対象ガスＸの圧力差が光触媒モジュール２０の圧損となるようにし、かつ吸着フィルタ１８の入口と出口における浄化対象ガスＸの圧力差が吸着フィルタ１８の圧損となるようにすれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量は理想的には一致し均等に流すことができる。
【００３８】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行う場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８それぞれへの浄化対象ガスＸの導入圧力および各圧損の一方あるいは双方を調整することにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの流量比を変化させることができる。
【００３９】
この際、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損は、それぞれの厚さや密度を変化させることにより調整することができる。
【００４０】
図３（ｃ）は、それぞれ単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口の双方における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通であり、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力が同一である場合のモデルを示す。図３（ｃ）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がＰ＋ΔＰ’であり媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力がＰである場合には、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差は共にΔＰ’である。
【００４１】
従って、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ１、Ｑ２は、式（３）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差ΔＰ’に比例するため、それぞれ式（５−１）、式（５−２）に示すように求めることができる。
【００４２】
［数５］
Ｑ１＝Ｑ０／（ΔＰ１・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ０＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ１）・・・（５−１）
Ｑ２＝Ｑ０／（ΔＰ２・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ０＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・・・（５−２）
【００４３】
そして、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（６）で示される。
【００４４】
［数６］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ０（ΔＰ’／ΔＰ１＋ΔＰ’／ΔＰ２）・・・（６）
【００４５】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の入口側および出口側の双方におけるガス流路１２が共通であり、かつ光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの流れ方向に対する断面の面積が同程度である場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損（ΔＰ１、ΔＰ２）を一致させれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量は理想的には一致し均等に流すことができる。
【００４６】
従って、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８に均等に浄化対象ガスＸを流すことが望まれる場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損（ΔＰ１、ΔＰ２）を互いに同等とみなせる範囲内とすること、すなわち光触媒モジュール２０の圧損ΔＰ１と吸着フィルタ１８の圧損ΔＰ２との差あるいは比が所要の閾値内となるようにすることが効果的である。
【００４７】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行なう場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損比を増減して摂動させることにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの割合、すなわち流量比を調整することができる。
【００４８】
ところで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の厚さを同程度とし、それぞれの機能が十分に発揮できる密度とした場合には、単位面積当たりでは光触媒モジュール２０の圧損の方が吸着フィルタ１８の圧損よりも大きくなる。また、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８全体の単位面積当たりの合成圧損、すなわち光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を１つの媒体とみなした場合における圧損は、より小さい方が望ましい。
【００４９】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの流れ方向に対する断面の面積を同程度とする場合には、光触媒モジュール２０の圧損を小さくするために、厚さを極端に薄くするか密度を小さくして粗くする必要が生じる。しかし、このように極端に光触媒モジュール２０の厚さが薄い場合や密度が粗い場合には、光触媒モジュール２０に担持される光触媒の量が減少し、また浄化対象ガスＸと光触媒との接触面積も減少することとなり、光触媒モジュール２０の機能を十分に発揮さることが困難となる恐れがある。
【００５０】
そこで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損が異なっていても、浄化対象ガスＸの流れ方向に対するそれぞれの断面の面積を調整することにより、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量並びに光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８全体の合成圧損を設定することができる。
【００５１】
図３（ｄ）は、それぞれ異なる面積Ｓ１、Ｓ２の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口の双方における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通であり、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力が同一である場合のモデルを示す。図３（ｄ）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がＰ＋ΔＰ’であり媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力がＰである場合には、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差は共にΔＰ’である。
【００５２】
従って、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ１、Ｑ２は、式（３）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差ΔＰ’に比例し、かつ媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２に比例するため、それぞれ式（７−１）、式（７−２）に示すように求めることができる。
【００５３】
［数７］
Ｑ１＝Ｑ０／（ΔＰ１・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ１
＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ１）・（Ｓ１／Ｓ０）・・・（７−１）
Ｑ２＝Ｑ０／（ΔＰ２・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ２
＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）・・・（７−２）
【００５４】
そして、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（８）で示される。
【００５５】
［数８］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ１＋Ｑ２
＝Ｑ０｛（ΔＰ’／ΔＰ１）・（Ｓ１／Ｓ０）＋（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）｝
＝ΔＰ’・Ｑ０／Ｓ０｛（Ｓ１・ΔＰ２）＋（Ｓ２・ΔＰ１）／（ΔＰ１・ΔＰ２）｝
・・・（８）
【００５６】
式（８）において、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬに対して媒体Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ２が占める割合Ｒ２は、式（９）で示される。
【００５７】
［数９］
Ｒ２＝Ｑ２／ＱＴＯＴＡＬ
＝｛Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）｝
／[ΔＰ’・Ｑ０／Ｓ０｛（Ｓ１・ΔＰ２）＋（Ｓ２・ΔＰ１）／（ΔＰ１・ΔＰ２）｝]
＝Ｓ２・ΔＰ１／（Ｓ１・ΔＰ２＋Ｓ２・ΔＰ１）・・・（９）
【００５８】
式（９）において、流量Ｑ２が占める割合Ｒ２を仮に０．５（５０％）とすると、媒体Ａ１の圧損ΔＰ１が、媒体Ａ２の圧損ΔＰ２の２倍である場合には、式（１０）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２の条件を求めることができる。
【００５９】
［数１０］
Ｒ２＝０．５＝Ｓ２・ΔＰ１／（Ｓ１・ΔＰ２＋Ｓ２・ΔＰ１）
＝Ｓ２／（２Ｓ１＋Ｓ２）・・・（１０）
∵ΔＰ１＝２ΔＰ２
【００６０】
すなわち、媒体Ａ１の圧損ΔＰ１が、媒体Ａ２の圧損ΔＰ２の２倍である場合に、式（１０）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、媒体Ａ１、Ａ２の双方に均等に浄化対象ガスＸを流すことができる。このため、媒体Ａ１を光触媒モジュール２０と、媒体Ａ２を吸着フィルタ１８として式（１０）の条件を満たすように浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、単位面積当たりの光触媒モジュール２０の圧損が吸着フィルタ１８の圧損の２倍であったとしても、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に均等に浄化対象ガスＸを流すことができる。
【００６１】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行なう場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損比や浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積比を増減して摂動させることにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの流量比を調整することができる。特に、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損を互いに同等とみなせる範囲内とすることが可能な場合には、浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積比のみを考慮すれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ通過する浄化対象ガスＸの流量比を調整することができる。
【００６２】
ここで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量比の設定方法について検討する。一般に光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８において分解あるいは吸着の対象とされる臭気成分の臭気強度は対数的に感知される。このため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の一方へ流入する浄化対象ガスＸの流量が他方へ流入する浄化対象ガスＸの流量の１０％未満である場合には、浄化対象ガスＸの流量が少ない側による効果は殆ど認識されないと考えられる。
【００６３】
そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方の効果を十分に併用させる場合には、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの総流量に対する光触媒モジュール２０あるいは吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの流量の割合が少なくとも０．１未満とならないように、式（１０）の例に示すように光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損や浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積を設定する必要がある。つまり、実用的には、光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの流量比は、０．１から０．９の範囲とすることが必要であると考えられ、このような流量比が得られるように式（１０）により光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の形状を設計することができる。
【００６４】
尚、光触媒モジュール２０により多量の浄化対象ガスＸを流すために、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積を大きくすると、光触媒モジュール２０の圧損が吸着フィルタ１８の圧損よりも大きい場合には、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損の増加に繋がる。そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損が予め設定された閾値内となるように、光触媒モジュール２０の圧損を設定することが重要となる。
【００６５】
この結果、例えば、図２に示すように、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積に比べて、吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が大きくなるように設計される。そして、光触媒と浄化対象ガスＸの接触面積を確保するために光触媒モジュール２０の厚さを十分厚く、密度を十分大きく設定し、光触媒モジュール２０の圧損を吸着フィルタ１８の圧損よりも大きくせざるを得ないような場合であっても、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損の増加を抑制し、かつ光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に要求される流量比の浄化対象ガスＸを導くことができるように構成される。
【００６６】
そして、このように圧損や面積が調整されて設計された光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８がガス流路１２上に浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置される。
【００６７】
一方、分解吸着部１３の上流側に設けられる集塵フィルタ１６は、浄化対象ガスＸに含まれる塵や埃を除去することにより、分解吸着部１３の光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８の目詰まりを防止する機能を有する。
【００６８】
また、送風機１４は、浄化対象ガスＸの流れをガス流路１２上に形成し、浄化対象ガスＸを所要の流速で分解吸着部１３に送り込む機能を有する。すなわち、送風機１４を駆動させることにより、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口における浄化対象ガスＸの圧力をそれぞれ所要の圧力とし、所要の流量の浄化対象ガスＸを光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を通過させる機能を有する。
【００６９】
尚、分解吸着部１３は、光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８を並列配置して構成されるため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損に対して浄化対象ガスＸの流速を所要の流速にできればよい。
【００７０】
オゾン処理フィルタ１５は例えば多孔状、ハニカム状、三次元網目状の構造体にオゾン分解触媒を担持させて構成され、オゾン処理フィルタ１５の内部を浄化対象ガスＸが通過できる構造とされる。ここで、光触媒反応部１７では、オゾンが生成されるためオゾン処理フィルタ１５の内部を通過する浄化対象ガスＸにはオゾンは含まれることとなる。そこで、オゾン処理フィルタ１５には、その内部を通過する浄化対象ガスＸに含まれるオゾンを分解処理して除去することにより、閉空間１１に放出される浄化対象ガスＸを無害化あるいは浄化対象ガスＸに含まれるオゾンの濃度を低減させる機能を有する。
【００７１】
次にガス浄化装置１０の作用について説明する。
【００７２】
まず、送風機１４が駆動し、家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部等の閉空間１１内からガス浄化装置１０内に形成されたガス流路１２に空気等の浄化対象ガスＸが流入し、浄化対象ガスＸの流れが形成される。すなわち、閉空間１１内からガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入した浄化対象ガスＸは、ガス流路１２を経由して閉空間１１に放出され、閉空間１１に放出された浄化対象ガスＸが、再びガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入する浄化対象ガスＸの循環が形成される。
【００７３】
ガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入した浄化対象ガスＸは、集塵フィルタ１６に導かれる。集塵フィルタ１６では、浄化対象ガスＸに含まれる塵や埃が除去され、光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８の目詰まりが防止される。集塵フィルタ１６を通過した浄化対象ガスＸは、送風機１４を通過して所要の流速となって、分解吸着部１３に送り込まれる。そして、浄化対象ガスＸが光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口に所要の圧力となって導かれる。
【００７４】
ここで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とは浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置され、かつ浄化対象ガスＸに対する合成圧損が予め設定された閾値内となるようにされているため、送風機１４に消費されるエネルギの増加が抑制される。特に光触媒モジュール２０の圧損と吸着フィルタ１８の圧損とが同等とみなせる範囲内である場合には、送風機１４において消費されるエネルギの消費量は、吸着フィルタ１８のみがガス流路１２上に設けられた場合と同等なエネルギの消費量となる。このため、送風機１４が、吸着フィルタ１８や既設の他の機器のみの圧損に対して設計された既設の送風機１４であったとしても、そのまま用いることができる。
【００７５】
さらに、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口に導かれた浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に流れ込む。このとき、光触媒モジュール２０を流れる浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸとの流量比が共に少なくとも０．１から０．９の範囲となるように、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の圧損および浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が調整されているため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸは、十分に光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８による効果を得ることができる。
【００７６】
すなわち、吸着フィルタ１８の内部に導かれた浄化対象ガスＸは、吸着フィルタ１８の構造体に担持された吸着剤と接触し、浄化対象ガスＸに含まれる臭気成分等の物質が吸着剤により吸着されて除去される。このため、浄化対象ガスＸは脱臭され、あるいは清浄されて吸着フィルタ１８の出口に放出される。
【００７７】
一方、高圧電源部２１から放電電極１９ａ，１９ｂに電圧が印加される。放電電極１９ａ，１９ｂでは放電が起こり、放電光に含まれる紫外線が光触媒モジュール２０に担持された光触媒に照射される。このため、光触媒は活性化され、光触媒モジュール２０内部に導かれた浄化対象ガスＸは、活性化した光触媒と接触する。そして、浄化対象ガスＸに含まれる臭い物質、有害物質、細菌等の物質が活性化した光触媒の表面に付着すると、光触媒からエネルギが供給され、光触媒の表面に付着した物質は酸化され、分解される。
【００７８】
また、放電電極１９ａ，１９ｂからの放電に伴って放電プラズマが生成され、浄化対象ガスＸ中に含まれる酸素分子Ｏ２は励起および解離し、プラズマ反応の結果オゾンＯ３が生成される。また、同時に放電により発生する紫外光の中で波長が３００ｎｍ以下の短波長成分を酸素分子Ｏ２が吸収することにより励起され、酸素分子Ｏ２のプラズマ反応と同様に反応の結果オゾンＯ３が生成される。オゾンＯ３は浄化対象ガスＸ中に含まれる臭い物質、有害物質、細菌等の物質と衝突し、酸化、分解反応を起こす。
【００７９】
この結果、光触媒モジュール２０内部に導かれた浄化対象ガスＸは、活性化した光触媒とオゾンの酸化分解作用により除菌、脱臭あるいは清浄される。そして、浄化後の浄化対象ガスＸは、オゾンとともに光触媒モジュール２０の出口に放出される。
【００８０】
さらに、吸着フィルタ１８の出口に放出された浄化対象ガスＸと、光触媒モジュール２０の出口に放出された浄化対象ガスＸとは合流し、さらに光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の下流側においてオゾンの作用により除菌、脱臭あるいは清浄される。そして、浄化対象ガスＸは残留するオゾンとともにオゾン処理フィルタ１５に導かれる。
【００８１】
オゾン処理フィルタ１５内部では、浄化対象ガスＸに含まれる残留オゾンが構造体に担持されたオゾン分解触媒と接触し、浄化対象ガスＸから残留オゾンが分解処理される。そして、オゾン処理フィルタ１５において残留オゾンが除去されて無害化あるいはオゾンの濃度が十分に低減した浄化対象ガスＸは、ガス浄化装置１０内のガス流路１２を経由して閉空間１１に放出される。
【００８２】
さらに、閉空間１１とガス浄化装置１０内のガス流路１２内との間には、浄化対象ガスＸが循環する流れが形成されているため、ガス浄化装置１０において、除菌、脱臭あるいは清浄されて閉空間１１に放出された浄化対象ガスＸは、再びガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれる。そして、同様な光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８による浄化対象ガスＸの除菌、脱臭あるいは清浄等の浄化処理がガス浄化装置１０内のガス流路１２において繰返し施される。
【００８３】
このため、ガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれた浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のいずれかのみを通過するものの、浄化対象ガスＸの循環により繰返しガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれるため、閉空間１１内の浄化対象ガスＸは徐々に除菌、脱臭あるいは清浄される。つまり、活性化した光触媒とオゾンによる臭気成分や菌類等の除去対象に対する分解効果と、吸着剤による臭気成分等の物質の吸着効果の双方の効果を閉空間１１内の浄化対象ガスＸに対して得ることができる。
【００８４】
以上のような、ガス浄化装置１０によれば、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置した構成であるため、浄化対象ガスＸの圧損の増加を抑制することが可能となり、送風機１４等のガス流路１２上の他の機器に要求される設計性能の増加を抑えることができる。このため、送風機１４等の機器が吸着フィルタ１８の圧損のみを想定して設計された既設のものであっても、そのままあるいはより簡易な修正により用いることができる。
【００８５】
また、この際、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損および浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が調整されて、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の双方に十分な流量の浄化対象ガスＸを導くことができるため、光触媒とオゾンの作用による浄化対象ガス中の除去対象に対する分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することができる。
【００８６】
このため、従来、吸着剤のみでは、行なえなかった除菌等の浄化処理を光触媒とオゾンの作用により行うことが可能となるのみならず、臭気成分等の物質の分解処理能力を向上させることができる。また、このような効果により、吸着フィルタ１８に堆積する物質の量を低減させて吸着フィルタ１８の交換等のメンテナンスの労力を低減させることが期待される。
【００８７】
さらに、光触媒モジュール２０は、吸着フィルタ１８の支持体を兼ねているため、吸着フィルタ１８の交換が容易となり、かつ支持体のスペースを浄化対象ガスＸの浄化処理のために有効活用することもできる。また、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の勘合形状を従来用いられる既設の吸着フィルタ１８と同等な形状とすれば、従来の吸着フィルタ１８との互換性を持たせることもできる。
【００８８】
他方、光触媒とオゾンの作用により分解が困難ではあるが、吸着剤の吸着効果により容易に吸着して空気から除去することが可能な除去対象が浄化対象ガスＸに含まれる場合には、図５に示す従来のガス浄化装置１では浄化対象ガスＸの浄化処理が不十分となる恐れがあるのに対し、図１に示す本発明のガス浄化装置１０では、吸着剤の作用によりそのような除去対象が浄化対象ガスＸに含まれていても吸着除去することができる。
【００８９】
図４は本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す断面構造図である。
【００９０】
図４に示された、ガス浄化装置１０Ａでは、光触媒反応部１７に誘電体３０を設けた点が図１に示すガス浄化装置１０と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１０と実質的に異ならないため分解吸着部１３の断面構造図のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００９１】
ガス浄化装置１０Ａの分解吸着部１３は、光触媒反応部１７と吸着フィルタ１８とを有し、光触媒反応部１７は、対向する放電電極１９ｃ，１９ｄと光触媒モジュール２０とを備える。
【００９２】
対向する放電電極１９ｃ，１９ｄは例えば光触媒モジュール２０を挟んで浄化対象ガスＸの進行方向に略並行な面に設けられる。一方の放電電極１９ｃは例えば板状構造とされ、他方の放電電極１９ｄは網目状構造とされる。そして、電気力線が密となりより低い電圧が印加されてもより容易に放電することが可能な形状とされる。さらに、放電電極１９ｃ，１９ｄ間の任意の部位、例えば板状構造の放電電極１９ｃの他方の放電電極１９ｄ側に面した部位は誘電体３０で覆われる。
【００９３】
そして、ガス浄化装置１０Ａでは、誘電体３０を介して放電が行なわれる。このため、放電は誘電体バリア放電となり安定したコロナ放電となる。これにより、より高電圧を放電電極１９ｃ，１９ｄ間に印加してもアーク放電に移行することなく、よりエネルギの大きい放電光を安定して発生させることができる。
【００９４】
このため、ガス浄化装置１０Ａでは、図１に示すガス浄化装置１０の効果に加え、より高エネルギの放電光を発生させて、光触媒モジュール２０における浄化対象ガスＸの浄化機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す断面構成図。
【図２】図１に示すガス浄化装置の分解吸着部におけるＡ−Ａ断面の断面図。
【図３】図１に示す光触媒モジュールおよび吸着フィルタの形状および浄化対象ガスに対する圧損の設定方法の一例を説明するモデル図。
【図４】本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す断面構造図。
【図５】従来のガス浄化装置の断面構成図。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１０Ａ ガス浄化装置
１１ 閉空間
１２ ガス流路
１３ 分解吸着部
１４ 送風機
１５ オゾン処理フィルタ
１６ 集塵フィルタ
１７ 光触媒反応部
１８ 吸着フィルタ
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 放電電極
２０ 光触媒モジュール
２１ 高圧電源部
３０ 誘電体
Ｘ 浄化対象ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電光を照射して活性化した光触媒とオゾンの作用により空気等のガスに含まれる除去対象を除去して清浄、脱臭あるいは除菌するガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両の車室内、家屋や倉庫の内部、冷蔵庫等の機器の内部等の閉空間における空気を浄化するために、活性炭に代表される吸着剤が用いられる。例えば自動車の車室内の空気を浄化する場合には、カーエアコン装置等が設けられた空気循環用のダクト内に吸着剤を備えた吸着フィルタが設けられる。そして、ダクトを通過して車室内に導かれる空気は吸着フィルタを経由し、吸着フィルタにおいて空気中の臭気成分等の物質が吸着剤により吸着される。この結果、吸着剤の作用により脱臭された空気が車室内に導かれる。
【０００３】
一方、従来、放電光を照射して活性化した光触媒とオゾンの作用により空気等のガスに含まれる除去対象を分解除去して脱臭、清浄あるいは除菌するガス浄化装置が提案される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
従来のガス浄化装置１は、図５に示すように光触媒を三次元網目状の構造体に担持させて構成される光触媒モジュール２を空気等の浄化対象ガスＸが流れるガス流路３上に設け、光触媒モジュール２の近傍に一対の電極４、４を設置した構成である。そして、高圧電源部５から電極４，４間に高電圧が印加され、電極４、４間には放電光が生成される。生成された放電光は光触媒に照射され、光触媒は活性化せしめられる。
【０００５】
空気等の浄化対象ガスＸは、送風機６の駆動により処理空間からガス流路３内に導かれ、集塵フィルタ７において予め塵や埃が除去される。さらに、浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２に導かれ、光触媒モジュール２を通過する際に活性化した光触媒の作用により浄化対象ガスＸに含まれる有害物質、臭気物質や菌類等の除去対象が分解されて脱臭、清浄あるいは除菌される。また、放電により、浄化対象ガスＸからオゾンがガス流路３内に生成され、オゾンの作用によっても浄化対象ガスＸに含まれる除去対象が分解されて脱臭、清浄あるいは除菌される。
【０００６】
さらに、浄化対象ガスＸは残留したオゾンとともに、オゾン処理フィルタ８に導かれ、オゾン処理フィルタ８において浄化対象ガスＸ中のオゾンが分解される。そして、オゾンの濃度が十分に低減されて無害化された浄化対象ガスＸがガス流路３から処理空間に放出される。
【特許文献１】特開２００３−３１０７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の吸着剤を用いた脱臭技術では、空気中に含まれる臭気成分等の物質を吸着するのみであり、分解処理を行なわないため、除菌を行なうことが困難である。また、吸着剤が吸着する臭気成分等の物質の吸着量に限界があり、使用が長期間にわたる場合には吸着剤の吸着機能が減少するため吸着剤を交換する必要がある。さらに、吸着剤に吸着機能があり、寿命期間内であっても、寿命末期においては吸着機能が低下しているため、一旦吸着剤に吸着した臭気成分等の物質が空気中に再放出されてしまう恐れがある。
【０００８】
一方、光触媒とオゾンを用いた従来のガス浄化装置１では、臭気成分等の物質や菌類を分解処理するため、脱臭のみならず除菌や浄化を行なうこともできる。さらに、ガス浄化装置１では、光触媒モジュール２において臭気成分等の物質や菌類が分解され、堆積することがないため、吸着剤に比べて交換等のメンテナンスの必要性が低い。逆に、吸着剤では交換等のメンテナンスを要するものの、光触媒とオゾンの作用により分解が困難な除去対象を吸着効果により容易に吸着して空気から除去することができる場合もありうる。
【０００９】
そこで、このような吸着剤が有する除去対象の吸着効果とガス浄化装置１が有する除去対象の分解効果とを併用して双方の利点を活用すべく、ガス浄化装置１を吸着剤とともに家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部に代表される閉空間内における空気等の浄化対象ガスが循環するダクト内に設置することが望まれる。
【００１０】
ところが、空気等の浄化対象ガスが循環するダクト内において、吸着フィルタの上流側あるいは下流側のいずれにガス浄化装置１を設けた場合であっても、浄化対象ガスの圧損が増加してしまうという問題がある。特に既に吸着フィルタが設けられた既存のダクト内においては、一般に送風機等の機器は吸着フィルタや既設の機器の圧損に対して浄化対象ガスの流速が所要の流速となるように設計されているため、新たにガス浄化装置１を設置すると浄化対象ガスの圧損が過剰に増加して流速が低下し、十分に閉空間内を循環させることが困難となる恐れがある。このため、既に利用されているダクトにガス浄化装置１を設置することが困難となり、逆にガス浄化装置１を設置するためには送風機やエアコン等の空調機器の設計変更が必要となる場合もありうる。
【００１１】
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、浄化対象ガスの圧損の増加を抑制しつつ浄化対象ガス中の除去対象に対する光触媒とオゾンの作用による分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することが可能なガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るガス浄化装置は、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、浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により前記浄化対象ガスからオゾンを発生させる放電電極と、前記浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタとを備え、前記光触媒モジュールと前記吸着フィルタとを前記浄化対象ガスの進行方向に対して互いに並列配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガス浄化装置においては、浄化対象ガスの圧損の増加を抑制しつつ浄化対象ガス中の除去対象に対する光触媒とオゾンの作用による分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るガス浄化装置およびガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す断面構成図であり、図２は、図１に示すガス浄化装置１０の分解吸着部１３におけるＡ−Ａ断面の断面図である。
【００１６】
ガス浄化装置１０は、家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部等の閉空間１１内の任意の部位に設けられる。例えば、ガス浄化装置１０は、空気等の浄化対象ガスＸを閉空間１１内に循環させるためのダクト内に設けられ、ガス浄化装置１０内にはガス流路１２が形成される。ガス浄化装置１０は分解吸着部１３を備え、浄化対象ガスＸの流れを形成させる必要がある場合には送風機１４（ファン）が備えられる。ただし、送風機１４は既設のものを利用してもよい。
【００１７】
また、ガス浄化装置１０には必要に応じて、特に浄化対象ガスＸの浄化対象となる閉空間１１が有人の場合には、オゾン処理フィルタ１５が設けられる。さらに、ガス浄化装置１０には必要に応じて、特に浄化対象ガスＸに比較的大きな塵や埃が含まれる場合には、集塵フィルタ１６が設けられる。そして、例えばガス流路１２の上流側からガス浄化装置１０の集塵フィルタ１６、送風機１４、分解吸着部１３、オゾン処理フィルタ１５が順に設けられる。
【００１８】
分解吸着部１３は、光触媒反応部１７と吸着フィルタ１８とを有する。
【００１９】
光触媒反応部１７は、対向する放電電極１９ａ，１９ｂおよび光触媒モジュール２０を備える。光触媒モジュール２０は、例えば三次元網目状のセラミックス基体の表面に酸化チタン等の光触媒を担持させて構成される。このため、光触媒モジュール２０内部を浄化対象ガスＸが通過することができる。ただし、光触媒モジュール２０は、三次元網目状のセラミックス基体に光触媒を担持させる構成のみならず、多孔状、ハニカム状のように浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の所要の素材の基体に光触媒を担持させた構造であればよい。
【００２０】
また、対向する放電電極１９ａ，１９ｂは例えば光触媒モジュール２０を挟んでガス流路１２の上流側と下流側とに設けられる。各放電電極１９ａ，１９ｂは、高圧電源部２１と接続され、高電圧電部から電圧が印加されることにより放電光とともにオゾンを発生させ、発生させた放電光に含まれる紫外線を光触媒モジュール２０が担持する光触媒に照射して活性化できるように構成される。また、例えば、一方の放電電極１９ａはハニカム構造とされ、他方の放電電極１９ｂは網目状構造とされ、電気力線が密となりより低い電圧が印加することにより容易に放電することが可能な形状とされる。
【００２１】
尚、紫外線を光触媒モジュール２０の光触媒に照射可能であれば、放電電極１９ａ，１９ｂの形状および位置は任意である。
【００２２】
吸着フィルタ１８は、例えば多孔状、ハニカム状、三次元網目状の浄化対象ガスＸを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させて構成される。そして、吸着フィルタ１８は、その内部を通過する浄化対象ガスＸに含まれる臭気成分等の物質を吸着する機能を有する。
【００２３】
また、このように構成される分解吸着部１３の光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８は浄化対象ガスＸの進行方向に対して互いに並列に設けられ、必要に応じて光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の上流側および下流側の一方あるいは双方のガス流路１２はある程度分割される。さらに、例えば、光触媒モジュール２０は平板状に、吸着フィルタ１８はコ字状の切欠を有する板状にそれぞれ形成され、吸着フィルタ１８の切欠に光触媒モジュール２０が勘合するように構成される。そして、高圧電源部２１は、例えば光触媒モジュール２０の吸着フィルタ１８と勘合しない側面に設けられる。すなわち、光触媒モジュール２０が吸着フィルタ１８の支持体を兼ねる構造とされ、吸着フィルタ１８を光触媒モジュール２０に着脱して容易に交換できるように構成される。
【００２４】
また、光触媒モジュール２０を流れる浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量比が、所要の範囲内となるように、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損および形状が設計される。つまり、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸに対する圧損と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸに対する圧損との相対差が大きい程、単位面積当たりでは光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の一方により多量の浄化対象ガスＸが流れ、他方にはより小量の浄化対象ガスＸが流れることとなる。
【００２５】
そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に、十分な量の浄化対象ガスＸを導いて光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のそれぞれの機能が十分に発揮されるように、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の圧損および形状とが決定される。
【００２６】
図３は、図１に示す光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の形状および浄化対象ガスＸに対する圧損の設定方法の一例を説明するモデル図である。
【００２７】
図３（ａ）は、圧損の定義を説明するモデル図である。図３（ａ）に示すように、圧損を単位時間に単位面積Ｓ０[ｍ２]の開口部を持つ媒体Ａを通して、単位流量Ｑ０[ｍ３]の浄化対象ガスＸを流出させるための圧力差と定義する。すなわち、単位流量Ｑ０の浄化対象ガスＸが単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａを通過する場合における媒体Ａの入口における浄化対象ガスＸの圧力をＰ＋ΔＰ０[Ｐａ]とし、媒体Ａの出口における浄化対象ガスＸの圧力をＰ[Ｐａ]とすると圧損はΔＰ０[Ｐａ]と定義することができる。
【００２８】
ここで、面積Ｓの開口部を持つ媒体Ａを通過する浄化対象ガスＸの流量Ｑは、媒体Ａの入口における浄化対象ガスＸの圧力Ｐ＋ΔＰ’と媒体Ａの出口における浄化対象ガスＸの圧力Ｐの圧力差ΔＰ’に比例し、かつ媒体Ａの開口部の面積Ｓに比例すると仮定する。すなわち比例係数をαとして式（１）が成立すると仮定する。
【００２９】
［数１］
Ｑ＝αΔＰ’・Ｓ ・・・（１）
【００３０】
式（１）と圧損の定義より、式（２）が導かれる。
【００３１】
［数２］
Ｑ０＝αΔＰ０・Ｓ０ ・・・（２）
【００３２】
従って式（１）、式（２）より、面積Ｓの開口部を持つ媒体Ａを通過する浄化対象ガスＸの流量Ｑは、式（３）で示される。
【００３３】
［数３］
Ｑ＝（Ｑ０）／（ΔＰ０・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ ・・・（３）
【００３４】
次に、この仮定に基づいて圧損の異なる二種類の媒体Ａ１、Ａ２が浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置された場合について考える。図３（ｂ）は、それぞれ単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が分割され、媒体Ａ１、Ａ２それぞれへの浄化対象ガスＸの導入圧力が相異する一方、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通である場合のモデルを示す。
【００３５】
媒体Ａ１、Ａ２の圧損をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２とすると、媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がそれぞれＰ＋ΔＰ１、Ｐ＋ΔＰ２であれば、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力は共にＰであり、式（２）に示すように流量は共に単位流量Ｑ０となる。このため、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（４）に示すように２Ｑ０となる。
【００３６】
［数４］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ０＋Ｑ０＝２Ｑ０・・・（４）
【００３７】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の入口側における浄化対象ガスＸのガス流路１２が分割される一方、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の出口における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通である場合には、光触媒モジュール２０の入口と出口における浄化対象ガスＸの圧力差が光触媒モジュール２０の圧損となるようにし、かつ吸着フィルタ１８の入口と出口における浄化対象ガスＸの圧力差が吸着フィルタ１８の圧損となるようにすれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量は理想的には一致し均等に流すことができる。
【００３８】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行う場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８それぞれへの浄化対象ガスＸの導入圧力および各圧損の一方あるいは双方を調整することにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの流量比を変化させることができる。
【００３９】
この際、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損は、それぞれの厚さや密度を変化させることにより調整することができる。
【００４０】
図３（ｃ）は、それぞれ単位面積Ｓ０の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口の双方における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通であり、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力が同一である場合のモデルを示す。図３（ｃ）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がＰ＋ΔＰ’であり媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力がＰである場合には、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差は共にΔＰ’である。
【００４１】
従って、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ１、Ｑ２は、式（３）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差ΔＰ’に比例するため、それぞれ式（５−１）、式（５−２）に示すように求めることができる。
【００４２】
［数５］
Ｑ１＝Ｑ０／（ΔＰ１・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ０＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ１）・・・（５−１）
Ｑ２＝Ｑ０／（ΔＰ２・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ０＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・・・（５−２）
【００４３】
そして、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（６）で示される。
【００４４】
［数６］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ０（ΔＰ’／ΔＰ１＋ΔＰ’／ΔＰ２）・・・（６）
【００４５】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の入口側および出口側の双方におけるガス流路１２が共通であり、かつ光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの流れ方向に対する断面の面積が同程度である場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損（ΔＰ１、ΔＰ２）を一致させれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸの流量は理想的には一致し均等に流すことができる。
【００４６】
従って、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８に均等に浄化対象ガスＸを流すことが望まれる場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損（ΔＰ１、ΔＰ２）を互いに同等とみなせる範囲内とすること、すなわち光触媒モジュール２０の圧損ΔＰ１と吸着フィルタ１８の圧損ΔＰ２との差あるいは比が所要の閾値内となるようにすることが効果的である。
【００４７】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行なう場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損比を増減して摂動させることにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの割合、すなわち流量比を調整することができる。
【００４８】
ところで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の厚さを同程度とし、それぞれの機能が十分に発揮できる密度とした場合には、単位面積当たりでは光触媒モジュール２０の圧損の方が吸着フィルタ１８の圧損よりも大きくなる。また、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８全体の単位面積当たりの合成圧損、すなわち光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を１つの媒体とみなした場合における圧損は、より小さい方が望ましい。
【００４９】
従って、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの流れ方向に対する断面の面積を同程度とする場合には、光触媒モジュール２０の圧損を小さくするために、厚さを極端に薄くするか密度を小さくして粗くする必要が生じる。しかし、このように極端に光触媒モジュール２０の厚さが薄い場合や密度が粗い場合には、光触媒モジュール２０に担持される光触媒の量が減少し、また浄化対象ガスＸと光触媒との接触面積も減少することとなり、光触媒モジュール２０の機能を十分に発揮さることが困難となる恐れがある。
【００５０】
そこで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損が異なっていても、浄化対象ガスＸの流れ方向に対するそれぞれの断面の面積を調整することにより、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量並びに光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８全体の合成圧損を設定することができる。
【００５１】
図３（ｄ）は、それぞれ異なる面積Ｓ１、Ｓ２の開口部を持つ媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口の双方における浄化対象ガスＸのガス流路１２が共通であり、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力が同一である場合のモデルを示す。図３（ｄ）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口における浄化対象ガスＸの圧力がＰ＋ΔＰ’であり媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの圧力がＰである場合には、媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差は共にΔＰ’である。
【００５２】
従って、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ１、Ｑ２は、式（３）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の入口および出口における浄化対象ガスＸの圧力差ΔＰ’に比例し、かつ媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２に比例するため、それぞれ式（７−１）、式（７−２）に示すように求めることができる。
【００５３】
［数７］
Ｑ１＝Ｑ０／（ΔＰ１・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ１
＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ１）・（Ｓ１／Ｓ０）・・・（７−１）
Ｑ２＝Ｑ０／（ΔＰ２・Ｓ０）・ΔＰ’・Ｓ２
＝Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）・・・（７−２）
【００５４】
そして、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬは式（８）で示される。
【００５５】
［数８］
ＱＴＯＴＡＬ＝Ｑ１＋Ｑ２
＝Ｑ０｛（ΔＰ’／ΔＰ１）・（Ｓ１／Ｓ０）＋（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）｝
＝ΔＰ’・Ｑ０／Ｓ０｛（Ｓ１・ΔＰ２）＋（Ｓ２・ΔＰ１）／（ΔＰ１・ΔＰ２）｝
・・・（８）
【００５６】
式（８）において、媒体Ａ１、Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの総流量ＱＴＯＴＡＬに対して媒体Ａ２の出口における浄化対象ガスＸの流量Ｑ２が占める割合Ｒ２は、式（９）で示される。
【００５７】
［数９］
Ｒ２＝Ｑ２／ＱＴＯＴＡＬ
＝｛Ｑ０・（ΔＰ’／ΔＰ２）・（Ｓ２／Ｓ０）｝
／[ΔＰ’・Ｑ０／Ｓ０｛（Ｓ１・ΔＰ２）＋（Ｓ２・ΔＰ１）／（ΔＰ１・ΔＰ２）｝]
＝Ｓ２・ΔＰ１／（Ｓ１・ΔＰ２＋Ｓ２・ΔＰ１）・・・（９）
【００５８】
式（９）において、流量Ｑ２が占める割合Ｒ２を仮に０．５（５０％）とすると、媒体Ａ１の圧損ΔＰ１が、媒体Ａ２の圧損ΔＰ２の２倍である場合には、式（１０）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２の条件を求めることができる。
【００５９】
［数１０］
Ｒ２＝０．５＝Ｓ２・ΔＰ１／（Ｓ１・ΔＰ２＋Ｓ２・ΔＰ１）
＝Ｓ２／（２Ｓ１＋Ｓ２）・・・（１０）
∵ΔＰ１＝２ΔＰ２
【００６０】
すなわち、媒体Ａ１の圧損ΔＰ１が、媒体Ａ２の圧損ΔＰ２の２倍である場合に、式（１０）に示すように媒体Ａ１、Ａ２の開口部の面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、媒体Ａ１、Ａ２の双方に均等に浄化対象ガスＸを流すことができる。このため、媒体Ａ１を光触媒モジュール２０と、媒体Ａ２を吸着フィルタ１８として式（１０）の条件を満たすように浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、単位面積当たりの光触媒モジュール２０の圧損が吸着フィルタ１８の圧損の２倍であったとしても、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に均等に浄化対象ガスＸを流すことができる。
【００６１】
また、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量に重み付けを行なう場合には、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損比や浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積比を増減して摂動させることにより光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを流れる浄化対象ガスＸの流量比を調整することができる。特に、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損を互いに同等とみなせる範囲内とすることが可能な場合には、浄化対象ガスＸの進行方向に対するそれぞれの断面積比のみを考慮すれば、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ通過する浄化対象ガスＸの流量比を調整することができる。
【００６２】
ここで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８をそれぞれ流れる浄化対象ガスＸの流量比の設定方法について検討する。一般に光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８において分解あるいは吸着の対象とされる臭気成分の臭気強度は対数的に感知される。このため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の一方へ流入する浄化対象ガスＸの流量が他方へ流入する浄化対象ガスＸの流量の１０％未満である場合には、浄化対象ガスＸの流量が少ない側による効果は殆ど認識されないと考えられる。
【００６３】
そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方の効果を十分に併用させる場合には、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの総流量に対する光触媒モジュール２０あるいは吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの流量の割合が少なくとも０．１未満とならないように、式（１０）の例に示すように光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のそれぞれの圧損や浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積を設定する必要がある。つまり、実用的には、光触媒モジュール２０を通過する浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を通過する浄化対象ガスＸの流量比は、０．１から０．９の範囲とすることが必要であると考えられ、このような流量比が得られるように式（１０）により光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の形状を設計することができる。
【００６４】
尚、光触媒モジュール２０により多量の浄化対象ガスＸを流すために、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積を大きくすると、光触媒モジュール２０の圧損が吸着フィルタ１８の圧損よりも大きい場合には、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損の増加に繋がる。そこで、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損が予め設定された閾値内となるように、光触媒モジュール２０の圧損を設定することが重要となる。
【００６５】
この結果、例えば、図２に示すように、光触媒モジュール２０の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積に比べて、吸着フィルタ１８の浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が大きくなるように設計される。そして、光触媒と浄化対象ガスＸの接触面積を確保するために光触媒モジュール２０の厚さを十分厚く、密度を十分大きく設定し、光触媒モジュール２０の圧損を吸着フィルタ１８の圧損よりも大きくせざるを得ないような場合であっても、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損の増加を抑制し、かつ光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に要求される流量比の浄化対象ガスＸを導くことができるように構成される。
【００６６】
そして、このように圧損や面積が調整されて設計された光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８がガス流路１２上に浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置される。
【００６７】
一方、分解吸着部１３の上流側に設けられる集塵フィルタ１６は、浄化対象ガスＸに含まれる塵や埃を除去することにより、分解吸着部１３の光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８の目詰まりを防止する機能を有する。
【００６８】
また、送風機１４は、浄化対象ガスＸの流れをガス流路１２上に形成し、浄化対象ガスＸを所要の流速で分解吸着部１３に送り込む機能を有する。すなわち、送風機１４を駆動させることにより、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口における浄化対象ガスＸの圧力をそれぞれ所要の圧力とし、所要の流量の浄化対象ガスＸを光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を通過させる機能を有する。
【００６９】
尚、分解吸着部１３は、光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８を並列配置して構成されるため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８全体の合成圧損に対して浄化対象ガスＸの流速を所要の流速にできればよい。
【００７０】
オゾン処理フィルタ１５は例えば多孔状、ハニカム状、三次元網目状の構造体にオゾン分解触媒を担持させて構成され、オゾン処理フィルタ１５の内部を浄化対象ガスＸが通過できる構造とされる。ここで、光触媒反応部１７では、オゾンが生成されるためオゾン処理フィルタ１５の内部を通過する浄化対象ガスＸにはオゾンは含まれることとなる。そこで、オゾン処理フィルタ１５には、その内部を通過する浄化対象ガスＸに含まれるオゾンを分解処理して除去することにより、閉空間１１に放出される浄化対象ガスＸを無害化あるいは浄化対象ガスＸに含まれるオゾンの濃度を低減させる機能を有する。
【００７１】
次にガス浄化装置１０の作用について説明する。
【００７２】
まず、送風機１４が駆動し、家屋、車両、冷蔵庫等の機器内部等の閉空間１１内からガス浄化装置１０内に形成されたガス流路１２に空気等の浄化対象ガスＸが流入し、浄化対象ガスＸの流れが形成される。すなわち、閉空間１１内からガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入した浄化対象ガスＸは、ガス流路１２を経由して閉空間１１に放出され、閉空間１１に放出された浄化対象ガスＸが、再びガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入する浄化対象ガスＸの循環が形成される。
【００７３】
ガス浄化装置１０内のガス流路１２に流入した浄化対象ガスＸは、集塵フィルタ１６に導かれる。集塵フィルタ１６では、浄化対象ガスＸに含まれる塵や埃が除去され、光触媒モジュール２０や吸着フィルタ１８の目詰まりが防止される。集塵フィルタ１６を通過した浄化対象ガスＸは、送風機１４を通過して所要の流速となって、分解吸着部１３に送り込まれる。そして、浄化対象ガスＸが光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口に所要の圧力となって導かれる。
【００７４】
ここで、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とは浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置され、かつ浄化対象ガスＸに対する合成圧損が予め設定された閾値内となるようにされているため、送風機１４に消費されるエネルギの増加が抑制される。特に光触媒モジュール２０の圧損と吸着フィルタ１８の圧損とが同等とみなせる範囲内である場合には、送風機１４において消費されるエネルギの消費量は、吸着フィルタ１８のみがガス流路１２上に設けられた場合と同等なエネルギの消費量となる。このため、送風機１４が、吸着フィルタ１８や既設の他の機器のみの圧損に対して設計された既設の送風機１４であったとしても、そのまま用いることができる。
【００７５】
さらに、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の入口に導かれた浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の双方に流れ込む。このとき、光触媒モジュール２０を流れる浄化対象ガスＸと吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸとの流量比が共に少なくとも０．１から０．９の範囲となるように、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の圧損および浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が調整されているため、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８を流れる浄化対象ガスＸは、十分に光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８による効果を得ることができる。
【００７６】
すなわち、吸着フィルタ１８の内部に導かれた浄化対象ガスＸは、吸着フィルタ１８の構造体に担持された吸着剤と接触し、浄化対象ガスＸに含まれる臭気成分等の物質が吸着剤により吸着されて除去される。このため、浄化対象ガスＸは脱臭され、あるいは清浄されて吸着フィルタ１８の出口に放出される。
【００７７】
一方、高圧電源部２１から放電電極１９ａ，１９ｂに電圧が印加される。放電電極１９ａ，１９ｂでは放電が起こり、放電光に含まれる紫外線が光触媒モジュール２０に担持された光触媒に照射される。このため、光触媒は活性化され、光触媒モジュール２０内部に導かれた浄化対象ガスＸは、活性化した光触媒と接触する。そして、浄化対象ガスＸに含まれる臭い物質、有害物質、細菌等の物質が活性化した光触媒の表面に付着すると、光触媒からエネルギが供給され、光触媒の表面に付着した物質は酸化され、分解される。
【００７８】
また、放電電極１９ａ，１９ｂからの放電に伴って放電プラズマが生成され、浄化対象ガスＸ中に含まれる酸素分子Ｏ２は励起および解離し、プラズマ反応の結果オゾンＯ３が生成される。また、同時に放電により発生する紫外光の中で波長が３００ｎｍ以下の短波長成分を酸素分子Ｏ２が吸収することにより励起され、酸素分子Ｏ２のプラズマ反応と同様に反応の結果オゾンＯ３が生成される。オゾンＯ３は浄化対象ガスＸ中に含まれる臭い物質、有害物質、細菌等の物質と衝突し、酸化、分解反応を起こす。
【００７９】
この結果、光触媒モジュール２０内部に導かれた浄化対象ガスＸは、活性化した光触媒とオゾンの酸化分解作用により除菌、脱臭あるいは清浄される。そして、浄化後の浄化対象ガスＸは、オゾンとともに光触媒モジュール２０の出口に放出される。
【００８０】
さらに、吸着フィルタ１８の出口に放出された浄化対象ガスＸと、光触媒モジュール２０の出口に放出された浄化対象ガスＸとは合流し、さらに光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８の下流側においてオゾンの作用により除菌、脱臭あるいは清浄される。そして、浄化対象ガスＸは残留するオゾンとともにオゾン処理フィルタ１５に導かれる。
【００８１】
オゾン処理フィルタ１５内部では、浄化対象ガスＸに含まれる残留オゾンが構造体に担持されたオゾン分解触媒と接触し、浄化対象ガスＸから残留オゾンが分解処理される。そして、オゾン処理フィルタ１５において残留オゾンが除去されて無害化あるいはオゾンの濃度が十分に低減した浄化対象ガスＸは、ガス浄化装置１０内のガス流路１２を経由して閉空間１１に放出される。
【００８２】
さらに、閉空間１１とガス浄化装置１０内のガス流路１２内との間には、浄化対象ガスＸが循環する流れが形成されているため、ガス浄化装置１０において、除菌、脱臭あるいは清浄されて閉空間１１に放出された浄化対象ガスＸは、再びガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれる。そして、同様な光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８による浄化対象ガスＸの除菌、脱臭あるいは清浄等の浄化処理がガス浄化装置１０内のガス流路１２において繰返し施される。
【００８３】
このため、ガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれた浄化対象ガスＸは、光触媒モジュール２０および吸着フィルタ１８のいずれかのみを通過するものの、浄化対象ガスＸの循環により繰返しガス浄化装置１０内のガス流路１２に導かれるため、閉空間１１内の浄化対象ガスＸは徐々に除菌、脱臭あるいは清浄される。つまり、活性化した光触媒とオゾンによる臭気成分や菌類等の除去対象に対する分解効果と、吸着剤による臭気成分等の物質の吸着効果の双方の効果を閉空間１１内の浄化対象ガスＸに対して得ることができる。
【００８４】
以上のような、ガス浄化装置１０によれば、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８とを浄化対象ガスＸの進行方向に対して並列配置した構成であるため、浄化対象ガスＸの圧損の増加を抑制することが可能となり、送風機１４等のガス流路１２上の他の機器に要求される設計性能の増加を抑えることができる。このため、送風機１４等の機器が吸着フィルタ１８の圧損のみを想定して設計された既設のものであっても、そのままあるいはより簡易な修正により用いることができる。
【００８５】
また、この際、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の圧損および浄化対象ガスＸの進行方向に対する断面積が調整されて、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の双方に十分な流量の浄化対象ガスＸを導くことができるため、光触媒とオゾンの作用による浄化対象ガス中の除去対象に対する分解効果と吸着剤による吸着効果とを併用し、より効果的に浄化対象ガスを脱臭、清浄あるいは除菌することができる。
【００８６】
このため、従来、吸着剤のみでは、行なえなかった除菌等の浄化処理を光触媒とオゾンの作用により行うことが可能となるのみならず、臭気成分等の物質の分解処理能力を向上させることができる。また、このような効果により、吸着フィルタ１８に堆積する物質の量を低減させて吸着フィルタ１８の交換等のメンテナンスの労力を低減させることが期待される。
【００８７】
さらに、光触媒モジュール２０は、吸着フィルタ１８の支持体を兼ねているため、吸着フィルタ１８の交換が容易となり、かつ支持体のスペースを浄化対象ガスＸの浄化処理のために有効活用することもできる。また、光触媒モジュール２０と吸着フィルタ１８の勘合形状を従来用いられる既設の吸着フィルタ１８と同等な形状とすれば、従来の吸着フィルタ１８との互換性を持たせることもできる。
【００８８】
他方、光触媒とオゾンの作用により分解が困難ではあるが、吸着剤の吸着効果により容易に吸着して空気から除去することが可能な除去対象が浄化対象ガスＸに含まれる場合には、図５に示す従来のガス浄化装置１では浄化対象ガスＸの浄化処理が不十分となる恐れがあるのに対し、図１に示す本発明のガス浄化装置１０では、吸着剤の作用によりそのような除去対象が浄化対象ガスＸに含まれていても吸着除去することができる。
【００８９】
図４は本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す断面構造図である。
【００９０】
図４に示された、ガス浄化装置１０Ａでは、光触媒反応部１７に誘電体３０を設けた点が図１に示すガス浄化装置１０と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１０と実質的に異ならないため分解吸着部１３の断面構造図のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００９１】
ガス浄化装置１０Ａの分解吸着部１３は、光触媒反応部１７と吸着フィルタ１８とを有し、光触媒反応部１７は、対向する放電電極１９ｃ，１９ｄと光触媒モジュール２０とを備える。
【００９２】
対向する放電電極１９ｃ，１９ｄは例えば光触媒モジュール２０を挟んで浄化対象ガスＸの進行方向に略並行な面に設けられる。一方の放電電極１９ｃは例えば板状構造とされ、他方の放電電極１９ｄは網目状構造とされる。そして、電気力線が密となりより低い電圧が印加されてもより容易に放電することが可能な形状とされる。さらに、放電電極１９ｃ，１９ｄ間の任意の部位、例えば板状構造の放電電極１９ｃの他方の放電電極１９ｄ側に面した部位は誘電体３０で覆われる。
【００９３】
そして、ガス浄化装置１０Ａでは、誘電体３０を介して放電が行なわれる。このため、放電は誘電体バリア放電となり安定したコロナ放電となる。これにより、より高電圧を放電電極１９ｃ，１９ｄ間に印加してもアーク放電に移行することなく、よりエネルギの大きい放電光を安定して発生させることができる。
【００９４】
このため、ガス浄化装置１０Ａでは、図１に示すガス浄化装置１０の効果に加え、より高エネルギの放電光を発生させて、光触媒モジュール２０における浄化対象ガスＸの浄化機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す断面構成図。
【図２】図１に示すガス浄化装置の分解吸着部におけるＡ−Ａ断面の断面図。
【図３】図１に示す光触媒モジュールおよび吸着フィルタの形状および浄化対象ガスに対する圧損の設定方法の一例を説明するモデル図。
【図４】本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す断面構造図。
【図５】従来のガス浄化装置の断面構成図。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１０Ａ ガス浄化装置
１１ 閉空間
１２ ガス流路
１３ 分解吸着部
１４ 送風機
１５ オゾン処理フィルタ
１６ 集塵フィルタ
１７ 光触媒反応部
１８ 吸着フィルタ
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 放電電極
２０ 光触媒モジュール
２１ 高圧電源部
３０ 誘電体
Ｘ 浄化対象ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により前記浄化対象ガスからオゾンを発生させる放電電極と、前記浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタとを備え、前記光触媒モジュールと前記吸着フィルタとを前記浄化対象ガスの進行方向に対して互いに並列配置したことを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
前記光触媒モジュールの前記浄化対象ガスに対する圧損と、前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損とを同等とみなせる範囲内としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項３】
前記光触媒モジュールの前記浄化対象ガスに対する圧損と前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損との合成圧損が予め設定された閾値内となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの入口における前記浄化対象ガスのガス流路を分割し、前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの入口における前記浄化対象ガスの各導入圧力並びに前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する各圧損の少なくとも１つを調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損比を調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項６】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスの進行方向に対する断面積比を調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項７】
前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が０．１から０．９の範囲となるようにしたことを特徴とするガス浄化装置。
【請求項８】
前記光触媒モジュールが前記吸着フィルタの支持体を兼ね、前記吸着フィルタを前記光触媒モジュールに着脱可能としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項９】
前記放電電極による放電を誘電体バリア放電とするための誘電体を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項１０】
前記放電電極による放電により生成されたオゾンを分解するオゾン分解触媒を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項１】
浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に光触媒を担持させた光触媒モジュールと、前記光触媒を活性化するための放電光を生成し、かつ放電により前記浄化対象ガスからオゾンを発生させる放電電極と、前記浄化対象ガスを通過させることが可能な三次元構造の基体に吸着剤を担持させた吸着フィルタとを備え、前記光触媒モジュールと前記吸着フィルタとを前記浄化対象ガスの進行方向に対して互いに並列配置したことを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
前記光触媒モジュールの前記浄化対象ガスに対する圧損と、前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損とを同等とみなせる範囲内としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項３】
前記光触媒モジュールの前記浄化対象ガスに対する圧損と前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損との合成圧損が予め設定された閾値内となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの入口における前記浄化対象ガスのガス流路を分割し、前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの入口における前記浄化対象ガスの各導入圧力並びに前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する各圧損の少なくとも１つを調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスに対する圧損比を調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項６】
前記光触媒モジュールおよび前記吸着フィルタの前記浄化対象ガスの進行方向に対する断面積比を調整することにより前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が所要の範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項７】
前記光触媒モジュールを通過する前記浄化対象ガスと前記吸着フィルタを通過する前記浄化対象ガスとの流量比が０．１から０．９の範囲となるようにしたことを特徴とするガス浄化装置。
【請求項８】
前記光触媒モジュールが前記吸着フィルタの支持体を兼ね、前記吸着フィルタを前記光触媒モジュールに着脱可能としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項９】
前記放電電極による放電を誘電体バリア放電とするための誘電体を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項１０】
前記放電電極による放電により生成されたオゾンを分解するオゾン分解触媒を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２１０８２（Ｐ２００６−２１０８２Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９９５３８（Ｐ２００４−１９９５３８）
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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