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光触媒反応装置
説明

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】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【公開番号】特開2012−192378(P2012−192378A)
【公開日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−59918(P2011−59918)
【出願日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】