光触媒式ガス浄化装置

【目的】光触媒を使ったガス中の有害成分の分解浄化装置において、厚みのある触媒担体層の内部まで光を均等に届かせ、しかも触媒層の中のガスの流れも均一化させることにより、光触媒を使った性能のよいガス中の有害成分の分解浄化装置を実現する
【構成】光触媒を担持したガスが通過できる触媒担体１のガス流れ方向上流側または下流側または両側に直管状の紫外線放電灯２を配置する。その放電灯の反射板として小さい孔が多数開いたいわゆるパンチングメタルよりなる２次元放物面鏡３が、その放物面の焦点線上に放電灯が配置されるように設置されている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気中に放出された有害物質などを化学分解して、無害化する光触媒を利用したガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学合成接着剤などの化学物質を利用した建築材料から空気中に出てくるアルデヒド類などの有害物質や大気汚染物質を除去するため、従来は活性炭などの吸着剤が利用されていた。吸着剤は一定量の物質を吸着するとそれ以上を吸着しなくなるので、吸着剤の交換または吸着剤の再生をしなければならない。再生の場合は吸着されていた有害物質がまた放出されるのでその処理を考えなければならない。
【０００３】近年、酸化チタンなどの物質に紫外線を照射すると、酸化チタンが励起され、強力な酸化作用を持つようになることが知られ、光触媒作用として、これを空気中の有害物質や匂い物質の分解浄化装置として利用することが試みられている。この方法では、吸着剤のような一定量の吸着で吸着剤を交換しなければならないなどの問題がなく、その開発に大きな期待が寄せられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし光触媒で十分な分解作用を行わせるためには、触媒と有害物質との接触を十分に行わせなければならないので、触媒層はガスとの接触面積が大きく、つまり触媒担体を密にし、触媒層流れ方向の奥行き厚さも厚くしなければならない。触媒担体が密で、触媒層の流れ方向の奥行き厚さも厚いと触媒層の内部まで紫外線を均等に照射することは難しいという問題がある。またガスの流速を低くして、十分な接触時間を持たせるためには流れを均一化しなければならないという問題もある。
【０００５】図１，２，３は光触媒担体内部の面までに一様に光を照射することの難しさを示す説明図で、図１（ａ）は直管状ランプをハニカム状の触媒担体の前または後ろに設置した斜視図で、１はハニカム状の触媒担体、２は直管状の紫外線放電灯である。（ｂ）はランプを触媒担体に接近させておいた場合の、ハニカム内への光の到達深さを模式的に示したもので、ハニカムの中央部では光は内部まで届くが、端の方はほとんど光がハニカム内部には到達できないことを示している。（ｃ）はランプをハニカムから離して置いた場合で、ハニカムの端の部分でも多少光が内部に入るようになるが、光の照射強度がランプを離した分、低くなってしまう。図２（ａ）は光が有効に触媒担体に当たるようにハニカムを２分してランプの両側に設置した場合で、同図（ｂ）に示すようにハニカムが薄い分、光の透過が良くなっているがハニカムの端の方は透過が十分ではなく、コストもかさむ。図３（ａ）は触媒担体にランプを挿入する切込みを持たせ、触媒担体を板状のものにしたものの斜視図で、同図（ｂ）に示すように光は有効に触媒に当たるが、ガスの流れと触媒の接触がガスの通過場所により異なるので、性能が悪くなる。触媒面に沿ってランプを多数並べるなどの方法も考えられるが、それではコストがかさみ、また電力消費も大きくなるという問題もある。ランプからの光を反射板を用いて光触媒面に均一に照射させることも考えられるが、その場合は、反射板がガスの流れを乱して、均一な流れが得られ難い。流速の速いところでは有害物質が分解されずに出てくる可能性があり、浄化機能が損なわれるという問題が生ずる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は光触媒の機能を十分に生かすため、触媒担体のガス流れ方向の奥行き内部まで光を比較的均等に照射でき、しかもガスの流れも均一化する構造を提供するものである。その手段は、触媒担体のガス流れ方向の上流側または下流側に直管状の紫外線ランプを設置し、そのランプからの放射光が無駄なく触媒面に照射されるように、反射板を設置する。しかも触媒担体層の内部まで光が均等に到達するようにハニカム状の触媒担体を用いて、ハニカムの個室の軸方向にほぼ平行な光が照射されるように、反射板は２次元放物面とし、その放物面の焦点線上にランプを設置する。ランプが完全な点光源又は線光源ならば、放物面鏡で完全な平行光線が得られるが、ランプはある直径の太さがあるので光は平行光線に近いが、いくらかの広がり角度を有している。この広がり角があるために、光軸に平行なハニカム内壁にも光が当たることになる。反射板はガスの流れを阻害することになるが、反射板に小さい孔を均等に開けると、逆にガスの流れを均等化させる整流板の働きをさせることができる。
【０００７】厚みのある触媒担体層の内部まで光を均等に届かせ、しかも触媒層の中のガスの流れも均一化させるという目的をランプの必要数も少なく、穴明きシートメタルによる２次元放物面鏡という加工の容易な、つまり低コストで少数の部品点数で実現した。
【０００８】
【実施例】図４は本発明の１実施例のハニカム状の光触媒担体と紫外線発光の放電灯とその反射板とを示す一部破断斜視図であって、図５はその断面図である。図６は本発明の光触媒式ガス浄化装置の１実施例の全体縦断面図である。図４において、ハニカム状の触媒担体１に、紫外線を照射する直管状の放電灯２の反射板３が、図４R>４、図５に示すような関係位置に設置されている。３の反射板はその断面が図５に示されているように放物線となるように、多数の小孔４が一様に開いた金属の板を曲げて、内面を紫外線が鏡面反射するようにした樋状の放物面鏡であり、その断面放物線の焦点を連ねた焦点線上に放電灯２は設置されている。放電灯２から放射された紫外線は反射板３で反射されて、６ａ〜６ｄの矢印線で示すように、７で示す中心線にほぼ平行した光軸を持った光線になる。光源の放電灯にはある太さがあるので、そのような光源からの光線は図５において角度αで示すように、いくらかの広がり角を持っている。そのため光軸に平行なハニカム側壁に光が薄い照射角度ではあるが照射されることになる。
【０００９】図７は図５の断面とは９０°向きの異なる断面である、ランプ長手方向の断面を示したもので、８の矢印群はランプからの放射光の向きと光線強度の一般的関係を示したものである。ランプ長手方向の断面で見るとランプからの放射はランプ直角方向に最も強いが、光線広がり角度は１８０°あり、ハニカム側壁に光線は捕えられ、ハニカム深部に到達する光量は非常に少なくなると考えられる。そこでランプ長手方向ハニカム断面は図７に示すように目が粗く、ランプ直角方向のハニカム断面は図５に示すように目の細かい、図４の斜視図に示すような形状にすると、ハニカム深部まで到達する光量が多くなり、ハニカム側壁に照射される光量がハニカム深部までほぼ一様になるようにすることができる。
【００１０】前記のような縦横比の異なるハニカムを作る方法の一例を示したものが図８である。９ａ〜９ｄで示す平板状の紙と１０ａ〜１０ｃで示す型折紙を接着して重ね合わせると、図４に示すような縦横比の異なるハニカムを容易に作ることができる。プラスチックやセラミックなど他の素材でハニカムを作るときも類似の方法で作ることができる。
【００１１】光触媒式ガス浄化装置の全体構成は、図６にその１実施例を示すように、ガス流入口１１と、ガス流出口１２を有する筒状の容器５の中に光触媒担体と、該光触媒担体に紫外線を照射する放電灯、多数の小孔の開いた反射板など二組を設置したもので、よい性能を得るためには、光触媒担体内部を流れるガス流は緩やかな一様流速、例えば１メートル／秒以下の流速がよいとされる。１１，１２のガス流入、流出口にはダクトが接続し易いように円筒形状のダクト接続口が設けられている。１例として１辺３００ｍｍの正方形断面を持ったハニカム状光触媒担体内の平均風速を０．８ｍ／ｓｅｃ，１１，１２のガス流入、流出口内の流速を４ｍ／ｓｅｃとするには円筒形状のダクト接続口の内径は約１５０ｍｍになる。反射板３ａ，３ｂの小孔通る流速も４ｍ／ｓｅｃの程度とすると孔面積は反射板の投影面積３００ｍｍ×３００ｍｍの約５／１でよいことになり、図９に一例を示す孔配列と相似な程度の穴明き板により反射板を構成すればよい。孔のために光線が反射せずに失われる割合は約２０％の程度で、８０％は有効に反射される。
【００１２】図６にはガスを送風する送風機は図示していないが、１１，１２の接続口に送風機は接続してもよいし、１１，１２に接続したダクトに送風機を設けてもよい。また図６の５で示す筒状容器の中に送風機を配置することもできる。図６の１４はガスの中の塵埃を除去するフィルターを設置した場合を示したものである。
【００１３】図５において１３ａ，１３ｂは光線の反射板であり、これがない場合には同図１４の矢印線で示すようなハニカムに斜めに当たる光線がハニカムの内部には入らず、端部だけを照射することになるので、あまり有効ではない。そこでランプからハニカムに直接斜めに放射される光線は生じないように、ランプのハニカムに向き合っている側にランプと同心の円弧面の反射板にて光源に反射させて戻し、放物面の反射鏡に向かう光線のみ発生するようにして、ハニカムの深部まで一様に光線を到達させるようにするものである。ただし放物面鏡３からの反射光がこの１３ａ，１３ｂの反射板によってハニカムの中央部に陰になる部分が生じるのでその部分にランプからの直接光が届くように、１３ａと１３ｂの反射板の間にスリットを設けている。このようにすることにより光線をより無駄なく、ハニカム内面にもより均一に照射させることができる。しかしこの１３ａと１３ｂの反射板は光触媒機能を働かせるために必ず必要というものではなく、より機能を高めるためのものである。
【００１４】図１０，図１１は変形例を示したもので、図１０は触媒担体の両側から紫外線を照射するようにランプを両側に設置した例であり、図１１は２個のランプ並べて触媒担体に紫外線照射をするようにしたものである。図１０，図１１を組み合わせた両側にランプを２個ずつ配置したものや、触媒担体をガスの流れ方向に多段に配置するなどさまざまな変形が考えあられるのは勿論である。また反射板は金属版で作る以外にプラスチックやガラスなど他の素材を用いることも可能である。触媒担体の素材も同様に紙以外にセラミックスやプラスチックまたは無機質繊維の不織布などさまざまなものが考えられる。光触媒は現在は酸化チタンが最も有力であるが、シリカゲルやゼオライトなど吸着剤と併用することも考えられる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光触媒式ガス浄化装置は１本の放電灯でハニカム状触媒担体の中央部から端の方のハニカム内面まで紫外線照射が可能で、しかも２次元放物面鏡は板金を曲げて容易に製造できるという利点もある。さらに反射板はガスの流れを整流する作用も兼ねるものでコストの点でも優れている。建材からの有害ガスの放出などの問題に有力な解決策を与えるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
【図２】
【図３】発明が解決しようとする課題である触媒担体内部に光を照射することの難しさを説明するための図
【図１】（ａ）触媒担体にランプを配置した斜視図である。
【図１】（ｂ）ランプが触媒担体に近い場合のハニカム内への光の届き方を示す図である。
【図１】（ｃ）ランプが触媒担体から離れている場合のハニカム内への光の届き方を示す図である。
【図２】（ａ）触媒担体ハニカムを２分した場合の斜視図である。
【図２】（ｂ）触媒担体ハニカムを２分した場合のハニカム内への光の届き方を示す図である。
【図３】（ａ）触媒担体をランプ挿入に切り欠きを有する板状のものにした場合の斜視図である。
【図３】（ｂ）触媒担体をランプ挿入に切り欠きを有する板状のものにした場合の担体内への光の届き方を示す図である。
【図４】本発明の１実施例のハニカム状の光触媒担体と紫外線発光の放電灯とその反射板とを示す一部破断斜視図
【図５】図４のランプに直角な方向の断面図
【図６】本発明の１実施例の光触媒式ガス浄化装置の全体構成の断面図
【図７】図４のランプ長手方向の断面図
【図８】図４に示す縦横比の異なるハニカムの作り方の１例を示す図である。
【図９】本発明の１実施例の反射板のガス通気孔の割合の１例を示す図である。
【図１０】本発明の１変形例の断面図である。
【図１１】本発明の別な変形例の断面図である。
【記号の説明】
１光触媒担体
２紫外線放電灯
３放物面反射鏡
４放物面反射鏡の通気孔
５装置外箱
６ａ〜６ｄ反射光線を示す矢印線
７反射板からの反射光に平行なランプを通る中心線
８ランプの長手方向断面内の放射の方向と放射強度の関係を示す矢印線
９ａ〜９ｄ縦横比の異なるハニカムを作る方法の１例の型折紙の断面
１０ａ〜１０ｄ縦横比の異なるハニカムを作る方法の１例の平紙の断面
１１ガス流入口
１２ガス流出口
１３ａ，１３ｂ反射板
１４塵埃フィルター

【特許請求の範囲】
【請求項１】ガスの流入開口と流出開口を有する筒状の容器の中に、ガスが通過できる構造になっている光触媒担体に紫外線を照射する放電灯と、放電灯からの光を触媒担体に当たるように装着した反射体を有し、前記流入開口から流入したガスが触媒担体を通過して、前記流出開口から出る間に、ガス中の有害成分を光触媒の酸化、還元作用により分解浄化する作用を有するガス浄化装置において、触媒担体に対するガス流の上流側および下流側、またはいずれか一方に設置した直管状の放電灯と、該放電灯からの放射光に平行に配置した穴が開いている樋状反射板を備え、流入したガスが前記穴を通過して流れることにより、前記触媒担体を通過するガス流の流速分布が均等化されることを特徴とする光触媒式ガス浄化装置。
【請求項２】前記穴の開いている樋状の反射板の形状が多数の小孔が開いた２次元の放物面に近い形状であり、該放物面のほぼ焦点線上に前記直管状の放電灯が設置されていることを特徴とする請求項１に記載する光触媒式ガス浄化装置。
【請求項３】前記直管状の放電灯の前記触媒担体に面している側に、放電灯からの直射光が前記触媒担体に斜め方向に直接当たらないように、前記直管状放電灯の触媒担体に面する側に樋状の反射板をせっちしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載する光触媒式ガス浄化装置。
【請求項４】前記触媒担体が前記直管状放電灯の管軸に平行な方向の面は蜜に、前記放電灯の管軸に直角な面は疎に配置されているハニカム形状であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載する光触媒式ガス浄化装置。

【図１】