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技術 光触媒フィルタ

出願人 株式会社エクォス・リサーチ石原産業株式会社
発明者 安藤正夫村瀬和久酒井雅子
出願日 1998年5月14日 (21年7ヶ月経過) 出願番号 1998-172054
公開日 1999年11月24日 (20年1ヶ月経過) 公開番号 1999-319580
状態 未査定
技術分野 廃ガス処理 吸着による気体の分離 濾過材 触媒による排ガス処理 触媒 触媒
主要キーワード 配合重量割合 すき込み 正六角柱 板状ブレード 形状保持能 被吸着成分 リヤシェルフ 物理吸着作用
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図面 (9)

目的

安価でかつ吸着能力の高い光触媒フィルタを提供する。

構成

活性炭などの物理吸着剤を分散させた通気性のある基体中の表面を酸化チタン等の光触媒の層で被覆した構成の光触媒フィルタである。

概要

背景

空気中の窒素酸化物空気清浄器により除去する対象として従来よりその除去方法が種々検討されている。特に車両用の空気清浄器では、車両の市内走行時やトンネル内走行時に窒素酸化物濃度の高い外気が室内に入り込むので、この窒素酸化物を効率良く除去することが望まれている。そのため、例えば特開平9−206560号公報では、活性炭がNO2の高い吸着性を示す一方でNOの吸着性が低く、光触媒がNOを効率よくNO2に酸化することに着目している。そして活性炭に光触媒を担持させた構成の光触媒フィルタが開示されている。かかる構成の光触媒フィルタによれば、活性炭による空気中のNO2自体の吸着はもとより、NOx(但し、1≦x<2)を光触媒でNO2まで酸化することによりこれも活性炭に効率よく吸着されるようになる。もって、空気中から全ての窒素酸化物を効率よく除去することが可能になる。さらには、空気中の窒素酸化物を除去するフィルタとして活性炭と光触媒をともにすき込んだ紙状のものが知られている(石原産業(株)の製品名:P−STシリーズ)。

概要

安価でかつ吸着能力の高い光触媒フィルタを提供する。

活性炭などの物理吸着剤を分散させた通気性のある基体中の表面を酸化チタン等の光触媒の層で被覆した構成の光触媒フィルタである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

通気性のある材料からなる基体中に分散された物理吸着剤と、前記基体の素材表面上に形成される光触媒の層と、を備えてなる光触媒フィルタ

請求項2

前記物理吸着剤は活性炭であり、該活性炭は前記基体中において該基体の形状が保持できる最大量まで配合され、前記光触媒は酸化チタンからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の光触媒フィルタ。

請求項3

前記基体は抄紙能のある材料を抄紙してなるシートハニカム状に形成したものである、ことを特徴とする請求項2に記載の光触媒フィルタ。

請求項4

紙状の基体シートと、該基体シートにすき込まれた物理吸着剤と、前記基体シートを空気通過可能に被覆する光触媒の層と、を備えてなる光触媒フィルタ。

請求項5

NO2を吸着する吸着剤をその内部において空気に接触可能に保持する基体と、該基体の表面に形成されたNOをNO2に酸化する光触媒の層と、を備えてなる光触媒フィルタ。

請求項6

物理吸着剤をすき込みながら紙状の基体シートを形成するステップと、該基体シートの表面に光触媒の層を形成するステップと、を含んでいる光触媒フィルタの製造方法。

請求項7

前記基体シートをハニカム状に加工するステップが更に含まれる、ことを特徴とする請求項6に記載の光触媒フィルタの製造方法。

請求項8

通気性のある材料で形成された基体中に分散された物理吸着剤と、前記基体の表面上に形成される光触媒の層と、該光触媒の層に光を照射する光源と、を備えてなる空気清浄器

請求項9

前記物理吸着剤は活性炭であり、該活性炭は前記基体中において該基体の形状が保持できる最大量まで配合され、前記光触媒は酸化チタンからなる、ことを特徴とする請求項8に記載の空気清浄器。

請求項10

前記基体は抄紙能のある材料を抄紙してなるシートをハニカム状に形成したものである、ことを特徴とする請求項9に記載の空気清浄器。

請求項11

活性炭素繊維からなる基体シートと、該基体シートの表面に形成された光触媒の層と、を備えてなる光触媒フィルタ。

技術分野

(200) 請求項4〜5及び上記(21)〜(57)のいずれかに記載の光触媒フィルタを備えた空気清浄器

背景技術

0001

この発明は光触媒フィルタに関する。この発明の光触媒フィルタは車両用の空気清浄器に搭載され、空気中の窒素酸化物を除去するのに好適である。

発明が解決しようとする課題

0002

空気中の窒素酸化物は空気清浄器により除去する対象として従来よりその除去方法が種々検討されている。特に車両用の空気清浄器では、車両の市内走行時やトンネル内走行時に窒素酸化物濃度の高い外気が室内に入り込むので、この窒素酸化物を効率良く除去することが望まれている。そのため、例えば特開平9−206560号公報では、活性炭がNO2の高い吸着性を示す一方でNOの吸着性が低く、光触媒がNOを効率よくNO2に酸化することに着目している。そして活性炭に光触媒を担持させた構成の光触媒フィルタが開示されている。かかる構成の光触媒フィルタによれば、活性炭による空気中のNO2自体の吸着はもとより、NOx(但し、1≦x<2)を光触媒でNO2まで酸化することによりこれも活性炭に効率よく吸着されるようになる。もって、空気中から全ての窒素酸化物を効率よく除去することが可能になる。さらには、空気中の窒素酸化物を除去するフィルタとして活性炭と光触媒をともにすき込んだ紙状のものが知られている(石原産業(株)の製品名:P−STシリーズ)。

0003

本発明者らは上記活性炭に光触媒を担持させたフィルタや活性炭と光触媒とをともにすき込んだ紙状のフィルタについて検討を重ねたところ、次の課題に気が付いた。即ち、両者ともに配合された光触媒の全部がその機能を有効に発揮していない。これは活性炭が光を吸収するのでフィルタ内部に存在する光触媒まで充分な光(紫外線)が到達しないためと考えられる。従って、空気中のNOを充分に酸化して活性炭に吸着されやすいNO2にするには、有効に働く光触媒を十分に確保するため大容量のフィルタが必要であった。よって、光触媒フィルタの製造コストが嵩むこととなった。

0004

また、後者のフィルタ、即ち活性炭と光触媒とをともにすき込んだ紙状のフィルタには更に次の課題があった。即ち、紙を形成する材料に依存してそこにすき込める添加物の総量が制限されるので、光触媒を紙に添加することにより活性炭の添加量が少なくなる。この活性炭こそが結果的に窒素酸化物を吸着する吸着剤となるので、活性炭の総量が少なくなるとフィルタとしての能力を大きくできない。従って、上記と同様に、空気中の窒素酸化物を充分に吸着するには大容量のフィルタが必要になり、フィルタの製造コストを増大させることとなった。

課題を解決するための手段

0005

昨今、コンパクト車両ボディが要求されるなかで、車両用空気清浄器にも当然コンパクト化の要求が強い。従って、大容量の光触媒フィルタはこの要求を満足できない。

0006

この発明は上記課題の少なくとも一つを解決しようとしてなされた。そしてその構成は次の通りである。通気性のある材料からなる基体中に分散された物理吸着剤と、前記基体の表面上に形成される光触媒の層と、を備えてなる光触媒フィルタ。

発明を実施するための最良の形態

0007

このように構成された光触媒フィルタによれば、基体の表面上に形成された光触媒の層において、例えばNOをNO2にまで酸化するという、光触媒作用が奏される。このとき光触媒が基体の表面土にあるので、外部の光源から照射される光はその実質的に全部が光触媒に到達し、これを活性化するために利用される。一方、基体中に分散された物理吸着剤は該基体が通気性を有するため、基体中の内部に分散されていてもその物理吸着作用を発揮して空気中の被吸着成分を吸着するとともに触媒作用を受けた成分、上記の例ではNO2、を吸着する。ここに、基体中の添加物を当該物理吸着剤のみとした場合、基体に要求される強度や形状保持能等の特性を維持した上で、基体中における物理吸着剤の総量を最大とすることができる。よって、小さな容量で大きな除去機能を発揮できることとなり、特にコンパクト化の要求される車両用の空気清浄器に用いられる光触媒フィルタとして好適なものとなる。

0008

基体は通気性のある材料で形成されれば特に限定されない。車両用の空気清浄器に用いられる光触媒フィルタにおいては、空気を流通させるときの圧損を考慮して、紙状、布状、不織布状等のシート状のものを用いることができる。軽量、安価及び/又は加工容易性見地から、特に紙状のものが好ましい。紙状の基体を形成するときの材料としては、通常のパルプが用いられるが抄紙能を有すれば他の材料、例えば合成繊維ガラス繊維などを用いることができる。また、活性炭素繊維を用いることもできる。これらの材料繊維は一種類若しくは混合して用いられる。

0009

空気清浄器の内部に取り付けられるときには、その表面積をできる限り大きくするために、基体をハニカム状とすることが好ましい。また、シート状の基体を折り曲げプリーツ状とすることもできる。ここにハニカム状とは、正六角柱の空洞が連続して開口する狭義のハニカムに限定されるものではなく、波形中芯フラットライナーとからなる段ボールのようなものも含まれる(図8参照)。更には、三角柱四角柱、五角柱等の多角柱若しくは円柱の空洞を連続して開口させたものもハニカム状に含まれる。

0010

シート状の基体によりこのようなハニカム状の形状を維持するためには、基体に当該形状を保持できる形状保持能(いわゆるの強さ)が要求される。この発明の基体には物理吸着剤が添加配合されるので、その配合量如何によっては、当該形状保持能が減殺される場合がある。本発明者らの検討によれば、物理吸着剤として活性炭の微粉末平均粒径:10μm)を用いたとき、パルプを抄紙してなる基体シート中の活性炭の配合量は5〜50w%とすることが好ましい。この上限が形状保持能を維持できる最大量と考えられる。この下限より活性炭の配合量が小さいとフィルタの吸着能力が充分でなくなる。さらに好ましくは40〜50w%である。

0011

上記物理吸着剤の他に基体中には有機質または無機質バインダその他の助剤及び添加材を添加できることは勿論である。更には、酸化チタン等の光触媒をこの基体中に添加することを何ら妨げるものではない。本発明者らの検討によれば、酸化チタンを紙製シート状の基体に添加するときその配合量は5〜20w%とすることが好ましい。これにより、物理吸着剤の総量をできる限り多くしつつ基体の内部においても光触媒作用を行わせることができる。

0012

物理吸着剤には活性炭、活性アルミナシリカゲル合成ゼオライトその他の微細孔を有する物質が用いられる。活性炭については繊維状のものもある。勿論、これらの複数種類を用いることができる。物理吸着剤の配合量は基体の特性(形状保持能等)を維持できる範囲とする。物理吸着剤は基体中で均一に分散されることが好ましい。紙製シート状の基体では、物理吸着剤をそこに均一に分散させるため、物理吸着剤を水に分散させた状態で湿式抄紙を実行して基体を形成する。

0013

光触媒として、半導体酸化物が広く知られており、中でも、酸化力の強さ、低価格、無毒性等の理由から酸化チタン(TiO2)を好適に利用できる。その他、Cu、Zn、La、Mo、V、Sr、Ba、Ce、Sn、Fe、W、Mg又はAlの各酸化物やSrTiO3、CdSなどを光触媒として用いることができる。

0014

光触媒は単独で使用してもよく、また、貴金属触媒等の光触媒反応を促進する補助触媒とともに複合触媒として用いることもできる。貴金属触媒としては、例えばパラジウムが挙げられる。NOxを分解する見地からは、酸化チタン−パラジウム複合触媒が好ましい。この場合のパラジウムの配合重量割合は0.2〜1.5重量%とすることが好ましく、更に好ましくは0.25〜1.0重量%である。なお、酸化チタンにはアナターゼ型粒径が小さく、比表面積の大きいタイプを使用することが好ましい。

0015

このような光触媒の層を基体の表面に形成する。基体において光触媒を活性化する光源に対向する表面、換言すれば光源からの光が直接照射される部分に光触媒の層は形成されればよい。光触媒の層の厚さは特に限定されないが、本発明者らの検討によれば、酸化チタンの場合、10〜100μmとすることが好ましい。さらに好ましくは30〜80μm、更に更に好ましくは50〜60μmである。基体の全面を光触媒の層で被覆する場合は、当該光触媒の層に通気性が要求されることはいうまでもない。光触媒の層を形成するには、スプレー塗布ディッピング等の周知の方法を用いることができる。

0016

図1は上記の構成の光触媒フィルタ1の基体シートの断面を図示したものである。この光触媒フィルタ1は通気性のある紙製の基体3とその光照射面に形成された光触媒の層5から構成される。基体3の中には物理吸着剤がすき込まれている。図2は上記基体3と上記光触媒層5との間に第3の層7を介在させた光触媒フィルタ6の基体シートの断面を示す。この第3の層7は基体3及び光触媒層5のそれぞれの機能を阻害しない材料で形成される。かかる第3の層7の材料として、ガラス繊維等を挙げられる。図1及び図2において、光触媒の層は紫外線照射面を考慮して基体の両面に形成しても良い。この基体をハニカム状に加工して光触媒フィルタとする。図3は通気性のある材料からなる基体シート8をハニカム状に加工し、その光照射面のみに光触媒層9が形成された構成の光触媒フィルタを示す。基体シート8には物理吸着剤が分散されている。

0017

図4は物理吸着剤として活性炭及び光触媒としての酸化チタンの特性を示すグラフ図である。図4の各データは次のようにして得られた。各試料粉末エタノールに溶解し、これを乾燥させてシャーレ底に固定した。データ12、22は試料として酸化チタンのみを用いた。データ13、23は1.0gの酸化チタンと0.2gの活性炭とを混合したものである。データ14、24は1.0gの酸化チタンと0.5gの活性炭とを混合したものである。データ11、21(紫外線オフ)はデータ12と22と同じ試料を用いている。また、データ15、25は酸化チタン1.0gを上記と同様調整したものの隣に活性炭繊維フェルト1.7gを置いたものである。

0018

このように調製した試料を144リットル密閉した容器(温度:室温、湿度相対湿度約40%)に入れる。そして、一酸化窒素(NO)ガスを容器内へ注入し、その後NOの濃度が約0.6ppmで安定するように調整する。なお、このとき二酸化窒素(NO2)はNOの自然酸化により生成される。その後、容器内のファンを駆動して容器内の空気を撹拌するとともに陰極管ライト点灯して光触媒に紫外線を照射する。このときのNOとNO2の濃度変化を測定し、図4のグラフを得た。

0019

図4において、データ11〜15はNOの濃度変化を表す。また、データ21〜25はNO2の濃度変化を表す。図4の結果から、次のことが確認できる。データ12、22の結果から、紫外線の照射の下で酸化チタンによりNOはNO2に酸化されること及び酸化チタンはNOとNO2を殆ど吸着しないことがわかる。データ11、21の結果から、活性炭はNOを殆ど吸着しないことがわかる。データ13、14から活性炭の配合割合が大きくなると、光触媒によるNOの酸化能力が低下することがわかる。データ15、25より活性炭素繊維製のフェルトを酸化チタンと空間的に離して置いたものは空気中よりNO及びNO2を効率よく除去できることがわかる。

0020

次に、上で説明した光触媒フィルタを備えることのできる車載用の空気清浄器210について説明する。図5は、この空気清浄器210の構成を示している。図6は、図5に示す空気清浄器210のA−A断面図である。図7は空気清浄器210の車輌搭載位置を示している。図7に示すように、空気清浄器210は、車輌300の車室300Aとトランクルーム302とを隔成しているリヤシェルフ304上に載置されている。

0021

空気清浄器210は、筐体220と、この筐体220に内包されたファン240と、ファン240と筐体220との間に設けられた集塵フィルタ224と、第1及び第2の光触媒フィルタ231、232と、該光触媒フィルタ231と232との間に設けられた紫外線ランプ226、226とを備えている。

0022

筐体220には、空気清浄器210の外部の空気を吸入するスリット状の吸入口222と、吸入された空気を装置210の外部に排出する排出口である吹き出し口234とが設けられている。筐体220の内部には、吸入口222から空気を吸入し、かつ、吸入された空気を吹き出し口234から排出するための、図示しないモータにより駆動される送風機であるファン240が設けられている。

0023

吸入口222と吹き出し口234との間の吹き出し口234近傍には、吸入された空気を清浄するために、第1の光触媒フィルタ231が吹き出し口234に対向させた状態で設けられている。その下側に第2の光触媒フィルタ232が設けられる。これら2つの光触媒フィルタ231、232の間に2本の紫外線ランプ226、226が設けられ、第1の光触媒フィルタ231の下面及び第2の光触媒フィルタ232の上面に紫外線が照射される。これによりそれぞれの光触媒が活性化される。各光触媒フィルタ231、232には図8に示したハニカム状のものが適用されている。このハニカムの基体は40w%の活性炭をすき込んだ紙からなり、その基体全表面に酸化チタン層が形成されている。

0024

吸入口222と第1及び第2の光触媒フィルタ231、232との間には集塵フィルタ224が設けられている。なお、ファン240の取付位置は特に限定されるものではないが、集塵フィルタ224による集塵効果を高めるために、該フィルタ224近傍に設けられている。

0025

図6に示すように、吹き出し口234には、複数の傾斜した板状ブレード234aが形成されており、該ブレード234aの間に設けられたスリット234bを介して浄化された空気が排出される。

0026

なお、図5では空気清浄器210を吸入口222と吹き出し口234とが上面となるように載置した状態で説明しているが、本装置は、このような使用形態に限定されることなく、例えば、吸入口222を側面とし、吹き出し口234が上方となるように載置して使用することも可能である。

0027

引き続き、この車載用空気清浄器210の動作について説明する。空気清浄器210の動作中は、紫外線ランプ226が点灯されると共に、ファン240が回動される。該ファン240の回動により、吸入口222から車内の空気が取り入れられ、集塵フィルタ224にて空気中の粉塵、例えば花粉等が吸着されてから、第2、第1の光触媒フィルタ232、231側へ送られる

0028

この光触媒フィルタ232、231では、空気中のにおい成分は、基体中の物理吸着剤で吸着除去され、あるいは、光を受けた光触媒で分解される。特に窒素酸化物についていえば、空気中のNO2は気体中の物理吸着剤で吸着除去され、空気中のNOは光触媒でNO2まで酸化され、かかるNO2の状態で物理吸着剤に吸着される。よって、空気中の全ての窒素酸化物を吸着除去できる。更には、光触媒に所定の条件で光を供給することにより物理吸着剤が再生されるので、その吸着性能が長期間に渡って維持される。該第2、第1の光触媒フィルタ232、231にて浄化された空気は、吹き出し口234から再び車内へ放出される。

0029

以上、光触媒フィルタを車両用の空気清浄器に用いた例を説明してきたが、この発明の光触媒フィルタを室内用の空気清浄器に使用することも勿論可能である。

0030

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

0031

以下、次の事項を開示する。
(21) 前記物理吸着剤はゼオライトである、ことを特徴とする請求項1に記載の光触媒フィルタ。
(22) 前記物理吸着剤は活性炭の粒子であり、前記基体中に5〜50w%配合される、ことを特徴とする請求項1に記載の光触媒フィルタ。
(23) 前記物理吸着剤は活性炭素繊維である、ことを特徴とする請求項1に記載の光触媒フィルタ。
(24) 前記基体中に光触媒が分散されている、ことを特徴とする請求項1〜3及び(21)〜(23)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。
(25) 前記基体と前記光触媒の層との間に第3の層が介在される、ことを特徴とする請求項1〜3及び(21)〜(24)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。

0032

(41) 前記物理吸着剤は活性炭であり、該活性炭は前記基体シート中において該基体の形状が保持できる最大量まで配合され、前記光触媒は酸化チタンからなる、ことを特徴とする請求項4に記載の光触媒フィルタ。
(42) 前記物理吸着剤はゼオライトである、ことを特徴とする請求項4に記載の光触媒フィルタ。
(42) 前記物理吸着剤は活性炭の粒子であり、前記基体中に5〜50w%配合される、ことを特徴とする請求項4に記載の光触媒フィルタ。
(43) 前記物理吸着剤は活性炭素繊維である、ことを特徴とする請求項4に記載の光触媒フィルタ。
(44) 前記基体シート中に光触媒が分散されている、ことを特徴とする請求項4及び(41)〜(43)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。
(45) 前記基体シートと前記光触媒の層との間に第3の層が介在される、ことを特徴とする請求項4及び(41)〜(44)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。

0033

(51) 前記吸着剤は活性炭であり、該活性炭は前記基体中において該基体の形状が保持できる最大量まで配合され、前記光触媒は酸化チタンからなる、ことを特徴とする請求項5に記載の光触媒フィルタ。
(52) 前記基体は抄紙能のある材料を抄紙してなるシートをハニカム状に形成したものである、ことを特徴とする請求項5に記載の光触媒フィルタ。
(53) 前記吸着剤はゼオライトである、ことを特徴とする請求項5に記載の光触媒フィルタ。
(54) 前記吸着剤は活性炭の粒子であり、前記基体中に5〜50w%配合される、ことを特徴とする請求項5に記載の光触媒フィルタ。
(55) 前記吸着剤は活性炭素繊維である、ことを特徴とする請求項5に記載の光触媒フィルタ。
(56) 前記基体シート中に光触媒が分散されている、ことを特徴とする請求項5及び(51)〜(55)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。
(57) 前記基体シートと前記光触媒の層との間に第3の層が介在される、ことを特徴とする請求項5及び(51)〜(56)のいずれかに記載の光触媒フィルタ。

0034

(61)光触媒の層はスプレー等の塗布若しくはディッピングにより基体の表面に形成される、ことを特徴とする請求項6に記載の光触媒フィルタの製造方法。

0035

(81) 前記物理吸着剤はゼオライトである、ことを特徴とする請求項8に記載の空気清浄器。
(82) 前記物理吸着剤は活性炭の粒子であり、前記基体中に5〜50w%配合される、ことを特徴とする請求項8に記載の空気清浄器。
(83) 前記物理吸着剤は活性炭素繊維である、ことを特徴とする請求項8に記載の空気清浄器。
(84) 前記基体中に光触媒が分散されている、ことを特徴とする請求項8〜10及び(81)〜(83)のいずれかに記載の空気清浄器。
(85) 前記基体と前記光触媒の層との間に第3の層が介在される、ことを特徴とする請求項8〜10及び(81)〜(84)のいずれかに記載の空気清浄器。

図面の簡単な説明

0036

(111) 前記光触媒は酸化チタンからなる、ことを特徴とする請求項11に記載の光触媒フィルタ。

--

0037

図1図1はこの発明の一の形態の光触媒フィルタの基体シートの構成を示す断面図である。
図2図2はこの発明の他の形態の光触媒フィルタの基体シートの構成を示す断面図である。
図3図3はこの発明の一の形態の光触媒フィルタの構成を示す。
図4図4は活性炭と光触媒の特性を示すグラフ図である。
図5図5はこの発明の光触媒フィルタを備える車載用空気清浄器の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
図6図6図5のA−A線断面図である。
図7図7は空気清浄器の搭載位置を示す模式図である。
図8図8はハニカム状とされた光触媒フィルタを示す斜視図である。

0038

1、6、231、232光触媒フィルタ
3基体
5光触媒の層
210空気清浄器
226 紫外線ランプ

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