JP3809101B2 - 空気清浄化ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気清浄化ユニットに係り、特に、空気中に含まれる細菌、悪臭成分、有害ガスを除去することのできる、光触媒を用いた空気清浄化ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
悪臭や有害ガスの成分として、代表的なものには、アンモニア・アミン類・インドール・スカトール等の窒素化合物、硫化水素・メチルメルカプタン・硫化メチル・二硫化メチル・二硫化ジメチル等の硫黄化合物、ホルムアルデヒド・アセトアルデヒド等のアルデヒド類、アセトン等のケトン類、メタノール・エタノール等のアルコール類、等がある。
【０００３】
従来、このような悪臭や有害ガスを除去する方法としては、活性炭やゼオライト等の吸着剤によりこれらを吸着する方法が主流であったが、近年、光触媒を用いてこれら有害ガス等を無害物質である水と二酸化炭素へ分解する方法が提供されてきている。たとえば、空気清浄機や脱臭機の技術として特開平０９−０８５０５０号公報、特開２００１−９２４０号公報等が開示されている。
【０００４】
しかし、建材や塗装剤の防腐に用いられる代表的な有害物質であるホルムアルデヒドを厚生労働省の指針値０．０８ｐｐｍ以下まで短時間にて分解する性能を持った空気清浄化ユニットおよび空気清浄機が存在しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決し、空気中の悪臭成分や揮発性有機物質を安全な濃度領域まで短時間にて分解することのできる、光触媒を用いた空気清浄化ユニット、およびこれを用いた空気清浄化システムならびに空気清浄化装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願において特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は以下のとおりである。
（１）被処理空気が導入される空気導入部と、導入された被処理空気が浄化処理され排出される筒状の反応器と、該反応器の内壁に設けられた酸化チタン光触媒部と、該反応器内部の中心部に軸方向に設けられた光触媒励起用ランプと、を有する空気清浄化ユニットであって、該空気導入部における流通断面積が該反応器方向に向かい連続的に減少し、該反応器内部における断面積が該空気導入部内部における断面積以下であるように該被処理空気流路が形成されており、該光触媒励起用ランプと該酸化チタン光触媒部表面との間の距離が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域において短くなるよう、該酸化チタン光触媒部はその長手方向形状が、該光触媒励起用ランプの前記中間の領域に対して凸となるように形成されていることによって、該反応器内の被処理空気の流通断面積が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域においてより小さく形成されていることを特徴とする、空気清浄化ユニット。
【０００７】
（２）前記酸化チタン光触媒部はその断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、（１）に記載の空気清浄化ユニット。
【０００８】
（３）前記酸化チタン光触媒部は前記反応器内の内壁をなす各面すべてに設けられ、各面において前記酸化チタン光触媒部の断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、（１）に記載の空気清浄化ユニット。
【０００９】
（４）前記反応器の被処理空気流路方向の断面形状が四角形であることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１０】
（５）被処理空気を前記光触媒部において螺旋状に流通させるための気流制御手段を備えたことを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１１】
（６）前記光触媒励起用ランプ表面と前記光触媒部表面との間の最短距離が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする、（１）ないし（５）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１２】
（７）前記光触媒が、柱状結晶構造を備えた形状を呈するものであることを特徴とする、（１）ないし（６）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１３】
（８）（１）ないし（７）のいずれかの空気清浄化ユニットを複数用いて構成する、空気清浄化システム。
【００１４】
（９）（８）の空気清浄化システムを用いた、空気清浄化装置。
【００１５】
すなわち、本願請求項１ないし３に記載の発明は、内壁に酸化チタン光触媒を組付け、中心部に光触媒励起用ランプを配した筒型の反応器を備えた空気清浄化ユニットであり、流路断面積の異なる構造を有することにより、これが一定である構造を有する空気清浄化ユニットと比べて、光触媒の性能を効率よく発揮する。
【００１６】
また、空気導入部を、たとえば漏斗状の形状として、流路断面積が空気導入部のそれ以下である反応器内に被処理空気を導入することを特徴とする空気清浄化ユニットである。このような形状にすることにより、被処理空気およびその中に含まれる分解対象物質に圧力を与え、ユニット内の分解対象物質の密度を高め、光触媒による分解所要時間を短縮することができる。
【００１７】
また、反応器の空気入口部および排出口との間に設けられる光触媒部（以下、「光触媒組付部」ともいう。）、または、光触媒部およびその付近の流路断面積を小さくすることを特徴とする空気清浄化ユニットである。このような形状にすることにより、被処理空気およびその中に含まれる分解対象物質に圧力を与え、ユニット内の分解対象物質の密度を高め、光触媒による分解所要時間を短縮することができる。さらに、光触媒を組付けている内壁側の方が、ランプの設けられている中央部に比べ被処理空気の流速が大きいため、被処理空気が光触媒の反応域を効率よく通過できる効果がある。そして、空気導入部における流通断面積が反応器方向に向かい連続的に減少し、反応器内部における断面積が空気導入部内部における断面積以下であるように被処理空気流路が形成されており、反応器内の被処理空気の流通断面積は、光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域においてより小さく形成するものとすることができる。また、光触媒励起用ランプと酸化チタン光触媒部表面との間の距離が、光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域において短くなるよう、酸化チタン光触媒部はその長手方向形状が、光触媒励起用ランプの中間の領域に対して凸となるように形成するものとすることができる。また、酸化チタン光触媒部はその断面形状が、光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成するものとすることができる。さらに、酸化チタン光触媒部は前記反応器内の内壁をなす各面すべてに設けられ、各面においてランプに対して凸となる構造を形成するものとすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、反応器を、断面形状が四角形の筒型として開口部の一方である空気入口部から他方である排出口へ被処理空気を通す構造とした空気清浄化ユニットであり、その他の断面形状を有する反応器と比べて、光触媒の性能を効率よく発揮する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、螺旋状に流れる空気が反応器内の光触媒組付部を通過するような気流制御手段を設けたことを特徴とする空気清浄化ユニットである。係る手段を設けることにより、反応器内へ直線状に流れる空気を通過させる場合と比較すると、被処理空気中の分解対象物と光触媒との接触機会が増加し、分解性能が向上する。
【００２０】
請求項６記載の発明は、光触媒励起用ランプ表面と触媒面との間の最短距離を３ｍｍ以上１５ｍｍ以下としたことを特徴とする空気清浄化ユニットである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、使用する光触媒の形状が柱状結晶構造を有するものであることを特徴とする空気清浄化ユニットである。本願発明者らが先に発明した柱状結晶構造を有する光触媒は、結晶核から成長させた柱状中空構造を有する酸化チタン結晶である。本発明において、酸化チタン結晶の形状が柱状とは、角柱状、円柱状、棒状等を含み、また該柱状結晶は鉛直方向に真っ直ぐに伸びるもの、傾斜状に伸びるもの、湾曲しながら伸びるもの、枝状に分岐して伸びるもの、柱状結晶が複数本成長し途中で融合したもの等を含む。また、結晶核としては、通常の化学反応に見られる様に明らかに核と認められないようなもの、たとえば基板上の傷、異物の突起等のように、基板上にあって基板とは相違する状態を有する部分を核の代替物とすることも可能である。柱状結晶構造は、結晶核上に一つ以上の柱状結晶を成長させ、結晶核とその上に成長させる柱状結晶が同一方位に成長し、柱状結晶の内部は中空構造を有していることを特徴とする。
【００２２】
柱状結晶構造を有する光触媒は、従来の他の結晶形状を有するものに比べ、被処理空気中の分解対象物との接触効率が良く、分解性能が飛躍的に向上するものであり、請求項７記載の発明は、係る光触媒を用いるものである。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、本発明のユニットを２台以上用いた、複数の空気清浄化ユニットの組み合わせである、汚染物質除去システム、または空気清浄化システムである。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、同システムと、電源スイッチと、ファン制御部と、制御表示画面と、ガスセンサーと、排気フィンと、フィルタと、を有する汚染物質除去装置、または空気清浄化装置である。
【００２５】
本発明の空気清浄化ユニットは装置組込みが容易であり、複数台使用する場合に有効な形状と大きさになっている。また、本ユニットを複数台用いた空気清浄化装置は被処理空気の流量が増加し、ユニット単体における分解性能と比較すると、台数の積算以上に分解性能が向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の空気清浄化ユニットの一実施例を示す縦断面図である。図において本ユニット１０は、被処理空気が導入される空気導入部２と、導入された被処理空気が浄化処理され排出される、空気入口１１と排出口１２を有する筒状の反応器１と、該反応器１の内壁に設けられた、被処理空気中の有害ガス等を分解するための酸化チタン光触媒部４と、該反応器１内部の中心部に設けられた、該光触媒部４における光触媒反応を起こすための光触媒励起用ランプ３と、を備え、前記空気導入部２と前記反応器１により形成される被処理空気流路１３および１５が、その流通断面積を相違させて形成されている被処理空気流路であることを主たる構成とする。
【００２７】
前記空気導入部２における被処理空気流路１３は、その流通断面積が、前記反応器１の方向に向かい連続的に、または段階的に減少するように形成することができ、また、該反応器１における被処理空気流路１５は、その流通断面積が、前記空気導入部２における被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成することができる。また、該空気導入部２および前記排出口１２における被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成することができる。
【００２８】
図１において本ユニット１０は、被処理空気を前記光触媒部４において螺旋状に流通させるための気流制御手段として、前記空気導入部２に軸流ファン２１を設けることができる。ファンは吸込みよりも吹出し方向に設けることが、より望ましい。
【００２９】
【作用】
係る構成をとることにより、図１に示した本発明実施例の空気清浄化ユニット１０においては、空気導入部２から被処理空気が導入され（Ａ）、導入された被処理空気は反応器１の空気入口１１から該反応器１内部に導入される。該反応器１の内壁には、被処理空気中の有害ガス等を分解するための酸化チタン光触媒を組付けた光触媒部４が設けられていて、該反応器１内部の中心部に設けられた、光触媒反応を起こすための光触媒励起用ランプ３による光の照射により、該光触媒部４の光触媒は被処理空気流路１５を流れる被処理空気中の有害ガス等を分解することのできる状態になされる。導入された被処理空気は該光触媒部４の有する上記作用により浄化され、浄化された空気は排出口１２から排出される（Ｐ）。前記空気導入部２と前記反応器１により形成される被処理空気流路１３および１５は、その流通断面積を相違させて形成されているため、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３０】
被処理空気流路１３の流通断面積が前記反応器１の方向に向かい連続的にまたは段階的に減少するように形成されることにより、また、被処理空気流路１５の流通断面積が被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成されることにより、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。また、上記構成により漏斗の作用と似た流体に対する作用を生じ、前記被処理空気流路１５内における流体の回転数が増加し、被処理空気は光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３１】
図１において、空気導入部２に設けられた軸流ファン２１により、被処理空気は本ユニット１０内を螺旋状に流れ、揮発性有機物質と光触媒との接触機会が増加する。
【００３２】
図２は、図１に示した本発明の一実施例である空気清浄化ユニット１０のＩＩ−ＩＩ横断面図である。図に示すように、反応器１は、四角形の断面形状とすることができる。
【００３３】
図３は、本発明の空気清浄化ユニットの他の実施例を示す縦断面図である。図において本ユニット１０は、流体の流通の障害として最も影響の大きいランプソケット５、５’付近における被処理空気の流通の閉塞を避けるように、該ランプソケット５、５’付近では前記ランプ３と前記光触媒部４表面との距離を長くし、その中間の領域では該距離を短くするように、前記光触媒部４が組付けられている。これにより、前記被処理空気流路１５が、前記反応器１の空気入口１１と排出口１２との間に流通断面積の小さい領域を有するように形成されている。このため、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３４】
図４は、図３に示した本発明の一実施例である空気清浄化ユニットの、ＩＶ−ＩＶ横断面図である。図に示すように、光触媒部４とランプ３との間の距離が相違する、流通断面積の小さい領域と大きい領域が形成されている。
【００３５】
前記ランプ３表面と前記光触媒部４上の触媒面との距離は、その最短距離が、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが望ましく、より望ましくは３ｍｍ以上９ｍｍ以下である。同距離が３ｍｍ未満であると、ランプ表面と触媒表面との間隙が小さく、流れる空気の流量が不足し、分解性能が悪化する。また、９ｍｍ付近が最も高い分解性能を得られ、１５ｍｍを超えると分解性能は低下する。これは、分解対象物が光触媒との充分な接触がなせれずにこれを通過する割合が増加するものと考えられる。
【００３６】
本発明において、前記光触媒部４は、フィルタを基材としてその上に酸化チタン光触媒を担持させたものとして構成される。基材に、柱状結晶構造を備えた結晶形状を呈する光触媒を担持させる方法としては、本願発明者らによる発明が開示された非公知の特許出願（出願番号２００１−０５８９１７、出願番号２００１−０５８９１８、出願番号２００１−１８１９６９、出願番号２００１−１８１９７０）に詳細に説明されている通りであるが、その要点は、二酸化チタンを上記のフィルタの繊維へスプレー装置にて噴霧する等して結晶核を形成し、さらにゾルゲル法を用いてその結晶核から柱状結晶構造を形成するものである。これにより、揮発性有機物質の分解性能が飛躍的に向上する。
【００３７】
すなわち、本願発明者らによる発明が開示された非公知の特許出願（出願番号２００１−１８１９６９）に詳細に説明されている通り、「ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、ＳＰＤ法等の各種製法ならびに有機金属化合物または無機化合物を用いたゾル−ゲル法により光触媒を作製したものであり」、基材上の「結晶核に有機金属化合物または無機化合物からなるゾル溶液を塗布し、固化、熱処理して柱状酸化チタン結晶を前記結晶核より成長させる」ものである(「 」内は、特願２００１−１８１９６９ 段落００１２）。なお、ＣＶＤ法は化学的蒸着法、ＰＶＤ法は物理的蒸着法、ＳＰＤ法は噴霧熱分解法の意である。
【００３８】
フィルタ繊維は円柱形基材であるが、「結晶核および柱状結晶を形成する基材を円柱形基材とした場合、該円柱形基材の半径が５０μｍ以下であることが好ましい。」「円柱形基材とは、円柱状、円筒状、棒状、針状、糸状、繊維状等の、曲面を有する基材をすべて含む。」(「 」内は、特願２００１−１８１９６９
段落００１３）。
【００３９】
「結晶核はスパッタリング法、真空蒸着法等のＰＶＤ法、またはＣＶＤ法で作製した結晶核のみならず、その種類は単結晶、多結晶体、粉体、セラミックス、金属の熱酸化膜、陽極酸化膜のいずれでもかまわない。」(「 」内は、特願２００１−１８１９６９ 段落００１８）。
【００４０】
本発明において、前記光触媒部４の基材として用いるフィルタとは、たとえばシリカ繊維素材又はセラミック繊維素材である。
【００４１】
本発明の汚染物質除去システム、または空気清浄化システムは、前記空気清浄化ユニットを２台以上用いた、複数の空気清浄化ユニットの組み合わせにより構成される。
【００４２】
本発明の汚染物質除去装置、または空気清浄化装置は、前記汚染物質除去システム、または空気清浄化システムと、装置中の電気作動部分に対する電気供給を制御するための電源スイッチと、被処理空気の導入を制御するためのファン制御部と、被処理空気導入量等の制御状態等を表示するための制御表示画面と、被処理空気等の有害ガス含有量等を検知するためのガスセンサーと、浄化処理された空気を排気するための排気フィンと、集塵用のフィルタと、から主として構成され、被処理空気の導入および該空気中有害ガス等の分解処理、浄化された空気の排気までが電気制御によりなされる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
柱状結晶光触媒の調製
柱状結晶構造を備えた形状を呈する光触媒（以下、「柱状結晶光触媒」ともいう。）を、本願発明者らによる非公知の特許出願（特願２００１−１８１９６９等）に示されているとおり、次のように調製した。
【００４５】
＜基材であるフィルタ上へのＳＰＤ法による結晶核の作製＞
結晶核として噴霧熱分解法（ＳＰＤ法）により作製した酸化チタン結晶膜を用いた。原料液は、チタンテトライソプロポキシド（以下、「ＴＴＩＰ」と記す。）にアセチルアセトン（以下、「Ｈａｃａｃ」と記す。）をｍｏｌ比（Ｈａｃａｃ／ＴＴＩＰ）１．０で添加し、これをイソプロピルアルコールで希釈し、攪拌して調製した。ＳＰＤ装置（メイク製 ＹＫII）による成膜条件は、噴霧圧力０．３Ｍｐａ、噴霧量１．０ｍｌ／ｓｅｃ、噴霧時間０．５ｍｌ／回、基板温度４５０℃、噴霧回数２００回、で行った。ＳＰＤ法により作製した酸化チタン結晶膜は、表面観察により、大きさ３０ｎｍ〜１００ｎｍの結晶から構成されていることが確認された。
【００４６】
＜有機金属化合物からなるゾル溶液の調製方法＞
ブタンジオール：４５ｇ、Ｈ２Ｏ；０．６ｇ、硝酸：０．４ｇを混合し、この溶液にチタニウムテトライソプロポキシド（以下、「ＴＴＩＰ」という。）５ｇを攪拌しながら滴下し、その後４時間常温にて攪拌した。
【００４７】
＜固化と熱処理＞
このようにして得られたゾル溶液を、前述の製法により作製した結晶核に塗布し、固化、熱処理を施すことにより、結晶核に酸化チタン結晶を形成した。固化は乾燥機中で到達温度１５０℃、保持時間２時間の条件で行った。熱処理は電気炉中で昇温１０℃／分、到達温度５５０℃、保持時間２時間の条件で行った。
【００４８】
＜他の方法＞
結晶核の作製は、上述のとおり、ＣＶＤ法等、他の方法によっても可能である。ゾル溶液の調製は、上述のとおり、四塩化チタン等、無機金属化合物によっても可能である。たとえばブタンジオール：４４ｇ、Ｈ２Ｏ；０．９５ｇ、硝酸：０．４ｇを混合し、この溶液四塩化チタン５ｇを攪拌しながら滴下し、その後常温にて攪拌しすることによってもよい。また、固化は１５０℃〜２００℃の温度範囲で２時間保持の条件でもよく、単に熱乾燥させる他、他の熱成分を加えても、水を加えてゲル化してもよい。熱処理は到達温度５００℃〜６００℃の範囲で２時間保持の条件で行ってもよい。
【００４９】
実施例１
１００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に、上記の方法にてフィルタに粉末状酸化チタン光触媒（上記の柱状結晶光触媒。）を担持した光触媒フィルタ（以下、「柱状結晶光触媒フィルタ」ともいう。）を貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ３枚貼付け中空三角筒の形の反応器とし、反応器内部（以下、「中空部」ともいう。）中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５０】
実施例２
７５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を３０ｍｍとなる図２及び図８で示す実施例２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５１】
実施例３
６０ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ５枚貼付け中空五角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５２】
実施例４
５０ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ６枚貼付け中空六角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５３】
実施例５
３７．５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ８枚貼付け中空八角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５４】
実施例６
２５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ１２枚貼付け中空十二角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５５】
実施例７
３００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板の短辺と短辺を貼付け中空円筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５６】
実施例８
５８ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を２１ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５７】
実施例９
４６ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を１５ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例９の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５８】
実施例１０
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１０の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５９】
実施例１１
２２ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を３ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６０】
実施例１２
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角のシロッコファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図２及び図９で示す実施例１２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６１】
実施例１３
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に４０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図２及び図８で示す実施例１３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６２】
実施例１４
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、粒状結晶構造を備えた形状を有する光触媒（石原産業(株)製 ＳＴシリーズ。以下、「粒状結晶光触媒」という。）をフィルタに担持した、粒状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６３】
実施例１５
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、四角錐状結晶構造を備えた形状を有する光触媒（以下、「四角錐状結晶光触媒」という。本願発明者らによる非公知の特願２００１−０５７０５８に開示。）をフィルタに担持した、四角錐状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６４】
四角錘状結晶光触媒の作製方法は、次のとおりである。すなわち、基材表面にＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット純度９９．９９％以上のＴｉＯ２、導入ガスは純度９９．９９９％以上のアルゴンガスである。成膜室内に、基材をターゲットに対向させて設置し、油回転ポンプにより成膜室内を１０Ｐａまで排気した。その後、ターボ分子ポンプにより成膜室内を所定の真空度に達するまで排気した。次いで、基材を所定の温度まで加熱し、純度９９．９９９％以上のアルゴンガスを導入して成膜室内をアルゴンガス雰囲気とした。このとき、所定のアルゴンガス圧力（スパッタ圧力）になるように導入ガス流量とメインバルブの開閉度を調節した。高周波電源によりターゲットに高周波を印加して、基材表面に酸化チタン薄膜を形成した。このとき、基材を回転速度３ｒｐｍで回転させた。印加電圧は４００Ｗ、スパッタ圧力は１０．０Ｐａ、基材温度は２００〜３００℃とした。この条件で作製した光触媒は従来技術に比べて分解性能に優れ、四つの側面部のいずれか一つ以上において階段状の凹凸が形成されている、四角錘型の結晶形状を呈した。
【００６５】
実施例１６
実施例１０にて作製したユニットの四角筒形の反応器内中空部へ空気の流れと同回転方向へ四角形の角を仕切るような衝立となる１６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１０にて示す実施例１６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６６】
実施例１７
実施例１０にて作製したユニットの四角筒形の反応器内中空部へ空気の流れと逆回転方向へ四角形の角を仕切るような衝立となる１６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１１にて示す実施例１７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６７】
実施例１８
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ衝立となる６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１２にて示す実施例１８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６８】
実施例１９
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ半径5ｍｍとなる半円型の光触媒（以下、「半円型光触媒体」または「半円型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板を設置し、光触媒部がランプ方向に対し凸型に形成された、図１及び図６にて示す実施例１９の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６９】
実施例２０
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺の中心部から外側へ膨らみを帯びたような半径５ｍｍとなる半円型光触媒体を組付けたアルミ板を設置し、光触媒部がランプ方向に対し凹型に形成された、図１及び図７にて示す実施例２０の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７０】
実施例２１
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺からランプ方向へ半楕円型の光触媒（以下、「半楕円型光触媒体」または「半楕円型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板をランプ表面から光触媒までの最短距離が５ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７１】
実施例２２
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が１ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７２】
実施例２３
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が３ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７３】
実施例２４
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が７ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７４】
実施例２５
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺からランプ方向へ台形型となる光触媒（以下、「台形型光触媒体」または「台形型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板をランプ表面から光触媒までの最短距離が５ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７５】
実施例２６
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が１ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７６】
実施例２７
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が３ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７７】
実施例２８
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が７ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７８】
このようにして得られた実施例１〜２８の空気清浄化ユニットについて、下記の試験方法により悪臭成分の分解速度測定を行った。
【００７９】
＜悪臭成分の分解速度測定−１＞
密閉型２０リットルのガラス製容器内へ、実施例１〜７の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニットを入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にアセトアルデヒドガスを、濃度２０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のアセトアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。
【００８０】
＜悪臭成分の分解速度評価−１＞
分解速度の評価は、下記のとおりの評価基準により行った。
評価 ａ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間５分未満
評価 ｂ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間５分以上６分未満
評価 ｃ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間６分以上７分未満
評価 ｄ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間７分以上
得られた結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１の結果から、以下のことがわかる。実施例１〜７にて三角形・四角形・五角形・六角形・八角形・十二角形・円それぞれの断面形状の中空筒型ユニットにおいてアセトアルデヒドガスの分解性能を比較した結果、実施例１〜３にて優れた分解性能を示した。特に実施例２の中空四角筒型ユニットにおいて優れた分解性能を示した。
【００８３】
＜悪臭成分の分解速度測定−２＞
密閉型４０リットルのガラス製容器内へ、実施例８〜２８の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニットを入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にアセトアルデヒドガスを、濃度２０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のアセトアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。
【００８４】
＜悪臭成分の分解速度評価−２＞
分解速度の評価は、下記のとおりの評価基準により行った。
評価 Ａ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１２分未満
評価 Ｂ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１２分以上１４分未満
評価 Ｃ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１４分以上１６分未満
評価 Ｄ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１６分以上
得られた結果を、表２〜９に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
表２の結果から、以下のことがわかる。実施例８〜１１の比較により、中空四角筒形状の反応器を有するユニットの大きさとともに、光触媒励起用ランプ表面と光触媒フィルタとの間の距離が揮発性有機物質の分解へ関与し、実施例１０にて優れた分解性能を示した。
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
表４中、実施例１９のランプ−光触媒間最短距離は、ユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ半径5ｍｍとなる半円型触媒体を組付けたことにより、実施例１０、２０に比べて５ｍｍ短いものとなっている。
【００９０】
【表５】
【００９１】
表５中、ランプ−光触媒間最短距離は、光触媒部のうち、ランプ−半楕円型触媒体間以外の部位をいう。
【００９２】
【表６】
【００９３】
表６中、ランプ−光触媒間最短距離は、光触媒部のうち、ランプ−台形型触媒体間以外の部位をいう。
【００９４】
表３〜６に示すとおり、実施例１０を基本構造とした応用例である実施例１６〜２８の比較により、流体の遮蔽物として最も大きいランプソケット付近における被処理空気の流通の閉塞を避けるようにランプソケット付近ではランプと光触媒部表面との距離を長くし、その中間の領域ではその距離を短くするようにして光触媒部を組付け、流路断面積の異なる構造を有する四角筒型にすることによって分解を短時間にて行えることが、実施例２１、２４、２５および２８における結果によって明らかとなった。
【００９５】
【表７】
【００９６】
実施例１０と実施例１２の比較により、ユニット内において空気を螺旋状に流すことのできる軸流ファンは、ユニット内において空気を直線状に流すシロッコファンに比べ、優れた分解性能を示した。
【００９７】
【表８】
【００９８】
実施例１０と実施例１３の比較により、図１に示す本発明実施例のように、空気導入部を、たとえば漏斗状の形状として、流路断面積が空気導入部のそれ以下である反応器内に被処理空気を導入する構造が、図８に示すような、ユニット内の被処理空気流路の流通断面積が一定である構造に比べ、優れた分解性能を示した。
【００９９】
【表９】
【０１００】
実施例１０と実施例１４〜１５とのにより、光触媒の結晶形状が柱状を有するフィルタを使用したユニットは他の結晶形状の光触媒に比べ優れた分解性能を示した。
【０１０１】
＜空気清浄化装置における分解速度測定＞
実施例２５の空気清浄化ユニットについて下記の試験方法により、有害ガスの分解測定を行った。
【０１０２】
有害ガスの分解速度測定
密閉型１ｍ3の塩化ビニル製容器内へ、本発明の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニット（実施例２５）を入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にホルムアルデヒドガスを、濃度が１０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のホルムアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。本発明の空気清浄化ユニット４台から構成される空気清浄化システムを、電源スイッチと、ファン制御部と、制御表示画面と、ガスセンサーと、排気フィンと、フィルタとともに組み込んだ空気清浄化装置についても、同様の評価を行った。
【０１０３】
有害ガスの分解速度評価
初期値の１０ｐｐｍから厚生労働省指針値の０．０８ｐｐｍ以下に達するまでの分解所要時間は、ユニット単体で５００分、４台を使用した空気清浄化装置では９０分であり、本発明の空気清浄化ユニットを複数台用いて空気清浄化システムとし、該システムを組み込んだ空気清浄化装置は、本発明のユニットを単体で用いた場合よりも、短時間にて有害ガス等汚染物質を分解することができるという結果が得られた。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明の空気清浄化ユニット、およびこれを用いた空気清浄化システムならびに空気清浄化装置によれば、上述のように構成されているため、従来技術と比較して、空気中の悪臭成分や揮発性有機物質を安全な濃度領域まで短時間にて分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ矢示断面図であり、本発明の空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図３】 台形型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ矢示断面図であり、台形型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図５】 半楕円型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図６】 半円型触媒体（凸型）を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図７】 半円型触媒体（凹型）を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図８】 流通断面積が一定の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図９】 シロッコファン設置型空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図１０】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図１１】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図１２】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【符号の説明】
１…反応器、 ２…空気導入部、 ３…光触媒励起用ランプ、 ４…光触媒部、 ５、５’…ランプソケット、 ６…シロッコファン、７…衝立、１０…空気清浄化ユニット、１１…空気入口、１２…排出口、１３、１５…被処理空気流路、２１…軸流ファン、Ａ…被処理空気の流れ、Ｐ…浄化された空気の流れ
【発明の属する技術分野】
本発明は空気清浄化ユニットに係り、特に、空気中に含まれる細菌、悪臭成分、有害ガスを除去することのできる、光触媒を用いた空気清浄化ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
悪臭や有害ガスの成分として、代表的なものには、アンモニア・アミン類・インドール・スカトール等の窒素化合物、硫化水素・メチルメルカプタン・硫化メチル・二硫化メチル・二硫化ジメチル等の硫黄化合物、ホルムアルデヒド・アセトアルデヒド等のアルデヒド類、アセトン等のケトン類、メタノール・エタノール等のアルコール類、等がある。
【０００３】
従来、このような悪臭や有害ガスを除去する方法としては、活性炭やゼオライト等の吸着剤によりこれらを吸着する方法が主流であったが、近年、光触媒を用いてこれら有害ガス等を無害物質である水と二酸化炭素へ分解する方法が提供されてきている。たとえば、空気清浄機や脱臭機の技術として特開平０９−０８５０５０号公報、特開２００１−９２４０号公報等が開示されている。
【０００４】
しかし、建材や塗装剤の防腐に用いられる代表的な有害物質であるホルムアルデヒドを厚生労働省の指針値０．０８ｐｐｍ以下まで短時間にて分解する性能を持った空気清浄化ユニットおよび空気清浄機が存在しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決し、空気中の悪臭成分や揮発性有機物質を安全な濃度領域まで短時間にて分解することのできる、光触媒を用いた空気清浄化ユニット、およびこれを用いた空気清浄化システムならびに空気清浄化装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願において特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は以下のとおりである。
（１）被処理空気が導入される空気導入部と、導入された被処理空気が浄化処理され排出される筒状の反応器と、該反応器の内壁に設けられた酸化チタン光触媒部と、該反応器内部の中心部に軸方向に設けられた光触媒励起用ランプと、を有する空気清浄化ユニットであって、該空気導入部における流通断面積が該反応器方向に向かい連続的に減少し、該反応器内部における断面積が該空気導入部内部における断面積以下であるように該被処理空気流路が形成されており、該光触媒励起用ランプと該酸化チタン光触媒部表面との間の距離が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域において短くなるよう、該酸化チタン光触媒部はその長手方向形状が、該光触媒励起用ランプの前記中間の領域に対して凸となるように形成されていることによって、該反応器内の被処理空気の流通断面積が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域においてより小さく形成されていることを特徴とする、空気清浄化ユニット。
【０００７】
（２）前記酸化チタン光触媒部はその断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、（１）に記載の空気清浄化ユニット。
【０００８】
（３）前記酸化チタン光触媒部は前記反応器内の内壁をなす各面すべてに設けられ、各面において前記酸化チタン光触媒部の断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、（１）に記載の空気清浄化ユニット。
【０００９】
（４）前記反応器の被処理空気流路方向の断面形状が四角形であることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１０】
（５）被処理空気を前記光触媒部において螺旋状に流通させるための気流制御手段を備えたことを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１１】
（６）前記光触媒励起用ランプ表面と前記光触媒部表面との間の最短距離が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする、（１）ないし（５）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１２】
（７）前記光触媒が、柱状結晶構造を備えた形状を呈するものであることを特徴とする、（１）ないし（６）のいずれかの空気清浄化ユニット。
【００１３】
（８）（１）ないし（７）のいずれかの空気清浄化ユニットを複数用いて構成する、空気清浄化システム。
【００１４】
（９）（８）の空気清浄化システムを用いた、空気清浄化装置。
【００１５】
すなわち、本願請求項１ないし３に記載の発明は、内壁に酸化チタン光触媒を組付け、中心部に光触媒励起用ランプを配した筒型の反応器を備えた空気清浄化ユニットであり、流路断面積の異なる構造を有することにより、これが一定である構造を有する空気清浄化ユニットと比べて、光触媒の性能を効率よく発揮する。
【００１６】
また、空気導入部を、たとえば漏斗状の形状として、流路断面積が空気導入部のそれ以下である反応器内に被処理空気を導入することを特徴とする空気清浄化ユニットである。このような形状にすることにより、被処理空気およびその中に含まれる分解対象物質に圧力を与え、ユニット内の分解対象物質の密度を高め、光触媒による分解所要時間を短縮することができる。
【００１７】
また、反応器の空気入口部および排出口との間に設けられる光触媒部（以下、「光触媒組付部」ともいう。）、または、光触媒部およびその付近の流路断面積を小さくすることを特徴とする空気清浄化ユニットである。このような形状にすることにより、被処理空気およびその中に含まれる分解対象物質に圧力を与え、ユニット内の分解対象物質の密度を高め、光触媒による分解所要時間を短縮することができる。さらに、光触媒を組付けている内壁側の方が、ランプの設けられている中央部に比べ被処理空気の流速が大きいため、被処理空気が光触媒の反応域を効率よく通過できる効果がある。そして、空気導入部における流通断面積が反応器方向に向かい連続的に減少し、反応器内部における断面積が空気導入部内部における断面積以下であるように被処理空気流路が形成されており、反応器内の被処理空気の流通断面積は、光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域においてより小さく形成するものとすることができる。また、光触媒励起用ランプと酸化チタン光触媒部表面との間の距離が、光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域において短くなるよう、酸化チタン光触媒部はその長手方向形状が、光触媒励起用ランプの中間の領域に対して凸となるように形成するものとすることができる。また、酸化チタン光触媒部はその断面形状が、光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成するものとすることができる。さらに、酸化チタン光触媒部は前記反応器内の内壁をなす各面すべてに設けられ、各面においてランプに対して凸となる構造を形成するものとすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、反応器を、断面形状が四角形の筒型として開口部の一方である空気入口部から他方である排出口へ被処理空気を通す構造とした空気清浄化ユニットであり、その他の断面形状を有する反応器と比べて、光触媒の性能を効率よく発揮する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、螺旋状に流れる空気が反応器内の光触媒組付部を通過するような気流制御手段を設けたことを特徴とする空気清浄化ユニットである。係る手段を設けることにより、反応器内へ直線状に流れる空気を通過させる場合と比較すると、被処理空気中の分解対象物と光触媒との接触機会が増加し、分解性能が向上する。
【００２０】
請求項６記載の発明は、光触媒励起用ランプ表面と触媒面との間の最短距離を３ｍｍ以上１５ｍｍ以下としたことを特徴とする空気清浄化ユニットである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、使用する光触媒の形状が柱状結晶構造を有するものであることを特徴とする空気清浄化ユニットである。本願発明者らが先に発明した柱状結晶構造を有する光触媒は、結晶核から成長させた柱状中空構造を有する酸化チタン結晶である。本発明において、酸化チタン結晶の形状が柱状とは、角柱状、円柱状、棒状等を含み、また該柱状結晶は鉛直方向に真っ直ぐに伸びるもの、傾斜状に伸びるもの、湾曲しながら伸びるもの、枝状に分岐して伸びるもの、柱状結晶が複数本成長し途中で融合したもの等を含む。また、結晶核としては、通常の化学反応に見られる様に明らかに核と認められないようなもの、たとえば基板上の傷、異物の突起等のように、基板上にあって基板とは相違する状態を有する部分を核の代替物とすることも可能である。柱状結晶構造は、結晶核上に一つ以上の柱状結晶を成長させ、結晶核とその上に成長させる柱状結晶が同一方位に成長し、柱状結晶の内部は中空構造を有していることを特徴とする。
【００２２】
柱状結晶構造を有する光触媒は、従来の他の結晶形状を有するものに比べ、被処理空気中の分解対象物との接触効率が良く、分解性能が飛躍的に向上するものであり、請求項７記載の発明は、係る光触媒を用いるものである。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、本発明のユニットを２台以上用いた、複数の空気清浄化ユニットの組み合わせである、汚染物質除去システム、または空気清浄化システムである。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、同システムと、電源スイッチと、ファン制御部と、制御表示画面と、ガスセンサーと、排気フィンと、フィルタと、を有する汚染物質除去装置、または空気清浄化装置である。
【００２５】
本発明の空気清浄化ユニットは装置組込みが容易であり、複数台使用する場合に有効な形状と大きさになっている。また、本ユニットを複数台用いた空気清浄化装置は被処理空気の流量が増加し、ユニット単体における分解性能と比較すると、台数の積算以上に分解性能が向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の空気清浄化ユニットの一実施例を示す縦断面図である。図において本ユニット１０は、被処理空気が導入される空気導入部２と、導入された被処理空気が浄化処理され排出される、空気入口１１と排出口１２を有する筒状の反応器１と、該反応器１の内壁に設けられた、被処理空気中の有害ガス等を分解するための酸化チタン光触媒部４と、該反応器１内部の中心部に設けられた、該光触媒部４における光触媒反応を起こすための光触媒励起用ランプ３と、を備え、前記空気導入部２と前記反応器１により形成される被処理空気流路１３および１５が、その流通断面積を相違させて形成されている被処理空気流路であることを主たる構成とする。
【００２７】
前記空気導入部２における被処理空気流路１３は、その流通断面積が、前記反応器１の方向に向かい連続的に、または段階的に減少するように形成することができ、また、該反応器１における被処理空気流路１５は、その流通断面積が、前記空気導入部２における被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成することができる。また、該空気導入部２および前記排出口１２における被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成することができる。
【００２８】
図１において本ユニット１０は、被処理空気を前記光触媒部４において螺旋状に流通させるための気流制御手段として、前記空気導入部２に軸流ファン２１を設けることができる。ファンは吸込みよりも吹出し方向に設けることが、より望ましい。
【００２９】
【作用】
係る構成をとることにより、図１に示した本発明実施例の空気清浄化ユニット１０においては、空気導入部２から被処理空気が導入され（Ａ）、導入された被処理空気は反応器１の空気入口１１から該反応器１内部に導入される。該反応器１の内壁には、被処理空気中の有害ガス等を分解するための酸化チタン光触媒を組付けた光触媒部４が設けられていて、該反応器１内部の中心部に設けられた、光触媒反応を起こすための光触媒励起用ランプ３による光の照射により、該光触媒部４の光触媒は被処理空気流路１５を流れる被処理空気中の有害ガス等を分解することのできる状態になされる。導入された被処理空気は該光触媒部４の有する上記作用により浄化され、浄化された空気は排出口１２から排出される（Ｐ）。前記空気導入部２と前記反応器１により形成される被処理空気流路１３および１５は、その流通断面積を相違させて形成されているため、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３０】
被処理空気流路１３の流通断面積が前記反応器１の方向に向かい連続的にまたは段階的に減少するように形成されることにより、また、被処理空気流路１５の流通断面積が被処理空気流路１３の流通断面積以下であるように形成されることにより、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。また、上記構成により漏斗の作用と似た流体に対する作用を生じ、前記被処理空気流路１５内における流体の回転数が増加し、被処理空気は光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３１】
図１において、空気導入部２に設けられた軸流ファン２１により、被処理空気は本ユニット１０内を螺旋状に流れ、揮発性有機物質と光触媒との接触機会が増加する。
【００３２】
図２は、図１に示した本発明の一実施例である空気清浄化ユニット１０のＩＩ−ＩＩ横断面図である。図に示すように、反応器１は、四角形の断面形状とすることができる。
【００３３】
図３は、本発明の空気清浄化ユニットの他の実施例を示す縦断面図である。図において本ユニット１０は、流体の流通の障害として最も影響の大きいランプソケット５、５’付近における被処理空気の流通の閉塞を避けるように、該ランプソケット５、５’付近では前記ランプ３と前記光触媒部４表面との距離を長くし、その中間の領域では該距離を短くするように、前記光触媒部４が組付けられている。これにより、前記被処理空気流路１５が、前記反応器１の空気入口１１と排出口１２との間に流通断面積の小さい領域を有するように形成されている。このため、分解対象物質を含む被処理空気は圧力を与えられ、該反応器１内にある分解対象物質の密度が高められ、光触媒との接触機会が増加し、光触媒部４が組付けられている内壁側が中央に比べ流速が大きい状態となって、光触媒の反応域を効率よく流れる。
【００３４】
図４は、図３に示した本発明の一実施例である空気清浄化ユニットの、ＩＶ−ＩＶ横断面図である。図に示すように、光触媒部４とランプ３との間の距離が相違する、流通断面積の小さい領域と大きい領域が形成されている。
【００３５】
前記ランプ３表面と前記光触媒部４上の触媒面との距離は、その最短距離が、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが望ましく、より望ましくは３ｍｍ以上９ｍｍ以下である。同距離が３ｍｍ未満であると、ランプ表面と触媒表面との間隙が小さく、流れる空気の流量が不足し、分解性能が悪化する。また、９ｍｍ付近が最も高い分解性能を得られ、１５ｍｍを超えると分解性能は低下する。これは、分解対象物が光触媒との充分な接触がなせれずにこれを通過する割合が増加するものと考えられる。
【００３６】
本発明において、前記光触媒部４は、フィルタを基材としてその上に酸化チタン光触媒を担持させたものとして構成される。基材に、柱状結晶構造を備えた結晶形状を呈する光触媒を担持させる方法としては、本願発明者らによる発明が開示された非公知の特許出願（出願番号２００１−０５８９１７、出願番号２００１−０５８９１８、出願番号２００１−１８１９６９、出願番号２００１−１８１９７０）に詳細に説明されている通りであるが、その要点は、二酸化チタンを上記のフィルタの繊維へスプレー装置にて噴霧する等して結晶核を形成し、さらにゾルゲル法を用いてその結晶核から柱状結晶構造を形成するものである。これにより、揮発性有機物質の分解性能が飛躍的に向上する。
【００３７】
すなわち、本願発明者らによる発明が開示された非公知の特許出願（出願番号２００１−１８１９６９）に詳細に説明されている通り、「ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、ＳＰＤ法等の各種製法ならびに有機金属化合物または無機化合物を用いたゾル−ゲル法により光触媒を作製したものであり」、基材上の「結晶核に有機金属化合物または無機化合物からなるゾル溶液を塗布し、固化、熱処理して柱状酸化チタン結晶を前記結晶核より成長させる」ものである(「 」内は、特願２００１−１８１９６９ 段落００１２）。なお、ＣＶＤ法は化学的蒸着法、ＰＶＤ法は物理的蒸着法、ＳＰＤ法は噴霧熱分解法の意である。
【００３８】
フィルタ繊維は円柱形基材であるが、「結晶核および柱状結晶を形成する基材を円柱形基材とした場合、該円柱形基材の半径が５０μｍ以下であることが好ましい。」「円柱形基材とは、円柱状、円筒状、棒状、針状、糸状、繊維状等の、曲面を有する基材をすべて含む。」(「 」内は、特願２００１−１８１９６９
段落００１３）。
【００３９】
「結晶核はスパッタリング法、真空蒸着法等のＰＶＤ法、またはＣＶＤ法で作製した結晶核のみならず、その種類は単結晶、多結晶体、粉体、セラミックス、金属の熱酸化膜、陽極酸化膜のいずれでもかまわない。」(「 」内は、特願２００１−１８１９６９ 段落００１８）。
【００４０】
本発明において、前記光触媒部４の基材として用いるフィルタとは、たとえばシリカ繊維素材又はセラミック繊維素材である。
【００４１】
本発明の汚染物質除去システム、または空気清浄化システムは、前記空気清浄化ユニットを２台以上用いた、複数の空気清浄化ユニットの組み合わせにより構成される。
【００４２】
本発明の汚染物質除去装置、または空気清浄化装置は、前記汚染物質除去システム、または空気清浄化システムと、装置中の電気作動部分に対する電気供給を制御するための電源スイッチと、被処理空気の導入を制御するためのファン制御部と、被処理空気導入量等の制御状態等を表示するための制御表示画面と、被処理空気等の有害ガス含有量等を検知するためのガスセンサーと、浄化処理された空気を排気するための排気フィンと、集塵用のフィルタと、から主として構成され、被処理空気の導入および該空気中有害ガス等の分解処理、浄化された空気の排気までが電気制御によりなされる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
柱状結晶光触媒の調製
柱状結晶構造を備えた形状を呈する光触媒（以下、「柱状結晶光触媒」ともいう。）を、本願発明者らによる非公知の特許出願（特願２００１−１８１９６９等）に示されているとおり、次のように調製した。
【００４５】
＜基材であるフィルタ上へのＳＰＤ法による結晶核の作製＞
結晶核として噴霧熱分解法（ＳＰＤ法）により作製した酸化チタン結晶膜を用いた。原料液は、チタンテトライソプロポキシド（以下、「ＴＴＩＰ」と記す。）にアセチルアセトン（以下、「Ｈａｃａｃ」と記す。）をｍｏｌ比（Ｈａｃａｃ／ＴＴＩＰ）１．０で添加し、これをイソプロピルアルコールで希釈し、攪拌して調製した。ＳＰＤ装置（メイク製 ＹＫII）による成膜条件は、噴霧圧力０．３Ｍｐａ、噴霧量１．０ｍｌ／ｓｅｃ、噴霧時間０．５ｍｌ／回、基板温度４５０℃、噴霧回数２００回、で行った。ＳＰＤ法により作製した酸化チタン結晶膜は、表面観察により、大きさ３０ｎｍ〜１００ｎｍの結晶から構成されていることが確認された。
【００４６】
＜有機金属化合物からなるゾル溶液の調製方法＞
ブタンジオール：４５ｇ、Ｈ２Ｏ；０．６ｇ、硝酸：０．４ｇを混合し、この溶液にチタニウムテトライソプロポキシド（以下、「ＴＴＩＰ」という。）５ｇを攪拌しながら滴下し、その後４時間常温にて攪拌した。
【００４７】
＜固化と熱処理＞
このようにして得られたゾル溶液を、前述の製法により作製した結晶核に塗布し、固化、熱処理を施すことにより、結晶核に酸化チタン結晶を形成した。固化は乾燥機中で到達温度１５０℃、保持時間２時間の条件で行った。熱処理は電気炉中で昇温１０℃／分、到達温度５５０℃、保持時間２時間の条件で行った。
【００４８】
＜他の方法＞
結晶核の作製は、上述のとおり、ＣＶＤ法等、他の方法によっても可能である。ゾル溶液の調製は、上述のとおり、四塩化チタン等、無機金属化合物によっても可能である。たとえばブタンジオール：４４ｇ、Ｈ２Ｏ；０．９５ｇ、硝酸：０．４ｇを混合し、この溶液四塩化チタン５ｇを攪拌しながら滴下し、その後常温にて攪拌しすることによってもよい。また、固化は１５０℃〜２００℃の温度範囲で２時間保持の条件でもよく、単に熱乾燥させる他、他の熱成分を加えても、水を加えてゲル化してもよい。熱処理は到達温度５００℃〜６００℃の範囲で２時間保持の条件で行ってもよい。
【００４９】
実施例１
１００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に、上記の方法にてフィルタに粉末状酸化チタン光触媒（上記の柱状結晶光触媒。）を担持した光触媒フィルタ（以下、「柱状結晶光触媒フィルタ」ともいう。）を貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ３枚貼付け中空三角筒の形の反応器とし、反応器内部（以下、「中空部」ともいう。）中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５０】
実施例２
７５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を３０ｍｍとなる図２及び図８で示す実施例２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５１】
実施例３
６０ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ５枚貼付け中空五角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５２】
実施例４
５０ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ６枚貼付け中空六角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５３】
実施例５
３７．５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ８枚貼付け中空八角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５４】
実施例６
２５ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ１２枚貼付け中空十二角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５５】
実施例７
３００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板の短辺と短辺を貼付け中空円筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、実施例７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５６】
実施例８
５８ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を２１ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５７】
実施例９
４６ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を１５ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例９の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５８】
実施例１０
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１０の空気清浄化ユニットを作製した。
【００５９】
実施例１１
２２ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を３ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６０】
実施例１２
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角のシロッコファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図２及び図９で示す実施例１２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６１】
実施例１３
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に柱状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に４０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図２及び図８で示す実施例１３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６２】
実施例１４
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、粒状結晶構造を備えた形状を有する光触媒（石原産業(株)製 ＳＴシリーズ。以下、「粒状結晶光触媒」という。）をフィルタに担持した、粒状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６３】
実施例１５
３４ｍｍ×３６０ｍｍのアルミ板片面に、四角錐状結晶構造を備えた形状を有する光触媒（以下、「四角錐状結晶光触媒」という。本願発明者らによる非公知の特願２００１−０５７０５８に開示。）をフィルタに担持した、四角錐状結晶光触媒フィルタを貼付け、それを内側とし同アルミ板を１辺づつ４枚貼付け中空四角筒の形の反応器とし、中空部中央へ光触媒励起用ランプを、反応器の空気入口部側に連通した空気導入部に８０ｍｍ角の軸流ファンを設置し、ランプ表面と光触媒との最短距離を９ｍｍとなる図１及び図２で示す実施例１５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６４】
四角錘状結晶光触媒の作製方法は、次のとおりである。すなわち、基材表面にＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット純度９９．９９％以上のＴｉＯ２、導入ガスは純度９９．９９９％以上のアルゴンガスである。成膜室内に、基材をターゲットに対向させて設置し、油回転ポンプにより成膜室内を１０Ｐａまで排気した。その後、ターボ分子ポンプにより成膜室内を所定の真空度に達するまで排気した。次いで、基材を所定の温度まで加熱し、純度９９．９９９％以上のアルゴンガスを導入して成膜室内をアルゴンガス雰囲気とした。このとき、所定のアルゴンガス圧力（スパッタ圧力）になるように導入ガス流量とメインバルブの開閉度を調節した。高周波電源によりターゲットに高周波を印加して、基材表面に酸化チタン薄膜を形成した。このとき、基材を回転速度３ｒｐｍで回転させた。印加電圧は４００Ｗ、スパッタ圧力は１０．０Ｐａ、基材温度は２００〜３００℃とした。この条件で作製した光触媒は従来技術に比べて分解性能に優れ、四つの側面部のいずれか一つ以上において階段状の凹凸が形成されている、四角錘型の結晶形状を呈した。
【００６５】
実施例１６
実施例１０にて作製したユニットの四角筒形の反応器内中空部へ空気の流れと同回転方向へ四角形の角を仕切るような衝立となる１６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１０にて示す実施例１６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６６】
実施例１７
実施例１０にて作製したユニットの四角筒形の反応器内中空部へ空気の流れと逆回転方向へ四角形の角を仕切るような衝立となる１６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１１にて示す実施例１７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６７】
実施例１８
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ衝立となる６ｍｍ×２３０ｍｍのアルミ板を設置し図１及び図１２にて示す実施例１８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６８】
実施例１９
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ半径5ｍｍとなる半円型の光触媒（以下、「半円型光触媒体」または「半円型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板を設置し、光触媒部がランプ方向に対し凸型に形成された、図１及び図６にて示す実施例１９の空気清浄化ユニットを作製した。
【００６９】
実施例２０
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺の中心部から外側へ膨らみを帯びたような半径５ｍｍとなる半円型光触媒体を組付けたアルミ板を設置し、光触媒部がランプ方向に対し凹型に形成された、図１及び図７にて示す実施例２０の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７０】
実施例２１
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺からランプ方向へ半楕円型の光触媒（以下、「半楕円型光触媒体」または「半楕円型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板をランプ表面から光触媒までの最短距離が５ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２１の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７１】
実施例２２
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が１ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２２の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７２】
実施例２３
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が３ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２３の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７３】
実施例２４
実施例２１においてランプ表面から光触媒までの最短距離が７ｍｍとなるよう設置し図１及び図５にて示す実施例２４の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７４】
実施例２５
実施例１０にて作製したユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺からランプ方向へ台形型となる光触媒（以下、「台形型光触媒体」または「台形型触媒体」ともいう。）を組付けたアルミ板をランプ表面から光触媒までの最短距離が５ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２５の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７５】
実施例２６
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が１ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２６の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７６】
実施例２７
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が３ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２７の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７７】
実施例２８
実施例２５においてランプ表面から光触媒までの最短距離が７ｍｍとなるよう設置し図３及び図４にて示す実施例２８の空気清浄化ユニットを作製した。
【００７８】
このようにして得られた実施例１〜２８の空気清浄化ユニットについて、下記の試験方法により悪臭成分の分解速度測定を行った。
【００７９】
＜悪臭成分の分解速度測定−１＞
密閉型２０リットルのガラス製容器内へ、実施例１〜７の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニットを入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にアセトアルデヒドガスを、濃度２０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のアセトアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。
【００８０】
＜悪臭成分の分解速度評価−１＞
分解速度の評価は、下記のとおりの評価基準により行った。
評価 ａ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間５分未満
評価 ｂ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間５分以上６分未満
評価 ｃ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間６分以上７分未満
評価 ｄ ：２０ｐｐｍ〜１ｐｐｍまでの分解時間７分以上
得られた結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】
表１の結果から、以下のことがわかる。実施例１〜７にて三角形・四角形・五角形・六角形・八角形・十二角形・円それぞれの断面形状の中空筒型ユニットにおいてアセトアルデヒドガスの分解性能を比較した結果、実施例１〜３にて優れた分解性能を示した。特に実施例２の中空四角筒型ユニットにおいて優れた分解性能を示した。
【００８３】
＜悪臭成分の分解速度測定−２＞
密閉型４０リットルのガラス製容器内へ、実施例８〜２８の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニットを入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にアセトアルデヒドガスを、濃度２０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のアセトアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。
【００８４】
＜悪臭成分の分解速度評価−２＞
分解速度の評価は、下記のとおりの評価基準により行った。
評価 Ａ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１２分未満
評価 Ｂ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１２分以上１４分未満
評価 Ｃ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１４分以上１６分未満
評価 Ｄ：１０ｐｐｍ〜検知限度０．０８ｐｐｍ以下までの分解時間１６分以上
得られた結果を、表２〜９に示す。
【００８５】
【表２】
表２の結果から、以下のことがわかる。実施例８〜１１の比較により、中空四角筒形状の反応器を有するユニットの大きさとともに、光触媒励起用ランプ表面と光触媒フィルタとの間の距離が揮発性有機物質の分解へ関与し、実施例１０にて優れた分解性能を示した。
【００８７】
【表３】
【表４】
表４中、実施例１９のランプ−光触媒間最短距離は、ユニットの反応器の断面形状である四角形の各辺中心部からランプ方向へ半径5ｍｍとなる半円型触媒体を組付けたことにより、実施例１０、２０に比べて５ｍｍ短いものとなっている。
【００９０】
【表５】
表５中、ランプ−光触媒間最短距離は、光触媒部のうち、ランプ−半楕円型触媒体間以外の部位をいう。
【００９２】
【表６】
表６中、ランプ−光触媒間最短距離は、光触媒部のうち、ランプ−台形型触媒体間以外の部位をいう。
【００９４】
表３〜６に示すとおり、実施例１０を基本構造とした応用例である実施例１６〜２８の比較により、流体の遮蔽物として最も大きいランプソケット付近における被処理空気の流通の閉塞を避けるようにランプソケット付近ではランプと光触媒部表面との距離を長くし、その中間の領域ではその距離を短くするようにして光触媒部を組付け、流路断面積の異なる構造を有する四角筒型にすることによって分解を短時間にて行えることが、実施例２１、２４、２５および２８における結果によって明らかとなった。
【００９５】
【表７】
実施例１０と実施例１２の比較により、ユニット内において空気を螺旋状に流すことのできる軸流ファンは、ユニット内において空気を直線状に流すシロッコファンに比べ、優れた分解性能を示した。
【００９７】
【表８】
実施例１０と実施例１３の比較により、図１に示す本発明実施例のように、空気導入部を、たとえば漏斗状の形状として、流路断面積が空気導入部のそれ以下である反応器内に被処理空気を導入する構造が、図８に示すような、ユニット内の被処理空気流路の流通断面積が一定である構造に比べ、優れた分解性能を示した。
【００９９】
【表９】
実施例１０と実施例１４〜１５とのにより、光触媒の結晶形状が柱状を有するフィルタを使用したユニットは他の結晶形状の光触媒に比べ優れた分解性能を示した。
【０１０１】
＜空気清浄化装置における分解速度測定＞
実施例２５の空気清浄化ユニットについて下記の試験方法により、有害ガスの分解測定を行った。
【０１０２】
有害ガスの分解速度測定
密閉型１ｍ3の塩化ビニル製容器内へ、本発明の光触媒フィルタを用いた空気清浄化ユニット（実施例２５）を入れ、容器内の湿度を調整した後、容器内にホルムアルデヒドガスを、濃度が１０ｐｐｍになるように注入した。ガスモニターにて１分毎に容器内のホルムアルデヒドガス濃度を測定し、分解速度の評価を行った。本発明の空気清浄化ユニット４台から構成される空気清浄化システムを、電源スイッチと、ファン制御部と、制御表示画面と、ガスセンサーと、排気フィンと、フィルタとともに組み込んだ空気清浄化装置についても、同様の評価を行った。
【０１０３】
有害ガスの分解速度評価
初期値の１０ｐｐｍから厚生労働省指針値の０．０８ｐｐｍ以下に達するまでの分解所要時間は、ユニット単体で５００分、４台を使用した空気清浄化装置では９０分であり、本発明の空気清浄化ユニットを複数台用いて空気清浄化システムとし、該システムを組み込んだ空気清浄化装置は、本発明のユニットを単体で用いた場合よりも、短時間にて有害ガス等汚染物質を分解することができるという結果が得られた。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明の空気清浄化ユニット、およびこれを用いた空気清浄化システムならびに空気清浄化装置によれば、上述のように構成されているため、従来技術と比較して、空気中の悪臭成分や揮発性有機物質を安全な濃度領域まで短時間にて分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ矢示断面図であり、本発明の空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図３】 台形型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ矢示断面図であり、台形型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図５】 半楕円型触媒体を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図６】 半円型触媒体（凸型）を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図７】 半円型触媒体（凹型）を設けた本発明の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図８】 流通断面積が一定の空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図９】 シロッコファン設置型空気清浄化ユニットの縦断面図である。
【図１０】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図１１】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【図１２】 衝立を設けた空気清浄化ユニットの横断面図である。
【符号の説明】
１…反応器、 ２…空気導入部、 ３…光触媒励起用ランプ、 ４…光触媒部、 ５、５’…ランプソケット、 ６…シロッコファン、７…衝立、１０…空気清浄化ユニット、１１…空気入口、１２…排出口、１３、１５…被処理空気流路、２１…軸流ファン、Ａ…被処理空気の流れ、Ｐ…浄化された空気の流れ
Claims (9)
- 被処理空気が導入される空気導入部と、導入された被処理空気が浄化処理され排出される筒状の反応器と、該反応器の内壁に設けられた酸化チタン光触媒部と、該反応器内部の中心部に軸方向に設けられた光触媒励起用ランプと、を有する空気清浄化ユニットであって、該空気導入部における流通断面積が該反応器方向に向かい連続的に減少し、該反応器内部における断面積が該空気導入部内部における断面積以下であるように該被処理空気流路が形成されており、該光触媒励起用ランプと該酸化チタン光触媒部表面との間の距離が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域において短くなるよう、該酸化チタン光触媒部はその長手方向形状が、該光触媒励起用ランプの前記中間の領域に対して凸となるように形成されていることによって、該反応器内の被処理空気の流通断面積が、該光触媒励起用ランプの両ランプソケット付近よりもその中間の領域においてより小さく形成されていることを特徴とする、空気清浄化ユニット。
- 前記酸化チタン光触媒部はその断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の空気清浄化ユニット。
- 前記酸化チタン光触媒部は前記反応器内の内壁をなす各面すべてに設けられ、各面において前記酸化チタン光触媒部の断面形状が、前記光触媒励起用ランプの中心方向に対して凸となるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の空気清浄化ユニット。
- 前記反応器の被処理空気流路方向の断面形状が四角形であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気清浄化ユニット。
- 被処理空気を前記光触媒部において螺旋状に流通させるための気流制御手段を備えたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の空気清浄化ユニット。
- 前記光触媒励起用ランプ表面と前記光触媒部表面との間の最短距離が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の空気清浄化ユニット。
- 前記光触媒が、柱状結晶構造を備えた形状を呈するものであることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の空気清浄化ユニット。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載の空気清浄化ユニットを複数用いて構成する、空気清浄化システム。
- 請求項８記載の空気清浄化システムを用いた、空気清浄化装置。
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