CN102985116A - 光催化剂除臭装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在光催化片材的整个面上有效地使光催化剂激发、可长时间维持除臭性能的长寿命的光催化剂除臭装置（1），其特征在于，平行地配置设有通风孔（4）的基板（5、7），在2张基板中的至少1张基板（5）上安装LED（4），在2张基板间配置由担载有光催化剂粒子（6B）的玻璃纤维织物（6A）及支撑该织物的框架（6C）构成的光催化片材（6），将光催化片材和2张基板固定在筐体（8）上，平行地配置用于激发光催化剂的LED光源的发光面和光催化片材，使得由通风孔送入的空气通过光催化片材，光催化片材是捆扎玻璃纤维、按照具有低风速下的通气成为可能的规定开口率的方式纵横地进行编织而构成的，光催化剂粒子机械地接触保持在光催化片材的玻璃纤维间。

Description

光催化剂除臭装置
技术领域
本发明涉及通过利用光催化剂将空气中的臭气成分或有机气体分子分解来进行除臭的光催化剂除臭装置。
背景技术
近年来，对居住空间或车内等所谓的准封闭空间内的空气洁净化改善的要求有所提高，特别期待将由食物产生的或者作为香烟侧流烟产生的氨、由建筑材料等产生的VOC（挥发性有机物质。例如乙醛）等除去的除臭装置。
目前，这种除臭装置采用下述的光催化剂除臭装置：将在多孔质陶瓷表面层或无机基板中混炼或担载有吸附臭气成分的吸附材料和将该臭气成分分解的光催化剂材料的物品形成为蜂窝状，一边向该蜂窝孔中通风一边由光源照射激发光，从而进行空气的净化（日本专利第2574840号公报-专利文献1）。而且作为光源，很多情况下使用荧光管灯。
但是，在现有的光催化剂除臭装置中，由于将在作为吸附剂的活性炭上担载有光催化剂粒子的光催化单元制成蜂窝结构，因而具有光催化剂的催化性能（除臭性能）无法充分地发挥的技术课题。即，由于成为蜂窝结构，因而由配置于光催化单元正面的光催化剂激发源的灯照射的光被蜂窝结构的壁遮挡，对蜂窝孔内部的光照射强度低，因此不可避免地产生光催化剂活性低的区域，具有无法充分地提高除臭性能的问题。另外，由于活性炭其本身不传播光，因而在照射了激发光时，与活性炭接触的光催化剂粒子的部分变成光催化剂粒子本身的影子，对于想要增加光催化剂粒子的表面积以提高光催化性能，其效果也减半，实际上具有除臭能力受到制约的问题。而且，作为第2课题，还具有压力损失逐年增加的另一技术课题。
为了解决以上的技术课题，通过配置多个激发光源，可以减少被蜂窝结构的壁遮挡而产生的影子的区域。但是，在这种情况下，多个光源成为阻碍空气流动的流路阻力，导致压力损失增大的结果。
为了避免这种压力损失的增加，而且为了减少在蜂窝结构的壁上形成的影子的区域，可以考虑减小蜂窝壁的厚度。但是，由于这种情况下会导致形状稳定性降低、同时光催化剂担载量降低、除臭性能降低的其他问题，因而减小蜂窝壁的厚度并非有效的解决方法。
现有技术的第3课题是激发光源的寿命短、环境负荷大。作为光源多使用荧光管灯，但灯寿命短。例如被用于耐久消耗品等中时，通常需要5年~10年的寿命，但这样长寿命的荧光管灯的成本非常高，并不实用。另外，在制造阶段荧光管内不得已要使用汞，在目前严峻的环境事实的背景下，难以应对针对制品废弃阶段下的环境负荷的课题。
为了解决这种现有技术的课题，提出了下述除臭装置：其不使用荧光管，而是例如利用通过高电压放电产生臭氧或紫外线、在被该紫外线活化的光催化剂组件中进行空气中含有的臭气成分或有害物质等的分解，并且利用臭氧分解手段将由高电压放电手段产生的臭氧分解（日本专利公开2003-339839号公报-专利文献2）。
但是，为了将乙醛等臭气气体分解，需要氧化电位更深（因此，价电子带的上限电位更大）的催化反应，通过利用臭氧进行的分解，分解至水和二氧化碳的最终的完全分解是困难的，容易生成醋酸等中间氧化物。该生成的醋酸具有成为覆盖光催化剂材料而显著降低分解速度的原因的问题。另外，由于臭氧其本身的有害性，在残留臭气气体分解后，为了除去臭氧也要设置二氧化锰层等臭氧分解催化剂层，成为成本高的原因之一。
现有技术的第4课题是由作为除臭装置对象的基质气体的性质所导致的课题。成为分解对象的基质气体有如氨那样容易溶入空气中的水分中而显示弱碱性的气体、如乙烯气体那样难溶于水中且即便溶解也显示中性的气体。
为了提高利用光催化剂的基质气体的分解反应，氧化电位深的光催化剂材料、例如氧化钨（WO3）是有前途的，但当在碱性环境中长年使用氧化钨时，有引起化学反应、催化活性降低的担忧。
另外，在玻璃纤维织物上担载有氧化钛（TiO2）时，氨在氧化钛上的吸附增大，氨的分解反应速度降低。
本来，应有的光催化剂除臭装置的形态是期望不受基质气体的环境pH的左右而具有一定的分解能力，上述这种状况暗示了光催化剂除臭装置的使用上的限制，对于广泛利用成为阻碍要因。
现有技术的第5课题是与LED的长期稳定性有关的课题。在光催化剂中使用的LED的波长λ从氧化钛（TiO2）或氧化钨（WO3）的带隙考虑，λ为370nm～380nm以下，即便是掺杂有氮或硫的氧化钛或氧化钨，从避免量子收率降低的意义上来说，也优选在λ为450nm以下情况下的使用。
在假设为上述的短波长（近紫外区域或UV光）且对氨进行分解的情况下，不仅氨向密封树脂（例如环氧树脂或硅树脂）中的渗透性极高，而且还有由短波长导致的密封树脂的劣化、或者渗透密封树脂而将LED芯片（LED die）或LED芯片与金的基底电极直接腐蚀，具有导致LED的照度降低、无法商品化的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2574840号公报
专利文献2：日本专利公开2003-339839号公报
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的课题而完成，其目的在于提供一种光催化剂除臭装置，其通过在光催化剂的激发光源中采用LED、在光催化单元中采用玻璃纤维的光催化片材，使得来自激发光源的光可在不会在整个光催化单元上形成影子的情况下进行照射、可在光催化片材的整个面上有效地激发光催化剂、长时间地维持除臭性能，同时减小所通过的空气的压力损失、也不会妨碍空气的通过，进而谋求长寿命化。
另外，本发明的目的在于提供一种不会被基质气体的环境pH所左右、具有一定分解能力的光催化剂除臭装置。
本发明为一种光催化剂除臭装置，其特征在于，平行地配置设有通风孔的基板，在上述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在上述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将上述光催化片材和上述2张基板固定在筐体上，将用于激发上述光催化剂的LED光源的发光面和上述光催化片材平行地配置，使得由上述通风孔送入的空气通过上述光催化片材，其中，上述光催化片材是将捆扎玻璃纤维而构成的原丝按照具有低风速下的通气成为可能的规定开口率的方式纵横地编织而构成的，上述光催化剂粒子机械地接触保持在上述光催化片材的玻璃纤维间。
根据本发明的光催化剂除臭装置，通过在光催化剂的激发光源中采用LED、在光催化单元中采用玻璃纤维的光催化片材，使得来自激发光源的光可在不会在整个光催化单元上形成影子的情况下进行照射，可在光催化片材的整个面上有效地激发光催化剂，长时间地维持除臭性能，同时减小所通过的空气的压力损失，也不会妨碍在箱内循环的冷气的通过，进而谋求长寿命化。
上述的本发明的光催化剂除臭装置中，可以使上述光催化片材的开口率为30%～60%。根据如此使玻璃纤维织物的开口率为30%以上且60%以下的光催化剂除臭装置，可以防止在低于30%时虽然光催化剂粒子的担载量增加、除臭性能增加但压力损失急剧地增大的情况，并可以防止在超过60%时光催化剂担载量变得过少而无法充分地发挥除臭机能的情况。
另外，上述的本发明的光催化剂除臭装置中，可以用使SiO2为50%以上的成分比的原材料形成上述光催化片材的玻璃纤维。这样，根据使光除臭片材的玻璃纤维的组成是SiO2为50%以上的成分的光催化剂除臭装置，光的透过性高、光可以在玻璃纤维中充分地传播，其结果是，在微细的玻璃纤维间担载的光催化剂的粒子在受到来自LED放射光的直接照射的同时在玻璃纤维中传播、或者被玻璃纤维表面反射/散射的光可到达至光催化剂粒子的里侧，可以充分地有效利用LED激发光。
进而，根据本发明的光催化剂除臭装置，通过使玻璃纤维的组成是SiO2为50%以上的成分，由于硅与氧的双键非常强、化学上稳定，因而可以使例如带隙为3.2eV的锐钛矿型TiO2光催化剂粒子在吸收激发光时所产生的具有强氧化还原电位的还原电子或氧化空穴对担载材料劣化的影响达到实际上使用时没有问题的水平。
另外，上述的本发明的光催化剂除臭装置中，可以使上述光催化片材的玻璃纤维的直径为10μm以下。根据如此使光催化片材的玻璃纤维的直径为10μm以下的光催化剂除臭装置，可防止在超过10μm时担载光催化剂粒子的能力降低、例如在风速为数m/秒的低风速下光催化剂粒子就从玻璃纤维间的空隙中脱落的情况，可长时间地维持除臭效果。
进而，就上述的本发明的光催化剂除臭装置而言，可在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用。
另外，本发明为一种光催化剂除臭装置，其特征在于，平行地配置设有通风孔的基板，在上述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在上述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将上述光催化片材和上述2张基板固定在筐体上，将用于激发上述光催化剂的LED光源的发光面和上述光催化片材平行地配置，使得由上述通风孔送入的空气通过上述光催化片材，其中，上述光催化片材为由整齐地捆扎玻璃纤维而成的横丝群和杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群构成的织物，上述光催化剂粒子附着保持在上述光催化片材的玻璃纤维间及玻璃纤维上。
根据如此将整齐地捆扎玻璃纤维而成的横丝群和杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群编织成织物状而成的物品作为光催化片材的光催化剂除臭装置，可以增强光催化剂粒子对光催化片材的玻璃纤维的密合力，对于例如风速高达5m/秒的大型空调机的除臭装置也可适用。
在上述的本发明的光催化剂除臭装置中，构成上述光催化片材的玻璃纤维还可以制成具有直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃纤维。
本发明的光催化剂除臭装置中，通过在LED安装基板上设有通风孔，从结构上来说，在支撑作为激发光源的LED的同时减少了空气的流路阻力。另外，通过平行地配置由担载有光催化剂的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材和LED安装基板，可以使来自LED光源的激发光最大限度地被光催化剂吸收。
进而，通过采用光催化片材的玻璃纤维织物，可以防止来自LED光源的激发光因玻璃纤维形成影子而无法到达至厚度方向的深处，对于整个光催化片材充分地确保了光量，有效地将光催化剂激发。
进而，本发明的光催化剂除臭装置中，通过使将整齐地捆扎玻璃纤维而成的横丝群和杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群编织成织物状而成的物品作为光催化片材，对光催化剂粒子的玻璃密合力强。
另外，一般来说已知光催化剂材料的催化活性随着催化剂粒子的粒度减少而增高，但通过使玻璃纤维为具有直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃，将催化活性高的1μm以下的光催化剂粒子捕获至存在于玻璃纤维的直径为1μm以下的孔中，可增强光催化剂粒子的玻璃密合力。
进而，本发明为一种光催化剂除臭装置，其特征在于，平行地配置设有通风孔的基板，在上述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在上述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将上述光催化片材和上述2张基板固定在筐体上，平行地配置用于激发上述光催化剂粒子的LED光源的发光面和上述光催化片材，使得由上述通风孔送入的空气通过上述光催化片材，其中，将在玻璃纤维织物中担载有以锐钛矿为主相的氧化钛光催化剂微粒的上述光催化片材配置在该光催化剂除臭装置的空气导入侧，将在玻璃纤维织物上担载有以氧化钨为主成分的光催化剂微粒的上述光催化片材配置在该光催化剂除臭装置的空气排出侧。
在对基质气体由氨等弱碱性气体、乙醛等中性气体以及NOX等酸性气体构成的混合气体进行分解时，通过将玻璃纤维织物中担载有氧化钛（以锐钛矿为主相）光催化剂微粒的光催化片材配置在该光催化剂除臭装置的空气导入侧，首先成为弱碱成分的氨被氧化钛吸附分解。在氨浓度足够降低的状况下，通过将成为第2层的担载有氧化钨的光催化片材设置在光催化剂除臭装置的排出侧，这回将残留中性气体除去。为酸性气体时，其可以在不损害任一方光催化剂微粒的催化活性的情况下被两者除去。
本发明中，通过使光催化片材为上述的配置，可以解决虽然氧化电位深、因而氧化分解能力高、但在弱碱环境下使用时催化活性降低的氧化钨光催化剂的课题。
另外，当考虑到气体渗透至LED密封材料中时，大概可以认为是由于在密封材料的分子间骨架间所形成的自由体积的存在、从而气体在密封材料中渗透，但通过使该密封材料为玻璃等硅氧化物，几乎完全地防止了基质气体中的水分或氨的浸入。
这样，根据本发明，可以提供不受基质气体的环境pH的左右、具有一定的分解能力、而且即便在腐蚀环境中也可长时间使用的以LED为光源的光催化剂除臭装置。
附图说明
图1为搭载了本发明的第1～第5实施方式的光催化剂除臭装置的冰箱的部分断裂截面图。
图2为本发明的第1～第3实施方式的光催化剂除臭装置的部分断裂的立体图。
图3为本发明的第1～第3实施方式的光催化剂除臭装置的部分省略的截面图。
图4（a）为本发明的第1～第3实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材的正视图、图4（b）为其俯视图。
图5为本发明的第1、第2实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的玻璃纤维织物的放大图。
图6为本发明的第1、第2实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的利用玻璃纤维担载光催化剂粒子的状态的显微镜照片。
图7为表示本发明的第1实施方式的光催化剂除臭装置的光催化片材的开口率与压力损失和光催化剂担载量的关系的曲线图。
图8为表示本发明的第1实施方式的光催化剂除臭装置的光催化片材的玻璃纤维直径与光催化剂脱落率的关系的曲线图。
图9为将本发明的实施例1的光催化剂除臭装置的乙醛分解性能与现有例进行对比显示的曲线图。
图10为将本发明的实施例2的光催化剂除臭装置的氨分解性能与现有例进行对比显示的曲线图。
图11为本发明的第3实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的玻璃纤维织物的放大图。
图12为表示本发明的第3实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的利用玻璃纤维担载光催化剂粒子的状态的说明图。
图13为表示本发明的第3实施方式的光催化剂除臭装置的光催化片材的风速与光催化剂脱落率的关系的曲线图。
图14为本发明的第4实施方式的光催化剂除臭装置的部分断裂的立体图。
图15为本发明的第4实施方式的光催化剂除臭装置的部分省略的截面图。
图16（a）为本发明第4实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材的正视图、图16（b）为其俯视图。
图17为本发明第4实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的玻璃纤维织物的放大图。
图18为表示本发明第4实施方式的光催化剂除臭装置中使用的光催化片材内的利用玻璃纤维担载光催化剂粒子的状态的显微镜照片。
图19为将本发明的实施例3的光催化剂除臭装置的乙醛分解性能与比较例1进行对比显示的曲线图。
图20为将本发明的实施例3的光催化剂除臭装置的氨分解性能与比较例1进行对比显示的曲线图。
图21为将本发明的实施例3的光催化剂除臭装置的照度维持时间特性与比较例1、2进行对比显示的曲线图。
具体实施方式
以下根据附图详细说明本发明的实施方式。
[第1实施方式]
本发明一个实施方式的光催化剂除臭装置1是如图1所示在冰箱100的箱内为了除臭而设置的装置。在冰箱100的箱内，使用冷却风扇101使冷气102以低风速、例如0.2m/秒～3m/秒的风速在箱内循环。本实施方式的光催化剂除臭装置1按照在这种低风速下不会阻碍空气的流动、为了利用光催化剂对箱内空气进行除臭而设置在冷气通路103上进行使用。
如图2～图4所示，本实施方式的光催化剂除臭装置1由用于激发所担载的光催化剂的粒子的LED3；设有多个通风孔4且安装有LED3的LED安装基板5；与其大致平行地配置的多个光催化片材6；与LED安装基板5相向且大致平行地配置的设有通风孔4的对向基板7；以及用保持这些板材的位置并保持加固形状的框体形成的筐体8构成。本实施方式中，光催化片材6安装有3张。
筐体8的材料从对紫外线的高耐候性和对臭气气体的变色少的观点出发，可以是丙烯酸树脂（聚甲基丙烯酸甲酯树脂），进而可以是为丙烯酸树脂且特别可以抑制发臭、将聚合度提高至10000～15000左右的材料。另外，还可以是成本比较低、成型性良好的ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合成树脂），为了提高强度，还可以是在ABS树脂中混炼玻璃纤维制成复合物的强化ABS树脂。上述材料使用模具进行成型以形成规定的形状。
LED安装基板5是按照对应设置场所的环境以适当的分布密度进行分布的方式在设有适当个数的通风孔4的环氧树脂玻璃基板上印刷电极图案而成的，且安装有紫外线波长λ＝375nm、光量Po＝5.8mW、正向电流为30mA的LED芯片3。
该LED安装基板5如下制作。按照对应设置场所的环境以适当的分布密度进行分布的方式在设有适当个数的通风孔4的环氧树脂玻璃基板上印刷电极图案，准备LED芯片3，用安装器配置在基板的规定面上后，利用低熔点回流炉在240℃、10秒钟条件下使其熔融粘接在基板上。该熔融粘接后的基板上的LED芯片3对基板电极的接线使用接线机将阳极侧和阴极侧的2根用30μm的金线进行。进而，接线后的基板为了进行LED芯片的P-N连接保护，用硅树脂对LED芯片3进行浇灌，制成LED安装基板5。
LED安装基板5上的LED芯片3的搭载个数由每1个LED的光量Po、担载有光催化剂材料的玻璃纤维制的光催化片材6的面积、光催化片材6与LED发光面间的距离算出，按照多个光催化片材6均是该光催化片材6上的光照射强度达到1mW/cm2以上的方式进行设计，为10个～20个。
担载于光催化片材6的玻璃纤维织物6A的玻璃纤维间的光催化剂6B以下述材料为起始原料：该材料由80体积%的锐钛矿型结构氧化钛和20体积%的金红石型结构的氧化钛组成的氧化钛TiO2构成，具有约50m2/g的表面积，且微晶直径为20nm（粉体凝聚前的粒子直径）。
这里，锐钛矿型和金红石型的构成相的相分率和微晶直径分别如下求得：使用利用了Cu的Kα线的X射线衍射法，将锐钛矿型结构氧化钛和金红石型结构氧化钛的反射X射线的强度比及反射X射线的强度带入到德拜-谢乐公式中。表面积由基于BET法的氮的单分子吸附特性求出。
将上述光催化剂起始原料投入到装满纯水的超声波洗涤机中，在确认了光催化剂粒子在纯水中充分地分散后，浸渍玻璃纤维织物6A，使其担载在该玻璃纤维织物6A的玻璃纤维间。此外，本实施方式中说明了使用纯水的情况，但为了对光催化剂材料的粒子的分散性进行改良，也可将分散材料（表面活性剂）以0.1%到数%（相对于光催化剂材料的重量比）混合在水中，为了对臭气气体吸附特性进行改良，还可混合吸附剂。光催化剂材料在玻璃纤维织物6A上的单位面积重量从光催化剂粒子从玻璃纤维织物6A中的脱落性和除臭性能的确保的观点出发，按照达到200～500g/m2的方式进行。图5表示玻璃纤维织物6A的显微镜照片、图6表示作为光催化剂的氧化钛粒子担载于玻璃纤维6A的状态的显微镜照片。
玻璃纤维织物6A中使用的玻璃纤维优选直径为约2～10μm、且SiO2成分为50%以上（更优选为60%以上）者，玻璃纤维的密度是纵向为20根的原丝、横向的密度为18本的原丝，使用它们纵横地编织而制成玻璃纤维织物。
对于该玻璃纤维织物6A，对开口率从20%开始每约10%地进行试验的结果如图7的曲线图所示，开口率越小，则光催化剂的单位担载量g/m2越大，但开口率为30%以下时，压力损失增大、仅机械地担载的光催化剂粒子发生脱落、除臭性能急剧降低，因此优选开口率为30%以上。另外，当开口率超过60%时，光催化剂的绝对存在量骤减、无法获得有效的除臭效果。
通过上述工艺获得的担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物6A在该状态下缺乏形状的稳定性，因而如图4所示，利用由耐光性高的树脂形成的框架6C对周围进行紧固、保形，制成光催化片材6。
上述构成的光催化剂除臭装置1如图1所示，例如设置在冰箱100内的空气通路103进行使用，点亮LED3使其发光，使用该光激发担载于玻璃纤维织物6A的光催化剂粒子6B，将空气中含有的臭气物质分解来除臭。
如上所述，根据本实施方式的光催化剂除臭装置1，使光催化剂粒子6B担载于光催化片材6中采用的透光性的玻璃纤维织物6A的玻璃纤维间，照射LED3使光催化剂6B激发而将臭气物质分解，因此由于玻璃纤维的透光性的缘故，可以使LED3的光到达光催化片材6的整个面、表里两面，可以照射至光催化剂而激发光催化剂，从而有效地除臭。另外，由于光源是LED，因而还具有不需进行更换、可长时间连续使用的优点。
另外，通过使光催化片材6的开口率为30%～60%，可以抑制压力损失。另外，通过用使SiO2为50%以上的成分比的原材料形成光催化片材6的玻璃纤维，透光性良好，如上所述可以使其到达光催化片材6的整个面、表里两面，可以照射至光催化剂而使其激发，从而可以有效地除臭。
另外，如图8的曲线图所示，当使光催化片材6的玻璃纤维的直径为10μm以上时，则光催化剂从玻璃纤维中的脱落变得明显、利用光催化剂的分解性能降低，但通过为10μm以下，可以使光催化剂的粒子高密度且有效、稳定地担载在玻璃纤维间，可以获得巨大的光催化作用。
进而，本实施方式的光催化剂除臭装置1在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用，在这种低风速下，即便是在仅使光催化剂的粒子机械地担载于玻璃纤维间的状态下，也可在不会由于空气的流动使粒子脱落的情况下进行使用，从这方面来说，也可长时间连续使用。
此外，根据本实施方式，由于仅使光催化剂的粒子机械地担载于玻璃纤维间，可以在不使用用于进行粘合或粘接的试剂的情况下使光催化剂粒子担载于光催化片材的玻璃纤维，因而具有还可谋求制造成本的降低的优点。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式的光催化剂除臭装置1进行说明。本实施方式的光催化剂除臭装置1也如图1所示，是为了除臭而设置在冰箱100的箱内的装置。另外，本实施方式的结构与第1实施方式相同，如图2～图4所示，由用于激发所担载的光催化剂的粒子的LED3；设有多个通风孔4且安装有LED3的LED安装基板5；与其大致平行地配置的多个光催化片材6；与LED安装基板5相向且大致平行配置的设有通风孔4的对向基板7；以及用保持这些板材的位置且保持加固形状的框体形成的筐体8构成。
本实施方式的情况下，安装在LED安装基板5上的LED3的波长与第1实施方式不同，安装的是近紫外线的可见光的波长λ＝405nm、光量Po＝6.2mW、正向电流为30mA的LED芯片。该安装基板5的制作方法与第1实施方式相同。
本实施方式的情况下，LED安装基板5中的LED芯片3的搭载个数也是由每1个LED的光量Po、担载有光催化剂材料的玻璃纤维制光催化片材6的面积、光催化片材6与LED发光面间距离求得，按照多个光催化片材6均是该光催化片材6上的光照射强度达到1mW/cm2以上的方式进行设计，为10个～20个。
担载于光催化片材6的玻璃纤维织物6A的玻璃纤维间的光催化剂6B以掺杂市售的氮、在可见光区域（紫色、λ＝400～450nm）下已知催化活性的市售的可见光型光催化剂材料（平均粒度为约2μm。利用费氏微粒测量仪测定）为起始原料。使该光催化剂粒子担载于玻璃纤维织物6A的玻璃纤维间的方法与第1实施方式相同。
玻璃纤维织物6A中使用的玻璃纤维与第1实施方式相同，优选直径为约2～10μm且SiO2成分为50%以上（更优选为60%以上）者，玻璃纤维的密度是纵向为20根的原丝、横向的密度为18本的原丝，使用它们纵横地编织而制成玻璃纤维织物。
该玻璃纤维织物6A的开口率也与第1实施方式相同，优选为30%以上、且不超过60%的范围。
通过上述工艺获得的担载有可见光型光催化剂的粒子的玻璃纤维织物6A在该状态下缺乏形状的稳定性，因而与第1实施方式相同，如图4所示，利用由耐光性高的树脂形成的框架6C对周围进行紧固、保形，制成光催化片材6。
上述构成的光催化剂除臭装置1如图1所示，例如设置在空气通路103中进行使用，点亮LED3使其发光，使用该光激发担载于玻璃纤维织物6A上的光催化剂粒子6B，将空气中含有的臭气物质分解而进行除臭。通过本实施方式的光催化剂除臭装置1，也可获得与第1实施方式相同的作用、效果。根据本实施方式，特别是如实施例2中说明所示，可有效地对氨成分进行除臭。
[实施例1]
使用第1实施方式的光催化剂除臭装置1，使用光催化片材的面积为50cm2、在光催化剂上担载氧化钛（锐钛矿型80%、金红石型20%）1g、利用紫外线发光的LED3产生的光的照射强度为2mW/cm2的光催化剂除臭装置1，在存在有初始浓度为5ppm的乙醛的冰箱内进行除臭性能试验。如图9的曲线图所示，与利用现有例的光催化剂除臭装置的除臭性能进行比较时，确认了本实施例1的光催化剂除臭装置的乙醛分解性能高约10%左右。
[实施例2]
使用第2实施方式的光催化剂除臭装置1，使用光催化片材的面积为50cm2、在光催化剂上担载可见光光催化剂1.5g、利用紫外线发光的LED3产生的光的照射强度为2.5mW/cm2的光催化剂除臭装置1，在存在有初始浓度为20ppm的氨的冰箱内进行除臭性能试验。如图10的曲线图所示，与利用现有例的光催化剂除臭装置的除臭性能进行比较时，确认了：开始初始时的氨分解性能比现有例高约35%左右，而经过一段时间后，氨分解性能也高约9%左右。
[第3实施方式]
接着，对本发明的第3实施方式的光催化剂除臭装置1进行说明。本实施方式的光催化剂除臭装置1的结构与第1实施方式相同，如图2～图4所示，由用于激发所担载的光催化剂的粒子的LED3；设有多个通风孔4且安装有LED3的LED安装基板5；与其大致平行地配置的多个光催化片材6；与LED安装基板5相向且大致平行配置的设有通风孔4的对向基板7；以及用保持这些板材的位置且保持加固形状的框体形成的筐体8构成。此外，本实施方式的光催化剂除臭装置1不仅可适用于冰箱的箱内的除臭，也可适用于例如风速超过5m/秒的大型空调机的除臭装置，用途并无特别限定。
本实施方式的情况下，安装在LED安装基板5上的LED3的波长与第1实施方式相同。其也可以采用第2实施方式。
本实施方式的情况下，LED安装基板5上的LED芯片的搭载个数也与第1实施方式同样地设计。光催化片材6的玻璃纤维织物6A1的玻璃纤维间及玻璃纤维上担载的光催化剂6B也与第1实施方式相同。
本实施方式的特征在于图11的照片所示的玻璃纤维织物6A，还在于使用直径1μm以下的孔的多孔质玻璃纤维且由整齐地捆扎该多孔质玻璃纤维而成的横丝群6A1和杂乱地捆扎多孔质玻璃纤维而成的纵丝群6A2来构成织物。玻璃纤维使用市售的多孔质玻璃纤维。将该玻璃纤维捆扎成纵丝为15～20根、横丝为10～20根，加工成织物状而制成玻璃纤维织物6A。玻璃纤维织物6A的开口率与第1实施方式相同，优选为30%以上、且不超过60%的范围。
如图12所示，通过将该玻璃纤维织物6A在乳胶溶液中在施加了超声波的状态下浸渍10分钟，从而使光催化剂粒子6B担载于玻璃纤维间及玻璃纤维上。该光催化剂粒子6B的担载例如如下进行：向在纯水中添加磷酸而将PH（氢离子浓度）调节至2～7的水溶液中添加上述光催化剂粒子，制成乳胶溶液，在该乳胶溶液中将玻璃纤维织物6A浸渍10分钟。
通过上述工艺获得的担载有可见光型光催化剂的粒子的玻璃纤维织物6A在该状态下缺乏形状的稳定性，因而与第1实施方式相同，如图4所示，利用由耐光性高的树脂形成的框架6C对周围进行紧固、保形，制成光催化片材6。
上述构成的第3实施方式的光催化剂除臭装置1如图1所示，设置在空气通路103中进行使用，点亮LED3使其发光，使用该光使担载于玻璃纤维织物6A的光催化剂粒子6B激发，将空气中所含有的臭气物质分解而进行除臭。本实施方式特别可有效地对氨成分进行除臭。
根据本实施方式的光催化剂除臭装置1，通过使将整齐地捆扎玻璃纤维而成的横丝群6A1和杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群6A2编织成织物状的玻璃纤维织物6A作为光催化片材6，光催化剂微粒6B对玻璃纤维的密合力显著地提高。这可以认为是，通过杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群6A2的存在，要使混乱的玻璃纤维返回至原来的直线状形状的力量起作用，该复原力对抑制光催化剂粒子发生作用。另外，一般来说已知光催化剂材料的催化活性随着光催化剂粒子的粒度减少而增高，但通过使玻璃纤维为具有直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃，如图12所示，可以将催化活性高的1μm以下的光催化剂粒子6B捕获至存在于玻璃纤维6A的直径为1μm以下的孔6A3中，可以长时间不发生脱落地进行担载，可以长时间地维持光催化能力。因此，本实施方式的光催化剂除臭装置不仅可适用于图1所示的冰箱、还可适用于例如风速高达5m/秒的大型空调机。
图13是表示本实施方式的光催化剂除臭装置1的光催化片材6的风速与光催化剂脱落率的关系的曲线图，确认了：直到风速达到5m/秒也基本未见光催化剂粒子的脱落率。
[第1～第3实施方式的变形例]
第1～第3实施方式的光催化剂除臭装置1中为使用3张光催化片材6、从单侧的LED安装基板5照射光的构成，但并非限定于此。例如可以为LED安装基板5使用2张、从光催化片材6的表里两侧照射光的构成。另外，在这些情况下，还可以仅使用1张或2张的光催化片材6，还可使用4张以上。
[第4实施方式]
接着，对本发明的第4实施方式的光催化剂除臭装置1进行说明。本实施方式的光催化剂除臭装置1也如图1所示，是为了除臭设置在冰箱100的箱内的装置。但当然也可用于其他场所的消臭、除臭用途。
如图14～图16所示，本实施方式的光催化剂除臭装置1由设有多个通风孔4且安装有用于激发担载于玻璃纤维的光催化剂的微粒的LED3的LED安装基板5；与其大致平行地配置的多种、多张的光催化片材61、62；与LED安装基板5相向且大致平行配置的同样设有多个通风孔4的对向基板7；用保持这些板材的位置且保持加固形状的框体形成的筐体8；以及顶板9构成。本实施方式中，安装3张光催化片材61、62。光催化片材61为2张、光催化片材62为1张。此外，上述的对向基板7为了提高除臭性能还可以与安装有LED3的LED安装基板5相同。
即，第4实施方式的光催化剂除臭装置1与图2～图4所示的第1实施方式的光催化剂除臭装置1的基本构成相同。本实施方式的光催化剂除臭装置1与第1实施方式的光催化剂除臭装置1的不同点在于：第1实施方式的3张光催化片材6全部为相同的片材，而本实施方式的3张光催化片材由2种光催化片材61、62构成。因此，对图14～图16中与图2～图4共同的构件使用相同的符号。
本实施方式的筐体8的材料与第1实施方式相同，从对紫外线的高耐候性和对基质气体的变色少的观点出发，可以是丙烯酸树脂（聚甲基丙烯酸甲酯树脂），进而可以是为丙烯酸树脂且可以抑制发臭、将聚合度提高至10000～15000左右的材料。另外，还可以是成本比较低、成型性良好的ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合成树脂），为了提高强度，还可以使用在ABS树脂中混炼玻璃纤维制成复合物的强化ABS树脂。上述材料使用模具进行成型以形成规定的形状。
本实施方式的LED安装基板5是按照对应设置场所的环境以适当的分布密度进行分布的方式在设有适当个数的通风孔4的环氧树脂玻璃基板上印刷电极图案而成的，且安装有波长λ＝405nm、光量Po＝6.2mW（正向电流为30mA）的LED芯片3。该LED芯片3如下安装：用安装器将LED芯片配置在环氧树脂玻璃基板上后，利用低熔点回流炉在240℃、10秒钟的条件下使其熔融粘接在该基板上。并且，熔融粘接后的环氧树脂玻璃基板上的LED芯片3对基板电极的接线通过接线机将阳极侧和阴极侧的2根用25μm的金线进行。对于该接线后的基板，为了改善LED的耐环境性，涂布液体玻璃并在40℃下干燥16小时而固化后，再进行4天的常温放置的处理，从而获得最终的LED安装基板5。
本实施方式的LED安装基板5上的LED芯片3的搭载个数与第1实施方式相同，由每1个LED的光量Po、光催化片材6的面积、光催化片材6与LED发光面间距离求得，按照多个光催化片材6上的光照射强度达到1mW/cm2以上的方式进行设计，为10个～20个。
担载于光催化片材61的玻璃纤维织物6A间的光催化剂粒子61B是掺杂氮、在可见光区域（紫色、λ＝400～450nm）下已知催化活性的市售的可见光型光催化剂材料（平均粒度为约40μm）。另外，担载于光催化片材62的玻璃纤维6A间的光催化剂粒子62B是氧化钨可见光型光催化剂材料（平均粒度为约130μm）。
通过玻璃纤维6A分别担载2种光催化剂粒子61B、62B如下进行：向在纯水中添加磷酸而将pH（氢离子浓度）调节至2～7的醇系水溶液中添加了上述光催化剂材料的分散溶液中将玻璃纤维6A浸渍10分钟，之后在100℃下干燥2小时，从而进行。如此获得2种光催化剂粒子61B、62B担载于玻璃纤维间的2种玻璃纤维织物61A、62A。
为了对通过上述工艺获得的分别担载有光催化剂粒子61B、62B的玻璃纤维织物61A、62A的各自端部赋予形状稳定性，利用由耐光性高的树脂形成的框架6C对周围进行紧固，分别制成光催化片材61、62。
然后，如图14所示，将2张担载有氧化钛（TiO2）光催化剂粒子61B的光催化片材61嵌入筐体8的空气导入侧In、将1张担载有氧化钨（WO3）光催化剂粒子62B的光催化片材62嵌入筐体8的空气导入侧Out，然后在其两侧将预先制作好的LED安装基板5、对向基板7嵌入筐体8中，封上顶板，制成光催化剂除臭装置1。
此外，本实施方式中对使用了纯水的情况进行了说明，但为了改善光催化剂材料的微粒的分散性，还可将分散材料（表面活性剂）以0.1wt%到数wt%（相对于光催化剂材料的重量比）混合在水中，为了改良臭气气体吸附特性，还可混合吸附剂。另外，基质气体的分解由于在受光激发的光催化剂微粒上进行，因此即便有送风手段，本发明的本质也丝毫不会受损。
玻璃纤维织物61A、62A的光催化剂粒子61B、62B的单位面积重量从光催化剂粒子从玻璃纤维6A上的脱落性和除臭性能的确保的观点出发，按照达到200～500g/m2的方式进行。图17表示玻璃纤维6A的显微镜照片、图18表示作为光催化剂的氧化钛粒子61B担载于玻璃纤维织物61A的玻璃纤维6A的状态的显微镜照片。对于玻璃纤维织物62A，氧化钨光催化剂粒子62B在该玻璃纤维6A上的担载状态也相同。另外，如图17的显微镜照片所示，对于玻璃纤维织物61A、62A，纵丝的玻璃纤维6A被整齐地捆扎，而横丝的玻璃纤维6A拆开、不整齐地排列。由此，容易担载光催化剂粒子61B、62B。另外，纵丝和横丝也可相反。
玻璃纤维织物61A、62A中使用的玻璃纤维6A优选直径为约2～10μm、且SiO2成分为50%以上（更优选为60%以上）者，作为玻璃纤维织物，玻璃纤维6A的密度是例如纵向为20根的原丝、横向的密度为18根的原丝，使用它们纵横地编织而制成玻璃纤维织物。。
对该玻璃纤维织物61A、62A而言，当开口率达到30%以下时，压力损失增大、仅机械担载的光催化剂粒子发生脱落、除臭性能急剧降低，因此优选开口率为30%以上。另外，当开口率超过60%时，光催化剂的绝对存在量骤减、无法获得有效的除臭效果。
上述构成的光催化剂除臭装置1如图1所示，例如设置在冰箱100内的空气通路103中进行使用，点亮LED3使其发光，使用该光使担载于玻璃纤维织物61A、62A的光催化剂粒子61B、62B激发，将空气中所含有的臭气物质分解而进行除臭。
根据本实施方式的光催化剂除臭装置1，使光催化剂粒子61B、62B担载于光催化片材61、62中采用的透光性的玻璃纤维织物61A、62A的玻璃纤维6A间，照射LED3将光催化剂粒子61B、62B激发，将臭气物质分解，因而由于玻璃纤维织物61A、62A的透光性的缘故，可以使LED3的光到达光催化片材61、62的整个面、表里两面，可以照射至光催化剂而使其激发，可以有效地除臭。另外，由于光源是LED3，因而还具有不需进行更换、可长时间连续使用的优点。
另外，通过使光催化片材61、62的开口率为30%～60%，可以抑制压力损失。另外，通过用使SiO2为50%以上的成分比的原材料形成光催化片材61、62的玻璃纤维6A，透光性良好，如上所述可以使其到达光催化片材61、62的整个面、表里两面，可以照射至光催化剂而使其激发，可以有效地除臭。
另外，当使光催化片材61、62的玻璃纤维6A的直径为10μm以上时，光催化剂从玻璃纤维上的脱落变得明显、利用光催化剂的分解性能降低，但通过为10μm以下，可以使光催化剂的粒子高密度且有效、稳定地担载在玻璃纤维6A间，可以获得巨大的光催化作用。
本实施方式的光催化剂除臭装置1在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用，在这种低风速下，即便是在仅使光催化剂粒子61B、62B机械地担载于玻璃纤维6A间的状态下，也可在不会由于空气的流动使粒子脱落的情况下进行使用，从这方面出发，也可长时间连续使用。
另外，根据本实施方式，由于仅使光催化剂粒子61B、62B机械地担载于玻璃纤维6A间，可以在不使用用于进行粘合或粘接的试剂的情况下使光催化剂粒子61B、62B担载于光催化片材61、62的玻璃纤维6A，因而还可谋求制造成本的降低。
进而，本实施方式的光催化剂除臭装置1中，在对基质气体由氨等弱碱性气体、乙醛等中性气体以及NOX等酸性气体构成的混合气体进行分解时，通过将玻璃纤维织物61A中担载有氧化钛（以锐钛矿为主相）光催化剂微粒61B的光催化片材61配置在该光催化剂除臭装置的空气导入侧In，首先成为弱碱成分的氨被氧化钛（TiO2）吸附分解。在氨浓度足够降低的状况下，通过将成为第2层的在玻璃纤维织物62A上担载有以氧化钨（WO3）为主成分的光催化剂微粒62B的光催化片材62设置在光催化剂除臭装置1的排出侧Out，将残留中性气体除去。在为酸性气体时，可以在不损害任一方光催化剂微粒61B、62B的催化活性的情况下将其除去。
由此，根据本实施方式的光催化剂除臭装置1，可以解决虽然氧化电位深、因此氧化分解能力高、但在弱碱环境下使用时催化活性降低的氧化钨光催化剂的课题，可以对其氧化分解能力进行利用。
另外，当考虑到气体渗透至LED3的密封材料中时，大概可以认为是由于在密封材料的分子间骨架间所形成的自由体积的存在，气体在密封材料中渗透，但通过将该密封材料制成硅氧化物（玻璃-SiO2），几乎可以完全地防止基质气体中的水分或氨的浸入。
[实施例3]
作为实施例3，使用面积为50cm2的光催化片材61、在光催化剂上担载有氧化钛粒子（锐钛矿型80%、金红石型20%）1g、面积为50cm2的光催化片材62、在光催化剂上担载有氧化钨粒子1g、将这2张光催化片材61、62分别配置在空气入口侧In和出口侧Out、利用紫外线发光的LED3产生的光的照射强度为2mW/cm2的光催化剂除臭装置1。进而，实施例3中LED3的密封材料使用硅氧化物（玻璃-SiO2）。
作为比较例1，与实施例3相反，使用将氧化钨光催化片材62配置在入口In侧、将氧化钛光催化片材61配置在出口侧Out的光催化剂除臭装置。
进而，在存在有初始浓度为30ppm的醛和初始浓度为20ppm的氨的冰箱内进行除臭性能试验。如图19、图20的曲线图所示，与利用比较例1的光催化剂除臭装置的除臭性能进行比较时，确认了本实施例的光催化剂除臭装置的氨分解性能高约20点左右。
另外，作为比较例2，作为LED安装基板5使用在LED3上涂布双酚型环氧树脂作为密封材料并进行了干燥者，作为比较例3，在LED3上涂布苯基系硅树脂作为密封材料并进行了干燥，将它们与实施例3的LED安装基板就照射时间-照度维持特性进行比较。结果如图21的曲线图所示，确认了：比较例2、3的LED安装基板在到1000小时、2000小时时相对照度几乎降低至0，但实施例3中使用的LED安装基板5直到3000小时时相对照度也几乎没有降低。
[第5实施方式]
第4实施方式的玻璃纤维织物61A、62A例如可以采用使用直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃纤维、且如图17所示由整齐地捆扎该多孔质玻璃纤维而成的纵丝群和杂乱地捆扎多孔质玻璃纤维而成的横丝群构成的织物。另外，纵丝和横丝也可相反。
这种情况下，对光催化剂微粒61B、62B的玻璃密合力进一步提高。可以认为是，通过杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群的存在，混乱的玻璃纤维要返回至原来的直线状形状的力量起作用，该复原力对抑制光催化剂粒子发生作用。另外，一般来说已知光催化剂材料的催化活性随着光催化剂粒子的粒度减少而增高，但通过使玻璃纤维为具有直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃，可以将催化活性高的1μm以下的光催化剂粒子61B（62B）捕获至存在于玻璃纤维6A的直径为1μm以下的孔中，可以长时间不发生脱落地进行担载，可以长时间地维持光催化能力。因此，本实施方式的光催化剂除臭装置不仅可适用于图1所示的冰箱、还可适用于例如风速高达5m/秒的大型空调机。
[第4、5实施方式的变形例]
第4、5实施方式的光催化剂除臭装置1为使用2张光催化片材61、1张光催化片材62、从单侧的LED安装基板5照射光的构成，但并非限定于此。通过在对向基板7中也使用LED安装基板，可以为从表里两侧对光催化片材61、62照射光的构成。另外，光催化片材61、62的使用张数只要分别使用至少1张即可，也可使用各为2张的光催化片材61、62；还可以使用3张光催化片材61、2张以上的光催化片材62。

Claims (13)

1.一种光催化剂除臭装置，其特征在于，
平行地配置设有通风孔的基板，在所述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在所述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将所述光催化片材和所述2张基板固定在筐体上，将用于激发所述光催化剂的LED光源的发光面和所述光催化片材平行地配置，使得由所述通风孔送入的空气通过所述光催化片材，
其中，所述光催化片材是将捆扎玻璃纤维而构成的原丝按照具有低风速下的通气成为可能的规定开口率的方式纵横地编织而构成的，
所述光催化剂粒子机械地接触保持在所述光催化片材的玻璃纤维间。
2.根据权利要求1所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，所述光催化片材的开口率为30%～60%。
3.根据权利要求1或2所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，所述光催化片材的玻璃纤维用使SiO2为50%以上的成分比的原材料形成。
4.根据权利要求1或2所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，所述光催化片材的玻璃纤维的直径为10μm以下。
5.根据权利要求3所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，所述光催化片材的玻璃纤维的直径为10μm以下。
6.根据权利要求1或2所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用。
7.根据权利要求3所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用。
8.根据权利要求4所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用。
9.根据权利要求5所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，在风速为0.2m～3m/秒的低风速下使用。
10.一种光催化剂除臭装置，其特征在于，
平行地配置设有通风孔的基板，在所述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在所述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将所述光催化片材和所述2张基板固定在筐体上，将用于激发所述光催化剂的LED光源的发光面和所述光催化片材平行地配置，使得由所述通风孔送入的空气通过所述光催化片材，
其中，所述光催化片材是由整齐地捆扎玻璃纤维而成的横丝群和杂乱地捆扎玻璃纤维而成的纵丝群构成的织物，
所述光催化剂粒子附着并保持在所述光催化片材的玻璃纤维间及玻璃纤维上。
11.根据权利要求10所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，构成所述光催化片材的玻璃纤维是具有直径为1μm以下的孔的多孔质玻璃纤维。
12.一种光催化剂除臭装置，其特征在于，
平行地配置设有通风孔的基板，在所述2张基板中的至少1张基板上安装LED，在所述2张基板间配置由担载有光催化剂粒子的玻璃纤维织物及支撑该织物的框架构成的光催化片材，将所述光催化片材和所述2张基板固定在筐体上，将用于激发所述光催化剂的LED光源的发光面和所述光催化片材平行地配置，使得由所述通风孔送入的空气通过所述光催化片材，
其中，将在玻璃纤维织物上担载有氧化钛光催化剂粒子的所述光催化片材配置在该光催化剂除臭装置的空气导入侧，将在玻璃纤维织物上担载有以氧化钨为主成分的光催化剂粒子的所述光催化片材配置在该光催化剂除臭装置的空气排出侧。
13.根据权利要求12所述的光催化剂除臭装置，其特征在于，使用硅氧化物作为材料，将所述LED封固在所述基板上。
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