CN1308042C - 空气净化装置 - Google Patents

Abstract

一种空气净化装置X1，包括：能够使空气通过内部的净化室(R2)；设置在净化室(R2)内的紫外线光源(12)；通过使空气通过净化室(R2)内而使净化室(R2)内产生气流用的气流产生装置(11)；光催化剂粒体(13)，其具有光催化剂功能，而且被容纳在净化室(R2)内，通过气流而可以位移。

Description

空气净化装置

技术领域

本发明涉及一种例如使室内或车内的空气清洁化的空气净化装置。

背景技术

为了使室内或车内、以及厕所、木拖鞋箱、冰箱和餐具柜中的空气清洁和消臭等，有时使用空气净化装置。例如，日本专利申请特开平11-151443号公报、特开2001-253235号公报、特开2002-253662号公报等中公开了空气净化装置。

作为空气净化装置，已知有利用光催化剂物质的装置。例如，特开平11-151443号公报、特开2002-253662号公报中公开了那样的空气净化装置。

图7示意地表示利用光催化剂物质的已有空气净化装置X2。空气净化装置X2包括壳体71、除尘用的过滤器72、光催化剂过滤器73、74、紫外线灯75、风扇76和过滤器77。

壳体71有吸气口71a和排气口71b。按照闭塞吸气口71a的形式设置过滤器72，按照闭塞排气口71b的形式设置过滤器77。光催化剂过滤器73、74由粘着了粉末状的氧化钛(TiO₂)的无纺布构成，通过紫外线灯75进行照射而被赋予功能。风扇76被设置在排气口71b侧，通过风扇76动作而使空气通过空气净化装置X2。具体地说，通过风扇76动作，空气通过吸气口71a流入空气净化装置X2，依次通过过滤器72、光催化剂过滤器73、74和过滤器77后，通过排气口71b从空气净化装置X2排出。

作为具有光催化剂功能的物质，已知有氧化钛等的一部分半导体物质。在具有光催化剂功能的半导体物质中，一般由于吸收具有相当于价电子带和传导带的带隙的能量的光，价电子带的电子迁移到传导带，通过该电子迁移，在价电子带产生空穴。传导带的电子具有移动到吸附在该光催化剂性半导体的表面的物质上的性质，由此能还原该吸附物质。价电子带的空穴具有从吸附在该光催化剂性半导体的表面上的物质夺取电子的性质，因此能氧化该吸附物质。

在具有光催化剂功能的氧化钛(TiO₂)中，迁移到传导带的电子还原空气中的氧，生成过氧阴离子(·O2^-)。与此同时，在价电子带产生的空穴氧化氧化钛表面的吸附水，生成羟基(·OH)。羟基有非常强的氧化能力。因此，对光催化剂性氧化钛，例如吸附有机物时，通过羟基作用，有时该有机物会分解成水和二氧化碳。

在空气净化装置X2工作时，空气中的污染物质和细菌等添充到光催化剂过滤器73、74中。由于光催化剂过滤器73、74中附着有作为上述那样的光催化剂的氧化钛，所以这些污染物质和细菌等在由紫外线灯75照射的光催化剂过滤器73、74中受到分解作用。

在这种已有的空气净化装置X2中，为了提高空气净化效率，必须使空气有效接触到光催化剂过滤器73、74。该接触效率，能通过增大光催化剂过滤器73、74的面积和/或厚度来提高。

但是，若增大光催化剂过滤器73、74的面积，则空气净化装置X2的尺寸有过大的倾向。另外，考虑到空气通过光催化剂过滤器73、74时的压力损失，光催化剂过滤器73、74厚度的增大并不理想。若增大光催化剂过滤器73、74的厚度，则相应地要求风扇76提高送风能力，若提高风扇76的送风能力，则维持空气净化装置X2的寂静性变得困难。

而且，在空气净化装置X2中，光催化剂过滤器73、74的紫外线照射量有偏差。即，相距紫外线灯75的距离和紫外线照射角度，根据光催化剂过滤器73、74上的位置而不同。因此，在光催化剂过滤器73、74中，在紫外线照射量少的部位不能发挥充分的分解作用，其结果是，已有的空气净化装置X2不能充分发挥光催化剂过滤器73、74潜在的光催化剂功能。

若增加紫外线灯75的配设个数，则由于紫外线照射量的偏差比较均匀，所以能提高光催化剂过滤器73、74的光催化剂功能，进而提高空气净化装置X2的空气净化效率。但是，使用那种构成时，根据紫外线灯75的个数，也增加控制驱动紫外线灯的变换器(图示略)等的个数，导致空气净化装置X2的大型化。

这样，已有的空气净化装置X2，在维持装置尺寸的同时，达到高的空气净化效率是困难的。

发明的公开

本发明是在这样的状况的基础上而想出的，其目的在于提供一种适宜达到高的空气净化效率的空气净化装置。

本发明提供的空气净化装置包括：能够使空气通过内部的净化室；设置在上述净化室内的紫外线光源；通过根据使空气通过在上述净化室内通过空气而要使上述净化室内发产生气流用的气流发产生装置；光催化剂粒体，其具有光催化剂功能，而且被收容容纳在上述净化室内，通过上述气流而可以位移。本发明中所谓的光催化剂功能，是指在紫外线照射条件下催化使有机物质和有机组织等的化学结构变化的反应(例如，氧化分解反应)的功能。具有这种功能的光催化剂粒体，例如由用发泡树脂那样的轻原料制作的粉体和被固定在该轻量粉体上的光催化剂物质构成。此外，本发明中所谓的光催化剂粒体的位移，是指具有并移运动成分和/或旋转运动成分的光催化剂粒体的运动。所谓光催化剂粒体的位移，是指例如光催化剂粒体进行乱舞。

在这样构成的空气净化装置工作时，紫外线灯等的紫外线光源和风扇等气流产生装置动作。由于气流产生装置的动作使空气通过净化室内时，该净化室内产生气流。净化室内的光催化剂粒体，由于该气流搅拌，例如进行乱舞。这时，由于在紫外线照射光催化剂粒体的同时，通过净化室的空气和光催化剂粒体接触，所以空气中污染物质和细菌等受到光催化剂粒体的催化作用。在光催化剂粒体适当运动或乱舞时，紫外线对光催化剂粒体的全部表面普遍照射。

在本发明的空气净化装置中，由于紫外线对光催化剂粒体的全部表面普遍照射，存在于光催化剂粒体表面的光催化剂物质的光催化剂功能被充分发挥。在本发明的空气净化装置中，由于粒体担负空气净化功能，与过滤器担负空气净化功能的已有空气净化装置相比，每单位体积的光催化剂物质和空气的接触效率高。因此，本发明的空气净化装置适宜于较高设定每单位体积的空气净化功能。每单位体积的空气净化功能或光催化功能，能够通过适当调节光催化剂粒体的粒径或表面积、以及净化室内光催化剂粒体的填充率来进行调整。而且，光催化剂粒体的运动或乱舞的状态，能够通过调节净化室内光催化剂粒体的填充率及光催化剂粒体的质量和形状来适当调整。

这样，若使用本发明，则适宜于在空气净化装置中达到高的空气净化效率。

优选光催化剂粒体包含载体粒子和固定在该载体粒子上的光催化剂物质。优选光催化剂物质是从光催化剂磷灰石和氧化钛构成的组中选择。

在采用光催化剂磷灰石作为光催化剂物质时，优选该光催化剂磷灰石是具有用Ti置换了钙羟基磷灰石的Ca的一部分的化学构造的添加钛的钙羟基磷灰石(Ti-CaHAP)。

例如，特开2000-327315号公报中公开了这种光催化剂磷灰石。该公报中公开了以原子级使具有光催化剂功能的例如氧化钛、和在吸附有机物能力方面优越的例如钙羟基磷灰石(CaHAP)复合化的光催化剂磷灰石。该光催化剂磷灰石，具体地说，具有构成CaHAP(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)的Ca的一部分置换成Ti的结晶构造，在该钛导入部位形成与光催化剂性氧化钛的化学构造近似的氧化钛样的部分构造。在有机物吸附能力方面优越的CaHAP的结晶构造中，由于内在有能发挥光催化剂功能的氧化钛样的部分构造，因此有机物等的分解对象物和氧化钛样的部分构造的接触效率有效地提高。其结果是，该氧化钛样的部分构造基于光催化剂功能，能有效氧化分解空气中的污染物质和细菌细胞膜等。

在采用氧化钛作为光催化剂物质时，优选该氧化钛是锐钛矿型氧化钛。锐钛矿型氧化钛，作为光催化剂物质是已知的。

优选载体粒子由树脂构成。而且，优选在载体粒子的表面设置光反射膜，光催化剂物质被固定在该光反射膜上。

优选净化室的光催化剂粒体的填充率是50～80％，更优选是60～70％。

优选净化室具有柱形状，该柱形状具有主延伸方向，紫外线光源在柱形状的主延伸方向的中心轴上延伸。更优选净化室具有圆柱形状。

本发明的空气净化装置优选还具有在流入到净化室内之前空气通过的除尘过滤器。

本发明的空气净化装置优选在净化室内还具有湍流产生装置。

附图的简单说明

图1是本发明的空气净化装置的局部切口立体图。

图2是沿图1的线II-II的截面图。

图3表示工作时的空气净化装置。

图4是沿图1的线IV-IV的截面图。

图5表示图1所示的空气净化装置的变形例。

图6表示实施例的测定结果。

图7是利用光催化剂物质的已有空气净化装置的截面图。

实施发明的最佳方式

图1到图4表示本发明的空气净化装置X1。空气净化装置X1具有圆筒状的壳体10、风扇11、紫外线灯12和光催化剂粒体13。

壳体10为树脂制或金属制，具有吸气口10a和排气口10b。吸气口10a用除尘过滤器14闭塞。排气口10b用光催化剂粒体13不能通过的过滤器15闭塞。壳体10的内部通过筛孔材料16被区分成风扇容纳室R1和空气净化室R2。筛孔材料16具有光催化剂粒体13不能通过的开口尺寸。风扇容纳室R1容纳风扇11。空气净化室R2容纳紫外线灯12和光催化剂粒体13。也可以在壳体10内壁面的全部或一部分设置反射并能有效利用来自紫外线灯12的紫外线的光反射膜。

风扇11是将装置外的空气取入到装置内的器件，由规定的驱动结构(图示略)驱动。该驱动结构与风扇11一起被容纳在例如风扇容纳室R1中。

紫外线灯12放射400nm或其以下(例如340～380nm)的波长区域的紫外线，并被配置在圆筒状的壳体10的中心轴Y上。紫外线灯12由包含变换器的控制机构(图示略)控制。该控制机构和风扇11以及风扇驱动机构一起例如被容纳在风扇容纳室R1中。

光催化剂粒体13由载体粒子和在其上固定的光催化剂物质构成。载体粒子例如由发泡苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)构成，例如具有0.5～10mm的平均粒径。载体粒子也可以为具有多个微小突起的形状。这样的形状，在载体粒子中达到宽广的表面积方面是合适的。光催化剂物质，在本实施例中是作为光催化剂磷灰石的添加钛的钙羟基磷灰石(Ti-CaHAP)和/或锐钛矿型氧化钛。光催化剂物质可以是粉末状，也可以是薄膜状。在载体粒子的表面也可以设置光反射膜。这时，光催化剂物质被固定在该光反射膜上。由轻的载体粒子和光催化剂物质构成的这种光催化剂粒体13，能因风扇11的动作所产生的气流而乱舞，而且，通过来自紫外线灯12的紫外线照射，能发挥光催化剂功能。

在本发明中，能作为光催化剂物质用的Ti-CaHAP的基本骨架与CaHAP的结构相当。CaHAP和阳离子及阴离子都容易进行离子交换，所以富于吸附性，吸附有机物的能力优越。另外，已知CaHAP通过强力吸附霉菌和细菌等，能阻止或抑制它们的繁殖。在Ti-CaHAP，通过在磷灰石结晶构造中取入钛来代替CaHAP的Ca的一部分，在磷灰石结晶构造内形成能发挥光催化剂功能的光催化性部分构造。所谓光催化剂性部分构造，被认为是相当于具有光催化剂功能的金属氧化物的构造。相对于本发明用的Ti-CaHAP的磷灰石结晶构造中所含的全金属原子(Ca和Ti)的钛的存在比率，根据在Ti-CaHAP中享有优越的吸附性和光催化剂功能的两者这种观点，3～11mol％的范围是理想的。即，Ti/(Ti+Ca)的值是0.03～0.11(摩尔比)是理想的。

具有这种化学构造的Ti-CaHAP，在紫外线照射条件下，由于高的吸附力和光催化剂功能的相乘效果，与缺乏吸着力的光催化性金属氧化物相比，显示了效率高的分解作用，进而显示了效率高的空气清洁作用和消臭作用。

空气净化室R2的光催化剂粒体13的填充率，优选是50～80％，更加优选是60～70％。当填充率不到50％时，由于光催化剂粒体13少，所以有难以达到光催化剂粒体13和空气的高接触效率的倾向。当该填充率超过80％时，由于光催化剂粒体13难以乱舞，所以有难以达到光催化剂粒体13和空气的高接触效率的倾向。

为了制作光催化剂粒体13，首先，例如通过对载体粒子喷雾规定的喷雾粘合剂，在载体粒子的表面上形成粘结膜。接着，通过使表面上形成了粘结膜的载体粒子和粉末状的光催化剂物质接触，在载体粒子表面上附着光催化剂物质粉末。然后，通过使粘结膜干燥，在载体粒子表面上固定光催化剂物质粉末。

在光催化剂粒体13的其他制作方法中，首先，通过在规定溶剂中浸渍载体粒子，使该载体粒子的表面膨润或软质化。溶剂的种类根据载体粒子的材料选择。例如，在采用发泡苯乙烯制的载体粒子时，作为溶剂，可以使用二甲苯等芳香族类有机溶剂等。另外，浸渍时间根据载体粒子和溶剂的种类适当决定。接着，通过使表面已膨润的载体粒子和粉末状的光催化剂物质接触，在载体粒子表面附着光催化剂物质粉末。然后，通过使粘结膜干燥，在载体粒子表面固定光催化剂物质粉末。

在光催化剂粒体13的制作中，也可以用溅射法将在规定的薄膜上成膜的光催化剂物质粘贴在载体粒子表面，来代替上述2种方法。

过滤器14例如由无纺布构成，具有填充空气中的灰尘等用的规定的开口尺寸。

过滤器15例如由无纺布构成，具有使光催化剂粒体13不能通过用的规定的开口尺寸。

筛孔材料16例如由铁丝网构成，具有使光催化剂粒体13不能通过用的规定的开口尺寸。

空气净化装置X1工作时，由于风扇11动作，空气如图3所示通过吸气口10a流入到空气净化装置X1中，通过过滤器14、风扇11、筛孔材料16到达空气净化室R2。

在空气净化室R2中，空气与因空气流动而被搅拌的光催化剂粒体13接触。此时，由于通过紫外线灯12工作而使光催化剂粒体13被紫外线照射，所以空气中污染物质和细菌等与光催化剂粒体13接触，受到分解作用。在采用Ti-CaHAP作为光催化剂粒体13时，由于其优越的吸附性，能享有高的分解作用。

在空气净化室R2中受到净化作用的空气，通过排气口10b从空气净化装置X1排出。

在空气净化装置X1中，在其工作时，由于光催化剂粒体13因气流而乱舞，所以对光催化剂粒体13的全部表面普遍照射紫外线。因此，充分发挥固定在光催化剂粒体13上的光催化剂物质的光催化剂功能。在壳体10的内壁面设置光反射膜时，由于在该内壁面反射紫外线，所以能有效利用紫外线。同样，在光催化剂粒体13设置光反射膜时，由于紫外线通过各光催化剂粒体13而被漫反射，所以能有效利用紫外线。

在空气净化装置X1中，由于粒体(光催化剂粒体13)担负空气净化功能，所以每单位体积的光催化剂物质和空气的接触效率高。因此，空气净化装置X1适合于将每单位体积的空气净化功能设定得高。每单位体积的空气净化功能或光催化剂功能，能通过适当调节光催化剂粒体的粒径或表面积以及容器中的光催化剂粒体的填充率来调整。另外，光催化剂粒体的运动或乱舞的状态，能通过调节容器的光催化剂粒体的填充率，以及光催化剂粒体的质量和形状来适当调整。

在空气净化装置X1中，空气净化室R2具有包括主延伸方向的圆柱形状，紫外线灯12延伸在该圆柱形状的中心轴Y上。因此，紫外线灯12工作时，如图4所示，紫外线灯12从空气净化室R2的中心轴Y以放射状放射紫外线。空气净化室R2的这种均匀的紫外线放射，在因气流乱舞的各个光催化剂粒体13上普遍照射紫外线方面是合适的。

在本发明中，也可以在空气净化室R2的内部设置如图5所示那样的阻碍板17。阻碍板17是相对于壳体10的内壁面垂直设置的例如大致矩形板，通过阻碍直线状的空气流动，使空气净化室R2发生湍流。阻碍板17的形状也可以采用与图5所示的形状不同的形状。在设置这样的阻碍板17的情况下，在装置工作时，能促进光催化剂粒体13的搅拌或乱舞。其结果是，倾向于提高光催化剂粒体13和空气的接触效率。

(实施例)

<光催化剂粒体的制作>

相对于发泡苯乙烯制的球珠(平均粒径5mm)1g的表面，均匀附着并固定作为光催化剂磷灰石的Ti-CaHAP粉末(平均2次粒径5.7μm，钛比率10mol％)0.1g。

具体地说，首先，混合了含有光催化剂磷灰石20％的水分散体((株)明成商会制)500g和丙烯酸树脂类粘合剂(商品名：TASRESIN UND-A，バイエル(株)制)200g。接着，用最终体积为1升那样的水稀释该混合液，从而调制成光催化剂磷灰石涂层液。然后，在该涂层液中浸渍发泡苯乙烯制的球珠。接着，从涂层液中捞起该发泡苯乙烯制的球珠后，放入干燥器(100℃)而放置1分钟，进行干燥。这样，制成了光催化剂粒体。

<空气净化功能的测定>

使用如上述那样得到的光催化剂粒体，制作具有如图1所示那样结构的空气净化装置，调查该空气净化装置的空气净化功能。

本实施例装置的空气净化室由具有直径100mm以及高200mm的内尺寸的圆筒壁限定。作为紫外线灯，使用了黑光(商品名：FL10BLB(10W)、东芝制)。作为风扇，使用了冷却风扇(商品名：DC风扇电动机“SAN ACE120L”、山洋电气(株)制)。空气净化室的光催化剂粒体的填充率是50％。

在空气净化功能的测定中，在试验室(容积1m³)中设置这样准备的装置，通过起动装置的风扇，以4m³/min的速度将空气送入到容器内。在试验室内预先充满了50ppm浓度的乙醛。使装置工作3小时，以30分钟间隔测定乙醛的浓度。其结果是，能够确认乙醛的浓度逐次降低。另外，也能够确认由于乙醛的分解反应而产生的二氧化碳(气体)浓度与乙醛浓度的降低相呼应地逐次升高。图6表示该测定结果。在图6中，纵轴表示相对于乙醛的初始浓度的测定浓度的比率和已测定的二氧化碳浓度，横轴表示经过的时间。图6的曲线A表示乙醛浓度随时间的变化，曲线B表示二氧化碳浓度随时间的变化。若参照图6，就可以理解用本实施例的空气净化装置能适当分解乙醛。

Claims (8)

1.一种空气净化装置，其特征在于，包括：

能够使空气通过内部的净化室；

设置在上述净化室内的紫外线光源；

通过使空气通过上述净化室内而使上述净化室内产生气流用的气流产生装置；

光催化剂粒体，其具有光催化剂功能，而且被容纳在上述净化室内，

上述光催化剂粒体包含因上述气流而发生乱舞的载体粒子和固定在该载体粒子上的光催化剂物质，

上述光催化剂物质具有用Ti置换了钙羟基磷灰石的Ca的一部分的化学结构，

上述净化室的上述光催化剂粒体的填充率是60～70％。

2.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，上述载体粒子具有0.5～10mm的平均粒子直径。

3.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，上述载体粒子由树脂构成。

4.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，在上述载体粒子的表面上设置光反射膜，上述光催化剂物质被固定在该光反射膜上。

5.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，上述净化室具有柱形状，该柱形状具有主延伸方向，上述紫外线光源在上述柱形状的主延伸方向的中心轴上延伸。

6.如权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，上述净化室具有圆柱形状。

7.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，还具有在流入到上述净化室内之前空气通过的除尘过滤器。

8.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，上述净化室内还具有湍流产生装置。

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