JP2005218685A

JP2005218685A - 光触媒分解法による空気清浄装置および空気清浄方法

Info

Publication number: JP2005218685A
Application number: JP2004030592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Funato; 佳郎船戸; Eiji Yokozuka; 英治横塚
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】光触媒を用いて揮発性有害有機物で汚染された空気を、真に清浄化することが可能な光触媒を用いた汚染空気の清浄化方法および装置を提供する。
【解決手段】吸気開閉バルブ（１２）および排気開閉バルブ（１３）を開き、循環開閉バルブ（１４）を閉じて、汚染空気を取り入れる第１工程と、循環開閉バルブ（１４）を開き、吸気開閉バルブ（１２）および排気開閉バルブ（１３）を閉じて、汚染空気を循環させる第２工程とを行った後、吸気開閉バルブ（１２）、排気開閉バルブ（１３）および循環開閉バルブ（１４）の通風量を調節し、循環する空気量と、導入される空気量との混合比を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒分解により、有害有機化合物で汚染された汚染空気を清浄化する空気清浄装置および空気清浄方法に関する。

トルエンやブチルセロソルブ等の有機溶剤等として使用される揮発性有機化合物や、建材等から揮散するホルムアルデヒドなどの有害有機化合物や、あるいは住宅地域でも頻発する悪臭公害など、近年、生活環境の中で生命に直接影響する大気の汚染が、重大な環境問題となっている。

この問題に対する解決法として、汚染された空気から汚染物質を除去する方法および装置が、多数、提案されている。たとえば、活性炭などの吸着材を利用した吸着材法および該吸着材法による空気清浄装置や、オゾン等の酸化性ガスを利用した空気清浄装置や、光触媒を利用した光触媒分解法および該光触媒分解法による空気清浄装置などである。

しかしながら、吸着材法は、吸着能力に限界があり、性能の長期的な維持に、多大の労力と費用を必要とする。オゾンを利用する方法では、未反応オゾン自体が有毒物質であるため、後処理が必要である。

これらに対して、光触媒分解法は、低装置価格、低運転費、容易な運転管理、かつ、常温反応が可能な清浄方法として、近年、注目されている技術である。光触媒は、たとえば、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ₂）などの金属酸化物からなり、紫外線の照射により励起されて、自由電子と正孔とを生じ、これにより悪臭物質の酸化分解反応を促進させる、分解に対する高い触媒作用を有する。非常に多く使用される代表的な揮発性有機溶剤であるアルコールは、光触媒により完全に酸化分解された場合、最終的に二酸化炭素と水になる。

光触媒を利用した光触媒分解法による空気清浄装置として、特開平９−２０６６２８号公報、特開平１０−０３３６５３号公報、特開平１０−２９５７９６号公報、特開平１０−２４９１６６号公報に記載されている装置がある。

特開平９−２０６６２８号公報では、空気清浄装置の集塵電極に光触媒を使用し、集塵設備の寿命を改善することを目的としているが、光触媒により化学物質をどのように処理できるのか記述されていない。特開平１０−０３３６５３号公報には、冷陰極型蛍光ランプを使用して、利用する紫外線の波長の範囲を記述されているが、やはり、光触媒により化学物質をどのように処理できるのか記述されていない。特開平１０−２９５７９６号公報には、冷却設備を有することを記述されているが、該冷却設備は、光触媒パネルを零下に冷却して、汚染空気中の水分を凝縮させ、凝縮水中に取り込まれた汚染物質を光触媒分解するもので、実質的には水処理の技術である。特開平１０−２４９１６６号公報には、吸引した汚染空気の流れから一部を分流させ、光触媒により清浄化することが記述されているが、光触媒処理されない汚染空気が大量に排出される。

これらの他にも、光触媒分解法による空気清浄装置が、多数、考案されており、いずれの装置も新しい空気清浄装置に関するが、これらの空気清浄装置の性能は、汚染物質の一部が分解されるか、あるいは、新規な機構に関する。しかし、これらの空気清浄装置の性能に係る説明においては、光触媒反応装置による処理の後、空気中の汚染物質がどのように存在するのか、あるいは、しないのかという点について、十分明らかにされていなかった。

有機化合物の酸化分解反応は一般的に複雑であり、副反応や副生成物の存在が無視しえない。たとえば、「光触媒の世界」（指宿ら著、工業調査会発行、１９９９年、第３９〜４１頁）には、ブテンの分解反応によりアセトアルデヒドが生成することや、トリクロロエチレンの分解反応からホスゲンやクロロホルムが生成することが記述されている。このことは、適切な反応条件を実現し得る光触媒反応装置でない限り、光触媒反応装置で処理した後、たとえ汚染原因物質が消失したとしても、汚染原因物質が他の構造の汚染原因物質に変換されただけである可能性を捨てきれない。これでは、本来の目的である空気の清浄化を達成することのできる光触媒空気清浄装置であるとはいえない。

また、光触媒は、利用し得る光が照射されないと、触媒として機能しない。さらに、光が照射されていても、光が遮られた後方は陰となり、やはり機能しないことから、光触媒として機能する部分は、光の照射面に対して浅い部分のみである。すなわち、光触媒は、体積における活用率を高めることが困難である。

ミクロな現象に目を向けると、光が照射されて光触媒の中に発生した前述の自由電子と正孔の一部は、再結合して触媒機能を失うという特性がある。さらに、反応温度を高めることにより大量の反応分子に対応するという一般的な触媒反応に関する特性を、ほとんど有しないということが、光触媒反応の特性として加えられる。すなわち、性能を高めるのに上限があり、光触媒は、マクロな面でもミクロな面でも、一般的な触媒とは大きく異なり、触媒の量や性能を、単純に増加することが困難である。

例えば、特開２００３−２４５５５９号公報には、ベンゼンの光触媒分解を行うと、炭化物が光触媒の表面を覆うことにより、光触媒の性能が時間と共に低下すると記載され、低下した性能を復旧するために、光触媒に水蒸気を供給して、炭化付着物を除去しなければならなかった。しかし、性能の低下を引き起こさないような使用が可能であれば、なおさら好ましい技術である。

特開平９−２０６６２８号公報

特開平１０−０３３６５３号公報

特開平１０−２９５７９６号公報

特開平１０−２４９１６６号公報

特開２００３−２４５５５９号公報

「光触媒の世界」（工業調査会発行、１９９９年、第３９〜４１頁）

本発明の目的は、光触媒を用いて揮発性有害有機化合物で汚染された空気を、真に清浄化することが可能な光触媒を用いた空気清浄装置および空気清浄方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意、検討を重ねた結果、以下のように本発明に到達した。すなわち、本発明においては、前述のような光触媒による有機化合物の酸化分解反応の本質を理解した上で、光触媒分解反応試験を重ね、その結果、適切な装置設計と反応条件とが存在するという知見を得たことにより、完成した。

本発明に係る空気清浄装置は、光触媒装置と、該光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、該汚染空気吸気配管に接続される清浄空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記汚染空気吸気配管の前記光触媒装置と前記清浄空気吸気配管との接続部の間に備えられる送風機とからなる空気清浄装置であって、光触媒装置に導入される汚染空気中の汚染物質の濃度を調整するための弁を前記清浄空気吸気配管に備えることを特徴とする。

前記弁を、前記汚染空気吸気配管の前記接続部より上流部にも備えることが好ましい。

また、別の態様では、光触媒装置と、該光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記汚染空気吸気配管と処理空気排気配管とを接続し、処理空気を光触媒装置の吸入側に戻すこと可能とする循環配管と、前記汚染空気吸気配管の前記光触媒装置と前記循環配管との接続部の間に備えられる送風機とからなる空気清浄装置であって、光触媒装置に導入される汚染空気中の汚染物質の濃度を調整するための弁を前記循環配管に備えることを特徴とする。

この場合、前記弁を、前記汚染空気吸気配管の循環配管との接続部より上流部および前記処理空気排気配管の循環配管との接続部より下流部にも備えることが好ましい。

前記送風機は、汚染空気および清浄空気（循環配管からの処理空気を含む）を光触媒装置内に通風できるものであればよく、吸引機でもよい。また、前記弁は、開閉バルブのように、各配管を流れる空気量を調節できるものであればよい。

前記光触媒装置が、ケーシングと、該ケーシング内に複数の空間を形成するように通風方向に対し直交方向に配置され、かつ、通風方向に開口を有する光触媒担持体と、光触媒担持体でより形成された空間のそれぞれに配置される光源とを備える装置からなることが好ましい。

この場合、光源としては、ブラックライトが望ましい。また、光触媒担持体としては、ハニカム構造、発泡体構造、繊維状構造およびペレット充填構造のうちの１種あるいは２種以上の担持体を採用することが望ましい。さらに、吸気口と光触媒担持体の間に除塵フィルターを有することが望ましい。また、内部あるいは外部に、冷却設備を有することが望ましい。

この装置を利用して、汚染空気吸気開閉バルブおよび清浄空気吸気開閉バルブを調節することで、循環する空気量と、導入される空気量との混合比を制御することで、汚染空気を長期間にわたり、安全な状態にまで清浄化が可能である。

また、清浄な空気を装置に導入できない場合でも、前記の空気清浄装置を用いて、吸気開閉バルブおよび排気開閉バルブを開き、循環開閉バルブを閉じて、汚染空気を取り入れる第１工程と、循環開閉バルブを開き、吸気開閉バルブおよび排気開閉バルブを閉じて、汚染空気を循環させる第２工程とを行った後、吸気開閉バルブ、排気開閉バルブおよび循環開閉バルブの通風量を調節し、循環する空気量と、導入される空気量との混合比を制御することにより、空気清浄化が達成される。この場合、その後に、吸気開閉バルブ、排気開閉バルブおよび循環開閉バルブの通風量を調整して、一定量の排気の一部を循環させることで、継続的に運転が可能となる。

本発明の空気清浄装置および空気清浄方法により、揮発性有害有機化合物で汚染された空気を、長期間にわたり安定した状態で、安全な状態に清浄化することができる。

図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例による空気清浄装置の内部構造の一例の概略を示す断面図である。空気清浄装置は、光触媒装置（１）とその他の周辺部品からなる。光触媒装置（１）は、反応容器であるケーシング（２）を有する。ケーシング（２）内の下部所定位置に吸気口（３）が設けられており、吸気配管（９）が接続される。上部所定位置に排気口（４）が設けられ、処理空気排気配管（１０）が接続される。光触媒装置（１）のケーシング（２）の内部には、除塵フィルター（８）、光触媒担持体（５）、光源（６）が備えられる構造が好ましい。光触媒装置（１）に接続された吸気配管（９）と排気配管（１０）の間に、循環配管（１１）を接続することにより、清浄な空気の導入できない箇所でも当該装置を使用することが可能となる。汚染空気吸気配管（９）には吸気開閉バルブ（１２）を設け、処理空気排気配管（１０）には排気開閉バルブ（１３）を設け、循環配管（１１）には循環開閉バルブ（１４）を設ける。さらに、前記汚染空気吸気配管（９）の前記吸気口（３）の側に送風機（７）を設ける。

また、別の態様を図２に示す。この態様は、汚染空気の濃度を規制するための清浄な空気が系外から導入できる場合に使用され、循環配管（１０）を設ける代わりに、汚染空気吸気配管（９）に清浄空気吸気配管（１５）を接続し、該清浄空気吸気配管（１５）に吸気開閉バルブ（１７）を設ける構成とする。

このような構成をとるのは、次の理由による。すなわち、光触媒装置により汚染物質を光触媒分解により処理する場合において、汚染物質の濃度が高い場合には、光触媒による分解が不十分となり、有害な副生成物を発生させる可能性や、有機化合物の化学的性状による炭化物の生成と、それによる光触媒性能の低下が引き起こされる可能性がある。

本発明は、光触媒による揮発性有害有機化合物の酸化分解反応の本質を理解した上で、光触媒分解反応試験を重ね、その結果、適切な装置設計と反応条件とが存在するという知見に基づいている。

汚染物質で高濃度に汚染された空気を光触媒装置により処理する場合、上述の不利を解消するためには、処理する際の汚染物質濃度を低下させる必要がある。そこで、揮発性有害有機化合物の供給量を制限する方法を試験したところ、供給速度を低下しても、炭化物の生成を抑制できなかった。

しかしながら、供給濃度を制限したところ、不十分な酸化分解、あるいは炭化物による性能低下などを招くことなく、光触媒装置は、長時間にわたり十分な処理性能を発揮かつ維持することができた。

そのため、本発明の空気清浄装置においては、光触媒装置に導入される汚染物質の濃度を規制し、汚染物質が充分に光触媒分解法により処理され、かつ、分解により生成した炭化物により光触媒分解反応が阻害されない状態を維持するようにした点に特徴がある。特に、処理する環境によっては、汚染物質の濃度を規制するための清浄空気の導入が不可能な場合においても、当該装置により処理を可能とするため、処理空気を装置の吸入側に戻すことにより、汚染物質の濃度の規制に利用する。

本発明の空気清浄装置および方法において、循環する空気量と導入される空気量の混合比は、汚染物質の特性と濃度により決定される。予め別途の試験を行い、適正な汚染物質の希釈濃度を把握するか、排気配管の排気開閉バルブを少しずつ開けつつ、排気の汚染物質濃度を測定することにより、希望する混合比を決定すればよい。

本発明の空気清浄装置に適用するに好ましい光触媒装置の一実施例を図３に詳細に示す。光触媒装置（１）は、ケーシング（２）と、その内部に、除塵フィルター（８）、光触媒担持体（５）、光源（６）を備えることが好ましい。なお、本実施例では、送風機（７）を排気側に配置している。この場合、送風機（７）は、ケーシング（２）において吸引により清浄空気を導入する。

光触媒担持体（５）は、基材に光触媒が担持され、光触媒担持体（５）は、ケーシング（２）の横断面の全面に広がるように相互に等間隔で配置し、隣接する２個の光触媒担持体（５）の間の空間に、複数個の光源（６）が配置される。ケーシング（２）内で、該光触媒担持体（５）は通風方向に開口を有し、光触媒担持体（５）の開口面（例えば、図１〜図３では下から上の方向）となる。

光触媒担持体（５）と光源（６）との間の距離は、特に限定されないが、空気清浄装置全体の容積を小さくし、かつ、光源（６）の効率を高く維持するように、決定する。たとえば、光触媒担持体（５）の通風方向に垂直で、かつ、光源（６）に面している面と、光源（６）の外表面との間の距離（Ｄ）の最小が、５〜１００ｍｍであることが望ましい。

光源（６）としては、紫外線ランプを使用する。紫外線ランプは、波長が２００〜４００ｎｍで、光触媒を励起させる能力を有するものであればよく、例えば光触媒としてチタンを使用する場合には、ブラックライトが好ましい。光源（６）は、光触媒担持体（５）の個数に対して必要かつ十分な量の紫外線を照射できる個数だけ使用すればよい。多すぎれば、空気清浄装置の容積が無用に大きくなり、かつ、無駄な電力を消費して、非経済的となる。一方、少なすぎれば、紫外線の量が不足し、光触媒担持体（５）の一部が無駄になる。光源（６）の使用個数の目安としては、たとえば、通風方向に垂直で光源（６）に面している光触媒担持体（５）の面における紫外線強度として、１，０００μＷ／ｃｍ²から１５，０００μＷ／ｃｍ²の範囲を挙げることができる。

光触媒担持体（５）の基材の材質としては、セラミックスや金属が好ましいが、必ずしもこれらに限定されない。基材の形状として、繊維状、粒状、平坦なシート状、平坦な板状、波板状などや、これらの他に、コルゲート状、フォーム（発泡体）状、ハニカム状などの多孔質体を挙げることができる。

光源から放射される光の照射面の後方にある光触媒担持体は、光が照射されないため、反応に何ら寄与することができない。従って、光触媒担持体の容積は、適度な強度の光の照射が得られることという観点から決定される。紫外線が照射されないか、あるいはきわめて少量しか照射されないような光触媒担持体の厚み部分、すなわち、脱臭性能に関与しない部分は、本来的には脱臭装置にとり不要であるばかりでなく、当該装置の無用な大容量化を招くが、紫外線が到達し得ない部分に、吸着材等の光触媒分解以外の機能を有する材料を配置することで、別機能を得ることができる。

光触媒担持体（５）に担持される光触媒は、紫外線の照射を受けて、光触媒機能を効果的に発揮できるものであればよく、酸化チタンや酸化亜鉛に代表されるような光触媒、あるいは、可視光も利用可能な光触媒、さらに、今後、新たに実用化されるであろう新規な光触媒でもよい。

光触媒担持体（５）に担持される光触媒の量は、多すぎれば無駄になり、少なすぎれば光触媒性能が不十分となるので、適切な量の範囲で使用されなければならない。たとえば、アナターゼ型酸化チタンをハニカム型基材に担持させる場合の目安として、ハニカム型基材の容積１リットルあたり、１０ｇから３００ｇを挙げることができる。しかし、光触媒の種類や基材の種類により、光触媒の量が好ましい範囲にあるように選定されなければならない。一方、光触媒材料によっては、製作工程の簡略化のため、基材自体を光触媒材料で製作することも可能であり、その場合、光触媒担持体は、基材と担持される光触媒とが一体化したものと考えられる。

このように、本発明では、光触媒の担持量にかかわらず、任意の種類と任意の量の光触媒を、本発明では何ら問題なく使用することができる。

また、光触媒を基材に担持するに際して、好適な助剤を使用することは、一般的に広く知られた技術であり、本発明はこれを禁ずるものではない。たとえば、シリカゾルやアルミナゾルなどを挙げることができるが、本発明においては、それらの種類や量に限定されない。

なお、光触媒装置は上記構成のものが好ましいが、処理濃度や処理環境により、図４に示すような、ケーシング（２）と、ケーシング（２）の内側に、光触媒担持体（５）を有し、ケーシングの周囲に複数のブラックライト（６）を装着した態様など、従来の光触媒装置にも本発明は適用できる。また、本発明は、今後開発される新規な光触媒装置にも適用できる。図示の例では、ケーシング（２）の上に３本のブラックライト（６）を並置している。

図１を参照して、本発明の第一態様に係る装置を使用した空気清浄方法を説明する。該方法は、吸気開閉バルブ（１２）および排気開閉バルブ（１３）を開き、循環開閉バルブ（１４）を閉じて、汚染空気を取り入れる第１工程と、循環開閉バルブ（１４）を開き、吸気開閉バルブ（１２）および排気開閉バルブ（１３）を閉じて、汚染空気を循環させる第２工程とを行った後、吸気開閉バルブ（１２）、排気開閉バルブ（１３）および循環開閉バルブ（１４）の通風量を調節し、循環する空気量と、導入される空気量との混合比を制御する。

図２に示す第二態様の場合、それぞれの吸気配管に接続された、汚染空気吸気開閉バルブ（１２）および清浄空気吸気開閉バルブ（１７）を調節することで、導入される汚染空気の空気量と、導入される清浄空気の空気量との混合比を制御する。

以上により、光触媒の表面に、汚染物質の分解生成物が堆積することなく、長期にわたり汚染物質の分解性能を十分に発揮させることが可能になる。

なお、光触媒を活性化させるための光源は、一般に熱を放散するため、光触媒反応を通過した空気の温度は上昇する。温度上昇分が少なければ、配管中で外気温により冷却され、何ら特別な配慮を必要としない。しかし、温度上昇分が大きくなると、循環させる清浄化された空気の冷却のために、特別の配慮が必要となる可能性がある。そのような場合には、本発明の空気清浄装置の内部あるいは外部に冷却装置を設置することは、本発明の範囲内にある。このような冷却装置としては、きわめて一般的には、清浄化された循環空気が通る配管の途中に、熱交換器型冷却装置を設置することもできるし、冷却液を通液するための配管を、本発明の空気清浄装置内に、あるいは、外に設置することにより、達成される。

また、冷却設備は、隣接する光触媒担持体に挟まれた一つの空間内で、隣接する光源の間に設置することもできる。冷却設備は、本発明の空気清浄装置の外部で、該空気清浄装置に接するように設置してもよいし、ジャケットタイプでもよい。さらに、冷却効果を高めるために、チラー等の冷却装置を通過した冷却液を使用することも、本発明の技術の範囲にある。

光触媒担持体の調製［１］
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−２１、ＴｉＯ₂含有量４０質量％）と、コロイダルシリカ（日産化学製、コロイダルシリカＮ、ＳｉＯ₂含有量２０質量％）とを、チタニアとシリカの比が９対１になるように混合調製したものに、セラミックハニカム（西部技研製、寸法：２１４ｍｍ×１６４ｍｍ×２０ｍｍ、セル数：１２０ｃｅｌｌ／ｉｎｃｈ²）を、所定量の光触媒が担持されるように浸した。その後、１１０℃で３０分以上、乾燥した後、空気中で４００℃で２時間、焼成し、光触媒担持体を得た。得られた光触媒担持体は、およそ１００ｇから２００ｇの酸化チタンを含有していた。

脱臭性能評価試験［１］
図３に、脱臭性能評価試験［１］に使用した装置の断面図を示した。空気清浄装置に、光触媒担持体の調製［１］で得られた光触媒担持体（５）１０枚と、ブラックライト（６）（東芝製、型式ＦＬ８ＢＬ−Ｂ）３２本とを装着し、代表的な有機溶剤であるブチルセロソルブが常に７ｐｐｍとなるように、定量注射器（図示略）で混入した空気を、１０ｍ³／ｈｒの風量となるように、送風機（図示略）で送り込んだ。

試験開始後、２４時間以上、経過した後、空気清浄装置の吸気口（３）の空気と排気口（４）の空気とをサンプリング用配管から採集し、ガスクロマトグラムに導いて、含有される化学物質を検出し、検出された物質について、その含有量を定量した。表１に、測定結果を示す。

脱臭性能評価試験［２］
空気清浄装置の吸気口（３）のブチルセロソルブ濃度を２０ｐｐｍとした以外は、脱臭性能評価試験［１］と同様にして試験および測定を行った。表１に、測定結果を示す。

脱臭性能評価試験［１］のように吸気口（３）でのブチルセロソルブが７ｐｐｍでは、ブチルセロソルブは極めて低濃度まで除去され、かつ、副生成物の生成量が極めて少量に抑制された。しかし、脱臭性能評価試験［２］のように吸気口（３）でのブチルセロソルブが２０ｐｐｍでは、いずれの物質も十分に低濃度にならなかった。

これらの結果から、例えば約２０ｐｐｍのブチルセロソルブで汚染された室内において、図１に示される空気清浄装置を使用する場合、吸気口（３）から取り込む汚染空気１部に対して、清浄化された空気２部を、循環配管（１１）を通じて吸気口（３）に送ることにより、約７ｐｐｍの汚染空気として光触媒反応をさせることができ、十分に清浄化された空気とすることが可能となった。

光触媒担持体の調製［２］
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−２１、ＴｉＯ₂含有量４０質量％）と、コロイダルシリカ（日産化学製、コロイダルシリカＮ、ＳｉＯ₂含有量２０質量％）とを、チタニアとシリカの比が９対１になるように、混合調製したものに、コルゲート型セラミックシート（西部技研製、寸法：６０ｍｍ×２００ｍｍ×３．５ｍｍ）を、所定量の光触媒が担持されるように浸した。その後、１１０℃で３０分以上、乾燥した後、空気中で４００℃で２時間、焼成し、光触媒担持体を得た。得られた光触媒担持体は、およそ３ｇから８ｇの酸化チタンを含有していた。

脱臭性能評価試験［３］
図４に、脱臭性能評価試験［３］に使用した装置の断面図を示した。ケーシング（２）の内側に、光触媒担持体（５）を担持させ、ケーシング（２）の周囲にブラックライト（６）（ナショナル製、型式１０Ｗ−ＢＬＢ）３本を配置した。除湿され、パーミエーター（ガステック製、型式ＰＤ−１Ｂ−２）（図示せず）により、トルエンを常に２３ｐｐｍ含有させた空気を、１１０Ｎｌ／ｈｒの風量となるように、コンプレッサー（図示せず）で当該装置の吸気口（３）に送り込んだ。

試験開始から１時間後および２０時間後に、空気清浄装置の排気口（４）の空気をサンプリング用配管から採集し、ガスクロマトグラムに導いて、別途作製された検量線により、トルエン含有量を定量測定した。表２に、測定結果を示す。

脱臭性能評価試験［４］
空気清浄装置の吸気口（３）のトルエンの濃度を４６ｐｐｍとした以外は、脱臭性能評価試験［３］と同様に試験および測定を行った。表２に、測定結果を示す。

脱臭性能評価試験［５］
空気清浄装置の吸気口（３）への空気を５５Ｎｌ／ｈｒとした以外は、脱臭性能評価試験［３］と同様に試験および測定を行った。表２に、測定結果を示す。

脱臭性能評価試験［３］では、１時間後と２０時間後のトルエン除去率は同じで、６５％であった。

脱臭性能評価試験［４］では、１時間後から２０時間後までトルエン除去率が急速に低下し、２０時間後のトルエン除去率が２０％と、極めて低かった。同様に、脱臭性能評価試験［５］では、吸気口に供給されるトルエン量は脱臭性能評価試験［３］と同じであるにもかかわらず、１時間後から２０時間後までトルエン除去率が急速に低下し、２０時間後のトルエン除去率が３０％と、低かった。

脱臭性能評価試験［３］に使用した光触媒担持体を試験後、観察したところ、試験前と同様であったが、脱臭性能評価試験［４］と脱臭性能評価試験［５］に使用した光触媒担持体を試験後、観察したところ、黒色物で覆われていた。

これらの結果から、安定した光触媒性能を得るためには、汚染物質の供給量の制御ではなく、吸気口における汚染物質濃度を低く制御することが重要であることが分かる。このことから、４６ｐｐｍのトルエンで汚染された室内において、図１に示される空気清浄装置を使用して清浄化する場合、一般の触媒反応の知識により、汚染空気の供給量すなわち通風速度を半分に低下させて、十分に反応させようとしても、光触媒の場合には不可能であることが理解される。光触媒の場合には、汚染空気を清浄な空気で希釈し、前述の例では汚染物質濃度が２３ｐｐｍとなるように低下させることにより、十分な分解量と、長期にわたり安定した性能を得ることが可能となった。

本実施例の結果、揮発性有害有機化合物で汚染された空気を、長期間にわたり安定した状態で、安全な状態に清浄化できることが分かる。

本発明による空気清浄装置の内部構造の一例の概略を示す断面図である。本発明による空気清浄装置の内部構造の一例の概略を示す断面図である。脱臭性能評価試験［１］、［２］に使用した装置の断面図である。脱臭性能評価試験［３］、［４］、［５］に使用した装置の断面図である。

符号の説明

１光触媒装置
２ケーシング
３吸気口
４排気口
５ハニカム状光触媒担持体
６光源
７送風機
８除塵フィルター
９吸気配管
１０排気配管
１１循環配管
１２汚染空気吸気開閉バルブ
１３処理空気排気開閉バルブ
１４循環開閉バルブ
１５清浄空気吸気配管
１７清浄空気吸気開閉バルブ

Claims

光触媒装置と、汚染空気を該光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、該光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、該汚染空気吸気配管に接続される清浄空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管とからなる空気清浄装置であって、光触媒装置に導入される汚染空気中の汚染物質の濃度を調整するための第１の弁を前記清浄空気吸気配管に備えることを特徴とする空気清浄装置。
第２の弁を、前記汚染空気吸気配管の前記清浄空気吸気配管との接続部より上流部に備える請求項１に記載の空気清浄装置。
光触媒装置と、汚染空気を光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、該光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記汚染空気吸気配管と処理空気排気配管とを接続し、処理空気を光触媒装置の吸入側に戻すこと可能とする循環配管とからなる空気清浄装置であって、光触媒装置に導入される汚染空気中の汚染物質の濃度を調整するための第１の弁を前記循環配管に備えることを特徴とする空気清浄装置。
第２の弁および第３の弁を、前記汚染空気吸気配管の前記循環配管との接続部より上流部および前記処理空気排気配管の前記循環配管との接続部より下流部に備える請求項３に記載の空気清浄装置。
光触媒装置と、汚染空気を光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、前記光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記光触媒装置の吸気側および排気側を接続する循環配管と、前記汚染空気吸気配管に備えた汚染空気の吸入量を調節するための吸気開閉バルブと、前記処理空気排気配管に備える処理空気の排出量を調節するための排気開閉バルブと、前記循環配管に備える循環空気の送気量を調節する循環開閉バルブとからなる空気清浄装置。
前記光触媒装置が、ケーシングと、該ケーシング内に複数の空間を形成するように通風方向に対し直交方向に配置され、かつ、通風方向に開口を有する光触媒担持体と、光触媒担持体でより形成された空間のそれぞれに配置される光源とを備える請求項１〜５に記載の空気清浄装置。
光触媒装置と、汚染空気を光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、前記光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の一端または前記汚染空気吸気配管に接続される清浄空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記汚染空気吸気配管に備える汚染空気の吸入量を調節するための吸気開閉バルブと、該清浄空気吸気配管に備える清浄空気の吸入量を調節するための吸気開閉バルブと、からなる空気清浄装置を用いて汚染空気を処理する方法において、光触媒装置に導入される汚染空気の空気量と清浄空気の空気量との混合比を制御することを特徴とする汚染空気の処理方法。
光触媒装置と、汚染空気を光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、前記光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記光触媒装置の吸気側および排気側を接続する循環配管と、前記汚染空気吸気配管に備える汚染空気の吸入量を調節するための吸気開閉バルブと、前記処理空気排気配管に備える処理空気の排出量を調節するための排気開閉バルブと、前記循環配管に備える循環空気の送気量を調節する循環開閉バルブとからなる空気清浄装置を用いて汚染空気を処理する方法において、光触媒装置よって処理された処理空気の一部を導入側に戻し、光触媒装置に導入される汚染空気の空気量と前記処理空気の空気量との混合比を制御することを特徴とする汚染空気の処理方法。
光触媒装置と、汚染空気を光触媒装置内に通風する送風機または吸引機と、前記光触媒装置の一端に接続される汚染空気吸気配管と、前記光触媒装置の他端に接続される処理空気排気配管と、前記光触媒装置の吸気側および排気側を接続する循環配管と、前記汚染空気吸気配管に備える汚染空気の吸入量を調節するための吸気開閉バルブと、前記処理空気排気配管に備える処理空気の排出量を調節するための排気開閉バルブと、前記循環配管に備える循環空気の送気量を調節する循環開閉バルブとからなる空気清浄装置を用いて汚染空気を処理する方法において、所定量の汚染空気を光触媒装置に導入し、系を閉じて処理空気を光触媒分解工程に循環させた後、再度汚染空気を導入し、光触媒装置によって処理された処理空気の一部を導入側に戻し、光触媒装置に導入される汚染空気の空気量と前記処理空気の空気量との混合比を制御することを特徴とする汚染空気の処理方法。