JP2005245811A

JP2005245811A - 脱臭体およびこれを用いた浄化装置

Info

Publication number: JP2005245811A
Application number: JP2004061956A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Sano; 光宏佐野; Yukio Nomura; 幸生野村; Hiroo Nitta; 浩朗新田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】従来の光触媒は、吸着剤や熱触媒などと比較して脱臭速度が遅いという課題を有していた。また、使用環境下の湿度により脱臭速度が大きく変化し、特に乾燥条件下では脱臭速度がさらに遅くなるという課題を有していた。
【解決手段】通電により発熱する基材１と、前記基材１の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段２とを備え、前記基材１の表面には光触媒作用を有する物質と吸湿剤とを含む層を形成し、かつ前記基材１へ通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる脱臭体としたもので、大気中に分散した水分を自動的に集め、その水分を決まったタイミングで室内にまとめて放出することで従来除去することが困難であった付着臭を除去可能にし、また光触媒へ供給することで光触媒作用を向上させた脱臭体を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気中に分散した水分を自動的に集め、それを室内に供給することでカーテンなどに付着した臭気物質を取り除いたり、水分を光触媒へ供給することにより光触媒作用を向上させたりした脱臭体に関するものであり、またその脱臭体を用いて、空気中の悪臭臭気や有害物質の分解除去、微生物の殺菌などができる浄化装置に関するものである。

従来、酸化チタンなどの光触媒作用を有する物質を、ハニカム構造体のような比表面積が大きな担体に担持した脱臭体をフィルターとして用いていた（例えば、特許文献１参照）。また、悪臭臭気や有害物質は脱臭体を通過時に除去されるものであった（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−３４３８７５号公報特開２００３−５３１９６号公報

しかしながら、光触媒は吸着剤や熱触媒などと比較して脱臭速度が遅いという課題を有していた。また、使用環境下の湿度により脱臭速度が大きく変化する、特に乾燥条件下ではさらに脱臭速度が遅くなるという課題を有していた。さらには、悪臭臭気や有害物質は脱臭体を通過時に除去されるため、カーテンなどへの付着臭にはほとんど効果がないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大気中に分散した水分を吸湿剤により自動的に集め、その水分を決まったタイミングで室内にまとめて放出することで付着臭を脱臭でき、また水分を光触媒へ供給することで光触媒作用を向上させた脱臭体を提供することを目的とする。

本発明は、このような課題を解決するものであり、通電により発熱する基材と、前記基材の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段とを備え、前記基材の表面には光触媒作用を有する物質と吸湿剤とを含む層を形成し、かつ前記基材へ通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる脱臭体としたもので、大気中に分散した水分を自動的に集め、その水分を決まったタイミングで室内にまとめて放出することで従来除去することが困難であった付着臭を除去可能にし、また光触媒へ供給することで光触媒作用を向上させた脱臭体を実現できる。

本発明の脱臭体は、大気中に分散した水分を自動的に集め、その水分を決まったタイミングで室内にまとめて放出することで従来除去することが困難であった付着臭を除去するこができるようになり、また光触媒へ供給することで光触媒作用を向上させることができるため、悪臭臭気や有害物質を素速く効率的に分解することができる。

第１の発明は、通電により発熱する基材と、前記基材の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段とを備え、前記基材の表面には光触媒作用を有する物質と吸湿剤とを含む層を形成し、かつ前記基材へ通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる脱臭体とするもので、非通電時に吸湿剤が大気中の水分を集め、通電により基材の温度を上げることで水分を放出させ、光触媒へ供給することにより光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。また、室内へ放出した水分が、カーテンなどに付着した臭気成分との衝突時に臭気成分を溶かし込む、あるいは分子間力で臭気成分を引き剥がすなどして脱臭効果が得られる脱臭体を実現できる。

第２の発明は、通電により発熱する基材が多孔状の金属である請求項１記載の脱臭体とするもので、熱容量が小さく水分の脱着効率が高いため、光触媒や室内へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた脱臭体あるいはカーテンなどの付着臭を脱臭できる脱臭体を実現できる。

第３の発明は、請求項１または２に記載の脱臭体を備えた浄化装置とするもので、室内空間の悪臭臭気、有害物質などを酸化分解により迅速に浄化する、あるいは室内へ放出した水分が、カーテンなどに付着した臭気成分との衝突時に臭気成分を溶かし込んだり、分子間力で臭気成分を引き剥がしたりするなどして脱臭効果が得られる浄化装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す模式図である。光触媒作用を有する物質と吸湿剤とを含む層を形成した、通電により発熱する基材（以下、単に、基材と称す）１と、基材１を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段２と、基材１へ電流を供給する電源ユニット３から構成される。

基材１は１枚以上からなり、２枚以上の場合は図１のように直列に接続する、あるいは並列に接続し、電源ユニット３から基材１へ電流が流れるようにする。基材１同士の接続は図１のように必ずしも電線を用いる必要がなく、基材１同士が直接接触していても良い。そして、電源ユニット３による基材１への通電は通電と非通電を交互に繰り返し、また悪臭臭気や有害物質を含む空気は基材１同士の間を通るよう、例えば矢印方向のように流す。

基材１は、金網やエキスパンドメタルなどに、酸化チタンのような光触媒とゼオライトのような吸湿剤とを混合したものを、アンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合させ、担持されているものである。このときバインダを添加し、前記効果を高めることが望ましい。バインダは無機系のものが望ましく、さらに密着力を上げるためなど必要に応じて有機系を併用することも可能である。無機系のバインダとしてはコロイダルシリカや水ガラスなどが適しており、有機系はポリイミドやポリフェニルサルファイドなどの高融点の熱可塑性樹脂系バインダが適している。

基材１は比表面積を大きくすることが望ましいので、図１のように平面である必要はなく、波形の基材などを用いることもできるが、照射手段２からの光が比較的均一に当たるよう配慮することが必要である。

材質としては、通電が容易で光触媒にも分解されない金属が適しており、特に耐食性の観点からステンレスを使用することが望ましい。このとき、焼鈍を施しておくことにより、耐食性を向上させることができる。本実施の形態では、オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６を用いた。さらには、体積抵抗率が大きく、耐熱性、耐食性、耐孔食性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系耐熱鋼、Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼のいずれかを用いることが最適である。

また、パンチングメタル、エキスパンドメタルやメッシュ形状の金網など多孔状の金属を用いることが望ましい。これにより、ヒータとして必要な抵抗値を確保することができ、抵抗値設計が容易となることや、吸湿剤層との密着度が向上することや、熱容量を小さくすることで水分の脱着効率が高くすることができるので、室内や光触媒へより効率的に水分を供給することができ、付着臭を脱臭可能な光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。本実施の形態では基材１として、ＳＵＳ３１６で線径０．１ｍｍ、５０メッシュの金網を用いた。これに光触媒と吸湿剤などを担持して用いている。

光触媒については、特に限定されるものではないが、コスト、安全性、入手しやすさの面で二酸化チタンが望ましく、特に光触媒作用の性能面も考慮するとアナターゼ型が最適である。また、吸湿剤はゼオライト、シリカゲル、セピオライト、アルミナ、活性炭等が考えられ、水分の吸脱着のし易さや耐熱性を考慮するとゼオライトが適している。特に、シリカ／アルミナ比を大きくすることで極性を小さくした疎水性ゼオライトを用いると、水の脱着が比較的容易にできるようになるため、室内や光触媒へより効率的に水分を供給することができ、付着臭を脱臭可能な光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。

光触媒および吸湿剤の基材１への担持方法についてはスパッタ法、ゾルゲル法、ディップ法などその組み合わせを含めると多々あるが、光触媒と吸湿剤と必要に応じてバインダを水や溶剤などに分散させ、基材１をそのスラリーに浸漬することで担持するディップ法が望ましい。また、粉末状の光触媒や吸湿剤を分散させ、スラリーを作製する場合、光触媒や吸湿剤の平均径は小さい方が望ましく、特に光触媒の一次粒子の平均径は１００ｎｍ以下が望ましい。なお形状について特に限定はないが、比表面積が大きくなるような形状が望ましい。さらには、なるべく凝集が起こらないように水や溶媒に分散させることが望ましい。

基材１には、光触媒と吸湿剤に加え、ゼオライト、セピオライト、活性炭等の悪臭臭気や有害物質を物理吸着する物理吸着作用を有する物質を添加しておくことにより、吸着剤による物理吸着脱臭により臭気が除去され、脱臭性能はさらに向上する。吸着剤で吸着した臭気物質は、拡散により光触媒表面上へ移動し、光触媒への光照射により励起したときに発生するラジカル等により酸化分解される。また、脱臭対象となる臭気にあわせて、吸着剤の選定が可能であり、また臭気濃度に応じて光触媒と物理吸着作用を有する吸着剤の比率を変えることが可能である。

照射手段２は、４００ｎｍ以下の波長の光を照射できるものが望ましく、１８５ｎｍや２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させる二波長の紫外線ランプや、２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させる殺菌ランプ、３６０ｎｍ付近の紫外線を発生させるブラックライトなどがある。また、ランプの方式は熱陰極タイプ、冷陰極タイプ、無電極タイプなどがあるが、どれを用いても良いが、耐久性を考慮すると冷陰極タイプや無電極タイプが望ましい。さらには、ＬＥＤで３８０〜４００ｎｍ付近の紫外線を発するものを用いても良く、この場合点灯と消灯を繰り返すように用い温度上昇を抑えると、ＬＥＤの劣化を抑えることができるため、長期間使用することができる。

光触媒として可視光応答型の光触媒を使用すれば、紫外線をほとんど発しない通常の蛍光灯などでも良い。本実施の形態では、オゾンを発生させることができる二波長の紫外線ランプを用いた。これにより、水とオゾンが光触媒表面上で反応し、反応性がより高い活性酸素が生じ、悪臭や有害物質の分解に寄与するため、より脱臭性能が高い脱臭体を実現することができる。

電源ユニット３は、基材１へ電流を供給するためであり、直流、交流どちらでも良く、特に限定されるものではない。また、供給する電圧を調整することにより、ヒータとしての電力が決定されることとなる。

送風手段を設ける場合、シロッコファン、ターボファン、プロペラファン、クロスフローファン、貫流ファン等が一般の送風手段として使用されるが、本実施の形態ではプロペラファンを用いた。

本実施の形態で行った基材１への光触媒と吸湿剤の担持方法を説明する。

本実施の形態ではディップ法による担持を行った。使用したスラリーはアナターゼ型酸化チタン２０重量部、疎水性ゼオライト８０重量部、コロイダルシリカ３０重量部（シリカ分は６重量部）、イオン交換水１００重量部、熱可塑性樹脂粉末５重量部を攪拌、混合して形成しているものである。アルコールなどの溶剤での洗浄や高温処理などにより脱脂した基材１を、作製したスラリーに浸漬させることで担持する。エアーブローなどにより余分な分を除去した後、１２０℃で１０分間乾燥させ、もう一度スラリーに浸漬させ、１２０℃で１０分間乾燥させた。乾燥後さらに、４００℃程度で２０分間程度の焼成を行うことで、さらに金網との密着性を向上させた。

以上のように構成された脱臭体について、以下その動作、作用を説明する。

紫外線ランプを点灯させ、基材１の間を通るように風を流すことで、光触媒表面上では光触媒作用により悪臭や有害物質の分解が開始する。その一方で、空気中に含まれる水分を吸湿剤により吸着される。

次に電源ユニット３を用い、基材１に通電することで基材１を加熱状態にし、吸湿剤の加熱を行う。これにより、水分脱着温度に達した吸湿剤を含む層からは、吸着されていた水分が脱着する。その後、基材１を非通電状態にすると、基材１は非加熱状態となり吸湿剤を含む層の温度は下がり、空気中の水分が吸湿剤に吸着される。以上の動作を繰り返すことにより、高湿の空気を、光触媒や室内へ供給することができ、光触媒上では悪臭や有害物質の分解能力を向上し、室内ではカーテンなどの付着臭を除去することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における脱臭体の模式図を示すものである。図３は、図２に示す、通電により発熱する基材（以下、単に、基材と称す）１１を展開した図である。図２において、基材１１はＳＵＳ３１６製の線径０．１ｍｍ、５０メッシュの金網で、表面に吸湿剤と光触媒作用を有する物質とを含む層が形成されている。１２は給電端子であり、スポット溶接により基材１１に取り付けられている。

基材１１を図２に示すように波板状に加工することで、水分を含んだ空気との接触面積を大きくすることができ、水分の脱着効率が高いため、光触媒へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた脱臭体を実現できる。また、水分を室内へ放出することでカーテンなどの付着臭を除去することができる。波板状への加工時に、繰返し応力による基材の破断を防止するため、山谷部に適切なＲ加工を施すと良い。

あとは、実施の形態１と同様に照射手段１３と電源ユニット１４があり、流れ方向１５のように空気を通す。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態における浄化装置を示す模式図である。筐体４０と、通電により発熱する基材４１（以下、本実施の形態では基材４１という）と紫外線ランプ４２と電源ユニット４３からなる脱臭体と、送風機４４から構成されている。基材４１へ給電するための電源ユニット４３は、浄化装置の送風機４４や紫外線ランプ４２を動作させるための電源から分岐させて使用することができる。

ＳＵＳ３１６製の線径０．１ｍｍ、５０メッシュの金網でサイズが１０ｍｍ×７５ｍｍのものに、二酸化チタン０．１ｇと吸湿剤０．３７ｇとを担持した基材４１を作製し、これを１５枚平行に並べ、電気回路的には直列で接続した。それらの中心にφ６の穴を開け、紫外線ランプ４２を設置した（以下、脱臭体Ａと称す）。

また参照用として、ＳＵＳ３１６製の線径０．１ｍｍ、５０メッシュの金網でサイズが１０ｍｍ×７５ｍｍのものに、二酸化チタン０．１ｇを担持した基材４１を作製し、これを１５枚直列で接続した。それらの中心にφ６の穴を開け、紫外線ランプ４２を設置した（以下、脱臭体Ｂと称す）。そして、脱臭体ＡおよびＢを設置した浄化装置を用意した。

次に手順について説明する。前記浄化装置を１ｍ^３のアクリル製容器中央に設置し、前記容器内にアセトアルデヒドガスを注入し、２０ｐｐｍとなるようにした。次に、電源ユニット４３、送風機４４、紫外線ランプ４２を動作させた。電源ユニット４３から基材４１へは５０Ｗを入力し、３０秒通電、３０秒非通電を交互に繰り返した。そして、１時間後の容器内のアセトアルデヒド濃度は、脱臭体Ａ搭載の浄化装置が１ｐｐｍ、脱臭体Ｂ搭載の浄化装置が５ｐｐｍであった。したがって、脱臭体Ａ搭載の浄化装置の分解効率が非常に優れていることが確認された。

また、脱臭体Ａを設置した浄化装置を２台用意した（以下、浄化装置Ｃ、Ｄと称す）。それぞれの浄化装置を１ｍ^３のアクリル製容器の角に設置し、その対角にタバコの臭いを染みこませた臭気強度５のカーテンを設置した。次に、浄化装置Ｃは電源ユニット４３、送風機４４、紫外線ランプ４２を動作させ、浄化装置Ｄは送風機４４と紫外線ランプ４２のみを動作させた。浄化装置Ｃについては、電源ユニット４３から基材４１へ５０Ｗ入力し、３０秒通電、３０秒非通電を交互に繰り返した。そして、１時間後にカーテンを取り出すと、浄化装置Ｃ、Ｄそれぞれのカーテンの臭気強度は２と３であった。したがって、水分を供給することによりカーテンの付着臭気を効率よく除去できることが確認された。

以上のように、本発明にかかる脱臭体およびこれを用いた浄化装置は、大気中の水分を自動的に集め、室内へ放出することによりカーテンなどの付着臭だけでなく、空気中あるいは付着した有害物質の除去、あるいは空気中あるいは物に付着した微生物の殺菌を行う浄化装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における脱臭体を示す模式図本発明の実施の形態２における脱臭体を示す模式図本発明の実施の形態２における通電により発熱する基材の展開図本発明の実施の形態３における浄化装置の模式図

符号の説明

１、１１、４１通電により発熱する基材
２、１３照射手段
３、１４、４３電源ユニット
１２給電端子
４０筐体
４２紫外線ランプ
４４送風機

Claims

通電により発熱する基材と、前記基材の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段とを備え、前記基材の表面には光触媒作用を有する物質と吸湿剤とを含む層を形成し、かつ前記基材へ通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる脱臭体。
通電により発熱する基材が多孔状の金属である請求項１記載の脱臭体。
請求項１または２に記載の脱臭体を用いた浄化装置。