JP2005296901A - 清浄処理材料、エアフィルタ、空気調和装置、熱交換エレメント、および熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、空気清浄部材に担持できる清浄処理材料の重量がある程度制限されている場合において、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示す清浄処理材料を提供することある。
【解決手段】 清浄処理材料８４７は、光半導体触媒８４６および光触媒機能を有するアパタイト８４５の混合物である。なお、光半導体触媒８４６は、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルである。また、光触媒機能を有するアパタイト８４６は、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルである。
【選択図】 図９

Description

本発明は、清浄処理材料、エアフィルタ、空気調和装置、熱交換エレメント、および熱交換ユニットに関する。

従来、光半導体触媒としては、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、および酸化鉄などに代表される金属酸化物、Ｃ₆₀などのフラーレンに代表される炭素系の光触媒、遷移金属からなるナイトライド、オキシナイトライドなどが挙げられる。このような光半導体触媒はバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光（例えば、紫外線など）が照射されると、荷電子帯にある電子が伝導帯に励起され、荷電子帯に正孔が、伝導体に電子が生成する。その結果、荷電子帯側では酸化反応が、伝導体側では還元反応が起こりやすくなる。そして、この状態で空気や水などが光半導体触媒の表面に接触すると化学反応が起こり、OH−、O2、O2−、およびH2O2などの活性酸素が生成される。すると、その活性酸素は、光半導体触媒の近傍に存在する種々の有機物を分解する。

ところで、これらの光半導体触媒は、有機物を積極的に吸着する能力に劣るため、ある分野に置いては清浄処理速度が十分でないという問題があった。現在、この問題を解消するために、有機物の吸着能力が高いアパタイトの一部の原子を置換して光触媒機能を付与したもの（以下、光触媒アパタイトという）の開発が進められており（例えば、特許文献１および特許文献２参照）、実際にその吸着能力が改善されている。
特開２００４−２１７６号公報（第８項） 特開２００１−３０２２２０号公報

しかし、現時点の粒径制御技術では光半導体触媒アパタイトの比表面積（単位重量当たりの表面積）を従来の光半導体触媒の比表面積よりも大きくすることは非常に困難である。したがって、従来の光半導体触媒と光半導体触媒アパタイトとの清浄処理速度を同一重量で比較した場合、光半導体触媒アパタイトの方が従来の光半導体触媒よりも劣る。
本発明の課題は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示す清浄処理材料を提供することある。

第１発明に係る清浄処理材料は、光半導体触媒および光触媒機能を有するアパタイトの混合物である。なお、光半導体触媒は、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルである。また、光触媒機能を有するアパタイトは、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルである。なお、ここにいう「光半導体触媒」とは、例えば、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、および酸化鉄などに代表される金属酸化物、Ｃ₆₀などのフラーレンに代表される炭素系の光半導体触媒、遷移金属からなるナイトライド、オキシナイトライド、光触媒機能を有するアパタイトなどである。また、ここにいう「光触媒機能を有するアパタイト」とは、例えば、カルシウムヒドロキシアパタイトの一部のカルシウム原子がイオン交換などの手法によってチタン原子に置換されたアパタイトなどである。

ここでは、清浄処理材料が、光半導体触媒および光触媒機能を有するアパタイトの混合物である。このため、二次粒子のサイズが小さな光半導体触媒が二次粒子のサイズが大きい光触媒機能を有するアパタイトの粒子の隙間に入り込む。したがって、光触媒反応の活性サイトを従来の光半導体触媒並みにすることができる。また、この状態で、光触媒機能を有するアパタイトが特異的に菌やウィルスを吸着する。この結果、清浄処理材料は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

第２発明に係る清浄処理材料は、第１発明に係る清浄処理材料であって、光触媒機能を有するアパタイトは、光半導体触媒１００重量部に対し、１０〜３５重量部混合される。また、光触媒機能を有するアパタイトは、より好ましくは１５〜３５重量部である。
二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルの光半導体触媒１００重量部のアセトアルデヒドに対する酸化分解速度は、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルの光触媒機能を有するアパタイト１００重量部のアセトアルデヒドに対する酸化分解速度の約４倍となることが確認されている。

ここでは、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルの光半導体触媒１００重量部に対し、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルの光触媒機能を有するアパタイトを１０〜３５重量部混合して、清浄処理材料が生成される。この配合比は上記の光半導体触媒および光触媒機能を有するアパタイトのアセトアルデヒドに対する酸化分解速度比と光触媒機能を有するアパタイトのアセトアルデヒドの吸着能力とから導かれるものであり、この配合比では、光半導体触媒のみを使用した場合よりも菌やウィルスなどに対する処理能力が高くなる。したがって、この清浄処理材料は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

第３発明に係る清浄処理材料は、第１発明または第２発明に係る清浄処理材料であって、光半導体触媒は、二酸化チタンである。
ここでは、光半導体触媒が、二酸化チタンである。二酸化チタンは、光半導体触媒の中でコストパフォーマンスに優れる。このため、コストを抑制させたままで本発明の課題を克服することができる。

第４発明に係る清浄処理材料は、第１発明または第２発明に係る清浄処理材料であって、光触媒機能を有するアパタイトは、チタンアパタイトである。なお、ここにいう「チタンアパタイト」とは、カルシウムヒドロキシアパタイトなどの一部のカルシウム原子がイオン交換などの手法によってチタン原子に置換されたアパタイトである。
ここでは、光触媒機能を有するアパタイトが、チタンアパタイトである。チタンアパタイトは、カルシウムヒドロキシアパタイトからイオン交換法により簡便に調製することができ、光触媒機能を有するアパタイトの中では最もコストパフォーマンスに優れる。このため、コストを抑制させたままで本発明の課題を克服することができる。

第５発明に係るエアフィルタは、第１発明から第４発明のいずれかに係る清浄処理材料を担持する。
ここでは、エアフィルタが、第１発明から第４発明のいずれかに係る清浄処理材料を担持する。このため、このエアフィルタは、従来の光半導体触媒を担持したエアフィルタよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

第６発明に係る空気調和装置は、第５発明に係るエアフィルタを備える。
ここでは、空気調和装置が、第５発明に係るエアフィルタを備える。このため、この空気調和装置は、従来の光半導体触媒を利用した空気調和装置よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第７発明に係る熱交換エレメントは、第１発明から第４発明のいずれかに記載の清浄処理材料を担持する。

ここでは、熱交換エレメントが、第１発明から第４発明のいずれかに係る清浄処理材料を担持する。このため、この熱交換エレメントは、従来の光半導体触媒を担持した熱交換エレメントよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第８発明に係る熱交換ユニットは、第７発明に係る熱交換エレメントを備える。
ここでは、熱交換ユニットが、第７発明に係る熱交換エレメントを備える。このため、この熱交換ユニットは、従来の光半導体触媒を利用した熱交換ユニットよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

第１発明に係る清浄処理材料は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第２発明に係る清浄処理材料は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第３発明に係る清浄処理材料は、コストを抑制させたままで本発明の課題を克服することができる。

第４発明に係る清浄処理材料は、コストを抑制させたままで本発明の課題を克服することができる。
第５発明に係るエアフィルタは、従来の光半導体触媒を担持したエアフィルタよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第６発明に係る空気調和装置は、従来の光半導体触媒を利用した空気調和装置よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

第７発明に係る熱交換エレメントは、従来の光半導体触媒を担持した熱交換エレメントよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。
第８発明に係る熱交換ユニットは、従来の光半導体触媒を利用した熱交換ユニットよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

＜第１実施形態＞
［空気清浄機の全体構成］
本発明の一実施の形態が採用される空気清浄機４０の外観図を図１に示す。
空気清浄機４０は、ビルや住宅などの室内空気を清浄し清浄後の空気を室内に送風することにより、室内を快適な環境に保つ。この空気清浄機４０は、ケーシング６０、送風機構７０（図２参照）、制御部５０（図４参照）、およびフィルタユニット８０（図２参照）を備えている。

［空気清浄機の構成要素］
（１）ケーシング
ケーシング６０は、空気清浄機４０の外表面を構成し、送風機構７０、制御部５０、およびフィルタユニット８０を内包する。ケーシング６０は、本体部６１および正面パネル６２を有している。

Ａ．本体部
本体部６１は、上面吸い込み口６３、側面吸い込み口６４、および吹き出し口６５を有している。上面吸い込み口６３および側面吸い込み口６４は、空気清浄機４０内において室内空気を清浄するために、室内空気を空気清浄機４０内に吸い込むための略矩形の開口である。上面吸い込み口６３は、吹き出し口６５が設けられる面と同じ本体部６１上面の正面側端部に設けられる。側面吸い込み口６４は、本体部６１の側面に左右それぞれ設けられる一対の開口である。吹き出し口６５は、本体部６１上面の背面側端部に設けられる。吹き出し口６５は、清浄後の空気を空気清浄機４０から室内に向かって吹き出すための開口である。

Ｂ．正面パネル
正面パネル６２は、本体部６１の前方に設けられ、本体部６１の内部に設置されるフィルタユニット８０を覆っている。正面パネル６２は、正面吸い込み口６６および表示パネル開口６７を有している。正面吸い込み口６６は、正面パネル６２の略中央部に設けられる室内空気を空気清浄機４０内に吸い込むための略矩形の開口である。表示パネル開口６７は、後述する表示パネル５６がケーシング６０外部から目視できるように設けられている。

（２）送風機構
送風機構７０は、各吸い込み口（上面吸い込み口６３、側面吸い込み口６４および正面吸い込み口６６）から室内空気を吸い込み、吹き出し口６５から清浄後の空気を吹き出す。この送風機構７０は、ケーシング６０の内方に設けられ、各吸い込み口６３，６４，６６から吸い込んだ室内空気がフィルタユニット８０を通過するように構成されている。また、送風機構７０は、図２に示されるように、ファンモータ７１および送風ファン７２を備えている。この送風ファン７２は、ファンモータ７１によって回転駆動される。ファンモータ７１としては、インバータ回路により周波数制御されるインバータモータが採用される。送風ファン７２としては、遠心ファンが採用される。

（３）制御部
空気清浄機４０は、さらに、マイクロプロセッサで構成される制御部５０を備えている。図４に示されるように、制御部５０には、制御プログラムや各種パラメータが格納されるＲＯＭ５１、処理中の変数などを一時的に格納するＲＡＭ５２などが接続されている。
また、制御部５０には、温度センサ５３、湿度センサ５４、およびダストセンサ５５などの各種センサ類が接続されており、各センサの検出信号が入力される。ダストセンサ５５は、導入される空気中に光を照射し、空気中に含まれる煙、ホコリ、花粉、その他の粒子によって乱射されて受光素子に到達した光量を検出して、粉塵などの粒子濃度を測定することができる。

さらに、制御部５０には、表示パネル５６が接続されている。表示パネル５６は、運転モード、各種センサによるモニタ情報、タイマ情報、メンテナンス情報などを表示し、使用者などが外部から表示パネル開口６７を介して目視できるようになっている。また、この表示パネル５６は、液晶表示パネル・ＬＥＤ・その他の表示素子またはこれらの組み合わせで構成することが可能である。

さらに、制御部５０は、ファンモータ７１に接続されており、使用者の操作や各種センサの検出結果などに応じて、これらの装置の稼働を制御することができる。
（４）フィルタユニット
フィルタユニット８０は、ケーシング６０の内部に設けられ、各吸い込み口６３，６４，６６から吸い込んだ室内空気に含まれる微粒子を除去する。図２に示されるように、フィルタユニット８０は、プレフィルタ８１、放電部８２、光触媒フィルタ８３、およびプラズマ触媒フィルタ８４を有している。フィルタユニット８０は、各吸い込み口６３，６４，６６から吸い込んだ室内空気がプレフィルタ８１、放電部８２、光触媒フィルタ８３、プラズマ触媒フィルタ８４の順にフィルタユニット８０内を通過するように構成されている。

Ａ．プレフィルタ
プレフィルタ８１は、送風機構７０によりケーシング６０内に吸い込まれる空気から比較的大きな塵埃などを除去するためのフィルタである。プレフィルタ８１は、ネット部８１０と、フレーム８１１とを有している（図５参照）。ネット部８１０は、ポリプロピレン（以下、ＰＰという）製の糸状の樹脂網であって、ケーシング６０内に吸い込まれる空気に含まれる比較的大きな塵埃などが付着する。また、ネット部８１０を構成する繊維は、図６に示されるように、ＰＰによって構成される芯８１０ａと同じくＰＰによって構成される被覆層８１４とからなる。被覆層８１４には、可視光線型の光触媒８１２とカテキン８１３とが空気側に露出するように担持されている。可視光線型の光触媒８１２は、可視光線により光触媒作用が活性化される酸化チタンなどを含んでおり、ネット部８１０に付着する塵埃などに含まれるカビ菌や細菌などの菌やウィルスを除去する。カテキンは、ポリフェノールの一種であって、エピカテキン、エピガロカテキン、エピカテキンガレート、エピガロカテキンガレートなどの総称である。このカテキンは、ネット部８１０に付着する塵埃などに含まれるカビ菌や細菌などの菌の繁殖を抑制したりウィルスを不活化したりする。

Ｂ．放電部
放電部８２は、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）に示されるように、主に、対向電極８２２、イオン化線８２１、およびストリーマ放電電極８２３から構成される。対向電極８２２は、方形波形状の断面を有する金属板であって、実質的に電極として機能する実電極部８２２ａと複数のスリット部８２２ｂとから成る。なお、スリット部８２２ｂ、空気を後方側に流す役割を果たす。イオン化線８２１は、対向電極８２２の空気流れ方向上流側に配置される。なお、このとき、イオン化線８２１は、実電極部８２２ａ間に１つずつ配置される。また、このイオン化線８２１は、微小径のタングステン線材などによって形成され、放電電極として用いられる。ストリーマ放電電極８２３は、電極棒８２３ａと針電極８２３ｂとから成る。針電極８２３ｂは、電極棒８２３ａにほぼ直交するように固定される。そして、このストリーマ放電電極８２３は、図３（ｃ）に示されるように、対向電極８２２の空気流れ方向下流側に配置される。なお、このとき、ストリーマ放電電極８２３は、針電極８２３ｂが対向電極８２２の実電極部８２２ａと対向するように配置される。

なお、これらの電極８２１，８２２，８２３のうち、対向電極８２２とイオン化線８２１とは、プレフィルタ８１を通過した空気中に浮遊している比較的小さな塵埃を耐電させる役割を担う。一方、対向電極８２２とストリーマ放電電極８２３とは、後述する光半導体触媒担持フィルタ８３１に供給する活性種を生成する役割を担う。以下、それぞれの電極の組合せについて詳述する。

（対向電極とイオン化線）
この放電部８２において、イオン化線８２１と実電極部８２２ａとの間に高電圧が印加されると、両電極８２１，８２２間に放電が生じる。この結果、両電極８２１，８２２間を通過する塵埃などがプラス電荷に帯電される。そして、帯電された塵埃は、スリット部８２２ｂを介して後方に供給され、後述する静電フィルタ８３０によって静電吸着される。また、この際、塵埃に含まれるウィルスや菌なども帯電されるため、後述するチタンアパタイトへのウィルスや菌の吸着効率が高まる。

（対向電極とストリーマ放電電極）
この放電部８２において、ストリーマ放電電極８２３と対向電極８２２との間に直流、交流、またはパルスの放電電圧が印加されると、両電極８２２，８２３間に図３（ｄ）に示されるようなストリーマ放電が生じる。このようにして、ストリーマ放電が生じると、放電場に低温プラズマが生成する。そして、この低温プラズマにより、高速電子、イオン、オゾン、ヒドロキシラジカルなどのラジカル種や、その他の励起分子（励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子）などが生成される。そして、これらの活性種は、空気流れに乗って光半導体触媒担持フィルタ８３１に供給される。

なお、これらの活性種は、非常にエネルギーレベルが高く、光半導体触媒担持フィルタ８３１に到達する前であっても、空気に含まれるアンモニア類や、アルデヒド類、窒素酸化物など小さな有機分子を分解・消臭する能力を有する。
Ｃ．光触媒フィルタ
光触媒フィルタ８３の断面図の一部を図７に示す。光触媒フィルタ８３は、複数回分の長さを巻き込んだロール状とされており、使用中の面が汚れた場合に引き出して汚れた部分をカットするような構成となっている。この光触媒フィルタ８３は、静電フィルタ８３０および光半導体触媒担持フィルタ８３１を張り合わせて形成されている。なお、この光触媒フィルタ８３は、静電フィルタ８３０が送風機構７０による空気流れの上流側に、光半導体触媒担持フィルタ８３１が空気流れの下流側に面するように配置される。静電フィルタ８３０は、放電部８２で帯電させられた塵埃などを吸着する。光半導体触媒担持フィルタ８３１には、静電フィルタ８３０を通過する塵埃などが付着する。この光半導体触媒担持フィルタ８３１の空気流れ方向下流側の面には、アナターゼ型の二酸化チタン粒子とチタンアパタイト粒子との混合物が塗布されている。なお、二酸化チタン粒子の直径は０．１から１マイクロメートルであり、チタンアパタイト粒子の直径は１から１０マイクロメートルである。また、二酸化チタンとチタンアパタイトとの混合比は、重量比で１００：２０である。なお、チタンアパタイトとは、カルシウムヒドロキシアパタイトの一部のカルシウム原子がイオン交換などの手法によってチタン原子に置換されたアパタイトである。

Ｄ．プラズマ触媒フィルタ
プラズマ触媒フィルタ８４は、図８および図９に示されるように、アナターゼ型の二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５との混合物８４７を担持させたＰＰの繊維８４４から形成されている。なお、この繊維８４４は、プレフィルタ８１と同様に、芯８４２と被覆層８４３とを有し、被覆層８４３に混合物８４７を担持している。また、二酸化チタン粒子８４６の直径は０．１から１マイクロメートルであり、チタンアパタイト粒子８４５の直径は１から１０マイクロメートルである。また、二酸化チタンとチタンアパタイトとの混合比は、重量比で１００：２０である。プラズマ触媒フィルタ８４では、光触媒フィルタ８３に吸着されなかった空気中のウィルスや菌などを吸着する。このプラズマ触媒フィルタ８４では、吸着された菌やウィルスなどが活性種により活性化された二酸化チタンによって死滅あるいは不活化される。

［フィルタを形成する繊維の製造装置および製造方法］
上記フィルタ８１，８３，８４を形成する繊維を製造するための溶融紡糸装置９０を図１０に示す。この溶融防止装置９０は、図１０に示されるように、主に、第１乾燥装置９１ａ、第２乾燥装置９１ｂ、第１吐出装置９２ａ、第２吐出装置９２ｂ、射出ノズル９３、冷却装置９４、繰出装置９５、引取装置９６、トンネルヒータ９７、熱処理装置９８、および巻取装置９９から構成される。

第１乾燥装置９１ａには、高融点のポリプロピレン樹脂のペレットが供給される。そして、この第１乾燥装置９１ａでは、そのペレットが、水分含有率が一定値以下になるまで加熱乾燥される。一方、第２乾燥装置９１ｂには、あらかじめアナターゼ型の二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５（図９参照）との混合物８４７が分散された低融点のポリプロピレン樹脂のペレットが供給される。そして、この第２乾燥装置９１ｂでは、そのペレットが、水分含有率が一定値以下になるまで加熱乾燥される。

第１吐出装置９２ａには、第１乾燥装置９１ａにおいて十分に乾燥されたペレットが供給される。第１吐出装置９２ａは、主に、ヒータ（図示せず）、スクリュー９２１、およびシリンダ９２２から構成される。この第１吐出装置９２ａでは、ヒータによってペレットが融解され、融解されたポリプロピレン（以下、融解ＰＰという）がスクリュー９２１によりシリンダ９２２内を射出ノズル９３側に向かって移動する。一方、第２吐出装置９２ｂには、第２乾燥装置９１ｂにおいて十分に乾燥されたペレットが供給される。第２吐出装置９２ｂは、第１吐出装置９２ａと同様に、主に、ヒータ（図示せず）、スクリュー９２１、およびシリンダ９２２から構成される。この第２吐出装置９２ｂでは、ヒータによってペレットが融解され、融解された混合物含有ポリプロピレン（以下、ＭＸ含有融解ＰＰという）がスクリュー９２１によりシリンダ９２２内を射出ノズル９３側に向かって移動する。

射出ノズル９３には、第１吐出装置９２ａおよび第２吐出装置９２ｂから供給される融解ＰＰおよびＭＸ含有融解ＰＰが供給される。射出ノズル９３は、図１１（ａ）に示されるような側断面構造および図１１（ｂ）に示されるような形状の吐出口を有する。この射出ノズル９３において、融解ＰＰは、第１経路（図１１（ａ）の実線矢印参照）を流れる。一方、ＭＸ含有融解ＰＰは、第２経路（図１１（ａ）の破線矢印参照）を流れる。そして、融解ＰＰとＭＸ含有融解ＰＰとは、この射出ノズル９３から排出された後に、ＭＸ含有融解ＰＰが融解ＰＰを覆うようなかたちで一体化されて（以下、このようにして一体化された融解ＰＰとＭＸ含有融解ＰＰとを複合融解物という）、冷却装置９４に送られる。

冷却装置９４は、複合融解物を、冷却液を利用して冷却・固化し、繊維化する（以下、このようにしてできた繊維を複合繊維という）。そして、複合繊維は、冷却液のタンク内に設置されるディップローラ９４ａおよび排出ローラ９４ｂを介して、繰出装置９５に送られる。
繰出装置９５は、繰出ローラ９５ａを備えており、一定速度で複合繊維をトンネルヒータ９７に繰り出す。一方、引取装置９６は、引取ローラ９６ａを備えており、トンネルヒータ９７から出てくる複合繊維を、繰出装置９５の繰り出し速度よりも速い速度で引き取る。この結果、複合繊維は、繰出装置９５と引取装置９６との間で、加熱延伸されることになる。この加熱延伸時には、複合繊維の外層（混合物を含有するポリプロピレン樹脂の層）が薄膜化し、内包されている二酸化チタン粒子８４６およびチタンアパタイト粒子８４５の一部がその表面に露出する（以下、この状態にある繊維を光半導体触媒露出繊維８４４（図９参照）という）。光半導体触媒露出繊維８４４は、その後、熱処理装置９８に導かれる。熱処理装置９８はヒータ（図示せず）を有し、その内部は所定の温度になるように加熱されている。この熱処理装置９８では、光半導体触媒露出繊維８４４は、ガイドローラ９８ａに沿って移動されながら熱処理される。この熱処理によって、光半導体触媒露出繊維８４４の芯８４２の結晶化が進み、その強度が一定値以上に保たれる。そして、熱処理装置９８から出た光半導体触媒露出繊維８４４は、巻取装置９９の巻取ローラ９９ａによって巻き取られる。

以上の工程を経て製造された光半導体触媒露出繊維８４４は、図９に示されるような形状を呈することになる。
［フィルタの製造方法］
上記フィルタ８１，８３，８４は、上記の光半導体触媒露出繊維８４４を織ることなく熱融着させることによって不織布として製造される。

［本空気清浄機の特徴］
（１）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子、および二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイト粒子の混合物が光半導体触媒担持フィルタ８３１の空気流れ方向下流側の面に塗布されている。ここでは、二次粒子のサイズが小さな二酸化チタンが二次粒子のサイズが大きなチタンアパタイトの隙間に入り込み、光触媒反応の活性サイトを従来の二酸化チタン並みになっている。また、この状態で、チタンアパタイトが特異的に菌やウィルスを吸着する。この結果、この光触媒フィルタは、従来の光半導体触媒を塗布した光触媒フィルタよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

（２）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子８４６、および二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイト粒子８４５の混合物８４７がプラズマ触媒フィルタ８４のＰＰ繊維８４４に担持される。ここでは、二次粒子のサイズが小さな二酸化チタンが二次粒子のサイズが大きなチタンアパタイトの隙間に入り込み、光触媒反応の活性サイトを従来の二酸化チタン並みになっている。また、この状態で、チタンアパタイトが特異的に菌やウィルスを吸着する。この結果、この繊維８４４は、従来の光半導体触媒を担持した繊維よりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

（３）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、プラズマ触媒フィルタ８４を構成する繊維８４４が芯８４２と被覆層８４３とからなり、その被覆層８４３にはアナターゼ型の二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５とが空気側に露出するように担持されている。一般に、樹脂に粒子フィラーなどが充填されると、その樹脂が脆くなる傾向が強い。しかし、この繊維８４４は、芯８４２を有しているため、そのおそれがほとんどない。また、二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５とが空気側に露出していることにより二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５がその光触媒機能を十分に発揮することができる。

（４）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子、および二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイト粒子の混合物が１００：２０の重量比率でフィルタ８３，８４に塗布あるいは担持されている。

図１３には、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子８４６と、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイト粒子８４５とを同一重量とした場合のアセトアルデヒドに対する二酸化チタンとチタンアパタイトの酸化分解効率を表すグラフが示されている。図１３において、測定開始時点から１０分経過前までは酸化チタンおよびチタンアパタイトには紫外線が照射されていないが、測定開始時点から１０分経過後以降は酸化チタンおよびチタンアパタイトに紫外線が照射されている。図から明らかなように、二酸化チタンは紫外線照射時からほぼ３分程度で１５ｐｐｍ程度のアセトアルデヒドを酸化分解しているのに対し、チタンアパタイトは紫外線照射時から２０分ほど経過してようやく２４ｐｐｍアセトアルデヒドを酸化分解する。したがって、二酸化チタンのアセトアルデヒドに対する酸化分解速度は、約５．０ｐｐｍ／ｍｉｎである。一方、チタンアパタイトのアセトアルデヒドに対する酸化分解速度は、約１．２ｐｐｍ／ｍｉｎである。したがって、二酸化チタンとチタンアパタイトとのアセトアルデヒドに対する酸化分解速度比は、おおよそ１：０．２４となる。そして、この酸化分解速度比とチタンアパタイトのアセトアルデヒドの吸着能力とから、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルの光半導体触媒１００重量部に対し、二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルの光触媒機能を有するアパタイトを１０〜３５重量部混合すると、二酸化チタンのみを使用した場合よりも菌やウィルスなどに対する処理能力が高くなるとの結果が導かれる。したがって、このフィルタ８３，８４は、二酸化チタンをそのまま担持したフィルタよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

［変形例］
（Ａ）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、チタンアパタイトの光触媒機能が、活性種により活性化されたが、これに代えて、紫外線ランプなどを採用することによりチタンアパタイトや二酸化チタンの光触媒機能を活性化させてもよい。

（Ｂ）
第１実施形態に係る空気清浄機４０では、プラズマ触媒フィルタ８４を形成する繊維として芯８４２を有する繊維８４４が採用されたが、図１４に示されるような二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５とが内部にもほぼ均一に分散された繊維が採用されてもよい。なお、一部の二酸化チタン粒子８４６とチタンアパタイト粒子８４５とは、繊維表面に露出している。

（Ｃ）
第１実施形態では、本発明を空気清浄機４０に適用しているが、図１５に示すような冷暖房を行う空気調和機２００に本発明を適用してもよい。
この空気調和機２００は、調和された空気を室内に供給するための装置であって、室内の壁面などに取り付けられる室内機２０１と、室外に設置される室外機２０２とを備えている。室内機２０１には、室内の空気を空気調和機２００内に取り込むための吸い込み口２０５が設けられており、この吸い込み口２０５の内側にフィルタユニット（図示せず）が装備される。このフィルタユニットに対して本発明を適用した場合にも、フィルタユニットに付着および吸着されるウィルスやカビ菌、細菌などが除去されるため、悪臭の発生や空気の汚染が起こることを抑えられる。

＜第２実施形態＞
本発明の一実施形態に係る全熱交換ユニットの内部構造を示す斜視図を図１６に、上面図を図１７に、側面図を図１８に、分解斜視図を図１９に示す。なお、この全熱交換ユニット１００は、図１６に示されるように、屋外からの給気ＳＡ（実線白抜矢印）と室内からの排気ＥＡ（ハッチング付き矢印）との間で熱交換エレメント１２を介して熱交換させつつ換気するための装置である。

［全熱交換ユニットの構成］
本全熱交換ユニット１００は、図１６、図１７、図１８、および図１９に示されるように、主に、ケーシング１、熱交換エレメント１２、エアフィルタ１２ｂ、ファン１０，１１、ダンパ３４、および電装品ボックスＥＢから構成される。
［全熱交換ユニットの構成要素］
（１）ケーシング
ケーシング１は、図１６および図１９に示されるように、箱体２と、この箱体２の上面を覆う蓋体３とから構成される。そして、このケーシング１には、熱交換エレメント室２１、排気用ファンモータ収容室４１、排気用ファン収容室２２、給気用ファンモータ収容室４３、給気用ファン収容室２４、給気連通室４５、排気連通室４６、室外側吸込室２６、室内側吸込室２７、およびバイパス室３１が設けられる。以下、上述した各室について詳述する。

Ａ．熱交換エレメント室
熱交換エレメント室２１は、図１６および図１８に示されるように、直方体形状の空間であって、熱交換エレメント１２を収容する。なお、この熱交換エレメント室２１は、箱体２の底板、仕切板１６Ａ〜１６Ｅ（図１６、図２０、および図２１参照）、および蓋体３などによって仕切られて形成される。また、箱体２の底板、仕切板１６Ａ〜１６Ｅ、および蓋体３には、それぞれガイド部Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が取り付けられる。箱体２の底板に取り付けられるガイド部Ｇ１は、第１ガイド部Ｇ１１と第２ガイド部Ｇ１２とを有する。第１ガイド部Ｇ１１は、熱交換エレメント１２の挿脱時に熱交換エレメント１２の下部の稜線を案内する。一方、第２ガイド部Ｇ１２は、第１ガイド部Ｇ１１を挟んで対をなしており、一対のエアフィルタ１２ｂの端縁をそれぞれ案内する。仕切板１６Ａ〜１６Ｅに取り付けられるガイド部Ｇ２は、第１ガイド部Ｇ２１と第２ガイド部Ｇ２２とを有する。第１ガイド部Ｇ２１は、熱交換エレメント１２の挿脱時に熱交換エレメント１２の側部の稜線を案内する。一方、第２ガイド部Ｇ２２は、エアフィルタ１２ｂの端縁を案内する。蓋体３に取り付けられるガイド部Ｇ３は、熱交換エレメント１２の挿脱時に熱交換エレメント１２の上部の稜線を案内する。

なお、この熱交換エレメント室２１に熱交換エレメント１２が収容されると、その周囲に略三角柱形状の４つの空間１７，１８，１９，２０が生成する。以下、図１６および図１８中、図番１７により示される空間を第１空間、図番１８により示される空間を第２空間、図番１９により示される空間を第３空間、図番２０により空間を第４空間という。
Ｂ．排気用ファン収容室
排気用ファン収容室２２は、図１６および図１９に示されるように、排気用ファン１０を収容する。また、この排気用ファン収容室２２は、図１６に示されるように、仕切板１６Ｂに形成された開口４２を介して排気用ファンモータ収容室４１に連通する。また、この排気用ファン収容室２２は、図１６に示されるように、側壁に排気用の室外側吹出口７を有している。

Ｃ．排気用ファンモータ収容室
排気用ファンモータ収容室４１は、図１６および図１９に示されるように、排気用ファンモータ１０Ｍを収容する。また、この排気用ファンモータ収容室４１は、図１６に示されるように、蓋体３と熱交換エレメント１２の一の稜線とで仕切られる開口２３を介して第１空間１７に連通する。

Ｄ．給気用ファン収容室
給気用ファン収容室２４は、図１６および図１９に示されるように、給気用ファン１１を収容する。また、給気用ファン収容室２４は、図１６に示されるように、仕切板１６Ｄに形成された開口４４を介して給気用ファンモータ収容室４３に連通する。また、この給気用ファン収容室２４は、図１６に示されるように、側壁に給気用の室内側吹出口６を有している。

Ｅ．給気用ファンモータ収容室
給気用ファンモータ収容室４３は、図１６および図１９に示されるように、給気用ファンモータ１１Ｍを収容する。また、この給気用ファンモータ収容室４３は、蓋体３と熱交換エレメント１２の一の稜線とで仕切られる開口２５を介して第２空間１８に連通する。
Ｆ．室外側吸込室
室外側吸込室２６は、図１６に示されるように、側壁に給気用の室外側吸込口５を有している。また、この室外側吸込室２６は、図１６および図２０に示されるように、仕切板１６Ｃの開口２９を介して給気連通室４５に連通する。

Ｇ．室内側吸込室
室内側吸込室２７は、図１６に示されるように、側壁に排気用の室内側吸込口４を有している。また、この室内側吸込室２７は、図１６に示されるように、仕切板１６Ｅの開口３０を介して排気連通室４６に連通する。
Ｈ．給気連通室
給気連通室４５は、仕切板１６Ｆによって仕切られており、排気用ファンモータ収容室４１の下方に位置する。また、この給気連通室４５は、図１６に示されるように、第３空間１９に連通する。

Ｉ．排気連通室
排気連通室４６は、仕切板１６Ｇによって仕切られており、給気用ファンモータ収容室４３の下方に位置する。また、この排気連通室４６は、図１６に示されるように、第４空間２０に連通する。
Ｊ．バイパス室
バイパス室３１は、熱交換エレメント室２１の反抜取り方向側に位置している。そして、このバイパス室３１は、開口３２を介して第１空間１７に連通する。また、このバイパス室３１は、開口３３を介して室内側吸込室２７に連通する。この結果、排気用ファン収容室２２と室内側吸込室２７とは、排気用ファンモータ収容室４１、第１空間１７、およびバイパス室３１を介して連通することとなる。

（２）熱交換エレメント
熱交換エレメント１２は、図１６および図１９に示されるように、略直方体の形状をしており、排気通路８と給気通路９との交差部に設けられている。この熱交換エレメント１２は、図２２に示されるように、プリーツ状の特殊クラフト紙（以下、スペーサ紙という）１２２と平膜状の特殊クラフト紙（以下、仕切紙という）１２１とを交互に方向を変えながら積層した構造を有している。この熱交換エレメント１２がこのような構造をとっているため、この熱交換エレメント１２では、排気ＥＡの流路と給気ＳＡの流路とが一段ごとに交互に配置されるかたちになる。なお、この熱交換エレメント１２では、給気ＳＡおよび排気ＥＡの顕熱および潜熱は、この仕切紙１２１を介して交換される。なお、このスペーサ紙１２２および仕切紙１２１には、第１実施形態の光触媒フィルタと同じ態様で、アナターゼ型の二酸化チタン粒子とチタンアパタイト粒子との混合物が塗布されている。

なお、この熱交換エレメント１２の端面には取り出しのための把手１２ａが設けられており、図１９に示されるように蓋１４を取り外せば、ケーシング１のメンテナンス面Ｍに開口される挿脱用の開口１３から、その長辺に沿って長手方向に挿脱できるようになっている。
（３）エアフィルタ
エアフィルタ１２ｂは、図１９に示されるように、熱交換エレメント１２の第３空間１９に接する面と第４空間２０に接する面とを覆うように熱交換エレメント１２に取り付けられる。このエアフィルタ１２ｂは、ポリテトラフルオロエチレン繊維から成る不織布である。なお、このエアフィルタ１２ｂは、比較的大きな塵埃を主に捕集するためのフィルタであって、菌やウィルスなどの微少な生体粒子を捕捉することはできない。

（４）ストリーマ放電器
ストリーマ放電器１５は、第３空間１９および第４空間２０にそれぞれ設けられており、高速電子、イオン、オゾン、ヒドロキシラジカルなどのラジカルや、その他の励起分子（励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子）などの活性種を熱交換エレメント１２内部に供給することによって、熱交換エレメント１２内部に担持されているチタンアパタイトの光触媒機能を活性化させる。このストリーマ放電器１５は、放電電極１５ａと対向電極１５ｂとから構成される。放電電極１５ａは、図２３に示されるように、電極棒１５１と複数の針電極１５２とから構成される。なお、針電極１５２は、電極棒１５１にほぼ直交するように固定される。対向電極１５ｂは、板状の電極であって、その面直角方向に空気が通過する複数の開口を有している。そして、放電電極１５ａの電極棒１５１と対向電極１５ｂとは、ほぼ平行に配置される。その結果、放電電極１５ａの針電極１５２は、対向電極１５ｂとほぼ直角をなす。また、放電電極１５ａと対向電極１５ｂとは、直流、交流、またはパルスの高圧電源（図示せず）に接続されている。そして、放電電極１５ａと対向電極１５ｂとに放電電圧が印加されると、放電電極１５ａの針電極１５２と対向電極との間でストリーマ放電が生じる。このようにして、ストリーマ放電が生じると、放電場に低温プラズマが生成する。そして、この低温プラズマにより、高速電子、イオン、オゾン、ヒドロキシラジカルなどのラジカルや、その他の励起分子（励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子）などが生成される。なお、これらの活性種は、空気流れに乗って対向電極１５ｂの開口を通って熱交換エレメント１２内部に供給されることとなる。

なお、このストリーマ放電器１５は、後述する熱交換エレメント清浄モードにおいてのみ通電される。
（５）ファン
排気用ファン１０および給気用ファン１１は、図１７および図１８に示されるように、それぞれシロッコファン（ロータ）からなり、発泡樹脂（例えば発泡スチロール）製の渦巻き状をしたファンケーシング（図示せず）内に収容されている。なお、各ファン１０，１１の回転軸線Ｌは、熱交換エレメント１２の抜取り方向Ｋと平行である。

（６）ダンパ
ダンパ３４は、室内側吸込室２７内に配置されている。このダンパ３４は、例えば電動モータ（図示せず）などによって回動し、開口３０と開口３３とのいずれか一方を開放し他方を閉塞する。
（７）電装品ボックス
電装品ボックスＥＢは、メンテナンス面Ｍの排気用ファン１０と対向する部分Ｍ１に配置されている。この電装品ボックスＥＢには、電装品として、図示しない制御基板などが収容されている。なお、この制御基板は、図示しないワイヤードリモコンに通信接続されており、このワイヤードリモコンから送信されてくる信号に基づいてファン１０，１１およびダンパ３４の動作を制御する。

［給排気の流れ］
この全熱交換ユニット１００には、全熱交換換気モード、普通換気モード、および熱交換エレメント清浄モードの３つの運転モードが設けられている。以下、それぞれの運転モードについて詳述する。
（１）全熱交換換気モード
この全熱交換ユニット１００では、熱交換エレメント１２を用いた全熱交換換気を行う場合、ダンパ３４によって開口３０が開放される。なお、上述したように、このとき、開口３３は閉塞される。そして、この状態で各ファン１０，１１が運転されると、室内空気がダクトを介して室内側吸込口４から室内側吸込室２７に吸い込まれ、開口３０→排気連通室４６→第４空間２０→エアフィルタ１２ｂ→熱交換エレメント１２→第１空間１７→開口２３→排気用ファンモータ収容室４１→排気用ファン収容室２２に至る排気通路８を通り、室外側吹出口７から吹き出されダクトを介して室外に排出されると同時に、室外空気がダクトを介して室外側吸込口５から室外側吸込室２６に吸い込まれ、給気連通室４５→第３空間１９→エアフィルタ１２ｂ→熱交換エレメント１２→第２空間１８→開口２５→給気用ファンモータ収容室４３→開口４４→給気用ファン収容室２４に至る給気通路９を通り、室内側吹出口６から吹き出されダクトを介して室内に給気される。

（２）通常換気モード
春秋などの冷暖房を必要としない中間期には、熱交換を行わない通常換気が行われる。
この全熱交換ユニット１００では、通常換気が行われる場合、ダンパ３４によって開口３３が開放される。なお、上述したように、このとき、開口３０は閉塞される。そして、この状態で各ファン１０，１１が運転されると、室内空気がダクトを介して室内側吸込口４から室内側吸込室２７に吸い込まれ、開口３３→バイパス室３１→開口３２→第１空間１７→開口２３→排気用ファンモータ収容室４１→排気用ファン収容室２２に至るバイパス通風路を通り、室外側吹出口７から吹き出され、ダクトを介して室外に排出されると同時に、室外空気がダクトを介して室外側吸込口５から室外側吸込室２６に吸い込まれ、給気連通室４５→第３空間１９→エアフィルタ１２ｂ→熱交換エレメント１２→第２空間１８→開口２５→給気用ファンモータ収容室４３→開口４４→給気用ファン収容室２４に至る給気通路９を通り、室内側吹出口６から吹き出されダクトを介して室内に給気される（給気の流れは全熱交換換気の場合と同じである。）。

（３）熱交換エレメント清浄モード
エアフィルタ清浄モードでは、ファン１０，１１の回転数が送風量を極力抑えた状態になるように制御されると同時に、ストリーマ放電器１５が、通電される。
［全熱交換ユニットの特徴］
第２実施形態に係る全熱交換ユニット１００では、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子、および二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイトの混合物が熱交換エレメント１２に塗布されている。ここでは、二次粒子のサイズが小さな二酸化チタンが二次粒子のサイズが大きなチタンアパタイトの隙間に入り込む。したがって、光触媒反応の活性サイトを従来の二酸化チタン並みにすることができる。また、この状態で、チタンアパタイトが特異的に菌やウィルスを吸着する。この結果、この全熱交換ユニット１００は、従来の光半導体触媒を利用した全熱交換ユニットよりも優れた清浄処理能力を示すことができる。

［変形例］
第２実施形態に係る全熱交換ユニット１００では、二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルであるアナターゼ型の二酸化チタン粒子、および二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルであるチタンアパタイトの混合物が熱交換エレメント１２に塗布されていたが、これに加えて、同混合物が、エアフィルタの片面または両面に塗布されていてもよい。

本発明に係る清浄処理材料は、従来の光半導体触媒よりも優れた清浄処理能力を示すことができ、空気や水などの清浄関連技術に応用することができる。

第１実施形態に係る空気清浄機の外観斜視図。 フィルタ類および送風機構の分解斜視図。 放電部の空気流れ方向上流側の構造を示す斜視図。 ストリーマ放電電極の形状を示す斜視図。 放電部の上面配置図。 ストリーマ放電の様子を表す図。 制御部の概略ブロック図。 プレフィルタの詳細図。 プレフィルタのネット部を構成する繊維の断面拡大図。 ロールフィルタの側断面図の一部。 本発明に係るエアフィルタおよび繊維を示す図。 本発明に係る繊維の拡大図。 本発明に係る繊維の製造装置の簡略図。 （ａ）吐出部の断面図、（ｂ）吐出口の形状を示す図。 同一表面積における二酸化チタンとチタンアパタイトとの光触媒活性の比較図。 同一重量における二酸化チタンとチタンアパタイトとの光触媒活性の比較図。 変形例（Ｂ）に係る繊維の拡大図。 変形例（Ｃ）に係る空気調和機の外観斜視図。 第２実施形態に係る全熱交換ユニットの内部構造を示す斜視図。 第２実施形態に係る全熱交換ユニットの内部構造を示す上面図。 第２実施形態に係る全熱交換ユニットの内部構造を示す側面図。 第２実施形態に係る全熱交換ユニットの内部構造を示す分解斜視図。 仕切板の斜視図。 仕切板の斜視図。 熱交換エレメントの構造を示す斜視図。 ストリーマ放電器の外観斜視図。

符号の説明

１２ 熱交換エレメント
３４ プラズマ触媒フィルタ（エアフィルタ）
４０ 空気清浄機（空気調和装置）
１００ 全熱交換ユニット（熱交換ユニット）
８４７ 混合物（清浄処理材料）

Claims (8)

1. 二次粒子の直径が０．１から１マイクロメートルの光半導体触媒（８４６）と、
   二次粒子の直径が１から１０マイクロメートルの光触媒機能を有するアパタイト（８４５）と、
   を混合した、清浄処理材料（８４７）。
2. 前記光触媒機能を有するアパタイト（８４５）は、前記光半導体触媒（８４６）１００重量部に対し、１０〜３５重量部混合される、
   請求項１に記載の清浄処理材料（８４７）。
3. 前記光半導体触媒は、二酸化チタン（８４６）である、
   請求項１または２に記載の清浄処理材料（８４７）。
4. 前記光触媒機能を有するアパタイトは、チタンアパタイト（８４５）である、
   請求項１または２に記載の清浄処理材料（８４７）。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の清浄処理材料（８４７）を担持する、エアフィルタ（８４）。
6. 請求項５に記載のエアフィルタ（８４）を備える、空気調和装置（４０）。
7. 請求項１から４のいずれかに記載の清浄処理材料（８４７）を担持する、熱交換エレメント（１２）。
8. 請求項７に記載の熱交換エレメント（１２）を備える、熱交換ユニット（１００）。

Images