JP2006280428A - 除菌脱臭フィルタおよび除菌脱臭装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有害ガス成分および臭気成分を安全かつ効率的に除去することができ、空気清浄装置の小型化に寄与することができる除菌脱臭フィルタおよび除菌脱臭装置を提供する。
【解決手段】 除菌脱臭装置１００は、吸気側から順に、有害ガス成分および臭気成分を吸着する化学吸着層、物理吸着層、有害ガス成分および臭気成分を分解する光触媒層を有し、全体としてプリーツ状のハイブリッドフィルタ２０と、光触媒層に紫外光を照射する複数のＬＥＤチップを有する複数の光源モジュール１０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有害ガス成分を吸着し、臭気成分を紫外光を用いて分解する除菌脱臭フィルタおよび除菌脱臭装置に関する。

従来より、光触媒である二酸化チタン等に紫外線を照射し、空気中の悪臭、有害物質を分解、除去する清浄装置が知られている。光触媒を用いることにより、活性炭では困難であったアセトアルデヒド類、およびその他の悪臭物質を効果的に脱臭することができる。

近年、光触媒の研究が進み、基材は二酸化チタンでも、添加剤、焼成条件などにより、種々のガス成分に対応できるようになり、光触媒の形態も金属に添着したもの、セラミックスに練り合わせてビーズ状やハニカム状等にしたものなど、用途に応じた形状にすることができるようになった。これにより、光触媒を使用して空気清浄を行う機器の種類は、急速に増加してきた。

従来の空気清浄装置として、例えば、吸着剤と光触媒を組み合わせたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この空気清浄装置は、高い濃度の場合は吸着剤に通風し、濃度がある程度低下した時点で通路切換手段により光触媒へ通風するようにしたものである。光触媒は、その性質上、大量の臭気ガスを短時間で処理することは不得意であるが、この装置によれば、脱臭性能を高めることができる。

また、光源から発した紫外線で光触媒を励起させて脱臭を行う空気清浄装置において、切り起こし状に形成した複数の傾斜状の平行平板を設けることにより、通気抵抗を小さくし、光源が発する光が吸込み口から漏れるのを防止した空気清浄装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、光源から発した紫外線で光触媒を励起させて脱臭を行う光触媒エレメント（フィルタ）を着脱自在に取り付けられた天井設置型の空気清浄装置において、前記光触媒エレメントが着脱自在に取り付けられた下部ケースを蝶番によって上部ケースに支持し、係合舌片の係合を解除することにより、下部ケースが９０度に回転するようにし、低い位置で光触媒エレメントのメンテナンスが行えるようにした空気清浄装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平６−３１１３３号公報 特開平１０−２８１４８５号公報 特開平１０−２８１４８６号公報

しかし、従来の空気清浄装置によると、除菌脱臭装置では、既設の空調装置に収納できる程度のコンパクト性が要求されるが、活性炭吸着と同等の効果を光触媒で得ようとすると、通路切換手段を用いた特許文献１の構成では、装置が大型化し、製造コスト、ランニングコスト共にアップし、実用に供することができない。

特許文献２の空気清浄装置では、平行平板を傾斜させて取り付ける必要があり、装置が大型化する。

特許文献３の空気清浄装置では、大掛かりな遮光構造を必要とし、装置が大型化する。また、吸込口から漏れる光が夜間の睡眠を阻害するため、遮光対策が必要になるが、光源の光を睡眠の邪魔にならないように機内に封じ込めることは難しい。

従って、本発明の目的は、有害ガス成分および臭気成分を安全かつ効率的に除去することができ、空気清浄装置の小型化に寄与することができる除菌脱臭フィルタおよび除菌脱臭装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、吸気側に設けられ、通気性と遮光性を有して有害ガス成分を吸着する吸着フィルタ層と、通気性を有して前記吸着フィルタ層の排気側に積層され、排気側から紫外光を受けて臭気成分を分解する光触媒フィルタ層とを備えたことを特徴とする除菌脱臭フィルタを提供する。

空気が除菌脱臭フィルタに取り込まれると、空気に含まれる有害ガス成分および臭気成分が吸着フィルタ層に吸着される。吸着フィルタ層で吸着されなかった有害ガス成分および臭気成分は、紫外光を受けて活性化した光触媒によって分解される。

吸着フィルタ層および光触媒フィルタ層は、通気性を有するため、この除菌脱臭フィルタを空気清浄装置に適用することが可能となる。吸着フィルタ層は、遮光性を有するため、排気側からの紫外光を吸着フィルタ層によって遮光し、吸気側に存在する人間や動物の目を傷める危険を回避することができる。吸着フィルタ層と光触媒フィルタ層とは互いに積層して形成されているため、除菌脱臭フィルタの薄型化が図れ、これを適用した空気清浄装置の薄型化が図れる。

光触媒としては、例えば、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＷＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３等を単体で、あるいはそれらを２つ以上混合して用いることができる。これらのうち、ＴｉＯ_２は、無害で化学的に安定である点で好ましい。

吸着フィルタ層は、担持体に吸着剤を担持させたものであり、光触媒フィルタ層は、担持体に光触媒を担持させたものである。担持体としては、不織布、繊維状材料、多孔質材料、ハニカム状材料等を用いることができる。吸着フィルタ層および光触媒フィルタ層は、担持体の材料の選択、あるいは吸着剤や光触媒の使用量の調整により、所望の通気性および遮光性を得ることができる。吸着剤や光触媒を担持体に担持させる方法としては、バインダを用いる方法、刷毛塗り法、ディッピング法、スプレー法、ＰＶＤ（物理蒸着）法、ＣＶＤ（化学蒸着）法等がある。なお、担持体は、吸着フィルタ層と光触媒フィルタ層とで共通のものを用いることも可能である。

吸着フィルタ層および光触媒フィルタ層は、全体としてプリーツ状に形成されていることが好ましい。これにより、空気は除菌脱臭フィルタを１回通過するだけなので、通風抵抗が小さくなる。また、空気との接触面積が広くなるので、集塵性能が高くなる。

吸着フィルタ層は、物理吸着剤を有する物理吸着層と、化学吸着剤を有する化学吸着層とを積層したものを用いてもよい。物理吸着と化学吸着の２つの異なる吸着により、種々な有害ガスの吸着が可能となる。物理吸着剤としては、例えば、活性炭を用いることができる。化学吸着剤としては、例えば、ホルムアルデヒドを吸着する過マンガン酸カリウム等を用いることができる。物理吸着剤および化学吸着剤は、目的の有害ガス成分および臭気成分に応じて適宜のものを採用することができる。

本発明は、上記目的を達成するため、吸気側に設けられ、通気性と光遮光性を有して有害ガス成分を吸着する吸着フィルタ層と、通気性を有して前記吸着フィルタ層の排気側に積層され、排気側から紫外光を受けて臭気成分を分解する光触媒フィルタ層とを備えた除菌脱臭フィルタと、排気側から前記光触媒層に前記紫外光を照射する光源とを備えたことを特徴とする除菌脱臭装置を提供する。

光源としては、例えば、ＬＥＤランプ、紫外線ランプ、蛍光灯、ブラックライト、殺菌灯、水銀ラン、ケミカルライト等を用いることができる。これらのうち、ＬＥＤランプは、長寿命、メンテナンスフリーの点で好ましい。

光源は、金属からなる基板と、基板上に実装され、紫外光を発光する複数の垂直型のＬＥＤチップと、基板を保持する金属からなるホルダとを備えた構成としてもよい。金属からなる基板およびホルダを用いることにより、放熱性が向上するので、ＬＥＤチップへの電流を大きくして高輝度化を図ることが可能となる。

ホルダは、複数のＬＥＤチップに対向配置されて複数のＬＥＤチップからの紫外光を拡散する拡散板を備えた構成としてもよい。拡散板によって紫外光を均一に光触媒フィルタ層に照射することができる。

光源としては、所定の距離を設けて配置された複数の光源モジュールを用いるのが好ましい。この構成によれば、通気性を損ねることなく、紫外光を照射することができる。

除菌脱臭フィルタおよび光源は、天井に取り付けられた空調装置の空気吸込みパネルに除菌脱臭フィルタが空気吸込みパネル側となるように装着された構成としてもよい。除菌脱臭フィルタは薄型であるので、空気吸込みパネルに容易に組み込むことができる。

本発明によれば、有害ガス成分および臭気成分を安全かつ効率的に除去することができ、空気清浄装置の小型化に寄与することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る除菌脱臭装置を示し、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。この除菌脱臭装置１００は、図１に示すように、有害ガス成分および臭気成分の吸着および分解を行う除菌脱臭フィルタとしてのハイブリッドフィルタ２０と、ハイブリッドフィルタ２０の背面に、水平方向に所定の間隔を設けて縦位置で配設され、光触媒の光源となる複数の光源モジュール１０と、複数の光源モジュール１０とハイブリッドフィルタ２０を保持する筐体部３０と、光源モジュール１０の光源に電力供給を行うためのリード４０とを備える。なお、図示を省略しているが、ハイブリッドフィルタ２０の前方または後方には、電動ファン等の送風手段または吸気手段が設置されている。

光源モジュール１０は、図２に示すように、基板１１と、この基板１１に所定の間隔を設けて設置され、光触媒に適した紫外光を発光する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップ１４とを備える。なお、光源モジュール１０の詳細な構成は、後述する。

ハイブリッドフィルタ２０は、図２に示すように、排気側に設けられ、二酸化チタン等からなる光触媒層２１と、この光触媒層２１の吸気側の面に積層して設けられ、有害ガス成分を物理吸着する物理吸着層２２と、この物理吸着層２２の表面に設けられ、有害ガス成分を化学吸着する化学吸着層２３とを積層し、更に、全体が連続した山形状（プリーツ状）に形成されている。ここで、光触媒層２１は、物理吸着層２２や化学吸着層２３で除去しきれなかった悪臭物を脱臭、除菌する。なお、物理吸着層２２と化学吸着層２３により、吸着フィルタ層を形成している。

光触媒層２１は、通気性を有し、例えば、二酸化チタンを用いる。

物理吸着層２２および化学吸着層２３は、通気性と遮光性を有する。物理吸着層２２は、物理吸着剤として、例えば、活性炭を用いる。化学吸着層２３は、化学吸着剤として、例えば、ホルムアルデヒドを吸着する過マンガン酸カリウム等を用いる。

図３は、光源モジュール１０の詳細構成を示す断面図、図４は、光源モジュール１０の斜視図である。この光源モジュール１０は、基板１１と、この基板１１上に形成された絶縁層１２と、絶縁層１２上に形成された配線パターン１９Ａ，１９Ｂと、配線パターン１９Ａ上に実装された垂直型のＬＥＤチップ１４と、配線パターン１９ＢとＬＥＤチップ１４の上方の電極とを接続する金線によるボンディングワイヤ１５と、ＬＥＤチップ１４を覆うようにして基板１１および配線パターン１９Ａ，１９Ｂ上に設けられた封止部材１６と、ＬＥＤチップ１４に対向配置された拡散板１７と、基板１１および拡散板１７を保持するホルダ１８とを備える。

基板１１は、ハイブリッドフィルタ２０の裏面に効率良く光を供給し、更に、空気の通気抵抗を極力少なくするため、細長い長方形すなわち短冊形になっている。また、放熱効果を向上させるため、一般的なガラスエポキシ基板ではなく、熱伝導に優れる例えばアルミニウムからなる金属基板を用いている。

配線パターン１９Ａ，１９Ｂは、各ＬＥＤチップ１４の電極と外部を接続するための導体であり、リード４０に接続される。配線パターン１９Ａ，１９Ｂの表面は、必要に応じて絶縁処理が施される。

このＬＥＤチップ１４は、銀ペースト等を介して配線パターン１９Ａに実装されており、数個から数十個が基板１１に等間隔に設けられている。垂直型のＬＥＤチップ１４としては、例えば、導電性を有するＧａ_２Ｏ_３からなる基板上に、Ｇａ_２Ｏ_３系化合物半導体からなる発光層を形成し、基板の下面と発光層の上面に電極を形成したものを用いることができる。これにより、例えば、殺菌性の高い２６０ｎｍの遠紫外光を発生することができる。

封止部材１６は、透明樹脂等によるモールドである。拡散板１７は、各ＬＥＤチップ１４からの光を拡散させるためのもので、光拡散する紫外線透過樹脂や石英硝子等を用いている。なお、拡散板１７は、ＬＥＤチップ１４、ボンディングワイヤ１５等の保護部材も兼ねている。

ホルダ１８は、放熱性が得られるように、アルミニウムの押し出し成形により作られ、図３および図４に示すように、基板１１および拡散板１７を横方向からスライドして挿入することが可能な挿入口１８ａ，１８ｂを有しており、メンテナンス時等に基板１１や拡散板１７を引き抜いたり、交換することができるように構成されている。

（除菌脱臭装置の動作）
次に、図１〜図４を参照して除菌脱臭装置１００の動作について説明する。ここでは、除菌脱臭装置１００が図示しない空調設備の前面に取り付けられているものとする。

空調設備のファンが回転すると、臭気や有害物質を含んだ浄化対象の空気（被浄化空気）は、図１の矢印Ｂ方向から除菌脱臭装置１００に取り込まれ、Ｃ方向へ排気される。除菌脱臭装置１００では、空気中の有害ガス成分および臭気成分がハイブリッドフィルタ２０の物理吸着層２２及び化学吸着層２３で吸着される。化学吸着層２３による吸着は、不可逆反応であるため、二次放散は無いが特定ガスにしか効果がない。これに対し、物理吸着層２２は非特定のガスを吸着する。従って、物理吸着層２２と化学吸着層２３を併用することにより、吸着効果を高めることができる。

物理吸着層２２を通過した空気は、光触媒層２１に接触する。物理吸着層２２による物理吸着の欠点である可逆反応（二次放散）に対しては、放出速度が緩やかなため、後段に配置された光触媒層２１によって効率良く分解することができる。

また、光触媒層２１は、光源モジュール１０のＬＥＤチップ１４から紫外光が照射されているため、この紫外光を吸収して活性化され、化学吸着層２３および物理吸着層２２では除去しきれなかった有害ガス成分および臭気成分を分解する。なお、光触媒層２１を通過したＬＥＤチップ１４からの光は、物理吸着層２２によって、ほぼ完全に遮光され、ハイブリッドフィルタ２０の外に漏れ出ることはない。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）光触媒層２１を通過したＬＥＤチップ１４からの光は物理吸着層２２でほぼ完全に遮光されるため、大掛かりな遮光構造が不必要になり、薄形化およびコンパクト化を達成することができる。具体的には、従来の１／２以下の奥行きにコンパクト化することができた。また、コンパクト化を達成できたことにより、既設の空調装置等の吸込み部に簡単に装着することができる。
（ロ）光源に代えてブラックライトを用いた場合、光は管壁より３６０度に放射されるため、効率が悪く、また、紫外光であるため人体および周辺を構成する材料等に悪影響が出る。この場合、反射板等を用いて効率の改善を図ることができるが、装置の大型化を招くため、既設の空調設備に収納することは難しいが、本実施の形態によれば、光源にＬＥＤチップ１４を用いているため、装置の小型化が図れる。
（ハ）ＬＥＤチップ１４からの光を物理吸着層２２により遮光できるようになったため、空調装置等に装着しても、空調設備等の吸込みパネル等からの紫外光によって目を傷める危険を回避することができ、夜間の睡眠を阻害しないようにすることができる。
（ニ）ハイブリッドフィルタ２０は、被浄化空気の特定ガスを吸着する化学吸着層２３、非特定のガスを吸着する物理吸着層２２、化学吸着層２３および物理吸着層２２では除去しきれない悪臭物質を脱臭する光触媒層２１の３層からなるため、高効率な空気清浄を可能にすることができる。
（ホ）光源モジュール１０は、オンボード基板の構成にしたことにより、砲弾型やキャン形のＬＥＤチップをデスクリート基板に実装した光源に比べ、放熱性が向上できるほか、必要な照度を少ないチップ数で確保できるため、大幅なコストダウンを図ることができる。
（ヘ）光触媒層２１と、物理吸着層２２および化学吸着層２３からなる吸着フィルタ層を一体化してプリーツ状にしたことにより、ハイブリッドフィルタ２０による通気抵抗（圧力損失）を少なくすることができ、既存の空調装置等に装着することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る空気清浄設備を示す。この空気清浄設備２００は、第１の実施の形態に示した除菌脱臭装置１００を装着した構成を有する。

空気清浄設備２００は、既設の天井カセット型小型エアコンディショナーであり、複数のアンカーボルト５２によって室内の天井裏５３に取り付けられる本体５０を備える。

本体５０は、天井裏５３と天井面５４のスペースｈに納まる大きさを有すると共に、モータ駆動によるファン５１を内蔵し、下面には、フィルタ５５ａを装着した吸込みパネル５５が、図示しない蝶番によって開閉自在に取り付けられ、フィルタ５５ａ等の交換が容易に行える構成にしている。

除菌脱臭装置１００は、吸込みパネル５５の内側に取り付けられ、吸込みパネル５５の開放端の本体５０との間の止めネジ等による図示しない係着手段を解除したときに下方に回転し、吸込みパネル５５から取り外し、或いは交換することができる。

図５において、図示しない係着手段を解除し、吸込みパネル５５を図５のＤ方向に開けると、除菌脱臭装置１００は吸込みパネル５５と共に水平位置から垂直位置になり、除菌脱臭装置１００が露出する。従って、除菌脱臭装置１００やメンテナンスを容易に行うことができる。また、吸込みパネル５５をＥ方向に閉じると、除菌脱臭装置１００を元に戻すことができる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）除菌脱臭装置１００が薄形かつコンパクトであるため、既設の空調装置等に容易に設置することができ、光触媒による除菌脱臭機能を付加することができる。
（ロ）吸込みパネル５５から光が漏れ出ないため、その部屋で夜間に睡眠する人に対する睡眠阻害を防止することができる。
（ハ）除菌脱臭装置１００を本体５０に螺着して開閉できるようにしたため、メンテナンス性を向上させることができる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る空気清浄設備を示す。本実施の形態は、第２の実施の形態において、本体５０と吸込みパネル５５の間にフィルタチャンバ５６を設け、このフィルタチャンバ５６に除菌脱臭装置１００を収納したものである。

この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態に比べ、除菌脱臭装置１００の設置スペースを確保できるので、大容量の除菌脱臭装置１００の収納が可能になる。

［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る除菌脱臭装置を示す。第１の実施の形態では、各光源モジュール１０をハイブリッドフィルタ２０に対して縦位置で配設して筐体３０に保持したが、この第４の実施の形態では、各光源モジュール１０を横位置に配設して筐体（図示せず）に保持したものである。この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、空気の通気抵抗を極力少なくすることができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。また、各実施の形態の構成要素を本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に組合せしてもよい。

上記第２，第３の実施の形態においては、小型エアコンディショナーに本発明の除菌脱臭装置１００を適用した場合について説明したが、以下の用途にも適用可能である。
（１）ホルムアルデヒドに代表される建材等から滲み出る有機溶剤除去によるシックハウス対策のための空気清浄機。
（２）一般病院の病室、老人病院の老人介護施設等の院内感染防止のための空調システム。
（３）介護を必要としている一般家庭の居室等の空気浄化システム。
（４）冷蔵庫、ロッカー、靴箱等の比較的狭い空間の脱臭装置、抗菌機器等。
（５）犬や猫等のペットからのウイルス感染を防御すると共に、ペット臭を除去するための装置。

本発明の第１の実施の形態に係る除菌脱臭装置を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の光源モジュールの詳細構成を示す断面図である。 図３の光源モジュールの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る空気清浄設備を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空気清浄設備を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る除菌脱臭装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 光源モジュール
１１ 基板
１１Ａ，１１Ｂ 配線パターン
１２ 絶縁層
１３Ａ，１３Ｂ 金属ベース
１４ ＬＥＤチップ
１５ ボンディングワイヤ
１６ 封止部材
１７ 拡散板
１８ ホルダ
１８ａ，１８ｂ 挿入口
２０ ハイブリッドフィルタ
２１ 光触媒層
２２ 物理吸着層
２３ 化学吸着層
３０ 筐体部
４０ リード
５０ 本体
５１ ファン
５２ アンカーボルト
５３ 天井裏
５４ 天井面
５５ 吸込みパネル
５５ａ フィルタ
５６ フィルタチャンバ
１００ 除菌脱臭装置
２００ 空気清浄設備
ｈ 天井裏スペース

Claims (8)

1. 吸気側に設けられ、通気性と遮光性を有して有害ガス成分を吸着する吸着フィルタ層と、
   通気性を有して前記吸着フィルタ層の排気側に積層され、排気側から紫外光を受けて臭気成分を分解する光触媒フィルタ層とを備えたことを特徴とする除菌脱臭フィルタ。
2. 前記吸着フィルタ層および前記光触媒フィルタ層は、全体としてプリーツ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の除菌脱臭フィルタ。
3. 前記吸着フィルタ層は、物理吸着剤を有する物理吸着層と、化学吸着剤を有する化学吸着層とを積層してなることを特徴とする請求項１に記載の除菌脱臭フィルタ。
4. 吸気側に設けられ、通気性と遮光性を有して有害ガス成分を吸着する吸着フィルタ層と、通気性を有して前記吸着フィルタ層の排気側に積層され、排気側から紫外光を受けて臭気成分を分解する光触媒フィルタ層とから構成された除菌脱臭フィルタと、
   排気側から前記光触媒層に前記紫外光を照射する光源とを備えたことを特徴とする除菌脱臭装置。
5. 前記光源は、金属からなる基板と、前記基板上に実装され、前記紫外光を発光する複数の垂直型のＬＥＤチップと、前記基板を保持する金属からなるホルダとを備えたことを特徴とする請求項４に記載の除菌脱臭装置。
6. 前記ホルダは、前記複数のＬＥＤチップに対向配置されて前記複数のＬＥＤチップからの前記紫外光を拡散する拡散板を備えたことを特徴とする請求項５に記載の除菌脱臭装置。
7. 前記光源は、所定の距離を設けて配置された複数の光源モジュールであることを特徴とする請求項４に記載の除菌脱臭装置。
8. 前記除菌脱臭フィルタおよび前記光源は、天井に取り付けられた空調装置の空気吸込みパネルに前記除菌脱臭フィルタが前記空気吸込みパネル側となるように装着されたことを特徴とする請求項４に記載の除菌脱臭装置。