JP2007130042A - Air cleaner using photocatalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒を用いて有害化学物質や悪臭を分解して無害化や脱臭を行なう空気浄化装置に関し、特に大量の空気を取り入れ直ちに排出基準値以下として室外に排出することができる浄化装置に関する。 The present invention relates to an air purification device that uses a photocatalyst to decompose harmful chemical substances and bad odors to detoxify or deodorize, and particularly relates to a purification device that can take in a large amount of air and immediately discharge it to the outside as a discharge standard value or less. .
従来、酸化チタンなどの光反応性半導体(以下光触媒という)に紫外線光源(ブラックライト、水銀灯など)を当てて励起させてOHラジカルを生成し、その活性化した光触媒に浄化すべき空気を通過させて汚染物質を分解し、無害化や脱臭あるいは殺菌をする空気浄化装置は知られている。 Conventionally, a photoreactive semiconductor such as titanium oxide (hereinafter referred to as a photocatalyst) is excited by applying an ultraviolet light source (black light, mercury lamp, etc.) to generate OH radicals, and the activated photocatalyst passes air to be purified. Air purification devices that decompose pollutants and detoxify, deodorize, or sterilize are known.
そのような空気浄化装置には、例えば光触媒をセラミック質の多孔性基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して微細孔性の膜を形成した光触媒担持体が用いられる。 In such an air purification apparatus, for example, a photocatalyst carrier in which a microporous film is formed by applying a photocatalyst to a ceramic porous substrate and firing a dried and solidified film is used.
このような光触媒担持体を用いた空気浄化装置では、空気中の有機物を分解する工程において、空気が光触媒担持体を通過する速度が一番の問題点となっている。例えば空調などのダクトの流速は5m/秒以上であるが、光触媒で空気中の有機物を分解するにはこの流速は速すぎる。 In such an air purification apparatus using a photocatalyst carrier, the speed at which air passes through the photocatalyst carrier is a major problem in the step of decomposing organic matter in the air. For example, the flow rate of a duct for air conditioning or the like is 5 m / second or more, but this flow rate is too fast to decompose organic matter in the air with a photocatalyst.
最適な流速は分解する物質により異なるが、トルエンなどの有機溶剤では約0.4m/秒、アンモニアなどでは0.7〜0.8m/秒、スーパーマーケットなどから排出される空気の浄化では1.2〜1.3m/秒である。 Although the optimum flow rate varies depending on the substance to be decomposed, it is about 0.4 m / sec for organic solvents such as toluene, 0.7 to 0.8 m / sec for ammonia and the like, and 1.2 for purifying air discharged from supermarkets and the like. -1.3 m / sec.
また、装置として組み込む場合には、紫外線光源として直管蛍光灯形状のブラックライトなどを使用しその保持枠などを必要とするため、装置断面積が光触媒担持体フィルタの有効面積の2倍程度になってしまう。光触媒担持体フィルタの通過速度を中間速度のアンモニア(v=0.7m/秒)で考えてみると、ダクト流速を5m/秒とした場合
5m/秒÷0.7m/秒×2=14.3
となり、ダクト断面積の15倍程度もの装置断面積が必要となってくる。
In addition, when incorporated as a device, a straight tube fluorescent lamp-shaped black light or the like is used as an ultraviolet light source and a holding frame thereof is required. turn into. When the passing speed of the photocatalyst carrier filter is considered as an intermediate speed of ammonia (v = 0.7 m / sec), when the duct flow rate is 5 m / sec, 5 m / sec ÷ 0.7 m / sec × 2 = 14. 3
Therefore, a device cross-sectional area of about 15 times the duct cross-sectional area is required.
この問題では、ダクト断面積に対して装置断面積を4〜5倍程度に押えることが要望されている。そのため、装置を大きくしないで、いかにして光触媒担持体フィルタの有効面積を確保するかが、重要な課題となっている。 In this problem, it is desired to suppress the device cross-sectional area to about 4 to 5 times the duct cross-sectional area. Therefore, how to secure the effective area of the photocatalyst carrier filter without increasing the size of the apparatus is an important issue.
例えば、特開2003−230806号公報に示されるように、ガス処理体フィルタを用いて筒状に形成されたガス処理体と、筒状ガス処理体の一端側開口を閉じる閉塞手段と、ガス処理体を覆うケーシングとにより、ケーシング内のガス処理体の閉塞手段側から導入されたガスがガス処理体側面のガス処理体フィルタを通過してガス処理体の内側から排出されるようにして、有効面積を確保するものが知られている。 For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-230806, a gas processing body formed in a cylindrical shape using a gas processing body filter, a closing unit that closes one end side opening of the cylindrical gas processing body, and a gas processing With the casing covering the body, the gas introduced from the closing means side of the gas processing body in the casing passes through the gas processing body filter on the side of the gas processing body and is discharged from the inside of the gas processing body. What secures an area is known.
このガス処理装置では、ガス処理体フィルタが脱臭用の光触媒フィルタであり、光触媒フィルタは光源と組み合わされて一定形状の光触媒カートリッジを形成している。 In this gas processing apparatus, the gas processing body filter is a deodorizing photocatalytic filter, and the photocatalytic filter is combined with a light source to form a photocatalytic cartridge having a fixed shape.
また、特開平10−258118号公報に示されるように、空気が流入される上流光触媒板状フィルタと、上流光触媒板状フィルタの下流に配置されて空気が流出される下流光触媒板状フィルタと、上流光触媒板状フィルタと下流光触媒板状フィルタの間に奥行き方向に沿って配置されて上流光触媒板状フィルタ,下流光触媒板状フィルタに向けて紫外線を照射する触媒励起用ランプとを備え、上流光触媒板状フィルタまたは下流光触媒板状フィルタの少なくとも一方は空気の流入方向に対して斜めに配置されるようにして、有効面積を確保するものが知られている。この光触媒フィルタユニットは、そのものの断面積を小さくして光触媒担持体フィルタの有効面積を確保するものである。 Further, as shown in JP-A-10-258118, an upstream photocatalyst plate filter into which air is introduced, a downstream photocatalyst plate filter that is arranged downstream of the upstream photocatalyst plate filter and from which air flows out, An upstream photocatalyst comprising an upstream photocatalyst plate filter disposed in the depth direction between the upstream photocatalyst plate filter and the downstream photocatalyst plate filter, and a catalyst excitation lamp that irradiates ultraviolet rays toward the downstream photocatalyst plate filter. It is known that at least one of the plate filter and the downstream photocatalyst plate filter is disposed obliquely with respect to the air inflow direction to ensure an effective area. This photocatalyst filter unit secures an effective area of the photocatalyst carrier filter by reducing its cross-sectional area.
この光触媒フィルタユニットでは、上流光触媒板状フィルタおよび下流光触媒板状フィルタの各表面は、一本の触媒励起用ランプからの紫外線により励起される光励起触媒物質で構成されている。なお、この光触媒フィルタユニットは一段で設けられているが、室内の空気を浄化装置内に何回も通過させて浄化する場合には、一度の通過で分解されなかったものも徐々に分解が進むので、光触媒フィルタユニットが一段でも良いものである。 In this photocatalyst filter unit, each surface of the upstream photocatalyst plate filter and the downstream photocatalyst plate filter is composed of a photoexcitation catalyst material that is excited by ultraviolet rays from a single catalyst excitation lamp. This photocatalytic filter unit is provided in a single stage. However, when the indoor air is passed through the purification device several times for purification, the one that has not been decomposed in one pass gradually decomposes. Therefore, the photocatalytic filter unit may be one stage.
次の問題点として、光触媒担持体フィルタのメンテナンスの問題がある。 As a next problem, there is a problem of maintenance of the photocatalyst carrier filter.
光触媒で空気中の有機物を分解すると、分解された有機物が塩に変わり、それが光触媒担持体フィルタの表面に付着し、時間の経過とともに分解性能が低下してくる。例えば、アンモニアを含むガスを分解すると硝酸塩が生成され、フィルタの表面に付着する。 When the organic matter in the air is decomposed with the photocatalyst, the decomposed organic matter turns into a salt, which adheres to the surface of the photocatalyst-supporting filter, and the decomposition performance decreases with time. For example, when a gas containing ammonia is decomposed, nitrate is generated and adheres to the surface of the filter.
これを解決するには、光触媒担持体フィルタに付着した塩を水洗するのが良いが、光触媒担持体フィルタを取り付けたまま水洗するには、構造的に蛍光灯形状の光源を使用していることから適当でない。光触媒担持体フィルタを取り外し、水あるいはお湯で洗浄し、再度取り付ける方法以外は考えられない。分解する有機物の濃度にもよるが、一般的に処理しなければならない高濃度ガスでは1ヶ月に1回程度のメンテナンスが必要となってくる。 In order to solve this, it is better to wash the salt adhering to the photocatalyst carrier filter, but in order to wash the water with the photocatalyst carrier filter attached, a structurally fluorescent light source is used. Is not appropriate. A method other than removing the photocatalyst carrier filter, washing it with water or hot water, and attaching it again is not conceivable. Depending on the concentration of the organic matter to be decomposed, generally high-concentration gas that must be treated requires maintenance once a month.
光触媒担持体フィルタを多段に設けた場合には、上流側の光触媒担持体フィルタほどメンテナンスの回数が多くなる。 When the photocatalyst carrier filters are provided in multiple stages, the upstream side photocatalyst carrier filter requires more maintenance.
さらに、ブラックライトなどの紫外線光源も寿命があり、定期的な交換が必要となる。 Furthermore, ultraviolet light sources such as black light also have a lifetime and require periodic replacement.
このため、光触媒担持体フィルタと紫外線光源を一体とした光触媒フィルタユニット(カートリッジ)とし、その大きさは人が手で持てる範囲(重量は20Kg/個以内)とすることが望ましい。 Therefore, a photocatalyst filter unit (cartridge) in which the photocatalyst carrier filter and the ultraviolet light source are integrated is desirably set in a range that can be held by a human hand (weight is within 20 kg / piece).
上記した特開2003−230806号公報に示されるものでも、ケーシングに開閉扉のメンテナンス用の開口を設け、光触媒カートリッジを取り外して装置外へ取り出せるようにしている。
大量の高濃度ガスを取り入れ直ちに排出基準値以下として室外に排出するためには、光触媒担持体フィルタと紫外線光源からなる光触媒フィルタユニットを多段に設け、そこに被処理空気を直列に通過させて確実に有機物を分解する必要がある。被処理空気中のガスの濃度にもよるが、高濃度ガスでは最低でも二段の光触媒フィルタユニットを直列に通過させることが必要となる。 In order to take in a large amount of high-concentration gas and immediately discharge it to the room below the discharge standard value, a photocatalyst filter unit consisting of a photocatalyst carrier filter and an ultraviolet light source is provided in multiple stages, and the air to be treated is passed through it in series. It is necessary to decompose organic matter. Depending on the concentration of gas in the air to be treated, it is necessary to pass at least two stages of photocatalytic filter units in series with a high concentration gas.
前記した特開2003−230806号公報のものでも、筒状ガス処理体の中に更に筒状ガス処理体を設けて多段とすることは可能であるが、中の筒状ガス処理体は小さくなってしまい光触媒担持体フィルタの有効面積を確保できなくなる。または、同等のものを直列につなぐと、その分だけ装置が長くなる。 Even in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-230806, it is possible to provide a cylindrical gas processing body in a multi-stage by further providing a cylindrical gas processing body, but the inside of the cylindrical gas processing body becomes smaller. As a result, the effective area of the photocatalyst carrier filter cannot be secured. Or, when the equivalents are connected in series, the device becomes longer correspondingly.
また、特開平10−258118号公報のものを多段にすると、その分だけ装置が大きくなる。 Further, when the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-258118 is multistaged, the apparatus becomes correspondingly large.
次に、光触媒担持体フィルタを空気流に対して単に傾斜させて設けると、フィルタ中心部の流速が大きくなり、端部の流速が小さくなり、このため圧損も大きくなる傾向がある。フィルタが斜めだと空気流にとってはそれだけで抵抗であり、流れ易い部分に集中して流れようとするためと考えられる。流速の速い部分と遅い部分があると、分解する物質による最適な流速を得ることが困難となる。 Next, when the photocatalyst carrier filter is simply tilted with respect to the air flow, the flow velocity at the center of the filter increases, the flow velocity at the end decreases, and the pressure loss tends to increase. If the filter is slanted, it is only the resistance against the air flow, and it is thought that it tends to concentrate on the flowable part. If there are a high-speed part and a low-speed part, it will be difficult to obtain an optimal flow rate depending on the substance to be decomposed.
前記した特開平10−258118号公報のものでも、流れ易い部分に集中して流れるものと思われるが、それに対する対処法は記載されていない。 Even the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-258118 is thought to flow in a concentrated manner in a portion that is easy to flow, but there is no description of how to deal with it.
そこで本発明は、装置を大きくしないで光触媒担持体フィルタの有効面積を確保し分解する物質による最適な流速が得られ、光触媒担持体フィルタや紫外線光源のメンテナンスを容易とし、装置断面を大きくしないで光触媒フィルタユニットを多段に設けられ、光触媒フィルタユニットを通過する空気流が均一となり効率良く分解できる、光触媒を用いた空気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention secures an effective area of the photocatalyst carrier filter without increasing the size of the device and can obtain an optimum flow rate by the substance to be decomposed, facilitates maintenance of the photocatalyst carrier filter and the ultraviolet light source, and does not increase the cross section of the device. An object of the present invention is to provide an air purification apparatus using a photocatalyst, in which photocatalyst filter units are provided in multiple stages, and an air flow passing through the photocatalyst filter unit is uniform and can be efficiently decomposed.
請求項1の発明による光触媒を用いた空気浄化装置は、複数本の細長い紫外線光源12を平行に配置し、その紫外線光源12を挟むように光触媒担持体フィルタ13を平行に設けた光触媒フィルタユニット10により空気を浄化する装置において、流入する空気流7に対して光触媒フィルタユニット10を傾斜させて設けたものである。
An air purification apparatus using a photocatalyst according to the first aspect of the present invention comprises a
請求項2の発明による光触媒を用いた空気浄化装置は、細長い紫外線光源12の長手方向を光触媒フィルタユニット10の傾斜方向に対して直交する方向として空気流9に直交させたものである。
The air purifying apparatus using the photocatalyst according to the invention of
請求項3の発明による光触媒を用いた空気浄化装置は、傾斜させた光触媒フィルタユニット10二個を「ヘ」の字状に配置し、一方の光触媒フィルタユニット10を通過した空気流9の全量がもう一方の光触媒フィルタユニット10を直列に通過するものである。
In the air purification apparatus using the photocatalyst according to the invention of
請求項1の発明によれば、複数本の細長い紫外線光源12を平行に配置し、その紫外線光源12を挟むように光触媒担持体フィルタ13を平行に設けた光触媒フィルタユニット10により空気を浄化する装置において、流入する空気流7に対して光触媒フィルタユニット10を傾斜させて設け、光触媒フィルタユニット10を収容する装置の断面積に対して光触媒担持体フィルタ13の有効面積を大きくすることができるから、装置を大きくしないで分解する物質による最適な流速を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a device for purifying air by a
また、複数本の細長い紫外線光源12を平行に配置し、その紫外線光源12を挟むように光触媒担持体フィルタ13を平行に設けた光触媒フィルタユニット10としたから、光触媒担持体フィルタ13や紫外線光源12のメンテナンスを容易とできる。
Further, since the
請求項2の発明によれば、細長い紫外線光源12の長手方向を光触媒フィルタユニット10の傾斜方向に対して直交する方向として空気流9に直交させ、紫外線光源12により光触媒担持体フィルタ13を通過する空気流9が整流されるから、光触媒フィルタユニット10を通過する空気流が均一となり効率良く分解できる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、傾斜させた光触媒フィルタユニット10二個を「ヘ」の字状に配置し、一方の光触媒フィルタユニット10を通過した空気流9の全量がもう一方の光触媒フィルタユニット10を直列に通過するから、装置断面を大きくしないで光触媒フィルタユニット10を多段に設けられる。
According to the third aspect of the present invention, two inclined
図1は、本発明の一実施例に係る空気浄化装置1の側面図であって、大量の高濃度ガスを取り入れ、二段の光触媒フィルタユニット10を直列に通過させ、直ちに排出基準値以下として室外に排出するのに適したものである。
FIG. 1 is a side view of an air purification apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, which takes in a large amount of high-concentration gas, passes a two-stage
空気浄化装置1には両端開口の箱状の密閉された筐体2と、筐体2の両端のレジュウサー3,4を設け、流入する空気流7は水平方向にレジュウサー3から入り、筐体2内を通ってレジュウサー4から排出する空気流8として水平方向に排出される。
The air purification apparatus 1 is provided with a box-shaped sealed
筐体2内に多数の光触媒フィルタユニット10を設置するが、光触媒フィルタユニット10は光触媒ユニット枠5に挿入して保持される。実施例では、上下方向に7段、図1の前後方向に3列の光触媒ユニット枠5を配置し、各光触媒ユニット枠5に2個の光触媒フィルタユニット10が配置され、全部で42個の光触媒フィルタユニット10が設置される。
A large number of
光触媒ユニット枠5は両端開口の箱状で、その底板5aは「ヘ」の字状に中央部が高くなる一対の傾斜面とし、底板5aの一対の傾斜面には各々に空気が流通する開口5bを設ける。光触媒ユニット枠5には両端開口の両側上方に案内体5cを設け、案内体5cの下面は底板5aの傾斜に合わせて平行とし、案内体5cと底板5aの間に光触媒フィルタユニット10が納まる間隔を開けておく。実施例では底板5aの傾斜角度は水平から15度とした。
The
筐体2内の光触媒ユニット枠5が設置される上流側と下流側には、光触媒フィルタユニット10が取り出せるメンテナンス用の空間を設け、その空間に対応した筐体2に扉を設ける。
A maintenance space in which the
光触媒フィルタユニット10には、略方形の枠である光触媒ユニット枠11を設け、光触媒ユニット枠11内に複数本の紫外線光源12を平行に等間隔に配置する。光触媒ユニット枠11の大きさは、幅が約75cm、奥行きが約60cm、厚さが約8.5cmのものである。
The
紫外線光源12は細長い直管蛍光灯形状の20Wのブラックライト(または捕虫器用蛍光灯なども含む)を平行に等間隔に8本配置し、その間隔は紫外線光源12の管直径程度を開ける。
As the
上記複数本の紫外線光源12を上下に挟むように板状の光触媒担持体フィルタ13を平行に設ける。光触媒担持体フィルタ13はセラミック質の多孔性基材の表面に酸化チタンなどの光触媒を担持させたもので、片面に4枚の光触媒担持体フィルタ13が隙間無く配置される。
A plate-like
片面の光触媒担持体フィルタ13の上にプレフィルタ14を重ね、プレフィルタ14は流入する空気流7側とする。
A
光触媒ユニット枠11の紫外線光源12と平行な一側面に取手15を設け、光触媒フィルタユニット10のメンテナンス時に取手15を持って光触媒ユニット枠5から出し入れする。光触媒フィルタユニット10の重量は約18kg程度で、人が手で持てる範囲とする。
A
光触媒フィルタユニット10は光触媒ユニット枠5に保持され、流入する空気流7に対して光触媒フィルタユニット10を傾斜させて設ける。実施例では、流入する空気流7の上流から下流に向けて一端が高くもう一端が低くなるように配置した。また、光触媒フィルタユニット10の傾斜角度は15度としたが、光触媒担持体フィルタ13の有効面積を確保するためには45度以下(好ましくは35度以下)の傾斜とすると良い。
The
細長い紫外線光源12の長手方向を光触媒フィルタユニット10の傾斜方向に対して直交する方向として空気流9に直交させた。実施例では複数本の水平方向の紫外線光源12が上下方向に15度の傾斜に配置される。
The longitudinal direction of the elongated ultraviolet
光触媒フィルタユニット10を通過する空気流9は、空気流9に直交する狭い紫外線光源12の間を通って整流される。つまり実施例では水平方向の流入する空気流7が紫外線光源12の間を通ることにより上下方向の流れに変更され、Sの字状の流路となる。
The
もしも紫外線光源12を空気流9に平行に配置すると、流れは紫外線光源12に無関係に近道を通り、その向きもほとんど変えられない。
If the
互いに反対方向に傾斜させた二個の光触媒フィルタユニット10の高い方を合わせて「ヘ」の字状に光触媒ユニット枠5内に配置する。一方の光触媒フィルタユニット10を通過した空気流9は底板5aの開口5bを通り全量がもう一方の光触媒フィルタユニット10を直列に通過する。
The higher one of the two
図6に示すのは、低濃度ガスに対応する装置で、流入する空気流7が一段の光触媒フィルタユニット10を通過する場合の構成を示す。上下方向に複数段の光触媒ユニット枠25に各一個の光触媒フィルタユニット10が保持され、流入する空気流7に対して光触媒フィルタユニット10を傾斜させて設ける。
FIG. 6 shows a configuration corresponding to a low-concentration gas in the case where the
図7に示すのは、特に高濃度ガスに対応する装置で、流入する空気流7が三段の光触媒フィルタユニット10を通過する場合の構成を示す。このものでは、図2に示した光触媒ユニット枠5による二段の光触媒フィルタユニット10と、図6に示した一段の光触媒フィルタユニット10を直列に通過させる。
FIG. 7 shows a configuration when the
二段の光触媒ユニット枠5における光触媒フィルタユニット10の取手15の上から一段の光触媒ユニット枠25における光触媒フィルタユニット10の取手15の上に水平に流量保持板6を設け、光触媒フィルタユニット10から出た排出する空気流8が上方に向かうのを押え、メンテナンス時には取り外し可能とする。流量保持板6は光触媒フィルタユニット10を3段以上とする場合には設けた方が良く、流量保持板6を設けないと上下方向の流量流速に隔たりが生ずる。
A flow
以上の実施例では、流入する空気流7が水平方向の例を示したが、流入する空気流7は上下方向としても良い。
In the above embodiment, the example in which the
また、流入する空気流7が光触媒フィルタユニット10を直列に三段通過する例までを示したが、光触媒フィルタユニット10を直列に四段以上通過するようにしても良い。
Further, the example in which the
7 流入する空気流
9 空気流
10 光触媒フィルタユニット
12 紫外線光源
13 光触媒担持体フィルタ
7
10 Photocatalytic filter unit
12 UV light source
13 Photocatalyst carrier filter
Claims (3)
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