JP2007165255A - Fluorescent light having air cleaning function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気清浄化機能を備えた蛍光灯に関するものである。 The present invention relates to a fluorescent lamp having an air cleaning function.
居住空間あるいは作業空間における悪臭・排気ガス・有害ガスを除去する装置として、光触媒を用いた空気清浄化装置が知られている。近年、この装置はシックハウス症候群緩和としても注目されている。 As a device for removing malodor, exhaust gas, and harmful gas in a living space or work space, an air cleaning device using a photocatalyst is known. In recent years, this device has attracted attention as a relief for sick house syndrome.
この空気清浄化装置はその設置によって室内空間が狭くなることから、特に一般家庭、学校等においては設置場所確保の問題がある。また、十分な効果を発揮させるためにはファン等の付設で構造が複雑化し、高価格となり、経済性においても好ましくない。 This air purifier has a problem of securing the installation location, particularly in ordinary homes and schools, because the indoor space is narrowed by the installation. Further, in order to exert a sufficient effect, the structure becomes complicated by adding a fan or the like, resulting in a high price, which is not preferable in terms of economy.
一方、室内空間の照明器具として蛍光灯は必需品である。この蛍光灯に空気清浄化機能を備えれば、室内空間が狭くなることもない。そこで、光触媒を用いた空気清浄化機能を備えた蛍光灯が提案されている。例えば、蛍光ランプに酸化チタン等の光触媒を直接コーティングしたもの(特許文献1)、蛍光ランプの背面に光触媒膜を被着した活性炭を設けたもの(特許文献2)である。
光触媒を設けた前記各特許文献の蛍光灯は、空気清浄化機能のうちでも特に脱臭を目的としたものであり、光触媒機能を補うためにファンを備えている。ファンは蛍光灯周辺の空気を強制流通させ、脱臭機能が向上する。 The fluorescent lamps in each of the above-mentioned patent documents provided with a photocatalyst are particularly intended for deodorization among the air cleaning functions, and are provided with a fan to supplement the photocatalytic function. The fan forcibly distributes the air around the fluorescent lamp, improving the deodorizing function.
しかし、ファンの付設は前述したように装置が複雑化し、コスト高となる。また、安価なファンを付設した場合は騒音が高くなり、特に一般家庭、学校および事務所の使用において好ましくない。 However, the installation of the fan complicates the device as described above and increases the cost. In addition, when an inexpensive fan is attached, the noise becomes high, which is not preferable particularly in the use of ordinary households, schools and offices.
本発明は、一般照明に使用される蛍光ランプをもって光触媒による空気清浄化機能を発揮し、しかもファン等を必要としないことで経済的で且つ騒音問題の無い蛍光灯を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fluorescent lamp that exhibits an air cleaning function by a photocatalyst with a fluorescent lamp used for general illumination and that is economical and free from noise problems by not requiring a fan or the like.
一般照明に使用される蛍光ランプは波長380nm以下の紫外線が圧倒的に少ないことにより、これを光源とした場合は、紫外線ランプや太陽光を光源とする場合に比べて、光触媒による空気清浄化の速度が遅い。このため、前記各特許文献では上述のように、ファンの付設で光触媒機能を補っている。 Fluorescent lamps used for general illumination have far less ultraviolet light with a wavelength of 380 nm or less, and when this is used as a light source, air purification by a photocatalyst is possible compared to using ultraviolet lamps or sunlight as a light source. The speed is slow. For this reason, in each said patent document, as above-mentioned, the photocatalyst function is supplemented by the attachment of a fan.
一方、光触媒フィルターとして、光触媒を担持した三次元網目構造よりなるセラミック製の光触媒フィルターが知られている。三次元網目構造は表面積が大きいことで、光触媒の担持量が多い。しかも、三次元網目構造によって光が組織内部まで照射され、しかもフィルターの内部組織を通過する空気は全て網目構造の柱部に担持された光触媒に衝突することによって、光触媒の反応効率に優れる。 On the other hand, as a photocatalyst filter, a ceramic photocatalyst filter having a three-dimensional network structure supporting a photocatalyst is known. The three-dimensional network structure has a large surface area, so that the amount of photocatalyst supported is large. In addition, light is irradiated to the inside of the tissue by the three-dimensional network structure, and all the air passing through the internal structure of the filter collides with the photocatalyst carried on the column part of the network structure, so that the reaction efficiency of the photocatalyst is excellent.
本発明者らは、三次元網目構造の光触媒フィルターを蛍光ランプ背面の反射板に取り付けると共に、この光触媒フィルターのセル数を特定の範囲に限定したところ、蛍光ランプ発光時に発する熱によって蛍光ランプ周囲に生じる空気の熱対流と相まって、空気が光触媒フィルターの組織内を効率よく透過し、ファンを設けなくても光触媒反応による十分な空気清浄化機能を得ることができることを知り、本発明を導き出すに至ったものである。 The present inventors attached a photocatalytic filter having a three-dimensional network structure to a reflector on the back of the fluorescent lamp, and limited the number of cells of the photocatalytic filter to a specific range. Knowing that coupled with the heat convection of the air, the air can efficiently pass through the structure of the photocatalytic filter, and that a sufficient air cleaning function can be obtained by photocatalytic reaction without providing a fan, leading to the present invention. It is a thing.
すなわち、本発明の蛍光灯の特徴とするところは、空気清浄化機能を備えた蛍光灯において、光触媒を担持したセル数5〜20cpiの三次元網目構造よりなるセラミック製の光触媒フィルターを、蛍光ランプ背面の反射板に取り付けたことにある。 That is, the fluorescent lamp of the present invention is characterized in that, in a fluorescent lamp having an air cleaning function, a ceramic photocatalyst filter having a three-dimensional network structure with 5 to 20 cpi cells carrying a photocatalyst is used. It is attached to the back reflector.
ここで、セル数の単位cpiは、平面で1インチ当りのセル(空孔)の個数である。本発明で使用する三次元網目構造の光触媒フィルターは、セル数が5cpi未満ではセルのサイズが大きいことで熱対流による空気の流通は促されるが、三次元網目構造を構成する柱部の数が減り、空気と光触媒との衝突回数が少なくなるためか空気清浄化の効果が低下する。また、三次元網目構造を構成する柱部の数が減り、光触媒フィルターとしての十分な強度を確保することができない。 Here, the unit cpi of the number of cells is the number of cells (holes) per inch in a plane. The photocatalytic filter having a three-dimensional network structure used in the present invention has a large cell size when the number of cells is less than 5 cpi, thereby promoting air circulation due to thermal convection. However, the number of columns constituting the three-dimensional network structure is small. This is because the number of collisions between the air and the photocatalyst decreases, and the effect of air purification is reduced. In addition, the number of pillar portions constituting the three-dimensional network structure is reduced, and sufficient strength as a photocatalytic filter cannot be ensured.
逆にセル数が20cpiを超えると柱部の数が増え、空気と光触媒との接触面積が多くなる。しかし、セルのサイズが小さくなって熱対流に伴う空気の流通量が少なくなるためか、この場合も空気清浄化の効果に劣る。 Conversely, when the number of cells exceeds 20 cpi, the number of pillars increases, and the contact area between air and the photocatalyst increases. However, because the size of the cell is reduced and the amount of air flow associated with thermal convection is reduced, the air purification effect is also inferior in this case.
以上の空気清浄化の効果は、三次元網目構造の光触媒フィルターの使用、そのセル数の限定、さらにこの光触媒フィルターの反射板への取り付けたことで得られる本発明特有のものである。 The above air cleaning effect is unique to the present invention obtained by using a photocatalytic filter having a three-dimensional network structure, limiting the number of cells, and attaching the photocatalytic filter to a reflector.
従来の、例えば蛍光ランプに光触媒を直接コーティングしたもの、あるいは光触媒膜を被着した活性炭を蛍光ランプの背面に設けたものは、蛍光ランプ周囲の空気の熱対流が生じるとしても、熱対流の空気の接触は光触媒担持体の表面である。蛍光ランプ周囲の空気の熱対流を積極的に利用して三次元網目構造の光触媒担持体の内部に空気を通過させることで光触媒の反応効率を格段に向上させ、ファン等の補助装置を設けることなく十分な空気清浄化を図る本発明の効果を得ることができない。 For example, a conventional fluorescent lamp directly coated with a photocatalyst or an activated carbon coated with a photocatalytic film provided on the back side of the fluorescent lamp, even if heat convection of the air around the fluorescent lamp occurs, These contacts are on the surface of the photocatalyst carrier. Actively use the thermal convection of the air around the fluorescent lamp to allow the air to pass inside the photocatalyst carrier with a three-dimensional network structure, thereby significantly improving the photocatalytic reaction efficiency and providing an auxiliary device such as a fan. The effect of the present invention that achieves sufficient air purification cannot be obtained.
また、本発明は、照明器具としての蛍光灯自体が空気清浄化の機能を備えたことで、その設置によっても室内が狭くなることもない。しかも、ファンを必要としないことで経済的で、しかも騒音の問題も無い。したがって、一般家庭、学校、事務所等での使用において特に好ましい。 Further, according to the present invention, since the fluorescent lamp itself as a lighting fixture has an air cleaning function, the room is not narrowed even by the installation. Moreover, it is economical because it does not require a fan, and there is no noise problem. Therefore, it is particularly preferable for use in general households, schools, offices and the like.
光触媒フィルターの取り付け対象となる蛍光灯において、蛍光ランプは一般照明としての機能を得るために白色または昼光の発光色とし、波長380nm以下の近紫外線を発するものが好ましい。蛍光ランプの形状は、直管の他に、サークル管、U字管、電球型等が挙げられる。本発明においては蛍光ランプ中でも、蛍光ランプの背面に光触媒フィルターを設置しやすい直管が好ましい。 In the fluorescent lamp to which the photocatalytic filter is attached, it is preferable that the fluorescent lamp has a white or daylight emission color and emits near ultraviolet rays having a wavelength of 380 nm or less in order to obtain a function as general illumination. Examples of the shape of the fluorescent lamp include a circle tube, a U-shaped tube, and a bulb type in addition to a straight tube. In the present invention, a straight tube in which a photocatalytic filter can be easily installed on the back surface of the fluorescent lamp is preferable among fluorescent lamps.
三次元網目構造の光触媒フィルターの製造は、例えば以下の通りである。先ず、アルミナ、シリカあるいはシリカ−アルミナ質の無機質微粉末に有機質系または無機系の結合剤を添加し、これに外掛けで30〜35質量%程度の水を添加し、スラリーとする。寸法・形状が本発明に使用する光触媒フィルターに相当する有機質の三次元網目構造の多孔体に前記のスラリーを浸透させ付着させる。この有機質多孔体の材質は、例えばポリウレタンフォームとする。 The production of the photocatalytic filter having a three-dimensional network structure is as follows, for example. First, an organic or inorganic binder is added to an inorganic fine powder of alumina, silica or silica-alumina, and about 30 to 35% by mass of water is added as an outer shell to form a slurry. The slurry is infiltrated and adhered to a porous body having an organic three-dimensional network structure whose size and shape correspond to the photocatalytic filter used in the present invention. The material of the organic porous material is, for example, polyurethane foam.
次いで、余剰のスラリーを除去した有機質多孔体を乾燥後、焼成する。この焼成で有機質多孔体が消失し、セラミック質の三次元網目構造を得ることができる。焼成温度はセラミック材質に合わせて例えば1000〜1300℃とする。 Next, the organic porous body from which the excess slurry has been removed is dried and fired. By this firing, the organic porous body disappears, and a ceramic three-dimensional network structure can be obtained. The firing temperature is, for example, 1000 to 1300 ° C. according to the ceramic material.
セラミック質の三次元網目構造のセルは、有機質多孔体組織の柱部に前記のスラリーが付着することで形成されることから、本発明で限定したセル数の三次元網目構造を得るには、このセル数に見合う組織の有機質多孔体を使用する。図5は、セラミック質の三次元網目構造例の一部拡大図である。 The ceramic three-dimensional network cell is formed by adhering the slurry to the pillar portion of the organic porous structure, so that a three-dimensional network structure with the number of cells limited in the present invention is obtained. An organic porous material having a structure corresponding to the number of cells is used. FIG. 5 is a partially enlarged view of an example of a ceramic three-dimensional network structure.
このセラミック質の三次元網目構造体に担持される光触媒としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化銅、チタン酸鉄、酸化ニッケル、酸化ビスマスおよび酸化ケイ素が挙げられる。中でも可視光応答性に優れた酸化チタンが特に好ましい。 Photocatalysts supported on this ceramic three-dimensional network structure include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, strontium titanate, tungsten oxide, zirconium oxide, niobium oxide, iron oxide, copper oxide, iron titanate, oxidation Examples include nickel, bismuth oxide and silicon oxide. Among these, titanium oxide having excellent visible light response is particularly preferable.
この酸化チタン等の光触媒は水等の溶媒をもって分散させ、前記三次元網目構造体を浸し、光触媒を三次元網目構造体の網目を構成する柱体表面に付着させる。次いで、例えば400〜600℃の温度で加熱し、光触媒粉末を焼結固着させる。酸化チタンにはアナターゼ型、ルチル型及びブルッカイト型の結晶型がある。前記400〜600℃の加熱温度は、光触媒フィルターとして有効な光触媒機能を示すアナターゼ型の確保のためである。 The photocatalyst such as titanium oxide is dispersed with a solvent such as water, the three-dimensional network structure is immersed, and the photocatalyst is attached to the surface of the column constituting the network of the three-dimensional network structure. Next, the photocatalyst powder is sintered and fixed by heating at a temperature of 400 to 600 ° C., for example. Titanium oxide includes anatase, rutile and brookite crystal forms. The heating temperature of 400 to 600 ° C. is for ensuring an anatase type exhibiting a photocatalytic function effective as a photocatalytic filter.
三次元網目構造体のセル数は、5〜20cpiとする。5cpi未満では光触媒との接触面積が減り空気清浄化の効果に劣る。20cpiを超えると熱対流による空気の透過が不十分となって、この場合も空気清浄化の効果に劣る。さらに好ましいセル数は、5〜15cpiである。 The number of cells of the three-dimensional network structure is 5 to 20 cpi. If it is less than 5 cpi, the contact area with a photocatalyst will decrease and it will be inferior to the effect of air purification. If it exceeds 20 cpi, the permeation of air by thermal convection becomes insufficient, and in this case, the effect of air purification is also inferior. A more preferable cell number is 5 to 15 cpi.
図1は、直管の蛍光ランプを備えた蛍光灯において、本発明の適用例を示す要部斜視図、図2は一部破砕断面の側面図である。蛍光灯本体1の下方両端部にはランプソケット2が備えられ、このランプソケット2に蛍光ランプ3が装着されている。反射板4は蛍光ランプ3の笠を兼ねている。以上の構造は蛍光灯として一般的なものである。
FIG. 1 is a perspective view of an essential part showing an application example of the present invention in a fluorescent lamp provided with a straight fluorescent lamp, and FIG. 2 is a side view of a partially crushed cross section. A
本発明は、蛍光ランプ3背面の反射板4に、本発明で限定した前記構成の光触媒フィルター5を取り付ける。光触媒フィルター5の形状は図のとおり例えば平板状とし、蛍光灯の長さ方向にわたって取り付ける。図示の例では2個の光触媒フィルター5を使用したが、全長を1個としてもよいし、さらに例えば3〜5個に分割してもよい。
In the present invention, the
光触媒フィルター5の反射板4に対する取り付け構造は特に限定されない。図示の例では、基端を反射板4に固着し且つ内側に屈曲した爪部を有する係止金具6により、光触媒フィルター5を吊着している。光触媒フィルター5に透孔を設け、ボルト等をもって反射板4に取り付ける、磁石や面ファスナーを利用して反射板4に取り付ける等の手段でもよい。
The attachment structure of the
図示の蛍光灯は、室内の天井に直接取り付けるタイプである。図には示していないが、吊具によって天井から垂下したものでもよい。また、蛍光ランプを複数本備えた蛍光灯でもよい。蛍光ランプを複数本備えた蛍光灯において、光触媒フィルターの設置は、例えば光触媒フィルターの横幅を拡張してもよいし、図3に示すように蛍光ランプ3,3間に設けてもよい。
The illustrated fluorescent lamp is of a type that is directly attached to the ceiling of the room. Although not shown in the figure, it may be suspended from the ceiling by a hanging tool. Moreover, the fluorescent lamp provided with two or more fluorescent lamps may be sufficient. In a fluorescent lamp provided with a plurality of fluorescent lamps, the photocatalytic filter may be installed, for example, by extending the lateral width of the photocatalytic filter or between the
さらに、蛍光灯には、蛍光ランプとしてサークル管を使用したものがある。この場合、図には示していないが、光触媒フィルター5はサークル管の形状に合わせて例えば円盤状あるいはドーナツ状としてもよい。
Further, some fluorescent lamps use a circle tube as a fluorescent lamp. In this case, although not shown in the drawing, the
図4(a)〜(c)は、蛍光灯の長さ方向に対する直角断面図であって、同時に空気の熱対流を模式的に示したものである。図4(a)は、光触媒フィルター5の上面が反射板4に接するように光触媒フィルター5を取り付けたものであって、蛍光ランプ3の発熱によって空気の熱対流が生じ、蛍光ランプ3付近の空気が光触媒フィルター5の網目を透過し、空気清浄化が促進される。
4A to 4C are cross-sectional views perpendicular to the length direction of the fluorescent lamp, and schematically show thermal convection of air at the same time. FIG. 4A shows the
図4(b)は光触媒フィルター5の背面を反射板4から例えば5〜15mm程度離して反射板4に取り付けた例である。前記図4(a)の例では空気が下面から侵入し、側面へ透過するのに対し、図4(b)の例では空気が下面から上面に透過することで、光触媒フィルター5に対する空気の透過速度が高くなり、その分、室内空気の清浄化処理が速くなる。
FIG. 4B shows an example in which the back surface of the
光触媒フィルターの少なくとも蛍光ランプとの対向面を凹曲面にした場合、光触媒フィルターの幅方向の端部下面が、蛍光ランプとの距離が短くなって蛍光ランプの照射による光触媒反応が促進される。図4(c)は光触媒フィルター5全体を同一厚みとして蛍光ランプ3との対向面を凹曲面にした例である。これに限らず、蛍光ランプとの対向面のみを凹曲面とし、背面を水平面とした光触媒フィルターを使用しても同様の効果が得られる。
When at least the surface of the photocatalytic filter facing the fluorescent lamp is a concave curved surface, the lower surface of the end portion in the width direction of the photocatalytic filter has a short distance from the fluorescent lamp, and the photocatalytic reaction due to irradiation of the fluorescent lamp is promoted. FIG. 4C shows an example in which the entire surface of the
以下、本発明の実施例とその比較例を示す。併せて、これらの空気清浄化機能を試験した結果を示す。 Examples of the present invention and comparative examples thereof are shown below. In addition, the results of testing these air purification functions are shown.
実施例に使用した光触媒フィルターの製造方法は次の通りである。すなわち、シリカ−アルミナ質スラリー中に三次元網目構造の形成に見合う多孔質ウレタンフォームを浸漬し、シリカ−アルミナ質スラリーを十分に浸透させた後、乾燥する。ウレタンフォーム表面の余剰の乾燥セラミック付着物を除去した後、1200℃で焼成し、ウレタンフォームの消失で三次元網目構造のセラミック焼結体を得た。 The manufacturing method of the photocatalyst filter used for the Example is as follows. That is, a porous urethane foam suitable for forming a three-dimensional network structure is immersed in a silica-alumina slurry, and the silica-alumina slurry is sufficiently infiltrated and then dried. After removing excessive dry ceramic deposits on the surface of the urethane foam, firing was performed at 1200 ° C., and a ceramic sintered body having a three-dimensional network structure was obtained by disappearance of the urethane foam.
次いで、酸化チタン水溶液に前記のセラミック焼結体を浸漬し、三次元構造の網目表面に酸化チタンを塗布後、乾燥し、600℃以下で加熱することで、アナターゼ型酸化チタンからなる光触媒を担持した光触媒フィルターを得た。三次元網目構造におけるセル数は、多孔質ウレタンフォームのセル数によって調整した。セル数と空気清浄化との関係を試験するために、セル数が異なる4種の光触媒フィルターを製造し、用意した。 Next, the ceramic sintered body is dipped in an aqueous titanium oxide solution, coated with titanium oxide on the surface of the three-dimensional network, dried, and heated at 600 ° C. or lower to support a photocatalyst made of anatase-type titanium oxide. A photocatalytic filter was obtained. The number of cells in the three-dimensional network structure was adjusted according to the number of cells of the porous urethane foam. In order to test the relationship between the number of cells and air purification, four types of photocatalytic filters having different numbers of cells were manufactured and prepared.
蛍光灯としては 日立ライティング(株)のFB211P(直管20W形・1灯)を使用した。蛍光ランプ背面の反射板に前記の光触媒フィルターを係止金具をもって反射板に固着した。光触媒フィルターの形状・寸法は、平板形状(200×60×15mm)のものを2枚、蛍光灯の長さ方向に直列させた。光触媒フィルターは反射板との間に空気の循環を良くするためにスペーサーを置きその上に乗せた。さらには蛍光ランプの光の効率化のために反射板の表面に反射薄膜としてアルミニウム薄膜を貼り付け光触媒フィルターから通過した光を反射させた。 As the fluorescent lamp, FB211P (straight tube 20W type, one lamp) manufactured by Hitachi Lighting Co., Ltd. was used. The photocatalyst filter was fixed to the reflecting plate with a locking bracket on the reflecting plate on the back of the fluorescent lamp. As for the shape and dimensions of the photocatalytic filter, two plate-shaped (200 × 60 × 15 mm) filters were connected in series in the length direction of the fluorescent lamp. In order to improve air circulation between the photocatalyst filter and the reflector, a spacer was placed and placed on it. Furthermore, in order to improve the light efficiency of the fluorescent lamp, an aluminum thin film was attached as a reflective thin film on the surface of the reflecting plate to reflect the light passing through the photocatalytic filter.
1m3の密閉室内に光触媒フィルターを備えた前記の蛍光灯を天井に取り付けると共に、密閉室内をアセトアルデヒド試薬をもって50ppmのアセトアルデヒド濃度にした後、蛍光灯を点灯し、アセトアルデヒド濃度の経時変化を検知管によって測定し、空気清浄化の効果を調べた。 A fluorescent lamp equipped with a photocatalyst filter is attached to the ceiling in a 1 m 3 sealed chamber, and the acetaldehyde concentration is adjusted to 50 ppm with an acetaldehyde reagent in the sealed chamber. Measured and investigated the effect of air purification.
図6のグラフは、前記の試験において、光触媒フィルターのセル数と空気清浄化との関係を示したものである。本発明の範囲内のセル数を有する光触媒フィルターを使用した蛍光灯では、空気清浄化の効果が顕著であることが確認できる。 The graph of FIG. 6 shows the relationship between the number of cells of the photocatalytic filter and air purification in the above test. In the fluorescent lamp using the photocatalytic filter having the number of cells within the range of the present invention, it can be confirmed that the effect of air cleaning is remarkable.
図7は、ファンを備えた光触媒フィルター内蔵のA社製家庭用空気清浄機(サイズ: 幅40×奥行き20×高さ60cm)及び活性炭を主成分とした市販の大型冷蔵庫用脱臭剤(エステー化学株式会社製・商品名「抗菌脱臭炭」)との脱臭比較テストを実施した結果を示す。図7に示すように本発明品は、簡単な構造ながら家庭用空気清浄機とほぼ同レベルの機能であることが確認できる。
Fig. 7 shows a domestic air cleaner manufactured by Company A (size: width 40 x depth 20
1 蛍光灯本体
2 ランプソケット
3 蛍光ランプ
4 反射板
5 光触媒フィルター
6 係止金具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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