JP2009030281A

JP2009030281A - 機能性建築部材及び有機物分解用部材

Info

Publication number: JP2009030281A
Application number: JP2007193679A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Noma; 真二郎野間; Shinichiro Miki; 慎一郎三木; Kenji Sakamoto; 顕士坂本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができる機能性建築部材を提供する。
【解決手段】板状基材１の一方の面に表面を露出して配置される太陽電池２。板状基材１の他方の面に露出して配置される光触媒部３。太陽電池２で発電された電気で発光し、光触媒部３に光を照射する光照射部４。これらを備えることによって、外部の光を太陽電池２で取り込んで発電し、この発電した電気で光照射部４を発光させて光触媒部３に照射し、光触媒部３の光触媒を光で励起して、室内など内部に面する光触媒部３で空気の浄化や消臭を行なうことができる。従って物理的あるいは化学的な吸着によることなく、光触媒が有する半永久的な有機物を分解する作用で、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の壁材などとして使用される機能性建築部材及び、家具などに設けて使用される有機物分解用部材に関するものである。

室内や家具内の空気の浄化や消臭を行なう技術として、活性炭やシリカゲルなどの表面積が大きな物質を用いて、有害物質の汚染成分や悪臭成分を物理的に吸着する方法や、化学吸着剤を用いて、汚染成分や悪臭成分を化学的に固定化する方法がある。

例えば特許文献１では、活性炭やシリカゲルを設けた板で家具の背板や側板を形成することによって、家具内の空気の浄化・消臭を行なうことが提案されている。

また引用文献２では、化学吸着剤からなる消臭剤を建材に塗布したり、消臭剤を含有する樹脂で建材を成形したりすることによって、室内のアルデヒド臭を消臭することが提案されている。
特開２００２−１８６５２７号公報特開２００５−３１２８０１号公報

しかし、活性炭やシリカゲルは、有害物質成分や悪臭成分を表面に物理的に吸着することによって空気の浄化や消臭を行なうため、表面の吸着が飽和状態になると後は吸着能力を失う。また化学吸着剤も原理は異なるが、飽和吸着した後は吸着能力を失う。従っていずれの材料を用いても、長期的な性能を望むことはできないものであり、除去対象物が多量に存在する条件下では５年、１０年といった長期に亘って効果を発揮することは困難である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができる機能性建築部材及び有機物分解用部材を提供することを目的とするものである。

本発明に係る機能性建築部材は、板状基材１の一方の面に表面を露出して配置される太陽電池２と、板状基材１の他方の面に露出して配置される光触媒部３と、太陽電池２で発電された電気で発光し、光触媒部３に光を照射する光照射部４とを備えて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、室外など外部の光を太陽電池２で取り込んで発電し、この発電した電気で光照射部４を発光させて光触媒部３に照射し、光触媒部３の光触媒を光で励起して、室内など内部に面する光触媒部３で空気の浄化や消臭を行なうことができるものであり、物理的あるいは化学的な吸着によることなく、光触媒が有する半永久的な有機物を分解する作用で、有害物質成分や悪臭成分を分解除去することができ、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

また本発明は、上記の太陽電池２が色素増感太陽電池であることを特徴とするものである。

色素増感太陽電池は、低照度の条件下でも高い発電能力を有するものであり、照明器具などの光を利用して発電して、光照射部４を発光させることができ、光触媒部３の光触媒を励起させることが可能になるものである。

また本発明は、上記の構成に加えて、太陽電池２で発電された電気を蓄電すると共に、蓄電した電気を光照射部４に給電する蓄電手段５を備えて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、昼間など、外部が明るく光が多量に存在するときに太陽電池２で発電した電気の一部を充電手段５に充電しておき、夜間など、外部が暗く太陽電池２による発電量が少ないときに、充電手段５に充電した電気で光照射部４を発光させるようにすることができ、一日中、光触媒部３の光触媒を励起させて空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

本発明に係る有機物分解用部材は、板状基材１の一方の面に表面を露出して配置される太陽電池２と、板状基材１の他方の面に露出して配置される光触媒部３と、太陽電池２で発電された電気で発光し、光触媒部３に光を照射する光照射部４とを備えて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、外部の光を太陽電池２で取り込んで発電し、この発電した電気で光照射部４を発光させて光触媒部３に照射し、光触媒部３の光触媒を光で励起して、内部に面する光触媒部３で空気の浄化や消臭を行なうことができるものであり、物理的あるいは化学的な吸着によることなく、光触媒が有する半永久的な有機物を分解する作用で、有害物質成分や悪臭成分を分解除去することができ、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

本発明によれば、室外など外部の光を太陽電池２で取り込んで発電し、この発電した電気で光照射部４を発光させて光触媒部３に照射し、光触媒部３の光触媒を励起して、室内など内部に面する光触媒部３で空気の浄化や消臭を行なうことができるものであり、物理的あるいは化学的な吸着によることなく、光触媒が有する半永久的な有機物を分解する作用で、有害物質成分や悪臭成分を分解除去することができ、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示す概略図であり、板状基材１の一部に開口部１０を設け、この開口部１０内において、板状基材１の一方の面で表面が露出するように太陽電池２を、板状基材１の他方の面で表面が露出するように光触媒部３を、太陽電池２と光触媒部３の間に配置して光照射部４を、それぞれ設けることによって、本発明に係る機能性建築部材を形成するようにしたものである。

このものにあって、外部から照射される光を取り込んで太陽電池２で発電し、この発電された電気で光照射部４を発光させ、光照射部４で発光した光を光触媒部３に照射させることによって、光触媒部３の光触媒を励起させ、光触媒の光触媒作用で有機物からなる空気中の有害物質成分や悪臭成分を分解して、空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

上記の太陽電池２としては、特に限定されることなく、任意のものを用いることができるものであり、例えば一般的な、シリコン系（多結晶型、微結晶型、アモルファス型、多接合型など）、無機化合物系（ＧａＡｓ系、ＣＩＳ（カルコバライト）系、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系）の太陽電池であってもよく、また色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池（導電性ポリマー、フラーレン）であってもよい。これらのなかでも、色素増感太陽電池は、低照度条件下（５００ｌｘ以下）ではシリコン系太陽電池などよりも変換効率が優れている。従って、色素増感太陽電池を用いれば、太陽光のような強い光を得ることができない条件下、例えば屋内のように照明器具の光しか得られないときでも、太陽電池２で発電を行なわせることができるものである。

また光触媒部３を形成する光触媒としては、最も一般的なものとして酸化チタンを挙げることができる。酸化チタンにはアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などがあるが、いずれでもよい。

また光照射部４は、通電によって発光するものであれば何でもよいが、ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子を光源として用いて形成することができる。光源の発光波長は、光触媒のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長（例えばアナターゼ型酸化チタンの場合は３８７ｎｍ以下、ルチル型酸化チタンの場合は４１３ｎｍ以下）であることが望ましい。ただし、波長が短い光の方が吸収が大きいので、より短い波長が光源を用いた方が高い効果を得ることができる。また光照射は、連続的に点灯して行なうようにしても、パルス的に点灯して行なうようにしてもいずれでもよい。尚、光照射部４は、太陽電池２と光触媒部３の間に設けることに限定されるものではなく、板状基材１の他方の面に露出して光照射部４を設け、この光照射部４から発光した光を光触媒部３の表面に照射させるようにしてもよい。

図２（ａ）は図１の実施の形態を具体化した実施の形態を示すものであり、プリント配線板などで形成される制御板１２の一方の表面に太陽電池２を積層して設け、制御板１２の他方の表面にＬＥＤや有機ＥＬなどの光源１３を設けて光照射部４が形成してある。制御板１２には制御回路１４が設けてあり、図２（ｂ）のように制御回路１４を介して太陽電池２と光照射部４とを電気的に接続してある。また光触媒部３は、すりガラスなどの透光性基板１５の片側の表面に光触媒の層を設けることによって形成してある。そして面板などで形成される板状基材１に両面で開口する開口部１０を設け、太陽電池２を積層した制御板１２を、太陽電池２の表面が板状基材１の一方の面で露出するように開口部１０内に嵌め込んで取り付け、また光触媒部３を設けた透光性基板１５を、光触媒部３の表面が板状基材１の一方の面で露出するように開口部１０内に嵌め込んで取り付けることによって、本発明に係る機能性建築部材を形成することができるものである。透光性基板１５の光触媒３を設けた側と反対側の表面は、開口部１０内において光照射部４と対向している。

上記のように形成される機能性建築部材は、例えば家屋の壁として用いることができる。機能性建築部材で家屋の外壁を形成する場合、太陽電池２は屋外に面し、光触媒部３は屋内に面することになる。そして屋外の太陽光が太陽電池２に入射されると、太陽電池２で発電がなされ、発電された電気は制御回路１４を介して光照射部４に給電される。制御回路１４は、太陽電池２で発電された電気を光照射部４の光源１３の入力電圧にまで昇圧したり、光源１３をパルス的に発光させるようにしたりするように、制御するものである。光照射部４にこのように給電されると、光照射部４は光触媒のバンドギャップ以上のエネルギーを有する波長で発光し、発光した光は透光性基板１５を通して光触媒部３に照射される。このように光触媒部３に光が照射されると、光触媒部３の光触媒が励起され、屋内に面する光触媒部３の表面で、屋内の空気中の有害物質成分や悪臭成分を光触媒作用で分解することができ、屋内の空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。

ここで、光触媒の光触媒作用は半永久的に有効であり、物理的あるいは化学的な吸着によって空気の浄化や消臭をする場合のような飽和状態になるということはなく、半永久的に長期に亘って空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。また光触媒は紫外線などバンドギャップ以上のエネルギーを有する短波長の光が照射されないと十分な光触媒作用を発揮しないものであり、屋内のように太陽光が十分に届かない場所では光触媒作用を十分に得ることは困難であるが、光照射部４からこのような紫外線など短波長の光を光触媒部３に照射することによって、光触媒作用を十分に発揮させて屋内の空気の浄化や消臭を効率良く行なうことができるものである。しかも、光照射部４は太陽電池からの給電で発光するため、省エネルギーであると共に、電源からの配線を行なったりするような必要もないものである。

尚、本発明の機能性建築部材は外壁の他に、屋内の壁に使用することもできる。例えば、照明器具が常時点灯されている廊下と、室内とを仕切る壁に使用した場合、太陽電池２が廊下側に面するように機能性建築部材で壁を形成すると、廊下の照明器具から発光される光を取り入れて太陽電池２で発電をし、この発電した電気で光触媒部３を発光させ、この光を光触媒部３に照射して光触媒を励起することができるものであり、室内に面する光触媒部３の表面で室内の空気の浄化や消臭を行なうことができるものである。特に室内が納戸などとして使用される場合のように、暗い部屋であっても、光触媒部３で室内の空気の浄化や消臭を行なうことが可能になるものである。

図３は本発明の他の実施の形態を示すものであり、制御回路１４に電気的に接続して蓄電手段５が設けてある。蓄電手段５としては、リチウムイオン電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、コンデンサ、キャパシタなどを用いることができるものであり、制御板１２に取り付けて組み付けることができるものである。

このものでは、日中のように外部が明るく、光が多量に太陽電池２に照射されているときは、太陽電池２での発電量が多いので、発電された電気のうち、光照射部４を点灯させるのに必要な量の電気を光照射部４に供給すると同時に、この量を超える電気を蓄電手段５に給電して、電気エネルギーとして蓄電手段５に蓄えるように、制御回路１４で制御されている。そして夜間のように外部が暗くなって太陽電池２への照射量が少なくなり、太陽電池２による発電量が低くなったり、あるいは太陽電池２で発電がなされなくなったりしたときには、太陽電池２から光照射部４に十分な量の電気が給電されなくなるので、その不足分の電気を蓄電手段５から光照射部４に給電するように、制御回路１４で制御されている。従って、外部が明るいときも、外部が暗いときも、光照射部４を点灯させることが可能になり、光触媒部３による空気の浄化や消臭を一日中行なわせることができるものである。

また上記の実施の形態は、機能性建築部材に関するものであるが、上記の各実施の形態のものは、有機物分解用部材として各種家財道具等と組み合わせて用いることができる。この有機物分解用部材は建築部材のような特定の用途に限らず使用することができるものであり、例えば有機物分解用部材を家具の一部、例えば家具の側板などとして使用することができる。この場合、家具の外面に太陽電池２が向くように有機物分解用部材を用いるものであり、家具を設置する室内の照明器具からの光を取り込んで太陽電池２で発電し、この発電した電気で光照射部４を点灯させ、点灯により発光した光を光触媒部４に照射して光触媒を励起させることによって、光触媒部４の表面が面する家具内の空気を浄化したり消臭したりすることができるものである。またこの場合も、上記の機能性建築部材の場合と同様に、太陽電池２は色素増感太陽電池であることが好ましく、太陽電池２で発電された電気を蓄電すると共に、蓄電した電気を光照射部４に給電する蓄電手段５を備えることが好ましい。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
太陽電池２としてシリコン型太陽電池（シェルソーラージャパン社製「ＳＪＪ１０」）を用い、また光源１３として紫外線ＬＥＤ（サンケン電気社製「ＳＥＣＵ１Ｖ０ＡＣ」）を用い、プリント配線板からなる制御板１２の一方の表面に太陽電池２を積層すると共に、制御板１２の他方の表面に光源１３を実装して光照射部４を形成し、制御板１２に設けた制御回路１４を通じて太陽電池２と光照射部４とを接続した。制御回路１４は、太陽電池２で発電された電気をＬＥＤの入力電圧である３．７Ｖまで昇圧して光照射部４に給電し、また光照射部４が１回/秒の発光間隔でパルス的に発光するように、その制御を設定した。

また、すりガラス基材からなる透光性基板１５の片面に光触媒コーティング材（松下電工（株）製「フレッセラＰ」）を３０ｇ／ｍ^２の塗布量でスプレー塗布し、１５０℃で１０分間加熱処理することによって、光触媒部３を形成した。

そして３００ｍｍ×３００ｍｍのポリプロピレン板からなる板状基材１の中央部に１５０ｍｍ×１５０ｍｍの開口部１０を形成し、この開口部１０に、上記の太陽電池２と光照射部４を設けた制御板１２と、光触媒部３を設けた透光性基板１５とを取り付けて、図２に示すような試験用板を作製した。

（実施例２）
太陽電池２として、次のようにして作製した色素増感太陽電池を用いた。

まず、平均一次粒子径が１５ｎｍの高純度酸化チタン粉末をアルコール中に分散させ、スクリーン印刷用のペーストを作製した。このペーストを、厚さ１ｍｍの導電性ガラス基板（旭硝子製、一方の表面にフッ素ドープされたＳｎＯ_２をコーティングすることによって導電層が形成されたガラス基板、シート抵抗１０Ω／□）の導電層の上に塗布して乾燥した。続いて、電気炉を用いて５００℃で３０分間、空気中にて焼成し、導電性ガラス基板上に厚さ７μｍの多孔質酸化チタン膜（半導体層）を形成した。

次に、エタノールに増感色素［Ｒｕ（４、４'−ジカルボキシル−２、２'−ビピリジン）_２（ＮＣＳ）_２］ビス−テトラブチルアンモニウムを３×１０^−４ｍｏｌ／ｄｍ^３の濃度になるように加えて調製した溶液に、上記の半導体層を浸漬した後、半導体層をこの溶液から取り出し、室温で２４時間暗所に静置して、増感色素を半導体層に吸着させた。

一方で、導電性ガラス基板（旭硝子製、一方の表面にフッ素ドープされたＳｎＯ_２をコーティングすることによって導電層が形成されたガラス基板、表面抵抗１０Ω／□）の導電層の表面に、スパッタ法にて白金層を形成した。続いて導電性ガラス基板と白金層とを貫通するようにダイヤモンドドリルにて孔をあけた。尚、ガラス基板にコーティングされたフッ素ドープＳｎＯ_２層からなる導電層と白金層とが対電極である。

次に、上記の半導体層が形成された導電性ガラス基板と対電極との間に、半導体層を囲うように熱溶融性接着剤（三井デュポンケミカル社製「ハイミラン」（登録商標））を配置し、これを加熱しながら厚み方向に加圧して、この接着剤を介して上記の導電性ガラス基板と対電極とを接合した。続いて、上記の孔から導電性ガラスと対電極との間に、γ−ブチロラクトン（溶媒）に、ヨウ素を０．２×１０^−６ｍｏｌ／ｄｍ^３の濃度となるように、テトラプロピルアンモニウムヨージドを０．５ｍｏｌ／ｄｍ^３の濃度になるように、Ｎ−メチルベンズイミダゾールを０．５ｍｏｌ／ｄｍ^３の濃度になるように、それぞれ加えて調製した電解液を注入して電荷輸送層を形成し、最後に上記の孔を塞ぐことによって、受光面積１ｃｍ^２の色素増感型太陽電池を得た。

そしてこの色素増感型の太陽電池２を用い、他は実施例１と同様にして図２に示すような試験用板を作製した。

（比較例１）
３００ｍｍ×３００ｍｍのポリプロピレン板からなる板状基材１の片面の中央部に、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの活性炭シート（味の素ファインテクノ社製）を貼り付けて活性炭シート付き板材を作製し、試験用板を得た。

上記の実施例１，２及び比較例１で得た試験用板を用い、次のようにして性能試験を行なった。

図４に示すように、ポリプロピレン板を組み立てて、一辺が３００ｍｍで一面のみが開口した立方体の箱２０を形成し、箱２０の上面にコック付きの入口２１と出口２２を設けた。そしてこの箱２０の開口した一面に、上記の実施例１，２及び比較例１で得たいずれかの試験用板Ａを嵌め込んで密封することによって、図４のような密閉型ガスセル２３を作製した。尚、実施例１，２で得た試験用板Ａは、光触媒部３が箱２０の内側に向き、太陽電池２が外側になるように配置し、比較例１で得た試験用板Ａは、活性炭シートが箱２０の内側に向くように配置した。

そして、入口２１と出口２２のコックを開いて、入口２１から密閉型ガスセル２３内にガス濃度が１００ｐｐｍのアセトアルデヒドガスを供給し、３０分間パージすることによって、密閉型ガスセル２３内を１００ｐｐｍのアセトアルデヒドで満たした。この後、入口２１と出口２２のコックを閉じて、外部から蛍光灯で５００ｌｘと１０００ｌｘの二水準で光を照射し、１時間照射後の密閉型ガスセル２３内のアセトアルデヒドガス濃度をガスクロマトグラフ（島津製作所製「ＧＣ−１４Ｂ」）で測定した。

続いて、上記と同様にして、密閉型ガスセル２３内に１００ｐｐｍのアセトアルデヒドガスを３０分間パージし、蛍光灯で１時間光を照射してガス濃度を測定するという作業を繰り返して、合計で５０回行なった。

試験結果を表１に示す。表１には、１回目の測定のガス濃度と、５０回目の測定のガス濃度を示した。

表１にみられるように、比較例１のものでは、１回目ではガス濃度が低下しており、空気浄化や消臭の効果がみられたが、５０回目ではガス濃度の低下が大幅に小さくなっており、空気浄化や消臭の効果が低下しているものであった。一方、実施例１，２のものでは、１回目も５０回目も同じようにガス濃度が大きく低下しており、長期に亘って空気の浄化や消臭の効果を維持できることが確認されるものであった。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。（ａ）は本発明の実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は回路のブロック図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す回路のブロック図である。試験で用いた密閉型カプセルの斜視図である。

符号の説明

１板状基材
２太陽電池
３光触媒部
４光照射部
５蓄電手段

Claims

板状基材の一方の面に表面を露出して配置される太陽電池と、板状基材の他方の面に露出して配置される光触媒部と、太陽電池で発電された電気で発光し、光触媒部に光を照射する光照射部とを備えて成ることを特徴とする機能性建築部材。
太陽電池が色素増感太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の機能性建築部材。
太陽電池で発電された電気を蓄電すると共に、蓄電した電気を光照射部に給電する蓄電手段を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の機能性建築部材。
板状基材の一方の面に表面を露出して配置される太陽電池と、板状基材の他方の面に露出して配置される光触媒部と、太陽電池で発電された電気で発光し、光触媒部に光を照射する光照射部とを備えて成ることを特徴とする有機物分解用部材。