JP5614755B2 - 空気清浄機 - Google Patents
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Description
しかしながら、これによれば、対向する二つの電極42及び43がいずれも面状であるため、高い電圧を印加しなければプラズマ放電を生じさせることができず、流路となる内筒電極42と外筒電極43の隙間を近づけても、乾電池の電圧でプラズマを発生させることは困難であるし、仮に発生させることができたとしても、電極間距離が狭すぎて圧力損失が大きすぎ、処理風量を多くすることができない。
特に、自然対流により処理空気を電極間に流通させることを想定すると、圧力損失が置きい場合は空気が流入しないという致命的な欠陥がある。
この多孔質光触媒シート54は、シート状の基材、ガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維、炭素繊維などで形成した不織布状(フェルト状)の基材に、光触媒であるアナターゼ型酸化チタン/フッ素系樹脂のディスパ−ジョンを塗布乾燥後、あるいは、前記基材をディスパージョンに浸漬して引上げ乾燥後、焼成して、基材に光触媒多孔質膜を形成している。
また、空気流路となる絶縁筒内に多孔質光触媒シート54が巻回されて配されているので、プラズマ放電を生じさせることができたとしても、その紫外光で励起されるのは、光触媒体55のパルス電極52側のみであり、絶縁筒51側は励起されにくい。
前記プラズマ励起光触媒ユニットは、平板電極に形成された装着孔に筒状の多孔質光触媒エレメントが取り付けられると共に、当該光触媒エレメントの内側空間が空気の流通する浄化処理空間として形成され、
前記平板電極との間でプラズマ放電を生じさせる針状電極が、前記多孔質光触媒エレメントの一方の開口部から浄化処理空間内に突出するように設けられたことを特徴としている。
ここで、常温大気圧プラズマは雰囲気空気中に窒素及び酸素を含むため、酸化チタン光触媒を励起可能な波長300〜380nmにいくつかのピークを有する紫外光を発する。
また、針状電極は、平板電極の装着孔に取り付けられた筒状の多孔質光触媒エレメントの開口部から浄化処理空間内に突出するように設けられており、針状電極の先端は多孔質光触媒エレメントにより囲まれているので、プラズマ放電により針状電極先端で生じた紫外光が多孔質光触媒エレメントに照射され、多孔質光触媒エレメントがその紫外光により励起された状態になる。
そして、針状電極と平板電極の間で生じているプラズマ放電により汚染物質が浄化処理されると共に、紫外光により励起された多孔質光触媒エレメントに接触してその光触媒作用により浄化処理され、他端側開口部から流出される。
多孔質光触媒エレメント7は両端に開口部11及び12が形成されて、空気の対流中に置かれたときに、浄化処理空間6内に空気が流通し、その方向によって、一方が処理空気流入口となり、他方が浄化空気流出口となる。
すなわち、ハウジング5には、外部から取り入れられた空気がプラズマ励起光触媒ユニット2の浄化処理空間6を通って外部に流出される空気流路が形成されることとなる。
本例では、平板電極8の下方に向かって延設されたそれぞれの光触媒エレメント9の延設側開口部すなわち下端側の開口部6から浄化処理空間6内に向けて針状電極14が設けられている。
まず、フラットなチタン箔22に通気孔となる微細流路21を形成するエッチング処理を行う。
エッチング処理は、純チタンを圧延して形成したチタン箔22の表裏両面にフォトレジスト剤25を塗布する塗布工程(図4(a))と、レジスト剤25の上から非周期的パターンが形成されたマスキングフィルム26、26を重ねて露光する露光工程(図4(b))と、露光後、レジスト剤の感光していない部分を洗浄して感光した部分をチタン箔表面に残す洗浄工程(図4(c))と、レジスト剤25で非周期網目パターンがマスキングされたチタン箔22をエッチング液に浸漬し、表裏両面からチタン箔22の厚さの半分まで浸食させることにより表裏を貫通する多数の微細流路21…を形成する浸漬工程(図4(d))からなる。
このように形成されたメッシュ状のチタン箔22の空隙率(エッチング処理後の重量/エッチング処理前の重量)は20%程度である。
また、その表面を拡大観察すると、この時点では、図5(a)に示すように、概ねフラットな状態となっている。
陽極酸化処理は、リン酸浴(例えばリン酸3%水溶液)中で、陽極となるチタン箔22と陰極との間に所定電圧を印加して行われ、その結果、図5(b)に示すように、チタン箔22の表面が酸化されて陽極酸化皮膜が形成される。
このとき、酸化皮膜は、チタン箔22の表裏両面だけでなく、微細流路21の内壁面などリン酸浴に曝されている全表面に形成される。
その表面を拡大観察すると、エッチング処理した時点でフラットだった表面に、陽極酸化処理及び加熱処理によるひび割れ27が多数出現する。
なお、チタンを陽極酸化処理した場合、その酸化皮膜の厚さに応じて光の干渉により異なる色が発色し、厚さ70nm程度で紫色、150nm程度で緑色、200nm程度でピンク色を呈することが知られている。本例では、厚さ70nmの皮膜を形成した。
表面に酸化チタンベース層23が形成されたチタン箔22をアナターゼ型酸化チタン粒子26を分散したスラリー中にディッピングした後、これを550℃で焼き付けると、図5(c)に示すように、チタン箔22の表裏両面及び微細流路21の内壁面に光触媒層24が形成される。
さらに、エッチング処理により微細流路21を形成したことにより表面が複雑な凹凸形状をなし、陽極酸化皮膜でなる酸化チタンベース層23はミクロンオーダーの微細なひび割れ28を生ずるため、その上に光触媒層24が強固に結合するだけでなく、表面積が増え、処理効率が格段に向上する。また、UV光を照射したときに光触媒層24の表面及び酸化チタンベース層23との界面で乱反射/光散乱が起き、UV光を効率よく利用できる。
さらにまた、チタン箔を使用したことで、耐熱性、耐薬品にも優れるため、過酷な使用条件の下でも使用に耐え得る。
空気清浄機1は、スイッチボタン16をオンすると、例えば、30分連続運転した後、2時間停止して、再び30分間連続運転するというように自動的に断続運転されている。
運転中は、平板電極8と針状電極14が反対極性のプラズマ発生電極として機能する。
ここで、常温大気圧プラズマは雰囲気空気中に窒素及び酸素を含むため、酸化チタン光触媒を励起可能な波長300〜380nmにいくつかのピークを有する紫外光を発する。
また、針状電極14は、平板電極8の装着孔9に取り付けられた筒状の多孔質光触媒エレメント7の下端開口部12から浄化処理空間6内に突出するように設けられており、針状電極14の先端は多孔質光触媒エレメント7により囲まれているので、プラズマ放電により針状電極14の先端で生じた紫外光は多孔質光触媒エレメント7に照射され、多孔質光触媒エレメント7がその紫外光により励起された状態になる。
すなわち、家庭用大型冷蔵庫は、一般に、庫内背面側上方から手前に向かって冷気が噴出され、扉面側に沿って上方から下方へ降下しながら周囲を冷却し、これによって温度上昇した空気が背面側の壁面に沿って下方から上方へ上昇する循環対流が形成されている。
したがって、空気清浄機1を冷蔵庫内背面側に置けば、ハウジング5の下方開口部4から上方開口部3へ抜ける空気流が形成される。
また、多孔質光触媒エレメント7は、多数のラビリンス流路により網状に形成されているので、このエレメント7を透過して浄化処理空間6の外側から内側に流入した空気も浄化されるので、滞留が起こりにくく処理効率に優れる。
浄化処理空間6では、針状電極14と平板電極8との間でプラズマ放電を生じているので、空気中に含まれる臭気成分等の汚染物質が、そのプラズマの作用により浄化処理されると共に、紫外光により励起された多孔質光触媒エレメント7に接触してその光触媒作用により二重に浄化処理される。
出願人の実験によれば、従来の冷蔵庫用脱臭剤などに比して、庫内環境の改善が顕著であった。
2 プラズマ励起光触媒ユニット
3、4 開口部
5 ハウジング
6 浄化処理空間
7 多孔質光触媒エレメント
8 平板電極
9 装着孔
11、12 開口部
13 隔壁
14 針状電極
Claims (5)
- 空気流路中にプラズマ励起光触媒ユニットが配され、空気中の汚染物質を常温大気圧プラズマ放電により分解すると共に、プラズマ放電に伴って生じた紫外光で励起された光触媒により分解するプラズマ/光触媒併用型の空気清浄機において、
前記プラズマ励起光触媒ユニットは、平板電極に形成された装着孔に筒状の多孔質光触媒エレメントが取り付けられると共に、当該光触媒エレメントの内側空間が空気の流通する浄化処理空間として形成され、
前記平板電極との間でプラズマ放電を生じさせる針状電極が、前記多孔質光触媒エレメントの一方の開口部から浄化処理空間内に突出するように設けられたことを特徴とする空気清浄機。 - 前記多孔質光触媒エレメントは、通気孔となる多数の微細流路が形成されたチタン箔を筒状にし、その表面に陽極酸化皮膜による酸化チタンベース層が形成され、さらに、その表層に光触媒層となるアナターゼ型酸化チタン粒子が焼き付けられてなる請求項1記載の空気清浄機。
- 前記プラズマ励起光触媒ユニットは、平板電極に形成された複数の装着孔のそれぞれに筒状の多孔質光触媒エレメントが取り付けられると共に、針状電極がそれぞれの浄化処理空間内に向けて設けられてなる請求項1又は2記載の空気清浄機。
- 前記多孔質光触媒エレメントが、平板電極の片側に延設され、その延設側開口部から浄化処理空間内に向けて針状電極が設けられて成る請求項1乃至3いずれか記載の空気清浄機。
- 前記プラズマ励起光触媒ユニットが、上下に空気流入流出用の開口部を形成したハウジング内に設けられ、当該ハウジングには、外部から取り入れられた空気が前記プラズマ励起光触媒ユニットの浄化処理空間を通って外部に流出される空気流路が形成されて成る請求項1乃至4いずれか記載の空気清浄機。
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