JP6704297B2 - 有害物質分解除去装置、室内空気浄化装置及び治療用隔離チャンバー - Google Patents

Description

本願発明は、有害物質分解除去装置、揮発性有機化合物の除去方法、これを用いた治療用隔離チャンバー等に関する。詳しくは、有害な揮発性有機化合物を分解除去できる有害物質分解除去装置等に関する。

近年、シックハウス症候群（Ｓｉｃｋ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｙｎｄｒｏｍｅ）が問題となっている。シックハウス症候群は、新築の住居等において、主として住宅室内の空気質に関する問題が原因として発生する体調不良を指す場合が多い。たとえば、室内空気が汚染された結果、その空気を居住者が吸引することにより発生するとされている。

室内空気の汚染源の一つとして、家屋など建物を構成する建材や、家具等に利用される接着剤や塗料などに含まれるホルムアルデヒド等の有機溶剤や、木材を昆虫や白蟻から守る防腐剤等から発生する揮発性有機化合物（Ｖｏｌｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：以下、ＶＯＣという。）が知られている。

厚生労働省は、シックハウス（室内空気汚染）問題に関する検討会を設置し、住宅内の空気質調査を元に、住宅内に多く見られた物質を中心として、物質の人体に対する影響を考慮して、１３種類の揮発性有機化合物について、濃度指針値を示している。この濃度指針等について、平成１２年〜平成１４年にかけて、中間報告が発表されている。

また、多くのＶＯＣは、上記シックハウス症候群を引き起こすのみならず、腎臓や肝臓等の内臓疾患を引き起こすことが知られている。国立行政法人産業技術研究所は、種々のＶＯＣに関して、ヒト健康リスク等に関する評価書を作成している。

一方、病院等における院内感染の問題が多発している。院内感染は接触感染のみならず、微小粒子に細菌やウイルスが付着して空気中を漂うことにより発生すること（空気感染）が知られている。

接触感染を防止するのは比較的容易であるが、空気感染を防止するのは非常に困難である。従来の技術として、高性能なヘパフィルター等を用いて患者の所在する空間を隔離する手法が知られている。

特開平１０−３３７４３６号

平成２１年度 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構環境技術開発部委託業務報告書「循環社会構築型光触媒産業創成プロジェクト 可視光応答型光触媒の性能評価試験方法に関する標準化事業」平成２２年３月 社団法人日本ファインセラミックス協会

上記厚生労働省によって作成された濃度指針は、「現時点で入手可能な毒性に係る科学的見地から、ヒトがその濃度の空気を一生涯にわたって摂取しても、健康への有害な影響は受けないであろうと判断される値を算出したもの。」とされる。

しかしながら、上記濃度指針は「現時点」における暫定的なものであり、日本のみならず世界各国において、上記濃度指針以下の濃度で健康被害が生じるというデータも多く出ている。たとえば、上記濃度指針では、ホルムアルデヒドの基準値が０．０８ｐｐｍとなっているが、小児喘息を減少させるには、０．０１６ｐｐｍ以下にする必要があるとの報告があるとされている（かもがわ出版、「化学物質過敏症」石川哲、宮田幹夫著）。

また、シックハウス症候群を引き起こす揮発性有機化合物は多岐にわたり、これら種々の物質に対して、適正な濃度指針を作成するのは困難である。さらに、揮発性有機化合物に対する薬物過敏性を獲得した患者では、上記濃度指針以下の濃度の有機物を摂取し、あるいは接触した場合でも、アレルギー反応を発症する可能性が高くなることは明らかである。また、上記薬物過敏性を獲得した患者は、特定の揮発性有機化合物のみならず、種々の揮発性有機化合物に対して過敏反応が生じることが知られている。

また、人体に悪影響を与える揮発性有機化合物は、上記濃度指針に記載されたものに限られず、また、今後、毒性のある新たな揮発性有機化合物が生成される可能性もある。

また、平成１４年の中間報告では、「特殊な発生源がない限り全ての室内空間が対象となる」と記載されている。しかしながら、室内を構成する建材の全体から均一に揮発性有機化合物が発散し、室内全体が同じ濃度にあることはなく、特定の建材や家具等から発散することが多い。このため、それらの近傍では、上記濃度指針以上の濃度となっている場合が多い。また、複数種類の揮発性有機化合物が複合されている場合も多い。

したがって、上記濃度指針は一応の安全基準として利用できるものの、有害物質分解除去装置に要求される性能は、たとえばホルムアルデヒド等の建材等に広く用いられ、上記濃度指針に規定された濃度が高いものについては、少なくとも上記基準の２分の１以下の濃度を達成できる必要があると考えられる。

上記種々の揮発性有機化合物を精度高く除去するには、大掛かりな装置が必要である。また、高い濃度の揮発性有機化合物に暴露されるのは、一般家庭の室内である場合が多い。従来の空気清浄機は、埃や細菌を除去する能力は高いが、揮発性有機化合物を精度高く除去するのは困難である。また、特許文献１に記載されているような、従来の揮発性有機化合物を除去できるとされる空気清浄機では、充分な効果を得ることができないことは明らかである。

また、非特許文献１に記載されているように、光触媒の有用性、特に揮発性有機化合物や、細菌ウイルスに対する除去性能は実証されているが、実効性のある製品化技術について、十分な知見が得られていない。

本願発明は、室内における揮発性有機化合物や、浮遊細菌・ウイルスを、精度高く低減させることができる有害物質分解除去装置を提供するとともに、有機化合物過敏症に到った患者や、感染症患者に対して、治療環境を提供できる隔離チャンバーを提供することを課題とする。

本願発明は、繊維を交絡させて形成されたシート状多孔質体の少なくとも表面近傍に光触媒を保持させた光触媒担持体と、上記光触媒担持体に所要の光を照射する光源と、上記光触媒担持体の表面に沿って設けられたガス流路とを備え、上記光触媒を用いて空気中の揮発性有機化合物及び／又は有害微生物を除去する有害物質分解除去装置である。上記光触媒担持体は、上記ガス流路を構成する所定の隙間を開けるとともに、上記光源を囲むようにして、上下方向に同心円筒状に配置された外側光触媒担持体及び内側光触媒担持体を備えて構成されている。また上記光触媒担持体及び上記ガス流路の上方を覆うとともに、略円錐状に形成されて上方に空気排出口を設けた上壁部と上記光触媒担持体の外周にガス流路を構成する所定の隙間を開けて設けられた円筒状の光反射板とを備えて構成されている。上記光源は、上記光触媒担持体の内方面を照射できるように側壁部に設けた発光素子と、上記上壁部の内面を照射できるように頂部に設けた発光素子とを備える円筒状に形成されている。上記光触媒担持体は、所定の光反射率と光透過率とを有し、また、光を通過させる開口部を備えるとともに、各光触媒担持体を透過及び通過した光、及び各光触媒担持体の表面で反射された光が、これらに対向する上記光触媒担持体、上記上壁部及び上記光反射板の各表面に照射されるように構成されている。上記光反射板及び上記上壁部は、繊維を交絡させて形成された所定の光反射率を有するシート状多孔質体から形成されている。上記光反射板の内側表面において反射された光が対向する上記光触媒担持体に照射されるように構成されているとともに、上記頂部に設けた発光素子から照射されて上記上壁部の内面で反射された光が、上方から上記光触媒担持体及び上記ガス流路に照射されるように構成されている。上記光反射板の内側表面に、上記光触媒が保持されている。

上述したように、光触媒を用いて種々のＶＯＣや、細菌・ウイルスを分解除去できることが知られている。しかし、光触媒を用いてＶＯＣ等を精度高く分解するには、光触媒に対して高いエネルギーを持った光を照射する必要がある。また、光触媒の反応面積を大きく設定するとともに、揮発性有機化合物等の有害物質を含むガスを、上記光触媒の近傍を通過させる必要がある。

本願発明に係る上記光触媒担持体は、繊維を交絡させて形成されたシート状多孔質体から形成されているとともに、上記光源から放射された光が所定量通過できるように構成されている。このため、一のシート状光触媒担持体を通過した光を、光の照射方向に対して上記一のシート状光触媒担持体の後方に位置する他の光触媒担持体に照射することが可能となる。このため、一の光触媒担持体の光源に対する背面側にも、空気等を流動させるガス流路を設けることが可能となり、分解対象となる空気等のガスの処理量を増加させることができる。また、一のシート状光触媒担持体における上記光源と反対側の表面に担持された光触媒に光を照射することもできる。このため、光を照射できる光触媒担持体の表面積をこれまでになく大きく設定することが可能となる。

また、光源に対して背面側にもガス流路を設けることができるため、光触媒担持体間の隙間を小さく設定してもガス流路の断面を確保することが可能となり、大量のガスを光触媒担持体の表面近傍で流動させることが可能となる。このため、光触媒による揮発性有機化合物等の分解効率や除去精度が高まる。

光が通過できる光触媒担持体を構成する手法は特に限定されることはない。シート状多孔質体内を光が通過できるように構成することができる。上記光触媒担持体を、少なくとも可視光線域の波長の光に対して、５％〜８０％の光透過率、より好ましくは、１０〜５０の光透過率を有するように構成するのが望ましい。光触媒担持体自体に光透過性を持たせることにより、上記光触媒担持体内を透過する光を、上記光触媒担持体の内部及び／又は上記光源側と反対側の表面近傍に担持させた光触媒に照射するように構成することができる。この構成を採用することにより、装置内に配置される光触媒担持体の表面の全域に、所要の強さの光を照射することが可能となる。このため、上記ガス流路を流れるガス中の揮発性有機化合物を効率よく分解できるのみならず、光源から照射される光を効率よく利用することが可能となる。

しかも、光触媒担持体に担持された光触媒のほぼすべてに光を照射することが可能となり、有機化合物分解性能を格段に高めることができる。特に、上記光源と反対側の表面近傍に担持された光触媒にも光が照射されるため、光源の光を極めて有効に利用することができる。

上記光触媒担持体に光を通過させる手法として、上記光触媒担持体自体に光の透過性を持たせることができる。上記光透過率は、シートの厚みを調整することにより、所要の値に設定できる。また、上記光触媒担持体に、上記光源からの光を通過させる開口部を設けることができる。上記開口部を通過した光を、ガス流路を構成する上記隙間を介して配置された他の光触媒担持体の表面に照射し、上記他の光触媒担持体で反射される光を対向する光触媒担持体の表面に照射できるように構成することができる。

この手法を採用することにより、光源からの光の強度を低下させることなく、一の光触媒担持体の背面側に配置した複数の光触媒担持体の表面に照射することが可能となる。上記光触媒担持体を、光透過性のある材料で形成するとともに、上記開口部を備えて構成するのが望ましい。これにより、光源から離れて位置する光触媒担持体に所要の光を照射することが可能となり、有害物質の分解効率を高めることができる。

さらに、上記各光触媒担持体の表面を、少なくとも可視光線域の波長の光に対して、２０〜９５％の光反射率、より好ましくは、６０〜９５％の光反射率を備えるように構成し、各光触媒担持体の表面で反射した光を対向する光触媒担持体の表面に照射するように構成するのが好ましい。これにより、上記ガス流路を構成する光触媒担持体の表面で光が散乱して、光触媒担持体表面に光をくまなく照射することが可能となる。これにより、光触媒担持体表面に照射される光の強度が均一化されて、上記光触媒担持体間を流れるガスに含まれるＶＯＣや細菌・ウイルスを精度高く分解することが可能となる。上記範囲の反射率以下では、光が十分に散乱せず、装置内を所要の照度に保持することが困難になる。

また、光触媒担持体の形態に応じて、上記光通過性と上記光反射率を組み合わせて調整することにより、光触媒担持体の表面に対して、均一な光を照射することが可能となる。

上記光触媒担持体の配置形態は特に限定されることはない。たとえば、光触媒担持体を、上記ガス流路を構成する所定の隙間を開けて同心円筒状に配置された外側光触媒担持体と内側光触媒担持体とを備えて構成し、中央部に設けた光源から、上記内側光触媒担持体の内面に光を照射し、上記内側光触媒担持体を通過した光を、上記ガス流路を介して対向する外側光触媒担持体の内面に照射するとともに、上記外側光触媒担持体の内面で反射された光を、上記内側光触媒担持体の外面に照射するように構成することができる。

上記構成を採用すると、光源から光が放射状に照射されるため、光源からの光を効率よく利用することができる。このため、装置の容積に比して、分解効率の高い装置を構成できる。

また、上記光触媒担持体を、上記ガス流路を構成する所定の隙間を開けて平行状に配置された第１の光触媒担持体と第２の光触媒担持体とを備えて構成し、第１の光触媒担持体の一側に設けた光源から、上記第１の光触媒担持体の一方の面に光を照射し、上記第１の光触媒担持体を通過した光を、上記ガス流路を介して対向する第２の光触媒担持体の一方の面に照射するとともに、上記第２の光触媒担持体の一方の面で反射された光を、上記第１の光触媒担持体の他方の面に照射するように構成することができる。

上記構成を採用すると、厚みの小さい装置を構成することが可能となる。このため、室内の壁面に取り付けて用いることができる有害物質分解除去装置を提供できる。

上記光触媒担持体の外側に、ガス流路を介して光反射板を設け、上記光反射板に反射した光を対向する光触媒担持体の表面に照射するように構成することができる。光反射板を構成する材料は特に限定されることはない。上記光反射板は光を透過させる必要がなく、反射率の高いものを採用できる。また、上記光反射板の表面に光触媒を担持させるのが好ましい。また、上記各光触媒担持体の上方に、略円錐状に形成されるとともに、上方に空気排出口が形成された上壁部を設けるのが好ましい。上記上壁部も上記光反射板と同様の材料から形成することができる。

揮発性有機化合物や、細菌ウイルスを所要の程度まで低下させるには、光源から発せられた光が一の光触媒担持体を通過し、これに対向する光触媒担持体表面に照射される光の照度が、５０００ルクス以上となるように構成するのが望ましい。さらに、上記光触媒担持体の全表面における照度が５０００ルクス以上になるように構成するのが望ましい。本願発明では、光触媒担持体に光通過性及び光反射性を持たせているため、装置を構成する光触媒担持体の全表面を５０００ルクス以上の照度に設定することが可能となる。

上記光触媒担持体のすべての表面に５０００ルクス以上の光が照射されるように、上記光源の光強度、上記光触媒担持体の光透過率、上記開口部の形状、配置等を設定するのが好ましい。

繊維を交絡させて形成されたシート状多孔質体であれば、上記光触媒担持体を構成する材料は特に限定されることはない。たとえば、上記光触媒担持体を、セルロース繊維を用いたパルプモールド法によって形成することができる。上記光触媒担持体の表面の、少なくとも可視光線領域の波長の光に対する反射率が、２０〜９５％となるように、上記セルロース繊維を漂白して光触媒担持体の白色度や表面粗さ等を設定するのが好ましい。

上記光触媒担持体を、表面に凹凸を備えて構成するのが好ましい。上記凹凸を設けることにより、光触媒担持体の表面積を増加させることができる。たとえば、椀状、あるいはカップ状の凹凸を設けることができる。上記凹凸の底部あるいは頂部に上記開口部を設けることができる。

上記ガス流路を流動する揮発性有機化合物や、細菌・ウイルスを上記光触媒担持体の表面に吸着させてから分解するように構成することができる。すなわち、上記光触媒担持体の吸着性能を高め、上記分解機能と吸着機能とを組み合わせて、有害な有機化合物を分解除去することができる。上記光触媒担持体の吸着性能を高めるため、揮発性有機化合物等を吸着する吸着成分を含ませることができる。たとえば、二酸化珪素等の粉体を、光触媒担持体に担持させることにより、揮発性有機化合物の吸着性能を高めることが可能となる。上記二酸化珪素は光によって変質せず、吸着した揮発性有機化合物を光触媒の近傍に留めることができる。このため、分解途中の中間生成物を吸着させて分解を促進することができる。

また、細菌等が付着した微粒子を補足するために、上記光触媒担持体に静電気を帯びるように構成することもできる。

上記光源の種類も限定されることはなく、光触媒反応を生じさせる光であればよい。たとえば、上記光源を、ＬＥＤ発光素子を備えて構成することができる。また、紫外線を照射できる光源を採用してもよい。また、本願発明では、上記光触媒担持体及び上記ガス流路の上方を覆うとともに、略円錐状に形成されて上方に空気排出口を設けた上壁部を備えて構成される。上記上壁部は、光を反射する材料で形成されている。そして、上記光源として、円筒状の壁部の外周のみならず、頂部に多数の発光素子を配列して構成したものを採用することにより、上記上壁部の内面で反射された光を、上記光触媒担持体及び上記ガス流路の上方から照射することが可能となり、光触媒担持体に担持された光触媒の作用をより高めることができる。

上記光源の表面近傍にも揮発性有機化合物や細菌等が付着した塵等が流動するため、これら物質が光源の表面に付着して、光の照射効率が低下する恐れがある。たとえば、上記ＬＥＤ発光素子を採用した場合、ＬＥＤ発光素子の表面に沿ってガスが流動するため、揮発性有機化合物が、上記ＬＥＤ発光素子の表面に吸着されて光の照射量が減少し、揮発性有機化合物の分解効率が低下する恐れがある。上記不都合を回避するため、上記ガス流路を流れるガスが、上記ＬＥＤ発光素子に接触するのを阻止する透光性の隔離シートを設けることができる。

上記透光性の隔離シートは、種々の材料から形成することができる。たとえば、光によって劣化しにくい透光性の樹脂フィルムを採用することができる。上記隔離シートは、光源側に設けることもできるし、光触媒担持体の側に設けることもできる。上記光触媒担持体を、上記隔離シートを備えて形成し、これら部材を一体的に交換できるように構成することもできる。

上記隔離シートの形態は、光源の形態及び光触媒担持体の形態に応じて形成することができる。たとえば、円筒状の光源の周囲に円筒状の光触媒担持体を配置して構成される装置においては、上記光源を囲む円筒状の隔離シートを設けることができる。一方、平板状の光源と平板状の光触媒担持体を配置して構成される装置においては、上記光源と上記光触媒担持体の間に、平板状の隔離シートを配置することができる。

分解効率を高めるには、揮発性有機化合物等を含むガスをできるだけ光触媒担持体の表面近傍で流動させるのが効果的である。このため、一の光触媒担持体の表面に沿って流動するガスを、一方の側面から他方の側面に流動させるガス通過孔を設けることができる。

上記ガス通過孔の形態は限定されることはないが、一方向に流れるガスを一の側面から他の側面に誘導するため、光触媒担持体に凸部を設け、この凸部におけるガスの流動方向と反対側に開口する通過孔を設けるのが好ましい。また、光触媒担持体に凹凸を設け、上記凹凸の側面に、ガスの流れに対向する向きに開口する通過孔を設けることができる。

上記ガスを流動させる手法は特に限定されることはない。たとえば、光源から発せられる熱による対流現象を利用して、上記ガス流路の下方から上方に向けてガスを流動させることができる。また、電動ファン等を利用して強制的に流動させることもできる。

上記有害物質分解除去装置は、単独で、あるいは種々の空気清浄機構と組み合わせて、室内空気浄化装置として構成できる。たとえば、塵を除去するフィルター等を設けることもできる。なお、本願発明に係る有害物質分解除去装置は、光触媒の作用によって高い殺菌性能を備えており、上述したように空気感染を防止する目的で使用することもできる。

また、本願発明に係る有害物質分解除去装置は、有機化合物の分解性能が高いため、空気中の揮発性有機化合物の濃度を非常に低く保持することができる。このため、揮発性有機化合物によって発症する疾病、たとえば、所定物質の過敏性（アレルギー）に対する治療装置を構成できる。特に、治療装置として用いる場合、少なくとも患者の存在空間における総有機化合物濃度を０．００５ｐｐｍ以下に設定できるように構成するのが望ましい。上記濃度は、一般的なガス検知管の検出限度であり、主な揮発性有機化合物の濃度を上記の濃度以下にすることにより、所要の効果を期待できる。

また、上記治療装置の一形態として、揮発性有機化合物に対しての過敏性を獲得した患者を収容できる隔離チャンバーを設け、この隔離チャンバー内に上記有害物質分解除去装置を設けて、上記隔離チャンバー内の空気を循環させつつ、上記隔離チャンバー内の所定の揮発性有機化合物の濃度を０．００５ｐｐｍ以下まで減少させるように構成することもできる。上記隔離チャンバーの形態は特に限定されることはなく、たとえば、患者の周囲の空間を通気性のないシート等で区画して構成することもできる。これにより、患者の病状を改善することが可能となる。

また、本願発明に係る有害物質分解除去装置は、細菌・ウイルスの除去性能も高い。このため、感染症の患者を隔離する目的で、本願発明に係る上記有害物資分解除去装置及び上記隔離チャンバーを用いることができる。

さらに、介護が必要な老人は感染症にかかりやすい。すなわち、健康な人が保有する細菌等によっても、感染症を引き起こす危険性がある。本願発明に係る有害物質分解除去装置は居室等に容易に設置できるものであるため、老人等の居室に設置して、家庭内の感染症を防止する手段として用いることもできる。

室内における揮発性有機化合物の濃度を精度高く低減させることができるとともに、空気中を浮遊する細菌ウイルスを低減させることができる、有害物質分解除去装置を提供することができる。

本願発明の第１の実施形態に係る有害物質分解除去装置の断面図である。 図１に示す有害物質分解除去装置の分解図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う平面図である。 図１におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図４の要部拡大図であり、光の進路を説明するための断面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 本願発明に係る光触媒担持体の構造を模式的に示す拡大断面図である。 本願発明に係る第２の実施形態に係る有害物質分解除去装置の作用を模式的に示す断面図である。 本願発明に係る第３の実施形態に係る有害物質分解除去装置の作用を模式的に示す断面図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置の第４の実施形態を示す断面図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置の第５の実施形態を示す断面図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置を用いて構成される治療用チャンバーの概略図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置の性能を示す図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置の性能を示す図である。 本願発明に係る有害物質分解除去装置の性能を示す図である。 第１の実施形態に用いた光触媒担持体の光透過率のグラフである。 第１の実施形態に用いた光触媒担持体の光反射率のグラフである。 図１６に示す光触媒担持体の光触媒を担持していない場合の光透過率のグラフである。 図１７に示す光触媒担持体の光触媒を担持していない場合の光反射率のグラフである。

以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。

図１は、本願発明の第１の実施形態に係る有害物質分解除去装置１の内部構造を示す断面図であり、図２は、図１に示す有害物質分解除去装置１の部材構成を示す分解図である。

本願発明に係る有害物質分解除去装置１は、円筒状の壁部２ａの外周及び頂部に多数のＬＥＤ発光素子２ｂを配列して構成された光源２と、この光源２を囲むように配置された円筒状の内側光触媒担持体３ａと、上記内側光触媒担持体３ａを囲むように配置された外側光触媒担持体３ｂと、上記外側光触媒担持体３ｂを囲むように形成された円筒状の光反射板４と、上記光反射板４を支持するとともに、上記各部材を収容する外壁部５とを備える。また、上記各光触媒担持体３ａ，３ｂの上方には、略円錐状に形成されるとともに、上方に空気排出口１０ａが形成された上壁部１０が設けられている。上記上壁部１０も上記光触媒担持体３ａ，３ｂと同様の材料から形成されている。

図５及び図６に示すように、上記光源２と上記内側光触媒担持体３ａとの間には第１のガス流路６が、上記内側光触媒担持体３ａと上記外側光触媒担持体との間には第２のガス流路７が、上記外側光触媒担持体３ｂと上記光反射板４との間には第３のガス流路８が設けられている。

上記光源２の下方には、上記各部材を所定の高さ位置で保持するスタンド９が設けられている。上記スタンド９の内部には、上記光源２に電力を供給する電気配線が内蔵されており、電源コード１１が延出されている。上記スタンド９の頂部には上記光源２が接続されたソケット９ａが設けられている。また、スタンド９の上方側部から半径方向外方へ放射状に延びるとともに上記外壁部５に連結された支持部材１２が設けられており、上記内側光触媒担持体３ａと上記外側光触媒担持体３ｂが、上記ガス流路６，７，８を構成する隙間を介して所定位置に位置決め保持されている。なお、第１の実施形態では、上記外壁部５を円筒状の部材で形成したが、骨組みのみで形成することもできる。また、上記光反射板４を、上記光触媒担持体３ａ，３ｂと同じ材料から形成し、光の一部を装置の外部に洩らして照明装置として機能させることもできる。

図７は、光触媒担持体の構造を模式的に示す拡大断面図である。

図７に示すように、上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）は、セルロース繊維を主成分とする繊維材料１５をパルプモールド法よって、厚さ１．５ｍｍ〜２．０ｍｍに一体成形することによりシート状多孔質体が形成されている。また、上記繊維材料１５は、所要の透光性を有する密度で交絡成形されている。

図５及び図６に示すように、上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）は、上記光源２に向かって突出する中空凸部２０が、所定の配列で形成されている。上記中空凸部２０は、上記光源２に向かって断面積が減少するカップ状に形成されており、上記中空凸部２０の頂部には、光源からの光を通過させる開口部２１が形成されている。そして、上記中空凸部２０が縦横に配列形成された板状部材を、湾曲させて端縁を接合することにより、円筒状の上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）が形成されている。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態に係る光触媒担持体３ａ（３ｂ）は、波長４５０ｎｍ以上の可視光線域における波長の光の透過率の平均が、５％以上であるとともに、表面での光反射率が、ほぼ９０％となるように形成されている（島津製作所ソリッドスペック３７００を用いて、拡散反射率及び全光線透過率を計測：参考 ＪＩＳＰ８１４８、ＪＩＳＰ８１４９、ＪＩＳＰ８１５２）。上記光透過率は、厚みを調整することにより、５〜８０％の範囲に設定できる。また、上記光反射率は、上記繊維材料１５の交絡密度及び各繊維の白色度等を調整することにより設定できる。本願発明に係る光触媒は、接着剤等を用いることなく、各繊維の表面に保持される。このため、上記繊維表面の反射率を高めることにより、上記光触媒の反応効率をより高めることができる。また、繊維表面の反射率を大きく設定することにより、繊維の劣化速度を低減させることもできる。

上記光触媒担持体の表面には、光触媒１６として粉体状の二酸化チタンが担持されている。上記二酸化チタンとして、アナターゼ型結晶構造を有する、平均粒度が０．０１〜０．０５μｍの二酸化チタンを採用するのが好ましい。また、上記二酸化チタンの比表面積も特に限定されることはなく、５０〜３００平方メートル／ｇのものを採用することができる。さらに、本実施形態では、上記二酸化チタンに加え、銀粒子等の他の光触媒粒子を担持させることができる。

図７に示すように、粉体状の二酸化チタンからなる光触媒１６は、上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）の少なくとも表面近傍に担持させられている。上記光触媒１６を担持させる手法は特に限定されることはない。また、上記光触媒の担持部位も限定されることはない。たとえば、光触媒を水に分散させた溶液を、上記光触媒担持体の表面にスプレイすることにより、光触媒１６を、光触媒担持体の表面からある深さ範囲に保持させることができる。また、バインダ等の光触媒を担持させるための添加剤を用いることなく、光触媒の粒子を交絡させた繊維間あるいは繊維の表面に担持させることができる。これにより、上記光触媒担持体の表面近傍を流れる空気中の揮発性有機化合物に対して、光触媒を効果的に作用させることができる。また、光触媒粒子を分散させた溶液中に光触媒担持体３ａ（３ｂ）を浸漬することにより、光触媒担持体の厚み方向中央部まで光触媒を担持させることができる。

本実施形態では、上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）は、光透過性を有しているため、光源からの光が直接照射される半径方向内面に担持された光触媒のみならず、光源と反対側の半径方向外面に担持された光触媒にも光が照射される。このため、上記光触媒担持体３ａ（３ｂ）の表裏両面に沿って流れる空気中の揮発性有機化合物を効率よく分解することが可能となる。

さらに、図５に示すように、本実施形態に係る上記光触媒担持体３ａ，３ｂに設けた上記中空凸部２０の頂部には、上記光源２からの光を直接通過させる円形の開口部２１が設けられている。上記内側光触媒担持体３ａと上記外側光触媒担持体３ｂの上記開口部２１は、上記光源２からの光の一部を通して通過させることができるように、所定量ずらして配置されている。この構成によって、上記光源２からの光を上記外側光触媒担持体３ｂの内面及び上記光反射板４の表面（内面）に直接照射することが可能となる。また、上記各光触媒担持体の表面の光反射率が９０％であるため、対向する光触媒担持体間で光が乱反射されて、光触媒担持体表面の光の強度を均一化することが可能となる。

しかも、上述したように、上記各光触媒担持体３ａ，３ｂは、所定の光透過性を有しているため、上記各光触媒担持体３ａ，３ｂを透過した光も、対向する光触媒担持体に照射されることになる。

加えて、各光触媒担持体３ａ，３ｂ及び光反射板４は、所定の光反射率を備え、表面において光を乱反射させることかできるように構成されている。このため、各光触媒担持体３ａ，３ｂ、及び光反射板４の表面で反射された光は、対向する光触媒担持体に光を照射される。この結果、上記光源２から照射される光を、上記光触媒担持体の表裏全面、及び光反射板の全面にくまなく照射することが可能となる。これにより、各光触媒担持体３ａ，３ｂ及び光反射板４の表面に担持された光触媒に効率よく光を照射することが可能となる。

上記光触媒担持体３ａ，３ｂ及び光反射板４の表面において、揮発性有機化合物を精度高く分解し、あるいは細菌やウイルスを分解するには、各部材の表面に照射される光の強度が５０００ルクス以上となるように設定するのが好ましい。本実施形態に係る上記光源２は、内側光触媒担持体３ａの内面に対して７００００ルクスの照度を発揮できるように構成されており、上記光触媒担持体３ａ，３ｂの光透過率及び光反射率、及び上記光反射板４の光反射率によって、これら部材の表面全域に照射される光の強度が５０００ルクス以上となるように設定されている。

上記構成の有害物質分解除去装置１においては、光触媒担持体３ａ，３ｂの表面全域に、強度の高い光を照射することができる。このため、上記光触媒担持体３ａ，３ｂの表面に担持された光触媒の活性が高められて、その近傍を流れる揮発性有機化合物や、細菌・ウイルスを効率よく分解除去することが可能となる。

図６に示すように、上記内側光触媒担持体３ａと上記外側光触媒担持体３ｂにおける上記中空凸部２０は、上下方向にも所定量ずらして配列されている。このため、図６に示すように、光源２からの光は、図５に示す場合と同様に、内側光触媒担持体３ａ及び外側光触媒担持体３ｂの内面及び外面にくまなく照射される。

図６に示すように、上記光源２から放射される熱によって、上記各光触媒担持体及び光反射板４の温度が上昇し、空気が下方から上方にむかって対流させられる。また、上記中空凸部２０の頂部に設けた開口部２１から空気が各ガス流路に出入りさせられる。さらに、上記ガス流路６，７，８から流出した空気は、上記上壁部１０の円錐状の内面に沿って流動させられ、上記排気口１０ａから搬出される。

上記実施例においては、空気は光源から放射される熱によって対流させられるように構成したが、装置の上部あるいは下部にファンを設けて、上記各ガス流路のガスを強制的に流動させるように構成することもできる。

図８は、本願発明に係る第２の実施形態に係る有害物質分解除去装置５１の内部構造を模式的に表したものである。第２の実施形態では、第１の光触媒担持体５３ａと第２の光触媒担持体５３ｂを平板状に形成するとともに、ガス流路５６，５７を構成する所定の隙間を介して平行状に配置し、光源５２から光を照射できるように構成している。本実施形態では、上記光触媒担持体５３ａに開口部は設けられておらず、光触媒を透過する光によって、上記第２の光触媒担持体５３ｂの内面に光が照射されるように構成されている。

上記光源５２の形態は特に限定されることはないが、上記光触媒担持体５３ａ，５３ｂとほぼ同じ平坦面にＬＥＤ発光素子を配列した面状の光源を採用するのが好ましい。また、本実施形態では、第１の光触媒担持体５３ａに光を直接通過させる開口部が設けられていないため、上記第１の実施形態に係る光触媒担持体より、光透過性の高いものを採用するのが好ましい。たとえば、光透過率が５０％以上のものを採用するのが好ましい。上記光透過率は、光源５２に近い方の光触媒担持体５３ａの厚みを低減させることにより得ることができる。

図９に示す第３の実施形態のように、上記平板状に形成した第１の光触媒担持体５３ａの表面に所定間隔で所定の開口部２１を設けることができる。この場合、第１の実施形態と同様に、光源５２からの光の一部が、上記第１の光触媒担持体５３ａの内部を透過させられるとともに、上記開口部２１を通過した光が、上記第２の光触媒担持体５３ｂの内面に直接照射される。

図８及び図９に示した実施形態では、装置の全体を厚みが小さい矩形状に形成することができるため、壁掛け型の装置を構成できる。上記第２の光触媒担持体５３ｂを、光透過性を備えて構成することもできるし、光透過性がないように構成することもできる。この場合、光反射率を８０％以上に設定するのが好ましい。これにより、光をガス流路内で乱反射させて、対向する光触媒担持体５３ａ，５３ｂの表面に、所要の強度の光を照射することができる。

図１０に、本願発明の第４の実施形態を示す。

図１０に示す有害物質分解除去装置１０１は、平板状の基板１０２ａにＬＥＤ発光素子１０２ｂを配列した面状の光源１０２と、上記光源１０２に第１のガス流路１０６を構成する隙間を介して平行状に配置された第１の光触媒担持体１０３ａと、上記第１の光触媒担持体１０３ａに第２のガス流路１０７を構成する隙間を介して平行状に配置された第２の光触媒担持体１０３ａと、上記第２の光触媒担持体１０３ｂに第３のガス流路１０８を構成する隙間を介して平行状に配置された平板状の光反射板１０４とを備えて構成されている。

上記各光触媒担持体１０３ａ，１０３ｂは、第１の実施形態と同様に、所定の光透過性を備えるとともに、所定の配列で開口部１２１が設けられている。そして、第１の実施形態と同様に、光源１０２からの光の一部が各光触媒担持体１０３ａ，１０３ｂの内部を透過するとともに、一部の光が上記開口部１２１を通過するように構成されている。

本実施形態では、上記各光触媒担持体１０３ａ、１０３ｂに、下方に開口する空気流通孔１３１を備える中空凸部１２０が、所定の配列で形成されている。上記空気流通孔１３１は、下方に向けて開口しているため、各光触媒担持体１０３ａ，１０３ｂの表裏の表面近傍を上方に向かって流れる空気を、一方の表面から他方の表面に流動させることが可能となる。

上記構成を採用することにより、空気を光触媒担持体１０３ａ，１０３ｂの表面近傍に沿って流動させることが可能となり、流動する空気に光触媒を効果的に作用させることができる。

図１１に、本願発明の第５の実施形態に係る有害物質分解除去装置の断面を示
す。

第５の実施形態では、断面波形に形成された光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃを、ガス流路２０７，２０８を構成する隙間を介して平行に配列するとともに、これら光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの両側に、ガス流路２０６，２０９を構成する隙間を介して平板状の光源２０２，２０２を設けたものである。

上記光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃは、第１の実施形態と同様に、所定の光透過性及び光反射率を備えて形成されている。また、上記開口部２２１は、上記光源２０２，２０２からの光が、上記３枚の光触媒担持体の表面に直接照射されるように配置されている。上記構成によって、光源２０２，２０２からの光を、３枚の光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの表面のすべてに照射することができる。なお、他の構成や作用効果は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

本実施形態では、各光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの断面が波形に形成されているため、図１１に示すように、各光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの各間に設定されたガス流路２０６，２０７，２０８，２０９を流れる空気の一部が、上記開口部２２１を介して、一のガス流路から他のガス流路に流動させられる。すなわち、装置内を流れる空気が、ガス流路と直交する方向へ移動しながら流動させられる。このため、空気が各光触媒担持体２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの表面に近接する機会が多くなり、光触媒を効果的に作用させることができる。なお、上記波形形状は、紙面に直交する方向に同一の断面を備える必要はない。たとえば、膨出部が千鳥状に設けられた形態を採用することができる。

図１２に、本願発明に係る光触媒担持体を用いて構成した、治療用チャンバー４００の概略図を示す。治療用チャンバー４００は、病室等の一部をカーテン４５１等で仕切って形成することができる。上記チャンバー４００の内部には、ベッド４４０が配置されており、ベッドの下方に、第１の実施形態に係る有害物質分解除去装置４０１ａが設置されている。また、壁部４００ａには、図１０、図１１に示す構造を備える有害物質分解除去装置４０１ｂが設置される。以下、上記有害物質分解除去装置４０１ａ、有害物質分解除去装置４０１ｂを、揮発性有機化合物分解除去装置として使用した場合を説明する。

上記構成の治療用チャンバー４００においては、チャンバー内の空気を、本願発明に係る有害物質分解除去装置４０１ａ、４０１ｂを用いて循環させながら空気中の有機化合物を分解除去することができる。また、ベッド、床面、カーテン等から揮発性有機化合物が発散している場合であっても、少なくとも患者４５０の周囲の空気中の揮発性有機化合物の濃度を低減させることができる。本願発明に係る有害物質分解除去装置は、ほとんどの有機化合物に対して所定の低減効果を期待できる。このため、揮発性有機化合物に対する過敏性を獲得した患者の治療空間を容易に提供することができる。

図１３から図１５は、本願発明に係る有害物質分解除去装置の性能の試験結果を示すグラフである。これらの性能試験では、０．９ｍ×０．９ｍ×０．９ｍの空間内に、第１の実施形態に示す形態の有害物質分解除去装置を設置し、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アンモニアの各揮発性有機化合物のガスを上記空間に注入して、経過時間に対する各ガス成分の濃度を測定したものである。

本性能試験に用いた有害物質分解除去装置における光触媒担持体は、第１の実施形態に示したものであり、約２ｍ² の表面積を備えて構成されている。また、約６０ワットの可視光線形のＬＥＤ発光装置が採用されている。

各揮発性有機化合物ガスの濃度は、ガステック製のガス検地管式測定器を用いて測定した。ガス検地管式測定器のこれらガスに対する検出限度は、約０．００５ｐｐｍである。なお、ガス検地管式測定器の測定方法は、ＪＩＳＫ０８０４８（ＪＩＳＺ８３０１）に規定されているので説明は省略する。

図１３及び図１４に示すように、本願発明に係る有害物質分解除去装置を作動させると、ホルムアルデヒド及びアセトアルデヒドの濃度が急激に低下し、炭酸ガスと水蒸気とに分解され、４時間後には測定限界（０．００５ｐｐｍ以下）に達していることが判る。一方、有害物質分解除去装置を設けていないものについては、ガス濃度の低下はほとんどなかった。

図１５は、高濃度のアンモニアガスに対して本願発明に係る有害物質分解除去装置の性能を示すグラフである。初期のアンモニア濃度は５ｐｐｍがであったが、４時間経過後は、窒素ガスと水蒸気とに分解され、初期の濃度の２５分の１の濃度である０．２ｐｐｍまで減少させることができた。一方、有害物質分解除去装置を設けていないものについては、ガス濃度の低下はほとんどなかった。

上記試験結果から、本願発明に係る有害物質分解除去装置を用いて、空気中の種々の揮発性有機化合物を効果的に除去できることが判る。

なお、上記実施形態では、有害物質分解除去装置４０１ａ、４０１ｂを、揮発性有機化合物分解除去装置として用い、患者に治療空間を与えることを目的としたが、感染症の患者に用いて、ウイルス等が管理空間から漏れでないようにする隔離チャンバーとして用いることもできる。

本願発明は、上記実施形態に限定されることはない。実施形態では、ＬＥＤ発光素子を用いた光源を用いたが、蛍光式の光源や、紫外線ランプを用いることができる。

空気中の揮発性有機化合物を効果的に除去する、有害物質分解除去装置を提供
できる。

１ 有害物質分解除去装置
２ 光源
３ａ 光触媒担持体
３ｂ 光触媒担持体
６ ガス流路
７ ガス流路
８ ガス流路
１６ 光触媒

Claims (12)

1. 繊維を交絡させて形成されたシート状多孔質体の少なくとも表面近傍に光触媒を保持させた光触媒担持体と、上記光触媒担持体に所要の光を照射する光源と、上記光触媒担持体の表面に沿って設けられたガス流路とを備え、上記光触媒を用いて空気中の揮発性有機化合物及び／又は有害微生物を除去する有害物質分解除去装置であって、
   上記光触媒担持体は、上記ガス流路を構成する所定の隙間を開けるとともに、上記光源を囲むようにして、上下方向に同心円筒状に配置された外側光触媒担持体及び内側光触媒担持体を備えて構成されているとともに、
   上記光触媒担持体及び上記ガス流路の上方を覆うとともに、略円錐状に形成されて上方に空気排出口を設けた上壁部と、
   上記光触媒担持体の外周にガス流路を構成する所定の隙間を開けて設けられた円筒状の光反射板とを備えて構成されており、
   上記光源は、上記光触媒担持体の内方面を照射できるように側壁部に設けた発光素子と、上記上壁部の内面を照射できるように頂部に設けた発光素子とを備える円筒状に形成されており、
   上記光触媒担持体は、所定の光反射率と光透過率とを有し、また、光を通過させる開口部を備えるとともに、各光触媒担持体を透過及び通過した光、及び各光触媒担持体の表面で反射された光が、これらに対向する上記光触媒担持体、上記上壁部及び上記光反射板の表面に照射されており、
   上記光反射板及び上記上壁部は、繊維を交絡させて形成された所定の光反射率を有するシート状多孔質体から形成されており、
   上記光反射板の内側表面において反射された光が対向する上記光触媒担持体に照射されるように構成されているとともに、
   上記頂部に設けた発光素子から照射されて上記上壁部の内面で反射された光が、上方から上記光触媒担持体及び上記ガス流路に照射されるように構成されており、
   上記光反射板の内側表面に、上記光触媒が保持されている、有害物質分解除去装置。
2. 上記光触媒担持体は、少なくとも可視光線域の波長の光に対して、５％〜８０％の光透過率を有する、請求項１に記載の有害物質分解除去装置。
3. 上記各光触媒担持体の表面は、少なくとも可視光線域の波長の光に対して、２０％〜９５％の光反射率を有する、請求項１又は請求項２に記載の有害物質分解除去装置。
4. 一の光触媒担持体を通過して、これに対向する光触媒担持体表面に照射される光の照度が、５０００ルクス以上となるように、上記光源の光強度及び上記光触媒担持体の光透過率が設定されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
5. 上記有害物質分解除去装置を構成する上記光触媒担持体及び上記光反射板の全表面における照度が５０００ルクス以上になるように構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
6. 上記光触媒担持体は、一の光触媒担持体の表面に沿って流れるガスを、一方の側面から他方の側面に流動させるガス通過孔を備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
7. 上記光触媒担持体に、揮発性有機化合物及び／又は有害微生物を吸着する吸着成分を含ませた、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
8. 上記ガス流路を流動するガスは、上記光源から発せられる熱及び／又は上記光源からの光による上記光触媒担持体の温度上昇による熱によって流動させられる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
9. 上記光源を、ＬＥＤ発光素子を備えて構成するとともに、
   上記ガス流路を流れるガスが、上記ＬＥＤ発光素子に接触するのを阻止する透光性の隔離シートを設けた、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の有害物質分解除去装置。
10. 上記光触媒担持体を、上記隔離シートを備えて構成するとともに、上記光触媒担持体を上記隔離シートとともに交換できるように構成した、請求項９に記載の有害物質分解除去装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の上記有害物質分解除去装置を備える、室内空気浄化装置。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載された有害物質分解除去装置を備える治療用隔離チャンバーであって、
    上記隔離チャンバー内の空気を循環させつつ、上記隔離チャンバー内の所定の揮発性有機化合物の総揮発性有機化合濃度を０．００５ｐｐｍ以下に設定できる、治療用隔離チャンバー。
    

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