JP6737432B2

JP6737432B2 - 光触媒活性化装置及び光触媒空気浄化装置

Info

Publication number: JP6737432B2
Application number: JP2017134594A
Authority: JP
Inventors: 正一長井
Original assignee: 有限会社白亜建設
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP2019013901A

Description

本発明は、たとえば自動車のエアコンの消臭等に利用可能な光触媒活性化装置及びこれを用いた光触媒空気浄化装置に関する。

従来から、自動車においては、乗員の呼吸中の二酸化炭素やプラスチック類から発生するホルムアルデヒド等を社内に充満させない目的から、車内の空気を循環しているときでも（内気循環）、常に外気を取り込むように設計されている。このため、交通量の多い場所では、たとえ、車の窓を閉め切り、社内の空気の動きを内機循環のモードにしても、２０００ｐｐｍを超えるＶＯＣ（揮発性有機化合物：ＶｏｌａｔｉｌｅＯｒｇａｎｉｃＣｏｍｐｏｕｎｄｓ）が流入することがあると言われている。
最近の乗用車では、このＶＯＣ対策、また、粉塵（ＰＭ）対策として、活性炭フィルタ等のフィルタが装着されている車両もある。このフィルタによる空気浄化のポイントは、フィルタ自体の性能と、その性能を発揮するために必要とするフィルタの表面積に依存する。しかしながら、乗用車には限られたスペースしかなく、浄化機能の優れたフィルタを搭載するには、技術的に限界があった。

これに対して、近年、光触媒を利用した空気浄化装置が種々提案されている。
たとえば、特許文献１に記載には、光触媒を付着した光ファイバにより不織布または綿状体を形成し（段落００１０参照）、適宜の形状の処理槽又は管の内部に適度に充填し、被処理流体を流通せしめつつ、光ファイバの両端から光を供給し、その漏れ光を直接光活性触媒に当てて活性化し得るようにすると共に、処理すべき流体に接触させ、その流体中に含まれる有害物質を分解するよう構成した光活性触媒装置が開示されている。
これにより、装置全体構成をコンパクトにすると共に、光路中の汚れによっての光照射効率が損なわれないようにすることが記載されている。

特開２００１−３７８５３号公報

しかしながら、特許文献１では、光ファイバの表面に無機材料の光活性触媒のコーティングすると、光活性触媒により光ファイバーが損傷を受けることから、表面に触媒を析出させる前に、無機の耐蝕牲透明材料により被覆しておく必要があり、光活性触媒の付着作業に時間と手間を要するという問題があった。
また、光触媒には耐蝕性透明材料を透過した光が到達することになるが、透過によって光量が著しく低下してしまう。本発明の目的は、簡易な構成で、光ファイバに損傷を与えることなく光触媒を支持することができ、しかも光触媒に対して光を効率よく照射し得る光触媒活性化装置及びこれを用いた光触媒空気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、側面発光式の光ファイバと、該光ファイバの側面に支持される光触媒と、前記光ファイバの端面から光触媒を活性化させる波長の光を供給する光源と、を備え、前記光ファイバの側面から漏れる光によって前記光触媒を活性化する光触媒活性化装置において、
前記光ファイバに対する前記光触媒の支持は、前記光触媒を担持した担持体を、光ファ
イバに螺旋状に巻きつけて支持する構成となっていることを特徴とする。
このようにすれば、光ファイバの側面から漏れ出す光は、担持体に担持された光触媒に直接到達するので、光触媒を効率よく活性化することができる。
また、光ファイバの側面に、光触媒を担持した担持体を巻き付けて支持する構成なので、プラスチック製の光ファイバについても、損傷を与えることなく、光触媒を支持することができる。
また、担持体が光ファイバに螺旋状に巻き付ける構成なので、光触媒を担持する表面積を、光ファイバに直接担持する場合に比べて、広くとることができる。

前記光触媒を担持した担持体は、軸方向に所定間隔隙間離間するようにコイル状に巻き付けられ、隣り合う巻き付け部の間に光ファイバの表面が露出するように構成することができる。
このようにすれば、巻き付け部間の側面から、担持体表面の光触媒に、光をより効率良く照射することができる。また、光ファイバは変形自由であり、たとえば、ジグザグ形状に変形させておけば、巻き付け部の外周側の部分についても、光を直接照射することができる。
また、前記光触媒を担持した担持体の巻き付け部の内径は、光ファイバの外径に対して所定寸法だけ大径で、前記担持体は前記光ファイバに対して隙間を介して支持されている構成とすることができる。
このようにすれば、担持体の巻き付け部の内周側から外周に掛けて、より効率よく光を照射することができる。また、担持体は光ファイバに部分的に接触するものの、接触する部分が少なく、光ファイバの光触媒による損傷防止効果をより高めることができる。
また、前記担持体には、前記巻き付け部の内径側から外径側まで全周に亘って光触媒が担持されている構成とすることができる。
また、光源を備えた光源装置に対して、光ファイバの端末を固定すれば、光源を含む装置構成をユニット化することができる。
前記光源装置に対して、光ファイバと共に光触媒を担持した担持体の端末も固定すれば、担持体の抜け止めを図ることができる。
前記光ファイバは、Ｕ字状に曲げられており、両端末が前記光源装置に固定される構成とすることができる。このようにすれば、光触媒に対する照射光量を増大させることができる。
前記光ファイバは複数本の束によって構成してもよい。
このようにすれば、隣り合う光ファイバの側面からの光が、それぞれの担持体に担持された光触媒にも照射されるので、光触媒の活性化効率をより高めることができる。
また、本発明の光触媒空気浄化装置は、上記光触媒活性化装置を空気浄化に用いたもので、活性化した光触媒によって、効率よく空気を浄化することができる。
たとえば、光触媒を担持した担持体を巻き付けた光ファイバを、空気を通る隙間を設けて三次元的に配置したフィルタを構成し、該フィルタを室内に送気する送気ダクトに設ける構成とすることができる。このようにすれば、効率良く空気を浄化することできる。

本発明によれば、光触媒を担持した担持体を光ファイバに巻き付けるだけなので、光活性触媒の付着作業に時間と手間を要さず、光ファイバに損傷を与えることなく光ファイバに光触媒を支持させることができ、効率良く光触媒を活性化でき、それによって、空気を浄化することができる。

図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る光触媒活性化装置の原理的な構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図、（Ｃ）は光触媒を担持した担持体の巻き付け部分を概念的に示す拡大断面図である。図２（Ａ）は、図１の光触媒活性化装置を利用した光触媒空気浄化装置の構成例を示す概念図、（Ｂ）は（Ａ）の装置に利用する光触媒活性化装置の概略構成図、（Ｃ）はフィルタの概念図、（Ｄ）はフィルタの部分拡大図である。

以下に、本発明を、図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の光触媒活性化装置の基本的な構成について説明する。
この光触媒活性化装置１は、基材４１に光触媒２を担持した光触媒担持体４と、光触媒担持体４が螺旋状に巻き付けられる側面発光式の光ファイバ６と、光ファイバ６を通して光触媒２を活性化する波長の光Ｌを光触媒担持体４に担持された光触媒２に照射する光源８と、を備えた構成となっている。光源８からの光Ｌは、光ファイバ６の端面から入射して光ファイバ６内を導光され、側面から散乱光として漏れ光（散乱光）Ｌ１として光触媒２に照射される。
光触媒２は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）が好適であるが、酸化タングステン等、他の光活性を有する触媒を用いることもできる。
光触媒担持体４の基材４１は、コイル状に巻いた金属線が使用され、表面に光触媒２がバインダ４２によって固定されている。基材４１の金属線には、巻き付け部４Ａの内径側から外径側まで全周に亘って光触媒が担持されている。
金属線としては耐食性の材料が好ましく、たとえば、ステンレス、アルミニウム、銅等の各種金属材料を用いることができる。基材４１の材料としては、金属に限定されるものではなく、その他、布、フィルム等、可撓性で、帯状、線状に延びる素材によって構成することもできる。

光触媒２を担持した光触媒担持体４は、軸方向に所定間隔離間するようにコイル状に巻き付けられ、隣り合う巻き付け部４Ａの間に光ファイバ６の表面が露出している。この光触媒担持体４の巻き付け部４Ａの内径は、光ファイバ６の外径に対して所定寸法だけ大径で、光触媒担持体４の内周は、光ファイバ６に対して隙間Ｇを介して支持されている。光触媒担持体４には、巻き付け部４Ａの内径側から外径側まで全周に亘って光触媒２が担持されている（図１（Ｃ）参照）。たとえば、光ファイバ６がφ２ｍｍとして、光触媒担持体４の基材４１は、φ０．５ｍｍ程度の線材を用い、巻き付け部４Ａの内径がφ３ｍｍ程度とし、０．５ｍｍ程度の隙間を設ける。
隙間Ｇが開いているということは、光ファイバ６に対して光触媒担持体４がルーズに嵌り合った状態であり、部分的に接触した状態で嵌り合っている。光ファイバ６の変形に応じて、コイル状の光触媒担持体４も変形するが、軸方向には光ファイバ６に対して変形自在である。光ファイバが直線状態で、上下に向けると光触媒担持体４は抜けてしまうので、適宜抜け止めが施される。ただ、横置きの場合には抜けることはなく、また、光ファイバ６が変形していると抜けないので、抜け止めは必須構成ではない。

光源８からの照射光Ｌは、光触媒２の酸化チタンに合わせて、波長が３６０〜３８０ｎｍの紫外線が照射される。波長については、光触媒２を活性化させる波長の光であればよく、光触媒２に合わせて適宜設定される。
側面発光式の光ファイバ６は、たとえば、コア６１やクラッド６２に散乱物質を混入させて、側面から漏れ光Ｌ１として光を散乱させる構成で、ガラス製でも、プラスチック製でもよいが、フィルタとして構成するためには、屈曲性の優れたプラスチック製が好ましい。
光源８としてはＬＥＤが好適であるが、レーザ等の他の光源を用いることもできる。

本発明によれば、光源８を点灯すると、光ファイバ６の端面から入射した光（紫外光）がクラッド６２との境界で全反射されてコア６１を通じて導光されると同時に、一部が散乱して光ファイバ６の側面から漏洩する。この紫外線の漏れ光Ｌ１によって、側面に巻き
付けられた光触媒担持体４に担持された光触媒２が活性化される。この光触媒活性化装置を空気中に置けば、光触媒２によって、周囲の空気中のＮＯｘ／ＶＯＣｓ、ホルムアルデヒド、たばこ臭、カビ臭等を分解し、浄化することができる。
また、光ファイバ６の側面に、光触媒２を担持した光触媒担持体４を巻き付けて支持する構成なので、プラスチック製の光ファイバについても、損傷を与えることなく、光触媒２を支持することができる。また、光触媒担持体４が光ファイバ６に螺旋状に巻き付ける構成なので、光触媒２を担持する表面積を、光ファイバ６に直接担持する場合に比べて、広くとることができる。さらに、隣り合う巻き付け部４Ａの間に光ファイバ６の側面が露出しているので、光触媒担持体４表面の光触媒２に、光をより効率良く照射することができる。また、光ファイバ６は変形自由であり、たとえば、ジグザグ形状に変形させておけば、巻き付け部４Ａの外周側の部分についても、光を直接照射することができる。
また、光触媒担持体４は光ファイバ６に対して隙間Ｇを介して支持されているので、光触媒担持体４の巻き付け部４Ａの内周側から外周に掛けて、より効率よく光を照射することができる。
この光触媒活性化装置は種々の分野に利用することができるが、特に、光触媒担持体４を巻き付けた光ファイバ６によってフィルタを構成し、フィルタを自動車や建物の空調装置の送気通路に配置することで、室内の空気を浄化する光触媒空気浄化装置を実現することができる。

図２は、上記光触媒活性化装置を利用したカーエアコンの光触媒空気浄化装置１Ａを示している。上記基本構成と同一の構成部分については、同一の符号を付して説明する。
すなわち、この光触媒空気浄化装置１Ａは、光源装置１０と、送気ダクト１００内に配置されるフィルタ部２０と、フィルタ部２０に光を供給する光供給部３０と、を備えた構成となっている。
光源装置１０は、図２（Ｂ）に示すように、多数の光源８が整列して配列された基板１１と、基板１１に対向して各光源８からの光を導出する光ファイバ６を支持する保持部１２が設けられ、保持部１２に光ファイバ６の一端が保持され、光ファイバ６の端面が光源８に対して近接配置されている。また、この例では、光源装置１０の保持部１２に対して、光ファイバ６と共に光触媒担持体４の端末も固定されている。
光ファイバ６は、Ｕ字状に曲げられており、両端末が光源装置１０に固定され、光ファイバ６の両端から光が導入されるようになっている。また、光ファイバは複数本の束になって設けられている。
フィルタ部２０は、図２（Ｃ）に示すように、光触媒担持体４が巻き付けられた光ファイバ６（以下、光触媒フィラメント７と称す）が、立体的に配置された構成である。図示例では、光触媒フィラメント７が、空気通路となる隙間を設けた状態で、綿状に互いに絡み合って塊となった構成となっている。
もっとも、フィルタ部２０は、光触媒フィラメント７を、送気ダクト１００の空間を利用して立体的に配置すればよく、たとえば、光触媒フィラメント７を空気の流れ方向に対して直交方向に網目状の組んだ構造を、空気の流れ方向に複数段配置するような構成としてもよいし、空気の流れ方向に平行に延びる光触媒フィラメント７を、複数本並列に並べてもよいし、螺旋状に配置してもよいし、要するに、送気ダクトの空間内に立体的に配置し、光触媒の表面積を大きくする構成であればよい。
光供給部３０は、フィルタ部２０を構成する光触媒フィラメント７の端部によって構成されるもので、光源装置１０に接続されている。この光供給部３０においては、光ファイバ６に光触媒担持体４が巻き付けられていてもよいし、巻き付けられていなくてもよい。

次に上記構成の空気浄化装置の作用について説明する。
光源装置１０の光源８を点灯すると、光ファイバ６を通じてフィルタ部２０に供給され、各光触媒フィラメント７を構成する光ファイバ６の側面から漏れる紫外線の漏れ光が光触媒２に照射され、光触媒２が活性化される。送気ダクト１００の入口から流入する汚れ
た空気は、図２（Ｄ）に示すように、フィルタ部２０の光触媒フィラメント７の隙間を流れ、空気中のＮＯｘ／ＶＯＣｓ、ホルムアルデヒド、たばこ臭、カビ臭等が分解され、吹出口から浄化された空気が室内に送気される。
このようにすれば、乗用車の空気循環の構造と通風性を大幅に変えることなく、空気を浄化することができる。
なお、本発明の光触媒空気浄化装置は、乗用車だけでなく、家庭用の空調装置、空気清浄器等の送気ダクトについても適用可能である。

１Ａ光触媒空気浄化装置
２光触媒
４光触媒担持体
６光ファイバ
７光触媒フィラメント
８光源
１０光源装置
１１基板
１２保持部
２０フィルタ部
３０光供給部
４１基材
４２バインダ
６１コア
６２クラッド
１００送気ダクト
Ｌ光
Ｌ１漏れ光

Claims

側面発光式の光ファイバと、該光ファイバの側面に支持される光触媒と、前記光ファイバの端面から光触媒を活性化させる波長の光を供給する光源と、を備え、前記光ファイバの側面から漏れる光によって前記光触媒を活性化する光触媒活性化装置において、
前記光ファイバに対する前記光触媒の支持は、前記光触媒を担持した担持体を、光ファイバに螺旋状に巻きつけて支持する構成となっていることを特徴とする光触媒活性化装置。
前記光触媒を担持した担持体は、軸方向に所定間隔隙間離間するようにコイル状に巻き付けられ、隣り合う巻き付け部の間に光ファイバの表面が露出している請求項１に記載の光触媒活性化装置。
前記光触媒を担持した担持体の巻き付け部の内径は、光ファイバの外径に対して所定寸法だけ大径で、前記担持体は前記光ファイバに対して隙間を介して支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光触媒活性化装置。
前記担持体には、前記巻き付け部の内径側から外径側まで全周に亘って光触媒が担持されている請求項１乃至３のいずれかの項に記載の光触媒活性化装置。
前記光源を備えた光源装置に対して、前記光ファイバの端末が固定されている請求項１乃至４のいずれかの項に記載の光触媒活性化装置。
前記光源装置に対して、前記光ファイバと共に前記光触媒を担持した担持体の端末も固定されている請求項５に記載の光触媒活性化装置。
前記光ファイバは、Ｕ字状に曲げられており、両端末が前記光源装置に固定されている請求項５又は６に記載の光触媒活性化装置。
前記光ファイバは複数本の束によって構成される請求項１乃至７のいずれかの項に記載の光触媒活性化装置。
請求項１乃至８のいずれかの光触媒活性化装置を空気浄化に用いる光触媒空気浄化装置。
前記光触媒を担持した担持体を巻き付けた光ファイバを、空気を通る隙間を設けて三次元的に配置したフィルタを構成し、該フィルタを室内に送気する送気ダクトに設けたことを特徴とする請求項９に記載の光触媒空気浄化装置。