JPH0611303B2 - 光触媒による脱臭装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、家庭やオフィス等で発生する臭気、例えばト
イレのし尿臭、ペットの臭い、たばこ臭、調理臭、体臭
などの臭いを除去する光触媒による脱臭装置に関するも
のである。

従来の技術 家庭やオフィスで発生するトイレのし尿臭、ペットの臭
い、たばこ臭、調理臭、体臭などの悪臭成分は、アンモ
ニア、アミン類、インドール、スカトールなどの窒素化
合物、硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二
硫化メチルなどの硫黄化合物、アルデヒド類、ケトン
類、アルコール類、脂肪酸及び芳香族化合物など、低沸
点から高沸点成分まで多種多様である。

そして、従来の家庭やオフィスで使われている脱臭装置
としては、活性炭やゼオライト等の吸着剤、あるいはこ
れらの吸着剤に薬剤を添着した脱臭剤と、送風機とを組
み合わせて、送風機で部屋の悪臭を装置内に取り込み、
吸着剤や脱臭剤に悪臭を吸着あるいは反応させ無臭化す
るものが主であった。しかしこの場合吸着剤や脱臭剤の
吸着能力に限界があり、次第に能力が低下するので新し
いものと交換する必要がある。この交換時期は外見によ
ってはわからないので、臭いの取れ具合を官能で感じて
交換時期を決めるか、おおよその使用期間で交換するか
であったが、いずれにしても煩わしいものであった。

そこで交換頻度が極めて少ない、あるいは交換する必要
のない方法として、酸化チタンなどの半導体に紫外線を
当てると半導体が励起され有機物を酸化分解するという
光触媒作用を使って脱臭しようという試みがなされてい
る。その従来例の一つを第１２〜１４図に示す。第１２
図は従来例の脱臭装置の斜視図、第１３図は第１２図に
示された脱臭装置の要部破断平面図、第１４図は第１２
図に示された反応室の要部透視図である。図において、
２１は基台、２２は紫外線を発生しうる電灯、２３は反
応室、２４のａ〜ｆは案内フィン、２５は送風機、２６
はカバーである。反応室２３、案内フィン２４には半導
体層が設けられ、入口から送風機２５で強制的に送り込
まれた悪臭を含んだ気体は、案内フィン２４に誘導さ
れ、第１３図に矢印IIIで示されるように、電灯２２を
斜めに横切りながら、反応室２３内で緩やかに曲げられ
て、出口から排出されるようになっている。

発明が解決しようとしている課題 上記の従来例においては、案内フィン２４で出来るだけ
効率良く悪臭を半導体層に接触させようとしているが、
紫外線が遮られ、光の弱いところや影のところができ、
かえって反応が効率良く進まず、臭いのある中間生成物
ができるという欠点があった。

本発明は上記従来の欠点を解決するものであり、光触媒
作用による悪臭の分解を効果的に行わせる脱臭装置を提
供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成する手段として、本発明の光触媒によ
る脱臭装置は、紫外線を照射する電灯と、この電灯を中
心として回転するとともに紫外線が直接内面に照射され
るよう電灯との間に軸方向の空間を設けた円筒と、この
円筒の内面全体に形成した半導体触媒層と、前記電灯と
半導体触媒層間の空間に臭気を含んだ空気を送り込む送
風機と、前記円筒を回転駆動する駆動源とを備えたもの
である。また、半導体触媒層の内側で、電灯を中心とし
て放射状でかつ軸方向に固定板を設けたものである。さ
らに紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心として回
転するとともに紫外線が直接内面に照射されるよう電灯
との間に軸方向の空間を設けた円筒と、この円筒の内面
全体に形成した半導体触媒層と、前記円筒の端部に設け
円筒の回転により電灯と半導体触媒層間の空間に臭気を
含んだ空気を送り込む羽根と、前記円筒を回転駆動する
駆動源とを備えものである。

また紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心として設
け紫外線が直接内面に照射されるよう電灯との間に軸方
向の空間を設けた円筒と、この円筒の内面全体に形成し
た波板状の半導体触媒層と、前記電灯と半導体触媒層間
の空間に臭気を含んだ空気を送り込む送風機とを備えた
ものである。さらに円筒が電灯を中心として回転するよ
うにしたものである。また半導体触媒層の内側で、電灯
を中心として放射状かつ軸方向に固定板を設けたもであ
る。

さらに紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心として
設けた紫外線が直接内面に照射されるよう電灯との間に
軸方向の空間を設けた円筒と、この円筒の内面全体に形
成した半導体触媒層と、この半導体触媒層に前記円筒の
接線方向から、臭気を含んだ空気を送り込む送風機とを
備えものである。また臭気を含んだ空気の流れとは逆方
向に半導体触媒層が回転するものである。そして半導体
触媒層は波板状としたものである。

作用 半導体物質と、被酸化性化合物と酸素を含む気体が共存
する場合、半導体物質に紫外線を照射すると、被酸化性
化合物が酸化分解することが知られている。特に酸化チ
タンについては多くの研究がなされている。この光触媒
作用の作用原理は、半導体中の荷電子帯の電子が紫外線
を吸収して伝導帯に励起され、そこで生じた荷電子帯の
正孔は触媒の表面にある水酸基（ＯＨ基）と反応し、伝
導帯に励起された電子は酸素（Ｏ）と反応して、活性の
高いＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｏ⁻ _２が生じ、これが
被酸化性化合物を酸化分解するものと推測される。この
光触媒作用を脱臭装置に応用する場合に重要な事は、電
灯から照射される紫外線が効率良く使われること、さら
に悪臭が十分に半導体触媒層に接触することである。前
者については、半導体物質の検討が必要である。ここで
は後者について種々検討を行った。

その結果、半導体触媒層を円筒の内側に形成し、その円
筒の中心に紫外線を照射する電灯を設け、円筒内に悪臭
を送り込むとともに、円筒状の触媒層を回転することに
よって、触媒層表面の境膜が薄くなり、悪臭の触媒層へ
の拡散が良くなるために、紫外線を遮る事なく、光触媒
作用による酸化分解作用が効率良く起こるようになっ
た。さらに前記電灯を中心にして、放射状に固定板を設
けると、乱流が発生して一層境膜は薄くなる。

別の方法として、触媒層を波板状にすることにより、触
媒の面積を広くできるとともに、触媒表面で乱流が発生
し、悪臭の触媒層への拡散が効率良く進む。また前記触
媒層を回転させることや、さらに電灯を中心にして、放
射状に固定板を設けることにより、一層悪臭の触媒層へ
の拡散は良くなる。

さらに別の方法として、触媒層を内側に形成した円筒の
接線方向から、臭気を含んだ空気を送り込むことによ
り、空気は触媒層に添って旋回するので、臭気と触媒層
の接触が良くなる。また触媒層を前記空気のの旋回する
方向とは逆方向に回転させることや、前記触媒層を波板
状にすることにより、一層空気と触媒層の接触が良く、
悪臭の触媒層への拡散が良くなる。

前二方法においては、回転させる円筒の端部に一体に羽
根を設けることによって、送風機の役目をさせるもので
ある。

実施例 次に図面を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。

実施例１と２ 第１図および第２図に本発明の光触媒による脱臭装置の
第１の実施例を示す。第１図は縦断面図、第２図は横断
面図である。１は紫外線を照射する電灯、２は電灯１の
ソケット、３は電灯１と中心として回転するとともに紫
外線が直接内面に照射されるよう電灯との間に軸方向の
空間を設けた円筒、４はこの円筒３の全体に形成した半
導体触媒層、５は前記電灯１と半導体触媒層４間の空間
に臭気を含んだ空気を送り込む送風機で、ここではシロ
ッコファンからなる。６は円筒３を回転駆動する駆動源
で、モータからなる。７はシロッコファン５により送り
込まれる空気を円筒３の内部に導き入れるガイド、８は
空気の入口、９は空気の吹き出し口、１０は円筒３を回
転させるための駆動モータ、１１は駆動モータ１０の軸
に付けられた駆動ローラ、１２は駆動ローラ１１の回転
を円筒３に伝える伝導ローラ、１３は円筒３を支える支
持ローラである。

電灯１は紫外線を照射しうるものであれば良く、紫外線
としては遠紫外線でも近紫外線でも良い。そのような電
灯としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯な
どがあるが、ここでは低圧水銀灯である１５ワットの殺
菌灯（紫外線の出力が約３．２ワット、波長２５３．７
ｎｍ）を使った。円筒３の内径は１５０ｍｍで、半導体
触媒層４は酸化チタンと酸化タングステンが重量比で８
０：２０の混合酸化物（合計３００ｇ／ｍ^２）を厚さ
０．５ｍｍのセラミックペーパに担持したものである。
シロッコファンの風量は約３ｍ^３／ｍｉｎ、また円筒３
の回転数は約１０００ｒｐｍとなるように駆動モータを
調節した。

上記構成において、円筒３を回転させなら電灯１を点灯
させると、半導体触媒層４は励起される。そこにシロッ
コファン５によりガイド７を通して、臭気を含んだ空気
を円筒３の内側に送り込むと、半導体触媒層４付近で乱
流が発生し、臭気は半導体触媒層４に拡散して表面で酸
化分解される。すなわち臭気の原因物質であるアンモニ
ア、アミン類の窒素化合物、硫化水素、メルカプタン類
の硫黄化合物、アルデヒド類、ケトン類、アルコール
類、脂肪酸及び芳香族化合物は二酸化炭素、水、窒素酸
化物、硫黄酸化物などに酸化分解される。そして脱臭さ
れた空気は吹き出し口９より出てくる。

第３図は第２の実施例の横断面図である。ここでは第１
の実施例の脱臭装置の円筒３の内側に、電灯１を中心に
して放射状の固定板１４を４枚、電灯の長さだけ設け
た。この場合シロッコファン５によって送り込まれた空
気は、円筒３の回転と固定板１４によって第３図に示す
ように乱流が激しくなり、臭気は第１の実施例の場合よ
りも半導体触媒層４に拡散されやすくなる。なお、固定
板１４は電灯１を中心として放射状に設けてあるため、
紫外線の照射にはほとんど影響を与えない。

次にアルミニウム製の内容積１ｍ^３の箱に第１および第
２の実施例の脱臭装置を入れる。そしてこの箱にアセト
アルデヒドを注入し、初期濃度を約８．５ｐｐｍに合わ
せる。続いて電灯１を点灯するとともに、ファンモータ
６の電源を投入してシロッコファン５を動かし、駆動モ
ータ１０の電源を投入して円筒３を回転させ脱臭装置を
始動させる。そして１ｍ^３の箱の中のアセトアルデヒド
の濃度変化を測定する。濃度の測定はガスクロマトグラ
フィで行った。その結果を第４図に示す。Ａは第１の実
施例において円筒３を回転させなかった場合、Ｂは第１
の実施例の円筒３が回転した場合、Ｃは第２の実施例で
固定板１４がある場合である。この図から円筒３を回転
させた効果、さらに固定板１４の効果は明らかである。

実施例３、４および５ 第３の実施例を第５図により説明する。第３の実施例の
場合、円筒３ａは回転させず、その内側の半導体触媒層
４ａが波板状になっている。この波の形は、２ｍｍの高
さの波が４ｍｍピッチで形成されたものである。この半
導体触媒層４ａの面積は、波板状でない場合に比べ約
１．４倍である。また前記波は円筒３ａの円周方向に、
すなわちシロッコファン５で送り込まれる臭気を含んだ
空気の流れに対して、直角に形成するほうが半導体触媒
層４ａの表面付近で乱流が起こりやすくなるので望まし
い。

第４の実施例の横断面図を第６図に示す。この実施例
は、第１の実施例と同様な構成であって、半導体触媒層
４ｂが第３の実施例と同じ形の波板状としたものであ
る。そして半導体触媒層４ｂを取り付けてある円筒３を
回転させるので、前記波を円筒３の軸に平行に形成する
ほうが半導体触媒層４ｂの表面付近で乱流が起こりやす
くなるので望ましい。第５の実施例は、第４の実施例の
構成にさらに第２の実施例と同じ固定板を設けた脱臭装
置である。この場合シロッコファンによって送り込まれ
た空気は、円筒が回転することと固定板によって乱流が
激しくなり、臭気は第４の実施例の場合よりも一層半導
体触媒層に拡散されやすくなる。

また第３、４および５の実施例におけるほかの条件は第
１の実施例と同じである。すなわち、電灯１は１５ワッ
トの殺菌灯、円筒３、３ａの内径は１５０ｍｍ、円筒３
の回転数は約１０００ｒｐｍ、シロッコファン５の風量
は約３ｍ^３／ｍｉｎである。半導体触媒層４ａ、４ｂは
酸化チタンと酸化タンングステンが重量比で８０：２０
混合酸化物（合計３００ｇ／ｍ^２）を厚さ０．５ｍｍの
セラミックペーパに担持したものである。

次にアルミニウム製の内容積１ｍ^３の箱に第３、４およ
び第５の実施例の脱臭装置を入れる。そしてこの箱にア
セトアルデヒドを注入し、初期濃度を約８．５ｐｐｍに
合わせる。続いて第１、２の実施例の場合と同様にして
アセトアルデヒド濃度の経時変化を測定した。その結果
を第７図に示す。Ａは第１の実施例において円筒３を回
転させなかった場合、すなわち平板状の触媒層の場合、
Ｄは第３の実施例の回転しない波板状触媒層の場合、Ｅ
は第４の実施例で波板状触媒層が回転した場合、Ｆは第
５２実施例で、さらに固定板がある場合である。この図
から波板状触媒層の効果、円筒を回転させた効果、さら
に固定板の効果は明らかである。

実施例６、７、８および９ 第６の実施例を第８図により説明する。第６の実施例の
場合、円筒３ｂは回転させない。また半導体触媒層４は
平板状である。ここではシロッコファン５ａが円筒３ｂ
の円周に対して接線方向から吹き出すように取り付け
る。このことによって臭気を含んだ空気は、半導体触媒
層の表面に添って、旋回するように流れる。

第７の実施例の横断面図を第９図に示す。この実施例
は、第１の実施例のシロッコファンの吹き出す方向が、
前記第６の実施例と同じように、円筒３の円周に対して
接線方向から吹き出すように取り付ける。そして第９図
に示すように、空気の流れＩに対して逆向きのIIの方向
に円筒３を回転させ、半導体触媒層４の表面の境膜が薄
くなるようにする。

第８の実施例は、第６の実施例において、半導体触媒層
を第３の実施例と同じ高さ２ｍｍ、ピッチ４ｍｍの波板
状にしたものである。なお、ここでは波の方向は、円筒
の軸に対して平行でも、直角でも大差はない。このこと
によって触媒の面積が増えるとともに、触媒表面で一層
激しく乱流が起き、境膜が薄くなる。

第９の実施例は、第７の実施例において、半導体触媒層
を第３の実施例と同じ波板状にしたものである。なお、
ここでは波の方向は、円筒の軸に対して平行でも、直角
でも大差はない。このことによって触媒の面積が増える
とともに、触媒表面でさらに一層激しく乱流が起き、境
膜が薄くなる。

また第６、７、８および９の実施例におけるほかの条件
は、第１の実施例と同じである。すなわち、電灯１は１
５ワットの殺菌灯、円筒の内径は１５０ｍｍ、円筒の回
転数は約１０００ｒｐｍ、シロッコファンの風量は約３
ｍ^３／ｍｉｎであり、半導体触媒層は酸化チタンと酸化
タングステンの混合金属酸化物をセラミックペーバに担
持したものである。

次にアルミニウム製の１ｍ^３の箱に第６、７、８および
９の実施例の脱臭装置をそれぞれ入れ、アセトアルデヒ
ドを注入し、初期濃度を約８．５ｐｐｍに合わせる。続
いて第１、２の場合と同様にしてアセトアルデヒド濃度
の経時変化を測定した。その結果を第１０図に示す。Ａ
は第１の実施例において円筒、すなわち触媒層を回転さ
せなかった場合、Ｇは第６の実施例の触媒層は回転しな
いで、臭気を触媒層を付けた円筒の円周に対して接線方
向から吹き入れた場合、Ｈは第７の実施例で、Ｇの触媒
層が回転した場合、Ｉは第８の実施例で、Ｇの触媒層が
波板状の場合、Ｊは第９の実施例で、Ｉの触媒層が回転
した場合である。この図から臭気を触媒層を付けた円筒
の円周に対して接線方向から吹き入れる効果、円筒を回
転させた効果、波板状触媒の効果は明らかである。

実施例１０ 第１０の実施例を第１１図により説明する。ここでは回
転する円筒３ｃの端部に一体に羽根１５を設ける。この
羽根１５が回転することによって、入口８ａから出口９
ａ方向へ臭気を含んだ空気を導くものである。このこと
によってあらためて送風機を設ける必要がなく、コンパ
クトな脱臭装置にすることができる。なお半導体触媒層
４ｃは、平板状でも波板状でも良い。また実施例２に示
した放射状の固定板を設けることもできる。

また第１０の実施例におけるほかの条件は、電灯１は６
ワットの殺菌灯（紫外線出力約１ワット）、円筒の内径
は８０ｍｍ、円筒の回転数は約１０００ｒｐｍであり、
半導体触媒層は酸化チタンと酸化タングステンの混合金
属酸化物をセラミックペーパに担持したものである。

発明の効果 上記した各実施例から明らかなように、本発明の光触媒
による脱臭装置は、紫外線を遮ることなく、また風の流
れの抵抗になることなく、光触媒作用による反応を効率
良く進ませることができる。

また、内側に触媒層を形成した回転する円筒の端部に一
体に羽根を設け、送風機を兼ね合わせることによって、
コンパクトな脱臭装置となり、冷蔵庫などの狭い場所に
適した高性能の脱臭装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の光触媒による脱臭装置の一実施例
の縦断面図、第２図はその横断面図である。第３図は別
の実施例の横断面図である。また第４図は、第１の発明
の光触媒による脱臭装置のアセトアルデヒド分解特性を
示すグラフである。 第５図は第２の発明の脱臭装置の一実施例の縦断面図、
第６図は別の実施例の横断面図、第７図は第２の発明の
脱臭装置のアセトアルデヒド分解特性を示すグラフであ
る。 第８図は第３の発明の脱臭装置の一実施例の縦断面図、
第９図は別の実施例の横断面図、第１０図は第３の発明
の脱臭装置のアセトアルデヒド分解特性を示すグラフで
ある。 第１１図は第１の発明の脱臭装置のさらに別の実施例の
縦断面図である。 第１２図は従来の脱臭装置の斜視図、第１３図は前記脱
臭装置の要部破断平面図、第１４図は前記脱臭装置の反
応室の要部透視図である。 １：電灯、３、３ａ、３ｂ、３ｃ：円筒 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ：半導体触媒層 ５、５ａ：シロコファン、１０：回転駆動モータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心
   として回転するとともに紫外線が直接内面に照射される
   よう電灯との間に軸方向の空間を設けた円筒と、この円
   筒の内面全体に形成した半導体触媒層と、前記電灯と半
   導体触媒層間の空間に臭気を含んだ空気を送り込む送風
   機と、前記円筒を回転駆動する駆動源とを備えた光触媒
   による脱臭装置。
2. 【請求項２】半導体触媒層の内側で、電灯を中心として
   放射状でかつ軸方向に固定板を設けた請求項１記載の光
   触媒による脱臭装置。
3. 【請求項３】紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心
   として回転するとともに紫外線が直接内面に照射される
   よう電灯との間に軸方向の空間を設けた円筒と、この円
   筒の内面全体に形成した半導体触媒層と、前記円筒の端
   部に設け円筒の回転により電灯と半導体触媒層間の空間
   に臭気を含んだ空気を送り込む羽根と、前記円筒を回転
   駆動する駆動源とを備えた光触媒による脱臭装置。
4. 【請求項４】紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心
   として設け紫外線が直接内面に照射されるよう電灯との
   間に軸方向の空間を設けた円筒と、この円筒の内面全体
   に形成した波板状の半導体触媒層と、前記電灯と半導体
   触媒層間の空間に臭気を含んだ空気を送り込む送風機と
   を備えた光触媒による脱臭装置。
5. 【請求項５】円筒が電灯を中心として回転する請求項４
   記載の光触媒による脱臭装置。
6. 【請求項６】半導体触媒層の内側で、電灯を中心として
   放射状かつ軸方向に固定板を設けた請求項３または５記
   載の光触媒による脱臭装置。
7. 【請求項７】紫外線を照射する電灯と、この電灯を中心
   として設け紫外線が直接内面に照射されるよう電灯との
   間に軸方向の空間を設けた円筒と、この円筒の内面全体
   に形成した半導体触媒層と、この半導体触媒層に前記円
   筒の接線方向から、臭気を含んだ空気を送り込む送風機
   とを備えた光触媒による脱臭装置。
8. 【請求項８】臭気を含んだ空気の流れとは逆方向に半導
   体触媒層が回転する請求項７記載の光触媒による脱臭装
   置。
9. 【請求項９】半導体触媒層が波板状である請求項３、７
   または８記載の光触媒による脱臭装置。