JPWO2017221998A1 - 空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

アセトアルデヒドの除去性能を向上させた空気浄化装置を提供する。光触媒を用いた空気浄化装置１０１において、筐体１０２と、筐体１０２内に配置され酸化チタンを含む光触媒部材１０３と、筐体１０２内に配置され光触媒部材１０３に対して紫外光を照射し複数のＬＥＤ素子を含む発光部と、筐体１０２内に配置された活性炭部材１０９と、筐体１０２内の空気を流通させるファン１０５と、を含むようにした。

Description

本発明は、光触媒を用いた空気浄化装置に関する。

酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の光触媒は、紫外線の照射を受けると活性化して強力な酸化還元作用を生じ、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）等の有害化合物や汚濁物等を効果的に分解する作用を発揮する。光触媒を利用した空気浄化装置として、吸気口及び排気口を備えた筐体内に、紫外線ランプを収納すると共に、該紫外線ランプで生成される紫外線の照射範囲内に光触媒を配置したものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−２２０１２３号公報

しかしながら、酸化チタンを励起する際に、蛍光管のブラックライトを多数用いないと、アセトアルデヒドの除去性能が不十分であるという問題点があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アセトアルデヒドの除去性能を向上させることのできる空気浄化装置を提供することにある。

本発明では、筐体と、前記筐体内に配置され、酸化チタンを含む光触媒部材と、前記筐体内に配置され、前記光触媒部材に対して紫外光を照射し、複数のＬＥＤ素子を含む発光部と、前記筐体内に配置された活性炭部材と、前記筐体内の空気を流通させるファンと、を含む空気浄化装置が提供される。

上記空気浄化装置において、前記活性炭部材は、前記光触媒部材よりも、空気の流通方向について下流側に配置されることが好ましい。

本発明によれば、アセトアルデヒドの除去性能を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す空気浄化装置の模式断面説明図である。 図２は、ＬＥＤ発光部実装基板の平面図であり、１３直４並列の場合である。 図３は、Ｃｕ基板上にＬＥＤ素子をマウントした実装基板の一部断面図である。 図４は、アセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。 図５は、変形例を示す空気浄化装置の模式断面説明図である。 図６は、横軸を順方向電流（ｍＡ）、縦軸をＬＥＤ光出力（ｍＷ）としたＬＥＤ素子の動作性能を示すグラフである。 図７は、本発明の第２の実施形態を示す空気浄化装置の模式断面説明図である。 図８は、アセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。 図９は、アセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。

図１から図３は本発明の第１の実施形態を示し、図１は空気浄化装置の模式断面説明図である。
図１に示すように、この空気浄化装置１は、直方体状の筐体２と、筐体２内に配置され酸化チタン（ＴｉＯ_２）がコーティングされたセラミックフォーム３と、筐体２内に配置されセラミックフォーム３に対して紫外光を照射する発光装置４と、筐体２内の空気を流通させるファン５と、筐体２内に配置され空気の塵埃を除去するためのフィルター６と、を有している。

筐体２は、例えばアルミニウムからなり、吸気口２ａと排気口２ｂとを有している。本実施形態においては、吸気口２ａ及び排気口２ｂは、互いに対向する側面にそれぞれ設けられる。筐体２内には吸気口２ａ側から排気口２ｂへ向かって、ファン５、発光装置４、セラミックフォーム３、フィルター６の順に並べられる。

筐体２は、空気の流れる方向の寸法が２０ｃｍ、これと直交する水平方向の寸法が１５ｃｍ、高さ方向の寸法が１５ｃｍとなっている。ここで、従来の蛍光管のブラックライトは長尺であり、従来の筐体の高さ方向の寸法を少なくとも２０ｃｍ以上とする必要があった。しかも、ブラックライト１本では効果がなく複数本用いられているのが現状である。しかしながら、複数のＬＥＤ素子４３を有する発光装置４を用いることにより、筐体の高さ方向の寸法を１５ｃｍ以下とすることができる。

また、吸気口２ａと排気口２ｂは、それぞれ抗菌材料からなる防虫ネット７でそれぞれ覆われている。これにより、発光装置４の光に誘因されて筐体２内へ虫が侵入することはない。

光触媒部材としてのセラミックフォーム３は、例えばアルミナからなり、内部が三次元網目構造となっている。セラミックフォーム３の表面には、光触媒としての酸化チタンの粒子がコーティングされている。酸化チタンは４１０ｎｍ以下の波長の光で励起可能であり、励起状態となる付近の空気を浄化する。

ファン５は、作動時に筐体２内の空気を吸気口２ａ側から排気口２ｂ側へ送出する。ファン５の型式は任意であり、プロペラファンであってもシロッコファンであってもよい。また、フィルター６は、筐体２内の排気口２ａを塞ぐよう設けられる。

発光部としての発光装置４は、筐体４１と、筐体４１の内部に配置される電源基板４４と、筐体上部の実装基板４２に実装される複数のＬＥＤ素子４３と、電源基板４４へ直流電力を供給するための外部電源（図示せず）とを接続する配線４５と、を有する。筐体４１は、例えばセラミックからなり、開口部を有する。発光装置４は、各ＬＥＤ素子４３の光を筐体４１の開口部から照射する。

図２は、ＬＥＤ発光部実装基板の平面図であり、１３直４並列の場合である。
図２に示すように、ＬＥＤ発光実装基板４２は正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子４３が縦方向及び横方向に整列して配置される。回路パターン４２３は、一対のアノード電極４２６及びカソード電極４２７を有し、各ＬＥＤ素子４３へ電力を供給する。本実施形態においては、１３個のＬＥＤ素子４３が並べられた４つの直列接続部４２８が並列に接続され、計５２個のＬＥＤ素子４３が使用される。

具体的に、各ＬＥＤ素子４３は平面視にて３５０μｍ×３５０μｍであり、２０μｍから２００μｍの実装精度でＬＥＤ発光実装基板４２に搭載される。この実装精度で搭載することにより、各ＬＥＤ素子４３の高集積構造が実現される。各ＬＥＤ素子４３の高集積構造を有していれば筐体４１の形状は任意であり、例えば筐体４１としてハロゲンランプ形状のものを用いることができる。

図３は、Ｃｕ基板上にＬＥＤ素子をマウントした実装基板の一部断面図である。
図３に示すように、ＬＥＤ発光実装基板４２は、金属からなる基板本体４２１と、基板本体４２１の上側に形成され樹脂からなる絶縁層４２２と、絶縁層４２２の上側に形成され金属からなる回路パターン４２３及び放熱パターン４２４と、絶縁層４２２の上側に形成され絶縁材からなる表層としての白色レジスト層４２５と、を有している。基板本体４２１は銅からなり、絶縁層４２２を貫通し金属からなる放熱部４２２ａを通じて、放熱パターン４２４と接続される。本実施形態においては、放熱部４２２ａ及び放熱パターン４２４も銅から構成される。絶縁層４２２は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマー等からなり、導電性を有する基板本体４２１と回路パターン４２３との絶縁を図る。回路パターン４２３は、例えば表面（上面）に薄膜状の金を有する銅からなり、各ＬＥＤ素子４３とワイヤ４３１により電気的に接続される。白色レジスト層４２５は、例えば酸化チタンのフィラーが混入されたエポキシ系の樹脂からなり白色を呈する。

各ＬＥＤ素子４３は、例えばＩｎＧａＮ系の発光層を有し、紫外光を発する。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子４３のピーク波長は４０５ｎｍである。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子４３はフェイスアップ型であり、それぞれワイヤ６０により回路パターン２０と電気的に接続される。

以上のように構成された空気浄化装置１では、発光装置４からセラミックフォーム３に対して紫外光を照射した状態でファン５を作動させることにより、吸気口２ａから取り込まれた空気をセラミックフォーム３で浄化して排気口２ｂから排出することができる。ここで、発光装置４として紫外光を発するＬＥＤ素子４３を用い、高集積高出力構造とすることによって、蛍光管を用いたブラックライトよりもアセトアルデヒド除去性能を向上させることができる。

図４は、横軸を時間、縦軸をアセトアルデヒド濃度としたアセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。アセトアルデヒドの除去性能を調べるにあたり、まず、蛍光管を用いたブラックライトを用いたもの（以下、比較例１）と、ＬＥＤ素子４３を用いた発光装置４の実装基板４２をアルミニウムベースとしたもの（以下、実施例Ａ）とを比較した。尚、比較例１と実施例Ａにおいては、ファンとしてプロペラファンを用いた。データを取得するにあたり、開始から３０分で紫外線照射を開始し、開始から２１０分で紫外線照射を終了した。図４に示すように、実施例Ａは、比較例１と比べて、紫外線照射中のアセトアルデヒド濃度が低下した。これにより、ＬＥＤ素子４３を高集積高出力構造とすることによって、アセトアルデヒド除去性能が向上したことが理解される。

次いで、実施例Ａと、実装基板４２を銅ベースとしたもの（以下、実施例Ｂ）と、を比較した。尚、実施例Ｂにおいても、ファンとしてプロペラファンを用いた。図４に示すように、実施例Ｂは、実施例Ａと比べて、紫外線照射中のアセトアルデヒド濃度が低下した。これにより、発光装置４の実装基板４２を銅ベース基板とすることにより、アセトアルデヒド除去性能がさらに向上したことが理解される。

次いで、実施例Ｂと、ファン５をシロッコファンとしたもの（以下、実施例Ｃ）と、を比較した。尚、実施例Ｃにおいても、実装基板４２として銅ベースのものを用いた。図４に示すように、実施例Ｃは、実施例Ｂと比べて、紫外線照射中のアセトアルデヒド濃度が低下した。これにより、空気浄化装置１のファン５をシロッコファンとすることにより、アセトアルデヒド除去性能がさらに向上したことが理解される。

次いで、実施例Ｃと、図５に示すように発光装置４の筐体４１を外し、電源基板４４を空気中に開放したもの（以下、実施例Ｄ）と、を比較した。尚、実施例Ｄにおいても、実装基板４２として銅ベースのものを用い、ファン５をシロッコファンとしたものを用いた。図４に示すように、実施例Ｄは、実施例Ｃと比べて、紫外線照射中のアセトアルデヒド濃度が低下した。これにより、発光装置４の筐体４１を設けないこと（電源基板４４を露出させること）により、アセトアルデヒド除去性能がさらに向上したことが理解される。

図６は、横軸を順方向電流（ｍＡ）、縦軸をＬＥＤ光出力（ｍＷ）としたＬＥＤ素子の動作性能を示すグラフである。
図６に示すように、実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄの順に、ＬＥＤ素子４３の光出力が向上することが理解される。これはＬＥＤの放熱を向上させたことによる。すなわち、発光装置４の実装基板４２を銅ベース基板とするとアルミニウムベース基板の場合よりもＬＥＤ素子４３の光出力が向上し、空気浄化装置１のファン５をシロッコファンとするとプロペラファンの場合よりもＬＥＤ素子４３の光出力が向上し、発光装置４の筐体４１を設けないと設けた場合よりもＬＥＤ素子４３の光出力が向上する。

尚、前記実施形態においては、４０５ｎｍをピーク波長とするＬＥＤ素子４３を用いたものを示したが、ピーク波長はこれに限定されず例えば３６５ｎｍとすることもできる。

また、前記実施形態においては、酸化チタンの粒子をコーティングしたセラミックフォーム３を用いたものを示したが、酸化チタンを含んでいればセラミックフォーム３の代わりにプラスチック材料や水等の液体を用いることもできる。

図７は本発明の第２の実施形態を示す空気浄化装置の模式断面説明図である。
図７に示すように、この空気浄化装置１０１は、直方体状の筐体１０２と、筐体１０２内に配置され酸化チタン（ＴｉＯ_２）がコーティングされたセラミックフォーム群１０３と、筐体１０２内に配置されセラミックフォーム群１０３に対して紫外光を照射する発光装置４と、筐体１０２内の空気を流通させるファン１０５と、筐体１０２内に配置された活性炭フィルター１０９と、を有している。

筐体１０２は、例えばアルミニウムからなり、吸気口１０２ａと排気口（図示せず）とを有している。本実施形態においては、吸気口１０２ａは所定の側面に、排気口は他の側面に設けられる。排気口近傍には、空気の塵埃を除去するための図示しないフィルターが設けられる。筐体１０２内には吸気口１０２ａ側から水平方向に、発光装置４、セラミックフォーム群１０３、活性炭フィルター１０９、ファン１０５の順に並べられる。本実施形態においては、ファン１０５はシロッコファンであり、ファンの軸方向に流れてきた空気を吸入して、径方向へ吐出する。尚、発光装置４は第１の実施形態と同様の構成であるので、ここでは詳述しない。

また、吸気口１０２ａと排気口は、それぞれ抗菌材料からなる防虫ネット７でそれぞれ覆われている。これにより、発光装置４の光に誘因されて筐体１０２内へ虫が侵入することはない。

光触媒部材としてのセラミックフォーム群１０３は、所定厚さの第１セラミックフォーム１０３ａ、第２セラミックフォーム１０３ｂ及び第３セラミックフォーム１０３ｃが重ねられて構成される。各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、例えばアルミナからなり、内部が三次元網目構造となっている。本実施形態においては、各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、それぞれ厚さが１０ｍｍ〜１５ｍｍである。各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの両面には凹凸が形成され、これにより表面積の増大が図られている。各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの表面には、光触媒としての酸化チタンの粒子がコーティングされている。酸化チタンは４１０ｎｍ以下の波長の光で励起可能であり、励起状態となる付近の空気を浄化する。尚、光触媒部材としてセラミックの代わりにポリエステル等のプラスチックを使用してもよい。

活性炭フィルター１０９は、大部分の炭素の他、酸素、水素、カルシウム等を含む多孔質の物質からなり、その微細な穴に多くの物質を吸着させる。表面が非極性の性質を持つため、細孔より小さな粒状の有機物を選択的に吸着し、脱臭作用を得ることができる。本実施形態においては、活性炭フィルター１０９の厚さは５ｍｍ〜３０ｍｍである。

以上のように構成された空気浄化装置１０１では、発光装置４からセラミックフォーム群１０３に対して紫外光を照射した状態でファン１０５を作動させることにより、吸気口１０２ａから取り込まれた空気をセラミックフォーム群１０３で浄化して排気口から排出することができる。本実施形態においては、セラミックフォーム群１０３に加えて、活性炭フィルター１０９によっても空気が浄化されるため、アセトアルデヒド除去性能が飛躍的に向上させることができる。

また、本実施形態においては、複数のセラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃを重ね、さらに各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの両面に凹凸を形成して表面積の増大が図ったので、セラミックフォーム群１０３における浄化作用を向上させることができる。

また、本実施形態においては、活性炭フィルター１０９をセラミックフォーム群１０３よりも、空気の流通方向について下流側に配置したので、活性炭フィルター１０９へ進入する空気を各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃで予め浄化させておくことができる。従って、活性炭フィルター１０９の劣化を抑制して、活性炭フィルター１０９の浄化性能を長期間にわたって維持することができる。また、発光装置４から照射される励起光が各セラミックフォーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃで遮られ、活性炭フィルター１０９へ直接的に入射することはないので、これによっても活性炭フィルター１０９の劣化を抑制することができる。

図８及び図９は、横軸を時間、縦軸をアセトアルデヒド濃度としたアセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。アセトアルデヒドの除去性能を調べるにあたり、第１仕様の活性炭フィルターのみを用いたもの（以下、比較例２）と、第２仕様の活性炭フィルターのみを用いたもの（以下、比較例３）と、セラミックフォーム群のみを用いたもの（以下、実施例Ｅ）と、第１仕様の活性炭フィルターを追加したセラミックフォーム群を用いたもの（以下、実施例Ｆ）を比較した。尚、比較例２、比較例３、実施例Ｅ及び実施例Ｆにおいては、ファンとしてシロッコファンを用いた。また、実施例Ｅ及び実施例Ｆにおいては、ＬＥＤ素子を用いた発光装置の実装基板をアルミニウムベースとした。データを取得するにあたり、実施例Ｅ及び実施例Ｆでは、開始直後から紫外線照射を開始した。図８に示すように、活性炭フィルターのみで浄化を行う比較例２及び比較例３では、一定時間を経過すると、アセトアルデヒドの濃度が変化しなくなる。これに対し、セラミックフォーム群のみで浄化を行う実施例Ｅでは、一定時間経過後もアセトアルデヒドの濃度が減少する。そして、図９に示すように、活性炭フィルターを追加したセラミックフォーム群で浄化を行う実施例Ｆでは、比較例２，比較例３及び実施例Ｅと比べ、開始直後からアセトアルデヒドの濃度を急激に減少させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組み合わせの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

以上のように、本発明の空気浄化装置は、アセトアルデヒドの除去性能を向上させることができ産業上有用である。

１ 空気浄化装置
２ 筐体
３ セラミックフォーム
４ 発光装置
５ ファン
４２ 実装基板
４３ ＬＥＤ素子
１０１ 空気浄化装置
１０２ 筐体
１０３ セラミックフォーム群
１０３ａ 第１セラミックフォーム
１０３ｂ 第２セラミックフォーム
１０３ｃ 第３セラミックフォーム
１０５ ファン
１０９ 活性炭フィルター

Claims (2)

1. 筐体と、
   前記筐体内に配置され、酸化チタンを含む光触媒部材と、
   前記筐体内に配置され、前記光触媒部材に対して紫外光を照射し、複数のＬＥＤ素子を含む発光部と、
   前記筐体内に配置された活性炭部材と、
   前記筐体内の空気を流通させるファンと、を含む空気浄化装置。
2. 前記活性炭部材は、前記光触媒部材よりも、空気の流通方向について下流側に配置される請求項１に記載の空気浄化装置。

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