JPWO2018020920A1 - 薄型空気浄化装置及び室内の空気浄化システム - Google Patents

Abstract

静粛性を飛躍的に向上させるとともに、装置の設置場所の自由度を確保することのできる薄型空気浄化装置及びこれを備えた室内の空気浄化システムを提供する。酸化チタンを含む光触媒部材２を備えた空気浄化装置１において、板状の光触媒部材２と、光触媒部材２に対して紫外光を照射し、複数のＬＥＤ素子を含む板状の発光部３と、板状の活性炭部材４と、を厚さ方向に並べ、光触媒部材２、発光部３及び前記活性炭部材４の外縁の少なくとも一部を枠体５で把持するようにした。

Description

本発明は、光触媒を用いた薄型空気浄化装置及びこれを備えた室内の空気浄化システムに関する。

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）。

しかしながら、特許文献１に記載の空気浄化装置では、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。そこで、光触媒部材に対して紫外光を照射する複数のＬＥＤ素子を含む発光部を設ける構成が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−２２０１２３号公報 国際公開第２０１６／１０４０２２号

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載の空気浄化装置では、筐体内にファンを設けていることから、ファンの騒音及び振動が問題となる。また、装置が比較的大型となることから、装置の設置場所が限定されてしまう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、静粛性を飛躍的に向上させるとともに、装置の設置場所の自由度を確保することのできる薄型空気浄化装置及びこれを備えた室内の空気浄化システムを提供することにある。

本発明では、酸化チタンを含む板状の光触媒部材と、前記光触媒部材に対して紫外光を照射し、複数のＬＥＤ素子を含む板状の発光部と、板状の活性炭部材と、前記光触媒部材、前記発光部及び前記活性炭部材の外縁の少なくとも一部を、前記光触媒部材、前記発光部及び前記活性炭部材を厚さ方向に並べた状態で把持する枠体と、を備えた薄型空気浄化装置が提供される。

上記薄型空気浄化装置において、前記発光部は、前記光触媒部材の一面側に離隔して配置され、前記活性炭部材は、前記光触媒部材の他面側に接触して配置されてもよい。

上記薄型空気浄化装置において、前記光触媒部材は、平面視にて、前記発光部と重ならない部分を有してもよい。

上記薄型空気浄化装置において、厚さ方向寸法が、３０ｍｍ以下であってもよい。

上記薄型空気浄化装置において、室内の仕切り部に設けられるものであって、前記室内側から、前記発光部、前記光触媒部材、前記活性炭部材の順に並べられてもよい。

また、本発明では、室内の空気浄化システムであって、前記室内に設けられた請求項１から５のいずれか１項に記載の薄型空気浄化装置と、前記室内の空気を循環させる空気循環装置と、を有する室内の空気浄化システムが提供される。

上記空気浄化システムにおいて、前記薄型空気浄化装置の近傍の空気の流速は、０．２ｍ／ｓ以上２．０ｍ／ｓ以下であってもよい。

本発明によれば、静粛性を飛躍的に向上させるとともに、空気浄化装置の設置場所の自由度を確保することができる。

図１は、本発明の一実施形態を示す薄型空気浄化装置の概略側面断面図である。 図２は、薄型空気浄化装置の概略正面図である。 図３は、発光部の背面図である。 図４は、比較例１における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、比較例２におけるアセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。 図６は、実施例におけるアセトアルデヒドの除去性能を示すグラフである。 図７は、変形例を示す薄型空気浄化装置の概略側面断面図である。

図１から図３は本発明の一実施形態を示し、図１は薄型空気浄化装置の概略側面断面図、図２は薄型空気浄化装置の概略正面図、図３は発光部の背面図である。

図１に示すように、この薄型空気浄化装置１は、概略板状に形成され、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む板状の光触媒部材２と、光触媒部材２に対して紫外光を照射する板状の発光部３と、板状の活性炭フィルター４と、光触媒部材２、発光部３及び活性炭フィルター４を厚さ方向に並べた状態で把持する枠体５と、を備えている。薄型空気浄化装置１の厚さは任意であるが、例えば３０ｍｍ以下とすることができる。この薄型空気浄化装置１は、家屋、車両等の室内の空気浄化に用いられ、家屋、車両等において室内外の仕切り部である壁部、ドア等に好適に設けられる。薄型空気浄化装置１の壁部、ドア等への設置状態は任意であり、例えば、壁部、ドア等の平坦面上に載置してもよいし、壁部、ドア等に埋設してもよい。図１には、仕切り部の平坦面１０上に載置した状態を示している。本実施形態においては、室内側から、発光部３、光触媒部材２、活性炭フィルター４の順に並べられ、発光部３と光触媒部材２の間に間隙６が形成されている。

枠体５は、光触媒部材２、発光部３及び活性炭フィルター４の外縁の少なくとも一部を着脱自在に把持する。本実施形態においては、図２に示すように、光触媒部材２、発光部３及び活性炭フィルター４の外縁を周方向にわたって把持する。図１に示すように、枠体５は、光触媒部材２と発光部３の間に外縁側から入り込む支持部５ａと、発光部３の室内側の外縁側を押さえ込む第１押さえ部５ｂと、活性炭フィルター４の室内と反対側の外縁側を押さえ込む第２押さえ部５ｃと、を有する。第２押さえ部５ｃは、薄型空気浄化装置１が平坦面１０上に載置された際に当該平坦面１０と接触し、平坦面１０と活性炭フィルター４の間に空間９を作り出す。また、特に図示していないが、枠体５は、光触媒部材２、発光部３及び活性炭フィルター４の側と、装置外側とを連通する孔部を有している。枠体５の材質は任意であるが、例えばアルミニウム等の金属材料とすることができる。

板状の光触媒部材２は、例えばポリエステル等のプラスチック材料からなり、内部が三次元網目構造となっている。プラスチック材料の表面には、酸化チタンの粒子がコーティングされている。また、光触媒部材２の一面及び他面には、波状の凹凸が形成されている。酸化チタンは４１０ｎｍ以下の波長の光で励起可能であり、励起状態となると付近の空気を浄化する。尚、酸化チタンを含んでいれば、光触媒部材２としてセラミック材料や水等の液体を用いることもできる。本実施形態においては、光触媒部材２の厚さは５ｍｍ〜３０ｍｍである。

発光部３は、複数のＬＥＤ素子７（図３参照）が実装された板状の実装基板である。発光部３は、ＬＥＤ素子７が実装された面が、光触媒部材２と対向するように、光触媒部材２の一面側と離隔して配置される。図３に示すように、発光部３は長方形状に形成され、各ＬＥＤ素子７が縦方向及び横方向に整列して配置される。また、図１に示すように、板状の光触媒部材２及び発光部３の平面視にて、光触媒部材２の一部が、発光部３と重ならないよう構成されている。本実施形態においては、平面視にて、発光部３の各長辺３ａが、光触媒部材２の側辺よりも内側に形成されている。これにより、室内の空気が間隙６へ流入しやすく、また、間隙６の空気が室内へ流出しやすくなっている。ここで、光触媒部材２及び活性炭フィルター４は通気性を有しており、室内から装置内へ流入した空気は、光触媒部材２及び活性炭フィルター４を通り抜けて空間９へ到達可能となっている。

図３に示すように、実装基板の回路パターンは、アノード電極３ｂ及びカソード電極３ｃを有し、各ＬＥＤ素子７へ電力を供給する。本実施形態においては、１３個のＬＥＤ素子７が並べられた４つの直列接続部が並列に接続され、計５２個のＬＥＤ素子７が使用される。発光部３は、ＡＣ駆動であっても、ＤＣ駆動であってもよい。本実施形態においては、発光部３の厚さは３ｍｍ〜１５ｍｍである。また、発光部３と光触媒部材２の間の間隙は３ｍｍ〜１５ｍｍである。

各ＬＥＤ素子７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７のピーク波長は４０５ｎｍである。尚、各ＬＥＤ素子７の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。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子７はフェイスアップ型であり、それぞれワイヤにより回路パターンと電気的に接続される。

活性炭フィルター４は、光触媒部材２の他面側に接触して配置される。活性炭フィルター４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４の厚さは５ｍｍ〜３０ｍｍである。

図１の矢印に示すように、この薄型空気浄化装置１が設けられる室内の空気は循環しており、薄型空気浄化装置１の近傍でも所定の風速の空気の流れが生じている。具体的に、この薄型空気浄化装置１を用いた室内の空気浄化システムは、室内の空気を循環させる空調装置、サーキュレーター、扇風機等の空気循環装置を有している。効率的に空気の浄化を行うため、薄型空気浄化装置１の近傍の風速を０．２ｍ／ｓ以上とすることが好ましい。また、従来の筐体内にファンを有する空気浄化装置のように筐体内の風速を３．０ｍ／ｓ以上とする必要はなく、薄型空気浄化装置１の近傍の風速が２．０ｍ／ｓ以下であれば、十分な空気浄化性能が発揮されることが確認されている。

以上のように構成された薄型空気浄化装置１では、発光部３から光触媒部材２に対して紫外光を照射することにより、室内から枠体５内へ流入した空気を光触媒部材２で浄化した後、再び室内へ流出することができる。本実施形態においては、光触媒部材２に加えて、活性炭フィルター４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を飛躍的に向上させることができる。また、ファンを設けていないことから、静粛性を飛躍的に向上させるとともに、装置の設置場所の自由度を確保することができる。

また、本実施形態によれば、活性炭フィルター４を室内と反対側に配置したので、活性炭フィルター４へ進入する空気を光触媒部材２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４の劣化を抑制して、活性炭フィルター４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、発光部３から照射される励起光が光触媒部材２で遮られ、活性炭フィルター４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４の劣化を抑制することができる。

図４から図６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、光触媒部材２単体によるもの（以下、比較例１）と、活性炭フィルター４単体によるもの（以下、比較例２）と、光触媒部材２及び活性炭フィルター４を積層したもの（以下、実施例）を比較した。データを取得するにあたり、比較例１及び実施例では、開始直後から紫外線照射を開始した。図５に示すように、活性炭フィルター４のみで浄化を行う比較例２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、図４に示すように、光触媒部材２のみで浄化を行う比較例１では、開始直後のアセトアルデヒドの濃度の減少率は比較例１に劣るものの、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６に示すように、光触媒部材２及び活性炭フィルター４を積層した実施例では、比較例１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つつ、一定時間経過後もアセトアルデヒドの濃度を減少させ続けることができる。
すなわち、活性炭フィルター４は吸着反応により空気浄化を行うため、脱臭特性が飽和してしまう。一方、光触媒部材２は分解反応により空気浄化を行うため、脱臭特性が飽和することなく、脱臭率１００％まで脱臭し続けることができる。そして、活性炭フィルター４と光触媒部材２を重ねることによって両方の作用効果を得ることができ、板状のような薄型であっても良好な脱臭特性を得ることができる。

尚、前記実施形態においては、室内側から発光部３、光触媒部材２、活性炭フィルター４の順に並んだ薄型空気浄化装置１を示したが、例えば図７に示すように、室内側から活性炭フィルター４、光触媒部材２、発光部３の順に並べた薄型空気浄化装置１０１とすることもできる。

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、本発明の薄型空気浄化装置は、静粛性を飛躍的に向上させるとともに、装置の設置場所の自由度を確保することができ、本発明の薄型空気浄化装置及びこれを備えた室内の空気浄化システムは産業上有用である。

１ 薄型空気浄化装置
２ 光触媒部材
３ 発光部
４ 活性炭フィルター
５ 枠体
７ ＬＥＤ素子
１０１ 薄型空気浄化装置

Claims (7)

1. 酸化チタンを含む板状の光触媒部材と、
   前記光触媒部材に対して紫外光を照射し、複数のＬＥＤ素子を含む板状の発光部と、
   板状の活性炭部材と、
   前記光触媒部材、前記発光部及び前記活性炭部材の外縁の少なくとも一部を、前記光触媒部材、前記発光部及び前記活性炭部材を厚さ方向に並べた状態で把持する枠体と、を備えた薄型空気浄化装置。
2. 前記発光部は、前記光触媒部材の一面側に離隔して配置され、
   前記活性炭部材は、前記光触媒部材の他面側に接触して配置される請求項１に記載の薄型空気浄化装置。
3. 前記光触媒部材は、平面視にて、前記発光部と重ならない部分を有する請求項２に記載の薄型空気浄化装置。
4. 厚さ方向寸法が、３０ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の薄型空気浄化装置。
5. 室内の仕切り部に設けられるものであって、
   前記室内側から、前記発光部、前記光触媒部材、前記活性炭部材の順に並べられる請求項１から４のいずれか１項に記載の薄型空気浄化装置。
6. 室内の空気浄化システムであって、
   前記室内に設けられた請求項１から５のいずれか１項に記載の薄型空気浄化装置と、
   前記室内の空気を循環させる空気循環装置と、を有する室内の空気浄化システム。
7. 前記薄型空気浄化装置の近傍の空気の流速は、０．２ｍ／ｓ以上２．０ｍ／ｓ以下である請求項６に記載の室内の空気浄化システム。

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