WO2004045660A1 - 空気浄化装置 - Google Patents

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WO2004045660A1
WO2004045660A1 PCT/JP2002/011985 JP0211985W WO2004045660A1 WO 2004045660 A1 WO2004045660 A1 WO 2004045660A1 JP 0211985 W JP0211985 W JP 0211985W WO 2004045660 A1 WO2004045660 A1 WO 2004045660A1
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photocatalyst
air purification
photocatalytic
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Masato Wakamura
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Fujitsu Limited
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    • F24F8/22—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by sterilisation using UV light

Definitions

  • the present invention relates to an air purification device for purifying air in a room or a vehicle, for example.
  • Air purifiers may be used to purify and deodorize air in rooms, cars, and closets, shoe boxes, refrigerators, and cupboards.
  • the air purifying apparatus is disclosed in, for example, JP-A-11-151443, JP-A-2001-253235, and JP-A-2002-253662.
  • an air purification device a device using a photocatalytic substance is known.
  • Such an air purifying device is disclosed in, for example, JP-A-11-151443 and JP-A-2002-253662.
  • FIG. 7 schematically shows a conventional air purification device X2 using a photocatalytic substance.
  • the air purification device X2 includes a housing 71, a filter 72 for removing dust, photocatalytic filters 73 and 74, an ultraviolet lamp 75, a fan 76, and a filter 77.
  • the housing 71 has an intake port 71a and an exhaust port ⁇ 1b.
  • the filter 72 is provided so as to close the intake port 71a, and the filter 77 is provided so as to close the exhaust port 71b.
  • Photocatalytic filter 73, 74, powdery titanium oxide (T i 0 2) is made of bonded nonwoven, which connection function by to being irradiated by the ultraviolet lamp 75.
  • the fan 76 is provided on the exhaust port 71b side, and when the fan 76 operates, air passes through the air purification device X2. Specifically, when the fan 76 operates, the air flows into the air purifying device X2 through the air inlet 71a, and sequentially passes through the finoleta 72, the photocatalytic filters 73, 74, and the filter 77. Thereafter, the air is exhausted from the air purification device X2 through the exhaust port 71b.
  • Some semiconductor substances, such as titanium oxide, are known as substances having a photocatalytic property.
  • electrons in the valence band In a semiconductor material having a photocatalytic function, electrons in the valence band generally transition to the conduction band by absorbing light having energy corresponding to the band gap between the valence band and the conduction band. Holes are generated in the electron band.
  • the electrons in the conduction band have a property of moving to a substance adsorbed on the surface of the photocatalytic semiconductor, whereby the adsorbed substance can be reduced.
  • the holes in the valence band have the property of removing electrons from the substance adsorbed on the surface of the photocatalytic semiconductor, whereby the adsorbed substance can be oxidized.
  • the child electrostatic shifting to the conduction band, super O carboxymethyl door two turned by reducing oxygen in the air ( ⁇ ⁇ 2 -) Ru to produce a.
  • the holes generated in the valence band oxidize the water adsorbed on the titanium oxide surface to generate hydroxy radicals ( ⁇ ⁇ ). Hydroxyl radicals have a very strong oxidizing power. Therefore, when, for example, an organic substance is adsorbed on the photocatalytic titanium oxide, the organic substance may be decomposed into water and carbon dioxide by the action of a hydroxyl radical.
  • the size of the air purification device X2 tends to be excessive.
  • an increase in the thickness of the photocatalyst filters 73 and 74 is not preferable in consideration of the pressure loss when air passes through the photocatalyst filters 73 and 74.
  • the blowing capacity required of the fan 76 is correspondingly increased, and the blowing capacity of the fan 76 is increased. Then, it is difficult to maintain the silence of the air conditioner X2.
  • the ultraviolet irradiation amount in the photocatalyst filters 73 and 7 has a bias. That is, the distance from the UV lamp 75 and the UV irradiation angle differ depending on the position on the photocatalytic filters 73 and 74. For this reason, the photocatalyst filters 73 and 74 do not exhibit a sufficient decomposition action at the portion where the amount of ultraviolet irradiation is small, and as a result, in the conventional air purification device X2, 3, 74 cannot fully enjoy the potential of light.
  • the number of the ultraviolet lamps 75 is increased, the deviation of the ultraviolet irradiation amount is relatively evened, so that the light contact performance of the photocatalyst filters 73 and 74 and the air purification efficiency of the air purification device X 2 are reduced. It is possible to improve. However, with such a configuration, the number of inverters (not shown) for driving and controlling the ultraviolet lamps 75 increases in accordance with the number of the ultraviolet lamps 75, and the size of the air purification device X2 increases. Will be invited.
  • the conventional air purification device X2 has difficulty in achieving high air purification efficiency while maintaining the device size. Disclosure of the invention
  • the present invention has been conceived under such circumstances, and has as its object to provide an air purification device suitable for achieving high air purification efficiency.
  • the air purifying apparatus comprises: a purifying chamber through which air can pass; an ultraviolet light source provided in the purifying chamber; and an air flow into the purifying chamber by passing air through the purifying chamber.
  • a photocatalyst particle having a photocatalyst function which is accommodated in a purification chamber and can be displaced by an airflow.
  • the photocatalyst in the present invention refers to a function of catalyzing a reaction (for example, an oxidative decomposition reaction) that changes a chemical structure of an organic substance or an organic tissue under ultraviolet irradiation conditions.
  • the photocatalyst particles having such a function include, for example, a powder made of a light material such as a foamed resin, and a photocatalytic substance fixed to the lightweight powder.
  • the displacement of the photocatalyst particles in the present invention refers to the motion of the photocatalyst particles having a translational motion component and a z or rotational motion component.
  • the displacement of the photocatalyst particles means, for example, that the photocatalyst particles Refers to dancing.
  • an ultraviolet light source such as an ultraviolet lamp and an airflow generating means such as a fan are operated.
  • an airflow is generated in the purification room.
  • the photocatalyst particles in the purification chamber are agitated by this air flow, and, for example, flutter.
  • the air passing through the purification chamber comes into contact with the photocatalyst particles while the photocatalyst particles are irradiated with ultraviolet rays, so that pollutants and bacteria in the air are catalyzed by the photocatalyst particles.
  • the photocatalyst particles are appropriately moved or disturbed, the entire surface of the photocatalyst particles is uniformly irradiated with ultraviolet rays.
  • the air purifying apparatus of the present invention since the entire surface of the photocatalyst particles is uniformly irradiated with ultraviolet rays, the photocatalytic function of the photocatalyst substance present on the surface of the photocatalyst particles is sufficiently exhibited. Is done.
  • the air purifying apparatus of the present invention since the granules perform the air purifying function, the contact efficiency between the photocatalytic substance and air per unit volume is higher than that of the conventional air purifying apparatus in which the filter performs the air purifying function. Is expensive. Therefore, the air purifying apparatus of the present invention is suitable for setting a high air purifying function per unit volume.
  • the air purification function or photocatalytic function per unit volume can be adjusted by appropriately adjusting the particle size or surface area of the photocatalyst particles and the filling rate of the photocatalyst particles in the purification chamber.
  • the mode of movement or disturbance of the photocatalyst particles can be appropriately adjusted by adjusting the filling rate of the photocatalyst particles in the purification chamber, and the mass and shape of the photocatalyst particles.
  • the air purification device is suitable for achieving high air purification efficiency.
  • the photocatalyst particles include carrier particles and a photocatalyst substance fixed to the carrier particles.
  • the photocatalytic substance is preferably selected from the group consisting of photocatalytic apatite and titanium oxide.
  • the photocatalytic apatite is preferably titanium-modified calcium hydroxyapatite (Ti) having a chemical structure in which part of Ca of calcium hydroxyapatite is replaced by Ti. _ C a HA P).
  • Ti titanium-modified calcium hydroxyapatite
  • Such a photocatalytic apatite is disclosed, for example, in JP-A-2000-327315.
  • This publication discloses a photocatalytic apatite in which, for example, titanium oxide having a photocatalytic property and, in particular, calcium hydroxyapatite (CaHAP), which has an excellent ability to adsorb organic substances, are compounded at an atomic level. .
  • the photocatalytic apatite has a crystal structure in which a part of Ca constituting CaHAP (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) is substituted with Ti, and the Ti introduced At the site, a titanium oxide-like partial structure similar to the chemical structure of photocatalytic titanium oxide is formed. Since the titanium oxide-like partial structure capable of performing a photocatalytic function is embedded in the crystal structure of CaHAP, which has excellent organic substance adsorption properties, the contact efficiency between the decomposition target such as organic substances and the titanium oxide-like partial structure is effective. Has improved. As a result, the titanium oxide-like partial structure is capable of efficiently oxidatively decomposing contaminants and bacterial cell membranes in the air based on the photostimulating ability.
  • the titanium oxide is preferably an anatase type titanium oxide.
  • Anatase-type titanium oxide is known as a photocatalytic substance.
  • the carrier particles comprise a resin.
  • a light reflecting film is provided on the surface of the carrier particles, and the photocatalytic substance is fixed on the light reflecting film.
  • the filling rate of the photocatalyst particles in the purification room is preferably 50 to 80%, and more preferably 60 to 70.
  • the purification chamber has a column shape having a main extending direction, and the ultraviolet light source extends on an axis in the main extending direction in the column shape. More preferably, the purification chamber has a cylindrical shape.
  • the air purification device preferably further includes a dust filter through which air passes before flowing into the purification chamber.
  • the air purification device preferably further includes a turbulence generating means in the purification chamber.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an air purifying apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 shows the air purifier during operation.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • FIG. 5 shows a modification of the air purification device shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the measurement results in the example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional air purifying apparatus using a photocatalytic substance.
  • the air purification device X1 includes a cylindrical housing 10, a fan 11, an ultraviolet lamp 12, and photocatalyst granules 13.
  • the housing 10 is made of resin or metal, and has an inlet 10a and an outlet 10Ob.
  • the P air inlet 10 a is closed by a dust filter 14.
  • the exhaust port 10b is closed by a filter 15 through which the photocatalyst granules 13 cannot pass.
  • the interior of the housing 10 is divided by a mesh material 16 into a fan housing Rife and an air purification chamber R2.
  • the mesh material 16 has an opening size through which the photocatalyst granules 13 cannot pass.
  • the fan accommodating room R 1 accommodates the fan 11.
  • the air purification chamber R 2 accommodates ultraviolet lamps 12 and photocatalyst granules 13.
  • a light reflecting film may be provided on all or a part of the inner wall surface of the housing 10 to reflect and effectively use ultraviolet light from the ultraviolet lamp 12.
  • the fan 11 is for taking air outside the device into the device, and is driven by a predetermined driving mechanism (not shown).
  • the driving mechanism is housed together with the fan 11 in, for example, a fan housing room R1.
  • the ultraviolet lamp 12 is for emitting ultraviolet rays in a wavelength region of 400 nm or less (for example, 330 to 380 nm), and is arranged on the axis Y of the cylindrical housing 10. Is established.
  • the ultraviolet lamp 12 is controlled by a predetermined control mechanism (not shown) including an inverter.
  • the control mechanism includes a fan 11 and a fan drive mechanism. For example, it is housed in the fan housing room Rl, for example.
  • the photocatalyst particles 13 are composed of carrier particles and a photocatalyst substance fixed thereto.
  • the carrier particles are made of, for example, polystyrene foam or polyethylene terephthalate (PET), and have an average particle size of, for example, 0.5 to 1 Omm.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the carrier particles may have a shape having a plurality of minute projections. Such a shape is suitable for achieving a large surface area in the carrier particles.
  • the photocatalytic substance is titanium-modified calcium hydroxyapatite (Ti-CaHAP), which is a photocatalytic apatite, and / or anatase-type titanium oxide.
  • Ti-CaHAP titanium-modified calcium hydroxyapatite
  • the photocatalytic substance may be in the form of a powder or a thin film.
  • a light reflecting film may be provided on the surface of the carrier particles.
  • the photocatalytic substance is fixed on the light reflecting film.
  • Such photocatalyst granules 13 composed of light carrier particles and a photocatalyst substance can be disturbed by the air current generated by the operation of the fan 11 and also exhibit a light touch by the irradiation of ultraviolet rays from the ultraviolet lamp 12. can do.
  • the basic skeleton of Ti—CaHAP that can be used as a photocatalytic substance in the present invention corresponds to the structure of CaHAP.
  • CaHAP has high adsorptivity because it easily ion-exchanges both cations and aions, and has excellent ability to adsorb organic substances.
  • CaHAP can Pllh or inhibit its growth by strongly adsorbing mold bacteria and the like.
  • T i-In CaHAP the photocatalytic property that can exhibit photocatalysis within the apatite crystal structure by incorporating Ti into the apatite crystal structure instead of a part of Ca in CaHAP A partial structure is formed.
  • the photocatalytic partial structure is considered to correspond to the structure of a metal oxide having a photocatalytic ability.
  • the abundance ratio of Ti to all metal atoms (. & ⁇ 1 ⁇ ) contained in the apatite crystal structure of Ti-CaHAP used in the present invention is excellent in the adsorption and photocatalyst in Ti-CaHAP. From the viewpoint of enjoying both functions, the preferred range is 3 to 1 1 mo 1%. That is, the value of T i / (T i + Ca) is preferably 0.03 to 0.11 (molar ratio).
  • Ti-CaHAP having such a chemical structure can provide a photocatalytic gold with poor adsorption power due to the high adsorption power and the synergistic effect of the photocatalytic function. It exhibits more efficient decomposition and more efficient air purifying and deodorizing effects than group oxides.
  • the filling rate of the photocatalyst granules 13 in the air-evaporating chamber R2 is preferably 50 to 80%, more preferably 60 to 70%. If the filling ratio is less than 50%, the photocatalyst granules 13 tend to be difficult to achieve a high level and contact efficiency between the photocatalyst granules 13 and air due to a small amount of photocatalyst granules 13. It is in. If the filling ratio exceeds 80%, it becomes difficult to achieve high V and contact efficiency between the photocatalyst granules 13 and air due to the fact that the photocatalyst granules 13 are less likely to be disturbed. There is a tendency.
  • an adhesive film is formed on the surface of the carrier particles, for example, by spraying a predetermined spray paste on the carrier particles.
  • the photocatalytic substance powder is adhered to the surface of the carrier particles by bringing the carrier particles having the adhesive film formed on their surfaces into contact with the powdery photocatalytic substance.
  • the photocatalytic substance powder is fixed on the surface of the carrier particles.
  • the surface of the carrier particles is swelled or softened by immersing the carrier particles in a predetermined solvent.
  • the type of solvent is selected according to the material of the carrier particles. For example, when styrene foam-made carrier particles are employed, an aromatic organic solvent such as xylene or the like can be used as the solvent. Also, the immersion time is appropriately determined according to the types of the carrier particles and the solvent.
  • the photocatalytic substance powder is adhered to the surface of the carrier particles by bringing the carrier particles whose surfaces are swollen into contact with the powdery photocatalytic substance.
  • the photocatalytic substance powder is fixed on the surface of the carrier particles by drying the surface of the carrier particles.
  • a photocatalyst substance formed on a predetermined film by sputtering may be bonded to the surface of the carrier particles.
  • the filter 14 is made of, for example, a nonwoven fabric and has a predetermined opening size for catching dust and the like in the air.
  • the filter 15 is made of, for example, a nonwoven fabric and has a predetermined opening size for allowing the passage of the photocatalyst granules 13.
  • the mesh material 16 is made of, for example, a wire mesh and is a place for preventing the passage of the photocatalyst granules 13. It has a fixed opening size.
  • the photocatalyst granules 13 are disturbed by the airflow during the operation, so that the entire surface of the photocatalyst granules 13 is uniformly irradiated with ultraviolet rays. For this reason, the photocatalyst substance fixed to the photocatalyst granules 13 can sufficiently exhibit the photocatalysis.
  • the light reflecting film is provided on the inner wall surface of the housing 10
  • the ultraviolet light is reflected on the inner wall surface, so that the ultraviolet light can be used effectively.
  • the photocatalyst granules 13 are provided with a light reflecting film, the ultraviolet rays are irregularly reflected by the photocatalyst granules 13, so that the ultraviolet rays can be used effectively.
  • the air purification device X1 since the granules (photocatalyst granules 13) have an air purification function, the contact efficiency between the photocatalyst substance and air per unit volume is high. Therefore, the air purification device X1 is suitable for setting the air purification function per unit volume to be high.
  • the air purifying function or the optical fiber performance per unit volume can be adjusted by appropriately adjusting the particle size or surface area of the photocatalyst particles and the filling rate of the photocatalyst particles in the container. Further, the mode of movement or disturbance of the photocatalyst particles can be appropriately adjusted by adjusting the filling rate of the photocatalyst particles in the container, and the mass and shape of the photocatalyst particles.
  • the air purification chamber R2 has a cylindrical shape having a main extending direction, and the ultraviolet lamp 12 extends on the axis Y of the cylindrical shape. Therefore, when the ultraviolet lamp 1 2 is activated, the ultraviolet lamp 1 2 Ultraviolet rays are emitted radially from the axis Y of the purification chamber R2.
  • Such uniform ultraviolet radiation in the air purification chamber R2 is suitable for uniformly irradiating the individual photocatalyst granules 13 which are disturbed by the airflow with ultraviolet rays.
  • a baffle plate 17 as shown in FIG. 5 may be provided inside the air purification chamber R2.
  • the baffle plate 17 is, for example, a substantially rectangular plate provided perpendicular to the inner wall surface of the housing 10 and generates turbulent airflow in the air purification chamber R2 by obstructing a linear airflow. belongs to.
  • the shape of the baffle 17 may be different from the shape shown in FIG.
  • Ti-C a HAP powder as photocatalytic apatite was added to 0.1 g of styrene foam beads (average particle size 5 mm). It was evenly attached and fixed to the surface.
  • an air purification device having a configuration as shown in FIG. 1 was manufactured, and the air purification function of the air purification device was examined.
  • the air purifying chamber of the apparatus of this embodiment is defined by a cylindrical wall having an inner diameter of 100 mm and a height of 20 Omm.
  • an ultraviolet lamp (Trade name: FL10BLB (10w), manufactured by Toshiba) was used.
  • a cooling fan (trade name: DC fan motor “SANACE 120L”, manufactured by Sanyo Electric Co., Ltd.) was used.
  • the filling rate of the photocatalyst granules in the air purification room was 50%.
  • the device prepared as described above, the test Chiya placed in Nba (volume lm 3), by actuating a fan of the device, at a rate of 4 m 3 Zm in the vessel I sent in the air.
  • the test champer was prefilled with acetoaldehyde at a concentration of 50 ppm.
  • the apparatus was operated for 3 hours, and the concentration of acetate aldehyde was measured at 30 minute intervals. As a result, it was confirmed that the concentration of acetoaldehyde gradually decreased. It was also confirmed that the concentration of carbon dioxide (gas) generated by the decomposition reaction of acetaldehyde gradually increased in response to the decrease in the concentration of acetaldehyde.
  • Figure 6 shows the results of this measurement.
  • the vertical axis represents the ratio of the measured concentration to the initial concentration of acetoaldehyde, and the measured carbon dioxide concentration
  • the horizontal axis represents the elapsed time.
  • Graph A in FIG. 6 shows the change over time in the concentration of acetoaldehyde
  • Graph B shows the change over time in the concentration of carbon dioxide.

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Abstract

空気浄化装置Ｘ１は、空気が内部を通過することのできる浄化室（Ｒ２）と、浄化室（Ｒ２）内に設けられた紫外線光源（１２）と、浄化室（Ｒ２）内に空気を通過させることによって浄化室（Ｒ２）内に気流を発生させるための気流発生手段（１１）と、光触媒機能を有し、且つ、浄化室（Ｒ２）に収容されて気流により変位可能な光触媒粒体（１３）とを備える。

Description

明細書 空気浄化装置 技術分野
本発明は、 例えば室内や車内の空気を清浄化するための、 空気浄化装置に関す る。 背景技術
室内や車内、 並びに、 クローゼット、 下駄箱、 冷蔵庫、 および食器棚の中の空 気を清浄化および消臭などするために、 空気浄化装置が使用される場合がある。 空気浄ィ匕装置については、 例えば、 特開平 1 1一 151443号公報、 特開 20 01-253235号公報、 特開 2002— 253662号公報などに開示され ている。
空気浄化装置としては、 光触媒物質を利用するものが知られている。 .そのよう な空気浄化装置については、 例えば特開平 1 1一 151443号公報および特開 2002-253662号公報に開示されている。
図 7は、 光触媒物質を利用する従来の空気浄化装置 X 2を模式的に表す。 空気 浄化装置 X 2は、 ハウジング 71と、 除塵用のフィルタ 72と、 光触媒フィルタ 73， 74と、 紫外線ランプ 75と、 ファン 76と、 フィルタ 77とを備える。 ハウジング 71は、 吸気口 71 aおよび排気口 Ί 1 bを有する。 フィルタ 72 は、 吸気口 71 aを閉塞するように設けられており、 フィルタ 77は、 排気口 7 1 bを閉塞するように設けられている。 光触媒フィルタ 73， 74は、 粉末状の 酸化チタン （T i 02) が接着された不織布よりなり、 紫外線ランプ 75により 照射されることによつて機能する。 ファン 76は排気口 71 bの側に設けられ、 ファン 76が作動することにより空気浄化装置 X 2を空気が通過する。 具体的に は、 ファン 76が作動することにより、 空気は、 吸気口 71 aを介して空気浄ィ匕 装置 X 2に流入し、 フイノレタ 72、 光触媒フィルタ 73, 74、 およびフィルタ 77を順次通過した後、排気口 71 bを介して空気浄ィ匕装置 X 2から排気される。 酸ィ匕チタンなどの一部の半導体物質は、 光触^!能を有する物質として知られ ている。 光触媒機能を有する半導体物質では、 一般に、 価電子帯と伝導帯のバン ドギャップに相当するエネルギーを有する光を吸収することによって、 価電子帯 の電子が伝導帯に遷移し、 この電子遷移により、 価電子帯には正孔が生ずる。 伝 導帯の電子は、 当該光触媒性半導体の表面に吸着している物質に移動する性質を 有し、 これにより当該吸着物質は還元され得る。 価電子帯の正孔は、 当該光触媒 性半導体の表面に吸着している物質から電子を奪い取る性質を有し、 これにより 当該吸着物質は酸化され得る。
光触媒機能を有する酸化チタン （T i 02) においては、 伝導帯に遷移した電 子は、 空気中の酸素を還元してスーパーォキシドア二オン （· ο 2— ) を生成させ る。 これとともに、 価電子帯に生じた正孔は、 酸化チタン表面の吸着水を酸化し てヒドロキシラジカル（·〇Η) を生成させる。 ヒドロキシラジカルは、非常に強 い酸化力を有している。 そのため、 光触媒性酸化チタンに対して例えば有機物が 吸着すると、 ヒドロキシラジカルが作用することによって、 当該有機物は、 水と 二酸ィ匕炭素にまで分解される場合がある。
空気浄化装置 X 2の作動時においては、 空気中の汚染物質や細菌などは、 光触 媒フィルタ 7 3 , 7 4に補足される。 光触媒フイルク 7 3， 7 4には、 上述のよ うな光触媒としての酸化チタンが付着しているので、 これら汚染物質や細菌など は、 紫外線ランプ 7 5により照射される光触媒フィルタ 7 3 , 7 4におレ、て、 分 解作用を受ける。
このような従来の空気浄ィ匕装置 X 2において、 空気浄化効率を高めるには、 光 触媒フィルタ 7 3， 7 4に対して空気を効率よく接触させる必要がある。 当該接 触効率は、 光触媒フィルタ 7 3 , 7 4の面積および Ζまたは厚みを大きくするこ とにより、 向上することができる。
しかしながら、 光触媒フィルタ 7 3， 7 4の面積を増大すると、 空気浄化装置 X 2のサイズが過大となる傾向にある。 また、 光触媒フィルタ 7 3， 7 4の厚み の増大は、 光触媒フィルタ 7 3 , 7 4を空気が通過する際の圧力損失を考慮する と、 好ましくない。 光触媒フィルタ 7 3 , 7 4の厚みを増大すると、 それに応じ てファン 7 6に要求される送風能力は高くなり、 ファン 7 6の送風能力を高くす ると、 空気净化装置 X 2の静寂性を維持するのが困難となるからである。
また、 空気浄化装置 X 2では、 光触媒フィルタ 7 3， 7 における紫外線照射 量には、 偏りがある。 すなわち、 紫外線ランプ 7 5からの距離、 および、 紫外線 照射角度は、 光触媒フィルタ 7 3， 7 4上の位置に応じて異なる。 そのため、 光 触媒フィルタ 7 3 , 7 4におレ、て紫外線照射量の少な 、部位では充分な分解作用 が発揮されず、 その結果、 従来の空気浄ィ匕装置 X 2においては、 光触媒フィルタ 7 3 , 7 4が潜在的に有する光触 能を充分に享受することができなレ、。 紫外線ランプ 7 5の配設個数を増加すると、 紫外線照射量の偏りが比較的均さ れるので、 光触媒フィルタ 7 3 , 7 4の光触■能、 ひいては空気浄化装置 X 2 の空気浄化効率を、 向上することは可能である。 しかしながら、 そのような構成 によると、 紫外線ランプ 7 5の個数に応じて、 これを駆動制御するためのインバ ータ （図示略） などの個数も増加してしまい、 空気浄化装置 X 2の大型化を招来 してしまう。
このように、 従来の空気浄化装置 X 2は、 装置サイズを維持しつつ高い空気浄 化効率を達成するのに困難性を有する。 発明の開示
本発明は、 このような事情のもとで考え出されたものであって、 高い空気浄化 効率を達成するのに適した空気浄化装置を提供することを目的とする。
本発明により提供される空気浄化装置は、 空気が内部を通過することのできる 浄化室と、 浄ィ匕室内に設けられた紫外線光源と、 浄化室内に空気を通過させるこ とによって浄化室内に気流を発生させるための気流発生手段と、 光触^ t能を有 し、 且つ、 浄化室に収容されて気流により変位可能な光触媒粒体とを備える。 本 発明における光触 能とは、 有機物質や有機組織などの化学構造を変化させる 反応 （例えば酸化分解反応） を、 紫外線照射条件下で触媒する機能をいう。 この ような機能を有する光触媒粒体は、 例えば、 発泡樹脂のような軽い素材で作製し た粉体と、 当該軽量粉体に対して固定された光触媒物質とからなる。 また、 本発 明における光触媒粒体の変位とは、 並進運動成分および zまたは回転運動成分を 有する光触媒粒体の運動をいう。 光触媒粒体の変位とは、 例えば、 光触媒粒体が 乱舞することをいう。
このような構成の空気净化装置の稼動時にぉ 、ては、 紫外線ランプなどの紫外 線光源、 および、 ファンなどの気流発生手段が作動する。 気流発生手段の作動に より浄ィ匕室内に空気を通過させると、 当該浄ィ匕室内には気流が発生する。 浄化室 内の光触媒粒体は、 この気流により攪拌されて、 例えば乱舞する。 このとき、 光 触媒粒体が紫外線照射されつつ、 浄化室を通過する空気が光触媒粒体と接触する ので、 空気中の汚染物質や細菌などは、 光触媒粒体の触媒作用を受ける。 光触媒 粒体が適当に運動なレ、し乱舞する場合、 光触媒粒体の全表面に対して紫外線が満 遍なく照射されることとなる。
本発明の空気浄化装置におレ、ては、 光触媒粒体の全表面に対して紫外線が満遍 なく照射されるので、 光触媒粒体の表面に存在する光触媒物質の光触媒機能は充 分に発揮される。 本発明の空気浄ィ匕装置においては、 粒体が空気浄化機能を担う ので、 フィルタが空気浄化機能の担う従来の空気浄化装置よりも、 単位体積あた りにおける光触媒物質と空気との接触効率は高い。 そのため、 本発明の空気浄ィ匕 装置は、 単位体積あたりの空気浄化機能を高く設定するのに適している。 単位体 積あたりの空気浄化機能ないし光触媒機能は、 光触媒粒体の粒径ないし表面積、 およぴ、 浄化室における光触媒粒体の充填率を適宜調節することによつて調整す ることができる。 また、 光触媒粒体の運動ないし乱舞の態様は、 浄化室における 光触媒粒体の充填率、 並びに、 光触媒粒体の質量および形状を調節することによ つて、 適切に調整することができる。
このように、 本発明によると、 空気浄化装置において高い空気浄化効率を達成 するのに適しているのである。
好ましくは、 光触媒粒体は、 担体粒子と、 当該担体粒子に固定された光触媒物 質とを含む。 光触媒物質は、 好ましくは、 光触媒アパタイトおよび酸ィ匕チタンか らなる群より選択される。
光触媒物質として光触媒ァパタイトを採用する場合、当該光触媒ァパタイトは、 好ましくは、 カルシウムハイドロキシァパタイトの C aの一部が T iで置換され た化学構造を有するチタン修飾カルシウムハイドロキシァパタイト （T i _ C a HA P ) である。 このような光触媒ァパタイトは、 例えば特開 2000— 327315号公報に 開示されている。 当該公報には、 光触 能を有する例えば酸化チタンと、 特に 有機物を吸着する能力に優れている例えばカルシウムハイドロキシァパタイト (CaHAP) とが原子レベルで複合化された光触媒ァパタイトが開示されてい る。 当該光触媒アパタイトは、 具体的には、 CaHAP (C a 10(PO4)6(OH) 2) を構成する C aの一部が T iに置換された結晶構造を有し、 当該 T i導入部 位には、 光触媒性酸化チタンの化学構造に近似する酸化チタン様部分構造が形成 されている。 有機物吸着性に優れた CaHAPの結晶構造中に、 光触媒機能を発 揮し得る酸化チタン様部分構造が内在しているため、 有機物などの分解対象物と 酸化チタン様部分構造との接触効率は効果的に向上している。 その結果、 当該酸 化チタン様部分構造は、 光触醒能に基づいて、 空気中の汚染物質や細菌細胞膜 などを効率良く酸化分解することが可能となっている。
光触媒物質として酸化チタンを採用する場合、当該酸化チタンは、好ましくは、 アナターゼ型酸化チタンである。 アナターゼ型酸化チタンは、 光触媒物質として 知られている。
好ましくは、 担体粒子は樹脂よりなる。 また、 好ましくは、 担体粒子の表面に は光反射膜が設けられており、 光触媒物質は当該光反射膜上に固定されている。 浄ィ匕室における光触媒粒体の充填率は、 好ましくは 50〜 80 %であり、 より 好ましくは 60〜70である。
好ましくは、 浄化室は主延ぴ方向を有する柱形状を有し、 紫外線光源は、 柱形 状における主延び方向の軸心上を延びる。 より好ましくは、 浄化室は円柱形状を 有する。
本発明に係る空気浄化装置は、 好ましくは、 更に、 浄化室内に流入する前に空 気が通過する除塵フィルタを備える。
本発明に係る空気浄化装置は、 好ましくは、 更に、 浄化室内に乱気流発生手段 を備える。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る空気浄ィ匕装置の一部切欠斜視図である。
図 2は、 図 1の線 II一 IIに沿った断面図である。
図 3は、 稼動時における空気浄化装置を表す。
図 4は、 図 1の線 IV— IVに沿った断面図である。
図5は、 図 1に示す空気浄化装置の変形例を表す。
図 6は、 実施例における測定結果を表す。
図 7は、 光触媒物質を利用した従来の空気浄ィ匕装置の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1から図 4は、本発明に係る空気浄化装置 X 1を表す。空気浄化装置 X 1は、 円筒状のハウジング 1 0と、 ファン 1 1と、 紫外線ランプ 1 2と、 光触媒粒体 1 3とを備える。
ハウジング 1 0は、 樹脂製または金属製であり、 吸気口 1 0 aおよび排気口 1 O bを有する。 P及気口 1 0 aは、 除塵用のフィルタ 1 4により閉塞されている。 排気口 1 0 bは、 光触媒粒体 1 3が通過できないフィルタ 1 5により閉塞されて いる。 ハウジング 1 0の内部は、 メッシュ材 1 6によって、 ファン収容室 R i fe よび空気浄化室 R 2に区分されている。 メッシュ材 1 6は、 光触媒粒体 1 3が通 過できない開口サイズを有する。 ファン収容室 R 1は、 ファン 1 1を収容する。 空気浄化室 R 2は、 紫外線ランプ 1 2およぴ光触媒粒体 1 3を収容する。 ハゥジ ング 1 0の内壁面の全て又は一部には、 紫外線ランプ 1 2からの紫外線を反射し て有効利用するための光反射膜が設けられていてもよい。
ファン 1 1は、 装置外の空気を装置内に取り込むためのものであり、 所定の駆 動機構 （図示略） により駆動される。 当該駆動機構は、 ファン 1 1とともに、 例 えばファン収容室 R 1に収容されている。
紫外線ランプ 1 2は、 4 0 0 n m以下 （例えば 3 4 0〜 3 8 0 n m) の波長領 域の紫外線を放射するためのものであり、 円筒状のハウジング 1 0の軸心 Y上に 配設されている。 紫外線ランプ 1 2は、 インバータを含む所定の制御機構 （図示 略） により制御される。 当該制御機構は、 ファン 1 1およびファン駆動機構とと もに、 例えばファン収容室 Rlに収容されている。
光触媒粒体 13は、 担体粒子と、 これに固定された光触媒物質とからなる。 担 体粒子は、 例えば発泡スチロールやポリエチレンテレフタレート （PET) より なり、 例えば 0. 5〜1 Ommの平均粒径を有する。 担体粒子は、 複数の微小な 突起を有する形状を有していてもよい。 このような形状は、 担体粒子において広 い表面積を達成するうえで好適である。 光触媒物質は、 本実施形 においては、 光触媒ァパタイトであるチタン修飾カルシウムハイドロキシァパタイト （T i一 CaHAP)、 および/または、 アナターゼ型酸化チタンである。 光触媒物質は、 粉末状であってもよいし薄膜状であってもよい。 担体粒子の表面には、 光反射膜 を設けてもよい。 この場合、 光触媒物質は、 当該光反射膜上に固定される。 軽い 担体粒子と光触媒物質とからなるこのような光触媒粒体 13は、 ファン 1 1の作 動により発生する気流により乱舞することができ、 且つ、 紫外線ランプ 12から の紫外線照射により光触 能を発揮することができる。
本発明において光触媒物質として用いることのできる T i— CaHAPの基本 骨格は、 C aHAPの構造に相当する。 CaHAPは、 カチオンともァ-オンと もイオン交換し易いため吸着性に富んでおり、 有機物を吸着する能力に優れてい る。 加えて、 CaHAPは、 カビゃ細菌などを強力に吸着することによって、 そ れらの増殖を Pllhないし抑制し得ることが知られている。 T i一 CaHAPにお いては、 C aHAPの C aの一部に代えて T iがァパタイト結晶構造中に取り込 まれることによって、 アパタイト結晶構造内において光触 能を発揮し得る光 触媒性部分構造が形成されている。 光触媒性部分構造とは、 光触謹能を有する 金属酸化物の構造に相当するものであると考えられる。 本発明で用いられる T i 一 CaHAPのアパタイト結晶構造に含まれる全金属原子 （。&ぉょび1^) に 対する T iの存在比率は、 T i一 C a HAPにおいて優れた吸着性および光触媒 機能の双方を享受するという観点より、 3〜 1 1 m o 1 %の範囲が好ましレ、。 す なわち、 T i / (T i +Ca) の値は、 0. 03〜0. 11 (モル比） であるの が好ましい。
このような化学構造を有する T i一 C a H A Pは、 紫外線照射条件下におレ、て は、 高い吸着力および光触媒機能の相乗効果により、 吸着力に乏しい光触媒性金 属酸化物よりも効率のよい分解作用ひいては効率のよい空気清浄作用や消臭作用 などを示す。
空気净化室 R 2における光触媒粒体 1 3の充填率は、 好ましくは 5 0〜 8 0 % であり、より好ましくは 6 0〜 7 0 %である。当該充填率が 5 0 %未満であると、 光触媒粒体 1 3が少なレヽことに起因して、 光触媒粒体 1 3と空気との高レ、接触効 率を達成することが困難となる傾向にある。 当該充填率が 8 0 %を超えると、 光 触媒粒体 1 3が乱舞しにくくなることに起因して、 光触媒粒体 1 3と空気との高 V、接触効率を達成することが困難となる傾向にある。
光触媒粒体 1 3を作製するためには、 まず、 例えば担体粒子に対して所定のス プレーのりを噴霧することによって、担体粒子の表面に接着膜を形成する。次に、 表面に接着膜が形成された担体粒子と粉末状の光触媒物質とを接触させることに よって、 担体粒子表面に光触媒物質粉末を付着させる。 次に、 接着膜を乾燥する ことによって、 担体粒子表面に光触媒物質粉末を固定させる。
光触媒粒体 1 3の他の作製方法においては、 まず、 担体粒子を所定の溶剤に浸 漬することによって、 当該担体粒子の表面を膨潤ないし軟質ィ匕させる。 溶剤の種 類は、 担体粒子の材質に応じて選択する。 例えば、 発泡スチロール製の担体粒子 を採用する場合には、 溶剤として、 キシレンなどの芳香族系有機溶媒などを使用 することができる。 また、 浸漬時間は担体粒子および溶剤の種類に応じて適宜決 定する。 次に、 表面が膨潤している担体粒子と粉末状の光触媒物質とを接触させ ることによって、 担体粒子表面に光触媒物質粉末を付着させる。 次に、 担体粒子 表面を乾燥することによって、 担体粒子表面に光触媒物質粉末を固定させる。 光触媒粒体 1 3の作製においては、 上述の 2つの手法に代えて、 スパッタリン グにより所定のフィルム上に成膜された光触媒物質を、 担体粒子表面に貼り合わ せてもよい。
フィルタ 1 4は、 例えば不織布よりなり、 空気中の塵などを捕足するための所 定の開口サイズを有する。
フィルタ 1 5は、 例えば不織布よりなり、 光触媒粒体 1 3を通さなレ、ための所 定の開口サイズを有する。
メッシュ材 1 6は、 例えば金網よりなり、 光触媒粒体 1 3を通さないための所 定の開口サイズを有する。
空気诤化装 «X 1の稼動時においては、 ファン 1 1が作動することにより、 空 気は、 図 3に示すように吸気口 1 0 aを介して空気浄化装置 X 1に流入し、 フィ ルタ 1 4、 ファン 1 1、 メッシュ材 1 6を通過して、 空気浄化室 R 2に至る。 空気浄ィ匕室 R 2にて、 空気は、 その流れによって攪拌される光触媒粒体 1 3と 接触する。 このとき、 紫外線ランプ 1 2が作動することにより光触媒粒体 1 3は 紫外線照射されているので、 空気中の汚染物質や細菌などは、 光触媒粒体 1 3と 接触して分解作用を受ける。 光触媒粒体 1 3として T i一 C a HA Pを採用する 場合には、その優れた吸着性に起因して、高レヽ分解作用を享受することができる。 空気浄化室 R 2にて浄ィ匕作用を受けた空気は、 排気口 1 0 bを介して空気浄ィ匕 装置 X Iから排気される。
空気浄化装置 X 1においては、 その作動時にて、 光触媒粒体 1 3が気流により 乱舞するため、 光触媒粒体 1 3の全表面に対して紫外線が満遍なく照射される。 そのため、 光触媒粒体 1 3に固定される光触媒物質の光触 能は充分に発揮さ れる。 ハウジング, 1 0の内壁面に光反射膜が設けられている場合、 紫外線が当該 内壁面にて反射されるので、紫外線を有効に利用することが可能となる。同様に、 光触媒粒体 1 3に光反射膜が設けられている場合、 紫外線が各光触媒粒体 1 3に て乱反射されるので、 紫外線を有効に利用することが可能となる。
空気浄化装置 X 1においては、 粒体 （光触媒粒体 1 3 ) が空気浄化機能を担う ので、単位体積あたりにおける光触媒物質と空気との接触効率は高い。そのため、 空気浄化装置 X 1は、 単位体積あたりの空気浄化機能を高く設定するのに適して いる。 単位体積あたりの空気浄化機能ないし光触女纖能は、 光触媒粒体の粒径な いし表面積、 および、 容器における光触媒粒体の充填率を適宜調節することによ つて調整することができる。 また、 光触媒粒体の運動ないし乱舞の態様は、 容器 における光触媒粒体の充填率、 並びに、 光触媒粒体の質量および形状を調節する ことによって、 適切に調整することができる。
空気浄化装置 X 1においては、 空気浄化室 R 2は主延び方向を有する円柱形状 を有し、紫外線ランプ 1 2は、当該円柱形状の軸心 Y上を延びている。そのため、 紫外線ランプ 1 2の作動時には、 紫外線ランプ 1 2は、 図 4に示すように、 空気 浄化室 R 2の軸心 Yから放射状に紫外線を放射する。 空気浄化室 R 2におけるこ のような均等な紫外線放射は、 気流により乱舞する個々の光触媒粒体 1 3に紫外 線を満遍なく照射するうえでは、 好適である。
本発明においては、 空気浄化室 R 2の内部に、 図 5に示すような邪魔板 1 7を 設けてもよい。 邪魔板 1 7は、 ハウジング 1 0の内壁面に対して垂直に設けられ た例えば略矩形板であり、 直線的な空気流れを阻害することによって、 空気浄化 室 R 2にて乱気流を発生させるためのものである。邪魔板 1 7の形状については、 図 5に示す形状とは異なる形状を採用してもよい。 このような邪魔板 1 7が設け られている場合、 装置作動時において光触媒粒体 1 3の攪拌ないし乱舞が促進さ れる。 その結果、 光触媒粒体 1 3と空気との接触効率が向上する傾向にある。
C実施例 3
<光触媒粒体の作製〉
光触媒ァパタイトとしての T i一 C a HA P粉末 (平均 2次粒子径 5 . 7 m、 T i比率 1 0 mol%) 0 . 1 gを、発泡スチロール製ビーズ（平均粒径 5 mm) 1 gの表面に対して均一に付着および固定させた。
具体的には、 まず、光触媒ァパタイト 2 0 %含有水分散体（ （株） 明成商会製） 5 0 0 gと、 アクリル樹脂系パインダ （商品名： TASRESIN U D- A、 バイエル （株） 製） 2 0 0 gとを混合した。 次に、 この混合液を、 最終体積が 1リットルとなる ように水で希釈することによって、光触媒ァパタイトコート液を調製した。次に、 このコート液に対して発泡スチロール製ビーズを浸漬させた。 次に、 当該発泡ス チロール製ビーズを、 コート液から引き上げた後、 乾燥器 ( 1 0 0 °C) に入れて 1分間放置することによつて乾燥した。このようにして、光触媒粒体を作製した。 <空気浄化機能の測定 >
上述のようにして得た光触媒粒体を使用して図 1に示すような構成を有する空 気浄化装置を作製し、 当該空気浄化装置の空気浄化機能にっレヽて調べた。
本実施例の装置の空気浄ィヒ室は、 直径 1 0 0 mmおよび高さ 2 0 O mmの内寸 法を有する円筒壁により規定されている。 紫外線ランプとしては、 ブラックライ ト （商品名： FL10BLB (10w)、 東芝製） を使用した。 ファンとしては、 冷却ファン (商品名： D Cファンモータ 「SANACE 120L」 、 山洋電気 （株） 製） を使用した。 空気浄ィ匕室における光触媒粒体の充填率は 5 0 %とした。
空気浄化機能の測定においては、 上述のようにして用意した装置を、 試験チヤ ンバ （容積 l m 3 ) に設置し、 装置のファンを作動させることによって、 容器内 に 4 m3Zm i nの速度で空気を送りこんだ。 試験チャンパには、 5 0 p p mの 濃度でァセトアルデヒドを予め充満させておいた。 装置を 3時間稼働させ、 ァセ トアルデヒドの濃度を 3 0分間隔で測定した。 その結果、 ァセトアルデヒドの濃 度は次第に減少することが確認された。 また、 ァセトアルデヒドの分解反応によ り生ずる二酸化炭素 （気体） の濃度は、 ァセトアルデヒド濃度の減少に呼応して 次第に増大することも確認された。 図 6は、 この測定結果を表す。 図 6において は、 縦軸は、 ァセトアルデヒドの初期濃度に対する測定濃度の比率、 および、 測 定された二酸化炭素濃度を表し、 横軸は経過時間を表す。 図 6のグラフ Aは、 ァ セトアルデヒド濃度の経時変化を表し、 グラフ Bは二酸化炭素濃度の経時変ィ匕を 表す。 図 6を参照すると、 本実施例の空気浄ィ匕装置によりァセトアルデヒドが適 切に分解されていることが理解できょう。

Claims

請求の範囲
1 . 空気が内部を通過することのできる浄ィ匕室と、
前記浄化室内に設けられた紫外線光源と、 ' 前記浄化室内に空気を通過させることによつて前記浄化室内に気流を発生さ せるための気流発生手段と、
光触腿能を有し、 且つ、 前記浄ィ匕室に収容されて前記気流により変位可能 な光触媒粒体と、 を備える、 空気浄化装置。
2 . 前記光触媒粒体は、 担体粒子と、 当該担体粒子に固定された光触媒物質と、 を含む、 請求項 1に記載の空気浄化装置。
3 . 前記光触媒物質は、 光触媒アパタイトおよび酸化チタンからなる群より選択 される、 請求項 2に記載の空気浄化装置。
4 . 前記光触媒アパタイトは、 カルシウムハイドロキシアパタイトの C aの一部 が T iで置換された化学構造を有する、 請求項 3に記載の空気浄化装置。
5 . 前記酸化チタンは、 アナターゼ型酸化チタンである、 請求項 3に記載の空気 浄化装置。
6 . 前記担体粒子は樹脂よりなる、 請求項 2に記載の空気浄化装置。
7 . 前記担体粒子の表面には光反射膜が設けられており、 前記光触媒物質は当該 光反射膜上に固定されている、 請求項 2に記載の空気浄化装置。
8 . 前記浄化室における前記光触媒粒体の充填率は、 6 0〜 7 0 %である、 請求 項 1に記載の空気浄化装置。
9 . 前記浄化室は主延び方向を有する柱形状を有し、 前記紫外線光源は、 前記柱 形状における主延び方向の軸心上を延びる、 請求項 1に記載の空気浄化装置。
1 0. 前記浄化室は円柱形状を有する、 請求項 9に記載の空気浄化装置。
1 1 .更に、前記浄化室内に流入する前に空気が通過する除塵フィルタを備える、 請求項 1に記載の空気浄ィヒ装置。
1 2. 更に、 前記浄化室内に乱気流発生手段を備える、 請求項 1に記載の空気浄 化装置。
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