WO2014080830A1 - 空気浄化装置 - Google Patents

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WO2014080830A1
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air
plate
photocatalyst
box
air purification
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PCT/JP2013/080794
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原賀　久人
友彦 樋口
ウンニョン ベー
山本　清司
文皓 張
健一郎 内村
隆博 道家
宏 吉永
永吉　英昭
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株式会社フジコー
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Definitions

  • the present invention relates to an air purification device that purifies air by the function of a photocatalyst.
  • Photocatalysts such as titanium oxide exhibit a function of decomposing organic substances when irradiated with light.
  • Many various products using this function of the photocatalyst have been proposed.
  • devices and filters that purify air by decomposing odor (organic matter) components in the air with a photocatalyst have been actively developed.
  • what improves a deodorizing rate by combining a photocatalyst with an adsorbent (refer patent document 1), or what improves the decomposition rate of ethylene by combining a photocatalyst and a zeolite (patent document) 2) has been proposed.
  • the conventional air purification apparatus has a structure that allows air to pass through the base material to which the photocatalyst is attached, many catalysts cannot be attached to the base material, and the purification performance is insufficient.
  • the function of the photocatalyst is expressed using a light source such as black light, improvement is desired from the viewpoint of running cost.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an air purification device that has excellent purification performance and can reduce running costs.
  • An air purification apparatus that meets the above-mentioned object, a box having an air intake port and an air discharge port, In the air purification apparatus provided with the plate material having the adsorbent and the photocatalyst attached to at least one surface side, disposed in the box,
  • the box has a light intake window;
  • the plate member is disposed along an air flow path formed between the air intake port and the air discharge port, with the one surface side facing the light intake window.
  • the plate material since the plate material has the adsorbent and the photocatalyst, it can be decomposed by the photocatalyst while adsorbing organic substances contained in the air such as exhaust gas.
  • the plate material is arranged along the air flow path, that is, the air to be purified is structured to flow along this plate material, so use a plate material with a sufficient amount of photocatalyst attached. Can improve the purification performance.
  • sunlight can be taken in and the function of a photocatalyst can be expressed, running cost can be suppressed.
  • one surface side of the plate material faces the light intake window means that when one side of the plate material is viewed from the outside of the light intake window, the one surface side of the plate material is visible.
  • the plate is not limited to a state in which one surface of the plate faces in parallel with the light intake window.
  • the plate material is disposed in a wave shape or a zigzag shape in the air flow direction.
  • the plate material is disposed in a wave shape or a zigzag shape in the air flow direction.
  • the box has a metal member exposed on the inner surface side and having a specific heat smaller than that of the adsorbent.
  • the air purification apparatus according to the present invention is usually installed outdoors because it is operated by sunlight. For this reason, there is a high possibility that condensation will occur inside the box due to a difference in temperature between day and night, and this condensation may be adsorbed by the adsorbent, and the functions of the adsorbent and the photocatalyst may deteriorate.
  • condensation can be preferentially generated on the surface of the metal member, and the occurrence of condensation on the plate material can be suppressed.
  • the temperature inside the box rises quickly, and the resulting condensation evaporates in a relatively short time. Can be made.
  • the metal member is one or both of a side plate and a bottom plate of the box.
  • action can be effectively expressed by using the side plate and / or bottom plate which have a certain magnitude
  • the metal member is a fixing member that fixes the plate member.
  • the plate member has a substrate containing the adsorbent, and the photocatalyst adheres to the one surface side of the plate member by application or spraying to the one surface side of the substrate. It is preferable. In this way, the adsorbent is sufficiently present on the other surface side of the substrate, while the photocatalyst does not adhere or decreases. Therefore, even when condensation occurs, moisture is preferentially adsorbed on the other surface side of the substrate, and the influence on the photocatalyst adhering to the one surface side can be suppressed.
  • the adsorbent has a hydrophobic property.
  • the box is disposed to be inclined. By doing in this way, the taking-in efficiency of sunlight can be improved. Further, since the bottom plate of the box is also inclined, the dew condensation generated on the bottom plate can be efficiently and easily discharged outside the box.
  • the air purification apparatus according to the present invention has high purification performance and can reduce running costs.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an air purification device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. It is a typical side view which shows the installation state of the air purification apparatus. It is a schematic diagram of the high-speed thermal spraying apparatus used for manufacture of the air purification apparatus.
  • an air purification device 10 includes a box 11, three partition plates 12a to 12c disposed in the box 11, and an adsorbent. And 16 plate members 13 each having a photocatalyst.
  • the box 11 is a substantially rectangular parallelepiped, and has a light intake window 14 serving as a top plate, four side plates 15a to 15d, and a bottom plate 16. Further, the box 11 has an air intake port 17 and an air exhaust port 18 provided in one side plate 15a.
  • the size of the box 11 is not particularly limited, and can be appropriately set according to the installation location, the amount of air (exhaust gas etc.) to be processed, and the like.
  • the length may be 50 cm to 2 m
  • the width is 1 m to 10 m
  • the height is 5 cm to 30 cm.
  • the light intake window 14 is a rectangular plate-shaped body made of a transparent material.
  • the material of the light intake window 14 is not particularly limited as long as it is transparent and has predetermined strength and durability. Examples thereof include glass, synthetic resins such as acrylic resin, PET resin, and polyolefin resin. be able to.
  • the four side plates 15a to 15d are rectangular plate-like bodies, and are arranged so as to connect the respective edges of the light intake window 14 and the respective edges of the bottom plate 16.
  • the material of the side plates 15a to 15d is not particularly limited, and may be transparent or opaque. Specific examples of the material for the side plates 15a to 15d include metal, ceramics, glass, synthetic resin, and wood. Metal is preferable, and a metal having a specific heat smaller than that of the adsorbent of the plate 13 is more preferable. By using such a metal member for the side plates 15a to 15d, condensation is preferentially generated on the surfaces of the side plates 15a to 15d at night and the like, and the occurrence of condensation on the plate material 13 can be suppressed.
  • the metal side plates 15a to 15d having a small specific heat, when the temperature rises in the morning, etc., or when high temperature exhaust gas is supplied, the temperature rise inside the box 11 becomes faster, and the resulting condensation is relatively short. Can be evaporated in time.
  • Examples of the metal member used for the side plates 15a to 15d include iron, aluminum, copper, titanium, or alloys thereof (stainless steel, galvalume steel, etc.). Further, the metal member may be subjected to a surface treatment such as plating or resin coating in order to prevent corrosion.
  • an air intake port 17 for taking in air (exhaust gas or the like) into the box 11 and an air discharge port 18 for discharging this air once taken out of the box 11 are provided.
  • the air intake 17 is connected to a duct 24 for exhaust gas from a factory.
  • the air intake port 17 may be provided with a flow rate adjustment valve for adjusting the amount of air to be taken in.
  • the air discharge port 18 is formed so that the bottom plate 16 side (the back side in FIG. 1) is open and air is discharged substantially downward.
  • the bottom plate 16 is a plate-like body that is disposed opposite to the light intake window 14 (top plate) and has the same shape (rectangle) as the light intake window 14.
  • Examples of the material of the bottom plate 16 include metals, ceramics, glass, synthetic resin, and wood.
  • metals are preferable, and specific heat is higher than the adsorbent of the plate material 13. Smaller metals are more preferred.
  • Examples of the metal member used for the bottom plate 16 include iron, aluminum, copper, titanium, and alloys thereof (stainless steel, galvalume steel, etc.). Further, the metal member may be subjected to a surface treatment such as plating or resin coating in order to prevent corrosion.
  • a plurality of drain grooves are formed at substantially equal intervals in a portion where the side plates 15d are laminated on the inner surface of the bottom plate 16 (lower end edge portion when being inclined as shown in FIG. 3).
  • a drain hole is formed by the drain groove and the bottom surface of the side plate 15 d, and the dew condensation that occurs on the inner surface of the bottom plate 16 when it is disposed at an inclination can be discharged out of the system (outside the box 11).
  • One or more fine grooves may be formed on the entire inner surface of the bottom plate 16.
  • This groove can function as a flow path for condensation.
  • This groove may be formed integrally with the drain groove. Since the bottom plate 16 has the groove on the entire inner surface in this way, the dew condensation generated on the surface of the bottom plate 16 can be efficiently discharged outside the system (outside the box 11) through the groove.
  • This groove can be formed, for example, the same as or inclined with respect to the inclination direction (width direction) of the box 11.
  • the three partition plates 12a to 12c are provided in parallel with each other at equal intervals along the longitudinal direction of the box 11 (in a direction perpendicular to the one side plate 15a). Further, the partition plates 12 a to 12 c are arranged perpendicular to the bottom plate 16. The length of the partition plates 12a to 12c is slightly shorter than the length of the bottom plate 16 in the longitudinal direction.
  • the partition plates 12a and 12c are arranged so as to be connected to the side plate 15a and not to be connected to the side plate 15c at a position facing the side plate 15a.
  • the partition plate 12b is arrange
  • the partition plates 12a to 12c By arranging the partition plates 12a to 12c in this way, the air taken in from the air intake port 17 flows in a zigzag manner so as to reciprocate between the side plates 15a and 15c in the box 11, An air flow path is formed so as to be finally discharged from the air discharge port 18.
  • the thickness of the partition plates 12a to 12c is not particularly limited, and can be, for example, about 3 mm to 3 cm. Further, the height of the partition plates 12a to 12c is set so as to come into contact with the light intake window 14 and the bottom plate 16 of the box 11 together. That is, the height of the partition plates 12a to 12c is equal to the height of the side plates 15a to 15d of the box 11.
  • the material of the partition plates 12a to 12c is not particularly limited, and examples thereof include metals, ceramics, glass, synthetic resin, and wood. For the same reason as the side plates 15a to 15d, it can be made of metal. Moreover, it is good also as a partition plate which has an adsorbent and / or a photocatalyst. As the partition plate having the adsorbent and / or the photocatalyst, a plate material similar to the plate material 13 described in detail later can be used.
  • Each plate 13 has an adsorbent and a photocatalyst, and this photocatalyst is attached to at least one surface side.
  • Each plate member 13 is disposed along the longitudinal direction of the box 11, that is, in parallel with the partition plates 12a to 12c. By being arranged in this way, the plate member 13 is arranged along (in parallel with) the air flow path formed by the box 11 and the partition plates 12a to 12c, respectively.
  • Each of the four plate members 13 is arranged so as to form a mountain (ridge) by two pieces.
  • plate material 13 will be arrange
  • positions so that the one surface side to which the photocatalyst adheres may oppose the light intake window 14 (top plate) (one surface becomes the front side in FIG. 1, and the upper side in FIG. 2).
  • the length of the plate 13 disposed between the side plate 15b and the partition plate 12a is the same as that of the partition plates 12a to 12c, and these are disposed so as to contact the side plate 15a and not to contact the side plate 15c.
  • the length of the plate 13 disposed between the partition plate 12c and the side plate 15d is also the same as that of the partition plates 12a to 12c, and these are disposed so as to contact the side plate 15a and not to contact the side plate 15c.
  • the length of the plate 13 disposed between the partition plate 12a and the partition plate 12b and between the partition plate 12b and the partition plate 12c is shorter than that of the partition plates 12a to 12c, and these are connected to the side plates 15a and 15c. It is arranged not to touch.
  • the thickness of the plate 13 is not particularly limited, and can be, for example, 1 mm or more and 2 cm or less.
  • the plate member 13 is formed by adsorbing an adsorbent and a photocatalyst on at least one surface side of a substrate formed of glass, ceramics, metal, synthetic resin, etc., or at least one surface side of the substrate containing the adsorbent
  • the latter having a substrate containing an adsorbent, and the photocatalyst is attached to one surface of the substrate
  • the adsorbent is sufficiently present on the other surface side of the substrate, while the photocatalyst is not attached or reduced. Therefore, even when condensation occurs, moisture is preferentially adsorbed on the other surface side of the substrate, and the influence on the photocatalyst adhering to the one surface side can be suppressed.
  • zeolite As the adsorbent, known materials such as activated carbon, silica gel, and zeolite can be used. Among these, zeolite is preferable. As the zeolite, for example, one having a bulk specific gravity of 0.6 to 0.8 g / cm 3 , a specific surface area of 200 to 400 m 2 / g, and a pore diameter of 5 to 10 mm can be used.
  • Hydrophobic adsorbents include hydrophobic zeolites with a high silica / alumina ratio (for example, HSZ series manufactured by Tosoh Corporation), and adsorbents such as zeolite that have been hydrophobized with a water repellent. Can be used.
  • water repellent examples include alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane and phenyltriethoxysilane, and silazanes such as hexamethyldisilazane. Note that the substrate including the adsorbent may be subjected to a hydrophobizing treatment with this water repellent.
  • the substrate containing an adsorbent examples include a substrate made only of an adsorbent such as silica gel and zeolite, and a substrate containing an adsorbent such as silica gel and zeolite and other inorganic materials (cement, pearlite, etc.). .
  • an adsorbent such as silica gel and zeolite and other inorganic materials
  • cement, pearlite, etc. cement, pearlite, etc.
  • the porous property can be improved and the weight can be reduced.
  • the content of the adsorbent such as zeolite in the substrate is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.
  • the cement content in the substrate is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less.
  • the binder function may not be sufficiently exhibited.
  • the adsorptivity and the like may be reduced.
  • the substrate may further contain other components such as waste paper.
  • the substrate is preferably porous.
  • the organic matter adsorbed on the other surface side to which the photocatalyst is not attached can be released from the one surface side to which the photocatalyst is attached, and this organic matter is decomposed. Can be done effectively.
  • the photocatalyst is not particularly limited as long as it is a compound having a photocatalytic function, and a known one can be used.
  • the photocatalytic function is a photo-semiconductor material, and when irradiated with light having energy larger than the band gap energy between the valence band and the conduction band, the electrons in the valence band are excited and conducted. It means a function that induces an oxidation-reduction reaction by transitioning to a band to become an excited electron and generating an electron-hole pair between a hole formed in the valence band and the excited electron.
  • Examples of such a compound include titanium dioxide, tungsten oxide, tin oxide and the like, and titanium dioxide is preferable. Examples of titanium dioxide include those having a rutile crystal structure and those having an anatase crystal structure.
  • Titanium dioxide adhered to porous zeolite in a dispersed state has improved photocatalytic activity because its local structure and electronic state change continuously.
  • the photocatalyst is preferably a photocatalyst having visible light responsiveness.
  • a photocatalyst having visible light responsiveness By using a photocatalyst having visible light responsiveness in this way, sunlight can be utilized more effectively during the purification action.
  • the photocatalyst having visible light responsiveness refers to a photocatalyst that exhibits catalytic activity when irradiated with light in the visible light (360 nm to 830 nm) region in addition to light in the ultraviolet region.
  • Examples of such a visible light responsive photocatalyst include (1) a titanium dioxide crystal lattice doped with one or more of nitrogen, carbon and sulfur atoms, and (2) a photocatalyst carrying a sensitizer. Can be mentioned.
  • the visible light responsive photocatalyst (1) can be obtained by a known production method.
  • titanium oxide can be obtained in a sulfur dope by a sol-gel method using a titanium alkoxide mixed with a sulfur source such as thiourea as a raw material.
  • the sensitizer carried by the visible light responsive photocatalyst (2) means a sensitizer that generates excited electrons by visible light and supplies the excited electrons to a photocatalyst such as titanium dioxide.
  • the sensitizer include metal hydroxides such as iron, copper, chromium, and nickel, oxyhydroxides, and oxides. Specifically, for example, CuO, Cu (OH) 2 , FeO (OH), Fe (OH) 3 , Ni (OH) 2 , NiO (OH), Cr (OH) 3 , Cr 2 O (OH) 4 , Cr 2 O 3 and the like can be mentioned.
  • a known method such as coating or spraying can be used.
  • thermal spraying it is preferable to adhere by thermal spraying.
  • the thermal spraying method it is possible to suppress the use of binder components and the like, and the photocatalyst permeates into the substrate from the sprayed substrate surface, so that the exposure amount and adhesion amount of the photocatalyst can be increased, and the decomposition performance is improved.
  • An example of a specific procedure when the thermal spraying method is used will be described later.
  • the box 11 further includes a plurality of bar-shaped upper fixing members 19 and a plurality of bar-shaped lower fixing members 20.
  • Each of the upper fixing member 19 and the lower fixing member 20 is exposed on the inner surface of the box 11 (that is, the light intake window 14 and the bottom plate 16), and in the width direction of the box 11, the side plate 15b and the partition plate 12a.
  • the partition plate 12a and the partition plate 12b Between the partition plate 12a and the partition plate 12b, between the partition plate 12b and the partition plate 12c, and between the partition plate 12c and the side plate 15d.
  • four upper fixing members 19 and lower fixing members 20 are arranged at substantially equal intervals in the longitudinal direction of the box 11.
  • each upper fixing member 19 fixes the plate member 13 from above by a groove structure portion 22 provided in a direction perpendicular to the partition plates 12a to 12c and the plate member 13 in a plan view and below the upper fixing member 19. Is arranged.
  • each lower fixing member 20 has the plate member 13 in a direction perpendicular to the partition plates 12a to 12c and the plate member 13 in plan view and the groove member 23 provided on the upper side of the lower fixing member 20 from the lower side. It is arranged to be fixed.
  • the material of the upper fixing member 19 and the lower fixing member 20 is not particularly limited, and examples thereof include metal, ceramics, glass, synthetic resin, and wood. Metal is preferable, and the adsorbent that the plate member 13 has. A metal having a lower specific heat is more preferable. By using such a metal member for the upper fixing member 19 and the lower fixing member 20, condensation is preferentially generated on the surfaces of the upper fixing member 19 and the lower fixing member 20 at night and the like, and condensation on the plate 13 is performed. Can be suppressed. Further, by having the metal upper fixing member 19 and the lower fixing member 20 having a small specific heat, when the temperature rises in the morning, etc., or when high-temperature exhaust gas is supplied, the temperature rise inside the box 11 is accelerated, and occurs. Condensation can be evaporated in a relatively short time.
  • the air purification apparatus 10 is arrange
  • the air intake port 17 is arranged on the upper side and the air discharge port 18 is arranged on the lower side so as to be inclined in the width direction of the box 11.
  • the inclination angle ⁇ may be set as appropriate according to the place (latitude) used, the season, etc., and may be, for example, 10 ° to 50 °.
  • the plate member 13 since the plate member 13 has the adsorbent and the photocatalyst, it can be decomposed by the photocatalyst while adsorbing organic substances contained in the air such as exhaust gas taken in from the air intake port 17.
  • the plate member 13 is arranged along the air flow path formed by the box 11 and the partition plates 12a to 12c, that is, the air to be purified flows along the plate member 13. Therefore, the plate material 13 to which a sufficient amount of the photocatalyst is attached can be used, and the purification performance can be improved.
  • sunlight can be taken in and the function of a photocatalyst can be expressed, running cost can be suppressed.
  • sunlight is taken in from the light taking-in window 14, and irradiates one surface side (upper surface side in FIG. 2) to which the photocatalyst adheres in each plate member 13.
  • the air taken into the box 11 is surrounded by the plate 13 and the bottom plate 16, and the space on the opposite side to the one surface side of the plate 13 also circulates.
  • the air is mixed, so that the decomposition proceeds sufficiently.
  • the plate material 13 is arranged in a zigzag shape as viewed from the air flow direction (viewed in the left-right direction in FIG. 1, cross-sectional shape in FIG. 2). For this reason, both the irradiation area of the light to the plate 13 and the contact area with the circulating air can be increased, and the purification performance can be further enhanced.
  • Slurry preparation process In this process, particles containing a photocatalyst and a dispersion medium are supplied to a container (for example, a stirring tank) to prepare a slurry.
  • a container for example, a stirring tank
  • the particles containing a photocatalyst include particles (photocatalyst particles) usually made of a photocatalyst, and may contain other particles (binder particles and the like).
  • the content of photocatalyst particles (titanium dioxide particles and the like) in the slurry is usually 1% by mass to 30% by mass, preferably 3% by mass to 15% by mass, and more preferably 5% by mass to 10% by mass. .
  • the content of the photocatalyst particles is less than 1% by mass, the thickness of the film obtained by thermal spraying becomes too small, and there is a possibility that sufficient functions cannot be expressed.
  • this content exceeds 30% by mass, stress is generated inside the film obtained by thermal spraying due to the difference in thermal expansion coefficient between the film obtained by thermal spraying and the substrate, and cracks are likely to occur. Become.
  • the diameter (secondary particle diameter) of the photocatalyst particles is, for example, from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, and more preferably from 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the primary particle diameter of the photocatalyst particles is preferably, for example, 10 nm or more and 50 nm or less.
  • a water-soluble metal complex or a water-soluble metal salt such as iron, copper, chromium, or nickel may be contained in the slurry.
  • These water-soluble metal complexes and water-soluble metal salts react with water when sprayed to become the above-mentioned hydroxide, oxyoxide or oxide, and are supported on the photocatalyst particles as a sensitizer.
  • water-soluble metal complex examples include [Cu (NH 3 ) 4 ] 2+ , [Fe (CN) 6 ] 4 ⁇ , [Fe (CN) 6 ] 3 ⁇ , and the like.
  • salt examples include FeCl 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe (NO 3 ) 3 , CuSO 4 , Cu (NO 3 ) 2 , CuCl 2 , Ni (NO 3 ) 2 , NiCl 2 , NiSO 4 , Cr (NO 3 ) 3 and the like.
  • the content of the water-soluble metal complex and the water-soluble metal salt in the slurry is 0.05 parts by mass or more and 0.5 parts by mass as the metal component amount with respect to 100 parts by mass of the metal component amount (for example, titanium component amount) in the photocatalyst particles. It can be as follows.
  • water is usually used, but other organic solvents such as alcohols and mixtures of water and organic solvents can also be used.
  • the slurry can further contain a surfactant in order to enhance dispersibility.
  • a surfactant include anionic surfactants such as polycarboxylic acid-based polymer surfactants and nonionic surfactants.
  • content of surfactant 0.5 mass part or more and 3 mass parts or less are preferable with respect to 100 mass parts of particle
  • the slurry can be prepared by supplying particles containing a photocatalyst and a dispersion medium to a container and stirring them. In addition, you may perform ultrasonic irradiation with stirring instead of stirring.
  • thermal spraying process the slurry containing particles containing the photocatalyst prepared in the slurry adjustment process is sprayed onto the substrate surface.
  • this thermal spraying can be performed by a known method, it is preferable to perform high-speed thermal spraying at a low temperature using a high-speed thermal spraying apparatus.
  • high-speed thermal spraying apparatus By performing such spraying, for example, when anatase-type titanium dioxide particles are used as the photocatalyst particles, transformation to the rutile type during spraying is suppressed, and a sprayed coating with high catalytic activity can be obtained.
  • an example of the high-speed spraying apparatus will be described with reference to FIG.
  • a high-speed spraying device 30 shown in FIG. 4 mainly includes a spraying gun 31 and a slurry mixing unit 32 attached to the tip of the spraying gun 31.
  • the slurry mixing unit 32 includes a cylindrical frame guide portion 33 (barrel) through which a thermal spray frame ejected from the tip of the thermal spray gun 31 passes, and the slurry (including a photocatalyst) in the thermal spray frame passing through the frame guide portion 33. And a slurry jet nozzle 34 for jetting the slurry into the thermal spray frame.
  • the slurry stored in the slurry tank 36 is supplied to the slurry mixing unit 32 by the pump 35 while ejecting the spray frame from the spray gun 31 using the high-speed spray device 30.
  • the thermal spray frame is formed by mixing a high-pressure combustion support gas (for example, air + oxygen) and a fuel gas (for example, kerosene) in a combustion chamber in the thermal spray gun 31, and igniting the mixed gas. Further, a substrate is arranged at the spray destination of the thermal spray frame.
  • the slurry (particles including a photocatalyst, etc.) can collide with the substrate at a high speed on the flow of the thermal spray frame ejected from the tip of the frame guide portion 33, and a thermal spray coating is formed on the substrate. can do.
  • the flame temperature is preferably 700 ° C. or higher and 2,000 ° C. or lower, and more preferably 750 ° C. or higher and 1,500 ° C. or lower.
  • the frame ejection speed is preferably 800 m / sec or more and 2,000 m / sec or less.
  • the temperature of the thermal spray flame is less than 700 ° C., the flame temperature becomes too low, and it becomes difficult to stably form a coating on the substrate surface.
  • the temperature of the thermal spray flame exceeds 2000 ° C., the flame temperature becomes too high.
  • anatase type titanium dioxide is used, the amount of titanium dioxide transformed from the anatase type to the rutile type increases, and titanium dioxide.
  • the flame temperature is a temperature measured at a position 200 mm from the tip of the thermal spray gun 31 on the thermal spray frame center line.
  • the temperature is measured using a thermocouple (for example, alumel / chromel up to 1,000 ° C, tungsten / tungsten rhenium above 1,000 ° C), and the tip of the thermocouple is inserted into the thermal spray frame. Let it be the value that was done.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configuration thereof can be changed without changing the gist of the present invention.
  • the number of partition plates and plate materials can be changed as appropriate.
  • a single corrugated plate or the like can also be used.
  • the photocatalyst may adhere to both surfaces of the plate material.
  • the light intake window may be formed on the side plate together with the top plate instead of the top plate.
  • the air purification apparatus having the shape shown in FIGS. 1 and 2 was produced, and was installed outdoors by being inclined as shown in FIG.
  • the inclination angle ⁇ was 30 °.
  • a substrate that has been subjected to a hydrophobic treatment by immersing the following zeolite board in a treatment liquid water repellent: KBM-13 manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd., methyltrimethoxysilane
  • the one to which titanium dioxide was attached by high-speed flame spraying was used.
  • Zeolite board Composition
  • ⁇ Zeolite manufactured by New Tohoku Chemical
  • White cement manufactured by Taiheiyo Cement
  • ⁇ Perlite Mitsubishi cement
  • 4% by mass -Waste paper Newspaper
  • 4% by mass Zeolite properties and particle size 0.2 mm or less 80%, 0.1 mm or less 70%
  • Bulk specific gravity 0.65 to 0.7 g / cm 3 ⁇ Specific surface area 250-300m 2 / g ⁇ Pore diameter: 6.5 to 7 mm
  • Water absorption 60-80% by mass Zeolite composition ⁇ SiO 2: 72.1 wt%, Al 2 O 3: 12.9 wt%, Fe 2 O 3: 0.7 wt%, CaO: 2.6 wt%, K 2 O: 2.1 mass %, Na 2 O: 1.8% by mass, H 2 O: 7.0% by mass, other: 0.8% by mass
  • the flow rate of this exhaust gas is adjusted by a flow control valve, and the VOC concentration (ppm) at the time of supply to the air purifier and the VOC at the time of discharge under two conditions of 6.5 m / s and 5.6 m / s. Concentration (ppm) was measured.
  • a handy TVOC monitor FTVR-02 manufactured by Figaro Giken was used for the measurement. The measurement results are shown in Table 1.
  • the air purification apparatus according to the present invention can be suitably used as an air purification apparatus for factory exhaust gas, piggery, sewage treatment plants, etc. for the purpose of deodorization and deodorization.
  • Air purification device 11: Box, 12a to 12c: Partition plate, 13: Plate material, 14: Light intake window, 15a to 15d: Side plate, 16: Bottom plate, 17: Air intake port, 18: Air exhaust Outlet, 19: upper fixing member, 20: lower fixing member, 21: inclined base, 22: groove structure, 23: groove structure, 24: duct, 30: high-speed spraying device, 31: spray gun, 32: slurry Mixing part, 33: Frame guide part, 34: Slurry jet nozzle, 35: Pump, 36: Slurry tank

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Abstract

空気取込口１７及び空気排出口１８を有する函体１１と、函体１１内に配設され、吸着剤及び少なくとも一方の面側に付着する光触媒を有する板材１３とを備える空気浄化装置１０において、函体１１が光取込窓１４を有し、板材１３は、一方の面側が光取込窓１４と対向し、かつ空気取込口１７と空気排出口１８との間に形成される空気流通経路に沿って配設されている。これによって、優れた浄化性能を有し、ランニングコストを抑えることができる空気浄化装置１０を提供する。

Description

空気浄化装置
本発明は、光触媒の機能によって空気を浄化する空気浄化装置に関する。
酸化チタンを始めとする光触媒は、光が照射されることにより有機物の分解機能等を発現する。光触媒のこの機能を利用した様々な製品が数多く提案されている。これらの製品の中でも、特に空気中の臭気（有機物）成分を光触媒により分解し、空気を浄化するデバイスやフィルタの開発が盛んに行われている。このようなものとしては、例えば、光触媒を吸着剤と組み合わせることにより脱臭速度を向上させるものや（特許文献１参照）、光触媒とゼオライトとを組み合わせることによりエチレンの分解速度を向上させるもの（特許文献２参照）が提案されている。
特開平１－１８９３２２号公報 特開平７－１６４７３号公報
しかしながら、従来の空気浄化装置は、光触媒が付着されている基材に空気を通過させる構造であることから、多くの触媒を基材に付着させることができず、浄化性能が不十分である。また、ブラックライト等の光源を用いて光触媒の機能を発現させているため、ランニングコストの点から改良が望まれている。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、優れた浄化性能を有し、ランニングコストを抑えることができる空気浄化装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る空気浄化装置は、空気取込口及び空気排出口を有する函体と、
該函体内に配設され、吸着剤及び少なくとも一方の面側に付着する光触媒を有する板材と
を備える空気浄化装置において、
前記函体が光取込窓を有し、
前記板材は、前記一方の面側が前記光取込窓と対向し、かつ前記空気取込口と前記空気排出口との間に形成される空気流通経路に沿って配設されている。
本発明に係る空気浄化装置によれば、板材が吸着剤及び光触媒を有するため、排ガス等の空気に含まれる有機物等を吸着させつつ、光触媒により分解することができる。特に、板材が空気流通経路に沿って配設されている、つまり、浄化される空気はこの板材に沿って流通する構造となっているため、十分な量の光触媒が付着した板材を使用することができ、浄化性能を高めることができる。また、太陽光を取り込んで光触媒の機能を発現させることができるため、ランニングコストを抑えることができる。なお、「板材の一方の面側が光取込窓と対向する」とは、光取込窓の外側から板材を見た場合、この板材の一方の面側が視認できるように配置されることをいい、板材の一方の面が光取込窓に対して平行に向き合っている状態に限定されるものではない。
本発明に係る空気浄化装置において、前記板材が空気流通方向視で波状又はジグザグ状に配設されていることが好ましい。このようにすることで、板材への光の照射面積及び流通する空気との接触面積を共に増加させることができ、浄化性能をさらに高めることができる。ここで、「板材が波状又はジグザグ状に配設されている」とは、複数枚の板が波状又はジグザグ状に配設されていることに限定されず、その他一枚の波板等がそのまま配設されていることも含む。
本発明に係る空気浄化装置において、前記函体が、内面側に露出し、前記吸着剤より比熱の小さい金属部材を有することが好ましい。本発明に係る空気浄化装置は、通常、太陽光により作動させるため屋外に設置される。そのため、昼夜の寒暖差等により函体内部に結露が生じる可能性が高く、この結露が吸着剤に吸着され、吸着剤及び光触媒の機能が低下する場合がある。そこで、このように函体に比熱の小さい金属部材を配置しておくことにより、優先的に結露をこの金属部材表面に発生させ、板材への結露の発生を抑えることができる。また、比熱の小さい金属製の金属部材を有することで、朝方等の気温の上昇や高温の排ガスの供給の際、函体内部の温度上昇が速くなり、生じた結露を比較的短い時間で蒸発させることができる。
本発明に係る空気浄化装置において、前記金属部材が、前記函体の側板及び底板のいずれか一方又は双方であることが好ましい。このように、ある程度の大きさを有する側板及び／又は底板を金属部材とすることで、前記作用を効果的に発現させることができる。
本発明に係る空気浄化装置において、前記金属部材が、前記板材を固定する固定部材であることも好ましい。このようにすることで、板材の安定性が高まると共に、前述の作用を十分に発現させることができる。
本発明に係る空気浄化装置において、前記板材が、前記吸着剤を含む基板を有し、前記光触媒が前記基板の一方の面側への塗布又は溶射により前記板材の前記一方の面側に付着していることが好ましい。このようにすると、基板における他方の面側は、吸着剤は十分に存在する一方、光触媒の付着が無い又は少なくなる。従って、結露等が生じた場合も、基板の他方の面側に優先的に水分が吸着し、一方の面側に付着している光触媒への影響を抑えることができる。
本発明に係る空気浄化装置において、前記吸着剤が疎水性を有することが好ましい。このようにすることで、吸着剤への水分の吸着が抑制され、浄化性能を高めることができる。
本発明に係る空気浄化装置において、前記函体が傾斜して配置されることが好ましい。このようにすることで、太陽光の取込効率を高めることができる。また、函体の底板も傾斜するため、底板上に発生した結露を効率的かつ容易に函体外へ排出することができる。
本発明に係る空気浄化装置は、高い浄化性能を有し、ランニングコストを抑えることができる。
本発明の一実施例に係る空気浄化装置の模式的平面図である。 図１におけるＡ－Ａ矢視の模式的断面図である。 同空気浄化装置の設置状態を示す模式的側面図である。 同空気浄化装置の製造に用いられる高速溶射装置の模式図である。
続いて、添付した図面を参照しながら本発明を具体化した実施例について説明する。図１及び図２に示すように、本発明の一実施例に係る空気浄化装置１０は、函体１１、並びに函体１１内に配設される３枚の仕切板１２ａ～１２ｃ、及び吸着剤と光触媒とを有する１６枚の板材１３を主に備える。
函体１１は略直方体であり、天板となる光取込窓１４、４枚の側板１５ａ～１５ｄ及び底板１６を有する。さらに、函体１１は、一の側板１５ａに設けられた空気取込口１７と空気排出口１８とを有する。
函体１１のサイズとしては、特に限定されず、設置する場所や処理する空気（排ガス等）の量等に応じて適宜設定することができる。例えば縦５０ｃｍ～２ｍ、横１ｍ～１０ｍ、高さ５ｃｍ～３０ｃｍとすることができる。
光取込窓１４は、透明材料から形成されている長方形の板状体である。光取込窓１４の材質としては、透明でありかつ所定の強度、耐久性を有するものであれば特に限定されず、例えばガラスや、アクリル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリオレフィン樹脂等の合成樹脂等を挙げることができる。
４枚の側板１５ａ～１５ｄは長方形の板状体であり、光取込窓１４の各端縁と、底板１６の各端縁とを連結するようにそれぞれ配置されている。側板１５ａ～１５ｄの材質としては、特に限定されず、また透明でも不透明でもよい。側板１５ａ～１５ｄの具体的材質としては、例えば、金属、セラミックス、ガラス、合成樹脂、木材等を挙げることができるが、金属が好ましく、板材１３が有する吸着剤より比熱が小さい金属がより好ましい。側板１５ａ～１５ｄにこのような金属部材を用いることで、夜間等において優先的に結露をこの側板１５ａ～１５ｄ表面に発生させ、板材１３への結露の発生を抑えることができる。また、比熱の小さい金属製の側板１５ａ～１５ｄを有することで、朝方等の気温の上昇や高温の排ガスの供給の際、函体１１内部の温度上昇が速くなり、生じた結露を比較的短い時間で蒸発させることができる。
側板１５ａ～１５ｄに用いられる金属部材としては、鉄、アルミニウム、銅、チタン又はこれらの合金（ステンレス鋼、ガルバリウム鋼等）を挙げることができる。また、この金属部材は、腐食防止のためめっきや樹脂の塗布等の表面処理が施されていてもよい。
一の側板１５ａの両端部分には、空気（排ガス等）を函体１１内に取り込む空気取込口１７と、一旦取り込んだこの空気を函体１１外へ排出する空気排出口１８とが設けられている。空気取込口１７は、工場の排ガス用のダクト２４と連結している。この空気取込口１７は、取り込む空気の量を調整するための流量調整弁が備え付けられていてもよい。空気排出口１８は、底板１６側（図１における裏側）が開口し、略下向きに空気が排出されるように形成されている。
底板１６は、光取込窓１４（天板）と対向配置され、光取込窓１４と同形状（長方形）の板状体である。底板１６の材質としては、例えば、金属、セラミックス、ガラス、合成樹脂、木材等を挙げることができるが、側板１５ａ～１５ｄと同様の理由から、金属が好ましく、板材１３が有する吸着剤より比熱が小さい金属がより好ましい。底板１６に用いられる金属部材としては、鉄、アルミニウム、銅、チタン又はこれらの合金（ステンレス鋼、ガルバリウム鋼等）を挙げることができる。また、この金属部材は、腐食防止のためめっきや樹脂の塗布等の表面処理が施されていてもよい。
底板１６の内側表面において側板１５ｄが積層している部分（図３に示すように傾斜して配置した際の下端縁部分）には、略等間隔に複数のドレン溝が形成されている。このドレン溝と側板１５ｄの底面とでドレン孔が形成され、傾斜して配置した際に底板１６の内側表面に生じる結露を系外（函体１１の外）へ排出することができる。
底板１６の内側表面全面には、１又は複数の微細な溝が形成されていてもよい。この溝は、結露の流通路として機能することができる。この溝は、前記のドレン溝と一体に形成されていてもよい。底板１６がこのように内側表面全面に溝を有することで、底板１６表面に生じた結露を効率的にこの溝を通じて系外（函体１１の外）へ排出することができる。この溝は、例えば函体１１の傾斜方向（幅方向）と同一又は傾斜させて形成することができる。
３枚の仕切板１２ａ～１２ｃは、函体１１の長手方向に沿って（一の側板１５ａに垂直な方向に）互いに平行にかつ等間隔に設けられている。また、仕切板１２ａ～１２ｃは、底板１６に対して垂直に配設されている。仕切板１２ａ～１２ｃの長さは、底板１６の長手方向長さよりやや短くなっている。仕切板１２ａ及び１２ｃは、側板１５ａと連結し、側板１５ａに対向する位置にある側板１５ｃとは連結しないように配設される。また、仕切板１２ｂは、側板１５ａとは連結せず、側板１５ａに対向する位置にある側板１５ｃと連結するように配設される。このように仕切板１２ａ～１２ｃが配設されることで、空気取込口１７から取り込まれる空気が、函体１１内において、側板１５ａと１５ｃとの間を往復するようにジグザグに流通し、最終的に空気排出口１８から排出されるように空気流通経路が形成される。
仕切板１２ａ～１２ｃの厚さとしては特に限定されず、例えば３ｍｍ以上３ｃｍ以下程度とすることができる。また、仕切板１２ａ～１２ｃの高さは、函体１１の光取込窓１４と底板１６とに共に接触するような高さとなっている。すなわち、仕切板１２ａ～１２ｃの高さは、函体１１の側板１５ａ～１５ｄの高さと等しくなっている。
仕切板１２ａ～１２ｃの材質としては、特に制限されず、金属、セラミックス、ガラス、合成樹脂、木材等を挙げることができる。なお、側板１５ａ～１５ｄと同様の理由から、金属製とすることができる。また、吸着剤及び／又は光触媒を有する仕切板としてもよい。吸着剤及び／又は光触媒を有する仕切板としては、後に詳述する板材１３と同様の板材等を用いることができる。
各板材１３は、吸着剤及び光触媒を有するが、この光触媒は少なくとも一方の面側に付着されている。各板材１３は、函体１１の長手方向に沿って、つまり仕切板１２ａ～１２ｃと平行に配設されている。このように配設されることで、板材１３は、それぞれ函体１１と仕切板１２ａ～１２ｃとで形成される空気流通経路に沿って（平行に）配設されていることとなる。板材１３は、側板１５ｂと仕切板１２ａとの間、仕切板１２ａと仕切板１２ｂとの間、仕切板１２ｂと仕切板１２ｃとの間、及び仕切板１２ｃと側板１５ｄとの間にそれぞれ４枚ずつ配置されている。各４枚の板材１３は、２枚ずつで山（尾根）を形成するように配置されている。このようにすることで、複数の板材１３が空気流通方向視（函体１１における長手方向視、図２の断面形状）でジグザグ状に配設されることとなる。また、光触媒が付着している一方の面側が光取込窓１４（天板）と対向するように（一方の面が図１における表側及び図２における上側になるように）配置されている。
側板１５ｂと仕切板１２ａとの間に配置される板材１３の長さは、仕切板１２ａ～１２ｃと同じであり、これらは側板１５ａと接し、かつ側板１５ｃと接しないように配置されている。仕切板１２ｃと側板１５ｄとの間に配置される板材１３の長さも、仕切板１２ａ～１２ｃと同じであり、これらは側板１５ａと接し、かつ側板１５ｃと接しないように配置されている。また、仕切板１２ａと仕切板１２ｂとの間、及び仕切板１２ｂと仕切板１２ｃとの間に配置される板材１３の長さは、仕切板１２ａ～１２ｃより短く、これらは側板１５ａ及び１５ｃに接しないように配置されている。
板材１３の厚みとしては、特に制限されず、例えば１ｍｍ以上２ｃｍ以下とすることができる。
板材１３としては、ガラス、セラミックス、金属、合成樹脂等で形成されている基板の少なくとも一方の面側に吸着剤及び光触媒を付着させて形成したもの、吸着剤を含む基板の少なくとも一方の面側に光触媒を付着させて形成したもの等を用いることができるが、後者（吸着剤を含む基板を有し、光触媒がこの基板の一方の面側に付着しているもの）が好ましい。このようにすると、基板における他方の面側は吸着剤は十分存在する一方光触媒の付着が無い又は少なくなっている。従って、結露等が生じた場合も、基板の他方の面側に優先的に水分が吸着し、一方の面側に付着している光触媒への影響を抑えることができる。
吸着剤としては、活性炭、シリカゲル、ゼオライト等の公知のものを用いることができるが、これらの中でもゼオライトが好ましい。ゼオライトとしては、例えば嵩比重が０．６～０．８ｇ／ｃｍ３、比表面積が２００～４００ｍ２／ｇ、細孔径が５～１０Åのものを用いることができる。
また、吸着剤としては、疎水性を有するものが好ましい。このようにすることで、吸着剤への水分の吸着が抑制され、浄化性能を高めることができる。疎水性を有する吸着剤としては、シリカ／アルミナ比が高い疎水性ゼオライト（例えば、東ソー社製のＨＳＺシリーズ等）や、ゼオライト等の吸着剤に対して撥水剤により疎水化処理したものなどを用いることができる。撥水剤としては、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザンなどを挙げることができる。なお、吸着剤を含む基板に対して、この撥水剤による疎水化処理を施してもよい。
吸着剤を含む基板としては、シリカゲルやゼオライト等の吸着剤のみからなる基板や、シリカゲルやゼオライト等の吸着剤と他の無機材料（セメント、パーライト等）等とを含む基板等を挙げることができる。なお、他の無機材料としてセメントを含む場合、このセメントが吸着剤のバインダーとして機能する。また、パーライトを含む場合、多孔質性の向上及び軽量化を図ることができる。基板におけるゼオライト等の吸着剤の含有量としては、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましい。基板におけるセメントの含有量としては、５質量％以上３０質量％以下が好ましい。セメント含有量が５質量％未満の場合は、バインダー機能を十分に発揮できないおそれがある。逆に、セメント含有量が３０質量％を超える場合は、吸着性等が低下するおそれがある。基板には、さらに他の成分、例えば古紙等が含有されていてもよい。
なお、この基板としては、多孔質状であることが好ましい。このような多孔質状の基板を用いると、光触媒が付着していない他方の面側に吸着した有機物を、光触媒が付着している一方の面側から放出することができ、この有機物の分解を効果的に行うことができる。
光触媒としては、光触媒機能を有する化合物である限り特に限定されず、公知のものを用いることができる。ここで、光触媒機能とは、光半導体物質であって、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップエネルギーより大きなエネルギーを有する光が照射された際、価電子帯の電子が励起されて伝導帯に遷移して励起電子となり、価電子帯に形成される正孔と励起電子との間で電子－正孔対を生成して、酸化還元反応を誘起する機能を意味する。このような化合物としては、例えば二酸化チタン、酸化タングステン、酸化スズ等を挙げることができるが、二酸化チタンが好ましい。二酸化チタンとしては、ルチル型の結晶構造を有するものや、アナターゼ型の結晶構造を有するもの等が挙げられる。
なお、板材１３としては、吸着剤としてゼオライトを含む多孔質状の基板に対して、光触媒として二酸化チタンを溶射等により分散させて付着させたものが好ましい。多孔質状のゼオライトに分散状態で付着した二酸化チタンは、その局所構造と電子状態とが連続的に変化するため光触媒活性が向上する。
光触媒としては、可視光応答性を有する光触媒であることが好ましい。このように可視光応答性を有する光触媒を用いることで、浄化作用の際に太陽光をより効果的に活用することができる。
可視光応答性を有する光触媒とは、紫外光領域の光に加えて、可視光（３６０ｎｍ～８３０ｎｍ）領域の光の照射により触媒活性を発現する光触媒をいう。このような可視光応答性光触媒としては、（１）二酸化チタン結晶格子中に、窒素、炭素及び硫黄原子のいずれか１種以上をドープしたものや、（２）増感剤を担持した光触媒などを挙げることができる。
前記（１）の可視光応答性光触媒は、公知の製造方法で得ることができる。例えば、チオ尿素等の硫黄源を混合したチタンアルコキシドを原料としたゾル－ゲル法により硫黄ドープに酸化チタンを得ることができる。
前記（２）の可視光応答性光触媒が担持する増感剤とは、可視光により励起電子を生成し、二酸化チタン等の光触媒にその励起電子を供給する増感機能を有するものをいう。増感剤としては、例えば鉄、銅、クロム、ニッケル等の金属の水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物等を挙げることができ、具体的には、例えばＣｕＯ、Ｃｕ（ＯＨ）２、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）３、Ｎｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ（ＯＨ）、Ｃｒ（ＯＨ）３、Ｃｒ２Ｏ（ＯＨ）４、Ｃｒ２Ｏ３等を挙げることができる。
基板に対して、吸着剤や光触媒を付着させる方法としては、塗布や溶射等の公知の方法を用いることができる。これらの中でも溶射により付着させることが好ましい。溶射法を用いることで、バインダー成分等の使用を抑え、また、光触媒が、溶射した基板表面から基板内部に浸透することで光触媒の露出量や付着量を増やすことができ、分解性能が向上する。なお、溶射法を用いた場合の具体的手順の一例は後述する。
函体１１は、さらに複数の棒状の上側固定部材１９と複数の棒状の下側固定部材２０とを有している。各上側固定部材１９及び下側固定部材２０は、函体１１（即ち、光取込窓１４、底板１６）の内側面に露出し、函体１１における幅方向においては、側板１５ｂと仕切板１２ａとの間、仕切板１２ａと仕切板１２ｂとの間、仕切板１２ｂと仕切板１２ｃとの間、及び仕切板１２ｃと側板１５ｄとの間にそれぞれ４つずつ配置されている。また、各上側固定部材１９及び下側固定部材２０は、函体１１における長手方向においては、４つが略等間隔に配置されている。さらに、各上側固定部材１９は、平面視にて仕切板１２ａ～１２ｃ及び板材１３と垂直な向きに、かつこの上側固定部材１９の下側に設けられる溝構造部２２により板材１３を上側から固定するように配設される。また、各下側固定部材２０は、平面視において仕切板１２ａ～１２ｃ及び板材１３と垂直な向きに、かつこの下側固定部材２０の上側に設けられる溝構造部２３により板材１３を下側から固定するように配設される。
この上側固定部材１９及び下側固定部材２０の材質としては、特に限定されず、例えば金属、セラミックス、ガラス、合成樹脂、木材等を挙げることができるが、金属が好ましく、板材１３が有する吸着剤より比熱が小さい金属がより好ましい。上側固定部材１９及び下側固定部材２０にこのような金属部材を用いることで、夜間等において優先的に結露をこの上側固定部材１９及び下側固定部材２０表面に発生させ、板材１３への結露の発生を抑えることができる。また、比熱の小さい金属製の上側固定部材１９及び下側固定部材２０を有することで、朝方等の気温の上昇や高温の排ガスの供給の際、函体１１内部の温度上昇が速くなり、生じた結露を比較的短い時間で蒸発させることができる。
図３に示すように、空気浄化装置１０は、使用の際、函体１１が傾斜するように、傾斜台２１の上に配置される。この際、空気取込口１７が上側に、空気排出口１８が下側になるように、函体１１の幅方向に傾斜させて配置される。なお、この傾斜角θとしては、使用される場所（緯度）や、季節等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１０°以上５０°以下とすることができる。
空気浄化装置１０によれば、板材１３が吸着剤及び光触媒を有するため、空気取込口１７から取り込まれる排ガス等の空気に含まれる有機物等を吸着させつつ、光触媒により分解することができる。特に、板材１３が函体１１及び仕切板１２ａ～１２ｃにより形成される空気流通経路に沿って配設されている、つまり、浄化される空気はこの板材１３に沿って流通する構造となっているため、十分な量の光触媒が付着した板材１３を使用することができ、浄化性能を高めることができる。また、太陽光を取り込んで光触媒の機能を発現させることができるため、ランニングコストを抑えることができる。なお、太陽光は光取込窓１４から取り込まれ、各板材１３において光触媒が付着している一方の面側（図２における上側の面側）を照射する。
なお、函体１１内に取り込まれる空気は、板材１３と底板１６とに囲まれ、板材１３における一方の面側と逆側の空間も流通する。但し、空気流通経路中の仕切板１２ａ～１２ｃ及び板材１３が存在しない領域（図１における函体１１の左右両端部分）において、空気が混ざるため、分解は十分に進行する。また、板材１３は、空気流通方向視（図１における左右方向視、図２の断面形状）でジグザグ状に配設されている。このため、板材１３への光の照射面積及び流通する空気との接触面積を共に増加させることができ、浄化性能をさらに高めることができる。
ここで、板材１３の形成方法の一例として、スラリー調製工程及び溶射工程を有する溶射法を用いた場合の具体的手順を詳説する。
１．スラリー調製工程
本工程においては、光触媒を含む粒子及び分散媒を容器（例えば、攪拌槽）に供給してスラリーを調製する。
光触媒を含む粒子としては、通常光触媒からなる粒子（光触媒粒子）を含み、その他の粒子（バインダー粒子等）が含まれていてもよい。
スラリーにおける光触媒粒子（二酸化チタン粒子等）の含有量としては、通常１質量％以上３０質量％以下であり、３質量％以上１５質量％以下が好ましく、５質量％以上１０質量％以下がより好ましい。光触媒粒子の含有量が１質量％未満の場合は、溶射により得られる膜の厚みが小さくなりすぎ、十分な機能が発現できないおそれがある。逆に、この含有量が３０質量％を超える場合は、溶射により得られる膜と基板との熱膨張率の違いに起因して溶射により得られる膜の内部に応力が発生し、亀裂が生じやすくなる。
光触媒粒子の直径（二次粒子径）としては、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、１μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。光触媒粒子の直径が０．５μｍ未満の場合は、粒子の運動エネルギーが低下し製膜性が低下するおそれがある。逆に、この直径が１０μｍを超える場合は、分散性が低下するおそれがある。光触媒粒子の一次粒子径としては、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。このような範囲の一次粒子径からなる光触媒粒子を用いることで、製造コストを抑えつつ、十分な製膜性等を発揮することができる。なお、本明細書における粒子の直径は、動的光散乱法により測定される値をいう。
光触媒に増感剤を担持させることにより可視光応答性を発現させる場合は、鉄、銅、クロム、ニッケル等の水溶性金属錯体や水溶性金属塩をスラリーに含有させるとよい。これらの水溶性金属錯体や水溶性金属塩は、溶射した際に水と反応し前述した水酸化物、オキシ酸化物又は酸化物となり、光触媒粒子に増感剤として担持される。
水溶性金属錯体としては、具体的には［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋、［Ｆｅ（ＣＮ）６］４－、［Ｆｅ（ＣＮ）６］３－等を挙げることができ、水溶性金属塩としては、具体的にはＦｅＣｌ３、Ｆｅ２（ＳＯ４）３、Ｆｅ（ＮＯ３）３、ＣｕＳＯ４、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＣｌ２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、ＮｉＣｌ２、ＮｉＳＯ４、Ｃｒ（ＮＯ３）３等を挙げることができる。
水溶性金属錯体及び水溶性金属塩のスラリーにおける含有量としては、光触媒粒子中の金属成分量（例えばチタン成分量）１００質量部に対する金属成分量として、０．０５質量部以上０．５質量部以下とすることができる。
スラリーに用いられる分散媒としては、通常水が用いられるが、その他アルコール等の有機溶媒や、水と有機溶媒との混合物を用いることもできる。
スラリーには、分散性を高めるために、界面活性剤をさらに含有させることができる。界面活性剤としては、ポリカルボン酸系高分子界面活性剤等のアニオン系界面活性剤やノニオン系界面活性剤等を挙げることができる。界面活性剤の含有量としては、光触媒を含む粒子１００質量部に対して０．５質量部以上３質量部以下が好ましい。
スラリーの調製は、容器へ光触媒を含む粒子及び分散媒を供給し、攪拌することにより行うことができる。なお、攪拌とともに又は攪拌の代わりに超音波照射を行ってもよい。
２．溶射工程
本工程においては、スラリー調整工程で調製した光触媒を含む粒子を含有するスラリーを基板表面に溶射する。この溶射は公知の方法で行うことができるが、高速溶射装置を用い、低温度の高速溶射を行うことが好ましい。このような溶射を行うことで、例えば光触媒粒子としてアナターゼ型の二酸化チタン粒子を用いた場合、溶射の際のルチル型への変態が抑制され、触媒活性の高い溶射皮膜を得ることができる。以下、図４を参照に高速溶射装置の一例を説明する。
図４に示す高速溶射装置３０は、溶射ガン３１及びこの溶射ガン３１の先端に取り付けられたスラリー混合部３２を主に備える。スラリー混合部３２は、溶射ガン３１の先端から噴出する溶射フレームが通過する筒状のフレームガイド部３３（バレル）と、このフレームガイド部３３内を通過する溶射フレーム中に前記スラリー（光触媒を含む粒子等）を噴出させ、溶射フレーム中に前記スラリーを混入させるスラリー噴出ノズル３４とを有している。
高速溶射装置３０を用い、溶射ガン３１から溶射フレームを噴出させながら、ポンプ３５によりスラリータンク３６に貯留されているスラリーをスラリー混合部３２に供給させる。なお、溶射フレームは、溶射ガン３１内の燃焼室にて高圧の燃焼支援ガス（例えば空気＋酸素）と燃料ガス（例えば灯油）とを混合し、この混合ガスに点火することで形成される。また、溶射フレームの噴出先に基板を配置しておく。このようにすることで、フレームガイド部３３の先端から噴出する溶射フレームの流れに乗ってスラリー（光触媒を含む粒子等）を基板に対して高速で衝突させることができ、基板に溶射皮膜を形成することができる。
溶射の条件としては、フレーム温度が７００℃以上２，０００℃以下が好ましく、７５０℃以上１，５００℃以下がさらに好ましい。また、フレーム噴出速度が８００ｍ／秒以上２，０００ｍ／秒以下が好ましい。溶射フレームの温度が７００℃未満の場合、フレーム温度が低くなり過ぎるため、基板表面に安定的に皮膜を形成することが困難となる。一方、溶射フレームの温度が２０００℃を超える場合、フレーム温度が高くなり過ぎるため、例えばアナターゼ型二酸化チタンを用いた場合、アナターゼ型からルチル型へと変態する二酸化チタンの量が増加し、二酸化チタンが十分な光触媒機能を発揮できないおそれがある。なお、フレーム温度は、溶射フレーム中心線上で、溶射ガン３１の先端から２００ｍｍの位置で測定した温度とする。また、温度の測定は、熱電対（例えば、１，０００℃まではアルメル／クロメル、１，０００℃を超えるとタングステン／タングステン・レニウム）を用い、熱電対の先端部を溶射フレームに挿入して行った値とする。
本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、仕切板及び板材の枚数は、適宜変更することができる。板材として、複数枚の平板を用いること以外に、一枚の波板等を用いることもできる。板材の両面に光触媒が付着していてもよい。また、光取込窓が天板ではなく、又は天板と共に側板に形成されていてもよい。
実験例
以下、実験例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
図１及び図２に示す形状の空気浄化装置を作製し、図３に示すように傾斜させて屋外に設置した。なお、傾斜角θは３０°とした。また、板材としては、以下のゼオライトボードを処理液（撥水剤：信越シリコーン社製ＫＢＭ－１３、メチルトリメトキシシラン）に浸漬させて疎水化処理した基板を用い、この基板の一方の面側に高速フレーム溶射により二酸化チタンを付着させたものを使用した。
ゼオライトボード（組成）
・ゼオライト（新東北化学社製）：７７質量％
・ホワイトセメント（太平洋セメント社製）：１５質量％
・パーライト（三井金属鉱業社製）：４質量％
・古紙（新聞紙）：４質量％
ゼオライト物性
・粒度：０．２ｍｍ以下８０％、０．１ｍｍ以下７０％
・嵩比重：０．６５～０．７ｇ／ｃｍ３
・比表面積２５０～３００ｍ２／ｇ
・細孔径：６．５～７Å
・吸水率：６０～８０質量％
ゼオライト組成
・ＳｉＯ２：７２．１質量％、Ａｌ２Ｏ３：１２．９質量％、Ｆｅ２Ｏ３：０．７質量％、ＣａＯ：２．６質量％、Ｋ２Ｏ：２．１質量％、Ｎａ２Ｏ：１．８質量％、Ｈ２Ｏ：７．０質量％、その他：０．８質量％
供給する空気として、塗装工程で生じるＶＯＣを含む排ガスを用いた。この排ガスの流量を流量調整弁によって調整し、６．５ｍ／ｓ及び５．６ｍ／ｓの２条件にて、空気浄化装置への供給の際のＶＯＣ濃度（ｐｐｍ）と、排出の際のＶＯＣ濃度（ｐｐｍ）とを測定した。測定には、フィガロ技研製ハンディＴＶＯＣモニターＦＴＶＲ－０２を使用した。測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示されるように、流量が６．５ｍ／ｓ及び５．６ｍ／ｓのいずれの場合も約６０～６５％のＶＯＣを除去できることが確認できた。
本発明に係る空気浄化装置は、脱臭、消臭等を目的とした工場排ガス、豚舎、下水処理場等の空気の浄化装置として好適に用いることができる。
１０：空気浄化装置、１１：函体、１２ａ～１２ｃ：仕切板、１３：板材、１４：光取込窓、１５ａ～１５ｄ：側板、１６：底板、１７：空気取込口、１８：空気排出口、１９：上側固定部材、２０：下側固定部材、２１：傾斜台、２２：溝構造部、２３：溝構造部、２４：ダクト、３０：高速溶射装置、３１：溶射ガン、３２：スラリー混合部、３３：フレームガイド部、３４：スラリー噴出ノズル、３５：ポンプ、３６：スラリータンク

Claims (8)

  1. 空気取込口及び空気排出口を有する函体と、
    該函体内に配設され、吸着剤及び少なくとも一方の面側に付着する光触媒を有する板材と
    を備える空気浄化装置において、
    前記函体が光取込窓を有し、
    前記板材は、前記一方の面側が前記光取込窓と対向し、かつ前記空気取込口と前記空気排出口との間に形成される空気流通経路に沿って配設されていることを特徴とする空気浄化装置。
  2. 請求項１記載の空気浄化装置において、
    前記板材が空気流通方向視で波状又はジグザグ状に配設されていることを特徴とする空気浄化装置。
  3. 請求項１又は２記載の空気浄化装置において、
    前記函体が、内面側に露出し、前記吸着剤より比熱の小さい金属部材を有することを特徴とする空気浄化装置。
  4. 請求項３記載の空気浄化装置において、
    前記金属部材が、前記函体の側板及び底板のいずれか一方又は双方であることを特徴とする空気浄化装置。
  5. 請求項３記載の空気浄化装置において、
    前記金属部材が、前記板材を固定する固定部材であることを特徴とする空気浄化装置。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の空気浄化装置において、
    前記板材が、前記吸着剤を含む基板を有し、前記光触媒が前記基板の一方の面側への塗布又は溶射により前記一方の面側に付着していることを特徴とする空気浄化装置。
  7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の空気浄化装置において、
    前記吸着剤が疎水性を有することを特徴とする空気浄化装置。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の空気浄化装置において、
    前記函体が傾斜して配置されることを特徴とする空気浄化装置。
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