(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダーと共に光触媒粒子を基体上に接着させて前記基体上に触媒膜を担持して成る光触媒体において、
前記バインダーにはオルガノアルコキシシランが用いられ、
前記基体上に担持された前記触媒膜には吸着剤が含まれており、
前記吸着剤として合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５のうちの一つ、又は複数が組み合わされたものが用いられたことを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
前記触媒膜における前記バインダーの割合が２０wt%〜８０wt%であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒体。
【請求項３】
前記触媒膜において、前記光触媒粒子及び前記吸着剤の重量の合計に対する前記光触媒粒子の割合が３０wt%〜９９wt%であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光触媒体。
【請求項４】
前記バインダーにシリカを５部〜３０部添加していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光触媒体。
【請求項５】
前記光触媒粒子として酸化チタンを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光触媒体。
【請求項６】
前記バインダー及び前記光触媒粒子の接着した前記基体を焼付けて触媒膜を担持したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光触媒体。
【請求項７】
複数のフィンと冷媒が通る管とで構成され、外部から取り入れられた空気流が前記フィンの間を通過する際に、前記空気流が前記冷媒と熱交換され、該熱交換された空気流が送出される空気調和装置において、前記フィンと前記管の少なくとも一方の表面に請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光触媒体が設けられていることを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を照射することで有機物や臭気の分解を行う光触媒体、及び熱交換器を有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を照射すると、光励起により伝導帯には電子を生じ、価電子帯には正孔を生じる。該電子及び正孔は、強い還元力や酸化力により有機物や水の分解などの働きを有することから、脱臭や抗菌などの作用を持つ。一般に、このような光触媒は、基体の表面に微粒子状の光触媒から成る触媒膜を担時した光触媒体という形で用いられる。
【０００３】
基体上に触媒膜を担持して光触媒体とするには、ゾルゲル法やバインダー(接着剤)と共に光触媒粒子を基体上に接着させる方法などがある。該ゾルゲル法によると、１回の塗布作業で形成される膜厚は非常に僅かなので作業効率が悪い。また、基体上に触媒膜を担持するのに焼付を行った場合、焼付温度は触媒膜の強度を得るために５００℃以上にしなければならない。さらに、この方法では光触媒の分解作用を高効率化する吸着剤を添加することは不可能である。
【０００４】
光触媒粒子を基体上に接着させる方法ではゾルゲル法のような問題点はみられないが、その一方で上記バインダーに有機系のものを用いた場合、光触媒によって有機分が分解されてバインダーの役割が得られなくなる(チョーキング現象)。そこで、光触媒によって分解されにくい無機系のバインダー、一般的にはコロイダルシリカなどが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バインダーにコロイダルシリカを用いて光触媒粒子を接着すると、バインダーが水溶性であることから担持された触媒膜には耐水性がなく、水中に浸漬させると約１０分で光触媒が基体より剥離し始める。これに対して、バインダーの量を増やせば剥離を防止できるが、反対に光触媒活性が失われてしまう。
【０００６】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであって、光触媒活性や触媒膜の基体への密着性が良好で、且つ耐水性のある光触媒体、及びそれを用いた空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の光触媒体は、バインダーと共に光触媒粒子を基体上に接着させて前記基体上に触媒膜を担持して成る光触媒体において、前記バインダーとしてオルガノアルコキシシランが用いられ、基体上に担持された触媒膜には吸着材が含まれており、前記吸着剤として合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いたものである。
上記構成により、バインダーにオルガノアルコキシシランが用いられたことで、触媒膜は耐水性を有するものとなる。また、触媒膜に含まれた吸着剤は臭気や有機物、及びこれらを分解する際に生じる中間生成物などを吸着し、光触媒体はこの吸着された物質を分解する。さらに、活性炭を用いたものよりも触媒膜の吸着性能は向上し、且つ基体を焼付ける際の焼付温度を高く設定することができる。
【０００８】
上記構成の光触媒体において、触媒膜におけるバインダーの割合を２０wt%〜８０wt%としても良い。このように、バインダーの割合を２０wt%〜８０wt%とすることで、触媒膜は十分な光触媒活性と基体に対する密着性を有する。
【０００９】
上記構成の光触媒体において、触媒膜中の光触媒粒子及び吸着剤の重量の合計に対する光触媒粒子の割合を、３０wt%〜９９wt%としてもよい。このように、光触媒粒子の割合を３０wt%〜９９wt%とすることで、触媒膜は一定の吸着性能を保持することができ、なおかつ光触媒活性を損なうことがない。
【００１０】
上記構成の光触媒体において、バインダーにシリカを５部〜３０部添加してもよい。これによって、基体に対する触媒膜の密着性が向上する。
【００１１】
上記構成の光触媒体において、光触媒粒子として酸化チタンを用いてもよい。これによって、触媒膜は安定した分解反応を行うものとなる。
【００１２】
上記構成の光触媒体において、バインダー及び光触媒粒子の接着した基体を焼付けて触媒膜を担持してもよい。これによって、触媒膜の形成に要する時間を短縮することができ、さらに触媒膜の密着性も向上する。
【００１６】
本願の空気調和装置は、複数のフィンと冷媒が通る管とで構成され、外部から取り入れられた空気流が前記フィンの間を通過する際に、前記空気流が前記冷媒と熱交換され、該熱交換された空気流が送出される空気調和装置において、前記フィンと前記管の少なくとも一方の表面に上記構成の光触媒体が設けられたものである。このような構成の空気調和装置では、光触媒体が熱交換器の役割を果たして空気流を冷却又は加熱するだけでなく、光触媒粒子によって光触媒体を通過する空気流を脱臭したり、光触媒体自体に付着した汚れを分解するということができる。
【００１７】
【本発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施形態を説明するが、本発明は特にこれらの実施形態に限られるものではない。尚、各図面において、構成が共通する部分及び同じ名称のものには同一符号を付してある。
【００１８】
(第１実施形態)
まず、本実施形態の光触媒体に用いられる基体について説明する。基体の材料として、光触媒により基体自体が分解するプラスチックなどの有機物類や紙類を用いるのは望ましくない。また、本実施形態では後述するように焼付を行うので、基体は少なくとも１５０℃以上の耐熱性を必要とする。
【００１９】
以上の点を踏まえて、本実施形態では光触媒の基本的な性能を評価しやすいよう、厚さ０.１１mmのアルミ板(耐熱温度４００℃)を用いている。これを１６０mm×１６０mmに切断し、脱脂処理して基体とする。脱脂処理は、２-プロパノール(以下、「ＩＰＡ」という。)で基体の表面を洗浄後、１００℃の熱風乾燥炉にて１時間乾燥させる方法を用いる。
【００２０】
次に、塗液について説明する。ここでいう塗液とは光触媒粒子やバインダーなどからなる混合液で、上記基体の表面に塗布されるものである。本実施形態では、光触媒粒子に石原テクノ(株)製の酸化チタンＳＴ-０１を用いている。酸化チタンは、酸化基と還元基が隣接しながら安定した状態を保っている物質なので、光触媒として安定した分解反応を起こす。酸化チタンＳＴ-０１は光触媒用に作製されており、アナターゼ型結晶で平均粒径７μm、比表面積３００m2/gである。
【００２１】
また、バインダーには日板研究所(株)製のＧＳ-９０を用いている。該ＧＳ-９０は、オルガノアルコキシシランに硬化剤及びファイバー状のシリカが添加されたものである。このときのシリカの添加量は約１５wt%であるが、この添加量はバインダーに対して５部〜３０部であれば好適である。これらはＩＰＡを主成分とするアルコールで希釈されており、加熱後残留量は１４.８wt.%である。尚、ＧＳ-９０のオルガノアルコキシシランは、下記に示す化１においてアルキル基にメチル基が付いたもので、耐水性を有する。
【００２２】
【化１】
0003689751.tif 000002
【００２３】
上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を１１１g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分３０.８%の塗液とする。この塗液によって、本実施形態の触媒膜におけるバインダーと光触媒粒子の重量比は４０:６０となる。このバインダーと光触媒粒子の重量比は、目的とする光触媒体に必要な光触媒活性、膜厚、及びコストなどに応じて調整できる。但し、得られた触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下では触媒膜を十分に担持することができないし、９０wt.%以上では光触媒活性が悪くなる。
【００２４】
次に、塗布方法について説明する。上記塗液はスプレー法、ローラ塗布、刷毛塗り、含浸法、及び引き上げ法(ディッピング法)などの様々な方法で塗布できる。但し、１回の塗布量には限界があり、その限界を越えると基体から塗液が剥離する。また、フレキシブルな基体でも塗布できるが、ノンフレキシブルなものよりも塗布量は少ない。
【００２５】
本実施形態では、基体全体を塗液の中に浸してから定速で引き上げる引き上げ法を用いている。この方法では、一定量の塗液を基体の表面に塗布することができ、且つスプレー法よりも塗着効率が高い。図１には該引き上げ法の概略を示している。即ち、基体１の一側辺を２本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻き上げモータ３の軸３ａに取り付ける。基体１を浴槽４中の塗液に全体が被るように入れ、これを１cm/minの速度で引き上げる。
【００２６】
上記塗液には硬化剤が含まれているので、常温で塗液は硬化して触媒膜となる。しかし、塗液が硬化するのに約１５日を要することから、本実施形態では塗液を塗布した基体を焼付けて触媒膜を形成する。このように、焼付工程を取り入れることで、触媒膜の形成時間を短縮できるだけでなく、密着性をさらに向上させることができる。尚、以下に示す全ての実施形態でも焼付を行っているが、塗液に硬化剤が含有されておれば、特にこの工程を行わなくても塗液は硬化して触媒膜となる。
【００２７】
焼付は塗液が塗布された基体を１００℃で１時間乾燥させてから、３５０℃にて１時間行う。焼付温度が５００℃以上であると、酸化チタンの結晶型がアナターゼ型からルチル型に変化し、光触媒活性を損なう原因となるので、焼付温度は５００℃以下が好適である。
【００２８】
焼付温度が３００℃以下では触媒膜の密着性や光触媒活性に遜色はないが、残留有機物によると思われる臭いが残る。これは紫外線を照射していくとやがて脱臭されるものであるが、なるべく３００℃以上で焼付けるのが望ましい。尚、２００℃の焼付温度では、３５０℃の場合に比べて触媒膜の密着性及び光触媒活性に特に変化はなかった。
【００２９】
上述した光触媒体の製造方法によって、触媒膜の単位担持量が６.４g/cm2の光触媒体を得ることができた。図２は、本実施形態による光触媒体の表面を模式的に示した図である。本実施形態の光触媒体では、光触媒粒子５とバインダー６とが基体１上を被覆して触媒膜を形成している。
【００３０】
(第２実施形態)
第２実施形態において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本実施形態では、塗液に吸着剤として日産ガードラー(株)製のＣｕ-ＺＳＭ５を添加する。該Ｃｕ-ＺＳＭ５は合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したもので、この他にもＺＳＭ５のナトリウム基を銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、水素置換したＨ-ＺＳＭ５などがあり、このうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いるのが好ましい。尚、光触媒粒子及びバインダーには、第１実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＧＳ-９０を用いる。
【００３１】
本実施形態のように塗液に吸着剤を添加することで、形成された触媒膜ではまず吸着剤が有機物を吸着する。光触媒粒子はこの吸着剤の表面で濃縮された有機物を分解するので、空気中の有機物を分解するよりも効率が良い。また、吸着剤が臭気を吸着することによって、光触媒粒子が臭気の分解を行っていない場合でも光触媒体は脱臭作用を有することになる。さらに、本実施形態で用いた合成ゼオライトは、活性炭など他の吸着剤と比較すると吸着性能が良好で、且つ焼付を行った場合、大気中での焼付温度を５００℃にまで上げることができ、焼付時間の短縮及び触媒膜の高硬度化に効果がある。
【００３２】
上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を５５.５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を５５.５g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分３０.８%の塗液とする。この塗液によって、本実施形態の触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。
【００３３】
この重量比は第１実施形態と同様、目的とする光触媒体の性能などに応じて調整できる。但し、得られた触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下では触媒膜を担持することができないし、８０wt.%以上では光触媒活性が悪くなる。また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を２０cm/minとする。
【００３４】
上述した光触媒体の製造方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が１０g/cm2の光触媒体を得ることができた。ここでは上記製造方法を２回行って、単位担持量を２０g/cm2とした。図３は、本実施形態による光触媒体の表面を模式的に示した図である。本実施形態の光触媒体では、光触媒粒子５、バインダー６、及び吸着剤７が基体１上を被覆して触媒膜を形成している。
【００３５】
ここで、吸着剤添加による光触媒体への影響を調べるための脱臭試験について示す。基体は寸法９０×４００×ｔ２０mmで、穴の数が２００セルのアルミ製のハニカムを用いる。この基体を２個用意し、共に第２実施形態に準じて表面に触媒膜を担持させる。このとき、一方のハニカムの触媒膜ではバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比を４０:５９:１とし、他方のハニカムの触媒膜ではバインダーと光触媒粒子の重量比を４０:６０とする。つまり、前者の触媒膜には吸着剤が１％含まれており、後者には吸着剤は含まれていない。これらのハニカムの担持量は、いずれも５０gである。
【００３６】
図４は脱臭試験の概略を示した図である。８は１m3のボックスで、その中心には電気集塵器１０が設置されており、側壁には空気中のアルデヒドの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。また、図５は電気集塵器１０を図４中のＡ−Ａ′線で切断したときの断面を示した図である。電気集塵器１０内に取り付けられたハニカム１１には、ブラックライト１２からの紫外線が反射板１３によって余すことなく照射される。シロッコファン１４が作動すると吸気口１５から空気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示す。)、その空気はハニカム１１を通り抜けて排気口１６から吹き出される。
【００３７】
試験方法は、まずボックス８内で煙草５本を燃焼させる。予め触媒膜の担持したハニカム１１は電気集塵器１０に組み込んであり、該電気集塵器１０のイオン化線１７及びハニカム１１に逆電位で約６５００V印加してシロッコファン１４を運転する。同時に、ブラックライト１２でハニカム１１に紫外線を照射し、光触媒の臭気の分解を開始する。そして、光触媒が臭気を分解するときに生じる中間生成物、アセトアルデヒドの濃度を前記検知管で所定時間毎に測定する。
【００３８】
その結果、吸着剤が含有されていないハニカムの場合、測定開始から約３０分後にアセトアルデヒド濃度が上昇し、再び減少した。一方、吸着剤が１％含有されているハニカムでは、このような変化はみられなかった。これは吸着剤がアセトアルデヒドを吸着し、光触媒がそれを直ちに分解するので、空気中にアセトアルデヒドが放出されることがないからである。以上の脱臭試験より、触媒膜に吸着剤を含有した光触媒体は、アセトアルデヒドを速やかに分解できることが分かった。
【００３９】
また、上記の触媒膜に吸着剤を含有したハニカムに対して、上記脱臭試験と同じ条件で臭気の分解を繰り返し行わせる。このとき、脱臭試験を行う毎に、ハニカムに３mW/cm2の紫外線を１２０時間(５日間)照射する。その結果、触媒膜における光触媒粒子と吸着剤との合計重量に対して、光触媒粒子の重量が３０wt.%以下の場合、脱臭試験回数が増えていくにつれて触媒膜の吸着性能が落ちていった。これは、吸着剤に対して光触媒粒子の量が少ないことから、吸着した臭気や中間生成物を分解しきれなくなり、吸着剤の表面が飽和してそれ以上の吸着が行われなくなったからである。
【００４０】
(比較例１)
比較例１において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比較例では、バインダーに日板研究所(株)製のＧＳ-５０を用いている。該ＧＳ-５０はシリカが添加されていない以外は第１実施形態のＧＳ-９０とほぼ同じ成分で、加熱後残留分は１２.２wt%である。尚、光触媒粒子及び吸着剤には、第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。
【００４１】
上記ＧＳ-５０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を４５.５７g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を４５.５７g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分２５.７%の塗液とする。この塗液によって、本比較例の触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を２０cm/minとする。上述した光触媒体の製造方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が約７g/cm2の光触媒体を得ることができた。ここでは上記製造方法を３回行って、単位担持量を２２g/cm2とした。
【００４２】
(比較例２)
比較例２において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比較例では、バインダーに日板研究所(株)製のＧ-４０１を用いている。Ｇ-４０１は、ゾルゲル法により金属アルコキシド生成反応で生成した金属アルコキシドから成る(化２参照)。該金属アルコキシドは金属にシリカとジルコニアを用いており、シリカとジルコニアの割合は７５:２５である。また、加熱後残留分は２１wt%である。このＧ-４０１は、他のバインダーに比べて密着性がある割に光触媒活性が良いものである。尚、光触媒粒子及び吸着剤には第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。
【００４３】
【化２】
0003689751.tif 000003
【００４４】
上記Ｇ-４０１を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を７８.７５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を７８.７５g秤量する。これに、密着性強化のため５０００メッシュのマイカを２６.２５g添加し、これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分４２.２%の塗液とする。この塗液によって、触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。また、塗液の塗布方法は、第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を３１cm/minとする。上述した光触媒体の製造方法によって、触媒膜の単位担持量は２０g/cm2の光触媒体を得ることができた。
【００４５】
上述した第１及び第２実施形態と比較例１及び２の光触媒体について、それぞれ触媒膜の基体への密着性と光触媒活性の評価を行う。まず、密着性試験について説明する。ここでは、塗装などでよく用いられるクロスカット試験において、触媒膜の密着性試験に合うようにその基準を変えたものを用いている。
【００４６】
即ち、まず基体に担持された触媒膜を指で触る。それで膜が剥離しない場合は、指の腹で触媒膜を擦る。さらに膜が剥離しない場合は、カッターで碁盤の目状に１mmおきに１１本、約１５mmの長さに傷を付け、この傷の上にセロハンテープを張り付けて剥す。これらの過程での触媒膜の剥離状態を５段階に分け、触媒膜の基体に対する密着性を評価する。評価基準は表１に示す。
【００４７】
【表１】
0003689751.tif 000004
【００４８】
次に、光触媒活性試験について説明する。図６は光触媒活性試験の概略を示した図である。８は２７リットルのボックスで、その中心には各実施形態及び比較例の光触媒体が取り付けられる試験装置２０が設置されており、天面には空気中のアルデヒドの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。また、図７は試験装置２０を図６中のＢ−Ｂ′線で切断したときの断面を示した図である。
【００４９】
試験装置２０内の対向する側壁の上方には、光触媒体２１が取り付けられる。対向する光触媒体２１の間にはブラックライト１２が設けられており、光触媒体２１に紫外線を照射する。また、試験装置２０の天面にはファン２２が設けられており、ファン２２が作動すると試験装置２０の下方に形成された吸気口１５から空気が入り(図中、矢印は空気流を示す。)、試験装置２０内を通ってファン２２から外へ抜ける。
【００５０】
試験方法は、まず試験装置２０内に光触媒体２１を２枚取り付ける。ボックス８内にアセトアルデヒドを約１２０ppm入れ、約２時間静置して安定させる。そして、前記検知管でボックス８内のアセトアルデヒド濃度を測定した後、ブラックライト１２で光触媒体２１に３mV/cm2の紫外線を照射する。所定の時間毎に検知管にてアセトアルデヒドの濃度を測定し、アセトアルデヒドの濃度が１００ppmから１０ppmに減衰する時間を求める。
【００５１】
各実施形態及び比較例における上記密着性及び光触媒活性の評価を以下の表２に示す。
【００５２】
【表２】
0003689751.tif 000005
【００５３】
バインダーに金属アルコキシドを用いた比較例２に対して、オルガノアルコキシドを用いた第１及び第２実施形態の触媒膜の密着性は良好で、なおかつ光触媒活性も向上している。また、シリカを添加していない比較例１に対して、添加した第２実施形態の触媒膜の密着性は良好である。従って、バインダーにオルガノアルコキシドを用いると耐水性を有するだけでなく、密着性及び光触媒活性の良好な触媒膜が担持できることが分かった。また、バインダーにシリカを添加することで、触媒膜の密着性を向上させることが分かった。
【００５４】
尚、第２実施形態の光触媒体に１カ月間約１０mW/cm2の紫外線を照射し、上記密着性試験を行うと、紫外線を照射していないものと同じレベル１であった。第２実施形態の光触媒体はアルキル基を有しているが、このアルキル基は光触媒に分解され得るので、触媒膜の剥離の原因となるおそれがあった。しかし、紫外線を長時間照射してもアルキル基が分解されず、触媒膜の密着性が劣化しないので、十分に使用に耐え得るものであることが分かった。
【００５５】
(第３実施形態)
第３実施形態では光触媒体を熱交換器に適用し、エアコンの室内機に設けた場合について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法について説明する。塗液及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは基体及び塗液の塗布方法について説明する。図１１(イ)は基体として用いられる熱交換器３１の一部を示した図であり、図１１(ロ)は熱交換器３１が設けられた室内機３０の断面を示した図である。該室内機３０の構成については後述する。熱交換器３１はアルミフィン３１ａと銅パイプ３１ｂより構成されたもので、寸法６００×３００×ｔ３０mmである。
【００５６】
まず、熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内部を窒素ガス雰囲気にした後、その両端を塞ぎ、表面を脱脂処理する。これにより、銅パイプ３１ｂの内部に塗液が侵入せず、また焼付の際内部が酸化するのを防止する。脱脂処理は、該基体をＩＰＡの中に浸漬させて、１００℃の熱風乾燥炉で約３時間乾燥させる方法を用いる。
【００５７】
また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様、引き上げ法による。図８には、塗液の塗布についてその概略を示している。即ち、熱交換器３１の長辺を２本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻き上げモータ３の軸３ａに取り付ける。浴槽４には、第１実施形態の塗液の作製方法を数回繰り返して得た、合計１０ｋgの塗液が入っている。
【００５８】
熱交換器３１を浴槽４中の塗液に全体が被るようにいれ、これを１cm/minの速度で引き上げる。熱交換器３１が液面に対して垂直になるように引き上げて、アルミフィン３１ａ及び銅パイプ３１ｂの表面全体に塗液を付着させる。短辺の長さが３０ｃｍなので、引き上げ時間は３０分かかった。ここでは基体の形状が複雑なので、引き上げ速度を遅くして均一に塗液が塗布されるようにする。上述した触媒膜の担持方法によって、触媒膜の単位担持量は７g/cm2の熱交換器を得ることができた。
【００５９】
該熱交換器は疎水性である。しかし、エアコンの熱交換器は、結露した水分の飛散防止のためにその表面が親水性であることが要求される。そこで、該熱交換器にブラックライトで照射強度２.５mW/cm2、ピーク波長３６０nmの紫外線を４時間照射して、未照射時、及び１、２、４時間後の熱交換器表面における水の接触角を測定する。
【００６０】
図９は各時間における水の接触角の変化を示したグラフである。未照射時では接触角が１４０度であったものが、４時間後には１５度となった。一般に親水性とは接触角が約２０度以下のことを指すので、熱交換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性から親水性へ変化したことが確認できる。
【００６１】
次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行う。図１０は光触媒活性試験の概略を示した図である。１m3のボックス８内には側壁の上方にエアコンの室内機３０が設置されている。他の側壁には、空気中のアルデヒドなどのガスの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。
【００６２】
図１１(ロ)は室内機３０を図１０中のＣ−Ｃ′線で切断したときの断面を示した図である。室内機３０内には上述した熱交換器３１が取り付けられ、ブラックライト１２から紫外線が照射されるようになっている。シロッコファン１４が作動すると吸気口１５から空気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示す。)、静電フィルター３２を通って熱交換器３１のアルミフィン３１ａの間をを通過する。そして、吹出口１６からボックス８内へ送り出される。３３は吹出口１６から送り出す空気の風向を調節するためのルーバーである。
【００６３】
ここでは、光触媒活性試験を行うのでシロッコファン１４を作動させるのみであるが、実際エアコンとして使用する場合には、コンプレッサー(図示せず)より冷媒が熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内に送られている。熱交換器３１の左右両端には各銅パイプ３１ｂと連通したパイプ(図示せず)が設けられており、冷媒はこのパイプを通って順に他の銅パイプ３１ｂへ移っていき、全ての銅パイプ３１ｂを通る構成となっている。
【００６４】
この冷媒によって熱交換器３１全体は温度の低い状態にあり、空気流がアルミフィン３１ａの間を通ると、空気流の熱がアルミフィン３１ａを伝導して冷媒に吸収されることで、空気流は冷却される。また、熱交換器３１の温度が高い状態であれば、その熱がアルミフィン３１ａを伝導して空気流に吸収されることで、空気流は加熱される。
【００６５】
光触媒活性試験について説明する。まずボックス８内で煙草を５本燃焼させた後、上記室内機３０のシロッコファン１４のみを運転させる。シロッコファンを作動させて３０分後、熱交換器は煙草のタールによって黄色く汚れた。そこで、ブラックライトで熱交換器に紫外線を４８時間照射すると、熱交換器の汚れが取れて元の状態に戻った。これは、光触媒粒子によりタールが分解されたからである。また、熱交換器に紫外線を長時間照射しながらシロッコファンを運転することで、ボックス内の臭気も除去することができた。
【００６６】
これに対して、触媒膜の担持されていない熱交換器で同様の試験を行うと、該熱交換器の表面にはオーバーコートが施されているのであまり汚れないが、付着したタールは分解するなどして除去されることはないので、汚れたままである。つまり、本実施形態における熱交換器は防汚性を持っており、常に清浄な状態に保つことのできるものなので、洗浄などのメンテナンスが不必要である。また、従来のエアコンの室内機とほぼ同じ構成でありながら脱臭機能も有する。
【００６７】
（第４実施形態）
第４実施形態では光触媒体を熱交換器に適用し、エアコンの室内器に設けた場合について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法について説明する。基体及び焼付は第３実施形態と同様とするのでその説明は省略する。また、塗布方法も第３実施形態と同様、引き上げ法による。塗液は第２実施形態のものを用い、引き上げ速度を５cm/minとする。短辺の長さが３０ｃｍなので、引き上げ時間は６分かかった。上述した触媒膜の担持方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が７g/cm2の光触媒体を得ることができた。ここでは上記担持方法を３回行って、単位担持量を２２g/cm2とした。
【００６８】
該熱交換器は疎水性なので、第３実施形態の熱交換器と同様に、熱交換器にブラックライトで照射強度２.５mW/cm2、ピーク波長３６０nmの紫外線を１４４時間(６日間)照射して、未照射時、及び２４、４８、７２、１４４時間後の熱交換器表面における水の接触角を測定する。
【００６９】
図１２は各時間における水の接触角の変化を示したグラフである。未照射時では接触角が１１０度であったものが、１４４時間後には１８度となった。一般に親水性とは接触角が約２０度以下のことを指すので、熱交換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性から親水性へ変化したことが確認できる。尚、本実施形態における熱交換器が第３実施形態のものと比べて親水性化するのが遅いのは、塗液に吸着剤が添加されているからである。
【００７０】
次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行う。この試験の条件は第３実施形態のものと同様であるが、ここでは脱臭について測定した。即ち、ボックス中のアンモニア、アセトアルデヒド及び酢酸の濃度を、シロッコファンの作動前と作動してから３０分後とについてそれぞれ測定する。電気工業会の基準により、トータル除去率ηは次の式で表される。
η＝(η1＋２η2＋η3)／４
このとき、η1はアンモニア除去率、η2はアセトアルデヒド除去率、η3は酢酸除去率を示している。
【００７１】
測定結果を上記の式に代入してトータル除去率を求めたところ、８４%であった。これは、ボックス内の臭気が吸着剤によって熱交換器に吸着したからである。これに対して、触媒膜の担持されていない熱交換器で同様の試験を行うと、トータル除去率はほぼ０％であった。
【００７２】
また、この試験の後に熱交換器に４８時間紫外線を照射し続け、同じ試験を再び行うと同様のトータル除去率が得られた。これは、先の試験で熱交換器に吸着した臭気が光触媒によって分解されたので、新たに臭気を吸着できたからである。従って、本実施形態の熱交換器は脱臭機能を有し、その脱臭機能は紫外線を照射することで常に保持されるものである。
【００７３】
また、本実施形態における熱交換器も第３実施形態と同様、表面にタールの汚れが付着したが、４８時間紫外線を照射すると汚れは分解された。つまり、本実施形態のエアコンの室内機は従来のものとほぼ同じ構成でありながら脱臭機能も有するものであり、また熱交換器は防汚性を有するものである。
【００７４】
上述したように、第３実施形態及び第４実施形態では、本発明の光触媒体をエアコンの熱交換器に適用したが、この他にも空気清浄機や脱臭機のハニカムなどに適用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の光触媒体では、バインダーとしてオルガノアルコキシシランを用いていることから、触媒膜は耐水性を有するだけでなく、基体への密着性や光触媒活性が向上する。
【００７７】
また、基体上に担持された触媒膜に吸着剤を含み、吸着剤が含まれていないものよりも効率よく有機物の分解が行われる。また、吸着剤が臭気を吸着するので、光触媒が分解を行っていないときでも光触媒体は脱臭の作用を有することになる。
【００７８】
また、吸着材を含む触媒膜におけるバインダーの重量の割合を２０wt%〜８０wt%としたことにより、触媒膜は十分な光触媒活性と密着性を有するものとなる。
【００７９】
また、触媒膜中の光触媒粒子と吸着剤の合計の重量に対する光触媒粒子の割合を３０wt%〜９９wt%としたことにより、紫外線を照射することで常に光触媒体は一定の吸着性能が保持され、なおかつ光触媒活性も良好となる。
【００８０】
また、バインダーにシリカを５部〜３０部添加したことにより、触媒膜の密着性が向上する。
【００８１】
また、光触媒粒子として酸化チタンが用いられていることから、光触媒は安定した分解反応を行うものとなる。
【００８２】
また、吸着剤として合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものが用いられたことから、活性炭など他の吸着剤と比較すると吸着性能が良好で、且つ焼付を行った場合、大気中での焼付温度を５００℃にまで上げることができ、焼付時間の短縮及び触媒膜の高硬度化に効果がある。
【００８３】
また、バインダー及び光触媒粒子の接着した基体を焼付けて触媒膜を担持したことから、触媒膜の形成に要する時間は短縮され、基体への密着性が向上する。
【００８４】
本願の空気調和装置では、熱交換器に光触媒を適用したことにより、熱交換器は防汚性を有する。よって、洗浄などのメンテナンスの必要がなくなる。また、特別な脱臭のための部材を設けることなく、従来の空気調和装置とほぼ同じ構成でありながら脱臭機能を備えたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態における塗液の塗布方法の様子を示した概略図である。
【図２】  第１実施形態の光触媒体における表面の模式図である。
【図３】  第２実施形態の光触媒体における表面の模式図である。
【図４】  第２実施形態の光触媒体が行う脱臭試験の様子を示した概略図である。
【図５】  図４における電気集塵器のＡ−Ａ′線での断面図である。
【図６】  光触媒活性試験の様子を示した概略図である。
【図７】  図６における試験装置のＢ−Ｂ′線での断面図である。
【図８】  第３実施形態における塗液の塗布方法の様子を示した概略図である。
【図９】  紫外線照射時間における、第３実施形態の光触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。
【図１０】  第３実施形態の光触媒が行う脱臭試験の様子を示した概略図である。
【図１１】  (イ)は熱交換器の一部を示した図であり、(ロ)は図１０におけるエアコンの室内機のＣ−Ｃ′線での断面図である。
【図１２】  紫外線照射時間における、第４実施形態の光触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１    基体
２    ひも
３    巻き上げモータ
４    浴槽
５    光触媒粒子
６    バインダー
７    吸着剤
８    ボックス
９    挿入口
１０    電気集塵器
１１    ハニカム
１２    ブラックライト
１３    反射板
１４    シロッコファン
１５    吸気口
１６    排気口
１７    イオン化線
２０    試験装置
３０    エアコンの室内機
３１    熱交換器
３１ａ    アルミフィン
３１ｂ    銅パイプ
【図１】
0003689751.tif 000006
【図２】
0003689751.tif 000007
【図３】
0003689751.tif 000008
【図４】
0003689751.tif 000009
【図５】
0003689751.tif 000010
【図６】
0003689751.tif 000011
【図７】
0003689751.tif 000012
【図８】
0003689751.tif 000013
【図９】
0003689751.tif 000014
【図１０】
0003689751.tif 000015
【図１１】
0003689751.tif 000016
【図１２】
0003689751.tif 000017