(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気導入口と空気噴出口とをもつダクトと、
該ダクト内に設けられた冷却器、ヒータおよび送風機と、
該ダクト内に設けられ該ダクト内を流れる空気と接触する面に形成された二酸化チタンの薄膜と、該二酸化チタンの薄膜に波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を放射するｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなるチップと、このチップを封止すると共に放射された光に指向性を与えるモールドレンズとを主要部として備える発光ダイオ−ドとをもつ空気浄化装置と、
を具備することを特徴とする空気浄化機能付き空調装置。
【請求項２】
前記二酸化チタンの薄膜は、０．３μｍ以下の膜厚の透明な薄膜、またはその膜厚の薄膜を多層化して形成された薄膜であり、該二酸化チタンの薄膜が設けられた前記空気と接触する面は前記ダクトの内面である請求項１に記載の空気浄化機能付き空調装置。
【請求項３】
前記二酸化チタンの薄膜は、０．３μｍ以下の膜厚の透明な薄膜、またはその膜厚の薄膜を多層化して形成された薄膜であり、該二酸化チタンの薄膜が設けられた前記空気と接触する面は前記送風機のファンの表面である請求項１に記載の空気浄化機能付き空調装置。
【請求項４】
前記発光ダイオ−ドは、前記送風機のファンの停止時には発光せず、該送風機のファンの駆動とともに通電され、紫外線を放射する請求項１、２または３に記載の空気浄化機能付き空調装置。
【請求項５】
前記発光ダイオードは、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線とともに可視光を含む光を放射する請求項１、２、３または４に記載の空気浄化機能付き空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は二酸化チタンの薄膜からなる光触媒反応を利用した空気浄化機能付き空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、二酸化チタンＴｉＯ2 に代表される光半導体の微粒子による光触媒作用、特にその強い酸化触媒作用に高い注目が集められている。
即ち、二酸化チタン等の光半導性を有する粒子状物質をそのバンドキャップエネルギ以上の光（二酸化チタンの場合は４００ｎｍ以下の光、即ち、紫外線）で照射すると、価電子帯の電子が光励起されて伝導帯に移り、伝導帯には自由電子が生成すると共に、価電子帯には正の電荷を帯びた粒子（正孔）が生成する。これらの正孔と電子とは半導体粒子内部を運動し、時間の経過と共に再結合して消滅する。しかしその粒子表面に空気または水、或いはそれらの正孔や電子よりもエネルギの低い空順位を有する化合物やイオンが存在すると、その粒子表面を通してそれらの正孔と電子が化合物やイオンに移動し、その結果、正孔は粒子表面に接触する化合物やイオンを直接酸化し、或いは活性酸素の１つである水酸基ラジカルを生成する。
【０００３】
また、電子による還元反応は主に酸素の還元であり、電子が付加された酸化性のある酸素種が生成される。こうして、光半導体微粒子は光が照射されることによって酸化性の活性表面を形成し、有機化合物の分解等に触媒として作用する（「季刊  化学総説  『光が関わる触媒化学』Ｎｏ．２３，１９９４）。
このような光半導体微粒子による酸化触媒作用は、光半導体の中でも二酸化チタンが特に高い。また、二酸化チタンは安定性や安全性にも優れている。そして、この二酸化チタンの微粉末を薄膜として基体表面に担持して光触媒を形成し、紫外線照射時のその高い酸化力を有機化合物等の分解に利用した種々の応用が既に知られている。
【０００４】
例えば、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒をコーティングした中空のガラスビーズは海上に流出した原油の分解剤として知られている。すなわち、ガラスビーズ表面に付着した原油は太陽光中の紫外線によって活性化された二酸化チタンの強い酸化触媒作用によって分解される。
また最近では、室内空気の脱臭または消臭、殺菌（抗菌）、タバコのヤニや油膜等の汚れの分解にもその応用が試みられ、自然光または蛍光灯の光に含まれる紫外線を利用してその光触媒を活性化させ、それの酸触媒反応によって接触するメルカブタン等の臭気化合物、或いはタバコのヤニ等の有機物を分解し、または、細菌等の微生物を死滅させ、またはその繁殖を抑えるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
空調装置は室内空気の温度、湿度を調節し、室内空気を快適にする。しかし、従来の空調装置では、室内空気の臭い、煙等に対しては、何ら対処せず、そのまま空調装置を通過して元の室空間に戻される。空調装置が長く放置されている場合には、ダクト内に黴等の微生物が繁茂したり、壁等に付着した有機物が変質し異臭を発生することすらある。
【０００６】
本発明はかかる不都合を解消するもので、効率的に室内空気を浄化できかつダクト内で発生する異臭をも取り除くことができる空気浄化機能付き空調装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気浄化機能付き空調装置は、空気導入口と空気噴出口とをもつダクトと、該ダクト内に設けられた冷却器、ヒータおよび送風機と、該ダクト内に設けられ該ダクト内を流れる空気と接触する面に形成された二酸化チタンの薄膜と、該二酸化チタンの薄膜に波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を放射するｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなるチップと、このチップを封止すると共に放射された光に指向性を与えるモールドレンズとを主要部として備える発光ダイオ−ドとをもつ空気浄化装置と、を具備することを特徴とする。この空気浄化機能付き空調装置はダクト内に設けられ、ダクト内を流れる空気と接触する二酸化チタンの薄膜が発光ダイオードから照射される紫外線を受けて活性化し、空気中に含まれる臭い等の有機物を酸化除去して空気を浄化し、浄化された空気を空気噴出口より吐出するものである。
【０００８】
本発明の空気浄化機能付き空調装置は、ダクト、冷却器、ヒータおよび送風機、空気浄化装置をもつ。この空気浄化装置を除く、他の要素であるダクト、冷却器、ヒータおよび送風機は通常の空調装置の必須要素である。本発明の空気浄化機能付き空調装置は、通常の空調装置のダクト内に二酸化チタンの光触媒作用を奏する空気浄化装置を組み込んだものである。したがって、大きなビルディングとかホール全体を暖冷房する大型の空調装置、事務所等に使用される中型の空調装置、家庭で使用される小型の空調装置、あるいは自動車用の空調装置等の通常の空調装置を本発明の空気浄化機能付き空調装置のダクト、冷却器、ヒータおよび送風機としてそのまま用いることができる。
【０００９】
ダクトは、空調される空気が通る通路を形成するもので、空気を取り入れる空気導入口と空気を噴出する空気噴出口とをもつ。
冷却器はダクト内に配置され、ダクトを流れる空気を冷却するものである。冷却器としては、圧縮式冷却装置の冷媒を蒸発させるエバポレータ、冷却水等の冷却媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器を例示することができる。
【００１０】
ヒータは、ダクト内に配置され、ダクトを流れる空気を加熱するものである。ヒータとしては、ニクロム線のように発熱して空気を加熱するもの、バーナの熱を空気に伝えるもの、あるいは熱水と空気との間で熱交換を行う熱交換器を例示することができる。
送風機はダクトを通して空気を空気導入口より取り入れ、空気噴出口より空気を噴出させるために空気に流れを起こさせるものである。送風機としては、通常のプロペラ型のファン、シロッコファンを用いた送風機を使用できる。
【００１１】
なお、ダクトの形状、大きさ、冷却器、ヒータおよび送風機の種類、形状、大きさは、それぞれ使用目的に応じて適宜選択して使用できる。
本発明の空気浄化装置は、ダクト内を流れる空気と接触する面に形成された二酸化チタンの薄膜と該二酸化チタンの薄膜に紫外線を放射する発光ダイオ−ドとをもつ。二酸化チタンの薄膜を形成するダクト内を流れる空気と接触する面としては、ダクトの内面、熱交換機の放熱あるいは吸熱フィン、送風機のファンの表面を利用できる。ダクトの内面は比較的面積が広く、大面積の二酸化チタンの薄膜を形成するのに都合がよい。熱交換機の放熱あるいは吸熱フィンも常に新しい風が当たり、効率が良い。送風機のファンも単位面積当たりに接触する空気量が多く、効率が高くなる。
【００１３】
ダクト内を流れる空気と接触する面に形成される二酸化チタンの薄膜は光触媒となるものである。この二酸化チタンの薄膜を形成する二酸化チタンの粒子径は、十分に小さいほど「量子サイズ効果」等によって光触媒作用が高い。そのため、その薄膜は、二酸化チタンのコロイドを基体表面に塗布し焼成する等の方法によって、一般に０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下の膜厚の透明な薄膜として、またはそのような薄膜を多層化した薄膜として形成するのが好ましい。また、二酸化チタンの薄膜は物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的蒸着法（ＣＶＤ）等の方法によって形成することもできる。
【００１４】
発光ダイオ−ドは、二酸化チタンの薄膜を活性化する紫外線を放出できるもので、具体的にはｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体で構成することができる。このｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体は、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫外線を放射する。発光ダイオードはダクト内に形成された二酸化チタンの薄膜を確実に照射できる位置に配置される。必要により複数個の発光ダイオードを使用することもできる。
【００１５】
本発明の空気浄化機能付き空調装置に組み込まれた発光ダイオードは、ダクト内に空気を送るファンの駆動とともに発光ダイオードにも通電され、発光ダイオードから紫外線が照射されるようにするのが好ましい。
本発明の空気浄化機能付き空調装置は、新鮮な空気の必要とする、大きなビルディングとかホール、事務所、家庭あるいは自動車等に使用できる。
【００１６】
【作用】
本発明の空気浄化機能付き空調装置は、ダクト内に二酸化チタンの薄膜と発光ダイオードとをもつ。そして発光ダイオードより放射される紫外線で二酸化チタンの薄膜が活性化され、この強力な酸化作用によりダクト内を流れる空気中に含まれる臭い成分と煙成分が分解除去され空気が浄化される。そして本来の、空気温度、湿度の管理とともに新鮮な空気が空調装置より吐出され、快適な室内空間を形成できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の実施例の空気浄化機能付き空調装置の要部断面を示す。この空調装置は自動車用のエアコンディショナーで、ダクト１、冷却器を構成するエバポレータ２、ヒータコア３、二酸化チタンの薄膜４、発光ダイオード５、ブロワ６よりなる。
【００１８】
ダクト１は外気導入口１１、内気導入口１２、ヒータ吹出口１５、クーラ吹出口１６およびデフ吹出口１７をもち、複数のダクトユニットを連結して構成されている。また、ダクト１は外気導入口１１と内気導入口１２とを切り換える内外気切替ダンパ１０１、エアミックスダンパ１０２、デフロスタダンパ１０３、ヒータ吹出口１５とクーラ吹出口１６とを切り換えるヒータクーラ切替ダンパ１０４をもつ。
【００１９】
エバポレータ２は圧縮冷凍機（図示せず）から供給される液状の冷媒を気化させ、その気化熱で空気を冷却するもので、実質的には熱交換器で構成されている。ヒータコア３はエンジンの冷却水として使用される熱水により空気を加熱するもので、実質的には熱交換器で構成されている。
二酸化チタンの薄膜４と発光ダイオード５とで空気浄化装置４０を形成している。この部分の拡大断面図を図２に示す。二酸化チタンの薄膜４は各吹出口１５、１６、１７のすぐ上流側でヒータコア３およびブロワ６の下流側のダクト１の内壁を一周するように形成されている。なお、この二酸化チタンの薄膜４は二酸化チタンのコロイドを顔料として含む無機塗料を塗布して形成したものである。この二酸化チタンのコロイドは、通常の顔料とは異なり、二酸化チタン表面に不活性化皮膜を持たず、直接二酸化チタン表面が表出している。
【００２０】
発光ダイオード５は複数個の発光ダイオードで形成され、二酸化チタンの薄膜４が形成されたダクト１の伸びる方向の中央でかつ周方向に等間隔にダクト１の内側に固定されている。
発光ダイオ−ド５はｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなる光を放射するチップと、このチップを封止すると共に放射された光に指向性を与えるモ−ルドレンズとを主要部として備える小さな発光素子である。この発光ダイオ−ド５は、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫外線を放射する。
【００２１】
なお、発光ダイオ−ド５は、波長３６０〜４００ｎｍのスペクトル範囲の光のみ放射するものであることが、発光効率及び電力消費の点で好ましい。しかし、実際には、発光ダイオ−ドの放射する光は、半導体レーザの場合とは異なり、一般に少なくとも５０ｎｍのスペクトル範囲を有するため、波長３６０〜４００ｎｍのみの光を放射する発光ダイオ−ドを得ることは困難である。そのため、ここで使用する発光ダイオ−ド５としては、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を十分に含む光（電磁波）を放射するものであれば、どのような発光ダイオ−ドでも使用することができる。
【００２２】
しかし、この発光ダイオ−ド５としては、好ましくは、人体に有害な紫外線、即ち、３２０ｎｍ以下の波長の遠紫外線（ＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃ）を放射しないものが好ましい。そして、このような発光ダイオ−ド５によれば、人体に無害な空気浄化機能付き空調装置を形成することができ、日常生活における用途にも安全に使用することができる。
【００２３】
これに対して、可視光である４００ｎｍ以上の波長の光は人体に無害であるため、このような可視光を含む光を放射する発光ダイオ−ドは、何等問題なく使用することができる。また、そのような発光ダイオ−ド５を使用することによって、その発光ダイオ−ド５が作動していることを容易に確認することができ、更に、その可視光が明彩色である場合には照明や表示としての効果を得ることができる。ただし、４００ｎｍ以下の波長の光（紫外線）であっても、３８０ｎｍ程度までの光はぼんやりとした背景（暗い紫色）を呈するため、発光ダイオ−ド５が４００ｎｍ以下の波長の光のみ放射する場合でも、その光は完全なブラック光ではなく、一般に視認可能なものである。
【００２４】
本実施例の空気浄化機能付き空調装置は上記した構成をもつ。この空気浄化機能付き空調装置を稼働させると、ブロア６が回転し、ダクト１内の空気がブロア６により送風され、外気導入口１１あるいは内気導入口１２より空気がダクト１内に取り入れられる。そして導入された空気はエバポレータ２、ヒータコア３で冷却、加熱あるいは冷却されたのち加熱され、所定の温度および湿度に調節されて空気浄化装置４０に送られる。
【００２５】
空気浄化装置４０では、発光ダイオード５から紫外線が放射され、二酸化チタンの薄膜４に紫外線が照射される。この紫外線の照射を受け、二酸化チタンの薄膜４が活性化され強い酸化作用をもつ。そしてダクト１に導かれて送風される空気は二酸化チタンの薄膜４に接触し、空気中に含まれる臭い成分とか煙成分が酸化分解される。このようにして空気浄化装置４０で所定の温度および湿度に調節された空気が浄化される。そして最後に、浄化され所定の温度および湿度に調節された空気がヒータ吹出口１５、クーラ吹出口１６またはデフ吹出口１７より車内吹き出される。
【００２６】
なお、本実施例の空気浄化装置４０に代えて、ブロア６のフインの表面に二酸化チタンの薄膜を形成し、この二酸化チタンの薄膜に発光ダイオードから放出される紫外線を照射するようにしてもよい。また、ダクト１の内部に二酸化チタンの薄膜とこれに紫外線を照射する発光ダイオードを組み込んで形成した空気浄化装置を設置するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の空気浄化機能付き空調装置は、通常の空気温度等の調節に加え、空気を浄化する機能をもつ。このため、より快適な空調が可能となる。また、発光ダイオ−ドは非常に小さな発光素子であるため、発光ダイオ−ドを設置するための多くの空間を必要としない。このため空気浄化機能付き空調装置が大型化することもなく、コンパクトのものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施例の空気浄化機能付き空調装置の要部断面を示す断面図である。
【図２】  図２は図１の空気浄化装置を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１：ダクト部          ２：エバポレータ
３：ヒータコア    ４：二酸化チタンの薄膜
５：発光ダイオード                      ６：ブロア
１１：外気導入口                        １２：内気導入口
１５：ヒータ吹出口                      １６：クーラ吹出口
１７：デフ吹出口                        ４０：空気浄化装置
【図１】
0003698275.tif 000002
【図２】
0003698275.tif 000003