(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な光強度の紫外線が酸化チタンへ照射され、光触媒活性が十分に発現され、VOCが酸化分解される空気浄化装置及び浄化方法の提供。【解決手段】粒子表面に酸化チタンを厚み約１〜３０μｍで被覆した短径２〜５ｍｍの酸化チタン被覆粒子３を充填した反応管７に、酸化チタン膜を支持する吸着性能の高い粒子の誘引力に、有害ガス１０を迅速に引き寄せるとともに、単位表面積当たりに十分な光強度の紫外線を酸化チタン表面へ照射して光触媒を励起し、有害ガスが光触媒膜を拡散する間にその分解処理を行う空気浄化装置。流体１０本体中のVOCの光触媒表面への移動を容易にするため、ガス通路５の線流速を5m/s以上で、光触媒表面近傍に生じる境膜拡散抵抗を除去し、紫外線を酸化チタンの被覆粒子表面積当り、の光強度を１．０ｍＷ／ｃｍ２以上として照射し、有害ガス濃度を環境指針値以下の濃度まで分解処理する、有害ガス含有ガスの処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状管内の内壁から所定の大きさの空間が生じるように開口率65〜80%の管状メッシュを挿入するとともに、その空間内に、酸化チタンを被覆した吸着剤からなる酸化チタン被覆粒子を充填し、その中央に光源を備え、光源と管状メッシュとの間の空間をガス通路として使用し、光源からの紫外線を単位表面積当たりの光強度が1.0mW/cm2以上で酸化チタン被覆粒子表面へ照射し、また通路内を通過する空気の線流速を5 m/s以上とすることを特徴とする反応管及び空気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化チタン被覆粒子は、粒子径が短径2mm~5mmであり、その表面は厚み約1〜30μmの酸化チタン薄膜で被覆され、充填された粒子の総重量の80％以上を含んでいる請求項1に記載の反応管及び空気浄化装置。
【請求項３】
前記粒子として、活性炭、シリカ、ゼオライト、モレキュラシーブ、活性アルミナ、ガラスビーズ、又はこれらを含んだ混合物からなる請求項１又は２に記載の反応管及び空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
低濃度のVOC（揮発性有機化合物）や有害ガス等を長期的に吸引することで起こる健康被害の防止や、除菌・ウィルスの不活化による室内環境の改善等を目的としたガス分解ユニット及び空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒はＵＶによって励起され、その近傍に存在する有機物を酸化分解することができるが、従来技術では単位表面積当たりに十分な光強度の紫外線が酸化チタンへ照射されず、また、光源から酸化チタンまでの距離が一定でないことや入射角が垂直でないため照射にむらがあり、光触媒の分解活性が発現されにくかった。
【０００３】
加えて、酸化分解にはVOCが光触媒表面に吸着する必要があるが、その濃度が1ppm以下の場合、光触媒表面近傍に非常に大きな境膜拡散抵抗が生じることから、VOCが流体本体から光触媒へと移動する速度が極めて遅くなり、その結果、低濃度域でVOC分解速度が非常に小さくなるため、VOC濃度が減少し難くなっていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光触媒構造を用いた空気浄化装置が開示されている。
【０００５】
これによれば本装置では、酸化チタンを塗布した光触媒管とその中央に光源を配し、管体と光源との距離を調整し、空気通路を確保している。また、光触媒管を紫外線透過性の高い透明管とすれば、光触媒管から通過した紫外線が他の近接した光触媒管の酸化チタンを活性化し、反応・効果が高まるとしている。
【０００６】
特許文献２には、光触媒の配設範囲に光を効率よく照射するガス分解フィルタユニット及び空気清浄機が開示されている。
【０００７】
これによれば本装置では、吸着剤を含んだガス分解ペレットに光触媒が担持され、ペレットに対して垂直に入射した紫外線により光触媒を励起し、ガスを分解することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６２６０６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５０３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示された空気浄化装置は、有害ガスを光触媒によって酸化分解するための紫外線照射や空気通路に工夫を有するが、有害ガスと光触媒の接触を促す構造ではなく、特に１ｐｐｍ以下の低濃度処理において、光触媒による分解効果が十分得られない。
【００１０】
また、光触媒管を紫外線透過性の透明管とすることで反応・効果の促進を期待しているが、光触媒は間接光では十分に励起されないという問題点がある。
【００１１】
上記特許文献２に開示された空気清浄機は、光触媒の配設範囲に光を効率よく照射する構造であるが、特に平板構造では、紫外光が導光部材から光触媒粒子層へ垂直に入射する光源近傍の領域では、単位表面積当たりの光強度が高くなるが、導光部材と光触媒層との距離が遠くなる領域では、紫外光が光触媒に対して垂直に入射することができず、また単位表面積当たりの光強度が弱くなるため、極低濃度の有害ガスの効率的な分解処理が難しい。
【００１２】
また、汚染空気の空気通路をガス分解ペレットの隙間とし、有害ガスと光触媒の接触機会を考慮した構造の場合、ガス分解ペレットが空気の通過を阻み、高い線流速を確保できないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、酸化チタンを被覆した吸着剤からなる酸化チタン被覆粒子を充填した反応管において、酸化チタン被覆粒子内部の吸着剤の誘引力により有害ガスを効率的に引き寄せるとともに、単位表面積当たりに十分な光強度の紫外線を酸化チタン表面へ垂直に照射し、有害ガスが酸化チタン被覆粒子の表面を覆う光触媒膜の層内を拡散する間に、その分解処理を行う。
【００１４】
また、流体本体中のVOCの光触媒表面への移動を容易にするため、ガス通路の線流速を5 m/s以上とすることで、光触媒表面近傍に生じる境膜拡散抵抗を除去することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、汚染空気を酸化チタン被覆粒子内部の吸着剤によって誘引することで、光触媒近傍に存在する境膜拡散抵抗の影響を受けずに光触媒薄膜内を拡散できるので、その間にVOC、悪臭物質などを光触媒によって分解処理できる。これによれば、これまで達成が困難であった厚生労働省が定める環境指針値（0.1ppm近傍の値）以下までVOCを分解処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】反応管の構成を示す正面断面図である。
【図２】反応管列の構成を示す斜視図である
【図３】本発明の実施形態に係る空気浄化装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における反応管の構成を示す正面断面図である。
【図５】本発明の実施形態における反応管列の構成を示す斜視図である。
【図６】反応管列を搭載した空気浄化装置による1m3空気中のトルエン分解性能を示すグラフである。
【図７】反応管列を搭載した空気浄化装置による1m3空気中のトルエン分解時の二酸化炭素の生成を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように反応管７には、長尺状の外管１に所定の空間をあけて挿入されたメッシュ２との間に酸化チタン被覆粒子３を充填し、この管とほぼ同等の長さを持つ光源４を中央に配し、光源４とメッシュ２の間に浄化する汚染空気１０のガス通路５を設けている。
【００１８】
処理を行う汚染空気１０の容量に応じて、反応管７を図２のように複数本並列に配置し、反応管列８を形成している。
【００１９】
反応管７の入口側、出口側又は、その両方にファン６を設けており、空気浄化装置本体９へ汚染空気１０を取り込み、反応管７で処理された浄化空気１１を排出する。
【００２０】
光源と光触媒の間隔は、
【特許文献１】において、一例が示されているように、分解反応が効率よく行われるように設定する。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づき説明する。
【００２２】
本発明の一実施例では、図１に示すような反応管７が、図２のように複数本並列に配置され、反応管列８を形成している。反応管７の並列数、配置方法は、空気浄化を行う空間の適用床面積と空気浄化装置に搭載するファン６の処理能力によって、変更することができる。
【００２３】
反応管７では、図１のように、外管１の内側の管内壁から所定の空間をあけて、メッシュ２を挿入し、外管１とメッシュ２の間の空間に酸化チタン被覆粒子３を充填している。この外管１やメッシュ２は、紫外光による劣化を受けにくいステンレスやニッケルとするのが好ましい。
【００２４】
外管１とメッシュ２の形状は、長尺状の管であって、光源４とメッシュ２の間隔を規定の通り配置していれば、四角柱、円柱などの形状でもよい。しかし、より分解効率を高くするためには、長尺状の円柱であることが好ましい。
【００２５】
外管１とメッシュ２の中心には、光源４が設置されており、この光源４によって光触媒が励起され、酸化分解反応が起こる。外管１の中心に光源４を設けることで、光源４からの入射光は、酸化チタン被覆粒子層へ垂直に入射する。なお、このときの単位表面積当たりの光強度は1.0mW/cm2以上が好ましい。これにより初発物質はもとより中間体も含めてVOCを二酸化炭素まで分解することができる。例えば、20Wのブラックライトを使用した場合の単位表面積当たりの光強度は0.69 mW/cm2であり、一方6Wのブラックライトを使用した場合の単位表面積当たりの光強度は1.2mW/cm2であるため、6Wのブラックライトを使用した方が高い光触媒分解活性が得られる。
【００２６】
また、光源４は、光触媒を励起するための紫外線を効率よく発生させる機能を持つならば、冷陰極管や熱陰極管などの方式を問わない。処理する汚染空気１０に含有されている空気成分に応じて、光の波長域を変えてもよい。例えば、病院などで菌やウィルス汚染が想定される空間の空気浄化では光源４を殺菌灯とし、それ以外の空間ではブラックライトを搭載することで効率的な光源の活用が可能となる。
【００２７】
光源４の形状は、反応管７内の光触媒反応が高速で進むのに必要な光強度が確保されるならば、棒状に限定されない。その形状に応じて、反応管７の断面形状も変えることも可能である。
【００２８】
酸化チタン被覆粒子３は、活性炭、シリカ、ゼオライト、モレキュラシーブ、活性アルミナ、ガラスビーズ、又はこれらを含んだ混合物からなる担体粒子の表面を、厚み約1〜30μmの酸化チタン膜で被覆したものであり、粒子の短径は2mm~5mmである。酸化チタン被覆粒子３は、反応管７に充填される粒子の総重量の８０％以上含まれている。
【００２９】
メッシュ２の開口率は、充填する酸化チタン被覆粒子３の粒径よりも小さい開口となるように65〜80%とする。メッシュ２の開口率が大きいほど、酸化チタン被覆粒子３への紫外線の照射面積が広くなるので、光触媒による酸化処理度が大きくなる。
【００３０】
図３は、反応管列８とファン６による空気浄化装置の構成図である。
【００３１】
VOCを含む汚染空気１０は、ファン６の回転により装置内に取り込まれ、反応管列８を通過し、処理された浄化空気１１は装置の外へ排出される。
【００３２】
ファン６により取り込まれた汚染空気１０が光源４とメッシュ２の間のガス通路５を通過し、汚染空気１０が酸化チタン被覆粒子３内部の吸着剤により誘引される。次に、空気中のVOCは、光源４から照射される紫外線によって励起された酸化チタン被覆粒子３の表面を覆う光触媒薄膜内を拡散する間に分解処理される。
【００３３】
VOCを含む汚染空気を酸化チタン被覆粒子内部の吸着剤によって効率的に誘引することで、光触媒近傍に存在する境膜拡散抵抗の影響を受けず、光触媒薄膜内を拡散できるので、光触媒薄膜内を拡散している間に分解処理できる。また、1ppm程度の低濃度環境下では、酸化チタン被覆粒子内部の吸着剤にVOCを吸着することなく、表面の光触媒で分解するため、長期間吸着性能を維持することができる。
【００３４】
その結果、これまで達成が困難であった厚生労働省が定める環境指針値（0.1ppm近傍の値）以下までVOCを分解処理することができる。
【００３５】
図６は反応管列８を搭載した空気浄化装置による1m3空気中のトルエン分解性能を示す。また、図７は反応管列８を搭載した空気浄化装置による1m3空気中のトルエン分解時の二酸化炭素の生成量を示す。
【００３６】
これによれば、反応管列８を搭載した空気浄化装置により、トルエンは0.1ppm以下の極低濃度領域まで分解され、それと同時にトルエンの分解生成物である二酸化炭素が増加していることが確認できる。
【００３７】
分解する有害ガスとしてホルムアルデヒド、トルエンなどのVOC、アンモニア、メチルメルカプタンなどの悪臭物質、エチレンガス等があるが、酸化チタン被覆粒子を作製するための担体として用いる粒子は、処理するガスの種類に応じて、適宜変更することが望ましく、例えば、VOCを酸化処理する場合には、活性炭粒子を用いるのが好ましい。
【００３８】
反応管７のガス通路５の中に空気が良好に入るような構造であれば、ファンの配置は図示した方法による必要はない。例えば、反応管７の両側にファン６が配置される形でもよい。反応管７内において5m/s以上の線流速が確保されれば、ファン６の位置も規定されない。
【００３９】
ファン６の風量は、強・中・弱のように段階的に切替えるものが一般的であるが、センサーにより風量を自動的に変化させることも可能である。
【００４０】
1ppm以下の低濃度の有害ガスによる汚染が考えられる家庭やオフィス、病院などの静かな環境下、あるいは大風量での吹き出しを好まない環境下では、ファン６の風量を落として運転することが多くあるが、この場合反応管７内を通過する空気の線流速も遅くなる。
【００４１】
その結果、反応管７内に有害ガスの分解反応中間物質が滞留しやすく、新たな空気汚染の原因となるとともに、分解効率が悪化する。
【００４２】
そこで、本発明ではファン６の風量を下げた場合でも、良好な分解効率に必要な反応管７内の線流速を維持するために、ガス通路５の断面積を小さくして、線流速を上げている。ファン６の風量を下げても、気体流路断面積を小さくすることで、反応管７内において5m/s以上の線流速を確保でき、その結果、分解効率の低下や分解反応の中間物質が発生するのを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  外管、  ２  メッシュ、    ３  酸化チタン被覆粒子、  ４  光源、  ５  ガス通路、  ６  ファン、  ７  反応管、  ８  反応管列、  ９  空気浄化装置本体、  １０  汚染空気、  １１  浄化空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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