(57)【要約】【課題】紫外線照射源から照射される紫外線を有効に利用することができ、臭気物質の脱臭および有害物質の除去処理を効率的に行うことが可能な汚染空気の処理装置を提供する。【解決手段】本発明の処理装置（１）は、紫外線照射源（１０）が配設された紫外線照射室（７）と、多数のハニカム孔（１１）表面に光触媒が担持された複数のハニカム構造体（８）とを内部に配置したダクト装置（２）からなる。紫外線照射室（７）はハニカム構造体（８）の間に形成され、かつ、ダクト装置（２）の両端部に複数の通気開口部を形成した反射板（９）が配置されている。処理装置（１）において、複数の紫外線照射室（７）を設けて紫外線照射源（１０）を互いに千鳥状に配設したり、ダクト装置（２）の一端部または両端部に複数の反射板（９）を配置して通気開口部を互いに千鳥状に穿設することが好ましい。【選択図】    図１
2004223000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線照射源が配設された紫外線照射室と、多数のハニカム孔表面に光触媒が担持されたハニカム構造体とを内部に配置したダクト装置からなり、紫外線照射室はハニカム構造体の間に形成され、かつ、ダクト装置の両端部に複数の通気開口部を形成した反射板が配置されていることを特徴とする汚染空気の処理装置。
【請求項２】
前記紫外線照射室には複数の紫外線照射源が配設され、更に紫外線照射室とハニカム構造体とを交互に複数配置すると共に、少なくとも２つの紫外線照射室内の各紫外線照射源が、空気の流路方向に対して、互いに千鳥状に配設されていることを特徴とする請求項１記載の汚染空気の処理装置。
【請求項３】
前記ダクト装置の一端部または両端部に複数の反射板が配置され、該反射板に形成された各通気開口部が、空気の流路方向に対して、互いに千鳥状に整列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の汚染空気の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒と紫外線照射との作用により空気中の汚染物質を酸化分解して除去する汚染空気の処理装置に関する。特に、本発明は、汚染物質の酸化分解が行われるダクト装置内で、紫外線照射源から照射される紫外線を有効利用する汚染空気の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紫外線が照射されると触媒活性を呈する酸化チタン等の光触媒が、多方面に応用され、ガラス、タイル等の汚れ防止や抗菌、臭気物質を含有する空気の脱臭処理、排ガス処理などに利用され始めている。
光触媒を用いた脱臭処理の多くは、紫外線の光エネルギーを有効に利用することができないため、活性炭による吸着処理が併用されている。しかし、活性炭は通常微粒状のものが使用されるため、被処理空気の圧力損失が大きいだけでなく、短期間のうちにフィルタに目詰まりが生じ、フィルタを頻繁に交換しなければならないという煩わしさがある。
本発明者は、兼ねてから、光触媒作用により臭気物質を分解して無臭化する研究に参画してきたが、用いた装置は、ゼオライト等の担体に担持された粉末酸化チタン、粉末酸化ビスマス等の光触媒と紫外線ランプとを構成要素とする実験室規模のものであった。しかし、一連の研究において、紫外線が光触媒担持体に遮蔽されて光エネルギーが有効に利用できず、必ずしも所期の光触媒作用を発揮することができなという問題を抱えていた。
【０００３】
上記光触媒の活性能は、光触媒の密度と表面積、紫外線の光量に依存する。光触媒の密度は、ガラス等の基質上の塗布層を厚くすれば活性は高くなるが、表面全体が光触媒で覆うようになればそれ以上の活性の上昇は望めない。他方、光触媒の表面積は広いほど活性が高くなる。また、紫外線の光量については、一定の光量以上では活性の上昇はみられないものの、光量が少ない段階では光触媒活性は光量に比例して上昇する。従って、光触媒が密に塗布された光触媒にあっては、光触媒の表面積および紫外線の光量が光触媒の活性を左右する重要な因子となる。
光触媒の表面積が広く、かつ表面部の通気性が良好な部材として、波形の担体に光触媒を塗布したものや不織布に光触媒を塗布または焼結したものなどが利用されている。しかし、波形状および不織布製の光触媒は、紫外線に当たる面だけは光触媒活性を有するが、紫外線の当たらない奥部領域等では光触媒活性が得られないため、効率の良い触媒活性を得ることが困難であった。しかも、不織布自体は必ずしも通気性が良好でないという欠点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解消することにあり、紫外線照射源から照射される紫外線を有効に利用することができ、その結果、臭気物質の脱臭および有害物質の除去処理を効率的に行うことが可能な汚染空気の処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、光触媒の酸化分解作用を利用する従来技術の問題点を解決すべく、鋭意検討を重ねてきたところ、紫外線照射源を光触媒が担持されたハニカム構造体の間に介在させ、汚染空気の流入口及び流出口に位置する側のハニカム構造体端面に対向して、通気開口部が形成された反射板を配置することにより、臭気物質及び有害物質を効率良く分解除去することが可能な汚染空気の処理装置を開発するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の汚染空気の処理装置は、紫外線照射源が配設された紫外線照射室と、多数のハニカム孔表面に光触媒が担持されたハニカム構造体とを内部に配置したダクト装置からなり、紫外線照射室はハニカム構造体の間に形成され、かつ、ダクト装置の両端部に複数の通気開口部を形成した反射板が配置されていることを特徴とする。
本発明の汚染空気の処理装置においては、必要に応じて、１つの紫外線照射室に複数個の紫外線照射源を配設し、更に紫外線照射室を複数室設けて、紫外線照射室とハニカム構造体とを交互に配置すると共に、個々の紫外線照射源を互いに空気の流路方向に対して千鳥状に配設することが好ましい。更に、必要に応じて、ダクト装置の一端部または両端部に複数の反射板を配置し、反射板に形成された個々の通気開口部を互いに空気の流路方向に対して千鳥状に整列させることが好ましい。
【０００７】
【作用】
本発明の汚染空気の処理装置は、ハニカム構造体内の多数のハニカム孔表面に光触媒が担持されているため、単位体積当たりの光触媒の表面積が広くとれ、かつハニカム構造体による通気抵抗を殆ど受けることなく汚染空気を送気させることができる。しかも、紫外線照射室をハニカム構造体間に介在させているため、紫外線照射源から照射される紫外線は、障害物によって遮蔽されることなく、照射室の両側に配置されたハニカム構造体の奥部まで照射することが可能である。
また、ダクト装置の両端部に反射板を配置させているため、ハニカム構造体内部を通過した紫外線は、ダクト装置の端部で反射板により反射され、再びハニカム構造体内部及び紫外線照射室を通過して、他方のハニカム構造体側に至り、他端部に配置された反射板に反射される。かかる反射は、照射紫外線が最終的に通気開口部からダクト装置の外部に漏洩するまで繰り返される。従って、紫外線照射源から照射される紫外線を有効利用することができる。
このような作用により、空気中の臭気物質および有害物質は、ハニカム孔表面に接触する際に、酸化触媒として作用する光触媒により効率良く分解され、例えば臭気物質は無臭のガスに変換される。
【０００８】
本発明の処理装置において、紫外線照射室とハニカム構造体とを空気の流路方向に交互に複数配置して、少なくとも２つの紫外線照射室内の各紫外線照射源を互いに千鳥状に配設すると、上流側の光触媒によってたとえ汚染物質が完全に分解されなくても、未分解の汚染物質を下流側の光触媒によって順次分解することが可能になる。同時に、各紫外線照射源から照射される紫外線がハニカム孔内で有効利用されるので、汚染物質を含有する空気がハニカム構造体の内部を通過する際に、ハニカム孔に担持された光触媒の酸化作用により、汚染物質が効率良く分解除去される。
また、ダクト装置の一端部または両端部に配置される反射板を複数配置して、反射板に形成された各通気開口部を空気の流路方向に対して互いに千鳥状に整列させておくと、反射板を通過する空気の抵抗は大きくなるものの、通気開口部からダクト装置外に直接漏洩する紫外線量を著しく減少させることができる。従って、反射板を千鳥状に配設した場合も、汚染物質を効率良く分解することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
汚染空気に含まれる代表的な汚染物質としては、アンモニア、トリメチルアミン、硫化水素、メチルメルカプタン、二硫化メチル等の臭気物質、シックハウス病の原因物質であり、臭気物質の一種でもあるアセトアルデヒド、トルエン、キシレン、酢酸、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロエタン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や、刺激臭のあるホルムアルデヒド、果実等の腐敗促進物質であるエチレン等が挙げられる。なお、臭気物質の多くは有害物質でもあるので、両者を明確に区別することはできない。
本発明の処理装置は、紫外線照射源を配設した紫外線照射室と、内部に光触媒が担持されたハニカム構造体と、内部に前者を後者の間に配置したダクト装置と、その両端部に配置した反射板とからなり、空気中に含まれる上記したような汚染物質を分解除去するものである。
【００１０】
本発明の処理装置を構成する紫外線照射室は、２つのハニカム構造体間のダクト装置内部の空間から形成され、ハニカム構造体との境界に通気抵抗となる仕切板を特に設けるものではない。この照射室には紫外線照射源が配設される。
紫外線照射源は、特に限定されるものではないが、ダクト装置の直径方向または短手方向に適宜の間隔で配設された棒状の紫外線ランプが通常使用される。紫外線照射源の間隔は、紫外線ランプの照射量、光触媒反応の酸化反応速度、汚染物質の濃度、汚染空気の流速、ダクト装置の容量に依存して決定される。また、棒状の紫外線ランプに代えて、球状または楕円状のランプをランダムまたは整列させて使用してもよい。
紫外線ランプとしては、例えば、波長３６０ｎｍ中心の冷陰極ランプ、波長３２０ｎｍ中心のブラックライト、波長２５４ｎｍ中心の低圧水銀ランプ等の波長４００ｎｍ以下の紫外線を放射するランプが使用される。
【００１１】
本発明の処理装置を構成するハニカム構造体は、通気性に優れ、光触媒が担持されるハニカム孔の表面積を格段に広くすることができる。このハニカム構造体は、空気の流路方向（ダクト装置の軸方向または長手方向）に関して、前記紫外線照射室の両側に配置される。
ハニカム構造とは一般に六角形のコアが多数集合した構造物を指すが、その形状は、三角形、四角形以上の多角形、千鳥格子状であってもよい。光触媒の担体となるハニカム壁は、セラミック、ガラス、合成樹脂、紙、表面が電気的に絶縁処理された金属等が使用される。この絶縁処理としては、ガラスコーティング処理、陽極酸化処理等が挙げられる。
ハニカム孔の大きさはダクト装置の大きさに依存するが、そのコアは小さいほど、表面積を広くとれるので光触媒活性には有利である。ハニカム壁の厚みは、装置に組み込まれたハニカム構造体が変形しない程度またはそれ以上の強度があればよく、特に限定されるものではない。また、紫外線照射室の両側に配置される各ハニカム構造体は必ずしも同じ長さである必要はなく、例えば上流側のハニカム構造体を下流側のものより長くしてもよい。
【００１２】
ハニカム孔表面に担持される光触媒としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄等が用いられ、酸化還元電位が高くバンドギャップの高い酸化チタンが好適である。酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型、ブロッカイト型等の結晶型のものが使用されるが、活性の強いアナターゼ型およびブロッカイト型結晶が好適である。
光触媒は、その微粒子を水に分散させてスラリーとし、このスラリー中にハニカム体を浸漬するか、またはスラリーをハニカム壁に塗布もしくは噴霧し、次いで乾燥することによって得ることができる。また、ハニカム壁が不燃性である場合は、光触媒の可溶性塩を水、アルコール等の溶媒に溶解し、上記スラリー法と同様に浸漬、塗布または噴霧し、乾燥した後に、空気雰囲気下に焼結することによっても得ることができる。
【００１３】
前記紫外線照射室及びハニカム構造体が内部に配置されるダクト装置は、断面が任意の形状のものが使用される。例えば、円形、正四角形、長方形、五角形以上の多角形等の断面形状を採用することができる。
ダクト装置の両端部には、紫外線を有効利用するために反射板が配置される。反射板としては、反射率の高いものであればよく、アルミ板やステンレス鋼板等が使用される。また、反射性フィルムで被覆するかあるいは反射性の材質をメッキまたは蒸着した板体であってもよい。
【００１４】
反射板には、空気が通過する通気開口部を形成しておく必要がある。通常、紫外線照射源と平行な短冊状のスリットが反射板に複数個形成される。通気開口部の形状は、短冊状のスリットに限定されるものではなく、中央部が膨らんだ長楕円形または平行四辺形等のスリットであってもよい。また、円形、星形、正四角形、長方形、五角形以上の多角形等の通気開口部をランダムにまたは整列させて多数形成することもできる。
反射板全体に対する上記通気開口部の割合（面積）は、３０〜６５％の範囲にあることが好ましい。開口割合が３０％未満であると、反射板による通気抵抗が大きくなる。一方、開口割合が６５％より大きいと、反射板による紫外線反射光を充分に利用することができなくなる。
【００１５】
ダクト装置からの紫外線の漏洩をできるだけ少なくするために、前記紫外線照射源と通気開口部とは、空気の流路方向に対して、互いに千鳥状に位置することが好ましい。一方、紫外線を有効利用するためには、反射板に光散乱用の凹状溝または凸状溝を形成するか、あるいは反射板表面全体にサンドブラスト等による粗面加工を施しておくことが効果的である。即ち、紫外線を反射板で乱反射させると、ハニカム孔表面をほぼ均一に紫外線を照射させることが可能であるので、光触媒反応の効率が大幅に向上する。
紫外線をより一層有効利用するために、反射板による通気抵抗をある程度許容して、反射板を複数枚間隔を介してダクト装置の一端部または両端部に配置してもよい。その場合、通気開口部からダクト装置の外部に紫外線が漏洩するのを極力防止するために、各反射板に形成されたそれぞれの通気開口部は、空気の流路方向に対して、例えば円筒状のダクト装置では直径方向に、互いに千鳥状に穿設することが好ましい。中でも、２枚の反射板をダクト装置の両端部に配置することがより好ましい。
更に、反射板とハニカム構造体端面との間のダクト装置の内面及び紫外線照射室を形成するダクト装置の内面の少なくとも１つを、反射板や反射性フィルムで被覆したりあるいはメッキまたは蒸着処理することも効果的である。
【００１６】
本発明の処理装置によれば、空気中の汚染物質濃度が１０ｐｐｍ以下の低濃度である場合は、１つの紫外線照射室と２つのハニカム構造体をダクト装置内に配置することにより、汚染物質を充分に酸化分解処理することができる。しかし、被処理空気の汚染物質濃度が高い場合、濃度に応じて、紫外線照射室を増設することが望ましい。照射室を増加しても、ハニカム構造体の数は照射室の数プラス１である。
紫外線照射室を複数室配置する場合、２またはそれ以上の照射室に配設される各々の紫外線照射源が、互いに、ダクト装置の短手方向に重ならないように千鳥状に配設することが好ましい。この千鳥状の配設によって、ハニカム構造体のハニカム孔全面に紫外線を強力に照射することが可能になる。また、紫外線照射室を多段に配置する場合、被処理空気がダクト装置の下流側に進行するほど汚染物質濃度が低下するので、ダクト装置の構造をその下流側の断面積が順次縮小したテーパー状とすることができる。
【００１７】
ダクト装置の一端には、汚染空気を導入する導管に接続する空気流入室が形成されている。また、ダクト装置の他端には、浄化された空気を排出する導管に接続する空気流出室が形成されている。これらの空気流入室及び流出室に空気の整流機能を具備させることが好ましい。
なお、本発明でいう千鳥状とは、完全な千鳥状のみを意味するものではなく、例えば、通気開口部または紫外線照射源の幅が大きい場合や数が多い場合など、反射板または紫外線照射室の状態に応じて、通気開口部及び紫外線照射源の各々または双方が１／３以下で重なり合うことも包含される。
【００１８】
本発明は、紫外線照射源及びハニカム構造体とダクト装置の両端部に配置された反射板とを組み合わせたことにより、従来のものと比べて、汚染物質の分解効率が格段に優れた汚染空気の処理装置を提供することができる。
また、紫外線照射源として低波長域の紫外線が照射される低圧水銀ランプを使用する場合、浮遊性細菌、カビ等の微生物は紫外線の照射または紫外線・光触媒作用により殺菌され、被処理空気中の微生物の数が著しく低減される。同様に、被処理空気中にたとえ病原性ウィルスが存在するような場合でも、ウィルスは紫外線または光触媒酸化により死滅させられる。
このような本発明の処理装置は、臭気物質の脱臭処理や微生物の殺菌の他に、シックハウス病、アレルギー症及び花粉症の原因物質の分解除去にも充分効果がある。
【００１９】
本発明の汚染空気の処理装置は、勿論家庭用として使用することもできるが、主として業務用及び産業用の汚染物質の分解除去装置として使用される。その一例として、レストラン、コンビニエンス・ストア、ペットショップ、病院、介護福祉施設、下水処理場、ゴミ処理場、ＶＯＣを取り扱う工場、水産物及び畜産物処理場、養鶏場等が挙げられる。
【００２０】
次に、図面を参照しながら本発明を具体的に説明する。
図１及び図２において、符号１は汚染空気の処理装置である。この処理装置１は、断面が四角形をなすダクト装置２からなり、その一端に汚染物質を含有する空気の導入管（図示せず）に接続する接続部３を取り付けた空気流入室４、及び他端に浄化された空気の排出管（図示せず）に接続する接続部５を取り付けた空気流出室６が付設されている。ダクト装置２の内部には、紫外線照射室７と、ハニカム構造体８，８と、反射板９，９とが配置されている。
紫外線照射室７には、複数の棒状紫外線ランプ１０が配設されている。ハニカム構造体８は、紫外線照射室７の両側に配置され、図３に示すように、光触媒を担持したハニカム孔１１が内部に多数形成されている。反射板９は、ダクト装置２の両端面とこれに対向するハニカム構造体８，８の各端面との間に配置され、図４に示すように、空気が通過可能な通気スリット１２と凹状に湾曲した反射部１３とが交互に形成されている。
【００２１】
図１，２に示す処理装置１の作用は次の通りである。
上記導入管から汚染空気が空気流入室４に流入する。汚染空気は、流入室４で整流された後、一方の反射板９に形成された通気スリット１２を通り、一方のハニカム構造体８、紫外線照射室７、他方のハニカム構造体８、及び他方の反射板９に形成された通気スリット１２の順にダクト装置２の内部を通過して、空気流出室６に至る。この間、紫外線ランプ１０から紫外線がハニカム孔１１表面に照射されているので、空気中の汚染物質がハニカム孔１１に担持された光触媒と接触する際に酸化分解される。例えば、汚染物質がアンモニアの場合は、水と窒素ガスの無臭のガスに分解される。
また、ダクト装置２内に存在する紫外線は、通気スリット１２からダクト装置２の外部に放射される一方で、ダクト装置２の両端部に配置された反射板９の凹状反射部１３により乱反射が繰り返される。従って、ハニカム構造体８内部に紫外線がほぼ均一に照射されるので、従来の同種の処理装置と比較して、光触媒反応の効率が大幅に向上する。
ダクト装置２の内部で汚染物質が分解処理された空気は、空気流出室６で整流された後、上記排出管を介して系外に放出される。
【００２２】
本発明の汚染空気の処理装置は、例えば図５に示すように、ダクト装置２内に紫外線照射室７とハニカム構造体８とが交互に配置された処理装置１に変更することができる。図５に示す処理装置１は、紫外線照射室７及びハニカム構造体８がそれぞれ１つずつ増設されている点で、図１，２に示す処理装置と相違する。
この処理装置１は、汚染物質の濃度がより高い空気の処理に使用され、図１，２に示す処理装置とほぼ同様の作用を奏するので、その詳細は省略する。
【００２３】
【発明の効果】
以上のような本発明の汚染空気の処理装置によれば、紫外線照射室の両側に、光触媒が担持された多数のハニカム孔を有する表面積の広いハニカム構造体を配置したものであるから、汚染空気の通気抵抗が小さいだけでなく、各ハニカム構造体の奥部まで紫外線が照射される。また、ダクト装置の両端部に反射板を配置させたものであるから、紫外線照射源から照射される紫外線を有効に利用することができ、光触媒反応の効率が大幅に向上する。
本発明の処理装置において、複数の紫外線照射室を配置して、紫外線照射源を互いに千鳥状に配設させた場合、各照射源から照射される紫外線がハニカム孔内で有効利用され、汚染物質が効率良く分解除去される。更に、ハニカム孔の全表面をほぼ均一に紫外線照射させることが可能であるので、その際、汚染物質をムラなく分解除去することができる。
また、ダクト装置の端部に配置される反射板を複数設けて、通気開口部を互いに千鳥状に形成させた場合、通気開口部から直接ダクト装置の外部に漏洩する紫外線量が著しく減少するので、紫外線をより一層有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す処理装置の横断面図である。
【図３】本発明におけるハニカム構造体の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明における反射板の一例を示す平面図である。
【図５】本発明の処理装置の別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・  汚染空気の処理装置、２・・・  ダクト装置、７・・・  紫外線照射室、８・・・  ハニカム構造体、９・・・  反射板、１０・・・  紫外線照射源（紫外線ランプ）、１１・・・  ハニカム孔、１２・・・  通気開口部（通気スリット）、１３・・・  反射部。
【図１】
2004223000.tif 000003
【図２】
2004223000.tif 000004
【図３】
2004223000.tif 000005
【図４】
2004223000.tif 000006
【図５】
2004223000.tif 000007