(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにして、流路に流入したガスを光触媒担持ガス吸着材で吸着し、吸着したガスを光触媒担持ガス吸着材の流入側から流出側に拡散移動させつつ、この拡散移動したガスを光源からの光照射により分解するようにしたことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
更に、前記流路の流出側に発熱体を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
【請求項３】
前記ガス吸着材が多孔質ガラス繊維からなることを特徴とする請求項１または２記載の空気清浄装置。
【請求項４】
前記ガス吸着材が織布からなり、前記光触媒担持ガス吸着材を、前記織布を折り曲げてプリーツ状にした構造、前記織布を筒状にした構造のいずれかの構造に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気清浄装置。
【請求項５】
ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにして、流路に流入したガスを光触媒担持ガス吸着材で吸着し、吸着したガスを光触媒担持ガス吸着材の流入側から流出側に拡散移動させつつ、この拡散移動したガスを光源からの光照射により分解するようにしたことを特徴とする空気清浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の臭気成分や有害ガス等を効率的に、吸着し、分解して、空気の浄化を行う空気清浄装置および空気清浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の臭気成分や有害ガス等を清浄化する装置として、例えば、特許文献１には、流路の流入側に設けた、ガス吸着物質を担持させた吸着構造体と、この吸着構造体を加熱する加熱部と、加熱部よりも流路の流出側に設けた、光触媒材料と、この光触媒材料に光照射する光源を設けた脱臭装置が開示されている。特許文献１に開示された脱臭装置は、臭気成分等のガスを流入側に設けた吸着材に一旦吸着し、この吸着材を加熱することによって、吸着材からガスを脱離させ、このガスを吸着材よりも流出側に設けた光触媒で分解するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２７９４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された脱臭装置は、ガスの吸着と分解をそれぞれ別部材で行っており、一つの部材で吸着と分解を連続的に行うことができなかった。この脱臭装置において、例えば、高濃度のガスを吸着材に吸着させた場合、吸着材が加熱されることによって吸着されていたガスが一気に吸着材から脱離されてしまうと、この脱離したガスを光触媒で分解しようとしても、反応速度の遅い光触媒の分解反応が追いつかず、効率的にガスを分解できない場合があった。そのために、特許文献１に開示された脱臭装置は、所定時間の間、吸着材にガスを吸着させた後、吸着材を所定時間加熱して吸着したガスを一定量脱離させ、この加熱に同調させて光源によって光触媒を照射して脱離されたガスの分解を行うように用いられていた。このように、ガスの吸着と分解を別部材で行っていると、効率が悪いという問題があった。また、加熱と光照射の制御も複雑であるという問題があった。
そこで、本発明は、ガスの吸着と分解を同一の部材で行うことができるようにし、吸着したガスを脱離させることなく、また、加熱や光照射の制御を行うことなく、吸着したガスを拡散移動させつつ、効率良くガスを分解することのできる空気清浄装置および空気清浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の空気清浄装置は、請求項１記載の通り、ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにして、流路に流入したガスを光触媒担持ガス吸着材で吸着し、吸着したガスを光触媒担持ガス吸着材の流入側から流出側に拡散移動させつつ、この拡散移動したガスを光源からの光照射により分解するようにしたことを特徴とする。
また、請求項２記載の空気清浄装置は、請求項１記載の空気清浄装置において、更に、前記流路の流出側に発熱体を設けたことを特徴とする。
また、請求項３記載の空気清浄装置は、請求項１または２記載の空気清浄装置において、前記ガス吸着材が多孔質ガラス繊維からなることを特徴とする。
また、請求項４記載の空気清浄装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の空気清浄装置において、前記ガス吸着材が織布からなり、前記光触媒担持ガス吸着材を、前記織布を折り曲げてプリーツ状にした構造、前記織布を筒状にした構造のいずれかの構造に形成したことを特徴とする。
本発明の空気清浄方法は、請求項５記載の通り、ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにして、流路に流入したガスを光触媒担持ガス吸着材で吸着し、吸着したガスを光触媒担持ガス吸着材の流入側から流出側に拡散移動させつつ、この拡散移動したガスを光源からの光照射により分解するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の空気清浄装置は、ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにしている。また、本発明の空気清浄方法は、ガス吸着材に光触媒材料を担持した光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけて配設し、前記流出側の一部に光触媒担持ガス吸着材と並列に光源を設け、この光源が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにしている。このような本発明の空気清浄装置と空気清浄方法は、例えば、空気中に高濃度の除去対象ガスが含まれる場合、先ず、流路の流入側における光触媒担持ガス吸着材で優先的に高濃度のガスを吸着させる。そして、光触媒担持ガス吸着材を流路の流入側から流出側にかけてその温度が徐々に高くなるようにしたことによって、流入側から流出側へ、吸着したガスの拡散移動を促進させ、この拡散移動したガスを光源近傍の光触媒担持ガス吸着材の光照射を受ける部分で効率的に分解することができる。このように本発明の空気清浄装置と空気清浄方法によれば、流路の流入側から流出側にかけて徐々に温度が高くなるようにした光触媒担持ガス吸着材で、ガスの吸着と分解を効率良く行うことができる。
また、ガス吸着材として多孔質ガラス繊維を用いた場合は、多孔質ガラス繊維の微細孔中にガスを効率良く吸着できるとともに、微細孔によって比表面積が拡大されている多孔質ガラス繊維の表面に多くの光触媒を担持させて、ガスの分解効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の空気浄化装置は、ガス吸着材に光触媒を担持させた光触媒担持ガス吸着材を、流路の流入側から流出側にかけて配設している。
ガス吸着材は、微細孔中にガスを吸着しやすい、多孔質ガラス繊維からなるものであることが好ましい。多孔質ガラス繊維は、例えば、質量％で表示してその成分が、ＳｉＯ2：５２〜５６％、Ａｌ2Ｏ3：１２〜１８％、ＣａＯ：１６〜２５％、ＭｇＯ：０〜６％、Ｂ2Ｏ3：５〜９％、Ｒ2Ｏ：０〜３％（Ｒは、Ｎａおよび／またはＫ）、ＴｉＯ2：０〜０．４％、Ｆｅ2Ｏ3：０．０５〜０．５％、Ｆ2：０〜０．５％のＥガラス組成からガラス繊維を酸処理し、微細孔を形成したものであることが好ましい。Ｅガラス組成中のＢ2Ｏ3成分が５〜９質量％であると、強度を付与しつつ、酸処理によって、ガス吸着に最適な大きさの微細孔が形成され、ガラス繊維の比表面積を拡大することができる。
このようにガス吸着材が多孔質ガラス繊維からなるものであると、ガス吸着材料を別途の基材に担持させることなく、光触媒を担持させる基材自体をガス吸着材とすることができるため好ましい。多孔質ガラス繊維からなるガス吸着材は、例えば、その比表面積が３００〜６００ｍ2／ｇである多孔質ガラス繊維からなる織布または不織布を用いることが好ましい。尚、多孔質ガラス繊維は、滑りが悪いため、糸切れ等を生じないように、ガラス繊維を織布や不織布等の形態に形成した後に、酸処理を施して微細孔を形成することが好ましい。
【０００７】
ガス吸着材として、多孔質ガラス繊維からなる織布を用いた場合は、プリーツ状の構造や、円筒状の構造に形成しやすいため好ましい。また、織布としては、朱子織、綾織または模紗織等の織布を用いることが好ましい。尚、平織の織布は、朱子織、綾織、模紗織等の織布と比較して外部表面積が小さく、ＶＯＣや悪臭の吸着が非効率的であるため、必ずしも好ましくない。織布は、その目付が１００〜１０００ｇ／ｍ2であるものが好ましく、その厚さが０．１〜１．０ｍｍであるものが好ましい。織布の目付けが１００ｇ／ｍ2未満で、かつ、厚さが０．１ｍｍ未満の場合は、外部表面積が十分に確保できないため好ましくない。一方、織布の目付けが１０００ｇ／ｍ2を超え、かつ、厚さが１．０ｍｍを超えている場合は、加工や取り扱いが困難になるため好ましくない。
【０００８】
本発明のガス吸着材に担持させる光触媒としては、酸化チタン、酸化亜鉛等を用いることができるが、汎用性があり、安定性や安全性に優れた酸化チタンを用いることが好ましい。酸化チタンを用いる場合は、アナターゼ型の酸化チタンが好ましい。アナターゼ型は、ルチル型またはブルッカイト型と比べて、光触媒としての酸化分解反応性が高いからである。
また、多孔質ガラス繊維からなるガス吸着材に光触媒を固着させる方法としては、例えば、ＣＶＤ法等の化学蒸着法、スパッタリング法等の物理蒸着法、ゾルゲル法によるコーティング、光触媒の超微粒子を付着させた後に加熱して固着させる方法等を用いることができる。これらの方法の中でも、平均粒径５０ｎｍ以下の超微粒子の酸化チタン超微粒子を分散させた分散液中に、多孔質ガラス繊維からなるガス吸着材を浸漬してから乾燥し、このガス吸着材に酸化チタン超微粒子光触媒を固着させる方法を用いることが好ましい。ガス吸着材として、多孔質ガラス繊維からなる織布を用いた場合は、束となっている多孔質ガラス繊維一本一本の表面に、酸化チタンが超微粒子を固着させることができるからである。また、ガス吸着材に光触媒を固着させる方法として、チタンイソプロポキシド等の加熱により酸化チタンとなる前駆体（チタンアルコキシド）と有機溶媒からなる溶液に、ガス吸着材を浸漬してから焼成して、酸化チタン光触媒を固着させる方法、いわゆる溶液法を用いてもよい（以下、「溶液法」と称する。）。この溶液法を用いる場合は、チタンアルコキシドと有機溶媒からなる溶液に、更に、有機物樹脂を含有させてもよい。この場合は、有機物樹脂の酸化分解反応によって燃焼熱が発生し、この燃焼熱によって、従来のゾルゲル法のように６００℃以上の高温焼成を行うことなく、例えば、多孔質ガラス繊維からなるガス吸着材と、チタンアルコキシドの脱水縮合によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｔｉ結合層を形成し、固着力を強めて光触媒をガス吸着材に固着することができる。前記有機物樹脂としては、光硬化樹脂を用いることができ、この光硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂、放射線硬化樹脂等、光エネルギーで硬化する樹脂であればよい。
尚、光触媒とともに、白金、ロジウム、ルテニウム、金、銀もしくは銅等の貴金属またはそれらの硝酸塩、硫酸塩もしくは酢酸塩（以下、これらをまとめて「貴金属類」と称する。）を並存させてもよい。酸化チタン超微粒子に、保護コロイド形成剤を実質上含まない金属ナノコロイド分散液中に含まれる金属超微粒子を担持させ、この貴金属類を担持した酸化チタン超微粒子を光触媒として用いてもよい。
【実施例】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施の形態を示し、空気清浄装置１の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、空気清浄装置１は、金属製のケース内に、多孔質ガラス繊維の織布からなるガス吸着材に、酸化チタン光触媒を担持させた、プリーツ状の構造に成形した光触媒担持ガス吸着材２を、流路５の流入側から流出側にかけて配設している。ガス吸着材は、Ｅガラス繊維（平均繊維径９μｍ）を模紗織した織布（目付け４５０ｇ／ｍ2、厚さ０．５ｍｍ）に加熱処理を施すことなく、４５℃の３．０規定の塩酸水溶液中に２４時間浸漬し、その後十分に水洗いし乾燥させた後、２５０℃で加熱して、ガラス繊維の表面に微細孔を多数形成し、その比表面積が４００ｍ2／ｇのものを用いている。このガス吸着材１００質量％に対して、４外質量％の酸化チタン光触媒を溶液法により担持させて、光触媒担持ガス吸着材とした。
空気清浄装置１のケースの大きさは、縦３００ｍｍ×横１３０ｍｍ×長さ３７０ｍｍであり、流路５の大きさは縦１２０ｍｍ×横２４０ｍｍ×長さ２５０ｍｍである。この流路５の流出側には、光触媒担持ガス吸着材２と並列に、光源３として４Ｗの殺菌灯（ＮＥＣ製ＧＬ−４）を設けた。尚、図１中、矢印はガスの流通方向を示し、６は流入口、７は流出口を示している。空気清浄装置１は、流路５の流出側に光源３を設け、この光源３が発する熱によって、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａから流出側における部位２ｂにかけて、温度が徐々に高くなるようにしている。例えば、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａの温度よりも流出側における部位２ｂの温度は５〜１０℃程度、高くなっている。尚、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａから流出側における部位２ｂにかけて、温度が徐々に高くなるようにするためには、流路５の流入側から流出側にかけて配設した光触媒担持ガス吸着材２の長さの概ね２分の１の位置から流出口７の範囲に光源３を設けることが好ましい。
尚、光源３としては、ブラックライト、ケミカルランプ、殺菌灯、高圧水銀灯等を用いることができる。
本発明の空気清浄装置１においては、流入口６から流入したガスを、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａで優先的に吸着させる。そして、この吸着したガスを、光源３が発する熱によって、徐々に温度が高くなるようにした光触媒担持ガス吸着材２の流入側から流出側に拡散移動させつつ、この拡散移動したガスを、光源３近傍の流出側における部位２ｂの光照射を受ける部分で効率的に分解することができる。従って、本発明の空気清浄装置１によれば、流路の流入側から流出側にかけて、光源３が発する熱によって、徐々に温度が高くなるようにした光触媒担持ガス吸着材２で、ガスの吸着と分解を効率良く行うことができる。
【００１０】
図２は、本発明の他の実施の形態を示し、空気清浄装置１’の概略構成を示す説明図である。本実施の形態において、空気清浄装置１’は、流路５の流出側に、光触媒担持ガス吸着材２を挟んで対向するように、光源３と発熱体４を設けている。この発熱体４を設けることによって、光源３が発する熱に加えて、発熱体４が発する熱で、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａから流出側における部位２ｂにかけて、流入側と流出側で大きな温度差を有して徐々に高くなるようにしている。例えば、発熱体４を設けることによって、光触媒担持ガス吸着剤２の流路５の流入側における部位２ａの温度よりも流出側における部位２ｂの温度は１０〜３０℃程度、高くなっている。
例えば、空気中に高濃度の除去対象ガスが含まれる場合、先ず、光触媒担持ガス吸着材２の流路５の流入側における部位２ａで優先的に高濃度の除去対象ガスを吸着させる。そして、この吸着したガスを、光源３と発熱体４から発する熱によって、徐々に温度が高くなるようにした光触媒担持ガス吸着材２の流入側から流出側への拡散移動を促進させつつ、この拡散移動したガスを、光源３近傍の流出側における部位２ｂの光照射を受ける部分でより効率的に分解することができる。従って、この空気清浄装置１’によれば、流路５の流入側から流出側にかけて、光源３と発熱体４が発する熱によって、徐々が温度が高くなるようにした光触媒担持ガス吸着材２で、ガスの吸着と分解をより効率良く行うことができる。
【００１１】
図３は、空気清浄装置の流路に配設する光触媒担持ガス吸着材の構造を示す斜視図である。本実施の形態においては、光触媒担持ガス吸着材として、多孔質ガラス繊維の織布からなるものを用いている。図３（ａ），（ｂ）は、光触媒担持ガス吸着材を折り曲げて、プリーツ状にした構造を示し、図３（ｃ）は、光触媒担持ガス吸着材を筒状にした構造を示している。図１の空気清浄装置１の光触媒担持ガス吸着材２として、例えば、図３（ａ）に示すような、ガラス繊維（平均繊維径９μｍ）を模紗織した織布（目付け４５０ｇ／ｍ2、厚さ０．５ｍｍ、縦５０００ｍｍ×横２４０ｍｍ）を５ｍｍ間隔でプリーツ状にした構造の光触媒担持ガス吸着材２ｃを流路内に配設するとよい。また、例えば、図３（ｂ）に示すような、前記ガラス繊維織布を５ｍｍ間隔でプリーツ状にした構造の光触媒担持ガス吸着材２ｄを、折山部分が流路の流入側と流出側に配置されるように流路内に配設してもよい。また、例えば、図３（ｃ）に示すような、ガラス繊維（平均繊維径９μｍ）をスリーブ織した筒状織布（目付け６００ｇ／ｍ2、厚さ１ｍｍ、長さ約５００ｍｍ×直径約４０ｍｍ）を好ましい本数（図３（ｃ）においては６本）だけ、光触媒担持ガス吸着材２ｅとして流路内に配設してもよい。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、織布からなる光触媒担持ガス吸着材をプリーツ状にした構造、または、織布からなる光触媒担持ガス吸着材を筒状にした構造にすることによって、流路の流入側から流出側にかけて光触媒担持ガス吸着材を簡便に配設することができる。光触媒担持ガス吸着材が、図３（ｂ）に示すようなプリーツ状の構造や、図３（ｃ）に示すような筒状の構造のような場合は、光触媒担持ガス吸着材の流路の流入側における部位で優先的にガスを吸着し、この吸着したガスを流入側から流出側の方へ拡散移動させつつ、光触媒担持ガス吸着材の流出側における部位で分解することができるため、効率よく、ガスの吸着と分解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の空気清浄装置の概略構成を示す説明図
【図２】本発明の空気清浄装置の他の概略構成を示す説明図
【図３】（ａ），（ｂ）織布からなる光触媒担持ガス吸着材をプリーツ状にした構造を示す斜視図、（ｃ）織布からなる光媒担持ガス吸着材を筒状にした構造を示す斜視図。
【符号の説明】
【００１３】
１，１’        空気清浄装置
２              光触媒担持ガス吸着材
２ａ            光触媒担持ガス吸着材の流路の流入側における部位
２ｂ            光触媒担持ガス吸着材の流路の流出側における部位
２ｃ            織布からなる光触媒担持ガス吸着材をプリーツ状にした構造
２ｄ            織布からなる光触媒担持ガス吸着材をプリーツ状にした他の構造
２ｅ            織布からなる光触媒担持ガス吸着材を筒状にした構造
３              光源
４              発熱体
５              流路
６              流入口
７              流出口
【図１】
0004636954.tif 000002
【図２】
0004636954.tif 000003
【図３】
0004636954.tif 000004