(57)【要約】【課題】  ハニカムフィルタに十分なガス吸着容量と通気性を確保しつつ、ハニカムフィルタに吸着されたガス性成分を分解するのに十分な量の光触媒を担持した光触媒フィルタを提供する。【解決手段】  物理吸着剤を有するハニカム状の基体部の開口部を通気性のある薄膜状の触媒担持部材で被覆する。この触媒担持部材には光触媒が担持されている。ガス流通方向において基体部の下流側に触媒担持部材は配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム状に形成された、物理吸着剤を含む基体部と、
光触媒を担持する触媒担持部材であって、前記基体部のハニカム開口部の表面を被覆し、通気性のある触媒担持部材と、
を備えてなる光触媒フィルタ。
【請求項２】
ガス流通方向において前記触媒担持部材が前記基体部より下流側に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の光触媒フィルタ。
【請求項３】
前記触媒担持部材は網状の部材若しくは不織布からなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光触媒フィルタ。
【請求項４】
前記基体部のハニカム開口端部において、該基体部自身の占有面積よりも前記触媒担持部材の占有面積の方が大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の光触媒フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光触媒フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の窒素酸化物やアルデヒドその他のガスを除去するためのフィルタとして、物理吸着剤（活性炭など）と光触媒を併用したフィルタが知られている。
このフィルタによれば、まず、空気中のガスを物理吸着剤に吸着させることで空気中のガス濃度を素早く低下させるとともに、物理吸着剤が飽和しないよう吸着したガスを光触媒により分解するものである。
光触媒によるガス分解能を向上させるため、通気性のある材料からなる基体中に分散された物理吸着剤と、前記基体の表面上に形成される光触媒の層とを備えてなる光触媒フィルタが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１９５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで基体としては通常ハニカム状に形成されたフィルタが考えられる。このハニカム状のフィルタは通気性を有しつつ、ハニカム構造の側壁に物理吸着剤を担持させることで通過するガスの分子を効果的に吸着することが可能となる。ただし、多くのガスを吸着させるためには、ガスが通過するフィルタ内の通路を確保するため、ハニカムフィルタとしてある程度の厚みが必要となる。
一方、光触媒のガス分解速度が、ガス吸着速度に比べて低いと、吸着剤がガス吸着の飽和状態となりガスの除去性能が低下する。吸着剤が飽和状態にならずとも、吸着剤に多くのガスが分解されずに残存している状態では、空気中のガス除去性能の低下を招くおそれがある。従って吸着したガスはなるべく早く分解されることが望ましい。そのためには紫外線により活性化される光触媒の量を多く保持することが必要である。
【０００５】
ハニカムフィルタの表面により多くの光触媒を担持させるためには、ハニカムの目を細かくし、ガス流通方向に対して実質的に垂直な単位面積当たりに占めるハニカム側壁（ハニカム材料部）の面積を大きくすればよい。しかしながら、前述の通りハニカムフィルタにはある程度の厚みが必要なため、その目を細かくすると圧力損失により、フィルタの通気性能が低下してしまう。よって、ハニカムフィルタの表面に担持させられる光触媒の量が必然的に制限されてしまう。
また、ハニカムフィルタの材料部に光触媒を塗布する場合は塗布の工程に手間がかかり、コスト高となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その構成は次の通りである。即ち、
ハニカム状に形成された、物理吸着剤を含む基体部と、
光触媒を担持する触媒担持部材であって、前記基体部のハニカム開口部の表面を被覆し、通気性のある触媒担持部材と、
を備えてなる光触媒フィルタ。
【発明の効果】
【０００７】
このように構成された光触媒フィルタによれば、ハニカムフィルタである基体部と光触媒を担持する触媒担持部材を別体としたので、基体部に十分な厚さ（ガス吸着容量）と通気性能を確保しつつ、触媒担持部材に十分な量の触媒（ガス分解容量）を保持させることができる。ここに、触媒担持部材は通気性を有するので、フィルタ全体としての通気性も確保され、また、ハニカム開口部の表面を覆うように触媒担持部材担持が設けられるので、これに担持された光触媒に対し、効率よくかつ簡易に光を照射可能となる。よって、この発明の光触媒フィルタは、通気性能を確保しつつ十分なガス吸着容量とガス分解容量を有するものとなる。
また、フィルタを構成する際には単に基体部に対して触媒担持部材を重ね合わせればよく、光触媒を塗布するような手間のかかる作業は不要となる。よって、光触媒フィルタの製造コストを低減することができる。
触媒担持部材を薄膜状の部材（例えば網状部材、不織布）とすることにより、通気性を確保し易くなるとともにこれに担持された光触媒の全部に光を照射し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明を別の観点から捉えると、次の通りとなる。
物理吸着剤を有する基体部と、該基体部に重ねて配置されて光触媒を担持する触媒担持部材とを有し、
ガス流通方向に対して実質的に垂直な単位面積当たりに占める前記基体部の材料部の面積より前記触媒担持部材の材料部の面積が大きい、ことを特徴とする光触媒フィルタ。
【０００９】
このように、物理吸着剤を担持する部分（基体部）と光触媒を担持する部分（触媒担持部材）とを別体とし、前者より後者の方の目を細かくした。ガス吸着容量を確保する見地から基体部にはある程度の厚さが要求されるが、これが厚くなってもその目を荒くすることにより好適な通気性能を維持できる。
他方、触媒担持部材はその目を細かくすることにより、光が照射可能な表面により多くの光触媒を担持できることとなる。光の届かない部位に光触媒を担持させても光触媒が機能しないので、当該触媒担持部材は薄く形成される。その結果、触媒担持部材の目が細かくても、これを薄く形成すれば、フィルタとして十分な通気性能を奏する。
【００１０】
（基体部）
基体部は、基本的にはガス流通性（通気性）を有していれば良く、その表面積を大きくしてガス吸着容量を極大化する見地から、ハニカム形状を採用することが好ましい。また、シート状の基体部を折り曲げてプリーツ状とすることもできる。
ここにハニカム状とは、正六角柱の空洞が連続して開口する狭義のハニカムに限定されるものではなく、波形の中芯とフラットなライナーとからなる段ボールのようなものも含まれる。更には、三角柱、四角柱、五角柱等の多角柱若しくは円柱の空洞を連続して開口させたものもハニカム状に含まれる。
【００１１】
物理吸着剤には活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、合成ゼオライトその他の微細孔を有する物質が用いられる。活性炭については繊維状のものもある。勿論、これらの複数種類を用いることができる。
物理吸着剤をバインダで連結して基体部を形成することができる。また、紙状、布状、不織布状等のシート状の基材へ当該物理吸着剤を担持させて、これで基体部を形成することもできる。
【００１２】
（触媒担持部材）
触媒担持部材は基体部よりも目が細かく形成されている。即ち、ガス流通方向に対して実質的に垂直な単位面積当たりに占める基体部の材料部の面積より触媒担持部材の材料部の面積が大きい。
触媒担持部材の目を細かくすることにより、その単位体積あたりに担持できる光触媒の量が多くなる。触媒担持部材に通気性を確保するため、目の細かい触媒担持部材は薄く形成される必要がある。触媒担持部材が薄く形成される結果、触媒担持部材に担持される実質的に全部の光触媒に光が照射されることとなり、光触媒の利用効率が向上する。
【００１３】
かかる触媒担持部材は網状の部材若しくは不織布で形成することができる。それに光触媒が担持される。網状の部材若しくは不織布を構成する材料は、光触媒により分解されないものとする。
触媒担持部材の材料へ光触媒を担持する方法は特に限定されるものではなく、例えば次の方法を採用できる。触媒担持部材の材料を光触媒溶液に浸漬する。光触媒溶液を当該材料へスプレー若しくは塗布する。また、触媒担持部材の材料中へ予め光触媒を混在させておいて、当該材料で網状の部材状等の触媒担持部材を形成することもできる。
【００１４】
光触媒として、半導体酸化物が広く知られており、中でも、酸化力の強さ、低価格、無毒性等の理由から酸化チタン（ＴｉＯ２）を好適に利用できる。その他、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｇ又はＡｌの各酸化物やＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳなどを光触媒として用いることができる。
【００１５】
光触媒は単独で使用してもよく、また、貴金属触媒等の光触媒反応を促進する補助触媒とともに複合触媒として用いることもできる。貴金属触媒としては、例えばパラジウムが挙げられる。
【００１６】
触媒担持部材は基体部の表面に重ねて配置され、これに光触媒を活性化する光が照射される。
ガス流通方法において触媒担持部材を基体部の下流側に配置することが好ましい。これは、ガス流により基体部から離れたガス成分を触媒担持部材で捕捉し、これを分解できるからである。
【実施例】
【００１７】
以下、この発明の実施例について説明をする。
基体部としてハニカムフィルタ１を準備し、図１及び図２に示すように、触媒担持部材３を重ね、図示しない枠を用いて両者を固定した。
ここに、ハニカフィルタは活性炭をハニカム状に押出し成形したものであり、図２に示すように、各ハニカムの直径は１〜５ｍｍ、ハニカム壁５の壁厚は０．１〜１ｍｍである。また、ハニカムフィルタの外形は５０ｍｍ×２５０ｍｍ×８ｍｍ（厚さ）である。
【００１８】
触媒担持部材３には、実施例１として網状部材である酸化チタンネット（日東工業株式会社製）を採用した。この酸化チタンネットの目の大きさは１ｍｍ程度であり、厚さは０．１〜０．５ｍｍ程度である。
実施例２として酸化チタン不織布（三菱製紙株式会社製、光触媒フィルタＲＦ−１Ｌ）を採用した。
【００１９】
このようにして形成された実施例のフィルタの性能を次のようして評価した。
即ち、密閉した容器内（５０リットル）にアセトアルデヒド（１００ｐｐｍ）と実施例のフィルタを入れた後、容器内のＣＯ２濃度の増加をガスクロマトグラフィー装置により測定した。なお、試験ではフィルタ表面より約１ｃｍの距離から１．８ｍＷ／ｃｍ２の光を照射した。
アセトアルデヒドの下記酸化分解式
ＣＨ３ＣＨＯ＋３Ｏ２  →  ２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
より、ＣＯ２の濃度の増加を測定すれば、その半分の量のアセトアルデヒドが分解されたことが推定される。即ち、ＣＯ２濃度が２ｐｐｍ増加したことが測定できると、アセトアルデヒドが１ｐｐｍ分だけ分解されたことになる。
なお、容器中のアセトアルデヒドは活性炭に吸着されるので、容器中のアセトアルデヒドの濃度変化を測定してもアセトアルデヒドを分解する性能を測定することができないので、分解の結果生じるＣＯ２の濃度変化を測定することによって、アセトアルデヒドの分解性能を測定することとしている。
測定の結果を図３に示す。
なお、比較例は、ハニカムフィルタの材料部へ酸化チタン層を形成したものである。即ち、実施例で使用したハニカムフィルタ１の片面へスポンジで酸化チタン溶液（溶媒はイソプロピルアルコール）を塗布し、エアーを吹き付けて乾燥させる。この作業を何度か繰返し、酸化チタンが表面に白く浮き出てきたら更に約２４時間放置して自然乾燥させて比較例のフィルタは得られた。
【００２０】
実施例１及び２のフィルタによれば、評価試験の開始直後から急激に分解が起こり、その後は緩やかに分解が進行することがわかる。
他方、比較例のフィルタにおいては、評価試験の開始からほぼ１本調子で緩やかに分解が進むことがわかる。
【００２１】
ハニカムフィルタに吸着されたアセトアルデヒド分子は熱運動によりハニカムフィルタ上に担持された吸着剤の表面を移動し（あるものはハニカムフィルタから離脱し）、光触媒に接触するとそこで分解される。
ここに実施例のフィルタと比較例のフィルタを比較すると、実施例のものは図２（ｂ）から明らかなように、ハニカムフィルタのハニカム壁５以外の空間にも触媒担持部材３が存在するのに対し比較例のものはハニカム壁５の部分にしか存在しない。従って、比較例に比べて実施例のフィルタにおいては光触媒の存在量が多くなり、もってハニカムフィルタ１に吸着されたアセトアルデヒド分子をより効率よく分解できることとなる。
【００２２】
なお、図４に示すとおり、ハニカムフィルタに吸着されたアセトアルデヒド分子は熱運動によりハニカム壁５を移動して触媒担持部材３へ接触し、そこの光触媒に分解される。分解されずに残ったものは触媒担持部材３を移動してハニカム壁５に接触していない部分まで移動して、そこにある光触媒に接触して分解される。また、ハニカムフィルタから脱離したアセトアルデヒド分子もハニカム壁５から離れた部分の触媒担持部材３において捕捉され、分解される。ハニカムフィルタ表面から脱離したアセトアルデヒド分子はガス流にのって流されるので、触媒担持部材はハニカムフィルタよりガス流において下流側に配置されることが好ましい。
【００２３】
次に、上で説明した光触媒フィルタを備えることのできる車載用の空気清浄器２１０について説明する。
図５は、この空気清浄器２１０の構成を示している。図６は、図５に示す空気清浄器２１０のＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
空気清浄器２１０は、筐体２２０と、この筐体２２０に内包されたファン２４０と、ファン２４０と筐体２２０との間に設けられた集塵フィルタ２２４と、第１及び第２の光触媒フィルタ２３１、２３２と、該光触媒フィルタ２３１と２３２との間に設けられた紫外線ランプ２２６、２２６とを備えている。
【００２５】
筐体２２０には、空気清浄器２１０の外部の空気を吸入するスリット状の吸入口２２２と、吸入された空気を装置２１０の外部に排出する排出口である吹き出し口２３４とが設けられている。筐体２２０の内部には、吸入口２２２から空気を吸入し、かつ、吸入された空気を吹き出し口２３４から排出するための、図示しないモータにより駆動される送風機であるファン２４０が設けられている。
【００２６】
吸入口２２２と吹き出し口２３４との間の吹き出し口２３４近傍には、吸入された空気を清浄するために、第１の光触媒フィルタ２３１が吹き出し口２３４に対向させた状態で設けられている。その下側に第２の光触媒フィルタ２３２が設けられる。これら２つの光触媒フィルタ２３１、２３２の間に２本の紫外線ランプ２２６、２２６が設けられ、第１の光触媒フィルタ２３１の下面及び第２の光触媒フィルタ２３２の上面に紫外線が照射される。これによりそれぞれの光触媒が活性化される。
各光触媒フィルタ２３１、２３２には実施例１（ハニカムフィルタ１＋光触媒ネット）が適用されている。
【００２７】
吸入口２２２と第１及び第２の光触媒フィルタ２３１、２３２との間には集塵フィルタ２２４が設けられている。なお、ファン２４０の取付位置は特に限定されるものではないが、集塵フィルタ２２４による集塵効果を高めるために、該フィルタ２２４近傍に設けられている。
【００２８】
図６に示すように、吹き出し口２３４には、複数の傾斜した板状ブレード２３４ａが形成されており、該ブレード２３４ａの間に設けられたスリット２３４ｂを介して浄化された空気が排出される。
【００２９】
なお、図５では空気清浄器２１０を吸入口２２２と吹き出し口２３４とが上面となるように載置した状態で説明しているが、本装置は、このような使用形態に限定されることなく、例えば、吸入口２２２を側面とし、吹き出し口２３４が上方となるように載置して使用することも可能である。
【００３０】
以上、光触媒フィルタを車両用の空気清浄器に用いた例を説明してきたが、この発明の光触媒フィルタを室内用の空気清浄器に使用することも勿論可能である。
【００３１】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１はこの発明の光触媒フィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は同じく平面図であり、（ａ）はハニカムフィルタの平面図、（ｂ）は触媒担持部材を重ねた状態の平面図である。
【図３】図３は実施例の光触媒フィルタのアセトアルデヒド分解能を示すグラフである。
【図４】図４は光触媒フィルタにおけるガス分子の挙動を示す。
【図５】図５はこの発明の光触媒フィルタを備える車載用空気清浄器の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図６】図６は図５のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ハニカムフィルタ
３  触媒担持部材
５  ハニカム壁
【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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