(57)【要約】【課題】圧力損失が小さく、かつ有害物質除去効率の高い有害物質除去デバイス、気体又は液体の浄化・精製システム、及び気体又は液体の化学反応システムを提供する。【解決手段】有害物質除去デバイス１０は、筒状構成体１と、有害物質除去機能を有する機能繊維２を該筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなる。有害物質を含む気体又は液体が筒状構成体１における流入開口部１０ａから流入され、機能繊維２にて有害物質が除去された後、排出開口部１０ｂから排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状構成体と、有害物質除去機能を有する機能繊維を該筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなり、
有害物質を含む気体又は液体が、上記筒状構成体における一方の開口部から流入され、上記機能繊維ブラシモジュールにて有害物質が除去された後、他方の開口部から排出されることを特徴とする有害物質除去デバイス。
【請求項２】
有害物質除去機能、及び前記気体又は液体の圧力損失の度合を最適化すべく、前記筒状構成体の形状・寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法を設計パラメーターとすることを特徴とする請求項１記載の有害物質除去デバイス。
【請求項３】
前記設計パラメーターにおける少なくとも２つ以上の仕様からなる前記機能繊維ブラシモジュールを配置して構成されていることを特徴とする請求項２記載の有害物質除去デバイス。
【請求項４】
前記機能繊維の繊維径は、３μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の有害物質除去デバイス。
【請求項５】
前記機能繊維ブラシモジュールは、前記筒状構成体の内壁面において全体に亘って均一に、又は複数の群をなして離散的に配置されていると共に、
上記全体に亘って均一に配置されている場合における機能繊維の植毛密度、又は複数の群をなして離散的に配置されている場合における各群の機能繊維の植毛密度は、０．１％〜５０％となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイス。
【請求項６】
前記筒状構成体の内部空間に対する機能繊維ブラシモジュールにおける機能繊維の占める体積の割合は、０．０１％〜８０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイス。
【請求項７】
前記機能繊維ブラシモジュールの機能繊維は、有害物質除去機能を有する材料を含有した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、有害物質除去機能を有する材料を主成分とした表面コート層を有する高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、又は有害物質除去機能を有する材料を主成分とした粒子が固着した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維からなっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイス。
【請求項８】
前記機能繊維ブラシモジュールには、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーが付与されるようになっていることを特徴とする請求項７記載の有害物質除去デバイス。
【請求項９】
前記光は、紫外線から可視光までを有効とし、有害物質除去機能を有する材料である光触媒の活性化に使用されることを特徴とする請求項８記載の有害物質除去デバイス。
【請求項１０】
前記電気は、機能繊維ブラシモジュールと電極との間、又は各機能繊維間に印加される電圧にてなることを特徴とする請求項８記載の有害物質除去デバイス。
【請求項１１】
前記筒状構成体は、複数設けられていると共に、互いに直列若しくは並列、又は直列かつ並列に配されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイスを備えたことを特徴とする気体又は液体の浄化・精製システム。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の有害物質除去デバイスを備えたことを特徴とする気体又は液体の化学反応システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質を含む気体又は液体における有害物質を押し出し流れで除去する有害物質除去デバイス、気体又は液体の浄化・精製システム、及び気体又は液体の化学反応システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体又は液体の有害物質を除去するデバイスとして、有害物質の種類に応じて適切な吸着剤、又は触媒等の分解剤を含有した薄膜状若しくはハニカム(honeycomb) 状フィルターが一般的に使用されていた。例えば、吸着剤として活性炭粒子を基材及び結着材と混合してそのままフィルター化したり、上記フィルター材をハニカム形状成型物としたりしていた。
【０００３】
また、環境改善に有用なフィルターを簡単に製作でき安価に提供できることを目的として、筒状のものや箱状のもの等に、平滑面のものに比べて表面積が大となるものを基材としたものに酸化チタン膜を形成し、これらを充填することにより構成したフィルターがある。基材としてとして例えばブラシやタワシのように細毛状の基材を束ねたものや、ガラスや樹脂等のもの、布や紙の様な繊維質のもの等の材質や形状に限定されずに、その表面が多孔質であったり、繊維状であったり、ハニカム状であったり、球面である等の基材に酸化チタン膜を形成したものが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、図２８（ａ）（ｂ）に示すように、筒状体１０１の内部にブラシ体１０２を充填した汎用フィルター１００が開示されている。
【０００５】
上記ブラシ体１０２は、芯材であるシャフト１０２ａにブラシ毛１０２ｂを起毛したものからなっている。そして、この汎用フィルター１００の筒状体１０１の内部に気体や液体を通すことにより、ブラシ毛１０２ｂに塗布された有害物質除去用機能物質である酸化チタンの光触媒機能によって窒素酸化物（ＮＯＸ ）を分解したり、又は大腸菌等を滅菌したりできるものとなっている。
【０００６】
この特許文献１に開示された光触媒機能汎用フィルターは、安価に環境改善を行うため筒状のものや箱状のもの等に有効性の高いチタンコート基材を充填するという手段を提案したものであり、圧力損失、除去効率を改善目的にしたものでない。
【０００７】
また、例えば特許文献２には、図２９（ａ）〜（ｄ）に示すように、多数のチューブ２０１…を集束してハニカム形状のフィルター本体２０２を形成し、該フィルター本体２０２の上流端にガス流入口２０３…を千鳥状に配すると共に、フィルター本体２０２の下流端にガス流入口２０３…に対向する箇所以外の箇所にガス流出口２０４…を設けて、ディーゼル排ガス中の粒子状物質を捕集するハニカムフィルター２００が開示されている。
【０００８】
このハニカムフィルター２００では、チューブ２０１を目の粗い炭化珪素からなる織布又は不織布にて形成する。また、図２９（ｂ）に示すように、チューブ２０１の外側に濾過層２１０を設けたものと該濾過層２１０を設けないものとを千鳥状に配する。濾過層２１０は、図２９（ｄ）に示すように、チューブ２０１よりも目の細かい繊維２１１、微小繊維２１２及び空隙２１３からなるマット層で形成されてなっている。さらに、繊維２１１及び微小繊維２１２の表面には、気相蒸着法による図示しない炭化珪素のコーティング層が有害物質除去用機能物質として設けられている。
【０００９】
上記ハニカムフィルター２００では、図２９（ｃ）に示すように、ガス流入口２０３からチューブ２０１内に流入したディーゼル排ガスＧは、矢印で示すように、目の細かい繊維層の不織布から形成される濾過層２１０を通過して隣接するチューブ２０１に流入する。その際、ディーゼル排ガスＧ中に含まれている粒子状物質が濾過層２１０に捕集される。特に、気相蒸着法によるコーティングが施されている微小繊維２１２によってディーゼル排ガスＧ中の粒子状物質が捕集される。そして、粒子状物質が除去されて浄化されたディーゼル排ガスＧ’は、ガス流出口２０４から系外に排出される。
【００１０】
これにより、高強度、高靱性で割れ難く、また、単位体積当たりの濾過面積が大きく、かつ、低コスト、低圧損及び高集塵率のハニカムフィルター２００を提供するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１０２２号公報（２００２年１月８日公開）
【特許文献２】特開２００２−３２０８０７号公報（２００２年１１月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の特許文献２に開示されたハニカムフィルター２００においては、ディーゼル排ガスＧを目の細かい繊維層の不織布マット層で形成される濾過層２１０を通過させるので、圧力損失が大きいという問題を有している。
【００１３】
すなわち、従来の有害ガス除去フィルターでは、吸着効率を上げようとして緻密な構造にすると圧力損失が大きくなるので、例えば加圧型でないと使用できないという欠陥があった。逆に、圧力損失が大きくなることからフィルターの厚み、及びフィルターの緻密度をあまり高くすることができないので、効率及び寿命が稼げないという欠陥を有していた。また、フィルターの厚みが薄いので、分解等の時間のかかる反応では処理能力が低い等の欠陥を有していた。
【００１４】
一方、上記従来の特許文献１に開示された汎用フィルター１００では、ブラシ体１０２が筒状体１０１の内部に充填されたものからなっており、不織布繊維等の濾過層は存在していない。しかし、上記汎用フィルター１００では、ブラシ体１０２の軸部が中実となっており、筒状体１０１の軸に直交する断面の有効断面積が低減されるので、除去効率が低下するという問題を有している。
【００１５】
すなわち、特許文献１に開示された光触媒機能汎用フィルターは、安価に環境改善を行うために筒状のものや箱状のもの等に有効性の高いチタンコート基材を充填するという手段を提案したものであり、圧力損失や除去効率を改善目的にしたものではない。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、圧力損失が小さく、かつ有害物質除去効率の高い有害物質除去デバイス、気体又は液体の浄化・精製システム、及び気体又は液体の化学反応システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の有害物質除去デバイスは、上記課題を解決するために、筒状構成体と、有害物質除去機能を有する機能繊維を該筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなり、有害物質を含む気体又は液体が、上記筒状構成体における一方の開口部から流入され、上記機能繊維ブラシモジュールにて有害物質が除去された後、他方の開口部から排出されることを特徴としている。尚、筒状構成体は、例えば、円形、楕円形、多角形等の断面形状を有していればよく、その断面形状にこだわらない。また、有害物質除去機能を有する機能繊維における、筒状構成体の内壁面へのブラシ状の起毛方法は、筒状構成体の内壁面に該機能繊維を直接静電植毛してもよいし、又は静電植毛フィルム若しくは機能繊維を起毛したフレキシブル基体を筒状加工する方法でもよく、その手段を制限するものでない。
【００１８】
上記の発明によれば、有害物質を含む気体又は液体は、筒状構成体における一方の開口部から流入される。この筒状構成体の内壁面には、有害物質除去機能を有する機能繊維をブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールが設けられているので、有害物質は機能繊維ブラシモジュールによって除去され、有害物質除去後の気体又は液体は、筒状構成体における他方の開口部から排出される。したがって、簡単な構成で、有害物質除去デバイスを実現することができる。
【００１９】
ここで、本発明では、機能繊維ブラシモジュールは、有害物質除去機能を有する機能繊維を該筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛したものからなっている。
【００２０】
このため、有害物質除去のための有効表面積が格段に増加するので、有害物質を含む気体又は液体における有害物質除去物質を含む機能繊維への接触面積が広くなる。有害物質を含む気体又は液体は、筒状構成体の一方から流入し内部を通過するときに、機能繊維ブラシモジュールと接触し、このときに、機能繊維の表面との接触抵抗によって乱流が発生する。このため、この乱流の発生によって、有害物質を含む気体又は液体と機能繊維との接触機会が増加し、このようなブラシ状に起毛した機能繊維の全面で接触が繰り返される。したがって、有害物質を含む気体又は液体を効率よく無害化することができる。
【００２１】
ここで、本発明では、筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛された機能繊維は直立し林立状態となって整然としており、ブラシ状であるため、機能繊維は自由端を持ち、流体の流れに沿ってなびくので、流体の流れを阻害しない。このため、例えば特許文献２等に開示された従来の連続気泡を有する不織布等のフィルターにおいては通路が迷路のように入り乱れて流体の流れを阻害するのに比べて、筒状構成体の内部を通過するときの圧力損失を小さくすることができる。
【００２２】
一方、例えば特許文献１に開示されているように、ブラシ体が筒状体の内部に充填されたものからなっている場合には、ブラシ体の基材を構成する軸部が筒状体の筒軸に存在することになるので、筒状体の筒軸が中実状態となっており、有害物質を含む気体又は液体が通過する筒状体の有効断面積が減少する。
【００２３】
この点、本発明では、機能繊維ブラシモジュールは、有害物質除去機能を有する機能繊維を該筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛したものからなっているので、筒状構成体の筒軸部を塞ぐものがなく、筒状構成体の筒軸に直交する断面の全てが有害物質を含む気体又は液体の有効通過領域となる。
【００２４】
この結果、筒状構成体の内壁面に繊維ブラシモジュールを構成した本発明は、特許文献１と基本的に異なっており、特許文献１に比べて、大量の有害物質を含む気体又は液体を流せることになり、有害物質を含む気体又は液体を効率よく除去することができる。
【００２５】
したがって、圧力損失が小さく、かつ有害物質除去効率の高い有害物質除去デバイスを提供することができる。
【００２６】
本発明の有害物質除去デバイスでは、有害物質除去機能、及び前記気体又は液体の圧力損失の度合を最適化すべく、前記筒状構成体の形状・寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法を設計パラメーターとすることが好ましい。
【００２７】
これにより、筒状構成体の形状・寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法を調整することによって、機能繊維ブラシモジュールの有害物質除去機能、及び気体又は液体の圧力損失の度合を調整することができる。このため、有害物質を含む気体又は液体の種類、濃度、流量等の多様化するユーザーニーズ、用途等に応じて適切な形態に設計変更することができる。
【００２８】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記設計パラメーターにおける少なくとも２つ以上の仕様からなる前記機能繊維ブラシモジュールを配置して構成されていることが好ましい。
【００２９】
これにより、設計パラメーターである寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法の少なくとも１つを、複数種の仕様にて構成することによって、機能繊維ブラシモジュールの有害物質除去機能、及び気体又は液体の圧力損失の度合を調整することができ、用途等に応じて適切な形態に設計変更することができる。
【００３０】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記機能繊維の繊維径は、３μｍ〜１００μｍであるとすることができる。
【００３１】
これにより、機能繊維の剛性を適切に保持すると共に、有害物質除去のための有効表面積を適切に確保することができる。ここで、機能繊維の繊維径が３μｍ未満の場合には、機能繊維の剛性が弱く、機能繊維が寝るので、機能繊維の長さに応じた除去性能を確保することができない。一方、機能繊維の繊維径が１００μｍを超える場合には、植毛密度やパイル長を長くして体積占有率を上げても、繊維径の小さい機能繊維に比べて有効表面積が増加しないので、有害物質除去性能も低下する。
【００３２】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記機能繊維ブラシモジュールは、前記筒状構成体の内壁面において全体に亘って均一に、又は複数の群をなして離散的に配置されていると共に、上記全体に亘って均一に配置されている場合における機能繊維の植毛密度、又は複数の群をなして離散的に配置されている場合における各群の機能繊維の植毛密度は、０．１％〜５０％となっていることが好ましい。尚、機能繊維の植毛密度とは、植毛部について単位面積当たりの繊維断面積が占有する面積の比率をいう。
【００３３】
これにより、機能繊維ブラシモジュールを、筒状構成体の内壁面において全体に亘って均一にブラシ状に起毛したり、又は複数の群をなして離散的にブラシ状に起毛したりすることができ、用途に応じて機能繊維ブラシモジュールの配置方法を変更することが可能である。
【００３４】
ここで、植毛密度が１％未満の場合には、除去のための有効面積が不足し、有害物質除去性能が不足する。一方、植毛密度が５０％を超える場合には、機能繊維ブラシモジュールを通る気体又は液体の流速が低下し、圧力損失が高くなったり、又は乱流の発生が起こり難くなったりすることによって、除去効率も却って低下する。
【００３５】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記筒状構成体の内部空間に対する機能繊維ブラシモジュールにおける機能繊維の占める体積の割合は、０．０１％〜８０％であるとすることができる。
【００３６】
これにより、有害物質除去のための有効表面積を適切に確保すると共に、圧力損失を適切に抑制することができる。すなわち、機能繊維の体積占有率を０．０１％〜８０％に設定することによって、体積占有率が小さい場合には圧力損失を非常に少なくして有害物質除去を行い得る有害物質除去デバイスを提供する一方、体積占有率が大きい場合には従来にない表面積を有して非常に高い有害物質除去効率を達成し得る有害物質除去デバイスを提供するというように、広いニーズに応える有害物質除去デバイスを提供することが可能になる。
【００３７】
ここで、０．０１％未満の場合は、機能繊維ブラシモジュールが乱流を起こしたとしても、有害物質除去の有効表面積が不足し、有害物質除去性能が低下する。一方、８０％を超える場合は、圧力損失が大きくなり過ぎ、筒状構成体の内壁面近傍の流速が低下し、除去性能が向上しない。
【００３８】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記機能繊維ブラシモジュールの機能繊維は、有害物質除去機能を有する材料を含有した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、有害物質除去機能を有する材料を主成分とした表面コート層を有する高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、又は有害物質除去機能を有する材料を主成分とした粒子が固着した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維からなっていることが好ましい。
【００３９】
これにより、機能繊維として、有害物質除去機能を有する材料を、繊維に付加することにより、ブラシ状の繊維における篩機能による粉塵除去のみならず、ケミカルフィルターとしての機能を果たすことが可能となる。
【００４０】
尚、有害物質除去機能を有する材料は、例えば、活性炭、吸着材（ゼオライト、コロイダルシリカ、ゾルゲル法無機酸化物微粒子等）、触媒（各種金属又は金属酸化物粒子、金属コロイド等）が、適応すべき有害物質を含む気体又は液体に対して単独又は複数種にて使用される。また、種々の有害物質除去機能を有する材料を配合して同一繊維に被覆分散することもあれば、それぞれ異なる繊維に有害物質除去機能を有する材料を被覆分散することもある。これら機能繊維は、例えば吸着・分解の反応手順にしたがって、順次、最適化された配列、パターンにて筒状構成体の内壁面にセットされる。
【００４１】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記機能繊維ブラシモジュールには、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーが付与されるようになっていることが好ましい。尚、光エネルギーは例えば紫外線、可視光、電磁波によるものを含み、電気エネルギーは電圧印加によるものを含む。また、これらのエネルギーは、総括すると吸着・分解又は除菌を制御するために使用される。
【００４２】
これにより、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーを併用することによって、有害物質除去機能が発現・向上し、さらに高い有害物質除去機能を得ることが可能となる。
【００４３】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記光は、紫外線から可視光までを有効とし、有害物質除去機能を有する材料である光触媒の活性化に使用されることが可能である。
【００４４】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記電気は、機能繊維ブラシモジュールと電極との間、又は各機能繊維間に印加される電圧にてなることが可能である。
【００４５】
これにより、機能繊維ブラシモジュールと電極との間、又は各機能繊維間に印加される電圧に基づく電子放出・注入効果によって、有害物質を含む気体又は液体における有害物質の分解を促進すると共に、例えば、触媒との相乗作用によって、分解反応を促進することができる。また、高電圧を印加することにより、気中放電を誘発して有害物質の分解・除菌を促進することが可能となる。
【００４６】
また、本発明の有害物質除去デバイスでは、前記筒状構成体は、複数設けられていると共に、互いに直列若しくは並列、又は直列かつ並列に配されていることが好ましい。
【００４７】
これにより、反応時間が足りないときには、筒状構成体を直列に接続して使用することによって、反応時間を確保することができる。また、２種以上のガスを分別吸収する場合、有害物質除去機能を有する材料が互いに異なる機能繊維ブラシモジュールを起毛した筒状構成体を直列に配設置することによって、最適化を図ることができる。
【００４８】
一方、有害物質除去機能が不足する場合には、筒状構成体を並列に配設することによって、同じ長さにて圧力損失を高めることなく、処理能力を上げることができる。
【００４９】
さらに、直列かつ並列に筒状構成体を配することによって、両方の作用効果を達成することができる。
【００５０】
本発明の気体又は液体の浄化・精製システムは、上記記載の有害物質除去デバイスを備えたことを特徴としている。
【００５１】
これにより、本発明の気体又は液体の浄化・精製システムは、気体又は液体の浄化・精製を目的とした多種の装置や設備、一般機器に付帯的に必要となる浄化装備等に備えられる。これらのシステムは、前述したような特徴により、従来にない性能を得ることができる。
【００５２】
本発明の気体又は液体の化学反応システムは、上記記載の有害物質除去デバイスを備えたことを特徴としている。
【００５３】
上記の発明によれば、触媒等によりを効率良く化学反応をさせることが可能である。したがって、本発明の気体又は液体の化学反応システムは、多種の装置や設備に備えられる。この化学反応システムは、前述したような特徴により、従来にない性能を得ることができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の有害物質除去デバイスは、以上のように、筒状構成体と、有害物質除去機能を有する機能繊維を該筒状構成体の内壁面にブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなり、有害物質を含む気体又は液体が、上記筒状構成体における一方の開口部から流入され、上記機能繊維ブラシモジュールにて有害物質が除去された後、他方の開口部から排出されるものである。
【００５５】
本発明の気体又は液体の浄化・精製システムは、上記記載の有害物質除去デバイスを備えたものである。
【００５６】
本発明の気体又は液体の化学反応システムは、上記記載の有害物質除去デバイスを備えたものである。
【００５７】
それゆえ、圧力損失が小さく、かつ有害物質除去効率の高い有害物質除去デバイス、気体又は液体の浄化・精製システム、及び気体又は液体の化学反応システムを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における有害物質除去デバイスの実施の一形態を示すものであって、（ａ）は有害物質除去デバイスの構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は有害物質除去デバイスの構成を示す正面図である。
【図２】四角筒からなる筒状構成体を備えた有害物質除去デバイスの構成を示す斜視図である。
【図３】波状に屈曲した有害物質除去デバイスの構成を示す斜視図である。
【図４】上記有害物質除去デバイスの変形例の構成を示すものであって、機能繊維が筒状構成体の内壁面における一部において起毛されていない部分を有する有害物質除去デバイスの構成を示す正面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、有害物質除去デバイスにおける他の変形例の構成を示すものであって、筒状構成体の長手方向における機能繊維の植毛形態を示す側面断面図である。
【図６】上記有害物質除去デバイスの変形例の構成を示すものであって、例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する四角筒からなる筒状構成体を備えた有害物質除去デバイスを示す斜視図である。
【図７】（ａ）は例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する筒状構成体の変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図８】（ａ）は例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する筒状構成体における他の変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図９】（ａ）は例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する筒状構成体におけるさらに他の変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１０】（ａ）は軸部に例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する筒状構成体の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１１】（ａ）は軸部に例えばＬＥＤ紫外線ランプを有する筒状構成体における変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１２】（ａ）は軸部に電極を有する筒状構成体の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１３】（ａ）は軸部に電極を有する筒状構成体における変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１４】（ａ）は内壁面である天井面及び床面に電極を有する筒状構成体の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１５】（ａ）は内壁面である天井面及び床面に電極を有する筒状構成体における変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１６】（ａ）は内壁面である天井面及び床面に電極を有する筒状構成体における他の変形例の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【図１７】（ａ），（ｂ）は、有害物質除去デバイスのさらに他の変形例の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明における有害物質除去デバイスの、他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１９】単体の有害物質除去デバイスにおける機能繊維の充填率と表面積との関係を示すグラフである。
【図２０】実施例２にて使用した有害物質除去デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２１】単体の有害物質除去デバイスにおけるトルエンガスの除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２２】上記有害物質除去デバイスと従来の特許文献１をモデルとした有害物質除去デバイスとの差異を、有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）と体積占有率（％）とで示すグラフである。
【図２３】上記機能繊維を起毛した有害物質除去デバイスと機能繊維の存在しない有害物質除去デバイスとの差異を、筒内表面積（ｃｍ２ ）にて示すグラフである。
【図２４】上記機能繊維を起毛した有害物質除去デバイスにおける繊維径と表面積との関係を示すグラフである。
【図２５】ＬＥＤ紫外線ランプを有する機能繊維を起毛した有害物質除去デバイスにおけるホルムアルデヒドガスの除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２６】波状に屈曲した有害物質除去デバイスにおけるトルエンガスの除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２７】ハニカム形状の有害物質除去デバイスにおけるトルエンガスの除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２８】（ａ）は従来の有害物質除去デバイスの構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は従来の有害物質除去デバイスの構成を示す正面図である。
【図２９】（ａ）〜（ｄ）は従来の他の有害物質除去デバイスの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
〔実施の形態１〕
本発明の有害物質除去デバイスに関する実施の一形態について、図１〜図１７に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００６０】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０は、筒状構成体１と、有害物質除去機能を有する機能繊維２をこの筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなっている。尚、機能繊維ブラシモジュールとは、ブラシ状に起毛した機能繊維２の集合体をいう。
【００６１】
上記筒状構成体１は、機能繊維２を直接植毛するための基体となっており、例えば、縦糸と横糸とからなる地糸としてなっている。したがって、本実施の形態では、機能繊維２は、この地糸である筒状構成体１に直接的に織り込まれたパイル糸から構成されている。上記パイル糸の先端は例えばカットされているが、カットせずにループ状になっていてもよい。
【００６２】
尚、機能繊維２の起毛方法については、必ずしもこれに限らず、例えば、基材に機能繊維２を静電植毛したものでもよく、或いは、フィルム等の柔軟性を持つ基材に機能繊維２を植毛したものでもよい。
【００６３】
上記筒状構成体１の断面形状は、図１（ｂ）に示すように、例えば円形からなっている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、例えば、楕円形、若しくは三角形、四角形、五角形…等の多角形であってもよく、又はその他の断面形状であってもよい。
【００６４】
四角形断面の例としては、例えば、図２に示すように、四角筒からなる筒状構成体１の内壁面１ａにおける床面及び天井面に機能繊維２を起毛したものでもよい。尚、図２においては、基材２ｃに機能繊維２を植毛したものを記載している。図２に示す有害物質除去デバイス１０の筒状構成体１の寸法は、例えば、内法巾Ｗが５０ｍｍであり、内法高さＨが例えば５０ｍｍであり、筒長さＬが３０ｍｍとなっている。また、機能繊維２の起毛長さであるパイル長ｄは、それぞれ、例えば１５ｍｍとなっている。ここで、本発明においては、筒状構成体１の寸法等は、必ずしもこれに限らない。例えば、筒状構成体１における開口部の面積が１０ｍｍ２ 〜１０ｍ２ であり、機能繊維２の繊維長が０．５ｍｍ〜３０ｃｍであり、筒状構成体１の筒内における機能繊維ブラシモジュールの体積占有率が０．０１％〜８０％であるとすることができる。すなわち、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、筒状構成体１の内部空間に対する機能繊維ブラシモジュールにおける機能繊維２の占める体積の割合は、０．０１％〜８０％であることが好ましい。詳細には、機能繊維ブラシモジュールの群が配置され有害物質除去機能を有する部位において、機能繊維２の占める体積が前記部位の全体の体積に対して０．０１％〜８０％を占有しているとすることができる。
【００６５】
これにより、直径３ｍｍ程度の円形断面の筒状構成体１から、一辺３ｍ程度の正方形断面の筒状構成体１とすることができ、配水管や大規模な排気ダクトへの適用が可能となる。尚、筒状構成体１における開口部の面積を５０ｍｍ２ 〜１ｍ２ （直径１ｃｍ〜一辺３０ｃｍの正方形断面）とし、機能繊維２の繊維長を０．５ｍｍ〜５ｃｍとするのがより好ましい。
【００６６】
また、これらのサイズにおいて、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率を０．０１％〜８０％とすることによって、有害物質除去物質への接触面積が広く、かつ圧力損失を小さくして、効率よく有害物質除去を行い得る有害物質除去デバイス１０を提供することができる。すなわち、機能繊維２の体積占有率を０．０１％〜８０％に設定することによって、体積占有率が小さい場合には圧力損失を非常に少なくして有害物質除去を行い得る有害物質除去デバイス１０を提供する一方、体積占有率が大きい場合には従来にない表面積を有して非常に高い有害物質除去効率を達成し得る有害物質除去デバイス１０を提供するというように、広いニーズに応える有害物質除去デバイス１０を提供することが可能になる。
【００６７】
ここで、０．０１％未満の場合は、機能繊維ブラシモジュールが乱流を起こしたとしても、有害物質除去の有効表面積が不足し、有害物質除去性能が低下し、実用的な効果を奏しない。一方、８０％を超える場合は、圧力損失が大きくなり過ぎ、筒状構成体１の内壁面近傍の流速が低下し、除去性能が向上しない。また、製品化も困難である。
【００６８】
ここで、機能繊維２の体積占有率について、例えば、内径３ｍの筒状構成体１において繊度２デシテックス（ｄｔｅｘ）、密度２００ｋ本／ｉｎｃｈ２ 、及び繊維長１ｍｍの機能繊維２を全体に植毛した場合に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が０．０１％となる。また、内径１０ｍｍの筒状構成体１において繊度２デシテックス（ｄｔｅｘ）、密度１０００ｋ本／ｉｎｃｈ２ 、及び繊維長６〜７ｍｍの機能繊維２を全体に植毛した場合に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が８０％となる。尚、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が０．０５％〜３０％（上記において繊維長５ｍｍとした場合に３０％となる）となっているのがより好ましい。
【００６９】
ここで、本実施の形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、筒状構成体１の筒軸部における機能繊維２の配設密度を小さくし、機能繊維２の存在しない筒軸空間部３を設けることができる。この結果、一方の開口部１０ａから流入される有害物質を含む気体又は液体は、抵抗なく、筒軸空間部３の内部を通過することができ、圧力損失が小さいものとなる。したがって、有害物質除去物質への接触面積が広く、かつ圧力損失を小さくして、効率よく有害物質除去を行い得る有害物質除去デバイス１０を提供することができる。
【００７０】
上記構成の有害物質除去デバイス１０を製造するときには、例えば、パイル糸が織り込まれた板状の地糸を筒状に丸め、板両端を接着剤等にて接着すればよい。或いは、パイル糸が織り込まれた帯状の地糸を筒になるように螺旋状に丸め、帯両側端を接着剤等にて接着することによっても製造することが可能である。
【００７１】
尚、強度補強のために、筒状に丸めて両端を接着した後、筒の外側からシートを接着することも可能である。このように、パイル糸が織り込まれた地糸を筒にした後、その外側にシートを固着した場合には、本発明においては、機能繊維２は、筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に間接的に起毛されたものとなる。
【００７２】
また、筒状構成体１は、フレキシブルな材料からなり、折り曲げ可能となっていることが好ましい。これにより、図３に示すように、直管状の筒状構成体１を、例えば波打つように屈曲させて形成することができる。これにより、筒状構成体１の内部を気体又は液体が通るときに乱流が発生するので、気体又は液体の機能繊維２への接触頻度が高まり、有害物質の除去効果が高まる。尚、筒状構成体１の屈曲形状は、必ずしもこれに限らず、任意の形状とすることができる。
【００７３】
上記機能繊維ブラシモジュールの機能繊維２は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、有害物質除去機能を有する材料２ｂを含有した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、有害物質除去機能を有する材料２ｂを主成分とした表面コート層を有する高分子物質若しくは無機物質からなる繊維、又は有害物質除去機能を有する材料２ｂを主成分とした粒子が固着した高分子物質若しくは無機物質からなる繊維からなっている。これにより、機能繊維２は、有害物質除去機能を有する材料２ｂを繊維２ａに付加することにより、ブラシ状の繊維２ａにおける篩機能による粉塵除去のみならず、ケミカルフィルターとしての機能を果たすことが可能となる。
【００７４】
上記繊維２ａは、例えば、ポリエステル、ナイロン（登録商標）、アクリル樹脂、レーヨンから選ばれる高分子物質である高分子繊維、又はガラス、カーボンから選ばれる無機物質である無機繊維からなっている。これによって、柔軟性のある高分子繊維、又は耐熱性のある無機繊維を選択することができる。
【００７５】
また、繊維２ａは、繊維径が３μｍ〜１００μｍとなっていることが好ましい。ここで、繊維２ａの繊維径が３μｍとは、繊度が約０．１デシテックス（ｄｔｅｘ）の場合をいう。また、繊維２ａの繊維径が１００μｍとは、繊度が約８０デシテックス（ｄｔｅｘ）の場合をいう。
【００７６】
これにより、機能繊維２の剛性を適切に保持すると共に、有害物質除去のための有効表面積を適切に確保することができる。ここで、機能繊維２の繊維径が３μｍ未満の場合には、機能繊維２の剛性が弱く、機能繊維２が寝るので、機能繊維２の長さに応じた除去性能を確保することができない。一方、機能繊維２の繊維径が１００μｍを超える場合には、実施例５において図２４に示すように、植毛密度やパイル長を長くして体積占有率を上げても、繊維径の小さい機能繊維２に比べて有効表面積が増加しないので、有害物質除去性能も低下する。尚、図２４より、繊維２ａは、繊維径が１０μｍ〜７０μｍであることがより好ましく、繊維径が１０μｍ〜５０μｍ（１デシテックス（ｄｔｅｘ）〜１５デシテックス（ｄｔｅｘ））となっていることがさらに好ましい。
【００７７】
上記有害物質除去機能を有する材料２ｂは、例えば、活性炭、吸着材（ゼオライト、コロイダルシリカ、ゾルゲル法無機酸化物微粒子等）、触媒（各種金属又は金属酸化物粒子、金属コロイド等）が、適応すべき有害物質を含む気体又は液体に対して単独又は複数種にて使用される。また、種々の有害物質除去機能を有する材料２ｂを配合して同一繊維２ａに被覆分散することもあれば、それぞれ異なる繊維２ａに有害物質除去機能を有する材料２ｂを被覆分散することもある。これら機能繊維２は、例えば吸着・分解の反応手順にしたがって、順次、最適化された配列、パターンにて筒状構成体１の内壁面１ａにセットされる。
【００７８】
具体的には、有害物質除去機能を有する材料２ｂは、例えば、多孔質材料、金属触媒、光触媒の少なくとも１種類を含んでいる。上記多孔質材料としては、例えば、活性炭、シリカゲル、ゼオライトのうち少なくとも１種類を含むことが好ましい。多孔質材料においては、その孔の空隙内にガスを取り込むことができ、高いガス吸着能力等を有する。したがって、例えば、トルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを多数吸着等させることができる。
【００７９】
また、金属触媒としては、白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ），マグネシウム（Ｍｇ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），カルシウム（Ｃａ）から選ばれる組成を少なくとも１種類含むことが好ましい。これにより、各種の触媒に対応したガス分解性能を発揮することができる。例えば、金属触媒である白金（Ｐｔ）は、自動車の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）等に分解することができる。また、酸化金属触媒である二酸化マンガン（ＭｎＯ２ ）はオゾンを分解することができる。
【００８０】
さらに、光触媒は、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又は酸化タングステン（ＷＯ３ ） から選ばれる組成を少なくとも１種類含んでいることが好ましい。例えば、光触媒としての二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）は、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）、又は窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）等に分解することができる。また、大腸菌等を滅菌・殺菌することも可能である。
【００８１】
また、機能繊維ブラシモジュールには、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーが付与されるようになっていることが好ましい。尚、光エネルギーは例えば紫外線、可視光、電磁波によるものを含み、電気エネルギーは電圧印加によるものを含む。また、これらのエネルギーは、総括すると吸着・分解又は除菌を制御するために使用される。
【００８２】
これにより、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーを併用することによって、有害物質除去機能が発現・向上し、さらに高い有害物質除去機能を得ることが可能となる。
【００８３】
例えば、光は、紫外線から可視光までを有効とし、有害物質除去機能を有する材料２ｂである光触媒の活性化に使用される。
【００８４】
また、電気は、機能繊維ブラシモジュールと電極との間、又は各機能繊維間に印加される電圧にてなることが可能である。これにより、機能繊維ブラシモジュールと電極との間、又は各機能繊維間に印加される電圧に基づく電子放出・注入効果によって、有害物質を含む気体又は液体における有害物質の分解を促進すると共に、例えば、触媒との相乗作用によって、分解反応を促進することができる。また、高電圧を印加することにより、気中放電を誘発して有害物質の分解・除菌を促進することが可能となる。
【００８５】
さらに、熱は、有害物質除去機能を有する材料２ｂにおける吸着時の相対湿度の調節、吸着速度を最適化、又は有害物質除去成分の脱離速度を制御するための温度調整に活用される。尚、温度コントロールには、誘導加熱、マイクロ波加熱が特に有効である。例えば、誘導加熱は全体を過熱する場合に有効であり、マイクロ波はスポット過熱に有効である。
【００８６】
ここで、本実施の形態に係る機能繊維２の製造方法、つまり高分子物質又は無機物質からなる繊維２ａに有害物質除去機能を有する材料２ｂを担持又は含有する方法としては、例えば、繊維２ａを芯鞘型とし、鞘部の融点が芯部の融点よりも低い熱溶融糸に粒子を固着させて製造すること等が可能である。
【００８７】
上記構成の有害物質除去デバイス１０における有害物質除去方法について説明する。
【００８８】
図１（ａ）に示すように、有害物質を含む気体又は液体が、筒状構成体１における一方の開口部としての流入開口部１０ａから流入され、機能繊維２にて有害物質が除去された後、他方の開口部としての排出開口部１０ｂから排出される。
【００８９】
筒状構成体１の内壁面１ａには、ブラシ状に起毛された有害物質除去機能を有する機能繊維２が設けられているので、有害物質は機能繊維２によって除去され、有害物質除去後の気体又は液体は、筒状構成体１における排出開口部１０ｂから排出される。したがって、簡単な構成の有害物質除去デバイス１０を実現することができる。
【００９０】
上記構成の有害物質除去デバイス１０は、非常に低圧力損失ながらも高い比表面積の機能部位を持ち、従来フィルターとして一般的に用いられている機能繊維２を有しないハニカムの構造体と比較しても非常に高い機能を有している。また、従来、流体の移送手段としか考えられていないパイプやチューブ等の部材として、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０を使用することによって、移送のみならず有害物質除去の効果を得ることができる。
【００９１】
このように、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０は、筒状構成体１と、有害物質除去機能を有する機能繊維２を該筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に起毛した機能繊維ブラシモジュールとからなっている。このため、有害物質除去のための有効表面積が格段に増加するので、有害物質を含む気体又は液体における有害物質除去物質を含む機能繊維２への接触面積が広くなる。有害物質を含む気体又は液体は、筒状構成体１の一方から流入し内部を通過するときに、機能繊維ブラシモジュールと接触し、このときに、機能繊維２の表面との接触抵抗によって乱流が発生する。このため、この乱流の発生によって、有害物質を含む気体又は液体と機能繊維との接触機会が増加し、このようなブラシ状に起毛した機能繊維２の全面で接触が繰り返される。したがって、有害物質を含む気体又は液体を効率よく無害化することができる。
【００９２】
ここで、本実施の形態では、筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に起毛された機能繊維２は直立し林立状態となって整然としており、ブラシ状であるため、機能繊維２は自由端を持ち、流体の流れに沿ってなびくので、流体の流れを阻害しない。このため、例えば特許文献２等に開示された従来の連続気泡を有する不織布等のフィルターにおいては通路が迷路のように入り乱れて流体の流れを阻害するのに比べて、筒状構成体１の内部を通過するときの圧力損失を小さくすることができる。
【００９３】
一方、例えば特許文献１に開示されているように、ブラシ体が筒状体の内部に充填されたものからなっている場合には、ブラシ体の基材を構成する軸部が筒状体の筒軸に存在することになるので、筒状体の筒軸が中実状態となっており、有害物質を含む気体又は液体が通過する筒状体の有効断面積が減少する。
【００９４】
この点、本実施の形態では、機能繊維ブラシモジュールは、有害物質除去機能を有する機能繊維２を該筒状構成体１の内壁面１ａにブラシ状に起毛したものからなっているので、筒状構成体１の筒軸部を塞ぐものがなく、筒状構成体１の筒軸に直交する断面の全てが有害物質を含む気体又は液体の有効通過領域となる。
【００９５】
この結果、筒状構成体１の内壁面１ａに繊維ブラシモジュールを構成した本実施の形態の有害物質除去デバイス１０は、特許文献１と基本的に異なっており、特許文献１に比べて、大量の有害物質を含む気体又は液体を流せることになり、有害物質を含む気体又は液体を効率よく除去することができる。
【００９６】
したがって、圧力損失が小さく、かつ有害物質除去効率の高い有害物質除去デバイス１０を提供することができる。
【００９７】
また、本実施の形態における有害物質除去デバイス１０をエアコンやクリーンルーム装置、純水装置、ケミカルフィルター等の気体又は液体の浄化・精製システムに用いれば、この有害物質除去デバイス１０は気体又は液体中の有害物質を吸着・分解・殺菌により効率的に除去するデバイスとなり、高機能の気体又は液体の浄化・精製システムを提供することができる。
【００９８】
また、本実施の形態における有害物質除去デバイス１０を化学プラント装置等の化学反応システムに用いれば、この有害物質除去デバイス１０は高品位な触媒・吸着剤を担持したデバイスであり、効率的な化学合成や精製を行う化学プラント装置等の化学反応システムを提供することができる。これにより、従来のような生成物と触媒・吸着剤粒子とを分離する手間や触媒・吸着剤の表面積不足による効率の悪さを大きく改善することができる。
【００９９】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１００】
すなわち、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、機能繊維ブラシモジュールの有害物質除去機能、及び気体又は液体の圧力損失の度合を最適化すべく、筒状構成体１の形状・寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法を設計パラメーターとしている。
【０１０１】
これにより、筒状構成体１の形状・寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法を調整することによって、機能繊維ブラシモジュールの有害物質除去機能、及び気体又は液体の圧力損失の度合を調整することができる。このため、有害物質を含む気体又は液体の種類、濃度、流量等の多様化するユーザーニーズ、用途等に応じて適切な形態に設計変更することができる。
【０１０２】
例えば、機能繊維２の繊維径が細いときは長さを短くし、繊維径が太いときは長めにするのが好ましい。また、筒状構成体１の断面積形状により、機能繊維２の太さ及び長さを調整することが好ましい。これらの最適化により、有害物質除去デバイス１０における単位長さ当りの吸着効率を最大化できる。また、筒状構成体１の筒内寸法、筒長さ等を適宜選択することにより、最適化を図ることが可能となる。例えば、分解等の反応時間に律速される場合には、流速に応じて筒長さを最適化すればよい。
【０１０３】
また、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、設計パラメーターにおける少なくとも２つ以上の仕様からなる機能繊維ブラシモジュールを配置して構成されていることが好ましい。
【０１０４】
これにより、設計パラメーターである寸法、該機能繊維ブラシモジュールの機能繊維種類・形状・寸法・配置方法の少なくとも１つを、複数種の仕様にて構成することによって、機能繊維ブラシモジュールの有害物質除去機能、及び気体又は液体の圧力損失の度合を調整することができ、用途等に応じて適切な形態に設計変更することができる。
【０１０５】
また、上記の説明では、機能繊維２は、筒状構成体１に一様に分布して設けられているが、必ずしもこれに限らず、例えば、図４に示すように、機能繊維２が内壁面１ａの一部において起毛されていない部分があってもよい。これにより、乱流の発生を促進したり、流体の流れをコントロールしたりすることができる。
【０１０６】
また、筒状構成体１の内部における機能繊維２の密度、繊度、長さ、材質のいずれかが２種類以上から構成されているとすることも可能である。具体的には、例えば、図５（ａ）に示すように、２種以上の長さからなる機能繊維２が混合されて植毛されているとしたり、流体の進行方向又は周方向に異なる種類の植毛群で構成されているとしたりすることが可能である。これにより、乱流の発生等、流体の流れをコントロールすることができる。
【０１０７】
さらに、図５（ｂ）に示すように、機能繊維２の密度が、筒状構成体１における流体の進行方向において、奥に進むに連れ高くなるようにすることも可能である。これにより、流体を容易に流入させ、効率よく、有害物質を除去した後、排出させることができる。
【０１０８】
このように、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、機能繊維２は、筒状構成体１の内壁面１ａにおいて全体に亘って均一に、又は複数の群をなして離散的にブラシ状に起毛されているとすることができる。
【０１０９】
すなわち、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、機能繊維ブラシモジュールは、筒状構成体１の内壁面１ａにおいて全体に亘って均一に、又は複数の群をなして離散的に配置されている。そして、本実施の形態では、上記全体に亘って均一に配置されている場合における機能繊維２の植毛密度、又は複数の群をなして離散的に配置されている場合における各群の機能繊維２の植毛密度は、０．１％〜５０％とすることができる。尚、機能繊維２の植毛密度とは、植毛部について単位面積当たりの繊維断面積が占有する面積の比率をいう。
【０１１０】
これにより、機能繊維ブラシモジュールを、筒状構成体１の内壁面１ａにおいて全体に亘って均一にブラシ状に起毛したり、又は複数の群をなして離散的にブラシ状に起毛したりすることができ、用途に応じて機能繊維ブラシモジュールの配置方法を変更することが可能である。
【０１１１】
ここで、植毛密度が１％未満の場合には、除去のための有効面積が不足し、有害物質除去性能が不足する。一方、植毛密度が５０％を超える場合には、機能繊維ブラシモジュールを通る気体又は液体の流速が低下し、圧力損失が高くなったり、又は乱流の発生が起こり難くなったりすることによって、除去効率も却って低下する。
【０１１２】
また、機能繊維２における単位面積当りの密度は、５％〜２０％程度〔繊度２デシテックス（ｄｔｅｘ）を１８０ｋ本／ｉｎｃｈ２ 以上〜繊度２デシテックス（ｄｔｅｘ）を５００ｋ本／ｉｎｃｈ２ 以下〕がより好ましい。
【０１１３】
尚、機能繊維２における単位面積当りの密度について、具体的には、以下のようになる。すなわち、例えば、１ｉｎｃｈ２ 当たりの密度について、実際のパイル織りの機能繊維２にて試算すると、繊度２デシテックス（ｄｔｅｘ）では、６０ｋ本／ｉｎｃｈ２ ＝１．６％となり、５００ｋ本／ｉｎｃｈ２  ＝１７％となる。また、繊度６デシテックス（ｄｔｅｘ）では、２０ｋ本／ｉｎｃｈ２  ＝１．９％となり、１２０ｋ本／ｉｎｃｈ２ ＝１２％となる。
【０１１４】
また、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、筒状構成体１の通気長さが５０ｃｍ未満であると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が５％以上とすることが可能である。ここで、例えば、直径３０ｍｍの筒状構成体１において機能繊維２の繊維長を５ｍｍとし、繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）、密度を２５０ｋ本／ｉｎｃｈ２ とした場合に体積占有率が５％となる。
【０１１５】
これにより、筒状構成体１の通気長さが５０ｃｍ未満のような短い場合には、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率を５％以上とすることにより、機能繊維２の密度を高くしても圧力損失はあまり増加しないので、効率よく有害物質除去を行うことができる。尚、筒状構成体１の通気長さが１０ｃｍ未満であると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が１０％以上とすることがより好ましい。
【０１１６】
さらに、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０では、筒状構成体１の通気長さが５０ｃｍ以上であると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が５％以下であるとすることが可能である。
【０１１７】
これにより、筒状構成体１の通気長さが５０ｃｍ以上のような長い場合には、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率を５％以下とすることにより、機能繊維２の密度を低くして圧力損失を低減し、これによって、効率よく有害物質除去を行うことができる。尚、筒状構成体１の通気長さが１００ｃｍ以上であると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率が３％以下であるとするのがより好ましい。
【０１１８】
また、前述したように、本実施の形態の有害物質除去デバイス１０においては、機能繊維２には、光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーが付与されるようになっているが、光のエネルギーを付与する光源としての例えばＬＥＤ紫外線ランプ１１が、機能繊維２の少なくとも一部に光を照射する位置に配設されており、機能繊維２には、有害物質を吸着して分解する吸着分解剤が付着されていると共に、吸着分解剤は、光を透過、散乱又は吸収する機能を有しているとすることができる。吸着分解剤は、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又は酸化タングステン（ＷＯ３ ）を用いることができる。
【０１１９】
例えば、図６に示すように、この機能繊維２が起毛されていない内壁面１ａである天井面にエネルギー発生部材である例えばＬＥＤ紫外線ランプ１１を設置することができる。尚、光源は必ずしもＬＥＤ紫外線ランプ１１に限らず、他の紫外線から可視光までのいずれかの波長領域を出射可能であり、有害物質除去機能を有する材料２ｂである光触媒の活性化等に使用されることが可能である。
【０１２０】
これにより、ＬＥＤ紫外線ランプ１１にて機能繊維２の少なくとも一部に光を照射することによって、機能繊維２の付着された吸着分解剤に光が透過、散乱又は吸収され、該吸着分解剤の作用により、有害物質を吸着分解して、除去することが可能となる。
【０１２１】
ここで、ＬＥＤ紫外線ランプ１１の配設においては、各種のものが考えられる。例えば、前記図６に示す筒状構成体１の内壁面１ａにおける天井面にＬＥＤ紫外線ランプ１１を配設する場合においては、図７（ａ）（ｂ）に示すように、機能繊維２が起毛されている部分にＬＥＤ紫外線ランプ１１を配設すると共に、機能繊維２の下側に空間部４が存在している構成が可能である。
【０１２２】
また、図８（ａ）に示すように、筒状構成体１の内壁面１ａにおける天井面にＬＥＤ紫外線ランプ１１を配設すると共に、他の内壁面１ａである側面及び床面に機能繊維２を起毛し、かつ筒軸空間部３を設ける構成が可能である。この場合、図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ紫外線ランプ１１を、筒状構成体１の天井面の内壁面１ａにおける長さ方向の全体に配設することができる。一方、必ずしもこれに限らず、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＥＤ紫外線ランプ１１を、筒状構成体１の天井面の内壁面１ａにおける長さ方向に対して離散的に配設することも可能である。
【０１２３】
一方、図１０（ａ）（ｂ）及び図１１（ａ）（ｂ）に示すように、筒状構成体１の軸上にＬＥＤ紫外線ランプ１１を配設することが可能である。尚、図１０（ａ）（ｂ）においては、機能繊維２とＬＥＤ紫外線ランプ１１との間には、筒軸空間部３が存在している一方、図１１（ａ）（ｂ）においては、機能繊維２とＬＥＤ紫外線ランプ１１とが接触している。
【０１２４】
さらに、本実施の形態では、ＬＥＤ紫外線ランプ１１等の光のエネルギーを付与する光源に限らず、電気のエネルギーを付与する電極が、筒状構成体１の筒内における少なくとも１箇所に配設されていると共に、電極にて、例えば、内壁面１ａ同士や内壁面１ａ上の機能繊維２同士、又は内壁面１ａ若しくは内壁面１ａ上の機能繊維２と電極との間で電界を発生させ、電流を流し、又は放電可能になっているとすることが可能である。
【０１２５】
これにより、電極にて電界を発生させ、電流を流し、又は放電することによって、各種の有害物質除去機能を用いて、有害物質を除去することが可能となる。
【０１２６】
具体的には、図１２（ａ）（ｂ）及び図１３（ａ）（ｂ）に示すように、筒状構成体１の軸上に電極１２を配設して、電極１２と内壁面１ａとの間で電界を発生させることが可能である。これにより、有害物質における極性分子等を引き付けることが可能となる。尚、図１２（ａ）（ｂ）においては、機能繊維２とＬＥＤ紫外線ランプ１１との間には、筒軸空間部３が存在している。一方、図１３（ａ）（ｂ）においては、機能繊維２が導電繊維からなっており、機能繊維２と電極１２とが接触している。機能繊維２が導電性は、例えば、１０１２（Ω／ｃｍ）以下である。
【０１２７】
この場合、機能繊維２に電流が流れることにより、機能繊維２においては分解、殺菌等の有害物質除去効果を発揮することが可能となる。
【０１２８】
また、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、筒状構成体１の天井面及び床面の内壁面１ａに電極１２・１２を設けることが可能である。これにより、対向する電極１２・１２間において電界を発生し、有害物質における極性分子等を引き付けることが可能となる。
【０１２９】
さらに、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、筒状構成体１の天井面及び床面の内壁面１ａに放電用電極１３・１３を設けることが可能である。この場合、機能繊維２が導電繊維からなっており、機能繊維２・２の間で放電することにより、＋極性分子を引き付けたり、有害物質を分解させたりすることが可能となる。
【０１３０】
また、電極１２及び放電用電極１３の場合においても、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、電極１２及び放電用電極１３を筒状構成体１の内壁面１ａにおける筒軸方向に対して離散的に配設することが可能である。これにより、流体の進行方向とは垂直方向の電界を付与したり、進行方向の部位によって電界を変えたりすることが可能となる。
【０１３１】
また、有害物質除去デバイス１０のさらに異なる形態として、図１７（ａ）に示すように、筒状構成体１の内部に遮蔽板１４を設けたり、図示しない凹凸を設けたりすることが可能である。この場合、遮蔽板１４や凹凸には、機能繊維２を起毛させておくのがさらに好ましい。また、図１７（ｂ）に示すように、筒状構成体１を折り曲げてボックス状に形成することも可能である。
【０１３２】
これらにより、乱流を発生させたりして、流体の流れをコントロールすることにより、筒状構成体１の内部での有害物質の除去効果を高めることができる。また、コンパクトな有害物質除去デバイス１０とすることが可能である。
【０１３３】
〔実施の形態２〕
本発明における他の実施の形態について図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３４】
本実施の形態の有害物質除去デバイス２０は、図１８に示すように、前記実施の形態１の筒状構成体１が複数設けられ、かつ互いに並列に配されてハニカム形状になっている。
【０１３５】
詳細には、一つの筒状構成体１は、前記実施の形態１の図２に示す有害物質除去デバイス１０と相似形のものであり、その寸法は、例えば、内法巾Ｗが１０ｍｍであり、内法高さＨが例えば１０ｍｍであり、筒長さＬが３０ｍｍとなっている。また、機能繊維２の起毛長さであるパイル長ｄは、それぞれ、例えば３ｍｍとなっている。そして、このサイズの有害物質除去デバイス１０における２５個が、５行５列にハニカム形状に積層されて１つの有害物質除去デバイス２０となっている。尚、有害物質除去デバイス２０の外側には、２５個の有害物質除去デバイス１０を１ブロックに形成するための筐体２１が設けられているとすることも可能である。
【０１３６】
このように、本実施の形態の有害物質除去デバイス２０では、筒状構成体１は、複数設けられていると共に、互いに直列若しくは並列、又は直列かつ並列に配されているとすることが可能である。
【０１３７】
これにより、反応時間が足りないときには、筒状構成体１を直列に接続して使用することによって、反応時間を確保することができる。また、２種以上のガスを分別吸収する場合、有害物質除去機能を有する材料２ｂが互いに異なる機能繊維ブラシモジュールを起毛した筒状構成体１を直列に配設置することによって、最適化を図ることができる。
【０１３８】
一方、有害物質除去機能が不足する場合には、筒状構成体１を並列に配設することによって、同じ長さにて圧力損失を高めることなく、処理能力を上げることができる。
【０１３９】
さらに、直列かつ並列に筒状構成体を配することによって、両方の作用効果を達成することができる。
【０１４０】
ここで、本実施の形態の有害物質除去デバイス２０では、筒状構成体１の通気長さ、つまり本実施の形態では筒長さＬが５０ｃｍ以下であると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率（機能繊維２の体積比率）が０．０１％〜４０％であることが好ましい。
【０１４１】
すなわち、ハニカム形状においては、複数の筒状構成体１…が並列に配される。このため、複数の筒状構成体１…の体積を考慮して、筒状構成体１の通気長さを５０ｃｍ以下とすると共に、筒状構成体１の筒内における機能繊維２の体積占有率を０．０１％〜４０％とすることによって、圧力損失を適切に設定して効率よく有害物質を除去することができる。尚、筒状構成体１の通気長さは１０ｃｍ以下がより好ましい。
【０１４２】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１４３】
本実施の形態の有害物質除去デバイス１０・２０における有害物質除去効果を確認するための各種の検討及び実験を行った。
【０１４４】
具体的には、以下の検討及び確認実験を行った。
（１）表面積の優位性
（２）有害物質除去性能
（３）特許文献１との有効表面積比較
（４）筒状構成体１の機能繊維２における繊維長さが短い場合の検討
（５）繊維径と表面積との関係
（６）エネルギーを付加した場合の効果
（７）筒状構成体を波状に形成した場合の有害物質除去性能
（８）複数の筒状構成体をハニカム形状に積層した場合の有害物質除去性能
以下、それぞれについて説明する。
【０１４５】
〔１：表面積の優位性〕
本実施の形態の有害物質除去デバイス１０における機能繊維２の充填率と表面積との関係についての試算を行った。
【０１４６】
試算は、表１に示すように、円形断面の筒状構成体１に活性炭からなる有害物質除去機能を有する材料２ｂを付着させた機能繊維２を起毛した有害物質除去デバイス１０について、実施例１として、機能繊維２の充填率と表面積との関係を試算した。尚、円形断面の筒状構成体１の内径を１０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを１０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを５ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、密度を５０×１０３ 、１００×１０３ 、３００×１０３ 、５００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ として、機能繊維２の充填率と有効表面積との関係を求めた。
【０１４７】
【表１】
2012075994.tif 000003
【０１４８】
また、従来例１として、非常に低圧力損失ながらも高い比表面積を有しているとして一般的に市販されているハニカムフィルターについて、同様に試算した。
【０１４９】
試算に用いた従来例１のハニカムフィルターは、市販の排出ガス浄化装置のアルミ六角構造ハニカムフィルターであり、その仕様は、表２に示す通りである。すなわち、セルサイズは０．７〜１．０ｍｍ、セル数は６００〜１２００個／ｉｎｃｈ２ 、開口率は９６．４〜９４．９％、有効表面積は３５．３〜４９．８（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）である。
【０１５０】
【表２】
2012075994.tif 000004
【０１５１】
上記表１及び表２に基づいて、機能繊維２の充填率と表面積との関係を試算した結果、図１９に示すグラフを得た。尚、従来例１においては、（１００−開口率）％を機能部位（ハニカムの内表面）の体積占有率（％）として算出し、その機能部位（ハニカムの内表面）の体積占有率（％）と有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）との関係についてプロットした。
【０１５２】
その結果、図１９から分かるように、従来例１の場合は機能部位（ハニカムの内表面）の体積占有率（％）が増加しても有効表面積は３５．３〜４９．８（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であり、殆ど変化がない。これに対して、実施例１では、体積占有率が０（％）から３０（％）まで増加する間に、有効表面積は０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）から８００（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）まで増加する。
【０１５３】
この結果、実施例１では、従来例１と比較して、不可能なレベルの有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）を容易かつ低圧力損失にて発現させることが可能であることが分かる。
【０１５４】
この理由は、従来例１の機能繊維２のないハニカムフィルターでは、セルサイズを小さくするために非常に微細な加工が必要になると共に、セルサイズを小さくすると圧力損失が高くなるためである。また、セルサイズを従来例１よりも小さくして実施例１と同等の表面積を得ることは構造上不可能といえるためである。
【０１５５】
〔２：有害物質除去性能〕
本実施の形態における有害物質除去デバイス１０の有害物質除去性能について、確認実験を行った。
【０１５６】
具体的には、有害物質除去デバイス１０を用いてトルエンガスの除去性能及び経時変化を実験により求めた。
【０１５７】
実験においては、実施例２の試験体として、表３及び図２０に示す有害物質除去デバイス１０における正方形断面の筒状構成体１を縦横１０個ずつのブロックにした有害物質除去デバイス２０を使用した。上記一個の有害物質除去デバイス１０における筒状構成体１の寸法は、例えば、内法巾Ｗを１０ｍｍとし、内法高さＨを例えば１０ｍｍとし、筒長さＬを１０ｍｍとした。また、機能繊維２は、起毛長さであるパイル長ｄをそれぞれ、５．５ｍｍとし、繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、密度を３００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とした。植毛位置は、筒状構成体１の上下とした。さらに、有害物質除去機能を有する材料２ｂとしては、活性炭を繊維２ａの表面に固着した。
【０１５８】
【表３】
2012075994.tif 000005
【０１５９】
一方、従来例２として、市販されているセルサイズ１ｍｍの排出ガス浄化装置のアルミ六角構造ハニカムフィルターに実施例２と同じ活性炭を固着させたものを試験体として使用した。
【０１６０】
また、実験においては、各試験体に濃度５ｐｐｍのトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）を流量４０ｍ３ ／ｈｒにて有害物質除去デバイス２０等に通気させ、試験体通過後のトルエン濃度を測定した。
【０１６１】
その結果を、図２１に示す。図２１は、トルエンガスの除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【０１６２】
図２１から分かるように、従来例２では、２０時間まではトルエン濃度が約０．５ｐｐｍにまで除去できる。しかし、２０時間を越えると除去率が急激に悪くなり、６０時間以上では全く除去できないことがわかった。
【０１６３】
これに対して、実施例２では、２０時間まではトルエン濃度が略０ｐｐｍにまで完全に除去できることが分かった。また、２０時間を越えての除去率の低下は従来例２の除去率の低下に比べて緩慢であり、１００時間でも除去後のトルエン濃度は約３ｐｐｍであり、約４０％の除去率を確保できることが分かった。
【０１６４】
この結果、有害物質除去デバイス２０は、従来にない高機能なケミカルフィルターとして使用できることが分かった。
【０１６５】
〔３：特許文献１との有効表面積比較〕
次に、図２８（ａ）（ｂ）に示す特許文献１に記載された、筒状体１０１の内部に、芯材であるシャフト１０２ａに酸化チタンを塗布したブラシ毛１０２ｂを起毛したブラシ体１０２を充填した汎用フィルター１００と、本実施の形態における筒状構成体１の内壁面１ａに機能繊維２を起毛した有害物質除去デバイス１０とについて、有効表面積を比較検討した。
【０１６６】
具体的には、特許文献１に記載された汎用フィルター１００と本実施の形態の有害物質除去デバイス１０との各有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）及び体積占有率（％）について、試算を行った。
【０１６７】
まず、従来例３としての特許文献１に記載された汎用フィルター１００においては、表４に示すように、シャフト径１，５，９ｍｍのシャフト１０２ａにそれぞれブラシ毛１０２ｂを起毛した汎用フィルター１００を試験体として使用した。汎用フィルター１００の開口部形状は円形とし、筒の内径は１０ｍｍとし、筒長さは１０ｍｍとし、パイル長はシャフト径１，５，９ｍｍに対応して４．５，２．５，０．５ｍｍとし、繊度は２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、密度は２００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ として試算した。
【０１６８】
一方、実施例３の試験体としては、筒状構成体１の内壁面１ａに機能繊維２を起毛した有害物質除去デバイス１０を使用した。有害物質除去デバイス１０の開口部形状は円形とし、筒の内径は１０ｍｍとし、筒長さＬは１０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄは５ｍｍとし、機能繊維２の繊度は２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度は２００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ として試算した。
【０１６９】
【表４】
2012075994.tif 000006
【０１７０】
試算結果を図２２に示す。図２２は上記各試験体における有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）と体積占有率（％）との試算結果を示すグラフである。
【０１７１】
図２２において、左の縦軸である有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）について棒グラフで示すように、従来例３では、シャフト径１ｍｍの場合の有効表面積は約３０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であり、シャフト径５ｍｍの場合の有効表面積は約８０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であり、シャフト径９ｍｍの場合の有効表面積は約３０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であった。すなわち、シャフト径が９ｍｍになると、パイル長が短くなるので、結果的に、有効表面積は減少することが分かる。
【０１７２】
これに対して、実施例３の内壁面１ａでの植毛においては、有効表面積は約３００（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であった。したがって、実施例３が従来例３よりも有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）が格段に大きいことが分かる。
【０１７３】
また、体積占有率（％）については、図２２において、右の縦軸である体積占有率（％）について折れ線グラフで表すように、従来例３では、シャフト径１ｍｍの場合の体積占有率は約２（％）であり、シャフト径５ｍｍの場合の体積占有率は約３０（％）であり、シャフト径９ｍｍの場合の体積占有率は約８０（％）であった。すなわち、シャフト径が太くなるほど、体積占有率（％）が増加する。
【０１７４】
これに対して、実施例３の内壁面１ａでの植毛においては、体積占有率は約１０（％）であった。
【０１７５】
上記の結果、       シャフト１０２ａに起毛したブラシ毛１０２ｂを単純に充填した従来例３では、シャフト径が太くなるほど筒内の開口面積が大きくなり、体積占有率（％）が大きくなり、その結果、圧力損失が高くなることが予想される。
【０１７６】
また、従来例３では、実施例３に比べて植毛基材の表面積が小さくなるので、必然的にブラシ毛１０２ｂの本数が少なくなる。したがって、ブラシ毛１０２ｂの有効な表面積を得ることができない。また、従来例３では、シャフト１０２ａが太くなるほど筒内の開口面積が大きくなるので、通気性が悪くなる。
【０１７７】
したがって、特許文献１に記載された図２８（ａ）（ｂ）に示す筒状体１０１の内部に、芯材であるシャフト１０２ａに酸化チタンを塗布したブラシ毛１０２ｂを起毛したブラシ体１０２を充填した汎用フィルター１００と本実施の形態の有害物質除去デバイス１０との関係においては、本実施の形態に係る筒状構成体１の内壁面１ａに機能繊維２を起毛した有害物質除去デバイス１０は、体積占有率（％）が小さく、かつ有効表面積（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）が大きいので、有害物質除去性能が、格段に優れていることが把握される。
【０１７８】
〔４：筒状構成体１の機能繊維２における繊維長さが短い場合の検討〕
例えば、筒状構成体１の機能繊維２における繊維長さが短い場合に、有害物質除去機能を有するかが問題となる。そこで、筒状構成体１に機能繊維２を有しない場合との比較において、筒長さＬを考慮した筒内部の有害物質除去に係わる表面積を試算した。
【０１７９】
試験体は、表５に示すように、実施例４においては、機能繊維２を植毛した筒状構成体１の形状は円筒とし、筒の内径は１０ｍｍとし、パイル長ｄは５ｍｍとし、繊度は２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、密度は１００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、充填率は０．６％とした。
【０１８０】
一方、比較例１の試験体としては、機能繊維２のない筒状構成体１を使用した。表５に示すように、機能繊維２のない筒状構成体１の形状は円筒とし、筒の内径は１０ｍｍとした。パイル長は０ｍｍである。
【０１８１】
【表５】
2012075994.tif 000007
【０１８２】
そして、実施例４においては、筒の長さに対する筒内部の表面積と機能繊維２の表面積との合計を試算した。また、比較例１においては、筒の長さに対する筒内部の表面積（ｃｍ２ ）を試算した。
【０１８３】
その結果を、図２３に示す。図２３は筒の長さに対する筒内部の表面積を示すグラフである。
【０１８４】
図２３から分かるように、比較例１に示す機能繊維２のない筒状構成体１においては、筒長さＬが１０ｍｍから１００ｍｍに増加しても筒内部の表面積は、２〜３（ｃｍ２ ）程度の増加しかなかった。
【０１８５】
これに対して、実施例４に示す短い長さの機能繊維２を有する筒状構成体１においては、筒長さＬが１０ｍｍから１００ｍｍに増加した場合、筒内部の表面積は１０（ｃｍ２ ）から１２０（ｃｍ２ ）まで増加する。
【０１８６】
この結果、比較例１である機能繊維２のない筒状構成体１に機能粒子をコーティングしても大きな表面積は得られないことが分かる。
【０１８７】
ここで、前記従来例１に示すセルサイズ１ｍｍ、かつ筒長さが２０ｍｍのハニカムフィルターにおける筒内部の表面積は、約９０（ｃｍ２ ）である。したがって、実施例４である短い長さの機能繊維２を有する筒状構成体１においては、筒長さＬを長くすれば、市販の上記従来例１のハニカムフィルターと同等の表面積を確保できることが分かる。
【０１８８】
そして、このような実施例４の短い長さの機能繊維２を有する筒状構成体１では、圧力損失の変化を略０とすることが可能となるので、有害物質除去性能を大きく向上させ得ることが把握できる。
【０１８９】
〔５：繊維径と表面積との関係〕
次に、実施例５として、有害物質除去デバイス１０における繊維径と表面積との関係について試算した。
【０１９０】
試験体は、表６に示すように、筒状構成体１の筒形状を円筒とし、筒状構成体１の内径を１０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを１０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを５ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２〜３００デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度を３００×１０３ 〜２×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、機能繊維２の体積占有率１８．６％としたものを使用した。
【０１９１】
【表６】
2012075994.tif 000008
【０１９２】
その結果を、図２４に示す。図２４は繊維径と表面積との関係を示すグラフである。
【０１９３】
図２４に示すように、繊維径と表面積との関係は略双曲線にて表され、繊維径約２００〜１００μｍでは、体積当たりの表面積は約４０〜８０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）であるが、繊維径が１００μｍ未満になると急激に体積当たりの表面積が増加することが分かる。
【０１９４】
したがって、有害物質除去デバイス１０における機能繊維２の繊維径は、１００μｍ以下が好ましく、７０μｍ以下がより好ましいことが把握できる。
【０１９５】
〔６：エネルギーを付加した場合の効果〕
次に、有害物質除去機能を有する材料２ｂの有害物質の除去機能を発現・向上させるために、機能繊維２に光、電気、熱から選ばれる１種類以上のエネルギーを与えた場合の効果について、実施例６として確認実験を行った。
【０１９６】
実施例６の試験体としては、前記図６に示す、機能繊維２が起毛されていない内壁面１ａである天井面にエネルギー発生部材であるＬＥＤ紫外線ランプ１１を設置した有害物質除去デバイス１０を使用した。また、比較例２として、実施例６と同一試験体条件であって、ＬＥＤ紫外線ランプ１１のないものを試験体として使用した。
【０１９７】
具体的な試験体条件としては、表７に示すように、筒状構成体１の内寸法を３０×３０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを３０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを３０ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度を３００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、機能繊維２の植毛位置を筒状構成体１の床面とし、有害物質除去機能を有する材料２ｂは、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）＋シリカゲルとした。また、実施例６におけるＬＥＤ紫外線ランプ１１の設置については、筒状構成体１の天井面とした。
【０１９８】
【表７】
2012075994.tif 000009
【０１９９】
そして、実験は、上記の各試験体に、濃度１０ｐｐｍのホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）を流量１０ｍ３ ／ｈｒにて通気させ、試験体通過後のホルムアルデヒド濃度を測定した。
【０２００】
その結果を図２５に示す。図２５は、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）の除去性能と経過時間との関係を示すグラフである。
【０２０１】
図２５に示すように、ＬＥＤ紫外線ランプ１１の存在しない比較例２では、２０時間経過後から除去率が低下し、８０時間経過後においては除去性能がなくなった。これに対して、実施例６では、１００時間経過後においても約９５％以上の除去性能を維持し、初期の除去性能からの低下は少なかった。
【０２０２】
この結果、ＬＥＤ紫外線ランプ１１と光触媒との組み合わせによる分解除去システムを導入することによって、除去性能を高めるだけでなく、有害物質除去デバイス１０・２０の長寿命化を図ることも可能であることが把握できた。
【０２０３】
〔７：筒状構成体を波状に形成した場合の有害物質除去性能〕
次に、筒状構成体１を波状に屈曲させて形成した場合の有害物質除去性能について、実施例７として確認実験を行った。
【０２０４】
実施例７の試験体としては、前記図３に示す、筒状構成体１を波状に屈曲させて形成した有害物質除去デバイス１０を使用した。また、比較例３の試験体として、直線状の有害物質除去デバイス１０である以外は、実施例７と同一試験体条件のものを使用した。
【０２０５】
具体的な試験体条件は、表８に示すように、筒状構成体１の内径を３０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを４００ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを５ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度を３００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、機能繊維２の植毛位置を筒状構成体１の全周囲とし、有害物質除去機能を有する材料２ｂを活性炭とした。また、実施例７における筒状構成体１の形状として、約１００ｍｍ毎に約９０度に屈曲させた波状とした。
【０２０６】
【表８】
2012075994.tif 000010
【０２０７】
そして、実験は、上記の各試験体に、濃度５ｐｐｍのトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）を流量２０ｍ３ ／ｈｒにて通気させ、試験体通過後のトルエン濃度を測定した。
【０２０８】
その結果を図２６に示す。図２６は、経過時間とトルエン濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。
【０２０９】
図２６に示すように、筒状構成体１を直線状に形成した比較例２では、４０時間経過後から除去率が低下し始め、８０時間経過後においては除去性能がなくなった。これに対して、実施例７では、８０時間経過までの除去性能の低下は小さく、８０時間経過時での除去性能は約７０％を維持していた。また、１００時間経過後においても除去性能は約２０％を維持していた。
【０２１０】
この結果、実施例７のように有害物質除去デバイス１０を屈曲させるによって、乱流が発生してガスと機能繊維２との接触率が上がるので、有害物質除去性能が向上することが把握される。尚、この効果は、パイル長ｄが短い場合に特に大きい。
【０２１１】
〔８：複数の筒状構成体をハニカム形状に積層した場合の有害物質除去性能〕
次に、複数の筒状構成体１をハニカム形状に積層した有害物質除去デバイス２０の有害物質除去性能について、実施例８として確認実験を行った。
【０２１２】
実施例８の試験体としては、有害物質除去デバイス１０を複数積層してハニカム形状にした前記図１８に示す有害物質除去デバイス２０を使用した。また、比較例４として、実施例８と同一外形寸法の単体の有害物質除去デバイス１０を試験体として使用した。
【０２１３】
具体的な試験体条件は、表９に示すように、実施例８では、筒状構成体１の内寸法を１０×１０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを３０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを３ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度を３００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、機能繊維２の植毛位置を筒状構成体１の天井面と床面との２面とし、機能繊維２の有効表面積を１４０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）とし、筒状構成体１内の体積占有率を５．６（％）とし、有害物質除去機能を有する材料２ｂを活性炭とした有害物質除去デバイス１０を、２５個ハニカム形状に組んだ有害物質除去デバイス２０を試験体として使用した。
【０２１４】
また、比較例４の具体的な試験体条件は、表９に示すように、筒状構成体１の内寸法を５０×５０ｍｍとし、筒状構成体１の筒長さＬを３０ｍｍとし、機能繊維２のパイル長ｄを１５ｍｍとし、機能繊維２の繊度を２デシテックス（ｄｔｅｘ）とし、機能繊維２の密度を３００×１０３ 本／ｉｎｃｈ２ とし、機能繊維２の植毛位置を筒状構成体１の天井面と床面との２面とし、機能繊維２の有効表面積を１４０（ｃｍ２ ／ｃｍ３ ）とし、筒状構成体１内の体積占有率を５．６（％）とし、有害物質除去機能を有する材料２ｂを活性炭とした１個の有害物質除去デバイス１０を試験体として使用した。
【０２１５】
【表９】
2012075994.tif 000011
【０２１６】
実験は、上記の各試験体に濃度５ｐｐｍのトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）を流量２０ｍ３ ／ｈｒにて通気させ、試験体通過後のトルエン濃度を測定した。
【０２１７】
その結果を図２７に示す。図２７は、経過時間とトルエン濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。
【０２１８】
図２７に示すように、筒状構成体１を１個にて形成した有害物質除去デバイス１０を用いた比較例４では、０〜４０時間における除去率が約６０％であった。そして、４０時間経過後においては、除去率が徐々に低下し、８０時間経過後においては除去性能がなくなった。これに対して、実施例８のハニカム形状の有害物質除去デバイス２０では、０〜６０時間における除去率が約８０％以上であった。そして、６０時間経過後においては、除去率が低下し、１００時間経過後において除去性能がなくなった。
【０２１９】
この結果、デバイスをハニカム形状にすることによって、開口面積に対して短いパイル長でも効率よくガス除去することが把握できた。
【０２２０】
〔総合評価〕
最後に、上述した各種の検討及び確認実験から得られた有害物質除去デバイス１０・２０の全般的な考察を行う。
【０２２１】
まず、流入開口部１０ａから見て機能繊維２の空隙箇所が小さい場合、つまり機能繊維２のパイル長が長い場合には、筒状構成体１の長さによらず有害物質除去に有効である。ただし、筒状構成体１の長さが長いと、若干、圧力損失が高くなる傾向が見られる。
【０２２２】
一方、流入開口部１０ａから見て機能繊維２の空隙箇所が大きい場合、つまり機能繊維２のパイル長が短い場合には、筒状構成体１の長さが短いと気流が機能繊維２に接触し難いが、非常に圧力損失が低い。ただし、機能繊維２は、内壁面１ａに偏って存在しているが、有害物質除去のための表面積は十分大きい。
【０２２３】
したがって、機能繊維２のパイル長が短い場合は、筒状構成体１の長さが長い場合に有効といえる。特に、筒状構成体１を屈曲したり、筒状構成体１の内部で機能繊維２のパイル長を変えたりして気流を乱すことにより、有害物質除去効率を高めることが可能である。
【０２２４】
また、有害物質除去デバイス１０を複数組み合わせてハニカム形状の有害物質除去デバイス２０とした場合には、機能繊維２のパイル長を短くしておくことによって、圧力損失をかなり低くした状態にて高い有害物質除去性能を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２２５】
本発明の有害物質除去デバイスは、有害物質を含む気体又は液体における有害物質を押し出し流れで除去する有害物質除去性能の優れたものである。主として、気体又は液体中の有害物質を吸着・分解・殺菌により効率的に除去する有害物質除去デバイスに適用できると共に、この有害物質除去デバイスを用いた例えばクリーンルーム装置、純水装置、ケミカルフィルター等の気体又は液体の浄化・精製システムに適用できる。
【０２２６】
また、本発明の用途を化学物質の処理装置に置き換えれば、本発明の有害物質除去デバイスは高品位な触媒・吸着剤を担持したデバイスであり、効率的な化学合成や精製に利用できる例えば化学プラント装置等の化学反応システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０２２７】
１      筒状構成体
１ａ    内壁面
２      機能繊維
２ａ    繊維
２ｂ    有害物質除去機能を有する材料
２ｃ    基材
３      筒軸空間部
４      空間部
１０      有害物質除去デバイス
１０ａ    流入開口部（一方の開口部）
１０ｂ    排出開口部（他方の開口部）
１１      ＬＥＤ紫外線ランプ（光源）
１２      電極
１３      電極
１４      遮蔽板
２０      有害物質除去デバイス
ｄ      パイル長
Ｈ      内法高さ
Ｌ      筒長さ
Ｗ      内法巾
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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