(57)【要約】  本発明は、（i）触媒活性材料１２０および（ii）前記触媒活性材料に熱的に接触する加熱可能材料１３０とを含む触媒コンバータ１００を含む空気清浄機１に関し、前記加熱可能材料１３０は交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって加熱可能であり、前記空気清浄機１は、前記加熱可能材料１３０との電気的接触がないように構成され更に前記空気清浄機１の動作中に前記交番電界および前記交番磁界のうちの１つ以上によって前記加熱可能材料１３０を加熱するように構成されたフィールドジェネレータ１４０をさらに備える。
2018507007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータを含む空気清浄機であって、前記触媒コンバータは（i）触媒活性材料と（ii）前記触媒活性材料と熱接触する加熱可能材料を含み、前記加熱可能材料は交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって加熱可能であり、前記空気清浄機は、前記加熱可能材料との電気的接触がないように構成され更に前記空気清浄機の動作中に前記交番電界および前記交番磁界のうちの1つ以上によって前記加熱可能材料を加熱するように構成されたフィールドジェネレータをさらに備える、空気清浄機。
【請求項２】
多孔質材料をさらに備え、前記多孔質材料が前記触媒活性材料を含む、請求項1に記載の空気清浄機。  
【請求項３】
前記多孔質材料は、前記加熱可能材料をさらに含む、請求項2に記載の空気清浄機。
【請求項４】
前記触媒活性材料は、（i）揮発性有機化合物（VOC）、（ii）オゾン（O3）、（iii）NOx、および（iv）空気中の粒子状物質の1つ以上を低減するように構成されている、請求項1乃至３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項５】
触媒活性材料と加熱可能材料との混合物から成る粒子状材料を含む、請求項1乃至４のいずれか１項に記載の空気清浄機
【請求項６】
前記粒子状材料は、少なくとも前記触媒活性材料および前記加熱可能材料を含む粒子から成る、請求項5に記載の空気清浄機。
【請求項７】
前記粒子状材料は、前記加熱可能材料を含むコアと、前記触媒活性材料を含むシェルとを含む粒子から成る、請求項5乃至6のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項８】
前記粒子状材料は、多孔質材料をさらに含む、請求項5乃至7のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項９】
前記触媒活性材料および前記加熱可能材料のうちの1つ以上が、（i）粒子状材料、（ii）層、および（iii）ワイヤのうちの1つ以上として独立して構成され、さらに（i）前記粒子状材料、（ii）前記層、および（iii）前記ワイヤのうちの1つ以上は独立して、少なくとも1つの50μm以下の寸法を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１０】
前記触媒コンバータは、少なくとも前記触媒活性材料を含む層と、前記加熱可能材料を含む層とを含む層状構造から成る、請求項9に記載の空気清浄機。
【請求項１１】
前記加熱可能材料が、前記触媒活性材料と物理的に接触して構成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１２】
空気を前記触媒活性材料と接触させるように構成されたガス流発生器をさらに備える、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１３】
空気中の分子を検知するように構成されたセンサと、前記センサのセンサ信号と前記分子の所定のレベルとに応じて前記フィールドジェネレータを制御するように構成された制御ユニットをさらに備える、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１５】
空気中の可変化合物の低減のための方法であって、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の空気清浄機を使用し、前記空気を前記触媒活性材料と接触させる接触段階と、前記接触段階の前および/または少なくとも前記接触段階の一部の間に、交番電界および交番磁界のうちの1つ以上に前記加熱可能材料を少なくとも一時的にさらす段階と、を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄機及びこの空気清浄機と共に使用するための触媒コンバータに関する。本発明はまた、空気中のVOC（揮発性有機化合物）のような、可変化合物の低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気浄化システムは当該技術分野において公知である。国際公開番号2004/112958は、例えば、コーティング上に吸着した、揮発性有機化合物および一酸化炭素を、水、二酸化炭素および他の物質に同時に酸化する、金/二酸化チタン光触媒/熱触媒コーティングについて述べている。前記金のサイズは3ナノメートル未満である。紫外光の光子が金/二酸化チタンコーティングによって吸収されると、反応性ヒドロキシルラジカルが形成される。汚染物質が前記金/二酸化チタンコーティング上に吸着されると、ヒドロキシルラジカルは汚染物質を酸化して水、二酸化炭素および他の物質を生成する。金は、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するために一酸化炭素のバリアエネルギーを低下させる酸化触媒である。したがって、金/二酸化チタンコーティングは一酸化炭素を二酸化炭素に同時に酸化することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人々は屋内で約80〜90％の時間を費やし、屋内環境は人間の健康と仕事の効率に重要な影響を与える。室内空気は、例えば、住宅、オフィス、学校、ショッピングセンター、病院、車、航空機のキャビン、潜水艇のキャビンなどの非工業地域の空気として定義される。室内空気は通常、より多くの揮発性有機化合物（VOC、例えばホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエン、キシレン）を外気よりも高濃度で含む。世界保健機関（WHO）の定義によれば、VOCは芳香族化合物、アルデヒド、ハロカーボンなどの化合物が最も多く発生する50-260℃の沸点範囲のすべての有機化合物と見なされる。VOCは、目、鼻、喉、および中枢神経系（CNS）に関連する粘膜への刺激であるシックハウス症候群（SBS）の主な誘因である。多くのVOCはまた有毒であり、発癌性、突然変異誘発性または催奇形性であると考えられている。どのように継続的に放出されるVOCを排除し、それらの蓄積を防止するかは人間の健康にとって重要である。
【０００４】
VOCを除去する一般的な方法には、換気率の向上や空気清浄機の使用が含まれる。現在、空気清浄機の使用は、密閉された室内空気環境のため、より一般的になっている。従来の空気清浄機はVOCを吸着するために吸着材料（例えば、粒状活性炭）を使用する。しかしながら、これらの技術は汚染物質を排除するのではなく、別の段階に移すだけである。活性炭の吸収/飽和寿命は約3ヶ月/ kgである。再生および二次汚染防止のために、追加の廃棄/処理工程が続いて必要とされる。さらに、低分子量（MW <50-60グラム/モル、4原子未満）および低沸点（<0℃）の有機化合物では、炭素の収着能力が著しく低下する。
【０００５】
慣習的な吸着技術よりも多くの利点を有する代替的な浄化技術は、熱触媒酸化（TCO）の使用である。熱触媒酸化（TCO）は、VOCがより低い温度で特定の触媒上でCO2に酸化され、様々な吸着方法よりも長い有効寿命を有することが期待されるため、VOC低減のための最も有効な技術の1つである。現在、いくつかのTCOベースの空気清浄機が市販されている。これらの製品は、室温下でホルムアルデヒドを除去できると謳っている。
【０００６】
現在のTCO材料にはいくつかの問題がある。現在、ほとんどのTCO材料（例えばMnOx、CeO2、CoOx、FeOx）は、触媒性能を高めるために特定の温度に加熱される必要がある。従来の加熱方法では、電気抵抗加熱線が一般的に使用される加熱源である。空気清浄機では、火災に対する安全性を考慮する必要がある。したがって、空気が装置を通って流れ、熱がTCO触媒層に安全に伝達され得ることを保証するために複雑な設計が必要となる。このような状況下では、環境空気は不可避的に加熱されるが、それはエネルギーの無駄であり、室内の空気浄化にとって危険で不快である。さらに、ほとんどのTCO物質は、空気流中の汚染ガスを捕捉し触媒作用を及ぼすのが困難である低表面積（〜1-50 m2/g）の固体粒子である。さらに寿命も問題かもしれない。ほとんどのTCO触媒は使用中に徐々に活性を失う。活性を回復する有効な方法の1つは高温下で触媒を再生することである。従来の加熱方法は火災、有害ガスの放出などの様々な危険をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明の一態様は、好ましくは上記の欠点の1つ以上を少なくとも部分的にさらに回避することができる、代替の空気清浄機を提供することである。さらに、本発明の一態様は、好ましくは上記の欠点の1つ以上を少なくとも部分的にさらに回避することができる、代替の触媒コンバータを提供することである。さらに、本発明の一態様は、好ましくは上記の欠点の1つ以上を少なくとも部分的にさらに回避する、代替の空気浄化方法を提供することである。
【０００８】
したがって、第1の態様では、本発明は、空気清浄機（本明細書では「清浄機」または「装置」とも呼ばれる）であって、（i）触媒活性材料（本明細書では「触媒材料」とも呼ばれる）と、（ii）前記触媒活性材料と熱接触する加熱可能材料であって、前記加熱可能材料は交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって加熱可能な、加熱可能材料とを備える（a）触媒コンバータを備え、さらに前記空気清浄機は、前記加熱可能材料と電気的接触を持たない様に特に構成され、空気清浄機の動作中に交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって前記加熱可能材料を加熱するように構成された（b）フィールドジェネレータを含む、空気清浄機を提供する。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、触媒コンバータ自体、すなわち（i）触媒活性材料と、前記触媒活性材料と熱接触する（ii）加熱可能材料とを含む触媒コンバータであって、前記加熱可能材料は、交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって加熱可能である、触媒コンバータを提供する。
【００１０】
このような空気清浄機および/またはそのような触媒コンバータでは、揮発性有機化合物、および/またはNOxおよび/またはCOなどの他の化合物は、（例えば分解および/または変換によって）相対的に低いエネルギー入力で、相対的に安全な方法で低減できる。加熱可能材料は触媒活性材料と熱的に接触しており、このようにして非常に効率的な方法で触媒材料に熱エネルギーを提供することができる。したがって、熱管理が優れ、エネルギーの無駄を最小限に抑えることができる。このようにして、使用に危険性があり、および/または清浄機の寿命を必要以上に短くする可能性のあるホットスポットの発生に繋がる、不要で余分な熱エネルギーの発生がないため、清浄機の取扱いに関するリスクも最小限に抑えることができる。
【００１１】
本発明の要素は、本明細書で定義される空気清浄機によって構成され得る触媒コンバータを含む。この触媒コンバータは粒子状材料であってもよい。しかし、触媒コンバータは、触媒活性材料および/または他の材料で被覆されたワイヤのような固体構造であってもよい。触媒コンバータはまた、層状構造を含むことができる。さらに、触媒コンバータは、機能材料（例えば、触媒活性材料および加熱可能材料および場合によっては多孔質材料（下記も参照）など）を含む基材を含むことができる。しかし、触媒コンバータは、機能材料から成るモノリシック要素であってもよい。触媒コンバータはまた、前述の実施形態のうちの1つのハイブリッド構造を含むことができる。触媒コンバータのいくつかの実施形態が、以下により詳細に説明される。
【００１２】
触媒活性材料（機能材料の1つ）は、特に、有機化合物、特に揮発性有機化合物の触媒酸化および/または分解、および/または１つ以上のNOx（すなわちNO2、NO、N2Oなど）、CO、およびオゾン（O3）、特にNOxおよび/またはオゾンのような空気中で利用できる、他の種の酸化および/または分解のために構成された触媒を含む。したがって、一実施形態では、触媒活性材料は熱触媒酸化材料および/または熱触媒分解材料を含む。さらに、一実施形態では、触媒コンバータは（したがって）熱触媒酸化剤を含むことができる。熱エネルギーは、触媒分解および/または触媒酸化の反応速度を高めるために特に使用される。フィールドジェネレータによって誘導された熱エネルギーの使用は、以下にさらに示されるように、例えば、紫外線、可視光および赤外線放射のうちの1つ以上を触媒活性材料へ提供することによる、（さらに）触媒プロセスを刺激するための放射線源の使用を除外しない。
【００１３】
触媒活性材料に含まれていてもよい触媒活性種は、例えば当該技術分野で知られているように、金属および金属酸化物から選択することができる。このような触媒活性材料は、場合によっては本質的にこのような触媒活性種からなるが、他の実施形態では、例えば金属および/または金属酸化物を含む多孔質材料（以下も参照）などの担体を含むことができる。触媒活性種は例えば、Pt、Pd、Ir、Rh、Ag、Au、Co、Mn、Fe、Cu、Ni、Ti、Zr、La、Cr、Nd、Mo、W、Sn、Zn、Cr、Ru、Ｙ、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Er、Ho、Dy、Tm、Yb、Luなどの元素の１つ以上を含むことが出来る。代替的または追加的に、触媒活性種は例えばそれら2つ以上の元素の合金を1つ以上含むことができる。さらに代替的または追加的に、触媒活性種は例えばそれら1つ以上の元素の酸化物（Fe2O3、MnOなど）を含むことができる。本明細書において、「触媒活性種」または「酸化物」などの用語は、異なる触媒活性種および異なる酸化物の組み合わせ（混合酸化物も含む）をそれぞれ指す場合がある。適切な触媒の例は、例えばMnOx（特にx=1-3.5）、CeO2、CoOx（特にx=1-1.33）、FeOx（特にx=1.33-1.5）、Agなどを１つ以上含むことがある。用語の「MnOx」は、MnO2、MnO、Mn4+(1-x)Mn2+xO(2-x)(OH)2x、ここでx=約0.06〜約0.07、およびKMn4+6Mn2+2O16のうちの1つ以上を指すことがある。しかし、上述のように、他の触媒活性種も適用することができる。
【００１４】
本明細書では「発熱物質」とも呼ばれる加熱可能材料（他の機能材料の1つ）は、例えば、粉末、粒子、繊維、ワイヤなどの鉄含有材料、およびFe2O3、Fe2MnO4、Fe2CoO4などの磁性材料の1つ以上を含むことができる。特に、加熱可能なものは、交番電界および/または交番磁界にさらされたときに熱を発生する固体材料であればよい。加熱に用いることができる磁性材料は、例えば磁気温熱療法の応用においても知られている。「加熱可能材料と電気的に接触しないように構成されている」という句は、特に、加熱可能材料の加熱が、閉回路内の導電性材料を通って電気を導くことによる従来の方法で行われないことを示す。ここで、本発明では、フィールドジェネレータと加熱可能材料との間に物理的接触がない場合がある。さらに、加熱可能材料は任意に如何なる電気回路から電気的に絶縁されて構成されてもよい。
【００１５】
適切な電界フィールドジェネレータの一例は、例えば動作中に交番電流を伴う誘導コイルを含む。原理的には、交番電界の周波数は20kHzから40kHzに調整することができる。電圧は例えば100-240Vの範囲のように、通常の電気器具として設計することができる。適切な磁気フィールドジェネレータの一例は、周波数範囲は300 kHz〜1.1 MHzで、振幅は例えば27 kA/mまでの交番磁界を動作中に生成する銅コイル（例えば直径16 mm）である。磁場強度は例えば5 A/m〜40 kA/mに調整することができ、周波数は60 Hzから1.2 MHzの範囲に調整することができる。
【００１６】
さらに、多孔質材料（任意に、第3の機能性材料として）を適用してもよい。
【００１７】
したがって、一実施形態では、空気清浄機、特に触媒コンバータは多孔質材料をさらに含んでもよく、前記多孔質材料は特に前記触媒活性材料を含んでもよい。さらに別の実施形態では、多孔質材料は前記加熱可能材料をさらに含むことができる。多孔質材料は、触媒活性材料および加熱可能材料の1つ以上の多孔質バージョンを含むことができる。
【００１８】
しかしながら、前記多孔質材料は多孔性を有する別の材料であってもよく、多孔質材料は場合により、触媒活性材料および加熱可能材料の1つ以上をさらに含んでもよい。前記多孔質材料は、マクロ多孔質、メソ多孔質、またはミクロ多孔質の1つ以上であってもよい。特に、1つ以上の多孔質アルミナおよび/または多孔質シリカなどの多孔質材料を適用することができる。代替的または追加的にゼオライトを適用してもよい。しかし、他のタイプの、例えば多孔性を有するAl-SiまたはAl-P系も適用することができる。使用され得るゼオライトの非限定的な例は、ZSM-5、ゼオライトY、ゼオライトベータの群から選択され得る。代替的または追加的に、モルデナイトを適用することができる。例えば、ゼオライト、金属有機構造体（MOF）、メソポーラスシリカ、活性炭などの多孔質吸収材料を適用することができる。「多孔質材料」という用語は、任意に複数の多孔質材料を指す場合もある。多孔質材料が触媒活性材料および加熱可能材料の1つ以上を含む場合、そのような機能材料は多孔質材料の細孔内および/または多孔質材料の細孔上にあってもよい。機能材料を細孔内に導入する方法は当該技術分野において公知であり、例えば初期湿潤および交換方法の1つ以上を含む。
【００１９】
したがって、例えば鉄材料および磁性材料は空間内の熱を生成してナノスケールまで閉じ込めることができ、熱をTCO触媒に伝達することができる。多孔質材料は、空気（流）からの（有機）汚染ガス（例えばVOC）を捕捉し濃縮することができ、TCO触媒との接触および反応時間を増加させる。TCO触媒は、高温で（有機）汚染物質（例えばVOC）を、例えばCO2およびH2Oに分解することができる。したがって、特定の実施形態において、触媒活性材料は揮発性有機化合物（VOC）を低減させるように構成される。さらに別の実施形態では、触媒活性材料は空気中の（i）揮発性有機化合物（VOC）、（ii）オゾン（O3）、（iii）NOx、（iv）粒子状材料（超微粒子など）の１つ以上を低減させるように構成される。代替的または追加的に、触媒活性材料はCOを（例えばCO2への酸化によって）低減させるように構成される。鉄材料および磁性材料はそれぞれ、外部発生の交番磁界および磁場によって熱を発生することができる。鉄材料および磁性材料のサイズおよび形状は、要求に応じて調整することができる。例えばナノサイズの材料を用いることによって、加熱空間をナノスケールに限定することができる。熱は接触した各TCO触媒ユニットに直接伝達され高効率で消費される。熱は実質的に周囲に拡散せず、これは省エネであり安全性を高める。多孔質材料は、様々なVOC（例えば直径：ホルムアルデヒド〜0.45nm、ベンゼン〜0.58nm、トルエン〜0.6nm、キシレン〜0.63-0.69nm）を捕捉し濃縮することができる様な、大きな表面積（例えば> 300m2/g）および調整可能な細孔サイズ（例えば0.3nm〜50nm）を持つことが出来る。多孔質材料をTCO触媒と接触させることによって、捕捉されたVOC分子はある温度で分解されるTCO触媒の表面上に拡散する。さらに、中間TCO生成物は多孔性/吸収性材料によって再吸収され、放出および分解循環によって完全に分解される。多孔質材料およびTCO触媒の相乗効果は、それらの寿命を向上し延長することができる。同様に、これはTCO触媒以外の触媒にも当てはまる。
【００２０】
上述のように、触媒コンバータのいくつかの実施形態がより詳細に説明される。
【００２１】
一実施形態では、空気清浄機、特に触媒コンバータは、触媒活性材料と加熱可能材料との混合物を含む粒子状材料を含むことができる。この実施形態は、異なる粒子を有する粒子状材料のような異なる変形を含むことができ、粒子の各サブセットは機能材料の1つを含み、したがって少なくとも2つの粒子状材料（触媒（微粒子）材料および加熱可能（微粒子）材料）のサブセットを含む。しかしながら、この実施形態は、2つ以上の機能性材料が組み合わされ、2つ以上の機能性材料を含む（したがって2つ以上の機能性を有する）ハイブリッド粒子に加工された変形を含むこともできる。したがって、一実施形態では、前記粒子状材料は少なくとも触媒活性材料および加熱可能材料を含む粒子を含む。さらに特定の実施形態において、粒子状材料は前記加熱可能材料を含むコアと、前記触媒活性材料を含むシェルとを含む粒子を含む。さらに別の実施形態では、前記粒子状材料は多孔質材料をさらに含む。この多孔質材料は別個の粒子として提供されてもよい。しかし、この多孔質材料は加熱可能材料コア上にシェルまたは層として設けることもできる。代替的または追加的に、触媒活性材料層またはシェル（または場合によりコア）上にシェルまたは層として設けることができる。さらに別の変形例では、前記多孔質材料（層またはシェル）に含まれる触媒活性材料を用いて、加熱可能材料コア上にシェルまたは層として提供され得る。
【００２２】
したがって、複数の異なる実施形態が可能であり、網羅的ではなく、上に列挙したものなどでも可能である。上記の実施形態のうちでとりわけ組み合わせ可能なさらなる一般的な実施形態では、１つ以上の触媒活性材料および加熱可能材料は、（i）粒子状材料、（ii）層、および（iii）ワイヤの１つ以上で独立して構成され、（i）粒子状材料、（ii）層、および（iii）ワイヤの1つ以上は個別に、少なくとも1つの寸法が50μm以下、例えば10nm〜40μmといった、5nm〜50μmの範囲内である。「独立して構成される」という句は、触媒活性材料または加熱可能材料、または両方の材料が本明細書でさらに説明するように構成されていることを示す。さらに、「1つ以上で構成された」という句は、例えば触媒活性材料が粒子および/または層として提供され得る触媒コンバータが提供され得ることを示す。さらに、1つ以上の寸法に関する条件は、粒子のみ、または層のみ、または粒子と層の両方に関連し得る。
【００２３】
したがって、上記の実施形態は、例えば大きい（>50μm）または小さい（≦50μm）粒子を持つ加熱可能材料の、厚い（>50μm）または薄い（≦50μm）層を含むが、これらの寸法の少なくとも1つは50μm以下である。「寸法」という用語は特に、長さ、幅、高さ、および直径に関連し得る。例えば、層の高さが50μmであってもよい。本発明によれば、はるかに小さい寸法が含まれてもよいことに留意されたい。例えば、加熱可能材料は、10μm以下、例えば1μm以下、さらには100nm以下、すなわちナノメートルサイズ領域の粒子寸法を有する粒子状の加熱可能材料を含むことができる。同様に、これは触媒活性材料を（本質的に）構成する層または粒子またはワイヤに適用され得る。「ワイヤ」という用語は繊維も含むことができる。
【００２４】
さらなる特定の実施形態において、触媒コンバータは、少なくとも前記の触媒活性材料を含む層と、前記の加熱可能材料を含む層とから成る層状構造を備える。任意に、これらの層の一方または両方は多孔質であってもよい。さらに別の実施形態では、これらの機能層の間に多孔質層が存在してもよい。一般に、このような中間層は、熱接触を維持するために、例えば<10μm、<5μm、特に<1μm、或いはさらに小さく、<0.1μmなどのように薄いものである。
【００２５】
良好な熱接触のために、機能材料が互いに物理的に接触している場合に特に有益であり得る。したがって、さらなる特定の実施形態において、加熱可能材料は前記触媒活性材料と物理的に接触して構成される。加熱可能材料と触媒活性材料が物理的に接触していない場合、特にこれらの材料間の距離が、<10μm、例えば<1μmといった<5μm、または更に小さく <0.1μmという様に小さい場合、加熱可能材料と触媒活性材料との間に配置された熱伝導材料が存在してもよい。したがって、これらの方法で加熱可能材料と触媒活性材料との間に熱接触が存在する。
【００２６】
空気清浄機は異なる方法で適用することができる。例えば、既存の換気システムまたは既存の空調システムなどに統合されてもよい。したがって、そのような適用では、空気清浄機は、空気清浄機と一体化されたガス流発生器を必要とせず、このような実施形態では、外部ガス流発生器を使用することができる。しかしながら、代替的にまたは追加的に、一実施形態では、空気清浄機は、空気を触媒活性材料と接触させるように構成されたガス流発生器をさらに備えてもよい。ガス流発生器は、ポンプ、ファン、またはチムニー効果など他の方法の1つ以上を含んでもよい。さらに、「ガス流」および「ガス流発生器」は、特に空気流および空気流発生器である。
【００２７】
さらに別の実施形態では、空気清浄機は、空気中の分子を感知するように特に構成されたセンサと、制御ユニットとをさらに備え、制御ユニットは、センサのセンサ信号と前記分子の所定のレベルに応じて、フィールドジェネレータを制御するように構成される。用語の「分子」はまた、複数の（異なる）分子に関連し得る。代替的にまたは追加的に、制御ユニットは、センサのセンサ信号および前記分子の所定のレベルに応じて、（任意の）ガス流発生器を制御するように構成される。さらに代替的にまたは追加的に、センサは、温度、湿度、圧力、（空間内の）人の存在などのうちの1つ以上を測定するように構成されてもよい。また、制御ユニットは、センサのセンサ信号に応じて、フィールドジェネレータおよび任意のガス流発生器の1つ以上を制御するように構成される。「センサ」という用語は、任意で複数の（異なる）センサを指すこともある。同様に、これは「センサ信号」という用語にも適用され得る。このようにして、空気清浄機は、例えばセンサ信号に依存して、より低いレベルまたはより高いレベルで動作することができる。例えば、空間に人がより多く存在する場合、および/または分子レベルが所望よりも高い場合、空気清浄機はより高いレベルで動作し得る、すなわち酸化可能な気体分子のより高度な低減を有することができる。空気中で感知される分子は、例えばVOC、NOx、COなどからなるグループから選択することができる。代替的にまたは追加的に、空気清浄機は、特に超微粒子のような空気中の粒子を感知するように構成されたセンサをさらに備えてもよい。特に、UFPはナノスケールサイズ、特に100ナノメートル未満の直径（または非球状粒子の場合の等価直径、すなわち同じ体積の粒子が球状粒子の場合に得られる直径）の、（浮遊）粒子状材料と定義される。
【００２８】
空気清浄機の位置または空気清浄方法の使用に関する「空間」という用語は、例えば、レストラン、ホテル、診療所または病院のようなホスピタリティ領域（の一部）に関連し得る。「空間」という用語はまた、事務所、百貨店、倉庫、映画館、教会、劇場、図書館など（の一部）にも関連し得る。しかし、「空間」という用語はまた、トラックのキャビン、航空機のキャビン、大型船（船舶）のキャビン、車のキャビン、クレーンのキャビン、トラクターなどのエンジニアリング車両のキャビンなどの車両の作業スペース（の一部）にも関連する。「空間」という用語はまた、事務所、（生産）工場、（原子力発電所、ガス発電所、石炭発電所などのような）発電所、などの作業スペース（の一部）などにも関連し得る。例えば、「空間」という用語は、制御室、警備室などにも関連し得る。
【００２９】
空気清浄機は、装置、特に一体型装置として構成することができる。しかしながら、空気清浄機は、システムとして構成されてもよく、または機能的に互いに結合された別々のアイテムの組み合わせのようなシステムに含まれてもよい。例えば、システムは、空気清浄機、特に（統合された）空気清浄装置、ガス流発生器、センサ、および（特にセンサのセンサ信号に応じて、空気清浄装置およびガス流発生器を制御するように構成された）制御ユニットを備えてもよい。
【００３０】
したがって、上に示したように、本発明はさらに別の態様において、触媒コンバータそれ自体も提供する。
【００３１】
さらに別の態様では、本発明は、空気中の可変化合物の低減方法であって、該方法は本明細書で定義された空気清浄機を使用して、接触段階の前および/または少なくとも接触段階の一部の間に交番電界および交番磁界のうちの1つ以上に加熱可能材料を少なくとも一時的にさらし、接触段階で前記空気を触媒活性材料と接触させる。上述したように、接触は、装置に一体化されたガス流発生器および/または（完全に）該装置の外部にあるガス流発生器によって促進することができる。さらに、触媒活性材料の（加熱可能材料による）加熱は、接触段階の間に行うことができ、または接触段階の前に行うことができる。一般に、装置が望ましくない種を転換（低減）しなければならない全ての期間において、交番フィールドが加熱可能材料に印加される。接触段階の間に、望ましくない種は、高温の触媒活性材料によって（例えば酸化および/または分解されて）低減され得る。特に、交番フィールド/フィールドジェネレータは、50〜500℃といった、30〜600℃の範囲から選択された温度に触媒活性材料を加熱するために適用される。
【００３２】
ここで「実質的に〜から成る」といった、「実質的に」という用語は、当業者には理解されるであろう。「実質的に」という用語は、「全体に」、「完全に」、「すべての」等を含む実施形態も含むことができる。したがって、実施形態では副詞の「実質的に」を削除することもできる。適用可能であれば、「実質的に」という用語は、100％を含めて、90％以上、例えば95％以上、特に99％以上、さらにより具体的には99.5％以上に関連してもよい。用語「含む」は、用語「含む」が「〜から成る」を意味する実施形態も含む。「および/または」という用語は、特に「および/または」の前後に記載された項目のうちの1つ以上に関連する。例えば、フレーズ「アイテム1および/またはアイテム2」および類似のフレーズは、アイテム1およびアイテム2の1つ以上に関連してもよい。一実施形態において、用語「含む」は、「〜から成る」を指すが、別の実施形態では、「少なくとも定義された種および場合により1つ以上の他の種を含む」を指す場合もある。
【００３３】
さらに、明細書および請求項における第1、第2、第3などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時間的な順序を説明するためではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００３４】
本明細書の装置は、とりわけ動作中において説明されている。当業者には明らかなように、本発明は動作方法または動作中の装置に限定されない。
【００３５】
上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態を設計することができることに留意すべきである。特許請求の範囲において、括弧内に置かれているいかなる参照記号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」という動詞およびその活用形の使用は、請求項に記載された以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。要素に先行する単数冠詞は、そのような要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアによって、および適切にプログラムされたコンピュータによって実施することができる。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、同一のハードウェアアイテムによって具体化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００３６】
本発明はさらに、明細書に記載された、および/または添付の図面に示された、1つ以上の特徴付ける機能を含む装置に適用される。本発明はさらに、明細書に記載された、および/または添付の図面に示された、1つ以上の特徴付ける機能を含む方法またはプロセスに関する。
【００３７】
この特許で議論された様々な態様は、さらなる利点を提供するために組み合わせることができる。さらに、いくつかの機能は1つ以上の分割アプリケーションの基礎を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】空気清浄機の態様を概略的に示す。
【図１Ｂ】空気清浄機の態様を概略的に示す。
【図２Ａ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｂ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｃ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｄ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｅ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｆ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図２Ｇ】触媒コンバータの態様を概略的に示す。
【図３】空気清浄機の一実施形態を概略的に示す。
【図４】（a）磁性酸化鉄ナノ粒子（〜110nm）、（b）MnO2ナノ粒子（〜20〜30nm）、（c）EMT-ゼオライトナノ粒子（〜15nm）のTEM画像を示す。
【図５】（a）磁性酸化鉄ナノ粒子（22nm）、（b）MnO2ナノ粒子（〜25nm）、（c）MnO2ナノチューブ（直径：100nm、壁厚：30nm、長さ：数ミクロン）、（d）EMT-ゼオライトナノ粒子（〜15nm）のＴＥＭおよびＳＥＭ画像を示す。
【図６】（a）多孔質MnOxモレキュラーシーブ（K-OMS-2）、（b）磁性酸化鉄ナノ粒子（〜110nm）のTEM画像を示す。
【図７】（a）多孔質磁性酸化鉄ナノ粒子（> 100nm）、（b）MnO2ナノ粒子（〜25nm）のTEMおよびSEM画像を示す。  概略図は必ずしも同じ縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図1A〜1Bは、触媒コンバータ100を含む空気清浄機1の実施形態を概略的に示す。触媒コンバータ100は、触媒活性材料120と、前記触媒活性材料120と熱的に接触する加熱可能材料130とを含む。さらに、加熱可能材料130は、参照符号141で示される1つ以上の交番電界および交番磁界によって加熱可能である。空気清浄機1は、特に加熱可能材料130との電気的接触がないように構成され、しかし少なくとも空気清浄機1の動作中に加熱可能材料130を交番電界および交番磁界141の1つ以上によって熱するように構成されたフィールドジェネレータ１４０をさらに備える。参照符号Fはガスの流れ（特に空気流）を示す。
【００４０】
参照符号300は（ガス流Fを発生させるように構成された）ガス流発生器を示し、参照符号400および500はそれぞれセンサおよび制御ユニットを示す。これらは、空気清浄機に一体化されていてもよいし、別々に構成されてもよい。空気清浄機1およびセンサ400および制御ユニット500は、特に機能的に（例えば、一体化された装置またはシステムとして）互いに結合されている。図1Aの破線は、前記フィールドジェネレータを含み、触媒コンバータ100を少なくとも部分的に含むハウジングを示してもよい。
【００４１】
図1Bは、空気清浄機1に含まれるガス流発生器300を有する変形例を概略的に示す。このために、空気清浄機1は、ガス流発生器300と触媒コンバータ100とフィールドジェネレータ140とを格納するチャンバを含むことができる。
【００４２】
本発明では、とりわけ、空気浄化のための一連の新しい多機能TCO材料を提案する。新しい材料では、材料工学によって新規の局所加熱が実現されている。材料構造設計は、とりわけ、材料の機能、サイズ、形状に基づいて設計することができる。図2A〜図2Gは、網羅的ではなく、前記触媒コンバータの実施可能な幾つかの構造を概略的に示しており、触媒物質に示された参照番号120、加熱可能な物質を示す参照番号130、および多孔質材料を示す参照番号200、および参照番号d1、d2およびd3はこれら機能材料の寸法を示し、特にこれらの実施例ではその厚さをそれぞれ示している。参照番号11は粒子を示し、参照番号10は粒子状材料（これらの粒子11を含む）を示す。
【００４３】
図2Aには、ランダムな混合構造が示されている。上述した3つの機能性材料は混合されてもよく、任意にその後、所望のサイズおよび形状に造粒されてもよい。したがって、機能材料は粒子材料として混合され、そのまま使用されてもよく、または複合粒子を提供するためにさらに造粒されてもよい。図2Aでは、市販の製品を使用し、発熱材料（図4a）としての鉄粉末（または磁性酸化鉄粉末）、多孔質材料としてのゼオライト粉末（図4c）、TCO材料としてのMnOx粉末、さらにそれらを安定結合剤（例えば、ベントナイト）と混合して所望の粒子に造粒した後、高温（例えば200〜500℃）で造粒粒子をか焼して多孔質材料およびTCO触媒を活性化させる。
【００４４】
また、コア/シェル構造が提供されてもよく、図２ｂでは、コアは参照番号12で示され、シェルは参照番号13で示されている。例えば、コアとして発熱材料を使用し、中間シェルとしてTCO触媒を使用し、外側シェルとして多孔質物質を使用する。コアのサイズとシェルの厚さはナノメートルの精度で、さらに原子スケールの精度でさえ制御することができる（図2B）。
【００４５】
また、中間層として例えばTCO触媒を用いたサンドイッチ構造、および外層としての発熱材料および多孔質材料のような、ヘテロ構造が提供されてもよい。各層の厚さはナノメートルの精度で、さらに原子スケールの精度でさえ制御することができる。2つの変形が図2C及び図2Dに概略的に示され、参照番号15が層を示している。
【００４６】
例えば、多孔質材料とTCO材料の両方として多孔質MnOxを使用し、次に磁性材料と組み合わせる（図2E）か、或いは多孔質材料および磁性材料の両方として多孔質FeOxを使用し、次にTCO材料と組み合わせる（図2F）ことによって、ハイブリッド、合金またはヘテロ構造を提供することができる。
【００４７】
上記の実施形態のいくつかでは、多孔質材料200も含まれる。上述したように、この機能材料は任意である。
【００４８】
図2Gは、加熱可能材料130の層15およびその上の触媒活性材料120を含むワイヤ16と粒子11とを有する、触媒コンバータ100の実施形態を概略的に示す。
【００４９】
図3は、一部の拡大図を含む、触媒コンバータ100の一実施形態を概略的に示す。触媒コンバータ100は、加熱可能材料130を含む金網を備える。前記金網のワイヤ16上に、触媒活性材料120を粒子11として塗布することができる。代替的または追加的に、粒子11は加熱可能材料130（上記も参照）を含む。前記加熱可能材料が磁性材料を含む場合、その磁気を用いて粒子を、ここではワイヤ16などの鉄その他の磁性支持体に付着させることもできる。
【００５０】
図4は、（a）磁性酸化鉄ナノ粒子（〜110nm）、（b）MnO2ナノ粒子（約20〜30nm）、（c）EMT-ゼオライトナノ粒子（〜15nm）のTEM画像を示す。
【００５１】
図5は、（a）磁性酸化鉄ナノ粒子（22nm）、（b）MnO2ナノ粒子（〜25nm）、（c）MnO2ナノチューブ（直径100nm、壁厚30nm、長さ：数ミクロン）、（d）EMT-ゼオライトナノ粒子（〜15nm）のＴＥＭおよびＳＥＭ画像を示す。ヘテロ構造設計はより柔軟であり、合成方法はコア/シェル構造に類似している。例えば、サンドイッチ構造（図2C）、類似のサイズの磁性酸化鉄ナノ粒子（図5a）および多孔質ゼオライト材料（図5d）は、MnO2ナノ粒子（図5b）の反対の結晶面上でエピタキシー成長することができる。より大きなサイズのMnO2ナノチューブ（図5c）を用いることにより、より小さなサイズの磁性酸化鉄ナノ粒子（図5a）および多孔質ゼオライト材料（図5d）をナノチューブ表面に載せるか或いはナノチューブに充填することができる。
【００５２】
図6は、（a）多孔質MnOxモレキュラーシーブ（K-OMS-2）、（b）磁性酸化鉄ナノ粒子（〜110nm）のTEM画像を示す。図2Ｅでは、例えば、多孔質材料およびTCO材料の両方として多孔質MnOxモレキュラーシーブ（K-OMS-2）（図6a）を使用することにより、磁性酸化鉄ナノ粒子（図6b）と結合させている。
【００５３】
図7は、（a）多孔質磁性酸化鉄ナノ粒子（> 100nm）、（b）MnO2ナノ粒子（〜25nm）のTEMおよびSEM画像を示す。図2Ｆでは、例えば、多孔質材料および磁性材料の両方として多孔質磁性Fe2O3（図7a）を使用することにより、MnO2（図7b）のTCO材料と結合させている。
【００５４】
したがって、本明細書ではとりわけ空気浄化のための新しいタイプの多機能TCO材料を提案する。多機能TCO材料は、少なくとも2つのタイプの機能材料すなわち、発熱物質、TCO触媒などの触媒、および場合によっては多孔質材料の組み合わせおよび一体化である。発熱物質は、ナノスケールまでの空間内で熱を生成して閉じ込めることができる。この熱はほぼ接触したTCO触媒ユニットに直接伝達され、高効率で消費される。熱は実質的に周囲に拡散しない可能性があり、それは省エネであり安全である。多孔質材料は、空気流からの有機汚染ガス（例えば、VOC）を捕捉し濃縮することができ、TCO触媒との接触および反応時間を増加させる。材料の構造設計は柔軟性があり、ランダムブレンド構造、コア/シェル構造、ヘテロ構造、および材料の機能、サイズおよび形状に基づく合金構造などが挙げられる。構造物の一部は磁性材料と組み合わせることができるので、鉄基材（例えば、鉄のメッシュ）上に自動的かつ強固に吸収され、コーティングプロセスを大幅に単純化することができる。
【００５５】
上記において、多くの例がTCO触媒に関連して記載されている。しかし、他の実施形態では、上述したように他の触媒を同様に適用することができる。
【図１Ａ】
2018507007.tif 000003
【図１Ｂ】
2018507007.tif 000004
【図２Ａ】
2018507007.tif 000005
【図２Ｂ】
2018507007.tif 000006
【図２Ｃ】
2018507007.tif 000007
【図２Ｄ】
2018507007.tif 000008
【図２Ｅ】
2018507007.tif 000009
【図２Ｆ】
2018507007.tif 000010
【図２Ｇ】
2018507007.tif 000011
【図３】
2018507007.tif 000012
【図４】
2018507007.tif 000013
【図５】
2018507007.tif 000014
【図６】
2018507007.tif 000015
【図７】
2018507007.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月20日(2017.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータを含む空気清浄機であって、前記触媒コンバータは少なくとも触媒活性材料と加熱可能材料との組み合わせである多機能材料を含み、前記加熱可能材料は交番電界および交番磁界のうちの1つ以上によって加熱可能であり、前記空気清浄機は、前記加熱可能材料との電気的接触がないように構成され更に前記空気清浄機の動作中に前記交番電界および前記交番磁界のうちの1つ以上によって前記加熱可能材料を加熱するように構成されたフィールドジェネレータをさらに備える、空気清浄機。
【請求項２】
多孔質材料をさらに備え、前記多機能材料が前記触媒活性材料、前記加熱可能材料及び多孔質材料の組み合わせを含む、請求項1に記載の空気清浄機。  
【請求項３】
前記触媒活性材料は、（i）揮発性有機化合物（VOC）、（ii）オゾン（O3）、（iii）NOx、および（iv）空気中の粒子状物質の1つ以上を低減するように構成されている、請求項1乃至３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項４】
前記多機能材料は、少なくとも前記触媒活性材料および前記加熱可能材料を含む粒子から成る粒子状材料混合物を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項５】
前記粒子状材料は、前記加熱可能材料を含むコアと、前記触媒活性材料を含むシェルとを含む粒子から成る、請求項4一項に記載の空気清浄機。
【請求項６】
前記粒子状材料は、多孔質材料をさらに含む、請求項4乃至5のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項７】
前記触媒活性材料および前記加熱可能材料のうちの1つ以上が、（i）粒子状材料、（ii）層、および（iii）ワイヤのうちの1つ以上として独立して構成され、さらに（i）前記粒子状材料、（ii）前記層、および（iii）前記ワイヤのうちの1つ以上は独立して、少なくとも1つの50μm以下の寸法を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項８】
前記触媒コンバータは、少なくとも前記触媒活性材料を含む層と、前記加熱可能材料を含む層とを含む層状構造から成る、請求項7に記載の空気清浄機。
【請求項９】
前記加熱可能材料が、前記触媒活性材料と物理的に接触して構成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１０】
空気を前記触媒活性材料と接触させるように構成されたガス流発生器をさらに備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１１】
空気中の分子を検知するように構成されたセンサと、前記センサのセンサ信号と前記分子の所定のレベルとに応じて前記フィールドジェネレータを制御するように構成された制御ユニットをさらに備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の空気清浄機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１３】
空気中の可変化合物の低減のための方法であって、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の空気清浄機を使用し、前記空気を前記触媒活性材料と接触させる接触段階と、前記接触段階の前および/または少なくとも前記接触段階の一部の間に、交番電界および交番磁界のうちの1つ以上に前記加熱可能材料を少なくとも一時的にさらす段階と、を有する、方法。
【国際調査報告】
2018507007.tif 000017
2018507007.tif 000018
2018507007.tif 000019
2018507007.tif 000020
2018507007.tif 000021
2018507007.tif 000022