(57)【要約】【課題】光触媒消臭装置の光源に、従来から用いられているブラックライトの代わりに、紫外光ＬＥＤを光源として用いる際に、臭気成分の二酸化炭素への転換率がブラックライトより性能が劣っているという問題点を解決する必要があった。【解決手段】本発明において、光触媒消臭装置に備える発光ダイオード光源用電源の出力を間欠点灯させることで臭気成分の二酸化炭素への転化率を大幅に高めることができる。上記発光ダイオード光源出力の間欠点灯のデューティー比は４０％以上、９５％以下とすることが望ましく、間欠点灯の点灯時間は１ｍｓｅｃから１００ｍｓｅｃが望ましい。上記発光ダイオード光源用電源の出力波形は、矩形のパルスでも良いし、５０ないし６０Ｈｚの商用交流電源を整流した脈流であっても良い。【選択図】図１
2013192966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒活性を有する光触媒層と、
前記光触媒層に光を照射する、発光ダイオード光源と、
前記発光体オード光源を点灯させる、電源装置と、
を具備し、
前記電源装置は、前記発光ダイオード光源を、間欠的に点灯させる
光触媒消臭装置。
【請求項２】
前記光触媒層は、半導体層又は半導体微粒子を担持した基体を有している
請求項１に記載の光触媒消臭装置。
【請求項３】
前記電源装置は、前記発光ダイオード光源を、デューティー比が４０％以上、９５％以下となり、間欠点灯の点灯時間が０．２ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃとなるように、点灯させる
請求項１又は２に記載された光触媒消臭装置。
【請求項４】
前記発光ダイオード光源の出力波形は、矩形のパルス、又は、周波数が５０ないし６０Ｈｚの交流電源を整流した脈流である
請求項１乃至３のいずれかに記載された光触媒消臭装置。
【請求項５】
前記発光ダイオード光源は、単数または複数のＬＥＤチップを有しており、前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長は、３６０ないし３９０ｎｍである
請求項１乃至４のいずれかに記載された光触媒消臭装置。
【請求項６】
前記発光ダイオード光源の光放射強度が、前記発光ダイオード光源から５ｃｍ離れた中心線上で１００μＷ／ｃｍ２以上である
請求項１乃至５のいずれかに記載された光触媒消臭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてＵＶ−ＬＥＤ（紫外光発光ダイオード）を用いた光触媒消臭装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は、半導体微粒子に光を照射することによって、有機物などを効率的に分解するなどの特異な効果を出現できることで注目を集めている。我が国で開発された光触媒の技術は、今日ではすでに実用化され広く普及していて、光触媒の「セルフクリーニング効果」や「抗菌・脱臭効果」を利用した製品の開発が進んでいる。
【０００３】
そのような製品の中に、光触媒反応を利用した消臭・滅菌装置（以下、消臭装置と略す）がある。高性能な消臭装置では、光触媒に照射する光強度が十分に強く、臭い成分の物質輸送が反応の律速になっていることが望ましく、紫外光強度としては、１００μＷ／ｃｍ２以上、できれば１０００μＷ／ｃｍ２が必要である（非特許文献１参照）。
【０００４】
このため、高性能な消臭装置ではこれまでのところ、紫外光源には蛍光灯タイプのブラックライトを多数本用いている。これによって強力な紫外光を発生させているが、ブラックライトの出力は経時劣化が著しく、そのため、定期的に交換するメンテナンスが必要であった。
【０００５】
そこで、消費電力が少なく、極めて長寿命の紫外光ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる試みがなされている（特許文献１ないし４参照）。現状では発光ダイオードは価格が高く、安価なブラックライトに置き換わるほど普及していないが、将来的に価格が下がれば置き換わりが進んでいくものと期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９４０号公報
【特許文献２】特開平９−８３６１号公報
【特許文献３】特開平９−３８１９０号公報
【特許文献４】特開２００４−６６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｙ．  Ｏｈｋｏ，  Ａ．  Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｂ，  Ｖｏｌ．１０２，  ｐｐ．１７２４−１７２９  （１９９８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、発光ダイオード光源を用いた臭気成分の分解を行ったところ、分解効率としてはブラックライトと同等ないしはより高い値が得られたものの、最終生成物である二酸化炭素への転化率が劣っていることが問題であった。
【０００９】
本発明の課題の一つは、光触媒消臭装置の光源であるブラックライトの代わりに、紫外光ＬＥＤを光源として用いる際に、ブラックライトより性能が劣っている、臭気成分の二酸化炭素への転化率を高める新たな方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の課題の他の一つは、発光ダイオード光源を点灯する電源を簡単化して、低コストの光触媒消臭装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光触媒消臭装置は、上記の課題を解決するために以下のような構成を有している。
【００１２】
すなわち本発明の光触媒消臭装置は、光触媒活性を有する半導体ないしは半導体微粒子を担持させた基体（光触媒層）と、その表面に対峙させた発光ダイオード光源と、その発光ダイオード光源を点灯させるための電源とを有している。
【００１３】
本発明の光触媒消臭装置に備える発光ダイオード光源は、単数あるいは複数個のＬＥＤチップを有しており、ＬＥＤチップの発光ピーク波長は３６０ないし３９０ｎｍとすることができる。
【００１４】
上記発光ダイオード光源の光放射強度は、発光ダイオード光源から５ｃｍ離れた中心線上で１００μＷ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
【００１５】
本発明の光触媒消臭装置が備える発光ダイオード光源用電源は、上記ＬＥＤチップを上記放射強度で動作させる性能を有し、且つ発光ダイオード光源出力を間欠点灯させることができる。
【００１６】
上記発光ダイオード光源出力の間欠点灯のデューティー比は４０％以上、９５％以下とすることが望ましく、間欠点灯の点灯時間は０．２ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃが望ましい。
【００１７】
上記発光ダイオード光源用電源の出力波形は、矩形のパルスでも良いし、周波数が５０ないし６０Ｈｚの商用交流電源を整流した脈流であっても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光触媒消臭装置において、臭気成分の二酸化炭素への転化率を高める新たな方法が提供される。
【００１９】
本発明によれば、発光ダイオード光源を点灯する電源を簡単化して、低コストの光触媒消臭装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る、光源としてＵＶ−ＬＥＤ（紫外光発光ダイオード）を用いた光触媒消臭装置を概念的に示す説明図である。
【図２】ＵＶ‐発光ダイオード光源３の連続照射のもとでのアセトアルデヒド流量と除去率ＲＡの関係を示すグラフである。
【図３】アセトアルデヒド流量と転化率ＲＣの関係を示すグラフである。
【図４】質量分析の結果を示す図である。
【図５】発光ダイオード光源をパルスにより間欠的に点灯させた場合における、デューティー比と二酸化炭素転化率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る光触媒消臭装置を概略的に示す説明図である。本実施形態に係る光触媒消臭装置は、光触媒層２と、その光触媒層２に対峙して紫外光を照射するように配置された、単独ないしは複数個のＬＥＤチップ４を備えた発光ダイオード光源３と、その光源３を駆動するための電源装置１とを有する。電源装置１の出力は、配線によって発光ダイオード光源３に接続されている。光触媒層２は、光触媒活性を有する半導体層、又は、半導体微粒子を担持した基体により実現される。
【００２３】
電源装置１は、その出力波形が、一定の時間間隔で出力が低下ないしは遮断されるような波形になるように構成されている。すなわち、電源装置１は、発光ダイオード光源３を間欠的に点灯させる（点滅させる）ように、構成されている。電源装置１の出力波形は、矩形波であってもよく、商用電源（周波数が５０ないし６０Ｈｚ）から整流された脈流であってもよい。
【００２４】
発光ダイオード光源３は、ＬＥＤチップ４をまずメタル基板にダイボンディング及びワイヤーボンディングし、その後、アルミ板に接着して作製される。アルミ板には、ＬＥＤチップ４の放熱板としての機能を持たせてある。
【００２５】
なお、電源装置１は、発光ダイオード光源３を、デューティー比が４０％以上、９５％以下となり、間欠点灯の点灯時間が０．２ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃとなるように、点灯させることが好ましい。
【００２６】
また、ＬＥＤチップ４の発光ピーク波長は、３６０ないし３９０ｎｍであることが好ましい。
【００２７】
発光ダイオード光源３の光放射強度は、発光ダイオード光源３から５ｃｍ離れた中心線上で１００μＷ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
【００２８】
以上、本発明について、実施形態を用いて説明したが、本発明は、かかる特定の実施形態に限定されるものではなく、当業者に自明な範囲内で、様々な変形・変更が可能である。
【００２９】
（実験例）
続いて、上述の光触媒消臭装置を用いた場合の実験例について説明する。
【００３０】
まず、発光ダイオード光源３を連続点灯させた場合における、アセトアルデヒドの除去率及び二酸化炭素への転化率を測定した。具体的には、ＪＩＳ（日本工業規格）の「Ｒ１７０１−２」に基づいて、アセトアルデヒドの分解性能を測定した。詳細には、発光ダイオード光源３を連続点灯した状態で、ガス濃度と流量を調整し、アセトアルデヒド流量を変化させ、アセトアルデヒド及び二酸化炭素の濃度変化を測定した。測定結果に基づいて、アセトアルデヒドの除去率及び二酸化炭素への転化率を計算、比較した。また、ブラックライトを用いた場合についても、同様に、測定を行った。
【００３１】
アセトアルデヒドの除去率及び二酸化炭素への転化率を、ＪＩＳ  Ｒ１７０１−２に準じて計算した。具体的には、転化率の計算方法は、以下の通りである。
【００３２】
計算に使用するアセトアルデヒド濃度及び二酸化炭素濃度は、いずれも水分補正を行わない実測値とした。水分補正を行うために、ファクター１．０１６を乗じた。
【００３３】
アセトアルデヒド除去率ＲＡを、下記式（１）によって求めた。また、試験片による１分間当たりのアセトアルデヒドの除去量ＱＡを、下記式（２）により、求めた。
【数１】
2013192966.tif 000003
【数２】
2013192966.tif 000004
【００３４】
尚、数１及び２中、ＲＡは、試験片によるアセトアルデヒドの除去率（％）を示す。ＱＡは、試験片による１分間当たりのアセトアルデヒドの除去量（μｍｏｌ／ｍｉｎ）を示す。［Ａ］０は、アセトアルデヒドの供給濃度（体積分率ｐｐｍ）を示す。ｆは、試験用ガス流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。［Ａ］は、アセトアルデヒドの測定値を示す。
【００３５】
また、二酸化炭素転化率及び転化量を、以下の手法により、求めた。
【００３６】
紫外線照射によって発生した二酸化炭素濃度（［ＣＯ２］）を以下の式（３）で求めた。
【数３】
2013192966.tif 000005
【００３７】
数３中、［ＣＯ２］Ｌは、紫外線照射時の試験容器出口における二酸化炭素濃度（体積分率ｐｐｍ）を示す。［ＣＯ２］Ｄは、暗条件の試験容器出口における二酸化炭素濃度（体積分率ｐｐｍ）を示す。［ＣＯ２］は、紫外線照射時によって発生した二酸化炭素濃度（体積分率ｐｐｍ）を示す。
【００３８】
次いで、二酸化炭素転化率及び転化量を、以下の式（４）及び（５）により、求めた。
【数４】
2013192966.tif 000006
【数５】
2013192966.tif 000007
【００３９】
数４及び５中において、ＲＣは、除去されたアセトアルデヒドの二酸化炭素転化率（％）を示す。ＱＣは、除去された１分間当たりのアセトアルデヒドの二酸化炭素転化量（μｍｏｌ／ｍｉｎ）を示す。
【００４０】
図２は、ＵＶ‐発光ダイオード光源３の連続照射のもとでのアセトアルデヒド流量と除去率ＲＡの関係を示すグラフである。図２に示されるように、除去率はアセトアルデヒドの流量が増加するにしたがって低下する傾向がある。この結果から、脱臭器としては、室内の有害有機物の濃度が低い場合は除去率が十分に高くなることが分かる。また、光強度が等しい場合、発光ダイオード光源３がアセトアルデヒドの除去においてブラックライトより優れていることが分かる。
【００４１】
図３は、アセトアルデヒド流量と転化率ＲＣの関係を示すグラフである。図３に示されるように、二酸化炭素転化率ＲＣは、ＲＡ同様、流量が増加すると低下する傾向があることが分かる。また、ブラックライトと比較すると、二酸化炭素転化率ＲＣは発光ダイオード光源３の方が低い値となっており、連続照射発光ダイオード光源の場合、分解されたアセトアルデヒドが完全に二酸化炭素にまで分解が進まず、中間生成物に留まっている割合が高いということが分かる。
【００４２】
中間生成物について、質量分析法を用いて、同定を行なった。具体的には、照射済みの光触媒を一定量の純水に浸し、中間生成物が溶け込んだ水溶液中の成分を質量分析計で分析した。
【００４３】
図４は、質量分析の結果を示す図である。ここで、ｍ／ｚは、質量電荷比における、質量ｍと電荷ｚの比である。観測された有意の質量電荷比において、ｍ／ｚ＝４３．９はアセトアルデヒドを示し、ｍ／ｚ＝５９．７は酢酸を示す。一方、ｍ／ｚ＝４５．８は、アセトアルデヒドのＣ１２の同位体（Ｃ１３）及びＨ１の同位体（Ｈ２）成分の可能性があるものの、ｍ／ｚ＝４５の成分が見られないことから、蟻酸を示す可能性が高い。
【００４４】
次いで、パルス電流でパルス幅とデューティー比を変化させた場合における、アセトアルデヒドの分解性能を測定し、上記と同様に除去率及び転化率を計算・比較した。
【００４５】
図５は、発光ダイオード光源３をパルスにより間欠的に点灯させた場合における、デューティー比と二酸化炭素転化率の関係を示すグラフである。図５に示されるように、同じパルス幅に対し、最初デューティー比が増加するにつれて二酸化炭素転化率は上昇し、７０％付近でピークになっている。このことから、連続光照射ではなくパルス光照射によって、２０％以上、転化率を高めることができることが明らかになった。
【００４６】
以上説明したように、本発明に用いた間欠点灯ＬＥＤ光を用いて、ＪＩＳで定められている光触媒の評価方法によってアセトアルデヒドの分解を行ったところ、アセトアルデヒドの二酸化炭素への転化率が連続点灯条件での値から約２０％向上し、同じ光放射強度のブラックライトを凌ぐ効果が得られた。
【００４７】
すなわち、上述の実験結果から明らかなように、光触媒消臭装置にＵＶ−発光ダイオード光源を使用し、その光出力を点滅させることで臭い成分を二酸化炭素にまで分解することが効率的にできるようになる。
【００４８】
電源装置１の出力波形は一定の時間間隔で出力が低下ないしは遮断されることを特徴とし、矩形波であっても、商用電源（周波数が５０ないし６０Ｈｚ）から整流された脈流であってもよいことから、安価に電源を実現することができる。
【００４９】
発光ダイオード光源３は、ブラックライトに比べ極めて長寿命、省エネであり、さらには光源の光強度、点滅の調整が容易であることに加えて、小型化が可能であることから、ＵＶ−発光ダイオード光源を用いたコンパクトな光触媒消臭装置の開発が可能になる。
【符号の説明】
【００５０】
１  電源装置
２  光触媒層
３  ＬＥＤ基板（発光ダイオード光源）
４  ＬＥＤチップ
【図１】
2013192966.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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