(57)【要約】【課題】よりいっそう吸着性能が劣化しにくいフィルタを提供する。【解決手段】空気清浄装置用のフィルタ２である。そして、複数の収容室２１ａを有するケース２１と、収容室内に収容される多孔質材料の活性炭２２であって、チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒２３を染み込ませるように被覆した活性炭２２と、を備えており、この光触媒２３には、炭粉末２４が混合されていることを特徴としている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気清浄装置用のフィルタであって、
複数の収容室を有するケースと、
前記収容室内に収容される多孔質材料の活性炭であって、チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒を染み込ませるように被覆した活性炭と、を備え、
前記光触媒には、炭粉末が混合されていることを特徴とする、フィルタ。
【請求項２】
前記ケースは、白色のセラミックから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載されたフィルタ。
【請求項３】
前記ケースには、前記炭粉末が混合された前記光触媒が被覆されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載されたフィルタ。
【請求項４】
前記炭粉末は、０．０３０ｍｍ〜０．１００ｍｍの大きさであることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたフィルタ。
【請求項５】
空気清浄装置であって、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載されたフィルタと、
前記フィルタに対向して配置されたＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の基板に近接して配置されたファンと、を備えることを特徴とする、空気清浄装置。
【請求項６】
前記フィルタは、前記ファンの外径に合わせた円形の断面を有し、
前記ＬＥＤ光源は、前記ファンの中心近傍から放射状に伸びる中心角１２０度ずつずれた３本の線分に沿って配置されることを特徴とする、請求項５に記載された空気清浄装置。
【請求項７】
前記フィルタ、前記ＬＥＤ光源、及び前記ファンを覆う筐体をさらに備え、
前記筐体の表面には前記光触媒が被覆されていることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載された空気清浄装置。
【請求項８】
前記フィルタの上流側にプレフィルタをさらに備えることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載された空気清浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒で被覆されたフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、悪臭、揮発性有機化学物質、自動車の排気ガスなどの有害物質による空気の汚染が問題となっている。
【０００３】
従来から、チタニアに光を照射すると、強い還元作用を持つ電子と強い酸化作用を持つ正孔が生成され、これに接触した分子種は酸化還元作用により分解されることが知られている。チタニアの光触媒作用を利用することによって、有機溶剤、農薬や界面活性剤などの環境汚染物質、空気中の有害物質や悪臭などの分解・除去が行われている。
【０００４】
この方法は、チタニアと光を利用するだけで繰り返し使用できるうえ、反応生成物も無害な炭酸ガスなどであり、微生物を用いる生物処理と比べて、温度、ｐＨ、ガス雰囲気、毒性などの反応条件の制約が少ない。しかも、生物処理では処理しにくい有機ハロゲン化合物でも容易に分解・除去できるという長所を持っている。
【０００５】
しかしながら、従来から行われてきたチタニア光触媒による有機物の分解・除去の研究では、光触媒として、チタニアが粉末状で用いられていた。そのため、その取扱いや使用方法が難しく実用化は困難であった。
【０００６】
この対策として、このチタニア光触媒を担体となる活性炭にコートし、担持させることが試みられたが、その強力な光触媒作用によって有害有機物や環境汚染物質のみならず、担体である活性炭も分解してしまうため、繰り返しの使用や長期間の使用が不可能であった。そこで、特許文献１の吸着剤は、チタニア粒子の表面を、光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子を、多孔質材料に染み込ませるように被覆して担持したことを特徴としている。このような構成によれば、担体自体の分解を防止しつつ、光触媒によって汚れ等を分解することで（自己浄化作用）、フィルタの吸着性能の劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９９８１０号公報
【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、前述した特許文献１のフィルタは、吸着性能の劣化を抑制できるものの、使用するにつれて吸着性能の劣化が早くなり、さらなるフィルタの長寿命化は、この光触媒の使用のみでは限界があった。
【０００９】
そこで、本発明は、よりいっそう吸着性能が劣化しにくいフィルタと、このフィルタを備えた空気清浄装置と、を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明のフィルタは、空気清浄装置用のフィルタであって、複数の収容室を有するケースと、前記収容室内に収容される多孔質材料の活性炭であって、チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒を染み込ませるように被覆した活性炭と、を備え、前記光触媒には、炭粉末が混合されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の空気清浄装置は、上述のフィルタと、前記フィルタに対向して配置されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の基板に近接して配置されたファンと、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明は、空気清浄装置用のフィルタであって、ケースと、光触媒を染み込ませるように被覆した活性炭と、を備え、この光触媒に、炭粉末が混合されていることを特徴としている。このような構成によれば、炭粉末によって表面積が増え、吸着面積が増えると同時に光が不規則に反射されるために、光触媒による汚れ等の分解作用を促進でき、吸着性能が劣化しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の空気清浄装置の全体構成を説明する断面図である。
【図２】ＬＥＤ光源の配置を説明する正面図である。（ａ）は小型のファンの場合であり、（ｂ）は中型乃至大型のファンの場合である。
【図３】フィルタの拡大断面図である。（ａ）は実施例の構造であり、（ｂ）は従来の構造である。
【図４】各活性炭の吸着性能を比較したグラフである。
【図５】フィルタのセルフクリーニング作用を説明した模式図である。（ａ）は汚れ等を吸着した状態であり、（ｂ）は汚れ等を分解している状態である。
【図６】実施例の活性炭及びケースによる光の反射作用を拡大して説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１５】
（全体構成）
まず、図１を用いて本発明のフィルタ２を備える空気清浄装置１の全体構成を説明する。本実施例の空気清浄装置１は、図１に示すように、フィルタ２と、フィルタ２に対向して下流側に配置されたＬＥＤ光源３と、ＬＥＤ光源３の基板に近接して配置されたファン４と、を備えている。さらに、フィルタ２の上流側には、フィルタ２に近接して配置されたプレフィルタ６と、プレフィルタ６に対向して上流側に配置されたＬＥＤ光源３Ａと、を備えている。そして、空気清浄装置１は、フィルタ２、ＬＥＤ光源３、ファン４、プレフィルタ６、及びＬＥＤ光源３Ａを覆う筐体５をさらに備えている。
【００１６】
本実施例のフィルタ２は、ファン４の外径と略同一の外径を有する円盤形のフィルタ２である。フィルタ２は、図３（ａ）に示すように、複数の収容室２１ａを有するケース２１と、収容室内２１ａに収容される多孔質材料の活性炭２２であって、チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒を染み込ませるように被覆した活性炭２２と、を備え、光触媒には、炭粉末が混合されている。この光触媒（機能性吸着剤）の構成については後述する。フィルタ２の両側面は、活性炭２２が脱落しないように、金属等のメッシュによって塞がれている。
【００１７】
活性炭２２は、竹、ココナツ実の繊維素材部分などの多孔状素材の炭を３ｍｍ〜４ｍｍで粉砕した、多孔質材料の活性炭である。さらに、活性炭２２は、「チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒」によって被覆されているため、青色を呈する。この光触媒については後述する。
【００１８】
ケース２１は、白色のセラミックによって、通風方向に向いて開いた複数の収容室２１ａ（六角形断面）を有するハニカム構造体として形成されている。そして、本実施例のケース２１は、活性炭２２と同様に、炭粉末が混入された光触媒によって被覆されている。
【００１９】
ＬＥＤ光源３は、図２（ａ）に示すように、縦長のＣＯＢフィラメント型のＬＥＤである。ファン４が４０ｍｍ角又は６０ｍｍ角の場合には、ＬＥＤ光源３は、ファンの中心近傍から放射状に伸びる中心角１２０度ずつずれた３本のフレーム３２に沿って配置される（スター結線方式）。ファン４が９０ｍｍ角、１００ｍｍ角又は１２０ｍｍ角の場合には、ＬＥＤ光源３は、ファンの中心近傍から放射状に伸びる中心角６０度ずつずれた６本のフレーム３２に沿って配置される（ダブルスター結線方式）。
【００２０】
ＬＥＤ光源３は、波長３９５〜４５５ｎｍの可視光型、配光角度は１２０°であり、高輝度のものが好ましい。ＬＥＤ光源３から照射対象であるフィルタ２までの距離は、約１０ｍｍとすることが好ましい。ＬＥＤ光源３は、基板をファン４に接触させるように配置される。
【００２１】
ファン４は、いわゆるＤＣファンモータであり、ＤＣ電源入力によりモータに直結したプロペラが回転することで風を発生させる。ファン４のプロペラ部分の外径は、筐体５の内径と概ね一致する程度の大きさとされる。
【００２２】
筐体５は、セラミックによって円筒形に形成されており、表面には炭粉末を混入した新型の光触媒が塗布されている。なお、フィルタ２、ＬＥＤ光源３、及びファン４から構成される風路は円筒形であることが好ましいが、筐体５は円筒形でなくてもよい。
【００２３】
（光触媒の構成）
本実施例の光触媒は、炭粉末が混合される点を除いて、特許文献１の実施例１に記載された機能性吸着剤と同様の構成である。
【００２４】
すなわち、本発明において、チタニア粒子としては、チタンと酸素とが化学量論比のチタニアだけでなく、チタンと酸素とが不定比のチタニア、酸素欠陥型のチタニア、部分的に酸素を窒化したチタニア、金属イオンをドープしたチタニアなどが用いられる。
【００２５】
本発明で用いられる光に不活性なセラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタン酸ジルコニウム、マグネシア、カルシア、リン酸カルシウム、リン酸チタン、酸化鉄、フェライト、石膏、非晶質のチタニアなどが用いられるが、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。本発明において、光に不活性なセラミックスとは、活性が低く実質的に光触媒として不活性のものをも含むものとして定義される。
【００２６】
本発明で用いられる多孔質材料としては、水に分散した被覆チタニア粒子を染み込ませることができる多孔質の材料であり、具体的には活性炭を用いることができる。
【００２７】
本発明の機能性吸着剤は、チタニア粒子の表面を、光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子を、溶媒に分散した後、それを多孔質材料に浸漬せしめる方法、多孔質材料に該被覆チタニア粒子を吹き付ける方法などにより、それを多孔質材料染み込ませるようにコートし、乾燥することによって製造される。
【００２８】
こうして得られた本発明の機能性吸着剤は、多孔質材料に被覆チタニア粒子が担持されており、例えば、チタニア粒子の表面が光に不活性なセラミックスによって島状に被覆されたり、チタニア粒子の表面が穴のあいた光触媒として不活性なセラミックス膜によって覆われたりして、部分的に被覆されており、担体と物質が隔離されてチタニアが部分的に露出した状態となっている。そのため、ＬＥＤなどからの人工光、又は太陽光を上記チタニアに照射すると、チタニアに生成した電子と正孔の酸化還元作用によって、担体である多孔質材料に吸着された悪臭やＮＯｘなどの空気中の有害物質あるいは水中に溶解している有機溶剤や農薬などの環境を汚染している有機化合物は、迅速に、かつ連続的に分解・除去され、また、抗菌・抗かびも同様に分解・除去される。また、多孔質材料として活性炭を使用した場合、鮮やかな青色に呈色した機能性吸着剤が得られ、吸着性、光触媒活性及び装飾性に優れた機能性吸着剤として利用できる。本発明は、この青色の活性炭からなる機能性吸着剤を包含する。ただし、青色を呈するのは特定の組成の光触媒を含浸した場合であり、一般的には黒色となることが多い。本発明は、黒色などの他の色の活性炭からなる機能性吸着剤も包含する。
【００２９】
そして、本発明では、上述した機能性吸着剤に、さらに炭粉末が混合されている。炭粉末は、粒径０．０３０〜０．１００ｍｍの範囲の大きさであることが好ましい。炭粉末の素材としては、竹、竹の節部分、ココナッツ、サトウキビなどの硬質繊維系炭粉末を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明の光触媒（機能性吸着剤）は、以下のようにして作ることができる。すなわち、チタニア粒子の表面を、光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子を、溶媒に分散した後、多孔質材料の活性炭に染み込ませるように被覆し、乾燥することによって、機能性吸着剤を製造することができる。より詳細にいうと、テトラエトキシシラン０．０２ｍｏｌを、２００ｍｌの無水エタノールで希釈し、撹拌しながら水０．２ｍｏｌと分子量１０万のポリエチレングリコール０．４ｇを添加し、更に、硝酸０．００４ｍｏｌを添加して、透明なゾル液を調製した。これに、粒径約１μｍのアナターゼ型チタニア粒子２０ｇを加え、超音波により分散させ、噴霧乾燥した後、５００℃で焼成した。得られた粒子の表面を分析電子顕微鏡で観察したところ、その表面は約１００ｎｍの大きさの細孔の存在するシリカで覆われていた。得られた被覆チタニア粒子を水に分散した後、粒状活性炭を添加し、よく撹拌した後、乾燥した。このようにして機能性吸着剤が得られる。
【００３１】
上述した工程中、被覆チタニア粒子を水に分散した後に粒状活性炭を添加する工程において、粒状活性炭とともに固定剤及び炭粉末を加えることによって、本実施例で用いた新型の光触媒（炭粉末混合光触媒）が得られる。
【００３２】
（作用）
次に、図４〜６を用いて、本実施例のフィルタ２の作用について説明する。
【００３３】
図４は、各活性炭の吸着性能を比較したグラフである。グラフにおいて、白三角形は、光触媒を浸透させていない圧縮炭を示す。白四角形は、従来型の光触媒を浸透させた活性炭を示す。黒ひし形は、本発明による新型の光触媒（炭粉末入）を浸透させた活性炭を示す。ここでは、ホルムアルデヒド１０ｐｐｍ注入方式による分析結果を示す。１回の注入を１ｐｐｍとし、１０回注入して吸着・分解を繰り返し、フィルタの下流側で０．０５ｐｐｍ以下になることを基準として検証した。
【００３４】
従来からある人工活性炭は、炭を一旦粉末にしたものを圧縮成形したものであるため、多孔がつぶされて吸着性が悪くなっている。したがって、１回の試験で基準を満たさなくなった。これに対して、光触媒を浸透させた活性炭は、光触媒を浸透させていない圧縮炭と比べると吸着性能が持続するものの、３回目で基準を満たさなくなった。これは、光源の照射角度によっては光が届かない部分が発生してしまうためである。つまり、分解能力を１００％引き出すことはできない。これに対して、本発明による新型の光触媒（炭粉末入）を浸透させた活性炭では、１０回の繰り返しでも、吸着性能はほとんど劣化せず、基準を満たすことが確認された。以下、本発明の炭粉末を混入した新型の光触媒の吸着・分解のしくみについて詳しく説明する。
【００３５】
図５は、フィルタ２のセルフクリーニング作用を説明した模式図である。（ａ）は汚れ等を吸着した状態であり、（ｂ）は汚れ等を分解した状態である。図５（ａ）に示すように、光触媒２３の皮膜が、有害物質・細菌・カビ・花粉・ニオイなどを吸着する。次に、図５（ｂ）に示すように、光触媒２３の皮膜が可視光を受けて反応し、有害物質等を二酸化炭素と水に分解する。具体的にいうと、フィルタ２を取り外し、掃除機で表面の付着物を吸い取ったうえで、太陽光の下で約１時間放置すると吸着性能が回復する。このように、セルフクリーニング作用によって吸着力が再生する。そして、本発明では、以下に説明するように、光触媒に炭粉末が混入されていることにより、いっそう吸着性能が劣化しにくくなっている。
【００３６】
図６は、実施例の活性炭２２及びケース２１による光の反射作用を拡大して説明する説明図である。なお、図６では、光触媒２３が概ね均等に活性炭２２やケース２１を被覆するように記載しているが、実際には光触媒２３が被覆していない領域が部分的に存在している。図６に示すように、炭粉末２４自体が光触媒２３で被覆されているため、全体として表面積が増加し、それによって吸着・分解性能が向上する。さらに、活性炭２２の表面に炭粉末２４が付着しているため、光源から照射された光を多くの方向に反射することになる。同様に、ケース２１の表面にも炭粉末２４が付着しているため、活性炭２２から反射された光を多くの方向に反射することになる。このように、活性炭２２とケース２１相互間の光反射の繰り返しによって、光源からの光エネルギーを有効活用でき、光触媒２３の分解能力を引き出すようになっている。
【００３７】
（効果）
次に、本実施例のフィルタ２及び空気清浄装置１の奏する効果を列挙して説明する。
【００３８】
（１）このように、本実施例のフィルタ２は、空気清浄装置用のフィルタ２である。そして、複数の収容室２１ａを有するケース２１と、収容室２１ａ内に収容される多孔質材料の活性炭２２であって、チタニア粒子の表面を光に不活性なセラミックスで部分的に被覆してなる被覆チタニア粒子からなる光触媒２３を染み込ませるように被覆した活性炭２２と、を備え、光触媒２３には、炭粉末が混合されていることを特徴としている。このため、炭粉末によって光触媒２３の皮膜の表面積が増加するとともに、照射された光を反射するため、吸着性能の劣化を抑制することができる。
【００３９】
つまり、従来のフィルタは、長時間使用し続けることによって汚れが付着し、吸引力が落ちる。さらに使用を続けるとフィルタが飽和してしまい、悪臭を拡散してしまうこととなる。これに対して、本発明による炭粉末２４を混入した光触媒２３で被覆された活性炭２２であれば、自己浄化機能によってフィルタ２を長持ちさせることができる。したがって、フィルタ２の交換頻度が少なくなる。
【００４０】
（２）ケース２１は、白色のセラミックから構成されていることで、照射された光を効率よく反射して光触媒２３の性能を発揮しやすくなる。
【００４１】
（３）ケース２１は、炭粉末が混合された光触媒２３によって被覆されていることで、炭粉末によってケース２１を覆う光触媒２３の皮膜の表面積が増加するとともに、照射された光を反射するため、吸着・分解性能の劣化を抑制することができる。さらに、活性炭２２も炭粉末を含む光触媒２３で覆われているため、両者間で反射を繰り返すことで、いっそう均等に光触媒の効果を発揮できるようになる。
【００４２】
（４）炭粉末は、０．０３０ｍｍ〜０．１００ｍｍの大きさであることで、活性炭２２やケース２１の表面の細孔に炭粉末が入り込みにくくなるため、フィルタ２の吸着・分解性能を損なうことがない。つまり、光触媒の粉末の大きさが０．０１０ｍｍ〜０．０３０ｍｍであるため、この粉末よりも大きい炭粉末が必要となる。一方、この範囲よりも大きくなると、本来のココナッツ、竹炭の多孔穴を塞いでしまう。このように、光触媒よりも大きく、炭の穴よりも小さいサイズであることで、吸着表面積を効率よく増やせるのである。
【００４３】
（５）また、本実施例の空気清浄装置１は、上述したいずれかのフィルタ２と、フィルタ２に対向して配置されたＬＥＤ光源３と、ＬＥＤ光源３の基板に近接して配置されたファン４と、を備えている。このため、吸着性能が劣化しにくい空気清浄装置１となる。さらに、ＬＥＤ光源３の基板に近接してファン４が配置されているため、放熱板を使用することなくＬＥＤ光源３を冷却することができる。つまり、正面から風をＬＥＤチップ全体に当てることができるため、放熱板がなくても十分に放熱できる。さらに、乱流が生じにくくなり、風力の減衰を防止できる。
【００４４】
（６）フィルタ２は、ファン４の外径に合わせた円形の断面を有し、ＬＥＤ光源３は、ファン４の中心近傍から放射状に伸びる中心角１２０度ずつずれた３本の線分に沿って配置される。このため、フィルタ２全体に均等に光を照射することができる。この他、部屋の大きさや車載用などの用途に応じて、ＬＥＤ光源３は、製品が大きくなる場合には、ファン４の中心近傍から放射状に伸びる中心角６０度ずつずれた６本の線分に沿って配置することもできる。
【００４５】
（７）フィルタ２、ＬＥＤ光源３、及びファン４を覆う筐体５をさらに備え、筐体５の表面は新型の光触媒によって被覆されている。このため、電源ＯＦＦ時でも、環境からの光を受ける筐体５によって空気清浄機能を発揮できる。
【００４６】
（８）フィルタ２の上流側にプレフィルタ６をさらに備えることができる。これによって、大きなホコリなどを除去できるため、フィルタ２がいっそう長寿命となる。
【００４７】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【００４８】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００４９】
例えば、ＬＥＤ光源３として、可視光ＬＥＤと温暖色ＬＥＤを一体型にしたＣＯＢ型のＬＥＤを採用することもできる。
【００５０】
また、実施例では特に限定しなかったが、筐体５の一部を光透過性の材料で構成することによって、フィルタ２に外部環境の光を当てることもできる。これによって、電源ＯＦＦ時にもフィルタ２による吸着・分解機能を維持できる。さらに、照明としての機能も有するようになる。なお、筐体５の一部は透明にすることもできる。
【００５１】
また、実施例では特に限定しなかったが、プレフィルタ６を、例えばＨＥＰＡフィルタに交換するなどして、ＰＭ２．５対策を強化することができる。他にも、設置される住宅環境、化学物質過敏症、シックハウス症候群、アレルギー症候群等に合わせて、最適な専用ユニットを自由に組み合わせることができる。
【００５２】
なお、本発明に係る空気清浄機には、光触媒に加えてプラズマジェネレータを搭載させることもでき、光触媒とプラズマジェネレータを同時に使用することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１          空気清浄装置
２          フィルタ
２１        ケース
２１ａ      収容室
２２        活性炭
２３        光触媒
２４        炭粉末
３、３Ａ    ＬＥＤ光源
３１        ＣＯＢ型ＬＥＤ
３２        フレーム
４          ファン
５          筐体
６          プレフィルタ
【図１】
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【図２】
2017077278.tif 000004
【図３】
2017077278.tif 000005
【図４】
2017077278.tif 000006
【図５】
2017077278.tif 000007
【図６】
2017077278.tif 000008