| 【発明の名称】 |
流体浄化装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】徳満 修三
【氏名】福田 祐
【氏名】中野 幸一
【氏名】志賀 あづさ
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| 【要約】 |
【課題】光触媒による流体の浄化処理において、分解処理能力を超える負荷がかかると、未反応物が触媒表面に残り、徐々に処理能力が劣化するという問題と、光源が汚染され光照射能力が性能が劣化することが課題であった。
【解決手段】光触媒を励起活性化する光源４を光触媒浄化フィルタ５に対し流体の上流に設けることで、被分解物質の負荷の大きい上流側の光触媒体に、強い光を照射することができ、未分解物質の堆積を防ぐことで、浄化性能の劣化を少なくできるものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流体を浄化する機能を有する光触媒体とその光触媒体を励起して活性化する光源とを備えていて、前記光源は浄化しようとする前記流体の流れ経路において前記光触媒体に対し前記流体の上流に位置させたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項２】 光源の上流側には防塵カバーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の流体浄化装置。
【請求項３】 光源の防塵カバーの光源に対向する面を反射面としたことを特徴とする請求項２に記載の流体浄化装置。
【請求項４】 光源の防塵カバーの光源に対向する面に光触媒体を設けたことを特徴とする請求項３に記載の流体浄化装置。
【請求項５】 光源の表面に光触媒体を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流体浄化装置。
【請求項６】 光源の表面の光触媒体は風上側のみに施したことを特徴とする請求項５に記載の流体浄化装置。
【請求項７】 光触媒体はポーラスな膜としたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の流体浄化装置。
【請求項８】 光源の上流に集塵装置を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の流体浄化装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は室内空気や大気などの気体の浄化、上水や排水などの液体の浄化などの流体浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光触媒による流体の浄化方法は常温でメンテナンスフリーの方法として優れた方法である。この方法には、酸化チタンなどの光触媒に紫外線を照射して浄化する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光触媒の反応速度は決して早くないので、分解処理能力を超える負荷がかかると、未反応物が触媒表面に残り、徐々に分解処理能力が劣化するという問題があった。また、光源の能力を最大限に発揮させるために、従来は光源を流体中に設けていたが、このため光源が汚染され光照射能力が落ちるという問題があった。このように、光触媒による流体の浄化においては、浄化性能の劣化が大きな課題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の流体浄化装置は、上記課題を解決するために、浄化しようとする流体の経路において光触媒体を励起して活性化する光源を光触媒体の上流側に設けることとしたものである。
【０００５】上記発明によれば、被分解物質の負荷が大きい上流側の光触媒体に、強い光を照射することができ、未分解物質の堆積を防ぐことで、浄化性能の劣化の少ない流体浄化装置を提供できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、流体を浄化する機能を有する光触媒体とその光触媒体を励起して活性化する光源とを備えていて、前記光源は浄化しようとする前記流体の流れ経路において前記光触媒体に対し前記流体の上流に位置させたものである。そして上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、被分解物質の負荷が大きい上流側の光触媒体に、強い光を照射することができ、未分解物質の堆積を防ぐことで、浄化性能の劣化を少なくできるものである。
【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、光源の上流側には防塵カバーを設けたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、光源の汚染を防ぎ、光触媒体への励起光照射能力の低下を抑制することで、浄化性能の劣化を少なくすることができるものである。
【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、光源の防塵カバーの光源に対向する面を反射面にしたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、同じ出力の光源で光源から上流側へ向かう光を反射させ光触媒体への照射強度を上げることができ、未分解物質の堆積を防ぎ、浄化性能の劣化を少なくできるものである。
【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、光源の防塵カバーの光源に対向する面に光触媒体を設けたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、防塵カバーに付着した汚染物質を分解し、防塵カバーの光源からの光の反射性能の劣化を抑制し、光触媒体への励起光照射能力の低下を抑制することで、浄化性能の劣化を少なくすることができるものである。
【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、光源の表面に光触媒体を設けたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、光源に付着した汚染物質を分解し、光源からの光の照射量の低下を抑制し、光触媒体への励起光照射能力の低下を抑制することで、浄化性能の劣化を少なくすることができるものである。
【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、光源の表面の光触媒体は風上側のみに施したもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、光触媒体での光の吸収を極力小さくすると共に、光源に付着した汚染物質を分解し、光源からの光の照射量の低下を抑制し、光触媒体への励起光照射能力の低下を抑制することで、浄化性能の劣化を少なくすることができるものである。
【００１２】請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、光触媒体をポーラスな膜にしたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、光触媒体の表面積を大きくすることができ、光触媒の活性点を大きくできると共に、単位面積あたりの汚染負荷を小さくすることができるので、光触媒体の性能劣化を少なくすることができるものである。
【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、光源の上流に集塵装置を設けたもので、上記構成を実施の形態とした流体浄化装置は、光源および光触媒体への粒子状汚染物質の付着を抑制し、光源からの光照射能力と光触媒体の浄化性能の劣化を少なくすることができるものである。
【００１４】なお、光触媒体は浄化しようとする流体が通過できるように層状にしたり、または膜状にしたり、あるいはフィルター状にするなど任意の形態とすることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】（実施例１）図１は、本発明の実施例１における流体浄化装置の断面を示すものである。
【００１７】図１において、１は外筐体であり、その一方には吸気口２が設けられ、他方には送気口３が設けられている。そして、吸気口２側から順に光源４、光触媒浄化フィルタ５、送風機６が設けられている。
【００１８】光触媒浄化フィルタ５に用いる光触媒としてはアナターゼ型、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛などの半導体物質やこれらに白金などの金属超微粒子を担持した物が用いられる。ここでは、アナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして光触媒浄化フィルタ５を形成した。なお、酸化チタンそのものでハニカム状や多孔質のフィルタを形成しても良く、粒状の酸化チタンを集成してフィルタを形成しても良い。さらに、ゼオライトや活性炭といった吸着材と共に用いても良い。光源４は光触媒を励起する波長を持ったランプを用いる。ここでは、酸化チタンを励起するのに十分なブラックライト水銀灯を用いたが、殺菌灯や冷陰極の紫外線灯でもよい。酸化チタンの励起を十分にするため、光触媒浄化フィルタ５の光源４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2になるように本実施例においては設定した。また、送風機６の風量は３m3/minとした。
【００１９】以上のように構成された流体浄化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２０】送風機６と光源４の電源を入れると、ハウスダストやタバコの煙、悪臭、ＶＯＣなどで汚染された空気などの流体はＡ側の吸気口２から入る。そして、悪臭やＶＯＣなどの分子状物質は光触媒浄化フィルタ５で大部分が吸着され、吸着された物質は光源４から照射される紫外線によって励起された酸化チタンの作用で徐々に分解され、浄化された流体が送気口３から外部にもどされる。
【００２１】この実施例の効果について、（表１）を参照しながら説明する。
【００２２】比較に用いた従来の流体浄化装置の断面を図７に示す。図７において、６１は外筐体であり、その一方には吸気口６２が設けられ、他方には送気口６３が設けられている。そして、吸気口６２側から順に光触媒浄化フィルタ６４、光源６５、送風機６６が設けられている。光触媒浄化フィルタ６４と光源６５の位置以外は本発明と同じ条件とした。光触媒浄化フィルタ６４の紫外線強度は本発明と同じように約２mW/cm2となるように設定した。
【００２３】本発明の実施例と従来の流体浄化装置の比較は次のように行った。まず、１m3の試験ボックスに流体浄化装置を入れると共に、アセトアルデヒドを濃度約７０ＰＰＭになるように注入する。そして、流体浄化装置を６０分間運転して後、アセトアルデヒドの濃度を測定し、その減少率を流体浄化装置の初期浄化性能とする。次に、１m3 の試験ボックスにおいて、流体浄化装置を運転しながら、たばこ（マイルドセブン）を５本ずつ１２回、合計６０本を燃焼する。１回３０分とし、３０分たったら次のたばこ５本を燃焼し、ボックス内の空気を流体浄化装置で処理する。その後、再度１m3 の試験ボックスにおいて流体浄化装置のアセトアルデヒドの浄化性能を測定する。そして、たばこ処理後の浄化性能が初期浄化性能に対し、何％劣化したかを浄化性能劣化度として評価した。その結果を（表１）に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】この結果からも明らかなように、光源が光触媒浄化フィルタに対し風上側に配置された実施例１の方が、風下に配置された比較例よりも浄化性能劣化度が小さく実用性が高い。
【００２６】（実施例２）図２は、本発明の実施例２における流体浄化装置の断面を示すものである。
【００２７】図２において、１１は外筐体であり、その一方には吸気口１２が設けられ、他方には送気口１３が設けられている。そして、吸気口１２側から順に防塵カバー１６、光源１４、光触媒浄化フィルタ１５、送風機１７が設けられている。実施例１と同じようにアナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして光触媒浄化フィルタ１５を形成した。
【００２８】また、光触媒浄化フィルタ１５の光源１４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2になるように設定した。また、送風機１７の風量は３m3/minとした。防塵カバー１６は光源１４側を湾曲の内面として、光源１４の上流側半面を覆うように設けられている。そして、防塵カバー１６の材質はアルミナや磁器等のセラミックや紫外線に強い樹脂、あるいは塗装鋼板等で良いが、ここではアルミナを用いた。
【００２９】以上のように構成された流体浄化装置においては、防塵カバー１６が光源１４の上流側の汚染を防止する。そのほかの動作、作用は実施例１と同じ様である。本発明における流体浄化装置の浄化性能劣化度の評価結果を（表１）に示す。実施例１に比べて、光源１４の上流側の汚染が防塵カバー１６で防止できるので、光源１４から光触媒浄化フィルタ１５に照射される紫外線の減衰を小さくできるので、浄化性能劣化度をより小さくすることが出来る。
【００３０】（実施例３）本発明の実施例３における流体浄化装置は、実施例２において防塵カバー１６の光源１４に対向する面が反射板からなるものである。反射面は反射ステンレスやアルミニウムなど光沢のある金属、光沢メッキした鋼板や樹脂、鏡などを用いても良い。ここでは、反射率が０．９の光沢アルミニウムを用いた。
【００３１】実施例３においては、光源１４からの紫外線を防塵カバー１６の反射面で反射するので、同じ出力の光源１４で光源から上流側へ向かう光を反射させ光触媒浄化フィルタ１５への照射強度を上げることができ、浄化能力を高めることができるので、未分解物質の堆積を防ぎ、浄化性能の劣化も少なくできるものである。
【００３２】（表１）に示すように、光触媒浄化フィルタ１５の表面における３６０nmの紫外線強度を、実施例２と同じ約２mW/cm2になるように設定した場合の、浄化性能劣化度は実施例２よりもやや大きい。
【００３３】（実施例４）図３は、本発明の実施例４におけるの流体浄化装置の断面を示すものである。
【００３４】図３において、２１は外筐体であり、その一方には吸気口２２が設けられ、他方には送気口２３が設けられている。そして、吸気口２２側から順に光触媒付き防塵カバー２６、光源２４、光触媒浄化フィルタ２５、送風機２７が設けられている。実施例１と同じようにアナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして光触媒浄化フィルタ２５を形成した。また、光触媒浄化フィルタ２５の光源１４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2 になるように設定した。また、送風機２７の風量は３m3/minとした。光触媒付き防塵カバー２６は光源２４側を湾曲の内面として、光源２４の上流側半面を覆うように設けられている。そして、光触媒付き防塵カバー２６の光源２４に対向する面は実施例３と同じように反射板からなるものであり、ここでは、反射率が０．９の光沢アルミニウムを用いた。そして、さらにこの光触媒付き防塵カバー２６の光源２４に対向する反射面には、光触媒膜をコーティングした。この膜は反射率を落とさないように極力薄い膜の光触媒膜を付けた。ここでは、チタンアルコキシドを使って、約０．５μmの酸化チタン膜を施した。
【００３５】以上のように構成された流体浄化装置においては、光触媒付き防塵カバー２６が光源２４の上流側の汚染を防止すると共に、自らの反射面の汚染を防止し、反射率の低下を防ぐことができる。そのほかの動作、作用は実施例３と同じ様である。
【００３６】本発明における流体浄化装置の浄化性能劣化度の評価結果を（表１）に示す。実施例１に比べて、光源２４の上流側の汚染が光触媒付き防塵カバー２６で防止でき、反射面の反射率の低下も抑制されるので、光触媒浄化フィルタ２５の表面における３６０nmの紫外線強度を、実施例２と同じ約２mW/cm2になるように設定した場合の、浄化性能劣化度は実施例２とほぼ同じである。
【００３７】実施例４においては、光源２４からの紫外線を光触媒付き防塵カバー２６の反射面で反射するので、同じ出力の光源２４で光源から上流側へ向かう光を反射させ光触媒浄化フィルタ２５への照射強度を上げることができ、浄化能力を高めることができるので、未分解物質の堆積を防ぎ、浄化性能の劣化も少なくできるとともに、その効果を持続できるものである。
【００３８】（実施例５）図４は、本発明の実施例５における流体浄化装置の断面を示すものである。
【００３９】図４において、３１は外筐体であり、その一方には吸気口３２が設けられ、片方には送気口３３が設けられている。そして、吸気口３２側から順に、光触媒付き光源３４、光触媒浄化フィルタ３５および送風機３６が設けられている。光触媒浄化フィルタ３５は、実施例１と同じようにアナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして形成した。
【００４０】光源３４の表面には光触媒膜をコーティングした。この膜は紫外線の透過率を極力落とさないように、できるだけ薄い膜の光触媒膜を付けた。ここでは、チタンアルコキシドを使って、約０．５μmの酸化チタン膜を施した。また、光触媒浄化フィルタ３５の光触媒付き光源３４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2になるように設定した。また、送風機３６の風量は３m3/minとした。
【００４１】以上のように構成された流体浄化装置においては、光源３４の表面の光触媒膜は浄化能力を高めると共に、光源３４自身の汚染を防止することができる。そのほかの動作、作用は実施例１と同じ様である。
【００４２】本発明における流体浄化装置の浄化性能劣化度の評価結果を（表１）に示す。実施例２に比べて、光源３４の汚染が光触媒膜で防止でき、浄化性能劣化度は実施例１よりも小さい。
【００４３】（実施例６）図５は、本発明の実施例６におけるの流体浄化装置の一部断面を示すものである。
【００４４】図５において、４４は光源、４５は光源の上流側に施された光触媒層、４６は光触媒浄化フィルタである。光触媒浄化フィルタ４６は、実施例１と同じようにアナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして形成した。光源４４の上流側表面には光触媒膜をコーティングした。この膜は、チタンアルコキシドを使って、１μm程度の酸化チタン膜を施した。また、光触媒浄化フィルタ４６の光触媒層４５を施した光源４４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2 になるように設定した。
【００４５】以上のように構成された流体浄化装置においては、実施例５と同じように、光源４４の表面の光触媒層４５は浄化能力を高めると共に、光源４４自身の汚染を防止することができる。そのほかの動作、作用は実施例１ならびに５と同様である。実施例５と異なる点は、光触媒層４５が汚染されやすい光源４４の上流側のみに施されているので、光触媒浄化フィルタ４６の上流側への紫外線を遮ることがない。したがって、実施例１とほぼ同じ出力の光源４４で、光触媒浄化フィルタ４６の光源４４側の表面における紫外線強度を約２mW/cm2にでき、かつ、浄化性能劣化度を実施例５と同じ程度に小さくできる。
【００４６】（実施例７）実施例７は、実施例４から６において、防塵フィルタ、あるいは光源の表面に設けた光触媒膜をポーラスな膜にした場合である。この膜は、たとえば、チタンアルコキシドにポリエチレングリコールなどの有機物を配合してコーティングした後、熱処理で有機物を分解するなどの方法で施した。ここでは、約１μm程度のポーラスな酸化チタン膜を施した。
【００４７】本実施例７の流体浄化装置によれば、実施例４から６の場合よりも、浄化能力を高めることができる。また、（表１）に示すように、実施例７−１、７−２は実施例４および５にくらべ、一層、浄化性能劣化度を小さくできる。
【００４８】（実施例８）図６は、本発明の実施例８におけるの流体浄化装置の断面を示すものである。図６において、５１は外筐体であり、その一方には吸気口５２が設けられ、他方には送気口５３が設けられている。そして、吸気口５２側から順に集塵フィルタ５８、防塵カバー５６、光源５４、光触媒浄化フィルタ５５、送風機５７が設けられている。
【００４９】集塵フィルタ５８はタバコの煙やアエロジルなどの微細粒子が捕集されるように、プリーツ加工された高性能のＨＥＰＡフィルタなどを用いる。集塵フィルタ５８に替わって電気集塵装置を用いても良い。光触媒浄化フィルタ５５は実施例１と同じようにアナターゼ型の酸化チタン（比表面積２８０m2/g）１５０gをセラミックハニカムにコーティングして形成した。また、光触媒浄化フィルタ５５の光源５４側の表面における３６０nmの紫外線強度が約２mW/cm2になるように設定した。さらに、送風機５７の風量は３m3/minとした。防塵カバー５６は実施例２と同じように、光源５４側を湾曲の内面として、光源５４の上流側半面を覆うように設けられている。そして、防塵カバー５６は、ここではアルミナを用いた。
【００５０】以上のように構成された流体浄化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】送風機５７と光源５４の電源を入れると、ハウスダストやタバコの煙、悪臭、ＶＯＣなどで汚染された空気はＫ側の吸気口５２から入る。そして、煙やハウスダストは集塵フィルタ５８で捕集される。残りの悪臭とＶＯＣ物質などの分子状物質は光触媒浄化フィルタ５５で大部分が吸着され、吸着された物質は光源５４から照射される紫外線によって励起された酸化チタンの作用で徐々に分解され、浄化された流体が送気口５３から外部にもどされる。
【００５２】本実施例８の流体浄化装置は実施例２に比べて、集塵フィルタ５８で光触媒浄化フィルタ５５で分解されにくく、光源５４の汚染原因物質である粒子状物質をほとんど除去できるので、浄化能力が高い。また、（表１）に示すように、浄化性能劣化度も小さくできる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被汚染物質で負荷の大きい上流側の光触媒層に、より強い光を照射でき、触媒を活性化できるとともに、本発明の請求項２〜８に記載の発明によれば、光源の汚染による照射光の強度の低下を抑制することができるので、流体の浄化性能を高く維持することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年３月２９日（２００１．３．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２９１８５２（Ｐ２００２−２９１８５２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１０月８日（２００２．１０．８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−９５７１９（Ｐ２００１−９５７１９） |
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