JP2000167355A

JP2000167355A - 浄化装置

Info

Publication number: JP2000167355A
Application number: JP10349769A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogata; 四郎緒方; Kazuhiko Sonomoto; 和彦園元
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Tao Corp
Current assignee: Tao Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】処理対象物質とより多くの接触機会を作るこ
とができると共に、メインテナンスが容易な光触媒フィ
ルターを用いた浄化装置を提供する。【解決手段】透過性接触性を有する複数の光触媒フィ
ルター１３が立体的に組合わされて形成された光触媒フ
ィルターユニット４が、開閉可能なシリンダー３内に着
脱自在に収納されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒機能により
気体や液体（以下流体という）中の有機化合物や無機ガ
ス類を分解して清浄化する浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】石油化学製品が増加して居住環境内外で
有害有機化合物の複合汚染が問題となっている。これを
解決する手段として光触媒半導体による酸化分解を利用
した浄化装置が使用されている。

【０００３】例えば、基体の表面に光触媒半導体を担持
したフィルターを有害有機物が浮遊する流体中に置くこ
とにより有害有機物を光触媒半導体に接触させるように
構成した装置がある。しかるに従来の装置では光触媒を
担持したフィルターが流体の流れ方向に沿って伸びてい
るので、有害有機物と光触媒機能層との接触効率が低
く、またその光触媒半導体が励起波長の電磁波によって
十分に活性化され得ないという問題がある。

【０００４】そのため、光触媒機能層を有するフィルタ
ーの形状や配置について種々の提案がなされている。例
えば、特開平７−１０８１３８号には、薄板からなる羽
根状の反応板に光触媒を担持させ、この反応板を空気通
路にブラインド形状に配列した装置が開示されている。
特開平８−１２１８２７号には、浄化空気通路中に設置
された紫外線ランプの前後に山形状に折り曲げた光励起
触媒不織布を設置した装置が開示されている。特開平９
−１８７４９１号には、空気の通路内に、両面に光触媒
層を有する基板を光源の周囲に放射状に設けた部材を有
する装置が開示されている。特開平９−２４８４２６号
には、流体を搬送又は攪拌する凸部の表面に光触媒機能
層を設け、内側に紫外線放射部材を収容した可動体が開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光触媒による酸化還元
分解は、処理対象物質がＯ_２ ⁻、ＯＨ⁻等の活性ラジカ
ル種と接触することで分解性能が生まれると言われてい
る。それゆえに、上述した従来の装置では、処理対象物
質の量が多い場合、光触媒フィルターと処理対象物質が
確実に接触するには時間がかかったり、光触媒フィルタ
ーと処理対象物質が接触する機会が少ないという問題が
あった。また、光触媒機能化のためには、光触媒フィル
ターが光触媒半導体金属に見合う励起波長を受光するこ
とが必要であるが、従来の装置では効率的に受光させる
構成とはなっていなかった。特に、従来の浄化装置で
は、光触媒フィルターの表面に付着堆積した中間生成物
を除去することが難しく、保守点検が面倒であった。

【０００６】したがって本発明の第１の目的は、処理対
象物質とより多くの接触機会を作り得る浄化装置を提供
することである。本発明の第２の目的は、光触媒半導体
金属に確実に励起波長を受光しかつ散乱光を有効に利用
し得る浄化装置を提供することである。本発明の第３の
目的は、中間生成物をはじめとする付着物を容易に除去
しうる構造をもった浄化装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、軸方向に沿って被処理流体が流
れるシリンダーと、シリンダーの内部に収納された光触
媒フィルターユニットを有し、光触媒フィルターユニッ
トは軸部材とその周囲に立体的に配設された複数の透過
接触性を有する光触媒フィルターを有すると共に、光触
媒フィルターの少なくとも一部は被処理流体の流れ方向
と交叉している、という技術的手段を採用した。本発明
において、光触媒フィルターユニットは軸部材の内部に
励起波長発光体を有することが好ましい。本発明におい
て、光触媒フイルターユニットはシリンダーの内部に着
脱自在に収納され、シリンダーは少なくともその一部を
開閉する手段を有することが好ましい。本発明におい
て、シリンダーは励起波光を反射することが可能な材料
で形成されかつ内面に光触媒機能層を有することが好ま
しい。本発明において、シリンダーは透光性化粧窓を有
することが好ましい。本発明において、光触媒フィルタ
ーは、金属材料からなる基板と光触媒機能層を有するこ
とが好ましい。上記目的を達成するために、本発明にお
いては、一端側から他端側に向って被処理流体が流れる
光触媒フィルターユニットを有し、光触媒フィルターユ
ニットは、励起波長発光体の周囲を取囲む透過接触性光
触媒フィルターを含み、透過接触性光触媒フィルターは
金属製不織布を含む多孔質部材とそこに担持された光触
媒機能層を有する構成とすることができる。この構成に
おいて、励起波長発光装置は、被処理流体が流れる方向
と交叉する方向に伸長しかつ少くとも一端側で折返され
た発光管を有し、多孔質部材は励起波長発光装置の両側
に配置されることが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を図面により説
明する。図１は本発明の一実施例に係る浄化装置の斜視
図、図２は図１のＡ-Ａ線矢視図である。両図におい
て、１は浄化装置であり、ベース２上に立設された円筒
状を有するシリンダー３とその内部に収納された光触媒
フィルターユニット４とを有する。シリンダー３は、下
端部に被処理流体（例えば汚染された空気）が流入する
流入口５を有し、その上方には汚染された空気中の異物
（塵芥）を除去するためのフィルター６と光触媒フィル
ターユニット４の一端を受け取るためのソケット部７を
有する。シリンダー３の上端部には、浄化された空気が
流出する流出口８が形成されると共に、シリンダー３の
上端面はヒンジ９を介して開閉自在に取着されたふた１
０で密閉されている。ふた１０の内面には、光触媒フィ
ルターユニット４の他端を受け取るためのソケット部１
１が装着されている。１２は透光性化粧窓であり、例え
ばシリンダー３の一部を切欠いてそこに透明なシート
（プラスチック板）を貼着して形成される。

【０００９】光触媒フィルターユニット４は、枠状に形
成された軸部材（図示せず）の周囲に放射状にかつスパ
イラル状にねじり組付けられた複数個の透過接触性を有
する帯状の光触媒フィルター１３と、軸部材の内部に挿
入された励起発光管１４とを有する。励起発光管１４
は、その両端部においてソケット部７及びソケット部１
１により支承されており、一端側にファン１５が装着さ
れている。励起発光管１４の両端はソケット部に挿入固
定されていてもよいし、あるいはソケット部に対して回
転可能に支持されていてもよい。励起発光管１４として
は、ブラックライトや蛍光灯などの紫外線を放射するラ
ンプを用い得る。

【００１０】上記シリンダー３は、励起発光管１４から
照射された紫外線を反射させ、光触媒フィルター１３に
導くために、例えば紫外線が近紫外線の場合には、アル
ミニウム合金又はステンレス鋼のような励起波長を反射
しうる機能を有する材料で形成することが望ましい。更
にシリンダー３の内周面に光触媒機能層を形成しておく
と、空気の清浄化をより効率よく行うことができる。

【００１１】上記浄化装置１によれば、ファン１５の駆
動により、流入口５よりシリンダー３内に流入した汚染
空気は、フィルター６で粗大な異物が除去され、光触媒
フィルター１３と接触し、励起発光管１４からの紫外線
で活性化された光触媒により汚染空気中の各種化合物が
酸化分解され、次いで清浄空気がシリンダー３外に排出
される。各光触媒フィルター１３は、励起発光管１４に
対して傾斜して配置されているので、光触媒機能層は均
等にかつ大量の紫外線を受光することが可能となり、光
触媒機能化を確実に行うことができる。上記光触媒によ
る酸化分解が継続して行われると、窒素化合物、イオウ
化合物あるいは塩素化合物の場合には、中間生成物が光
触媒機能層の表面に付着して、分解効率が低下する。そ
の場合には、図２に一点鎖線で示すようにふた１０を開
放した後光触媒フィルターユニット４を図２に破線で示
す位置まで引上げ、この光触媒フィルターユニット４を
水（例えば弱酸性水）で洗浄してから、シリンダー３内
にセットすればよい。

【００１２】図３は本発明の他の実施例に係る浄化装置
の斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ線矢視図であり、図１及
び２と同一機能部分は同一の参照符号で示す。この浄化
装置１では、光触媒フィルターユニット４は、円板状の
光触媒フィルター４０を複数個軸方向に配設すると共
に、帯状の光触媒フィルター４１を複数個放射状に配設
して形成されている。シリンダー３は、半円筒体３ａ及
び３ｂをヒンジ３０で結合し、軸方向に分割面３１を形
成した構造を有する。上記浄化装置１によれば、図１の
装置と同様に、流入口５からシリンダー３内に流入した
汚染空気は、フィルター６でろ過され、光触媒フィルタ
ー４０、４１と接触し、励起発光管１４からの紫外線で
活性化された光触媒により、汚染空気中の各種化合物が
酸化分解され、清浄空気が流出口８から排出される。ま
た光触媒フィルターユニット４を洗浄する場合は、シリ
ンダー３を図４の破線で示す位置まで開放し、次いで光
触媒フィルターユニット４を取出せばよい。

【００１３】本発明では、上述した光触媒フィルター１
３は、基体の表面に光触媒機能層が造膜された構造を有
し、図５に示すように、基体を多数の空孔２１を有する
基板２０に微粒子２２からなる多孔質層２３を形成し
て、透過接触性能を有しかつ多表面積をもつ多孔質積層
体（以下多表面積多孔質積層体という）とした構成とす
ることが好ましい。光触媒フィルターに多表面積をもた
せるための多孔質層を構成する微粒子は、セラミック、
ガラス、金属、プラスチック等材質は問わないが、基板
の材質と同一であることが望ましい。また基板は、金
網、エクスパンドメタル、パンチングメタル等の網状体
又はそれと類似のものであってもよい。この場合基板と
微粒子との位置関係が重要であって、微粒子は、処理対
象物質を含有する気体や液体が透過する空孔２１の周辺
に効果的に接触し、且つ励起波長を受光する位置に配さ
れている必要がある。図５において、処理対象物質を含
有する気体や液体が多表面積多孔質積層体｛平面投影面
積（Ａ）｝を透過する時の単位時間当りの透過量をａ、
多表面積多孔質積層体の内光触媒半導体金属が造膜され
た領域の平面投影面積（ｂ）と上記平面投影面積（Ａ）
との比率（表面積比）をｂ／Ａ、多表面積多孔質積層体
の側面の表面積（ｃ）と上記平面投影面積（Ａ）との比
率（側面表面積比）をＣ／Ａとすると、励起波長が図面
の上下から発生しているとして、透過量（ａ）及び表面
積比（ｂ／Ａ）ができるだけ多く、かつ、側面表面積比
（Ｃ／Ａ）ができるだけ小さいといった条件を満足させ
ることが好ましい。

【００１４】また、光触媒機能化の条件を満足するため
には、光触媒半導体金属が励起波長を受光することが必
要であり、多数の板状光触媒フィルターが表裏とも均等
に受光することが望ましい。そのために本発明では板状
の光触媒フィルターを励起波長発源に対し傾斜させてい
ることで造膜面により多く受光することが可能になる。

【００１５】本発明では、次のようにして複数の空孔を
有する基板の表面に微粒子からなる多孔質層を形成する
ことが望ましい。この多孔質層は、例えば、平均粒径１
０〜４００μｍの金属粉末を水等の溶媒に混合したスラ
リー（固形分６０〜８０重量％）を基板の表面に塗布
し、乾燥後焼結することにより得られる。基板もしくは
微粉末を形成する金属材料としては、ＳＵＳ３０４、Ｓ
ＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステン
レス鋼、Ｔｉ又はその合金（Ｔｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ
系等）、Ｃｕ又はその合金あるいは、Ａｌ又はその合金
（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系）、Ｆｅ又はその合金を用い得
る。但しＦｅ系材料の場合は、表面に耐酸化性皮膜（酸
化鉄）を形成することが好ましい。金属粉末は、その粒
径が小さすぎると価格が高くなり（粉砕時間が長くな
る）、大きすぎると微細な空孔が得られなくなるので、
平均粒径１０〜４００μｍのものを用いることが好まし
い。焼結温度は、金属粉末の材質に応じて定めればよい
が、低すぎると十分な焼結密度が得られず、強度が低下
し、一方金属の融点近くになると各粒子が融着して却っ
て粗大な空孔が形成されてしまうので、ＳＵＳ、Ｔｉ、
Ｃｕの場合は８００〜１０００℃の範囲が、Ａｌの場合
は３００〜４００℃の範囲が好ましい。

【００１６】このようにして得られた多孔質層は、５〜
１０００μｍの空孔径を有することが好ましい。空孔径
が大きすぎると、空気の浄化に使用しても微細な異物を
阻止できなくなり、清浄な空気が得られなくなるので、
１０００μｍ以下とする必要がある。また多孔質層の厚
さは薄いと強度が不足し、一方厚いと透過抵抗が大きく
なるので、１０〜１００μｍの厚さが好ましい。

【００１７】多孔質層を形成する金属粒子は、定形粒子
（球形あるいは粒状粉粒子）又は不定形粒子（角状粉粒
子のような鋭利な角をもつ粒子）のことが多いが、鱗状
あるいは薄片状であってもよい。基体への固定に焼付け
などの溶融手段を採用するときは、馴染がよいことから
基体と同じ素材であることが好ましい。しかし、素材が
異なっても適切なバインダーを適量に利用することなく
固定することができる。なお、基体と表面積を増大する
ための粒子とが異種の素材である場合には線膨張係数を
合わせておくか、どちらか一方の材の線膨張に見合う伸
縮性を保持していることが必要である。バインダーとし
ては無機ガラス、フリット（釉薬）、金属粉あるいは通
常の熱可塑性樹脂などを用い得る。上記金属粒子を積層
するには、スプレーやディッピングを数回繰り返すなど
の他にスクリーンを用いた転写（プリント）を繰り返す
などの手段がある。そして、積層に際して粒子を基体側
が密に基体から離れるにしたがって粗に積層する場合に
は、スプレー液やディッピング液における粒子の分散程
度（密度）を調節するとかプリントに使用するスクリー
ンの目の粗さを選択する。また、積層する粒子の粒径を
選択することでも可能である。さらに、断面における積
層の構造を選定することでも可能である。すなわち、正
確に位置決めできるスクリーンを数枚用い、積層の断面
形態において基体側を底辺とし基体から離れた位置に頂
点を備えた構造とする。この構造によっても上記金属粒
子は結果的に基体側が密に基体から離れるにしたがって
粗に積層される。

【００１８】図６は本発明の他の実施例に係る浄化装置
の斜視図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図であり、図１〜
４と同一機能部分は同一の参照符号で示す。この浄化装
置１は、直方体形状を有し、励起波長発生装置１４０の
周囲に、光触媒フィルターユニット４が着脱自在に装着
された構造を有する。励起波長発生装置１４０はＵ字形
状の冷陰極管１４１とそれを取囲むガラスカバー１４２
を有する。光触媒フィルターユニット４は、コ字形状の
透過接触性光触媒フィルター１３を含む。光触媒フィル
ター１３は、金属板からなるカバー１６及びカバー１７
で覆われた金属製不織布マット１８ならびに励起波長発
光装置１４０と対向する側に形成された光触媒機能層
（図示せず）を有する。上記のカバー１６、１７及び金
属製不織布マット１８を形成する金属材料としては、Ａ
ｌ、Ｔｉ又はＣｕあるいはそれらの合金、又はステンレ
ス鋼等を用い得る。金属製不織布マット１８の内周側に
は、例えば金網あるいはパンチングメタル（金属製薄板
に多数の切込みを入れ、切込みを略直角方向に引張って
全体を網状にしたもの）からなる金属製網目状体（図示
せず）が設けられ、その上に光触媒機能層（図示せず）
が担持されている。上記金属製不織布マット１８は、例
えば線径が１０〜１００μｍで、長さが数ｍｍ〜数１０
ｍｍのアルミニウム矩繊維又は長さが数１０ｃｍ以上の
アルミニウム長繊維をコ字状に積層し、次いで必要に応
じ圧着することにより形成される。上記浄化装置１によ
れば、光触媒フィルターユニット４の下方から同ユニッ
ト内に流入した汚染空気は、光触媒フィルター１３と接
触し、冷陰極管１４１からの紫外線で活性化された光触
媒により、汚染空気中の各種化合物が酸化分解され、清
浄空気がユニット４の上方から排出される。また光触媒
フィルターユニット４を洗浄する場合は、光触媒フィル
ターユニット４を図７に破線で示すように上方に引出せ
ばよい。

【００１９】本発明において、光触媒機能層は、例えば
ＴｉＯ_２などの光触媒半導体を混入しているゾル液を、
基体の表面にスプレーやディッピングで付着させ、乾燥
させたのち、５０℃〜５００℃未満の温度で焼き付けて
形成することができる。なお、ゾル中に光触媒半導体の
他にアモルファス型過酸化チタンまたは酸化チタンをチ
タン重量比（乾量）で１：１あるいは１：５の範囲で混
合しておくと比較的低い温度で光触媒半導体の粒子を強
固に担持させることができる。

【００２０】さらに、防黴殺菌などの機能補完用にＰ
ｔ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕＯ_２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯ
の粒子を微量混入したり、吸着機能を付加して酸化還元
による分解性能を向上させるためにゼオライト、シリカ
（二酸化ケイ素）、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシ
ウム、ルチル型酸化チタン、リン酸ジルコニウムなどの
無機材料、あるいは各種の活性炭、多孔質のフェノール
樹脂やメラミン樹脂を一種または二種以上混入すること
ができる。

【００２１】また、基体の表面に過酸化チタン水溶液な
どの保護材をスプレーして保護被膜を形成する下地処理
を施してから光触媒機能層を形成することもできる。い
ずれの場合も過酸化チタン水溶液（オキシサンタイニッ
ク・チタン・アシド）で事前に被膜を形成しておくとＴ
ｉＯ_２ゾル液の付着、展延性が改善されて濡れ易く、基
体の表面に光触機能層を均一に、かつ、広く形成するこ
とができる。この過酸化チタン水溶液は基体がステンレ
ス鋼のような金属の場合でも展延性に優れＴｉＯ_２ゾル
液を広く均一に塗布するのに有効である。過酸化チタン
水溶液はバインダーとしても機能するが、組成的にセラ
ミック系統のものを含まず、金属との相性が良いので基
体の表面に形成した光触媒機能層が、基体が撓んだり振
動しても剥離することが少ない。

【００２２】光触媒半導体としてはＴｉＯ_２の他にＺｎ
Ｏ、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｄＳ、ＣｄＯ、ＣａＰ、ＩｎＰ、
Ｉｎ_２Ｏ_３、ＣａＡｓ、ＢａＴｉＯ_３、Ｋ_２ＮｂＯ_３、
Ｆｅ _２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＳｎＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ
_３、ＮｉＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、ＭｏＳ_２、
ＭｏＳ_３、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ_２、ＣｅＯ_２などがある。
この中で酸化チタンＴｉＯ_２（アナターゼ型）が安価で
特性が安定しており、かつ、人体に無害であり、光触媒
として最も優れている。

【００２３】本発明は、上述した実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。例えば、光触媒
フィルターを収納する容器（シリンダー）の断面は円形
状あるいは矩形状のものに限らず、楕円形状あるいは多
角形状といった他の形状でもよく、また図３の装置に透
光性化粧窓を設けてもよい。また本発明は、室内の空気
浄化に限らず、大気の浄化、汚水（生活排水、工場排
水、下水等）の浄化等に適用できることはもちろんであ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の浄化装置は、流体中を浮遊する
有機化合物と光触媒機能層との接触機会が多く、高い浄
化性能を得ることが出来る。また本発明の浄化装置は、
光触媒フィルターユニットが着脱自在にケース内に収納
されているので、保守点検が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る浄化装置を示す斜視図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る浄化装置を示す斜視
図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図５】本発明の板状光触媒フィルターを構成する基体
の断面を示す模式図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る浄化装置を示す分解
斜視図である。

【図７】図６のＢ方向断面図である。

【符号の説明】

１浄化装置、３シリンダー、４光触媒フィルター
ユニット、１０ふた、１３光触媒フィルター、１４
励起発光管

フロントページの続きＦターム(参考） 4D048 AA17 AA21 AB01 AB03 BA02X BA06X BA07X BA13X BA14X BA15X BA16X BA17X BA19X BA20X BA21X BA22X BA24X BA26X BA27X BA32X BA35X BA36X BA38X BA41X BA42X BA44X BA45X BA46X BB07 BB08 BB17 BB18 CA01 CA07 CC08 CC35 CC38 CC40 CD05 EA01 EA04 4D050 AA12 AB11 BC04 BC06 BC09 BD02 4D064 AA19 BK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に沿って被処理流体が流れるシリ
ンダーと、前記シリンダーの内部に収納される光触媒フ
ィルターユニットを有し、前記光触媒フィルターユニッ
トは軸部材とその周囲に立体的に配設された複数の透過
接触性を有する光触媒フィルタを有すると共に、前記光
触媒フィルターの少なくとも一部は被処理流体の流れ方
向と交叉していることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】前記光触媒フィルターユニットは軸部材
の内部に励起波長発光体を有することを特徴とする請求
項１記載の浄化装置。
【請求項３】前記光触媒フィルターユニットは前記シ
リンダーの内部に着脱自在に収納されると共に、前記シ
リンダーは少なくともその一部を開閉する手段を有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の浄化装置。
【請求項４】前記シリンダーは励起波光を反射するこ
とが可能な材料で形成されかつ内面に光触媒半導体金属
を含む光触媒機能層を有することを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の浄化装置。
【請求項５】前記シリンダーは透光性化粧窓を有する
ことを特徴とする請求項４記載の浄化装置。
【請求項６】前記光触媒フィルターは、金属材料から
なる基板と光触媒機能層とを有することを特徴とする請
求項１記載の浄化装置。
【請求項７】一端側から他端側に向って被処理流体が
流れる光触媒フィルターユニットと励起波長発光装置を
有し、前記光触媒フィルターユニットは、前記励起波長
発光装置の周囲を取り囲む透過接触性光触媒フィルター
を含み、前記透過接触性光触媒フィルターは金属製不織
布を含む多孔質部材とそこに担持された光触媒機能層を
有することを特徴とする浄化装置。
【請求項８】前記励起波長発光装置は被処理流体が流
れる方向と交叉する方向に伸長しかつ少なくとも一端側
で折返を有し、前記多孔質部材は前記励起波長発光装置
の両側に配置されることを特徴とする浄化装置。