JP2000210570A

JP2000210570A - 光触媒装置

Info

Publication number: JP2000210570A
Application number: JP11017373A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ichikawa; 伸一市川; Yoshinori Furukawa; 義徳古川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒の効果を向上させ、使い勝手を向上し
た光触媒装置を提供する。【解決手段】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源１４の周囲に、外表面に光触媒膜１１が成膜された
ガラス管１２を配置する。光触媒表面１１にて有機物の
分解、悪臭成分の脱臭、菌類の殺菌等の光触媒反応を行
なう。光触媒膜１１の屈折率がガラス１２の屈折率より
大きい場合、光触媒膜中での光路長が長くなり、光源か
らの紫外光を有効に利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒を利用して
有機物の分解、悪臭成分の脱臭、菌類の殺菌等を行なう
光触媒装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境問題に対する社会的意識の向上にと
もない、生活環境の浄化を目的とした新技術が注目され
つつある。最近問題になっている食品内病原菌の発生と
増殖の対策が急がれる中、菌類に関する厚生省の新たな
環境規制法案が定められる方向にある。例えば、１９９
９年４月より米国の食品衛生管理方式ＨＡＣＣＰ（Haza
rd Analysis Critical Control Point）の導入により日
本全国の食品製造現場での菌類の測定検査が行なわれる
ようになるため、菌類の除去対策も新たに必要になって
くる。一方、日常生活に於いてもこれまで以上に空気や
水の質的向上、即ち人体に対してより安全で健康を維持
するために好ましい対策が求められるようになってきて
いる。

【０００３】一般に、外気との流通が乏しい密閉空間で
は多くの菌類が蓄積蔓延する現象が起きる。例えば、居
住室内の空気や冷蔵庫内の食品の汚染などである。これ
ら菌類の濃度は、悪臭で問題になるｐｐｔ、ｐｐｂ、ｐ
ｐｍオーダーよりも遥かに小さい濃度で存在する。しか
し人体への影響は大きく、菌類はアレルギー症状や様々
な病気を引き起こし、感染もする。生菌を分解処理して
無害化し、清浄な空気や水を必要とする生活環境での抗
菌技術は今後広く普及してゆくことが考えられる。

【０００４】臭気については、特に不快な成分について
の幅広い対策が望まれている。室内や冷蔵庫内の空気中
に拡散し、そのままでは呼吸により体内に入り込んだ
り、冷蔵庫であれば食品に付着する臭気成分の除去を簡
便に効率よく行なえる新技術の開発が必要とされてい
る。また、臭気成分の拡散と菌類の拡散は連動するので
浄化技術は結局両方の対策となる。

【０００５】室内や密閉空間の空気浄化に関しては、従
来脱臭を目的とした技術が多く提案されている。最も簡
単な方法は吸着剤やフィルターを利用するものである
が、これは物理的捕獲分離であるため、それらが吸着物
で飽和すれば交換あるいは洗浄する必要があり、回収処
理や再生の問題が出てくる。吸着剤やフィルターをファ
ンや空調機と併用する方法もあるが問題は同じである。
表面積あるいは容量が充分長期間持つ場合でも、徐々に
飽和するため長期にわたって初期の除去能力を保持する
ことはできない。また、吸着剤やフィルターは臭気成分
を濃縮して溜めておく場となる、更に例えば活性炭のよ
うな物質を吸着剤として使用する場合は寧ろ菌が吸着剤
の中で繁殖するなどの根本的な問題もある。

【０００６】脱臭も殺菌も、化学反応的に無害化するこ
とが一つの望ましい方法である。しかし例えばオゾンを
発生させて殺菌、脱臭する方法や波長の短い紫外線ラン
プによる殺菌もあるが、いずれも安全性や管理などの問
題があり、業務用としても取り扱いに注意を要する。家
庭用には更に取り扱い困難である。熱エネルギーの助成
を得て機能する一般的な触媒反応を利用したシステムで
脱臭を行なうこともできるが、案全対策とコストの問題
がある。このように、簡便で安全、且つ省エネ型で、し
かも脱臭と殺菌の両方を同時に行なえる新しい方法が望
まれている。

【０００７】このような状況の中、最近多数提案されて
いるのが光触媒を利用した脱臭、抗菌技術である。光触
媒は一種の半導体で、そのバンドギャップを越えるエネ
ルギーをもつ光子が光触媒に衝突すると、価電子帯の電
子を伝導帯へ励起して活性化した電子とホールのペアを
生み出し、そこに空気中の酸素や水分子が接触すると各
種活性酸素や水酸基ラジカルやイオンなどの活性種が光
触媒表面に生成して様々な有機物や悪臭成分、そして菌
類を酸化分解する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】光触媒の効果を最大限
に向上させるには光触媒材料そのものの性能を高めるこ
とが重要であるが、その後は如何に光を有効利用するか
にかかってくる。現在光触媒材料の中でも最も有力とさ
れている酸化チタンは、４００ｎｍ以下の紫外波長領域
の光によって励起される。従って、紫外領域波長をいか
に有効利用できるかが光触媒効果に大きく影響を及ぼ
す。一方、特開平１０−１１６５８７号公報に記載され
たような光源ランプと光触媒とを一体化したシステムで
は、光源の一部を構成するガラス管の外表面に半永久的
に使用可能な光触媒膜が成膜されている。光源ランプの
寿命は光触媒の寿命よりも短いため、光源ランプの寿命
が来たとき光触媒も含めて廃棄するか、少なくとも回収
することになる。

【０００９】本発明は、このような光触媒を用いた脱
臭、殺菌、防汚を同時に行なうシステムの現状に鑑み、
光触媒の効果を向上させ、また使い勝手を向上した光触
媒装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、光源と光触
媒膜とを分離した構造を採用する。そして、波長４００
ｎｍ以下の紫外光が屈折率が低い媒体から高い媒体へ入
射するとき生じる光の屈折や反射を利用して紫外光の利
用効率を高めることにより前記目的を達成する。すなわ
ち、本発明による光触媒装置は、波長４００ｎｍ以下の
紫外線を放出する光源と、光源の周囲に配置され外表面
に光触媒膜が成膜されたガラス管とを含むことを特徴と
する。光触媒表面にて有機物の分解、悪臭成分の脱臭、
菌類の殺菌等の光触媒反応を行なう。光触媒膜の屈折率
がガラスの屈折率より大きい場合、光触媒膜中での光路
長が長くなり、紫外光を有効に利用することができる。

【００１１】本発明による光触媒装置は、また、ブラッ
クライト光源と、ブラックライト光源の周囲に配置され
外表面にアナターゼ型結晶構造を含む酸化チタンからな
る光触媒膜が成膜されたガラス管とを含むことを特徴と
する。本発明の光触媒装置において、光源と光源の外側
に配置されたガラス管との間には空気が封じ込められて
いても構わない。

【００１２】本発明による光触媒装置は、また、波長４
００ｎｍ以下の紫外線を放出する光源と、光源の周囲に
配置され外表面に光触媒膜が成膜されたガラス管と、ガ
ラス管の周囲に配置され内表面に光触媒膜が成膜された
紫外線反射管とを含み、ガラス管と紫外線反射管の間を
流体が流通可能になっていることを特徴とする。本発明
による光触媒装置は、また、波長４００ｎｍ以下の紫外
線を放出する光源と、光源の周囲に配置され外表面に光
触媒膜を成膜したガラス管と、ガラス管の周囲に配置さ
れ内表面に光触媒膜を成膜した金属管とを含むことを特
徴とする。

【００１３】本発明による光触媒装置は、また、波長４
００ｎｍ以下の紫外線を放出する光源と、光源の周囲に
配置され外表面に光触媒膜が成膜されたガラス管と、ガ
ラス管の周囲に配置され内表面に光触媒膜が成膜された
通気性のある管状金属メッシュとを含むことを特徴とす
る。本発明による光触媒装置は、また、波長４００ｎｍ
以下の紫外線を放出する光源と、光源の周囲に配置され
表面に光触媒膜が成膜された管径の異なる複数のガラス
管とを含むことを特徴とする。紫外線を放出する光源の
周囲に、光触媒膜が形成された複数のガラス管を配置し
て多重管構造とすることにより、光触媒膜において紫外
波長領域の光子を充分に有効利用して光触媒反応効果を
増大することができる。

【００１４】本発明の光触媒装置は、光触媒に接触する
悪臭、菌類などを室温で化学反応的に効率よく脱臭、殺
菌することができる。この光触媒装置は、室内、水環
境、冷蔵庫内等での脱臭、殺菌を可能にする。冷蔵庫内
は、臭気成分にしろ菌類にしろ冷保存している食品自身
が脱臭剤であり菌類の捕獲剤となる。本発明は、これら
の好ましくない冷蔵庫内の浮遊物質を化学反応的に処理
し、無害化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。〔実施の形態１〕図１は本発明による光触媒装置の一例
を説明する図であり、図１（ａ）は管軸に垂直な装置断
面図、図１（ｂ）は管軸方向の装置断面図である。図１
に示すように、例えば光源である蛍光ランプの一部を構
成するガラス管１４の外周囲に外表面に光触媒膜１１を
成膜したガラス管１２を設置する。このとき２つのガラ
ス管１２，１４の間に空間距離を置き、この空間１３に
例えば空気を封じ込めるような構造になっている。空間
１３には、空気以外のガラスと屈折率の異なる媒体を入
れてもよいし、空間１３は真空であってもよい。２つの
ガラス管１２，１４がなるべく同心円状になり、両者間
の空間距離を均一にするため、例えばガラス管の両端に
Ｏ−リング１５を設けて両者を一体化してある。しか
し、２つのガラス管同士は簡単に分離できるので、光源
ランプの寿命が終わり、切れた際には光源ランプだけを
交換すればよい。光触媒膜１１を成膜したガラス管１２
は、光源ランプの寿命に左右されずに長期間使用でき
る。

【００１６】図１の光触媒装置は、屈折率の異なる媒体
を透過して行く光の性質を利用して紫外領域の光を有効
利用する仕組になっている。一般に異なる２種の媒体を
通る光の反射Ｒは次式で表わされる。ただし、ｎ₁＝媒
体１の屈折率、ｎ₂＝媒体２の屈折率である。Ｒ＝［（ｎ₂−ｎ₁）／（ｎ₂＋ｎ₁）］² これを書き直すと次式になる。

【００１７】Ｒ＝［（ｎ₂／ｎ₁−１）／（ｎ₂／ｎ₁＋１）］² 従って、屈折率ｎ₁と屈折率ｎ₂が近い値であると、光の
反射Ｒはゼロに近づき、反射は殆ど起きない。一方、屈
折率ｎ₂が屈折率ｎ₁に比較して充分大きく、ｎ₂／ｎ₁≫
１である場合、光の反射Ｒは１に近くなる、即ち反射率
がほぼ１００％となる。

【００１８】図２（ａ）に、異なる媒体を透過する光の
光路を示す。光源の一部を構成するガラス管１４の内側
からガラス管１４を透過してくる光１６は空間１３の空
気を透過し、更に外側のガラス管１２を透過して、その
表面の光触媒膜１１を透過する。光触媒膜が酸化チタン
である場合に、紫外領域の光が酸化チタンを透過中に吸
収されて光子のエネルギーが活性化電子の生成に使われ
る。同時にホールも生まれる。電子とホールのペアの生
成数は透過する光子の数に比例する。それらのペアは光
触媒膜１１の表面に移動して、光触媒膜１１に接してい
る空気中の酸素や水分と共に活性種を造り出す。光触媒
膜１１を透過する光の光路が長いほど、そして吸収せず
に透過する光が何度も透過して充分吸収されて電子／ホ
ールのペアをなるべく多く生みだすほど光の利用効率が
高くなり、単位表面積当たりの光触媒反応効果が向上す
る。

【００１９】図２（ｂ）は、特に光触媒に有効な光１６
の光路を表わしている。屈折率の異なる媒体、例えばガ
ラス１２と酸化チタン光触媒膜１１の界面で、ガラス１
２を透過してきた光１６の一部は光触媒膜１１で吸収さ
れ（従って活性電子とホールの生成に寄与する）、残り
の光は反射して進路を変えて再びガラス１２を透過し、
更に空間１３の空気を透過し、光源の一部を構成するガ
ラス１４に達する。ガラス１４に入射した光１６はガラ
ス１４の表面で一部反射し、再度光触媒膜１１に達して
吸収される。このようにして光触媒の活性化に利用でき
る波長の光をできるだけ使いきるような構造のシステム
になっている。

【００２０】光触媒膜１１が連続的である場合、即ち結
晶学的に且つ電気的に連続であり電子とホールが膜内全
域を移動できる膜であれば、上記の現象が特に有効とな
り光触媒反応が促進される［参考文献：Shinichi Ichik
awa and Ryota Doi,”Photoelectrocatalytic Producti
on of Hydrogen from Water on Transparent Thin Film
Titania of Different Crystal Structures and Quant
um Efficiency Characteristics”, Thin Solid Films,
292, 130 (1997)］。

【００２１】上記の光の反射を表わす数式に於いて、酸
化チタンの場合、紫外領域の光波長の屈折率ｎ₂が比較
的大きい。例えば波長３６０ｎｍの紫外光では、酸化チ
タンのｎ₂＝３．９に対してガラスのｎ₁＝１．５である
から約２０％が反射される（屈折率に関する参考文
献：”Handbook of Optical Constants of Solids”, e
dited by Edward D. Palk, Academic Press Incorporat
ed, London, 1985）。同じように空気とガラスの界面で
も反射が起きる。従って、図２（ａ）、（ｂ）に示した
ように波長３６０ｎｍの光が有効利用される。酸化チタ
ンの場合、屈折率の波長依存性が大きく、波長が短くな
るほど屈折率は大きくなるので、紫外領域を多く含む光
ほどガラスとの界面での反射率が大きくなる。

【００２２】更に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、
ガラス１２から光触媒膜１１に光が入射するときに屈折
率の低いガラスから屈折率の高い酸化チタンへと進むた
め、透過光はガラス１２と酸化チタン光触媒膜１１との
界面で曲げられて、光触媒膜１１を透過する紫外光の光
路が屈折によって長くなる。光路が長くなるということ
は紫外光の光子を吸収して発生する電子とホールの数が
多くなるということであり、従って光触媒効果が増大す
ることになる。このように、本発明の光触媒装置は、光
源から放出される光の性質を利用して光触媒反応効果を
増大することができる。

【００２３】以下に、光触媒の物性や光特性について実
験的知見も含めて述べる。６Ｗの一般型蛍光ランプ及び
６Ｗの主として３６５ｎｍの紫外光を放出するブラック
ライトを光源とし、図１に示した二重管光触媒装置を組
み立てて実験を行なった。光源の一部を構成するガラス
管はソーダガラスである。光源の外側のガラス管１２も
ソーダガラスを使用し、その外表面にゾル・ゲル法によ
り以下のようにして酸化チタンを成膜し、光触媒膜１１
とした。

【００２４】チタンテトライソプロポキシドを原料と
し、これを溶媒のエタノールに溶解したものに加水分解
液として塩酸水溶液を添加して熟成させたものをチタン
ゾル液とした。このチタンゾル液をその内表面（内壁）
にチタンゾル液が付着しないようにガラス管２の外表面
（外壁）だけにコーテイングし、その後焼成して成膜し
た。この方法で成膜した酸化チタンは結晶学的に、そし
て電気的に連続であり、アナターゼ結晶構造をもち、水
分解反応に於ける高い量子効率と高い光電流を示すこと
が発表されている［Shinichi Ichikawa and Ryota Doi,
Catalysis Today, 27, 271 (1996); Shinichi Ichikaw
a and Ryota Doi, Thin Solid Films, 292, 130 (199
7)］。このことは、この電子移動型連続薄膜光触媒が単
位光照射面積あたりの活性電子やホールの密度が高いこ
とを示し、従って有機物分解、脱臭、殺菌などの反応に
対しても高い活性を持つことを表わしている。

【００２５】ガラス管の表面及びガラス管に成膜した上
記光触媒膜の表面から透過光がどのような角度で外に放
出されるか、簡単な実験により傾向を見た。１ｍｍ程度
のピンホールを通して波長３６５ｎｍの照度を単位面積
当たりの光エネルギーとして、ガラス管表面から垂直に
放出された光と４５度の角度に放出された光とを各々測
定した。まず、６Ｗのブラックライトのガラス管１４か
らの４５度光は垂直光の２７．５％であったのに対し
て、そのブラックライトのガラス管１４の表面に直接上
記光触媒膜を成膜した場合は４５度光は垂直光の３４．
８％となった。これが単管方式の場合である。

【００２６】次に、図１，図２に示したように、光源の
一部を構成するガラス管１４の外側にもう一本のガラス
管１２を配置し、そのガラス管１２の外表面に光触媒膜
１１を形成した二重管構造の装置で同様の測定を行っ
た。まず、６Ｗのブラックライトのガラス管１４の外周
に設けたもう一つのガラス管１２からの４５度光は垂直
光に対して２９．９％であった。一方、そのもう一つの
ガラス管１２の表面に上記光触媒膜１１を成膜した場合
は４５度光は垂直光の３６．６％であった。

【００２７】これらのデータは、まずアナターゼ結晶構
造の酸化チタンの光触媒膜によりガラスとの屈折率の違
いから、光触媒膜を透過する３６５ｎｍの紫外光が角度
を変えて透過してくることを示している。この角度変更
により結果的に光触媒膜中での紫外光の光路が長くなる
ので、活性化電子とホールの数が増加して表面活性種が
増え、単位光触媒表面積当たりの活性が向上する。更に
このデータは、二重管構造として光源の周囲に配置した
ガラス管の外表面に光触媒膜を形成した場合には、波長
３６５ｎｍの紫外光は単管のガラス管から空気を経て二
重管のガラス管を透過するまでに単管のみの場合よりも
更に屈折して透過することを示している。屈折が大きく
なれば光路が長くなる。

【００２８】さて、上記の現象はある限られた光束の部
分をとらえて測定した結果得たものであるが、透過する
光子の数が多いため、全体的効果が大きい。波長３６５
ｎｍの光子は１０¹⁴photon／ｃｍ²・ｓから１０¹⁶photo
n／ｃｍ²・ｓの割合で常時発生している状態なので、光
触媒膜を透過しながらそれに対応した数の電子とホール
が生成し、更にそれらの電子やホールに対応した数の表
面活性種が造られて光触媒反応を起こす。

【００２９】次に、ガラス管そのものの光特性をいろい
ろな実験で測定した結果を述べる。従って、この実験で
はガラス管の表面には光触媒膜は成膜していない。ま
ず、６Ｗの一般型蛍光ランプのガラス管外表面での波長
３６５ｎｍの光エネルギーを測定した。管軸方向の場所
によって値は異なるが、平均的に０．０９３ｍＷ／ｃｍ
²であった。このランプのガラス管の外周に更にもう一
つのガラス管を設けた場合、外側のガラス管の外表面で
の波長３６５ｎｍの光エネルギーは、平均的に０．０７
７ｍＷ／ｃｍ²であった。光源からの光は２本目のガラ
ス管により一部吸収、反射されるのでエネルギーが低い
数値になる。また、６Ｗの主として波長３６５ｎｍの紫
外光を放出するブラックライトを構成するガラス管の外
表面の光エネルギーは平均４．２２ｍＷ／ｃｍ²、更に
その周囲に設けたもう一つのガラス管の外表面での光エ
ネルギーは平均３．５３ｍＷ／ｃｍ²であった。これら
の測定値から計算して、二重管方式で外側のガラス管の
外表面から放出される波長３６５ｎｍの光エネルギーは
光源の一部を構成するガラス管の外表面での光エネルギ
ーと比較して、一般型蛍光ランプでは８３％、ブラック
ライトでは８４％となる。このように光源からの光エネ
ルギーの値にかかわらず、二重管透過後の波長３６５ｎ
ｍの光エネルギーの比率はほぼ一定で変わらない。この
比率はガラス自体の物性で決まるものであり、単位断面
積当たり、単位時間当たりの光子の数によらないことを
示しており、理論的にも理解できる。従っていろいろな
種類の光源を使用しても上記の基本原理は同じである。

【００３０】上記と同様の光エネルギーの測定をパイレ
ックス（Pyrex borosilicate Corning 7740）のガラス
管についても行なった。パイレックスはソーダガラスに
比べてわずかに屈折率が低いがほぼ同じである（波長５
８９ｎｍでソーダガラスの屈折率１．５２に対してパイ
レックスは屈折率１．４７である）。一方、紫外光の透
過率はパイレックスの方がソーダガラスよりも高い。上
記のように波長３６５ｎｍの光エネルギー測定からパイ
レックス管とソーダガラス管との比較において、パイレ
ックス管の方が透過率が高かった。

【００３１】次に、真空排気、無油式循環ポンプなどを
装備した閉鎖循環系の反応容器の中に図１に示した二重
管光触媒装置（空間１３は空気）を設置して、代表的悪
臭成分であるアセトアルデヒト１０ｐｐｍを導入し、一
定濃度になるまで待った後、光源を点灯して反応を開始
する実験を行なった。濃度変化は、逐次気相サンプリン
グによりガスクロマトグラフで測定した。反応容器は室
温であった。

【００３２】図６に結果を示す。Ｃはアセトアルデヒド
の濃度をｐｐｍで表わしたもので、その対数値をとり反
応時間に対してプロットしている。ここでは、光源の各
種６Ｗランプのガラス管の外表面に直接アナターゼ型結
晶構造を持つ酸化チタンの連続薄膜を成膜した場合を単
管構造と云い、図１に示したように光源の外側に配置し
たガラス管２の外表面にアナターゼ型結晶構造を持つ酸
化チタンの連続薄膜を成膜した場合を二重管構造と云
う。図６において、（１）は単管構造で光源として６Ｗ
一般型蛍光ランプを使用した装置、（２）は二重管構造
で光源として６Ｗ一般型蛍光ランプを使用した装置、
（３）は単管構造で光源として６Ｗブラックライトを使
用した装置、（４）は二重管構造で光源として６Ｗブラ
ックライトを使用した装置の脱臭活性を表す。

【００３３】図６に示すように、いずれの装置において
も反応時間が経過するとアセトアルデヒドの分解反応が
進み濃度が下がる。いずれの場合も測定点がほぼ直線に
なることから、一次反応とみなすことができ、直線の勾
配の大きさが反応定数を表わす。つまりｌｏｇＣ対時間
の直線の傾きが反応速度の大きさを表し、この場合傾き
が大きいほど反応速度が大きく、活性が高いことにな
る。光源として一般型蛍光ランプを使用した場合、単管
構造（１）に対して二重管構造（２）の方が活性が約３
倍高い。また、光源としてブラックライトを使用した場
合の比較でも、単管構造（３）より二重管構造（４）の
方が活性が約３倍高い。

【００３４】つまり、いずれの場合に於いても単管より
も二重管の方が脱臭活性が高い。しかも、単管の場合よ
りも二重管の方が、光がガラス一枚余分に透過するた
め、上記の測定結果のように二重管の場合の方が単管の
場合よりも光エネルギーが少なくなっている。光エネル
ギーが低いにもかかわらず脱臭活性は逆に高くなってい
る。この点が本システムの重要なポイントである。二重
管の仕組みにより光エネルギーを有効利用できている。

【００３５】次に、家庭用冷蔵庫の中に上記各種光触媒
装置を設置して、冷蔵庫特有の悪臭成分であるトリメチ
ルアミンとメチルメルカプタンについても同様の測定を
行なった。各々の初期濃度は１０ｐｐｍとした。温度は
３℃〜５℃であった。いずれの成分の場合も図６と同じ
活性序列となり、単管に比べて二重管の優位性が低温で
も確認された。なお、脱臭活性はトリメチルアミンの方
がメチルメルカプタンの場合よりも高い結果が得られ
た。

【００３６】二重管の外側のガラス管をパイレックス管
とし、その外表面にアナターゼ型酸化チタン膜を成膜し
て上記３種類の悪臭成分の脱臭試験を行なった。その結
果、いずれの悪臭の場合もソーダガラス管よりも性能が
高くなった。これは、パイレックス管の紫外線透過率の
高さが影響しているものと考えられる。

【００３７】〔実施の形態２〕図１に示した二重管構造
の光触媒装置においても、光触媒膜にて吸収しきれない
波長４００ｎｍ以下の紫外線は外部に放出される。そこ
で、それを更に有効利用するために、図３に示すような
多重管構造の光触媒装置を製作した。図３（ａ）は管軸
に垂直な装置断面図、図３（ｂ）は管軸に平行な装置断
面図である。

【００３８】図３に示す光触媒装置は四重管構造になっ
ており、光源の一部を構成するガラス管２４の外側に管
径の異なるガラス管２２ａ，２２ｂ，２２ｃがそれぞれ
空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して配置されている。
内側のガラス管２２ａは外表面に光触媒膜２１ａを有す
る。中間のガラス管２２ｂは内表面と外表面に光触媒膜
２１ｂ，２１ｃを有し、外側のガラス管２２ｃは内表面
と外表面に光触媒膜２１ｄ，２１ｅを有する。内側のガ
ラス管２２ａは光源の一部を構成するガラス管２４にＯ
−リング２５を介して固定され、空間２３ａは空気を密
封した空間となっているが、内側のガラス管２２ａと中
間のガラス管２２ｂの間の空間２３ｂ、及び中間のガラ
ス管２２ｂと外側のガラス管２２ｃの間の空間２３ｃは
端部が開放されて外気が自由に流通するようになってい
る。

【００３９】図３に示した多重管構造の光触媒装置でア
セトアルデヒドの脱臭活性を測定した。この場合、外側
のガラス管２２ｃの外表面に成膜した光触媒膜２１ｅに
悪臭成分を含む空気を接触させるだけでなく、ガラス管
同士の間の空間２３ｂ，２３ｃにも悪臭成分を含む空気
を通し、尚且つ閉鎖循環式で測定を行なった。その結果
を、三重管構造、二重管構造の光触媒装置と比較したと
ころ、活性序列は管数の多いほど高く、多重管の効果を
示していた。なお、この場合も、全て装置において、ガ
ラス管２２ａ，２２ｂ，２２ｃとしてソーダガラスを用
いた場合よりもパイレックスガラスを用いた場合の方が
活性が高かった。

【００４０】〔実施の形態３〕図４に示す光触媒装置を
製作した。図４（ａ）は管軸に垂直な装置断面図、図４
（ｂ）は管軸に平行な装置断面図である。この光触媒装
置は、図１に示した二重管構造の光触媒装置の外側に、
光触媒膜付き金属メッシュ３６を配置したものに相当す
る。光源の一部を構成するガラス管３４の周囲に外表面
に光触媒膜３１を成膜したガラス管３２がＯ−リング３
５を介して配置され、さらにその外側に光触媒膜付き金
属メッシュ３６が配置されている。ガラス管３４とガラ
ス管３２の間の空間３３ａには空気が封じ込められてい
る。光触媒装置の周囲の流体は、装置端部の開放開口を
通して光触媒膜３１を備えるガラス管３２と光触媒膜付
き金属メッシュ３６の間の空間３３ｂに流入するととも
に、金属メッシュ６を通しても空間３ｂに流入すること
ができる。

【００４１】本実施の形態の光触媒装置と図１に示した
二重管構造の光触媒装置とを、アセトアルデヒドの脱臭
活性で比較した。その結果、本実施の形態の光触媒装置
では光は殆ど金属メッシュ３６の光源側の面にしか当た
らないが、二重管構造のみの光触媒装置を上回る脱臭活
性を示した。

【００４２】〔実施の形態例４〕図５に示す光触媒装置
を製作した。図５（ａ）は管軸に垂直な装置断面図、図
５（ｂ）は管軸に平行な装置断面図である。この光触媒
装置は、図１に示した二重管構造の光触媒装置の外側
に、内面に光触媒膜４１ｂを形成した金属管４６を配置
したものに相当する。金属管４６はアルミニウム等から
なり、紫外光を反射する。光源の一部を構成するガラス
管４４の周囲に外表面に光触媒膜４１ａを成膜したガラ
ス管４２がＯ−リング４５を介して配置され、さらにそ
の外側に内面に光触媒膜４１ｂを形成した金属管４６が
配置されている。ガラス管４４とガラス管４２の間の空
間４３ａには空気が封じ込められている。光触媒装置の
周囲の流体は、装置端部の開放開口を通して光触媒膜４
１ａを備えるガラス管４２と内面に光触媒膜４１ｂを形
成した金属管４６の間の空間４３ｂに流入する。

【００４３】本実施の形態の光触媒装置と図１に示した
二重管構造の光触媒装置とを、アセトアルデヒドの脱臭
活性で比較した。その結果、光触媒膜４１ｂのついた金
属管４６を二重管の外側に配置することが脱臭活性の向
上に寄与することがわかった。これは、金属管４６の表
面の光触媒膜４１ｂを光が透過して光触媒膜４１ｂと金
属管４６との界面で光が反射し、その反射光が内側のガ
ラス管４２の表面の光触媒膜４１ａに当たり、光が有効
利用されているためと考えられる。

【００４４】〔実施の形態５〕抗菌試験を行なう閉鎖循
環系の反応容器に単管構造の光触媒装置（ソーダガラス
管）または二重管構造の光触媒装置（ソーダガラス管）
を設置して、室内の空気を閉じ込めて室温で実験を行な
った。反応容器には空中菌サンプラーのフィルターが循
環ポンプのバイパス流路に取り付けられており、定期的
に一定時間の間に菌を捕取できるようになっている。捕
取後、フィルターに培養液を加えて７２時間の間３０℃
で培養し、菌コロニー数をカウントして菌の増減を判定
した。この場合総生菌数である。

【００４５】単管と二重管とを比較する場合は全く同じ
初期菌コロニー数で実験を行なうのは困難であるが、ほ
ぼ同じ条件で実験回数を増やして傾向を観察した結果、
図６の脱臭活性順位と同様の傾向になることがわかっ
た。また、菌の捕取フィルターと培養をブドウ球菌に限
定して判定し、且つブラックライトを使用した場合、単
管構造の光触媒装置と二重管構造の光触媒装置との差が
明確であり、二重管構造の光触媒装置の抗菌効果の高さ
が示された。このように脱臭活性と連動して抗菌効果が
みられたことは、いずれの場合においても二重管構造の
光触媒装置での表面活性種の発生速度が単管構造の光触
媒装置に比べて大きいことを示唆している。

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、光源から放出される紫
外領域の光を効率よく活用し、光触媒反応活性を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光触媒装置の一例を説明する図。

【図２】異なる媒体を透過する光の光路を示す図。

【図３】本発明による光触媒装置の他の例を説明する
図。

【図４】本発明による光触媒装置の他の例を説明する
図。

【図５】本発明による光触媒装置の他の例を説明する
図。

【図６】脱臭活性の比較図。

【符号の説明】

１１…光触媒膜、１２…ガラス管、１３…空間、１４…
蛍光ランプの一部を構成するガラス管、１５…Ｏ−リン
グ、１６…光、２１ａ〜２１ｅ…光触媒膜、２２ａ…内
側のガラス管、２２ｂ…中間のガラス管、２２ｃ…外側
のガラス管、２３ａ〜２３ｃ…空間、２４…光源の一部
を構成するガラス管、２５…Ｏ−リング、３１…光触媒
膜、３２…ガラス管、３３ａ，３３ｂ…空間、３４…光
源の一部を構成するガラス管、３５…Ｏ−リング、３６
…光触媒膜付き金属メッシュ、４１ａ，４１ｂ…光触媒
膜、４２…ガラス管、４３ａ，４３ｂ…空間、４４…光
源の一部を構成するガラス管、４５…Ｏ−リング、４６
…金属管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2E191 BA11 BD17 4C080 AA07 AA10 BB02 BB05 HH05 JJ03 KK08 LL10 MM02 MM07 QQ11 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA14A BA14B BA48A CA01 CA11 CA17 EA06 EA08 FA02 4G075 AA01 BA04 BA05 CA33 CA54 DA02 EB21 FB02 FB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源と、前記光源の周囲に配置され外表面に光触媒膜が
成膜されたガラス管とを含むことを特徴とする光触媒装
置。
【請求項２】請求項１記載の光触媒装置において、前
記光触媒膜の屈折率はガラスの屈折率より大きいことを
特徴とする光触媒装置。
【請求項３】ブラックライト光源と、前記ブラックラ
イト光源の周囲に配置され外表面にアナターゼ型結晶構
造を含む酸化チタンからなる光触媒膜が成膜されたガラ
ス管とを含むことを特徴とする光触媒装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の光触
媒装置において、前記光源と前記ガラス管との間に空気
が封じ込められていることを特徴とする光触媒装置。
【請求項５】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源と、前記光源の周囲に配置され外表面に光触媒膜が
成膜されたガラス管と、前記ガラス管の周囲に配置され
内表面に光触媒膜が成膜された紫外線反射管とを含み、
前記ガラス管と前記紫外線反射管の間を流体が流通可能
になっていることを特徴とする光触媒装置。
【請求項６】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源と、前記光源の周囲に配置され外表面に光触媒膜を
成膜したガラス管と、前記ガラス管の周囲に配置され内
表面に光触媒膜を成膜した金属管とを含むことを特徴と
する光触媒装置。
【請求項７】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源と、前記光源の周囲に配置され外表面に光触媒膜が
成膜されたガラス管と、前記ガラス管の周囲に配置され
内表面に光触媒膜が成膜された通気性のある管状金属メ
ッシュとを含むことを特徴とする光触媒装置。
【請求項８】波長４００ｎｍ以下の紫外線を放出する
光源と、前記光源の周囲に配置され表面に光触媒膜が成
膜された管径の異なる複数のガラス管とを含むことを特
徴とする光触媒装置。