JPH04146761A - 太陽電池起動式殺菌・脱臭器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ 本発明はオゾン（０，）を用いて空気を殺菌し空気中の
悪臭成分を分解して脱臭する殺菌・脱臭器に関する。

［従来の技術］ 従来、２００℃以下の低温において、典型的には室温に
おいて、空気中に含まれる悪臭成分を取り除く脱臭器と
して、活性炭を利用したものが広く用いられている。こ
れは、活性炭に悪臭成分分子を吸着させることにより脱
臭を行な、おうとするものであるが、吸着剤としての活
性炭の寿命が短くて頻繁に交換しなければならないとい
う問題点がある。

そこで、特開平１−２６９８４６号公報に示されるよう
な、オゾン発生器と脱臭触媒を用いた殺菌・脱臭器が提
案されている。これは、高圧電気を用いてオゾン発生器
によりオゾンを発生させ、オゾンと悪臭成分とを含んだ
空気を脱臭触媒中を通過させることにより、オゾンによ
って脱臭触媒が活性状態になり、活性状態の触媒が悪臭
成分分子を酸化・分解して脱臭を行なうものである。ま
た、オゾン発生器内で高圧電気放電が行なわれているこ
とにより、またオゾンの直接の効果により、空気中の細
菌類を死滅させることもできる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したオゾンを利用した殺菌・脱臭器は、オゾン発生
器のために高圧電気を発生させる必要があり、一般には
商用電源によって動作する。したがって、自動車の車室
内、ゴミ収集場所、日常は使用されない建造物内など、
商用電源の利用が難しい場所で使用することが困難であ
るという問題点がある。商用電源の代わりに乾電池を利
用するとしても、消費電流が大きく、乾電池の寿命が短
いという問題点がある。

本発明の目的は、商用電源や乾電池を使用せずに、長期
にわたって安定に作動する殺菌・脱臭器を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の太陽電池起動式殺菌
・脱臭器は、空気を殺菌し脱臭する殺菌・脱臭器におい
て、 太陽電池と、 該太陽電池から電力を供給されて高圧電気を発生する昇
圧回路と、 該昇圧回路で発生した高圧電気を放電させることにより
空気中にオゾンを発生させるオゾン発生器と、 オゾンと悪臭成分を含む空気が流入し、オゾン分子によ
って活性状態となり悪臭成分分子を酸化し分解する脱臭
触媒と、 前記太陽電池から電力を供給されて、外部の空気を前記
オゾン発生器に取り込んで通過させ、さらに前記脱臭触
媒を通過させて外部に排出する、空気流通手段とを有す
ることを特徴とする。

〔作　　　用Ｊ オゾンを発生するための電力と空気流通手段で必要とさ
れる電力とを太陽電池によって供給するので、商用電源
や乾電池を必要としない。

［実　施　例１ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の太陽電池起動式殺菌・脱
臭器の構成を示すブロック図である。

太陽電池板１は、昇圧回路２およびモータ５に低圧の直
流電流を供給するものであって、太陽光その他の光のよ
く当たる位置に設けられる。太陽電池板１は、昇圧回路
２およびモータ５に所定の電圧（例えば１．５〜１５Ｖ
程度）が入力されるように、太陽電池の単位セルを直列
に接続した構成となっている。太陽電池板ｌを構成する
太陽電池としては、単結晶シリコン（Ｓｉ）、多結晶シ
リコン、アモルファスシリコン、ガリウム・ヒ素（Ｇａ
Ａｓ）、カルコパイライト系（例えば、Ｃｕ−Ｉｎ−３
ｅ）など、通常の太陽電池として使用できるものであれ
ば、何でも使用することができる。コスト、入手の容易
さなどの点を考慮すると、単結晶シリコンあるいはアモ
ルファスシリコンの太陽電池を使用することが好ましい
。

昇圧回路２は、太陽電池板１から供給される低圧の直流
電流をオゾン発生器３で使用される高圧電気に変換する
ための回路であり、例えば出力電圧が数ｋＶ〜十数ｋＶ
であって電流容量がμＡ〜数ｍＡ程度のものである。昇
圧回路２としては、例えばトランジスタを使用したよう
な、公知のものを使用することができる。

空気流路８には、その上流側からオゾン発生器３、脱臭
触媒４、ファン６が設けられ、ファン６を回転駆動する
ことによって、空気流路８の外部の空気が気流７となっ
て取り入れられてオゾン発生器３、脱臭触媒４を通過し
、再び空気流路８の外部へ排出されるようになっている
。空気流路８の形状は、上述した空気の流れが効率よく
形成されるものであれば、どのようなものでもよい。ま
た、ファン６は、モータ５の回転軸に連結され、モータ
５に電力が供給されることによって回転駆動されるよう
になっている。すなわちモータ５、ファン６、空気流路
８で空気流通手段を構成している。

オゾン発生器３は、セラミック製の沿面放電りイブのも
のであり、高圧電気を供給されることによって内部で放
電が発生し、ここを通過する空気の中にオゾンを生成す
るものである。

脱臭触媒４は、オゾンによって活性状態となり、悪臭成
分分子を酸化・分解することによって活性状態から基底
状態に戻る酸化触媒であって、例えば、酸化マンガン（
ＭｎＯ□）や酸化チタン（ＴｉＯｚ）をシリカ（ＳｉＯ
□）、アルミナ（八β２０３）、活性炭（Ｃ）などの多
孔性物質の担体に担持したものである。この場合、脱臭
触媒４の空気に接触する表面をできるだけ広くするため
、前記担体としてはハニカム状に成形したものや粉粒体
のものが使用される。脱臭触媒４の実効的な体積（Ｗ）
と１時間に脱臭触媒４を通過する空気の体積（Ｖ）との
比Ｖ／Ｗには最適な値があり、通常はＶ／Ｗが１００−
１０万程度とされ、望ましくはＶ／Ｗは１０００〜７万
程度であり、より望ましくは１万〜５万程度である。

次に、本実施例の動作について説明する。

太陽電池板１に光、特に太陽光が照射されると、太陽電
池板１は起電力を生じて昇圧回路２とモータ５に低圧の
直流電流を供給する。モータ５は、この直流電流が供給
されたことによってファン６を回転駆動し、その結果、
空気流路８内において、その外部からオゾン発生器３、
脱臭触媒４を通って再び外部へと流れる気流７が発生し
、空気の循環が開始する。

一方、昇圧回路２は、太陽電池板１から低圧の直流電流
が供給されることによって高圧電気を発生し、オゾン発
生器３に供給する。オゾン発生器３では、前記高圧電気
によりオゾンが生成され、オゾン発生器３を通過した気
流中にオゾンが含まれるようになる。なお、このときオ
ゾン発生器３の内部では高圧電気の放電が継続している
ので、この放電の作用によりあるいはオゾンの直接の作
用により、空気中に含まれ気流７とともに空気流路８に
取り込まれた細菌は、オゾン発生器３を通過する際に死
滅する。すなわち、空気の殺菌が行われたことになる。

オゾン発生器３を通過した気流７は、次に脱臭触媒４を
通過する。このとき、気流７中に含まれるオゾンは脱臭
触媒４の表面に到達し、この到達した部位の脱臭触媒４
を活性状態にするとともに、オゾン自身は酸素分子（０
２）になる。空気中に含まれている悪臭成分分子は、気
流７に含まれて脱臭触媒４に到達するが、脱臭触媒４の
活性状態となった部位と接触して酸化され分解されて無
臭化する。このとき、悪臭成分分子と接触した脱臭触媒
４の部位は活性状態から基底状態に戻るが、再びオゾン
と接触することにより活性状態となって次の悪臭成分分
子を無臭化することができる。以上のような反応が、脱
臭触媒４の表面のあらゆる場所で繰り返し行われるので
、悪臭成分分子は次々と酸化・分解されて無臭化され、
また、オゾン分子は脱臭触媒４の外部へは漏れ出さない
。悪臭成分分子が無臭化された気流７は、空気流路８の
外部へと排出される。すなわち、空気の脱臭が行なわれ
たことになる。

太陽電池板１に光が当たっている限り、以上の動作が継
続して行なわれ、その結果、空気の殺菌と脱臭とが連続
的に行なわれることになる。

次に、太陽電池板１の面積とオゾンの発生量について説
明する。

本発明の殺菌・脱臭器では、オゾンを発生するためと、
空気流路８に空気を流すために、太陽電池板１で発生す
る電力を使用している。したがって、太陽電池板１の面
積は、日射量と必要とする電力量に応じて適切に決定さ
れなければならない。例久ば、この殺菌・脱臭器の対象
とする空間の体積が大きくなれば、単位時間に殺菌・脱
臭処理しなければならない空気の量も当然多くなるので
、より大出力のモータ５によってより大型のファン６を
回転駆動し、より大容量の昇圧回路２を使用してより多
量のオゾンを発生させなければならない。すなわち、太
陽電池板１の面積も大きくしなければならないことにな
る。このとき、モータ５と昇圧回路２に供給される電力
の比は、日射量が変化し、対象とする空間の体積が異な
り、太陽電池板ｌの面積が異なる場合でも、概ね一定で
ある。すなわち、最大日射量のときのオゾン発生器３に
おけるオゾン発生量と太陽電池板１の面積はほぼ比例す
る。

ところで、本発明の殺菌・脱臭器では、脱臭触媒４が正
常に触媒活性を維持している限りは、オゾン発生器３で
発生したオゾンが殺菌・脱臭器の外部に漏れ出すことは
ないが、何らかの理由で脱臭触媒４が失活したり失われ
たりした場合、オゾンがそのまま漏れ出すこととなる。

高濃度のオゾンは人体に有害であるので、いかなる場合
においても、この殺菌・脱臭器が設置される空間のオゾ
ンの濃度がある一定値を上回ることがないようにしなけ
ればならない。

ちなみに、前記ある一定値は、殺菌・脱臭器の設置され
る場所が常時人の立ち入る場所なのかどうか、立ち入る
人は作業従事者なのか一般公衆なのかなどを考慮して定
められる。オゾンの発生量が最大となるのは日射量が最
大のときであるから、このときに脱臭触媒４が失われて
いたとしても、対象とする空間のオゾンの濃度が前記あ
る一定値を上回らないように、オゾンの消減速度を勘案
して、太陽電池板１の面積を定めておけばよい。

次に、脱臭触媒４が失われていたとしても、最大日射量
のときにオゾンの濃度が前記ある一定値を上回らないた
めの、オゾンの発生量の上限値の計算方法について説明
する。

前記ある一定値は、上述のように、対象とする場所に常
時人が立ち入るかどうかなどによって異なるが、いずれ
の場合であってもせいぜいｐｐｍオーダー以下である。

この濃度領域では、自由空間中のオゾンの自然消滅は一
次反応であり、対象とする空間の内部と外部との間の自
然換気や壁面での消滅を計算に入れても一次反応とみな
すことができる。つまり、オゾンの消減速度はオゾン濃
度に比例する。オゾンの自然消滅の半減期は自然換気な
どを考慮に入れないと約８時間であるから、半減期の値
として８時間を採用する。このときの消滅の速度定数に
は、 に＝−ｊ２ｎ２＝８．６６ｘｌＯ−２（ｈ−’）となる
。ここでオゾンの生成速度と消減速度が前記ある一定値
の濃度で平衡となるときの前記生成速度がすなわちオゾ
ンの発生量の上限値であるから、前記生成速度を求めれ
ばよいことになる。前記ある一定値をａ　（ｐｐｍ）　
、対象とする空間の体積を■（ρ）とすれば、標準状態
（０℃、１気圧）において、前記生成速度はａ−に−■
×１０−’／２２．４＝０．３９・ａ−ＶＸＩＯ−’（
ｍｏｌ・ｈ−１）である。オゾンの分子量が４８である
ことにより、この生成速度は１．８７ｘ１０−’Ｘａ−
Ｖ　（ｍｇ−ｈ−’）と表わすことができる。

オゾンの濃度の前記ある一定値として、例えば１９８５
年の日本産業衛生学会の勧告値である０、ｌｐｐｍを採
用すると、容積３ｍ３の自動車の車室に対しては５．６
ｘ　１０−２ｍｇ−ｈ−’、容積斗○ｍ３の室内に対し
ては０．７５ｍｇ　−ｈ−’がオゾンの発生量の上限値
ということになる。オゾンの発生量がこの上限値以下で
ある限り、たとえ脱臭触媒４が失なわれていたとしても
、対象とする空間のオゾンの濃度がＯ，ｌｐｐｍを越え
ることはない。なお、上述の計算例において、オゾンの
消滅の半減期には、自然換気や壁面での消滅の分が含ま
れていないので、実際にはオゾンの発生量が上記の計算
値より多い場合であっても、オゾンの濃度がＯ，ｌｐｐ
ｍを越えることはない。

自然換気や壁面での消滅を含めたオゾンの半減期を評価
できる場合には、その評価した半減期を用いてオゾンの
発生量の上限値を算出すればよい。また、オゾンの消滅
は光の存在によって加速されるので、暗い状態での半減
期のデータから最大日射量のときのオゾン発生量の上限
値を求めることにより、安全側に数値を計算しているこ
とになる。

次に、本発明の殺菌・脱臭器の適用範囲について説明す
る。

本発明の殺菌・脱臭器は、ゴミの最終処分場のように無
限大とみなせる空間から極小の容積の空間までいずれの
大きさの空間を対象とすることができる。しかしながら
、太陽電池を利用していることから有限の大きさの空間
に適用することが望ましく、例えば、２５０ｍ３程度以
下の室内に適用することがよい。更に望ましくは３ｍ３
以下の自動車などの車室内に適用するのがよい。また、
この殺菌・脱臭器は、−２０〜＋２００℃程度の温度範
囲であれば動作させることが可能であるが、各構成部品
の耐熱性などを考慮すれば−２゜〜＋４５℃程度で動作
させることが望ましく、使用している脱臭触媒の能力を
考慮すると＋１０〜＋３５℃程度で最も効率よく作動さ
せることができる。脱臭の対象となる悪臭成分は、脱臭
触媒の組成を変更することによって多少変化するが、硫
化物などの化学物質からタバコの煙や生ゴミの臭気成分
（いずれも主成分はアンモニア）まで脱臭することがで
きる。

次に、本発明の太陽電池起動式殺菌・脱臭器を実地に適
用した例について説明する。

実施例１ 自動車の車室（容積的３ｍ３）に、本発明の殺菌・脱臭
器を設置した。太陽電池板１は、５ｃｍＸ１８ｃｍの大
きさのものであって、アモルファスシリコン太陽電池か
らなり、日射量が約０．５ｋ　Ｗ　／　ｍ　２の太陽光
が当たるようにされた。このとき、太陽電池板１の出力
電圧は約６■であり、これが昇圧回路によって約２ｋＶ
の高圧電気に変換され、これによってオゾン発生器３は
５．６×１０−”ｍｇ／ｈの割合でオゾンを発生してい
た。

このオゾン発生量は上述の計算例によるオゾン発生量の
上限値と等しい。脱臭触媒４は縦２７ｍｍ、横６０ｍｍ
、奥行２７ｍｍ、触媒量６５ｃｍ３のハニカム状のもの
であって、その組成はＭｎＯ２／Ｔ　ｉ　０２−３　ｉ
　０２−ＡＩ２２０３Ｃであった。また、ファン６はモ
ータ５によって回転駆動され、流量が３．２４ｍ’／ｈ
の気流７が空気流路８内に発生した。この場合、上述の
Ｖ／Ｗの値は約５００００となる。

予め、車室内にアンモニア（ＮＨ３）を濃度が２０ｐｐ
ｍになるよう拡散させておき、この殺菌・脱臭器を動作
させ、車室内のアンモニア濃度の変化を測定した。その
結果を第２図に示す。この図から明らかなように、アン
モニアの濃度は時間の経過とともに減少し、脱臭効果が
確かめられた。

実施例２ 容積が約４０ｍ３　（５ｍＸ４ｍｘ２ｍ）の室内に本発
明の殺菌・脱臭器を適用した。太陽電池板１は、単結晶
シリコン太陽電池からなるものであり、その大きさは４
０ｃｍＸ３０ｃｍであって、屋外の太陽光のよく当たる
場所に設置されている。脱臭触媒４には、ＭｎＯ□　・
ＣａＯ・Ｋｇ　Ｏ／Ｔ　ｉ　Ｏｘ　−３ｉ　０２−Ａρ
２０３Ｃなる組成の、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、奥
行６０ｍｍ、触媒量８５０ｃｍ３のハニカム状あるいは
粉粒状のものを使用した。太陽電池板１に日射量０．５
ｋＷ／ｍ”の太陽光が当たっている条件下で、室内に予
めアンモニアを濃度が２０ｐｐｍになるように拡散させ
ておき、アンモニア濃度の変化を調べた。このとき太陽
電池板１の出力電圧は約１２Ｖであり、昇圧回路２はこ
れを約４ｋＶの高圧電気に変換し、オゾン発生器３は０
．７５ｍｇ／ｈの割合でオゾンを発生していた。このオ
ゾン発生量は上述の計算例でのオゾン発生量の上限値と
等しい。また、空気流路８での気流７の流量は４０ｍ’
／ｈであり、上述のＶ／Ｗは約４７０００である。アン
モニア濃度の変化の結果を第３図に示す。この図から明
らかなように、アンモニアの濃度は時間とともに減少し
、脱臭効果が確かめられた。

実施例３ 家庭の生ゴミを収集するためにゴミが一時的に置かれる
ゴミ収集場所に、本発明の殺菌・脱臭器を適用した。こ
のゴミ収集場所は、地面に１ｍ四方の窪みが設けられ、
この窪みにゴミが置かれるようになっている。また、地
面から高さ１．５ｍのところには、この窪みを覆うよう
に、屋根状の覆いが設けられている。なお、屋根状の覆
いと地面との間には壁は設けられていない。

この屋根状の覆いの頂部に、実施例２で用いたのと同様
の殺菌・脱臭器を取り付け、太陽電池板１に太陽光が直
接当たるようにし、覆いの下側にある空気を殺菌・脱臭
するようにした。８月のよる日、生ゴミを前記窪みに置
いた上で、気温、日射量、覆いの下の部分でのアンモニ
ア濃度を測定した。その結果を第４図に示す。第４図に
おいて、−点鎖線は午前１０時から午後４時まで殺菌・
脱臭器を作動させたときのアンモニア濃度の変化を示し
、破線は殺菌・脱臭器を設置しなかった場合のアンモニ
ア濃度の変化を示す。

この結果より明らかなように、殺菌・脱臭器を設けなか
ったときのアンモニア濃度の最大値が約２．８ｐｐｍで
あるのに対し、本発明の殺菌・脱臭器の使用することに
よって、アンモニア濃度の最大値は約１．３ｐｐｍとな
って、明らかに脱臭効果が見られた。また、殺菌・脱臭
器を設けない場合のアンモニア濃度は、日射量の変化か
ら約１．５〜２時間時間遅れて変化するが、本発明の殺
菌・脱臭器は太陽電池を使用しているため、脱臭能力は
ほぼ日射量に比例する。したがって、この殺菌・脱臭器
を早朝より作動させておけば、悪臭成分の増加に対して
先制的に脱臭を行うことができて悪臭成分の蓄積を防ぐ
ことができ、効果的に脱臭を行うことができる。なお、
ここで述べた日射量と悪臭成分の濃度との相関は一般に
言えることである。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明の殺菌
・脱臭器では、動力源として太陽電池を使用し、この太
陽電池の寿命は少なくとも２０年であり、またオゾン発
生器の寿命は少なくとも１０年である。よって、少なく
とも１０年はほとんどメンテナンスを行なうことなく、
作動させることができる。一方、実施例１の殺菌・脱臭
器において太陽電池板１の代わりに単１型のアルカリ電
池４本を使用し、１日に７時間作動させたときの電池寿
命は約１ケ月である。したがって、太陽電池を使用する
ことによって、省エネルギーを達成し、保守性が大いに
高まったといえる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、オゾンを発生するための
電力と空気流通手段で必要とされる電力とを太陽電池に
よって供給することにより、商用電源や乾電池を使用せ
ずにすみ、商用電源の利用が難しい場所の空気の殺菌・
脱臭を容易にかつ高い保守性でもって実現することがで
きるという効果がある。また、脱臭能力が日射量に比例
し、般に悪臭成分の発生量は日射量と相関があるので、
効率よく脱臭を行なえるといつ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽電池起動式殺菌・脱臭
器の構成を示すブロック図、第２図は本発明の殺菌・脱
臭器を適用した自動車の車室内におけるアンモニアの濃
度の変化を示す特性図、第３図は本発明の殺菌・脱臭器
を適用した室内におけるアンモニアの濃度の変化を示す
特性図、第４図は本発明の殺菌・脱臭器を適用したゴミ
収集場所における気温と日射量とアンモニア濃度の変化
を示す特性図である。 １・・・太陽電池板、　　　　２・・・昇圧回路、３・
・・オゾン発生器、　　４・・・脱臭触媒、５・・・モ
ータ、　　　　　　６・・・ファン、第 図 桂過８）藺（分） 第 図 紅過咋閉（匍

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気を殺菌し脱臭する殺菌・脱臭器において、 太陽電池と、 該太陽電池から電力を供給されて高圧電気を発生する昇
   圧回路と、 該昇圧回路で発生した高圧電気を放電させることにより
   空気中にオゾンを発生させるオゾン発生器と、 オゾンと悪臭成分を含む空気が流入し、オゾン分子によ
   って活性状態となり悪臭成分分子を酸化し分解する脱臭
   触媒と、 前記太陽電池から電力を供給されて、外部の空気を前記
   オゾン発生器に取り込んで通過させ、さらに前記脱臭触
   媒を通過させて外部に排出する、空気流通手段とを有す
   ることを特徴とする太陽電池起動式殺菌・脱臭器。