JPH0938192A

JPH0938192A - 空気浄化装置

Info

Publication number: JPH0938192A
Application number: JP7195576A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamanaka; 修山中; Tadanobu Iwasa; 忠信岩佐; Masato Tamaki; 真人田牧; Kazuhiro Sakai; 和宏酒井; Toshio Yamaguchi; 寿夫山口
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】手軽に利用できかつ効率的に空気を浄化できる
空気浄化装置を提供する。【解決手段】この空気浄化装置は、互いに平行な多数の
貫通孔２３をもつハニカム担体２０と、ハニカム担体２
０の端面および貫通孔を区画する隔壁の内面に設けられ
た二酸化チタンの薄膜２２と、ハニカム担体２０の端面
に紫外線を照射する発光ダイオード４とを具備する。ハ
ニカム担体２０の占める体積に比して二酸化チタンの薄
膜２２の面積が大きい。また発光ダイオード４が極めて
小さいため、発光ダイオード４を組み入れるスペースも
少なくてよく、それだけ本発明の空気浄化装置はコンパ
クトとなる。また、空気は多数の貫通孔２３を通ること
ができるため、圧力損失も少ない。従って、小型の装置
で多量の空気を効率的に浄化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は二酸化チタンの薄膜からな
る光触媒反応を利用した空気浄化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、二酸化チタンＴｉＯ₂に代表され
る光半導体の微粒子による光触媒作用、特にその強い酸
化触媒作用に高い注目が集められている。即ち、二酸化
チタン等の光半導性を有する粒子状物質をそのバンドキ
ャップエネルギ以上の光（二酸化チタンの場合は４００
ｎｍ以下の光、即ち、紫外線）で照射すると、価電子帯
の電子が光励起されて伝導帯に移り、伝導帯には自由電
子が生成すると共に、価電子帯には正の電荷を帯びた粒
子（正孔）が生成する。これらの正孔と電子とは半導体
粒子内部を運動し、時間の経過と共に再結合して消滅す
る。しかしその粒子表面に空気または水、或いはそれら
の正孔や電子よりもエネルギの低い空順位を有する化合
物やイオンが存在すると、その粒子表面を通してそれら
の正孔と電子が化合物やイオンに移動し、その結果、正
孔は粒子表面に接触する化合物やイオンを直接酸化し、
或いは活性酸素の１つである水酸基ラジカルを生成す
る。

【０００３】また、電子による還元反応は主に酸素の還
元であり、電子が付加された酸化性のある酸素種が生成
される。こうして、光半導体微粒子は光が照射されるこ
とによって酸化性の活性表面を形成し、有機化合物の分
解等に触媒として作用する（「季刊化学総説『光が
関わる触媒化学』Ｎｏ．２３，１９９４）。このような
光半導体微粒子による酸化触媒作用は、光半導体の中で
も二酸化チタンが特に高い。また、二酸化チタンは安定
性や安全性にも優れている。そして、この二酸化チタン
の微粉末を薄膜として基体表面に担持して光触媒を形成
し、紫外線照射時のその高い酸化力を有機化合物等の分
解に利用した種々の応用が既に知られている。

【０００４】例えば、二酸化チタンの薄膜からなる光触
媒をコーティングした中空のガラスビーズは海上に流出
した原油の分解剤として知られている。すなわち、ガラ
スビーズ表面に付着した原油は太陽光中の紫外線によっ
て活性化された二酸化チタンの強い酸化触媒作用によっ
て分解される。また最近では、室内空気の脱臭または消
臭、殺菌（抗菌）、タバコのヤニや油膜等の汚れの分解
にもその応用が試みられ、自然光または蛍光灯の光に含
まれる紫外線を利用してその光触媒を活性化させ、それ
の酸触媒反応によって接触するメルカブタン等の臭気化
合物、或いはタバコのヤニ等の有機物を分解し、また
は、細菌等の微生物を死滅させ、またはその繁殖を抑え
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】空気の浄化は紫外線を
受けて活性化した二酸化チタンの薄膜の強い酸化さよう
にある。このため多量の空気を効率的に浄化するには大
面積の二酸化チタンの薄膜を必要とする。また、従来
は、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）の薄膜を活性化させる紫
外線源として、太陽光や蛍光灯に頼っていた。このた
め、太陽で照射されていない所では利用できないとか、
大きな蛍光灯を必要とした。

【０００６】本発明はかかる不都合を解消するもので、
手軽に利用できかつ効率的に空気を浄化できる空気浄化
装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の空気浄化装置
は、互いに平行な多数の貫通孔をもつハニカム担体と、
該ハニカム担体の端面および該貫通孔を区画する隔壁の
内面に設けられた二酸化チタンの薄膜と、該ハニカム担
体の端面に紫外線を照射する発光ダイオードと、を具備
することを特徴とする。本発明の空気浄化装置はハニカ
ム担体の内面に二酸化チタンの薄膜を設けることにより
二酸化チタンの薄膜の面積を大きくし、発光ダイオード
を採用することによりコンパクト化したものである。

【０００８】この空気浄化装置のハニカム担体は、互い
に平行な多数の貫通孔をもつハニカム構造のもので、排
気ガス等の浄化のための触媒に用いられるハニカム担体
をそのまま使用できる。ハニカム担体としては、その材
料にセラミックスを使用したセラミックスハニカムとス
テンレススチールの薄膜を使用したメタルハニカムとが
知られているが、いずれのハニカム担体も本発明のハニ
カム担体として使用できる。

【０００９】また、他の材料で形成されたハニカム担体
も使用できる。しかし本発明のハニカム担体は二酸化チ
タンの光触媒作用により強い酸化作用を被るため、耐酸
化性すぐれた材質で作られたハニカム担体が好ましい。
セラミックスハニカムおよびメタルハニカムはともに耐
酸化性に優れ、本発明のハニカム担体として優れてい
る。

【００１０】紫外線はハニカム担体の端面を照射し、貫
通孔に入った紫外線により貫通孔の内面に形成された二
酸化チタンの薄膜を照射する。当然に貫通孔の奥側には
紫外線が届きにくい。このためハニカム担体の軸方向の
長さは比較的短くても良い。なお、紫外線がハニカム担
体の両側の担体を照射する場合には、一方の側から照射
されるものに比較して、軸方向に２倍の長さとするのが
合理的である。

【００１１】二酸化チタンの薄膜はハニカム担体の端面
および該貫通孔を区画する隔壁の内面に設けられてい
る。ハニカム担体の全面を二酸化チタンの薄膜で覆って
もよい。この二酸化チタンの薄膜を形成する二酸化チタ
ンの粒子径は、十分に小さいほど「量子サイズ効果」等
によって光触媒作用が高い。そのため、その薄膜は、二
酸化チタンのコロイドを基体表面に塗布し焼成する等の
方法によって、一般に０．３μｍ以下、好ましくは０．
２μｍ以下の膜厚の透明な薄膜として、またはそのよう
な薄膜を多層化した薄膜として形成するのが好ましい。
また、物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的蒸着法（ＣＶ
Ｄ）等の方法によって形成することもできる。

【００１２】ハニカム担体の端面およびその貫通孔を区
画する隔壁の内面への二酸化チタンの薄膜の形成は、触
媒の担持層の形成と同じスラリー浸漬法でおこなうこと
ができる。具体的には、二酸化チタンの粉末を水等の適
当な液体でスラリーを形成し、スラリー中にハニカム担
体を浸漬し、ハニカム担体の端面および内面にスラリー
を付着させ、その後液体を蒸発させ、必要なら、仮焼し
て二酸化チタン層を形成するものである。

【００１３】なお、スラリー中に適当なバインダーを混
入することにより、丈夫な二酸化チタンの薄膜を形成で
きる。バインダーは、強い酸化作用を受けるために、耐
酸化性の高い、無機バインダーとか、フッ素樹脂系ある
いはシリコン樹脂系のバインダーを採用するのが好まし
い。本発明の発光ダイオードは、ハニカム担体の端面に
紫外線を照射するものである。当然に紫外線はハニカム
担体の貫通孔にも入り、その貫通孔を区画する内面も照
射する。

【００１４】発光ダイオ−ドは、紫外線を放出できるも
ので、具体的にはｐｎ接合された窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系光半導体の結晶体で構成することができる。この
ｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結
晶体は、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即
ち、紫外線を放射する。発光ダイオードは、ハニカム担
体の端面より間隔を隔てた前方、後方あるいは前後の両
方に配置される。発光ダイオードは必要に応じて複数と
することもできる。

【００１５】既存の空調装置等の装置に本発明の空気浄
化装置を組み込む時には、空調装置等のダクト内に本発
明のハニカム担体を組み込み、その担体の端面より間隔
を隔てた前方、後方あるいは前後の両方にあたるダクト
の部分に発光ダイオードを固定することにより達成でき
る。また、既存のダクトとは別に、空気が通る通路を形
成する筒状のケースを用い、このケース内に本発明のハ
ニカム担体および発光ダイオードを組み込むことができ
る。このケースを持つ本発明の空気浄化装置は、既存の
空調装置等の装置のダクト内に設置して使用することが
できる。

【００１６】なお、空気の流れがない場合には、送風機
を組み付け、ハニカム担体の貫通孔に空気が流れるよう
にする必要がある。本発明の空気浄化装置は、そのハニ
カム担体の貫通孔に空気が流れているときに、発光ダイ
オードに電流を流し、発光ダイオードを点灯し、紫外線
を放射させる。これによりハニカム担体を流れる空気が
浄化される。

【００１７】本発明の空気浄化装置は新鮮な空気の必要
とする室内、空調装置等のダクト内等に使用できる。

【００１８】

【作用】本発明の空気浄化装置は、ハニカム担体の表面
に二酸化チタンの薄膜を形成している。ハニカム担体は
互いに平行に多数の貫通孔をもち、これらの貫通孔を通
して空気が流れる。貫通孔を区画する隔壁の壁面の面積
が広く、それだけ二酸化チタンの薄膜の面積も広くな
り、それだけ空気の浄化が高まる。また、ハニカム担体
を通過する際の空気の圧力損失も大きくなく、空気の駆
動に大きな負担とはならない。

【００１９】発光ダイオードは紫外線を放射し、ハニカ
ム担体の二酸化チタンの薄膜を活性化させる。そしてこ
の薄膜に接触する空気中に含まれる臭い成分とか煙成分
を酸化分解し、空気を浄化する。発光ダイオードは非常
に小さな発光素子であるため、発光ダイオードを組み込
むために必要なスペースは大きくない。このため本発明
の空気浄化装置はコンパクトになる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の実施例の空気浄化装置を示す。この空気浄化装置
は金属製で筒状のケース１とこのケース１の筒孔１１に
間隔を隔ててその内壁１２に固定された２個のハニカム
担体触媒２とこれら２個のハニカム担体触媒２の中間に
位置し、ケース１の内壁１２に固定された格子壁３とこ
の格子壁３の両面に固定された複数個の発光ダイオード
４とからなる。

【００２１】ハニカム担体触媒２はその一部断面を拡大
して図２に示すように、セラミックス製のハニカム担体
２０とその隔壁２１の端面および壁面に形成された二酸
化チタンの薄膜２２で形成され、その軸方向に貫通し互
いに平行な多数の貫通孔２３をもつ。二酸化チタンの薄
膜２２は二酸化チタンのコロイド状微粉末をバインダー
としての水ガラスを加えた水に分散させてスラリーを形
成し、このスラリー中にハニカム担体を浸漬して隔壁２
１の全面にスラリーを接触させ、スラリーから引き上げ
て、乾燥したものである。なお、この二酸化チタンのコ
ロイドは、通常の顔料とは異なり、二酸化チタン表面に
不活性化皮膜を持たず、直接二酸化チタン表面が表出し
ている。

【００２２】格子壁３は全体形状が円板状となり、多く
の比較的大きな孔が格子間に形成されている。そして中
央部の格子の交差部の両面に発光ダイオード４を固定し
たものである。発光ダイオ−ド４はｐｎ接合された窒化
ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなる光を放
射するチップと、このチップを封止すると共に放射され
た光に指向性を与えるモ−ルドレンズとを主要部として
備える小さな発光素子である。この発光ダイオ−ド７
は、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫
外線を放射する。

【００２３】なお、発光ダイオ−ド４は、波長３６０〜
４００ｎｍのスペクトル範囲の光のみ放射するものであ
ることが、発光効率及び電力消費の点で好ましい。しか
し、実際には、発光ダイオ−ドの放射する光は、半導体
レーザの場合とは異なり、一般に少なくとも５０ｎｍの
スペクトル範囲を有するため、波長３６０〜４００ｎｍ
のみの光を放射する発光ダイオ−ドを得ることは困難で
ある。そのため、ここで使用する発光ダイオ−ド３とし
ては、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を十分に含む光
（電磁波）を放射するものであれば、どのような発光ダ
イオ−ドでも使用することができる。

【００２４】しかし、この発光ダイオ−ド４としては、
好ましくは、人体に有害な紫外線、即ち、３２０ｎｍ以
下の波長の遠紫外線（ＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃ）を放射しな
いものが好ましい。そして、このような発光ダイオ−ド
３によれば、人体に無害な空気浄化装置を形成すること
ができ、日常生活における用途にも安全に使用すること
ができる。

【００２５】これに対して、可視光である４００ｎｍ以
上の波長の光は人体に無害であるため、このような可視
光を含む光を放射する発光ダイオ−ドは、何等問題なく
使用することができる。また、そのような発光ダイオ−
ド４を使用することによって、その発光ダイオ−ド４が
作動していることを容易に確認することができ、更に、
その可視光が明彩色である場合には照明や表示としての
効果を得ることができる。ただし、４００ｎｍ以下の波
長の光（紫外線）であっても、３８０ｎｍ程度までの光
はぼんやりとした背景（暗い紫色）を呈するため、発光
ダイオ−ド４が４００ｎｍ以下の波長の光のみ放射する
場合でも、その光は完全なブラック光ではなく、一般に
視認可能なものである。

【００２６】本実施例の空気浄化装置は、図１の矢印に
示されるように、浄化すべき空気が図１上、筒孔１１の
右方向から左方向に送られる。すなわち、空気は左側の
ハニカム担体触媒２の多数の貫通孔２３を通過し、その
後格子壁３を通り、右側のハニカム担体触媒２の多数の
貫通孔２３を通過する。一方、格子壁３に固定された発
光ダイオード４は通電して発光し、紫外線が放射されて
いる。この紫外線は各ハニカム担体触媒２の端面の二酸
化チタンの薄膜２２を照射する。そして貫通孔２３に入
った紫外線はその隔壁表面に形成された二酸化チタンの
薄膜２２を照射する。紫外線で照射された二酸化チタン
の薄膜２２は活性化され、強力な酸化作用を奏する。そ
のためハニカム担体触媒２の端面および隔壁表面の二酸
化チタンの薄膜２２に接触した空気中に含まれる有機物
は酸化分解される。このようにして空気中の臭い成分と
か煙成分が酸化分解して除去され、空気が浄化される。

【００２７】本実施例の空気浄化装置はハニカム担体２
０の表面全面に二酸化チタンの薄膜２２を形成している
ため、ハニカム担体２０の占める体積に比して二酸化チ
タンの薄膜２２の面積が大きい。したがってハニカム担
体触媒２はコンパクトになる。また、空気は多数の貫通
孔を通ることができるため、圧力損失も少ない。さら
に、発光ダイオード４が極めて小さいため、発光ダイオ
ード４を組み入れるスペースも少なくてよく、それだけ
本実施例の空気浄化装置がコンパクトとなっている。

【００２８】

【発明の効果】本発明の空気浄化装置は、ハニカム担体
の占める体積に比して二酸化チタンの薄膜の面積が大き
い。また発光ダイオードが極めて小さいため、発光ダイ
オードを組み入れるスペースも少なくてよく、それだけ
本発明の空気浄化装置はコンパクトとなる。また、空気
は多数の貫通孔を通ることができるため、圧力損失も少
ない。従って、小型の装置で多量の空気を効率的に浄化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例の空気浄化装置の断面
図である。

【図２】図２は図１に示すハニカム担体触媒の一部拡
大断面図である。

【符号の説明】

１：ケース部２：ハニカム担体触媒３：格子壁４：発光ダイオード１１：筒孔１２：内壁２０：ハニカム担体２１：隔壁２２：二酸化チタンの薄膜２３：貫通
孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田牧真人愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者酒井和宏愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者山口寿夫愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに平行な多数の貫通孔をもつハニカム
担体と、該ハニカム担体の端面および該貫通孔を区画する隔壁の
内面に設けられた二酸化チタンの薄膜と、該ハニカム担体の端面に紫外線を照射する発光ダイオー
ドと、を具備することを特徴とする空気浄化装置。
【請求項２】前記ハニカムはセラミックスハニカムであ
る請求項１に記載の空気浄化装置。
【請求項３】前記ハニカムはメタルハニカムである請求
項１に記載の空気浄化装置。
【請求項４】前記発光ダイオ−ドは、ｐｎ接合された窒
化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなる請求
項１に記載の空気浄化装置。