JPH10249209A

JPH10249209A - 光触媒体及びそれを用いた空気調和装置

Info

Publication number: JPH10249209A
Application number: JP9057524A
Authority: JP
Inventors: Toru Ariga; 徹有賀; Hideo Yashima; 英雄八島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-09-22
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JP3689751B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は光触媒活性や触媒膜の基体への密着
性が良好で、且つ耐水性のある光触媒体、及びそれを用
いた空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】バインダー６と共に光触媒粒子５を基体
１上に接着させて基体１上に触媒膜を担持して成る光触
媒体において、バインダーにオルガノアルコキシシラン
を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を照射すること
で有機物や臭気の分解を行う光触媒体、及び熱交換器を
有する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光触媒にそのバンドギャップ以上のエネ
ルギーを持つ波長の光を照射すると、光励起により伝導
帯には電子を生じ、価電子帯には正孔を生じる。該電子
及び正孔は、強い還元力や酸化力により有機物や水の分
解などの働きを有することから、脱臭や抗菌などの作用
を持つ。一般に、このような光触媒は、基体の表面に微
粒子状の光触媒から成る触媒膜を担時した光触媒体とい
う形で用いられる。

【０００３】基体上に触媒膜を担持して光触媒体とする
には、ゾルゲル法やバインダー(接着剤)と共に光触媒粒
子を基体上に接着させる方法などがある。該ゾルゲル法
によると、１回の塗布作業で形成される膜厚は非常に僅
かなので作業効率が悪い。また、基体上に触媒膜を担持
するのに焼付を行った場合、焼付温度は触媒膜の強度を
得るために５００℃以上にしなければならない。さら
に、この方法では光触媒の分解作用を高効率化する吸着
剤を添加することは不可能である。

【０００４】光触媒粒子を基体上に接着させる方法では
ゾルゲル法のような問題点はみられないが、その一方で
上記バインダーに有機系のものを用いた場合、光触媒に
よって有機分が分解されてバインダーの役割が得られな
くなる(チョーキング現象)。そこで、光触媒によって分
解されにくい無機系のバインダー、一般的にはコロイダ
ルシリカなどが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイン
ダーにコロイダルシリカを用いて光触媒粒子を接着する
と、バインダーが水溶性であることから担持された触媒
膜には耐水性がなく、水中に浸漬させると約１０分で光
触媒が基体より剥離し始める。これに対して、バインダ
ーの量を増やせば剥離を防止できるが、反対に光触媒活
性が失われてしまう。

【０００６】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であって、光触媒活性や触媒膜の基体への密着性が良好
で、且つ耐水性のある光触媒体、及びそれを用いた空気
調和装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の光触媒体は、バインダーと共に光触媒粒子
を基体上に接着させて前記基体上に触媒膜を担持して成
る光触媒体において、前記バインダーとしてオルガノア
ルコキシシランを用いたものである。バインダーにオル
ガノアルコキシシランを用いることで、触媒膜は耐水性
を有するものとなる。

【０００８】請求項２の光触媒体は、請求項１に記載の
光触媒体において、前記触媒膜における前記バインダー
の割合が２０wt%〜９０wt%のものである。このように、
バインダーの割合を２０wt%〜９０wt%をとすることで、
触媒膜は十分な光触媒活性と基体に対する密着性を有す
る。

【０００９】請求項３の光触媒体は、請求項１に記載の
光触媒体において、前記基体上に担持された前記触媒膜
に吸着剤を含むものである。該吸着剤は臭気や有機物、
及びこれらを分解する際に生じる中間生成物などを吸着
し、光触媒体はこの吸着された物質を分解する。

【００１０】請求項４の光触媒体は、請求項３に記載の
光触媒体において、前記触媒膜における前記バインダー
の割合が２０wt%〜８０wt%のものである。このように、
バインダーの割合を２０wt%〜８０wt%とすることで、触
媒膜は十分な光触媒活性と基体に対する密着性を有す
る。

【００１１】請求項５の光触媒体は、請求項３及び請求
項４に記載の光触媒体において、前記触媒膜中の前記光
触媒粒子及び前記吸着剤の重量の合計に対する前記光触
媒粒子の割合が、３０wt%〜９９wt%となるものである。
このように、光触媒粒子の割合を３０wt%〜９９wt%とす
ることで、触媒膜は一定の吸着性能を保持することがで
き、なおかつ光触媒活性を損なうことがない。

【００１２】請求項６の光触媒体は、請求項１から請求
項５に記載の光触媒体において、前記バインダーにシリ
カを５部〜３０部添加したものである。これによって、
基体に対する触媒膜の密着性が向上する。

【００１３】請求項７の光触媒体は、請求項１から請求
項６に記載の光触媒体において、前記光触媒粒子として
酸化チタンを用いたものである。これによって、触媒膜
は安定した分解反応を行うものとなる。

【００１４】請求項８の光触媒体は、請求項３から請求
項７に記載の光触媒体において、前記吸着剤として合成
ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換した
Ｃｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム
置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５
のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いたも
のである。これによって、活性炭を用いたものよりも触
媒膜の吸着性能は向上し、且つ基体を焼付ける際の焼付
温度を高く設定することができる。

【００１５】請求項９の光触媒体は、請求項１から請求
項８に記載の光触媒体において、前記バインダー及び前
記光触媒粒子の接着した前記基体を焼付けて触媒膜を担
持したものである。これによって、触媒膜の形成に要す
る時間を短縮することができ、さらに触媒膜の密着性も
向上する。

【００１６】請求項１０に記載の空気調和装置は、複数
のフィンと冷媒が通る管とで構成され、外部から取り入
れられた空気流が前記フィンの間を通過する際に、前記
空気流が前記冷媒と熱交換され、該熱交換された空気流
が送出される空気調和装置において、前記フィンと管の
少なくとも一方の表面に請求項１乃至請求項９のいずれ
かに記載の光触媒体が設けられたものである。このよう
な構成の空気調和装置では、光触媒体が熱交換器の役割
を果たして空気流を冷却又は加熱するだけでなく、光触
媒粒子によって光触媒体を通過する空気流を脱臭した
り、光触媒体自体に付着した汚れを分解するということ
ができる。

【００１７】

【本発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施
形態を説明するが、本発明は特にこれらの実施形態に限
られるものではない。尚、各図面において、構成が共通
する部分及び同じ名称のものには同一符号を付してあ
る。

【００１８】(第１実施形態)まず、本実施形態の光触媒
体に用いられる基体について説明する。基体の材料とし
て、光触媒により基体自体が分解するプラスチックなど
の有機物類や紙類を用いるのは望ましくない。また、本
実施形態では後述するように焼付を行うので、基体は少
なくとも１５０℃以上の耐熱性を必要とする。

【００１９】以上の点を踏まえて、本実施形態では光触
媒の基本的な性能を評価しやすいよう、厚さ０.１１mm
のアルミ板(耐熱温度４００℃)を用いている。これを１
６０mm×１６０mmに切断し、脱脂処理して基体とする。
脱脂処理は、２-プロパノール(以下、「ＩＰＡ」とい
う。)で基体の表面を洗浄後、１００℃の熱風乾燥炉に
て１時間乾燥させる方法を用いる。

【００２０】次に、塗液について説明する。ここでいう
塗液とは光触媒粒子やバインダーなどからなる混合液
で、上記基体の表面に塗布されるものである。本実施形
態では、光触媒粒子に石原テクノ(株)製の酸化チタンＳ
Ｔ-０１を用いている。酸化チタンは、酸化基と還元基
が隣接しながら安定した状態を保っている物質なので、
光触媒として安定した分解反応を起こす。酸化チタンＳ
Ｔ-０１は光触媒用に作製されており、アナターゼ型結
晶で平均粒径７μm、比表面積３００m²/gである。

【００２１】また、バインダーには日板研究所(株)製の
ＧＳ-９０を用いている。該ＧＳ-９０は、オルガノアル
コキシシランに硬化剤及びファイバー状のシリカが添加
されたものである。このときのシリカの添加量は約１５
wt%であるが、この添加量はバインダーに対して５部〜
３０部であれば好適である。これらはＩＰＡを主成分と
するアルコールで希釈されており、加熱後残留量は１
４.８wt.%である。尚、ＧＳ-９０のオルガノアルコキシ
シランは、下記に示す化１においてアルキル基にメチル
基が付いたもので、耐水性を有する。

【００２２】

【化１】

【００２３】上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ
-０１を１１１g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナ
ボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固
形分３０.８%の塗液とする。この塗液によって、本実施
形態の触媒膜におけるバインダーと光触媒粒子の重量比
は４０:６０となる。このバインダーと光触媒粒子の重
量比は、目的とする光触媒体に必要な光触媒活性、膜
厚、及びコストなどに応じて調整できる。但し、得られ
た触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下では
触媒膜を十分に担持することができないし、９０wt.%以
上では光触媒活性が悪くなる。

【００２４】次に、塗布方法について説明する。上記塗
液はスプレー法、ローラ塗布、刷毛塗り、含浸法、及び
引き上げ法(ディッピング法)などの様々な方法で塗布で
きる。但し、１回の塗布量には限界があり、その限界を
越えると基体から塗液が剥離する。また、フレキシブル
な基体でも塗布できるが、ノンフレキシブルなものより
も塗布量は少ない。

【００２５】本実施形態では、基体全体を塗液の中に浸
してから定速で引き上げる引き上げ法を用いている。こ
の方法では、一定量の塗液を基体の表面に塗布すること
ができ、且つスプレー法よりも塗着効率が高い。図１に
は該引き上げ法の概略を示している。即ち、基体１の一
側辺を２本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻
き上げモータ３の軸３ａに取り付ける。基体１を浴槽４
中の塗液に全体が被るように入れ、これを１cm/minの速
度で引き上げる。

【００２６】上記塗液には硬化剤が含まれているので、
常温で塗液は硬化して触媒膜となる。しかし、塗液が硬
化するのに約１５日を要することから、本実施形態では
塗液を塗布した基体を焼付けて触媒膜を形成する。この
ように、焼付工程を取り入れることで、触媒膜の形成時
間を短縮できるだけでなく、密着性をさらに向上させる
ことができる。尚、以下に示す全ての実施形態でも焼付
を行っているが、塗液に硬化剤が含有されておれば、特
にこの工程を行わなくても塗液は硬化して触媒膜とな
る。

【００２７】焼付は塗液が塗布された基体を１００℃で
１時間乾燥させてから、３５０℃にて１時間行う。焼付
温度が５００℃以上であると、酸化チタンの結晶型がア
ナターゼ型からルチル型に変化し、光触媒活性を損なう
原因となるので、焼付温度は５００℃以下が好適であ
る。

【００２８】焼付温度が３００℃以下では触媒膜の密着
性や光触媒活性に遜色はないが、残留有機物によると思
われる臭いが残る。これは紫外線を照射していくとやが
て脱臭されるものであるが、なるべく３００℃以上で焼
付けるのが望ましい。尚、２００℃の焼付温度では、３
５０℃の場合に比べて触媒膜の密着性及び光触媒活性に
特に変化はなかった。

【００２９】上述した光触媒体の製造方法によって、触
媒膜の単位担持量が６.４g/cm²の光触媒体を得ることが
できた。図２は、本実施形態による光触媒体の表面を模
式的に示した図である。本実施形態の光触媒体では、光
触媒粒子５とバインダー６とが基体１上を被覆して触媒
膜を形成している。

【００３０】(第２実施形態)第２実施形態において、基
体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は
省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。
本実施形態では、塗液に吸着剤として日産ガードラー
(株)製のＣｕ-ＺＳＭ５を添加する。該Ｃｕ-ＺＳＭ５は
合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換
したもので、この他にもＺＳＭ５のナトリウム基を銀置
換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ
５、水素置換したＨ-ＺＳＭ５などがあり、このうちの
一つ、又は複数を組み合わせたものを用いるのが好まし
い。尚、光触媒粒子及びバインダーには、第１実施形態
と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＧＳ-９０を用いる。

【００３１】本実施形態のように塗液に吸着剤を添加す
ることで、形成された触媒膜ではまず吸着剤が有機物を
吸着する。光触媒粒子はこの吸着剤の表面で濃縮された
有機物を分解するので、空気中の有機物を分解するより
も効率が良い。また、吸着剤が臭気を吸着することによ
って、光触媒粒子が臭気の分解を行っていない場合でも
光触媒体は脱臭作用を有することになる。さらに、本実
施形態で用いた合成ゼオライトは、活性炭など他の吸着
剤と比較すると吸着性能が良好で、且つ焼付を行った場
合、大気中での焼付温度を５００℃にまで上げることが
でき、焼付時間の短縮及び触媒膜の高硬度化に効果があ
る。

【００３２】上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ
-０１を５５.５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を５５.５g秤量する。
これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに
入れ、約６時間分散させて固形分３０.８%の塗液とす
る。この塗液によって、本実施形態の触媒膜におけるバ
インダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:
３０となる。

【００３３】この重量比は第１実施形態と同様、目的と
する光触媒体の性能などに応じて調整できる。但し、得
られた触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下
では触媒膜を担持することができないし、８０wt.%以上
では光触媒活性が悪くなる。また、塗液の塗布方法は第
１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を
２０cm/minとする。

【００３４】上述した光触媒体の製造方法を１回行うこ
とで、触媒膜の単位担持量が１０g/cm²の光触媒体を得
ることができた。ここでは上記製造方法を２回行って、
単位担持量を２０g/cm²とした。図３は、本実施形態に
よる光触媒体の表面を模式的に示した図である。本実施
形態の光触媒体では、光触媒粒子５、バインダー６、及
び吸着剤７が基体１上を被覆して触媒膜を形成してい
る。

【００３５】ここで、吸着剤添加による光触媒体への影
響を調べるための脱臭試験について示す。基体は寸法９
０×４００×ｔ２０mmで、穴の数が２００セルのアルミ
製のハニカムを用いる。この基体を２個用意し、共に第
２実施形態に準じて表面に触媒膜を担持させる。このと
き、一方のハニカムの触媒膜ではバインダー、光触媒粒
子及び吸着剤の重量比を４０:５９:１とし、他方のハニ
カムの触媒膜ではバインダーと光触媒粒子の重量比を４
０:６０とする。つまり、前者の触媒膜には吸着剤が１
％含まれており、後者には吸着剤は含まれていない。こ
れらのハニカムの担持量は、いずれも５０gである。

【００３６】図４は脱臭試験の概略を示した図である。
８は１m³のボックスで、その中心には電気集塵器１０が
設置されており、側壁には空気中のアルデヒドの濃度を
検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられて
いる。また、図５は電気集塵器１０を図４中のＡ−Ａ′
線で切断したときの断面を示した図である。電気集塵器
１０内に取り付けられたハニカム１１には、ブラックラ
イト１２からの紫外線が反射板１３によって余すことな
く照射される。シロッコファン１４が作動すると吸気口
１５から空気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示
す。)、その空気はハニカム１１を通り抜けて排気口１６
から吹き出される。

【００３７】試験方法は、まずボックス８内で煙草５本
を燃焼させる。予め触媒膜の担持したハニカム１１は電
気集塵器１０に組み込んであり、該電気集塵器１０のイ
オン化線１７及びハニカム１１に逆電位で約６５００V
印加してシロッコファン１４を運転する。同時に、ブラ
ックライト１２でハニカム１１に紫外線を照射し、光触
媒の臭気の分解を開始する。そして、光触媒が臭気を分
解するときに生じる中間生成物、アセトアルデヒドの濃
度を前記検知管で所定時間毎に測定する。

【００３８】その結果、吸着剤が含有されていないハニ
カムの場合、測定開始から約３０分後にアセトアルデヒ
ド濃度が上昇し、再び減少した。一方、吸着剤が１％含
有されているハニカムでは、このような変化はみられな
かった。これは吸着剤がアセトアルデヒドを吸着し、光
触媒がそれを直ちに分解するので、空気中にアセトアル
デヒドが放出されることがないからである。以上の脱臭
試験より、触媒膜に吸着剤を含有した光触媒体は、アセ
トアルデヒドを速やかに分解できることが分かった。

【００３９】また、上記の触媒膜に吸着剤を含有したハ
ニカムに対して、上記脱臭試験と同じ条件で臭気の分解
を繰り返し行わせる。このとき、脱臭試験を行う毎に、
ハニカムに３mW/cm²の紫外線を１２０時間(５日間)照射
する。その結果、触媒膜における光触媒粒子と吸着剤と
の合計重量に対して、光触媒粒子の重量が３０wt.%以下
の場合、脱臭試験回数が増えていくにつれて触媒膜の吸
着性能が落ちていった。これは、吸着剤に対して光触媒
粒子の量が少ないことから、吸着した臭気や中間生成物
を分解しきれなくなり、吸着剤の表面が飽和してそれ以
上の吸着が行われなくなったからである。

【００４０】(比較例１）比較例１において、基体及び
焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略
し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比
較例では、バインダーに日板研究所（株)製のＧＳ-５０
を用いている。該ＧＳ-５０はシリカが添加されていな
い以外は第１実施形態のＧＳ-９０とほぼ同じ成分で、
加熱後残留分は１２.２wt%である。尚、光触媒粒子及び
吸着剤には、第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０
１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。

【００４１】上記ＧＳ-５０を５００g、酸化チタンＳＴ
-０１を４５.５７g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を４５.５７g秤量す
る。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミ
ルに入れ、約６時間分散させて固形分２５.７%の塗液と
する。この塗液によって、本比較例の触媒膜におけるバ
インダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:
３０となる。また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同
様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を２０cm/minとす
る。上述した光触媒体の製造方法を１回行うことで、触
媒膜の単位担持量が約７g/cm²の光触媒体を得ることが
できた。ここでは上記製造方法を３回行って、単位担持
量を２２g/cm²とした。

【００４２】(比較例２)比較例２において、基体及び焼
付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、
ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比較例
では、バインダーに日板研究所(株)製のＧ-４０１を用
いている。Ｇ-４０１は、ゾルゲル法により金属アルコ
キシド生成反応で生成した金属アルコキシドから成る
(化２参照)。該金属アルコキシドは金属にシリカとジル
コニアを用いており、シリカとジルコニアの割合は７
５:２５である。また、加熱後残留分は２１wt%である。
このＧ-４０１は、他のバインダーに比べて密着性があ
る割に光触媒活性が良いものである。尚、光触媒粒子及
び吸着剤には第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０
１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。

【００４３】

【化２】

【００４４】上記Ｇ-４０１を５００g、酸化チタンＳＴ
-０１を７８.７５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を７８.７５g秤量す
る。これに、密着性強化のため５０００メッシュのマイ
カを２６.２５g添加し、これらを粒径５mmのアルミナボ
ールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形
分４２.２%の塗液とする。この塗液によって、触媒膜に
おけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４
０:３０:３０となる。また、塗液の塗布方法は、第１実
施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を３１
cm/minとする。上述した光触媒体の製造方法によって、
触媒膜の単位担持量は２０g/cm²の光触媒体を得ること
ができた。

【００４５】上述した第１及び第２実施形態と比較例１
及び２の光触媒体について、それぞれ触媒膜の基体への
密着性と光触媒活性の評価を行う。まず、密着性試験に
ついて説明する。ここでは、塗装などでよく用いられる
クロスカット試験において、触媒膜の密着性試験に合う
ようにその基準を変えたものを用いている。

【００４６】即ち、まず基体に担持された触媒膜を指で
触る。それで膜が剥離しない場合は、指の腹で触媒膜を
擦る。さらに膜が剥離しない場合は、カッターで碁盤の
目状に１mmおきに１１本、約１５mmの長さに傷を付け、
この傷の上にセロハンテープを張り付けて剥す。これら
の過程での触媒膜の剥離状態を５段階に分け、触媒膜の
基体に対する密着性を評価する。評価基準は表１に示
す。

【００４７】

【表１】

【００４８】次に、光触媒活性試験について説明する。
図６は光触媒活性試験の概略を示した図である。８は２
７リットルのボックスで、その中心には各実施形態及び
比較例の光触媒体が取り付けられる試験装置２０が設置
されており、天面には空気中のアルデヒドの濃度を検出
するための検知管を差し込む挿入口９が設けられてい
る。また、図７は試験装置２０を図６中のＢ−Ｂ′線で
切断したときの断面を示した図である。

【００４９】試験装置２０内の対向する側壁の上方に
は、光触媒体２１が取り付けられる。対向する光触媒体
２１の間にはブラックライト１２が設けられており、光
触媒体２１に紫外線を照射する。また、試験装置２０の
天面にはファン２２が設けられており、ファン２２が作
動すると試験装置２０の下方に形成された吸気口１５か
ら空気が入り(図中、矢印は空気流を示す。)、試験装置２
０内を通ってファン２２から外へ抜ける。

【００５０】試験方法は、まず試験装置２０内に光触媒
体２１を２枚取り付ける。ボックス８内にアセトアルデ
ヒドを約１２０ppm入れ、約２時間静置して安定させ
る。そして、前記検知管でボックス８内のアセトアルデ
ヒド濃度を測定した後、ブラックライト１２で光触媒体
２１に３mV/cm²の紫外線を照射する。所定の時間毎に検
知管にてアセトアルデヒドの濃度を測定し、アセトアル
デヒドの濃度が１００ppmから１０ppmに減衰する時間を
求める。

【００５１】各実施形態及び比較例における上記密着性
及び光触媒活性の評価を以下の表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】バインダーに金属アルコキシドを用いた比
較例２に対して、オルガノアルコキシドを用いた第１及
び第２実施形態の触媒膜の密着性は良好で、なおかつ光
触媒活性も向上している。また、シリカを添加していな
い比較例１に対して、添加した第２実施形態の触媒膜の
密着性は良好である。従って、バインダーにオルガノア
ルコキシドを用いると耐水性を有するだけでなく、密着
性及び光触媒活性の良好な触媒膜が担持できることが分
かった。また、バインダーにシリカを添加することで、
触媒膜の密着性を向上させることが分かった。

【００５４】尚、第２実施形態の光触媒体に１カ月間約
１０mW/cm²の紫外線を照射し、上記密着性試験を行う
と、紫外線を照射していないものと同じレベル１であっ
た。第２実施形態の光触媒体はアルキル基を有している
が、このアルキル基は光触媒に分解され得るので、触媒
膜の剥離の原因となるおそれがあった。しかし、紫外線
を長時間照射してもアルキル基が分解されず、触媒膜の
密着性が劣化しないので、十分に使用に耐え得るもので
あることが分かった。

【００５５】(第３実施形態）第３実施形態では光触媒
体を熱交換器に適用し、エアコンの室内機に設けた場合
について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法に
ついて説明する。塗液及び焼付は第１実施形態と同様と
するのでその説明は省略し、ここでは基体及び塗液の塗
布方法について説明する。図１１（イ)は基体として用
いられる熱交換器３１の一部を示した図であり、図１１
(ロ)は熱交換器３１が設けられた室内機３０の断面を示
した図である。該室内機３０の構成については後述す
る。熱交換器３１はアルミフィン３１ａと銅パイプ３１
ｂより構成されたもので、寸法６００×３００×ｔ３０
mmである。

【００５６】まず、熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内部
を窒素ガス雰囲気にした後、その両端を塞ぎ、表面を脱
脂処理する。これにより、銅パイプ３１ｂの内部に塗液
が侵入せず、また焼付の際内部が酸化するのを防止す
る。脱脂処理は、該基体をＩＰＡの中に浸漬させて、１
００℃の熱風乾燥炉で約３時間乾燥させる方法を用い
る。

【００５７】また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同
様、引き上げ法による。図８には、塗液の塗布について
その概略を示している。即ち、熱交換器３１の長辺を２
本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻き上げモ
ータ３の軸３ａに取り付ける。浴槽４には、第１実施形
態の塗液の作製方法を数回繰り返して得た、合計１０ｋ
gの塗液が入っている。

【００５８】熱交換器３１を浴槽４中の塗液に全体が被
るようにいれ、これを１cm/minの速度で引き上げる。熱
交換器３１が液面に対して垂直になるように引き上げ
て、アルミフィン３１ａ及び銅パイプ３１ｂの表面全体
に塗液を付着させる。短辺の長さが３０ｃｍなので、引
き上げ時間は３０分かかった。ここでは基体の形状が複
雑なので、引き上げ速度を遅くして均一に塗液が塗布さ
れるようにする。上述した触媒膜の担持方法によって、
触媒膜の単位担持量は７g/cm²の熱交換器を得ることが
できた。

【００５９】該熱交換器は疎水性である。しかし、エア
コンの熱交換器は、結露した水分の飛散防止のためにそ
の表面が親水性であることが要求される。そこで、該熱
交換器にブラックライトで照射強度２.５mW/cm²、ピー
ク波長３６０nmの紫外線を４時間照射して、未照射時、
及び１、２、４時間後の熱交換器表面における水の接触
角を測定する。

【００６０】図９は各時間における水の接触角の変化を
示したグラフである。未照射時では接触角が１４０度で
あったものが、４時間後には１５度となった。一般に親
水性とは接触角が約２０度以下のことを指すので、熱交
換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性から親水性
へ変化したことが確認できる。

【００６１】次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行
う。図１０は光触媒活性試験の概略を示した図である。
１m³のボックス８内には側壁の上方にエアコンの室内機
３０が設置されている。他の側壁には、空気中のアルデ
ヒドなどのガスの濃度を検出するための検知管を差し込
む挿入口９が設けられている。

【００６２】図１１(ロ)は室内機３０を図１０中のＣ−
Ｃ′線で切断したときの断面を示した図である。室内機
３０内には上述した熱交換器３１が取り付けられ、ブラ
ックライト１２から紫外線が照射されるようになってい
る。シロッコファン１４が作動すると吸気口１５から空
気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示す。)、静電フ
ィルター３２を通って熱交換器３１のアルミフィン３１
ａの間をを通過する。そして、吹出口１６からボックス
８内へ送り出される。３３は吹出口１６から送り出す空
気の風向を調節するためのルーバーである。

【００６３】ここでは、光触媒活性試験を行うのでシロ
ッコファン１４を作動させるのみであるが、実際エアコ
ンとして使用する場合には、コンプレッサー(図示せず)
より冷媒が熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内に送られて
いる。熱交換器３１の左右両端には各銅パイプ３１ｂと
連通したパイプ(図示せず)が設けられており、冷媒はこ
のパイプを通って順に他の銅パイプ３１ｂへ移ってい
き、全ての銅パイプ３１ｂを通る構成となっている。

【００６４】この冷媒によって熱交換器３１全体は温度
の低い状態にあり、空気流がアルミフィン３１ａの間を
通ると、空気流の熱がアルミフィン３１ａを伝導して冷
媒に吸収されることで、空気流は冷却される。また、熱
交換器３１の温度が高い状態であれば、その熱がアルミ
フィン３１ａを伝導して空気流に吸収されることで、空
気流は加熱される。

【００６５】光触媒活性試験について説明する。まずボ
ックス８内で煙草を５本燃焼させた後、上記室内機３０
のシロッコファン１４のみを運転させる。シロッコファ
ンを作動させて３０分後、熱交換器は煙草のタールによ
って黄色く汚れた。そこで、ブラックライトで熱交換器
に紫外線を４８時間照射すると、熱交換器の汚れが取れ
て元の状態に戻った。これは、光触媒粒子によりタール
が分解されたからである。また、熱交換器に紫外線を長
時間照射しながらシロッコファンを運転することで、ボ
ックス内の臭気も除去することができた。

【００６６】これに対して、触媒膜の担持されていない
熱交換器で同様の試験を行うと、該熱交換器の表面には
オーバーコートが施されているのであまり汚れないが、
付着したタールは分解するなどして除去されることはな
いので、汚れたままである。つまり、本実施形態におけ
る熱交換器は防汚性を持っており、常に清浄な状態に保
つことのできるものなので、洗浄などのメンテナンスが
不必要である。また、従来のエアコンの室内機とほぼ同
じ構成でありながら脱臭機能も有する。

【００６７】（第４実施形態）第４実施形態では光触媒
体を熱交換器に適用し、エアコンの室内器に設けた場合
について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法に
ついて説明する。基体及び焼付は第３実施形態と同様と
するのでその説明は省略する。また、塗布方法も第３実
施形態と同様、引き上げ法による。塗液は第２実施形態
のものを用い、引き上げ速度を５cm/minとする。短辺の
長さが３０ｃｍなので、引き上げ時間は６分かかった。
上述した触媒膜の担持方法を１回行うことで、触媒膜の
単位担持量が７g/cm²の光触媒体を得ることができた。
ここでは上記担持方法を３回行って、単位担持量を２２
g/cm²とした。

【００６８】該熱交換器は疎水性なので、第３実施形態
の熱交換器と同様に、熱交換器にブラックライトで照射
強度２.５mW/cm²、ピーク波長３６０nmの紫外線を１４
４時間(６日間)照射して、未照射時、及び２４、４８、
７２、１４４時間後の熱交換器表面における水の接触角
を測定する。

【００６９】図１２は各時間における水の接触角の変化
を示したグラフである。未照射時では接触角が１１０度
であったものが、１４４時間後には１８度となった。一
般に親水性とは接触角が約２０度以下のことを指すの
で、熱交換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性か
ら親水性へ変化したことが確認できる。尚、本実施形態
における熱交換器が第３実施形態のものと比べて親水性
化するのが遅いのは、塗液に吸着剤が添加されているか
らである。

【００７０】次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行
う。この試験の条件は第３実施形態のものと同様である
が、ここでは脱臭について測定した。即ち、ボックス中
のアンモニア、アセトアルデヒド及び酢酸の濃度を、シ
ロッコファンの作動前と作動してから３０分後とについ
てそれぞれ測定する。電気工業会の基準により、トータ
ル除去率ηは次の式で表される。η＝(η₁＋２η₂＋
η₃)／４このとき、η₁はアンモニア除去率、η₂はアセ
トアルデヒド除去率、η₃は酢酸除去率を示している。

【００７１】測定結果を上記の式に代入してトータル除
去率を求めたところ、８４%であった。これは、ボック
ス内の臭気が吸着剤によって熱交換器に吸着したからで
ある。これに対して、触媒膜の担持されていない熱交換
器で同様の試験を行うと、トータル除去率はほぼ０％で
あった。

【００７２】また、この試験の後に熱交換器に４８時間
紫外線を照射し続け、同じ試験を再び行うと同様のトー
タル除去率が得られた。これは、先の試験で熱交換器に
吸着した臭気が光触媒によって分解されたので、新たに
臭気を吸着できたからである。従って、本実施形態の熱
交換器は脱臭機能を有し、その脱臭機能は紫外線を照射
することで常に保持されるものである。

【００７３】また、本実施形態における熱交換器も第３
実施形態と同様、表面にタールの汚れが付着したが、４
８時間紫外線を照射すると汚れは分解された。つまり、
本実施形態のエアコンの室内機は従来のものとほぼ同じ
構成でありながら脱臭機能も有するものであり、また熱
交換器は防汚性を有するものである。

【００７４】上述したように、第３実施形態及び第４実
施形態では、本発明の光触媒体をエアコンの熱交換器に
適用したが、この他にも空気清浄機や脱臭機のハニカム
などに適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の光触媒
体では、バインダーとしてオルガノアルコキシシランを
用いていることから、触媒膜は耐水性を有するだけでな
く、基体への密着性や光触媒活性が向上したものとな
る。

【００７６】請求項２の光触媒体では、触媒膜における
バインダーの重量の割合が２０wt.%〜９０wt.%であるこ
とから、触媒膜は十分な光触媒活性と密着性を有するも
のとなる。

【００７７】請求項３の光触媒体では、基体上に担持さ
れた触媒膜に吸着剤を含むことから、吸着剤が含まれて
いないものよりも効率よく有機物の分解が行われる。ま
た、吸着剤が臭気を吸着するので、光触媒が分解を行っ
ていないときでも光触媒体は脱臭の作用を有することに
なる。

【００７８】請求項４の光触媒体では、触媒膜における
バインダーの重量の割合が２０wt.%〜８０wt.%であるこ
とから、触媒膜は十分な光触媒活性と密着性を有するも
のとなる。

【００７９】請求項５の光触媒体は、触媒膜中の光触媒
粒子と吸着剤の合計の重量に対する光触媒粒子の割合が
３０wt.%〜９９wt.%であることから、紫外線を照射する
ことで常に光触媒体は一定の吸着性能が保持され、なお
かつ光触媒活性も良好となる。

【００８０】請求項６の光触媒体は、前記バインダーに
シリカを５部〜３０部添加することから、触媒膜の密着
性が向上する。

【００８１】請求項７の光触媒体は、光触媒粒子として
酸化チタンを用いていることから、光触媒は安定した分
解反応を行うものとなる。

【００８２】請求項８の光触媒体は、吸着剤として合成
ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換した
Ｃｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム
置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５
のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いたこ
とから、活性炭など他の吸着剤と比較すると吸着性能が
良好で、且つ焼付を行った場合、大気中での焼付温度を
５００℃にまで上げることができ、焼付時間の短縮及び
触媒膜の高硬度化に効果がある。

【００８３】請求項９の光触媒体は、バインダー及び光
触媒粒子の接着した基体を焼付けて触媒膜を担持したこ
とから、触媒膜の形成に要する時間は短縮され、基体へ
の密着性が向上する。

【００８４】請求項１０の空気調和装置では熱交換器が
光触媒体であることより、該熱交換器は防汚性を有する
ので洗浄などのメンテナンスの必要がなくなる。また、
特別な脱臭のための部材を設けることなく、従来の空気
調和装置とほぼ同じ構成でありながら脱臭機能を備えた
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における塗液の塗布方法の様子
を示した概略図である。

【図２】第１実施形態の光触媒体における表面の模式
図である。

【図３】第２実施形態の光触媒体における表面の模式
図である。

【図４】第２実施形態の光触媒体が行う脱臭試験の様
子を示した概略図である。

【図５】図４における電気集塵器のＡ−Ａ′線での断
面図である。

【図６】光触媒活性試験の様子を示した概略図であ
る。

【図７】図６における試験装置のＢ−Ｂ′線での断面
図である。

【図８】第３実施形態における塗液の塗布方法の様子
を示した概略図である。

【図９】紫外線照射時間における、第３実施形態の光
触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。

【図１０】第３実施形態の光触媒が行う脱臭試験の様
子を示した概略図である。

【図１１】 (イ)は熱交換器の一部を示した図であり、
(ロ)は図１０におけるエアコンの室内機のＣ−Ｃ′線で
の断面図である。

【図１２】紫外線照射時間における、第４実施形態の
光触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。

【符号の説明】

１基体２ひも３巻き上げモータ４浴槽５光触媒粒子６バインダー７吸着剤８ボックス９挿入口１０電気集塵器１１ハニカム１２ブラックライト１３反射板１４シロッコファン１５吸気口１６排気口１７イオン化線２０試験装置３０エアコンの室内機３１熱交換器３１ａアルミフィン３１ｂ銅パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バインダーと共に光触媒粒子を基体上に
接着させて前記基体上に触媒膜を担持して成る光触媒体
において、前記バインダーにオルガノアルコキシシラン
を用いることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】前記触媒膜における前記バインダーの割
合が２０wt%〜９０wt%であることを特徴とする請求項１
に記載の光触媒体。
【請求項３】前記基体上に担持された前記触媒膜に吸
着剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒
体。
【請求項４】前記触媒膜における前記バインダーの割
合が２０wt%〜８０wt%であることを特徴とする請求項３
に記載の光触媒体。
【請求項５】前記触媒膜において、前記光触媒粒子及
び前記吸着剤の重量の合計に対する前記光触媒粒子の割
合が３０wt%〜９９wt%であることを特徴とする請求項３
及び請求項４に記載の光触媒体。
【請求項６】前記バインダーにシリカを５部〜３０部
添加していることを特徴とする請求項１から請求項５に
記載の光触媒体。
【請求項７】前記光触媒粒子として酸化チタンを用い
ることを特徴とする請求項１から請求項６に記載の光触
媒体。
【請求項８】前記吸着剤として合成ゼオライトである
ＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ-ＺＳＭ５、
銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-Ｚ
ＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５のうちの一つ、
又は複数を組み合わせたものを用いたことを特徴とする
請求項３から請求項７に記載の光触媒体。
【請求項９】前記バインダー及び前記光触媒粒子の接
着した前記基体を焼付けて触媒膜を担持したことを特徴
とする請求項１から８に記載の光触媒体。
【請求項１０】複数のフィンと冷媒が通る管とで構成
され、外部から取り入れられた空気流が前記フィンの間
を通過する際に、前記空気流が前記冷媒と熱交換され、
該熱交換された空気流が送出される空気調和装置におい
て、前記フィンと管の少なくとも一方の表面に請求項１
乃至請求項９のいずれかに記載の光触媒体が設けられて
いることを特徴とする空気調和装置。