有害物質除去装置及びこれを用いた空気浄化装置
【課題】光触媒を用いて被処理空気中の有害ガス成分を効果的に低減し、且つ、有害ガス成分の分解過程で生成される高揮発性有機物の再放出をも抑制することができる有害物質除去装置を提供する。
【解決手段】有害物質除去装置１は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部２と、前段処理部２の下流側に配置された後段処理部３を備え、前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤１２と、光触媒１３と、光触媒に紫外線を照射する紫外線照射ランプ８を有し、後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触部１６と、気液接触部にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極２１を備えた電解処理部１７を有する。
【解決手段】有害物質除去装置１は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部２と、前段処理部２の下流側に配置された後段処理部３を備え、前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤１２と、光触媒１３と、光触媒に紫外線を照射する紫外線照射ランプ８を有し、後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触部１６と、気液接触部にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極２１を備えた電解処理部１７を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は循環水に捕集された有害ガス成分を分解除去処理する有害物質除去装置及びこれを用いて空調用の空気を浄化する空気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内空気質の改善を目的として温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化のうちの一つ、若しくは、それらを組み合わせて実行する空調装置において、空気中の有害ガス成分を除去する方法としては、活性炭を使用したフィルタにより物理的にそれらの有害成分を吸着する方法が一般的である。
【０００３】
この活性炭は非常に優れた有害ガス成分の除去機能を奏するものであるが、一方で吸着したガス成分の保持能力は活性炭の体積に比例するため、大規模な空調装置に用いる場合には、非常に大量の活性炭が必要となり、空調気流の抵抗が増大してエネルギーロスが増加してしまう問題があった。
【０００４】
また、活性炭の吸着能力が飽和（破過）した後は、大量の活性炭を廃棄、或いは、再生しなければならなくなり、メンテナンスコストが高騰するという課題もあった。
【０００５】
他方、空気中の有害ガス成分、例えば揮発性有機化合物（例えばトルエン、ホルムアルデヒド）を分解し、浄化する物質として光触媒が知られている。この光触媒を用いて空気浄化を行う場合、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ2）を載置した基材上に、自然光、或いは、紫外線を供給することにより、有害ガス成分を分解するものであるが、光触媒がアナターゼ型の金属結晶であることから、空気中の有害ガス成分を選択的に吸着捕集することが難しい。
【０００６】
そこで、活性炭に吸着した有害ガス成分を光触媒により分解するという技術が開発されてきている。ここで、光触媒は上述した如く光エネルギーを励起光として吸収し、還元力の強い電子と非常に酸化力の強い正孔を生成することで触媒作用を示すものであるから、活性炭に吸着した有害ガス成分を分解することにより、活性炭の吸着能力を再生することが可能となる。
【０００７】
実際には、有害ガス成分の浄化に光触媒を活用する方法として、ガス吸着性の高い活性炭や珪藻土、ゼオライト等のメソポーラス（１ｎｍ〜数十ｎｍの大きさのメソ孔を多数持つ）系の多孔質材料を基材とし、この基材表面に光触媒を担持（コーティング）して膜状に成形した空気清浄機用フィルタが開発されている。係る光触媒フィルタを用いれば、空調用の空気中から捕集した有害ガス成分を高効率で分解することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで光触媒反応は、トルエンやホルムアルデヒド等の揮発性の有機化合物を、最終的に二酸化炭素にまで分解するものであるが、比較的緩慢な反応であり、その分解過程においては様々な低分子量有機化合物が中間体（中間生成物）として形成される。そして、一般的に高分子量の有機化合物は低分子量のものに分解されることにより、揮発性が高まる。
【００１０】
そのため、高速で気流が通過する空調装置において光触媒フィルタを用いた場合、有害ガス成分の分解中間体である高揮発性有機物がフィルタ（活性炭）から脱落し、空調用経路に放出されてしまう。
【００１１】
この中間体である高揮発性有機物の代表例としては、ギ酸や酢酸、アルデヒド類、アルコール等の低分子量有機化合物がある。そして、これら低分子量有機化合物は刺激性が強く、腐食性も高いため、気流に乗ってこれらが空調用経路に放出されると、人体の眼や呼吸器の粘膜を刺激し、不快感を与えると共に、喘息等の疾病を持つ患者にとっては、症状を悪化させてしまう。また、空調用経路中の熱交換器等の金属部品を腐食させる。
【００１２】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、光触媒を用いて被処理空気中の有害ガス成分を効果的に低減し、且つ、有害ガス成分の分解過程で生成される高揮発性有機物の再放出をも抑制することができる有害物質除去装置及びそれを用いた空気浄化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の有害物質除去装置は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部と、この前段処理部の下流側に配置された後段処理部とを備え、前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、この光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有し、後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、この気液接触手段にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明の有害物質除去装置は、上記において紫外線照射手段は、深紫外線を光触媒に照射することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において光触媒は、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において前段処理部は、多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、光触媒は、当該メッシュ体の紫外線照射手段側の面にコーティングされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において前段処理部は、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において後段処理部は、気液接触手段と電解処理手段との間で水を循環させることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において気液接触手段は、被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから成り、後段処理部３は、このフィルタに水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明の有害物質除去装置は、請求項１乃至請求項６のうちの何れかにおいて気液接触手段は、水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させることを特徴とする。
【００２１】
請求項９の発明の空気浄化装置は、被処理空気が流れる空調用経路中に請求項１乃至請求項８に記載の有害物質除去装置の前段処理部を配置し、この前段処理部の下流側の空調用経路中に後段処理部を配置したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０の発明の空気浄化装置は、上記において空調用経路は、それぞれ被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た被処理空気が合流して流れる空調用主経路を有し、各空調用分岐経路中にそれぞれ前段処理部を配置すると共に、空調用主経路中に後段処理部を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の有害物質除去装置によれば、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部を備えており、この前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、この光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有しているので、被処理空気中のトルエンやホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物等の有害ガス成分は多孔質吸着剤に捕集される。そして、この捕集された有害ガス成分は、紫外線照射手段からの紫外線によって励起された光触媒が生成する電子による強い還元力と正孔による強い酸化力によって効率的に分解処理される。
【００２４】
また、この前段処理部の下流側に配置された後段処理部を備えており、この後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、この気液接触手段にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有しているので、前段処理部の光触媒反応で中間的に生成されたギ酸や酢酸、低分子量のアルデヒド等の低分子量有機化合物が多孔質吸着剤から脱落し、放出された場合にも、これらの低分子量有機化合物は下流側に配置された後段処理部の気液接触手段にて水に捕集される。
【００２５】
このとき、水に溶けにくい性質を有するトルエン等の揮発性有機化合物が分解された中間体であるギ酸や酢酸等の低分子量有機化合物は水に溶解し易い性質を有するので、気液接触手段では効率的にこれら低分子量有機化合物を捕集することができる。そして、捕集された低分子量有機化合物は電解処理手段の電極で生成される活性酸素種や電極表面での電気化学的反応、電極自体の自己触媒反応によって分解処理される。
【００２６】
これらにより、請求項９や請求項１０の如き空気浄化装置の空調用経路中に本発明の有害物質除去装置を設置し、被処理空気を高速の気流で通過させた場合にも、前段処理部で中間的に生成された低分子量有機化合物が空調用経路中に放出されてしまう不都合を解消若しくは抑制することができるようになり、人体に不快感を与える不都合や疾病を悪化させる事態を回避若しくは抑制し、且つ、空調用経路中の金属部品の腐食も回避若しくは抑制することが可能となるものである。
【００２７】
また、請求項２の発明の如く紫外線照射手段により、深紫外線を光触媒に照射するようにすれば、被処理空気中の有害ガス成分を、より効果的、且つ、効率的に分解処理することができるようになるものである。
【００２８】
更に、請求項３の発明の如く光触媒として、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金を用いることで、紫外線の照射により容易に光触媒は励起されるようになり、被処理空気中の有害ガス成分をより効果的に分解処理することができるようになるものである。
【００２９】
この場合、請求項４の発明の如く前段処理部が多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、光触媒を当該メッシュ体の紫外線照射手段側の面にコーティングすれば、通気性を担保した状態で安定的に多孔質吸着剤を保持しながら、紫外線を支障なく光触媒に照射し、生成された電子や正孔によって多孔質吸着剤に捕集された有害ガス成分を効率的に分解処理することができるようになるものである。
【００３０】
更に、請求項５の発明の如く前段処理部に、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を設ければ、紫外線照射手段からの紫外線によって空気がオゾナイズされることで生じたオゾンが放出される不都合も回避することができるようになる。
【００３１】
また、請求項６の発明の如く後段処理部が、気液接触手段と電解処理手段との間で水を循環させるようにすれば、循環水の補充も最小限に抑えることができるようになり、経済的である。
【００３２】
また、請求項７の発明の如く気液接触手段を、被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから構成し、後段処理部３にこのフィルタに水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を設ければ、フィルタにて前段処理部からの低分子量有機化合物を捕集し、水に溶解させることができるようになるので、高効率な中間体の分解処理を実現することができるようになる。
【００３３】
尚、この気液接触手段の構造は請求項８の発明の如き水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させるものでも良く、係る構成によっても低分子量有機化合物を効果的に水に溶け込ませて捕集することが可能である。
【００３４】
そして、請求項９の発明の如く空気浄化装置の被処理空気が流れる空調用経路中に上記有害物質除去装置の前段処理部を配置し、この前段処理部の下流側の空調用経路中に後段処理部を配置すれば、空調用の空気を被処理空気として有害ガス成分を除去し、且つ、中間的に生成される低分子量有機化合物の空調用経路への放出も防止若しくは抑制した快適で安全な空気浄化を実現することができるようになる。
【００３５】
ここで、請求項１０の発明の如く空調用経路に、それぞれ被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た被処理空気が合流して流れる空調用主経路が存在する場合、各空調用分岐経路中にそれぞれ前段処理部を配置すると共に、空調用主経路中に後段処理部を配置するようにすれば、一台の後段処理部により複数の前段処理部で生じた低分子量の有機化合物を分解処理することができるようになり、設備費用の削減を図ることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用した実施例の有害物質除去装置の概略構成図である。
【図２】図１の有害物質除去装置の前段処理部の分解斜視図である。
【図３】図１の有害物質除去装置を設置した実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図４】図１の有害物質除去装置を設置した他の実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図５】図１の有害物質除去装置を設置したもう一つの他の実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図６】図１の有害物質除去装置によるホルムアルデヒドの除去効果を示す図である。
【図７】図１の有害物質除去装置によるトルエンの除去効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の有害物質除去装置１は、例えば被調和室（ビルや一般家庭、車両等の室内）の温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせからなる空調を行う空気浄化装置Ｗに設置され、被調和室内の空気を被処理空気として当該被処理空気中に含まれる有害ガス成分、例えば揮発性有機化合物（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等）を除去する装置である。
【００３８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した実施例の有害物質除去装置１の概略構成図である。実施例の有害物質除去装置１は、前段処理部２と後段処理部３とから構成されている。
【００３９】
先ず、前段処理部２について説明する。実施例の前段処理部２は、送風機４と、この送風機４による被処理空気の気流の上流側に配置されたフィルタ構造体６と、このフィルタ構造体６の下流側に位置し、当該フィルタ構造体６に対向して配置されたもう一つのフィルタ構造体７（オゾン分解手段）と、これらフィルタ構造体６、７の間に配置された紫外線照射手段としての紫外線照射ランプ８とから構成されている。
【００４０】
図２に係る前段処理部２の分解斜視図を示す。実施例のフィルタ構造体６、７は何れも、例えば矩形容器状を呈する一対のステンレス製メッシュ体９、１１と、各メッシュ体９、１１間に挟持されて内部に保持される多孔質吸着剤１２とから構成されている。メッシュ体９、１１は通気性を有するメッシュ構造であり、紫外線照射ランプ８側に位置するメッシュ体９の少なくとも紫外線照射ランプ８側の面には、光触媒１３が担持（コーティング）されている。
【００４１】
この光触媒１３は、実施例では酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金が使用される。但し、光触媒１３は、紫外線や可視光線の吸収によって励起活性化されるものであればこれに限定されない。
【００４２】
また、実施例の多孔質吸着剤１２は活性炭が採用されるが、ガス吸着性の高いメソポーラス系の多孔質材料であれば、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土、ポーラスメタル、ポーラスシリカ等も使用できる。特に、ゼオライトはオゾン耐性が高いので有効である。また、多孔質吸着剤１２自体の構造は、ハニカム状に成形されたものでも、粒状、ペレット状のものでも良く、通気性を有するものであれば使用可能である。但し、形態を保持できない粒状、ペレット状の場合には、メッシュ体９、１１内に保持できるように通気性を有した素材のシートにてパックすると良い。
【００４３】
更に、実施例の紫外線照射ランプ８は、波長１８５ｎｍの深紫外線を照射するものが採用される。そして、この紫外線照射ランプ８からの深紫外線はフィルタ構造体６、７のメッシュ体９にコーティングされた光触媒１３に照射される構成とされ、送風機４からの被処理空気の気流は、図中白抜き矢印の如くフィルタ構造体６、紫外線照射ランプ８、フィルタ構造体７の順で通風される。そして、このフィルタ構造体７を通過した被処理空気が後段処理部３に通風されるような配置とされる。
【００４４】
次に、この後段処理部３について説明する。実施例の後段処理部３は、気液接触部（気液接触手段）１６と、電解処理部（電解処理手段）１７、気液接触部１６の下側に配置された循環水トレイ１８、及び、循環水ポンプ１９とから構成されている。気液接触部１６はハニカム構造などの通気性を有した親水性素材から成るフィルタにて構成されている。尚、気液接触部１６の構成はこれに限定されるものではない。
【００４５】
この気液接触部１６に図中白抜き矢印の如く前段処理部２を通過した後の被処理空気が通風される。電解処理部１７には一対の電極２１、２１が収納されており、この電極２１、２１に電位が印加されることで電気化学的処理（電気分解）が行われる。循環水ポンプ１９は運転されて循環水トレイ１８内の水（循環水）を吸引し、電解処理部１７に送給する。電解処理部１７では循環水ポンプ１９から送られた水が電極２１、２１によって電気科学的に処理され、この電気化学的に処理された水は気液接触部１６に上から掛け流される。
【００４６】
これにより、送風機４によって通風される前段処理部２からの被処理空気が循環水と接触する。気液接触部１６で被処理空気と接触した後の水は循環水トレイ１８に受容され、再び循環水ポンプ１９に吸引されて電解処理部１７に送給される循環を繰り返す。尚、実施例では循環水ポンプ１９により気液接触部１６に循環水を掛け流す構成としたが、それに限らず、スプレーを設けて循環水を気液接触部１６に噴霧するものでも良い。また、実施例ではフィルタ構造の気液接触部１６を用いているが、単なる空間とし、その空間（気液接触部）に循環水の霧を噴射し、若しくは、膜を形成し、これら粒、膜中に被処理空気を通風する所謂スクラバー方式としても有効である。
【００４７】
次に、係る構成の有害物質除去装置１の設置形態について説明する。図３は空気清浄装置Ｗに有害物質除去装置１を設置した一実施例を示している。実施例の空気清浄装置１は、例えば三つの被調和室Ｒ１〜Ｒ３（ビルや一般家庭等の室内）の温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせからなる空調を行うもので、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３に連通した三つの空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３と、これら空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３が合流する空調用主経路ＭＤから成る空調用経路Ｄと、空調装置Ｃ等を備えている。
【００４８】
そして、この実施例の場合、各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３のそれぞれに図１の有害物質除去装置１が設置される。また、この実施例では前段処理部２及び後段処理部３は例えば矩形ダクト状のユニットケース２３内に収容され、一体化されている。尚、このユニットケース２３の空気流入側には被処理空気中の塵埃等を除去するための図示しないプレフィルタが設けられている。更に、有害物質除去装置１を構成する電気機器、即ち、送風機４、紫外線照射ランプ８、循環水ポンプ１９及び電解処理部１７を制御する図示しないコントローラもこのユニットケース２３内に設けられているものとする。また、実施例では各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３にそれぞれ１台の有害物質除去装置１を設置した場合を示しているが、被処理空気の気流に対して直列若しくは並列に複数台の有害物質除去装置１を各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３のそれぞれに設置しても良い。
【００４９】
そして、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の空気、即ち、被処理空気（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等の揮発性有機化合物（有害ガス成分）を含む）は、空調装置Ｃの図示しない送風装置、及び、各有害物質除去装置１の前段処理部２の送風機４の運転により、各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３に吸引され、そこに設置された有害物質除去装置１をそれぞれ通過した後、空調用主経路ＭＤにて合流し、そこを経て空調装置Ｃに至る。そして、この空調装置Ｃにて温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせが行われた後、図示しない経路にて再び各被調和室Ｒ１〜Ｒ３に戻される循環が行われる。
【００５０】
以上の構成で、本発明の有害物質除去装置１の動作について説明する。前記コントローラが、送風機４、紫外線照射ランプ８、循環水ポンプ１９及び電解処理部１７を運転すると、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の被処理空気が送風機４により前述した如く有害物質処理装置１の前段処理部２に流入する。尚、空気浄化装置Ｗの送風装置の運転により空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３には各被調和室Ｒ１〜Ｒ３から被処理空気が有害物質処理装置１に流入する気流が形成されているが、送風機４の運転によりそれが加速されて前段処理部２に通風される。
【００５１】
前段処理部２に流入した被処理空気は、先ず上流側のフィルタ構造体６に流入し、そこを通過する過程で被処理空気中の有害ガス成分（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等の揮発性有機化合物）が多孔質吸着剤１２に吸着されて捕集される。このとき、紫外線照射ランプ８が通電されてフィルタ構造体６のメッシュ体９にコーティングされた光触媒１３に深紫外線（波長１８５ｎｍ）が照射されるので、光触媒１３が励起されて還元力の強い電子と酸化力の強い正孔が生成される。これらにより、多孔質吸着剤１２に捕集されたトルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物は分解されていく。
【００５２】
図６及び図７に係る光触媒１３と紫外線によりホルムアルデヒドとトルエンの除去した実験結果を示す。各図の上段（Ａ）は光触媒（ＴｉＯ2）に波長２５４ｎｍの通常の紫外線（ＵＶ）を照射した場合を示し、各図の下段（Ｂ）は光触媒に波長１８５ｎｍの深紫外線（ＶＵＶ）を照射した場合を示す。図６の（Ａ）（Ｂ）及び図７の（Ｂ）の前半は前段処理部２におけるホルムアルデヒド又はトルエンの濃度変化を示し、後半は後段処理部３における変化を示している。また、図７の（Ａ）では前半がトルエンを後段処理部３で処理した場合の濃度変化を示し、後半がその後に前段処理部２で処理した場合の変化を示している（前段と後段が逆となっている）。
【００５３】
各図から前段処理部２において通常の波長２５４ｎｍの紫外線を光触媒１３に照射した場合には、ホルムアルデヒド、トルエン共に除去効果が低いが、実施例の１８５ｎｍの深紫外線を照射した場合には、著しく濃度が低下し、除去効果が高いことが分かる。
【００５４】
このように、フィルタ構造体６にてトルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物が捕集され、分解された後の被処理空気は紫外線照射ランプ８を通過し、次にもう一つのフィルタ構造体７に至る。上流側のフィルタ構造体６にて捕集しきれなかった揮発性有機化合物（有害ガス成分）はこの下流側のフィルタ構造体７の多孔質吸着剤１２に吸着されて捕集される。そして、フィルタ構造体９にコーティングされた光触媒１３にも紫外線照射ランプ８から深紫外線が照射されるので、同様にこの捕集された揮発性有機化合物は分解されていく。
【００５５】
ここで、紫外線照射ランプ８からの紫外線の照射により、被処理空気はオゾナイズされてオゾンが生成されるが、このオゾンはこの下流側のフィルタ構造体７の光触媒１３により分解される。これにより、下流側の後段処理部３にオゾンが流出する不都合が解消若しくは抑制される。
【００５６】
また、トルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物が光触媒１３により分解される過程で低分子量の有機化合物（ギ酸、酢酸、低分子量のアルデヒド類）が生成される。この低分子量の有機化合物は当初各フィルタ構造体６、７の多孔質吸着剤１２に吸着されており、そのまま吸着されていれば光触媒１３により最終的に二酸化炭素にまで分解されるものであるが、分子量が小さいため多孔質吸着剤１２から脱落し、送風機４による高速気流に乗って前段処理部２から出ていく。そして、下流側の後段処理部３の気液接触部１６に流入する。
【００５７】
この場合、後段処理部３の気液接触部１６には循環水ポンプ１９の運転により水が掛け流されている。また、これら低分子量の有機化合物は水に溶けやすいので、気液接触部１６を通過する過程で被処理空気中の低分子量の有機化合物は循環水に捕集される。この低分子量有機化合物を捕集した水はその後循環水トレイ１８に流下し、循環水ポンプ１９により吸引されて電解処理部１７に送給される。
【００５８】
電解処理部１７の電極２１、２１にはコントローラにより所定の電位が印加され、一方がアノード、他方がカソードとされている。そして、これら電極２１、２１によって循環水が電気化学的に処理されるので、循環水中には次亜塩素酸等の活性酸素種が生成されている。この活性酸素種により、気液接触部１６にて捕集された循環水中の低分子量の有機化合物が分解される。また、ギ酸については活性酸素種による分解が難しいが、電極２１、２１の表面における電気化学的反応及び電極２１、２１自体の自己触媒反応により分解される。
【００５９】
このように、本発明の有害物質除去装置１は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３中に配置された前段処理部２を備えており、この前段処理部２は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤１２と、光触媒１３と、この光触媒１３に紫外線を照射する紫外線照射ランプ８を有しているので、被処理空気中のトルエンやホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物等の有害ガス成分は多孔質吸着剤１２に捕集される。そして、この捕集された有害ガス成分は、紫外線照射ランプ８からの紫外線によって励起された光触媒１３が生成する電子による強い還元力と正孔による強い酸化力によって効率的に分解処理される。
【００６０】
また、この前段処理部２の下流側に配置された後段処理部３を備えており、この後段処理部３は、前段処理部２により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触部１６と、この気液接触部１６にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極２１、２１を備えた電解処理部１７を有しているので、前段処理部２の光触媒反応で中間的に生成されたギ酸や酢酸、低分子量のアルデヒド等の低分子量有機化合物が多孔質吸着剤１２から脱落し、被処理空気中に放出された場合にも、これらの低分子量有機化合物は下流側に配置された後段処理部３の気液接触部１６にて水に捕集される。
【００６１】
このとき、トルエン等の揮発性有機化合物は、水に溶けにくい性質を有するが、それらが分解された中間体であるギ酸や酢酸等の低分子量の有機酸は水に溶解し易い性質を有するので、気液接触部１６では効率的にこれら低分子量の有機酸を捕集することができる。そして、捕集された低分子量有機酸は電解処理部１７の電極２１、２１で生成される活性酸素種や電極２１、２１表面での電気化学的反応、電極２１、２１自体の自己触媒反応によって分解処理される。
【００６２】
これらにより、空気浄化装置Ｗの空調用経路Ｄ中に本発明の有害物質除去装置１を設置し、被処理空気を高速の気流で通過させた場合にも、前段処理部２で中間的に生成された低分子量有機化合物が空調用経路Ｄ中に放出されてしまう不都合を解消若しくは抑制することができるようになり、それらが被調和室Ｒ１〜Ｒ３に戻されて人体に不快感を与える不都合や呼吸器疾病を悪化させる事態を回避若しくは抑制し、且つ、空調用経路Ｄ中に設置される空調装置Ｃの熱交換器等の金属部品の腐食も回避若しくは抑制することが可能となる。
【００６３】
また、紫外線照射ランプ８は、深紫外線を光触媒１３に照射するので、被処理空気中の有害ガス成分を、より効果的、且つ、効率的に分解処理することができるようになる。更に、光触媒１３としては、アナターゼ型酸化チタンの合金、例えば、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金を用いているので、紫外線照射ランプ８からの深紫外線の照射により容易に光触媒１３は励起されるようになり、被処理空気中の有害ガス成分をより効果的に分解処理することができるようになる。
【００６４】
この場合、前段処理部２は多孔質吸着剤１２を内部に保持する通気性のメッシュ体９、１１を備えており、光触媒１３を当該メッシュ体９の紫外線照射ランプ８側の面にコーティングしているので、通気性を担保した状態で安定的に多孔質吸着剤１２を保持しながら、深紫外線を支障なく光触媒１３に照射し、生成された電子や正孔によって多孔質吸着剤１２に捕集された有害ガス成分を効率的に分解処理することができるようになる。
【００６５】
更に、前段処理部２の紫外線照射ランプ８の下流側に位置するフィルタ構造体７は、当該前段処理部２から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段としても機能するので、紫外線照射手ランプ８からの深紫外線によって空気がオゾナイズされることで生じたオゾンが有害物質除去装置１から空調用経路Ｄ中に放出するされる不都合も回避することができるようになる。
【００６６】
また、後段処理部３の循環水ポンプ１９は、気液接触部１６と電解処理部１７との間で水を循環させるので、循環水の補充も最小限に抑えることができるようになり、経済的である。また、気液接触部１６を被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから構成し、循環水ポンプ１９によりこのフィルタに水を掛け流す（若しくは噴霧する）構成としているので、フィルタにて前段処理部２からの低分子量有機化合物を捕集し、水に溶解させることができるようになる。これにより、高効率な中間体の分解処理を実現することができるようになる。尚、この気液接触部１６の構造としては、水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させるものでも良く、係る構成によっても低分子量有機化合物を効果的に水に溶け込ませて捕集することが可能である。
【００６７】
そして、空気浄化装置Ｗの被処理空気が流れる空調用経路Ｄ中に有害物質除去装置１の前段処理部２を配置し、この前段処理部２の下流側の空調用経路Ｄ中に後段処理部３を配置すれば、空調用の空気を被処理空気として有害ガス成分を除去し、且つ、中間的に生成される低分子量有機酸の空調用経路Ｄへの放出も防止若しくは抑制した快適で安全な空気浄化を実現することができるようになる。
【００６８】
尚、図３の実施例では空気清浄装置Ｗの各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３にそれぞれ本発明の有害物質除去装置１を設置したが、それに限らず、図４に示す如く各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の被処理空気が合流して流れる空調用経路Ｄの空調用主経路ＭＤに一台、若しくは、被処理空気の気流に対して直列、若しくは、並列に複数台設置するようにしても良い。
【００６９】
また、上記各実施例の有害物質除去装置１では、ユニットケース２３内に前段処理部２及び後段処理部３が収容され、一体化されているが、それに限らず、前段処理部２と後段処理部３を別体とし、図５に示す如く各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３には前段処理部２のみ設置し、後段処理部３は各被調和室Ｒ１〜Ｒ３からの被処理空気が合流して流れる空調用主経路ＭＤに設置する構成としても良い。
【００７０】
係る構成によっても、各前段処理部２を経た被処理空気が合流して後段処理部３に流入するので、前段処理部２からの低分子量有機酸はこの空調用主経路ＭＤの後段処理部３により捕集されて処理されることになる。係る構成によれば、一台の後段処理部３を複数台の前段処理部２に対応させ、一台の後段処理部３により複数の前段処理部２で生じた低分子量有機酸を分解処理することができるようになり、設備費用の削減を図ることができるようになる。
【００７１】
但し、この場合はコントローラは前段処理部２の送風機４及び紫外線照射ランプ８を制御する前段処理部用コントローラと、後段処理部３の電解処理部１７及び循環水ポンプ１９を制御し、前段処理部用コントローラと連携制御可能とされた後段処理部用コントローラとにそれぞれに分けて設置されるものとする。
【００７２】
尚、実施例では前段処理部２の紫外線照射ランプ８の上流側と下流側にフィルタ構造体６、７を配置したが、それに限らず、更に複数のフィルタ構造体を紫外線照射ランプ８の周囲に配置しても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１ 有害物質除去装置
２ 前段処理部
３ 後段処理部
４ 送風機
６、７ フィルタ構造体
８ 紫外線照射ランプ（紫外線照射手段）
９、１１ メッシュ体
１２ 多孔質吸着剤
１３ 光触媒
１６ 気液接触部（気液接触手段）
１７ 電解処理部（電解処理手段）
１９ 循環水ポンプ
２１ 電極
ＢＤ１〜ＢＤ３ 空調用分岐経路
Ｃ 空調装置
Ｄ 空調用経路
ＭＤ 空調用主経路
Ｒ１〜Ｒ３ 被調和室
Ｗ 空気浄化装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は循環水に捕集された有害ガス成分を分解除去処理する有害物質除去装置及びこれを用いて空調用の空気を浄化する空気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内空気質の改善を目的として温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化のうちの一つ、若しくは、それらを組み合わせて実行する空調装置において、空気中の有害ガス成分を除去する方法としては、活性炭を使用したフィルタにより物理的にそれらの有害成分を吸着する方法が一般的である。
【０００３】
この活性炭は非常に優れた有害ガス成分の除去機能を奏するものであるが、一方で吸着したガス成分の保持能力は活性炭の体積に比例するため、大規模な空調装置に用いる場合には、非常に大量の活性炭が必要となり、空調気流の抵抗が増大してエネルギーロスが増加してしまう問題があった。
【０００４】
また、活性炭の吸着能力が飽和（破過）した後は、大量の活性炭を廃棄、或いは、再生しなければならなくなり、メンテナンスコストが高騰するという課題もあった。
【０００５】
他方、空気中の有害ガス成分、例えば揮発性有機化合物（例えばトルエン、ホルムアルデヒド）を分解し、浄化する物質として光触媒が知られている。この光触媒を用いて空気浄化を行う場合、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ2）を載置した基材上に、自然光、或いは、紫外線を供給することにより、有害ガス成分を分解するものであるが、光触媒がアナターゼ型の金属結晶であることから、空気中の有害ガス成分を選択的に吸着捕集することが難しい。
【０００６】
そこで、活性炭に吸着した有害ガス成分を光触媒により分解するという技術が開発されてきている。ここで、光触媒は上述した如く光エネルギーを励起光として吸収し、還元力の強い電子と非常に酸化力の強い正孔を生成することで触媒作用を示すものであるから、活性炭に吸着した有害ガス成分を分解することにより、活性炭の吸着能力を再生することが可能となる。
【０００７】
実際には、有害ガス成分の浄化に光触媒を活用する方法として、ガス吸着性の高い活性炭や珪藻土、ゼオライト等のメソポーラス（１ｎｍ〜数十ｎｍの大きさのメソ孔を多数持つ）系の多孔質材料を基材とし、この基材表面に光触媒を担持（コーティング）して膜状に成形した空気清浄機用フィルタが開発されている。係る光触媒フィルタを用いれば、空調用の空気中から捕集した有害ガス成分を高効率で分解することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで光触媒反応は、トルエンやホルムアルデヒド等の揮発性の有機化合物を、最終的に二酸化炭素にまで分解するものであるが、比較的緩慢な反応であり、その分解過程においては様々な低分子量有機化合物が中間体（中間生成物）として形成される。そして、一般的に高分子量の有機化合物は低分子量のものに分解されることにより、揮発性が高まる。
【００１０】
そのため、高速で気流が通過する空調装置において光触媒フィルタを用いた場合、有害ガス成分の分解中間体である高揮発性有機物がフィルタ（活性炭）から脱落し、空調用経路に放出されてしまう。
【００１１】
この中間体である高揮発性有機物の代表例としては、ギ酸や酢酸、アルデヒド類、アルコール等の低分子量有機化合物がある。そして、これら低分子量有機化合物は刺激性が強く、腐食性も高いため、気流に乗ってこれらが空調用経路に放出されると、人体の眼や呼吸器の粘膜を刺激し、不快感を与えると共に、喘息等の疾病を持つ患者にとっては、症状を悪化させてしまう。また、空調用経路中の熱交換器等の金属部品を腐食させる。
【００１２】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、光触媒を用いて被処理空気中の有害ガス成分を効果的に低減し、且つ、有害ガス成分の分解過程で生成される高揮発性有機物の再放出をも抑制することができる有害物質除去装置及びそれを用いた空気浄化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の有害物質除去装置は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部と、この前段処理部の下流側に配置された後段処理部とを備え、前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、この光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有し、後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、この気液接触手段にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明の有害物質除去装置は、上記において紫外線照射手段は、深紫外線を光触媒に照射することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において光触媒は、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において前段処理部は、多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、光触媒は、当該メッシュ体の紫外線照射手段側の面にコーティングされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において前段処理部は、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において後段処理部は、気液接触手段と電解処理手段との間で水を循環させることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明の有害物質除去装置は、上記各発明において気液接触手段は、被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから成り、後段処理部３は、このフィルタに水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明の有害物質除去装置は、請求項１乃至請求項６のうちの何れかにおいて気液接触手段は、水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させることを特徴とする。
【００２１】
請求項９の発明の空気浄化装置は、被処理空気が流れる空調用経路中に請求項１乃至請求項８に記載の有害物質除去装置の前段処理部を配置し、この前段処理部の下流側の空調用経路中に後段処理部を配置したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０の発明の空気浄化装置は、上記において空調用経路は、それぞれ被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た被処理空気が合流して流れる空調用主経路を有し、各空調用分岐経路中にそれぞれ前段処理部を配置すると共に、空調用主経路中に後段処理部を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の有害物質除去装置によれば、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部を備えており、この前段処理部は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、この光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有しているので、被処理空気中のトルエンやホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物等の有害ガス成分は多孔質吸着剤に捕集される。そして、この捕集された有害ガス成分は、紫外線照射手段からの紫外線によって励起された光触媒が生成する電子による強い還元力と正孔による強い酸化力によって効率的に分解処理される。
【００２４】
また、この前段処理部の下流側に配置された後段処理部を備えており、この後段処理部は、前段処理部により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、この気液接触手段にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有しているので、前段処理部の光触媒反応で中間的に生成されたギ酸や酢酸、低分子量のアルデヒド等の低分子量有機化合物が多孔質吸着剤から脱落し、放出された場合にも、これらの低分子量有機化合物は下流側に配置された後段処理部の気液接触手段にて水に捕集される。
【００２５】
このとき、水に溶けにくい性質を有するトルエン等の揮発性有機化合物が分解された中間体であるギ酸や酢酸等の低分子量有機化合物は水に溶解し易い性質を有するので、気液接触手段では効率的にこれら低分子量有機化合物を捕集することができる。そして、捕集された低分子量有機化合物は電解処理手段の電極で生成される活性酸素種や電極表面での電気化学的反応、電極自体の自己触媒反応によって分解処理される。
【００２６】
これらにより、請求項９や請求項１０の如き空気浄化装置の空調用経路中に本発明の有害物質除去装置を設置し、被処理空気を高速の気流で通過させた場合にも、前段処理部で中間的に生成された低分子量有機化合物が空調用経路中に放出されてしまう不都合を解消若しくは抑制することができるようになり、人体に不快感を与える不都合や疾病を悪化させる事態を回避若しくは抑制し、且つ、空調用経路中の金属部品の腐食も回避若しくは抑制することが可能となるものである。
【００２７】
また、請求項２の発明の如く紫外線照射手段により、深紫外線を光触媒に照射するようにすれば、被処理空気中の有害ガス成分を、より効果的、且つ、効率的に分解処理することができるようになるものである。
【００２８】
更に、請求項３の発明の如く光触媒として、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金を用いることで、紫外線の照射により容易に光触媒は励起されるようになり、被処理空気中の有害ガス成分をより効果的に分解処理することができるようになるものである。
【００２９】
この場合、請求項４の発明の如く前段処理部が多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、光触媒を当該メッシュ体の紫外線照射手段側の面にコーティングすれば、通気性を担保した状態で安定的に多孔質吸着剤を保持しながら、紫外線を支障なく光触媒に照射し、生成された電子や正孔によって多孔質吸着剤に捕集された有害ガス成分を効率的に分解処理することができるようになるものである。
【００３０】
更に、請求項５の発明の如く前段処理部に、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を設ければ、紫外線照射手段からの紫外線によって空気がオゾナイズされることで生じたオゾンが放出される不都合も回避することができるようになる。
【００３１】
また、請求項６の発明の如く後段処理部が、気液接触手段と電解処理手段との間で水を循環させるようにすれば、循環水の補充も最小限に抑えることができるようになり、経済的である。
【００３２】
また、請求項７の発明の如く気液接触手段を、被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから構成し、後段処理部３にこのフィルタに水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を設ければ、フィルタにて前段処理部からの低分子量有機化合物を捕集し、水に溶解させることができるようになるので、高効率な中間体の分解処理を実現することができるようになる。
【００３３】
尚、この気液接触手段の構造は請求項８の発明の如き水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させるものでも良く、係る構成によっても低分子量有機化合物を効果的に水に溶け込ませて捕集することが可能である。
【００３４】
そして、請求項９の発明の如く空気浄化装置の被処理空気が流れる空調用経路中に上記有害物質除去装置の前段処理部を配置し、この前段処理部の下流側の空調用経路中に後段処理部を配置すれば、空調用の空気を被処理空気として有害ガス成分を除去し、且つ、中間的に生成される低分子量有機化合物の空調用経路への放出も防止若しくは抑制した快適で安全な空気浄化を実現することができるようになる。
【００３５】
ここで、請求項１０の発明の如く空調用経路に、それぞれ被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た被処理空気が合流して流れる空調用主経路が存在する場合、各空調用分岐経路中にそれぞれ前段処理部を配置すると共に、空調用主経路中に後段処理部を配置するようにすれば、一台の後段処理部により複数の前段処理部で生じた低分子量の有機化合物を分解処理することができるようになり、設備費用の削減を図ることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用した実施例の有害物質除去装置の概略構成図である。
【図２】図１の有害物質除去装置の前段処理部の分解斜視図である。
【図３】図１の有害物質除去装置を設置した実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図４】図１の有害物質除去装置を設置した他の実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図５】図１の有害物質除去装置を設置したもう一つの他の実施例の空気浄化装置の概略構成図である。
【図６】図１の有害物質除去装置によるホルムアルデヒドの除去効果を示す図である。
【図７】図１の有害物質除去装置によるトルエンの除去効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の有害物質除去装置１は、例えば被調和室（ビルや一般家庭、車両等の室内）の温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせからなる空調を行う空気浄化装置Ｗに設置され、被調和室内の空気を被処理空気として当該被処理空気中に含まれる有害ガス成分、例えば揮発性有機化合物（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等）を除去する装置である。
【００３８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した実施例の有害物質除去装置１の概略構成図である。実施例の有害物質除去装置１は、前段処理部２と後段処理部３とから構成されている。
【００３９】
先ず、前段処理部２について説明する。実施例の前段処理部２は、送風機４と、この送風機４による被処理空気の気流の上流側に配置されたフィルタ構造体６と、このフィルタ構造体６の下流側に位置し、当該フィルタ構造体６に対向して配置されたもう一つのフィルタ構造体７（オゾン分解手段）と、これらフィルタ構造体６、７の間に配置された紫外線照射手段としての紫外線照射ランプ８とから構成されている。
【００４０】
図２に係る前段処理部２の分解斜視図を示す。実施例のフィルタ構造体６、７は何れも、例えば矩形容器状を呈する一対のステンレス製メッシュ体９、１１と、各メッシュ体９、１１間に挟持されて内部に保持される多孔質吸着剤１２とから構成されている。メッシュ体９、１１は通気性を有するメッシュ構造であり、紫外線照射ランプ８側に位置するメッシュ体９の少なくとも紫外線照射ランプ８側の面には、光触媒１３が担持（コーティング）されている。
【００４１】
この光触媒１３は、実施例では酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金が使用される。但し、光触媒１３は、紫外線や可視光線の吸収によって励起活性化されるものであればこれに限定されない。
【００４２】
また、実施例の多孔質吸着剤１２は活性炭が採用されるが、ガス吸着性の高いメソポーラス系の多孔質材料であれば、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土、ポーラスメタル、ポーラスシリカ等も使用できる。特に、ゼオライトはオゾン耐性が高いので有効である。また、多孔質吸着剤１２自体の構造は、ハニカム状に成形されたものでも、粒状、ペレット状のものでも良く、通気性を有するものであれば使用可能である。但し、形態を保持できない粒状、ペレット状の場合には、メッシュ体９、１１内に保持できるように通気性を有した素材のシートにてパックすると良い。
【００４３】
更に、実施例の紫外線照射ランプ８は、波長１８５ｎｍの深紫外線を照射するものが採用される。そして、この紫外線照射ランプ８からの深紫外線はフィルタ構造体６、７のメッシュ体９にコーティングされた光触媒１３に照射される構成とされ、送風機４からの被処理空気の気流は、図中白抜き矢印の如くフィルタ構造体６、紫外線照射ランプ８、フィルタ構造体７の順で通風される。そして、このフィルタ構造体７を通過した被処理空気が後段処理部３に通風されるような配置とされる。
【００４４】
次に、この後段処理部３について説明する。実施例の後段処理部３は、気液接触部（気液接触手段）１６と、電解処理部（電解処理手段）１７、気液接触部１６の下側に配置された循環水トレイ１８、及び、循環水ポンプ１９とから構成されている。気液接触部１６はハニカム構造などの通気性を有した親水性素材から成るフィルタにて構成されている。尚、気液接触部１６の構成はこれに限定されるものではない。
【００４５】
この気液接触部１６に図中白抜き矢印の如く前段処理部２を通過した後の被処理空気が通風される。電解処理部１７には一対の電極２１、２１が収納されており、この電極２１、２１に電位が印加されることで電気化学的処理（電気分解）が行われる。循環水ポンプ１９は運転されて循環水トレイ１８内の水（循環水）を吸引し、電解処理部１７に送給する。電解処理部１７では循環水ポンプ１９から送られた水が電極２１、２１によって電気科学的に処理され、この電気化学的に処理された水は気液接触部１６に上から掛け流される。
【００４６】
これにより、送風機４によって通風される前段処理部２からの被処理空気が循環水と接触する。気液接触部１６で被処理空気と接触した後の水は循環水トレイ１８に受容され、再び循環水ポンプ１９に吸引されて電解処理部１７に送給される循環を繰り返す。尚、実施例では循環水ポンプ１９により気液接触部１６に循環水を掛け流す構成としたが、それに限らず、スプレーを設けて循環水を気液接触部１６に噴霧するものでも良い。また、実施例ではフィルタ構造の気液接触部１６を用いているが、単なる空間とし、その空間（気液接触部）に循環水の霧を噴射し、若しくは、膜を形成し、これら粒、膜中に被処理空気を通風する所謂スクラバー方式としても有効である。
【００４７】
次に、係る構成の有害物質除去装置１の設置形態について説明する。図３は空気清浄装置Ｗに有害物質除去装置１を設置した一実施例を示している。実施例の空気清浄装置１は、例えば三つの被調和室Ｒ１〜Ｒ３（ビルや一般家庭等の室内）の温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせからなる空調を行うもので、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３に連通した三つの空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３と、これら空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３が合流する空調用主経路ＭＤから成る空調用経路Ｄと、空調装置Ｃ等を備えている。
【００４８】
そして、この実施例の場合、各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３のそれぞれに図１の有害物質除去装置１が設置される。また、この実施例では前段処理部２及び後段処理部３は例えば矩形ダクト状のユニットケース２３内に収容され、一体化されている。尚、このユニットケース２３の空気流入側には被処理空気中の塵埃等を除去するための図示しないプレフィルタが設けられている。更に、有害物質除去装置１を構成する電気機器、即ち、送風機４、紫外線照射ランプ８、循環水ポンプ１９及び電解処理部１７を制御する図示しないコントローラもこのユニットケース２３内に設けられているものとする。また、実施例では各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３にそれぞれ１台の有害物質除去装置１を設置した場合を示しているが、被処理空気の気流に対して直列若しくは並列に複数台の有害物質除去装置１を各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３のそれぞれに設置しても良い。
【００４９】
そして、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の空気、即ち、被処理空気（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等の揮発性有機化合物（有害ガス成分）を含む）は、空調装置Ｃの図示しない送風装置、及び、各有害物質除去装置１の前段処理部２の送風機４の運転により、各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３に吸引され、そこに設置された有害物質除去装置１をそれぞれ通過した後、空調用主経路ＭＤにて合流し、そこを経て空調装置Ｃに至る。そして、この空調装置Ｃにて温度調節、湿度調節、換気調節、又は、空気浄化の何れか、若しくは、それらの組み合わせが行われた後、図示しない経路にて再び各被調和室Ｒ１〜Ｒ３に戻される循環が行われる。
【００５０】
以上の構成で、本発明の有害物質除去装置１の動作について説明する。前記コントローラが、送風機４、紫外線照射ランプ８、循環水ポンプ１９及び電解処理部１７を運転すると、各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の被処理空気が送風機４により前述した如く有害物質処理装置１の前段処理部２に流入する。尚、空気浄化装置Ｗの送風装置の運転により空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３には各被調和室Ｒ１〜Ｒ３から被処理空気が有害物質処理装置１に流入する気流が形成されているが、送風機４の運転によりそれが加速されて前段処理部２に通風される。
【００５１】
前段処理部２に流入した被処理空気は、先ず上流側のフィルタ構造体６に流入し、そこを通過する過程で被処理空気中の有害ガス成分（トルエン、ホルムアルデヒド、窒素酸化物等の揮発性有機化合物）が多孔質吸着剤１２に吸着されて捕集される。このとき、紫外線照射ランプ８が通電されてフィルタ構造体６のメッシュ体９にコーティングされた光触媒１３に深紫外線（波長１８５ｎｍ）が照射されるので、光触媒１３が励起されて還元力の強い電子と酸化力の強い正孔が生成される。これらにより、多孔質吸着剤１２に捕集されたトルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物は分解されていく。
【００５２】
図６及び図７に係る光触媒１３と紫外線によりホルムアルデヒドとトルエンの除去した実験結果を示す。各図の上段（Ａ）は光触媒（ＴｉＯ2）に波長２５４ｎｍの通常の紫外線（ＵＶ）を照射した場合を示し、各図の下段（Ｂ）は光触媒に波長１８５ｎｍの深紫外線（ＶＵＶ）を照射した場合を示す。図６の（Ａ）（Ｂ）及び図７の（Ｂ）の前半は前段処理部２におけるホルムアルデヒド又はトルエンの濃度変化を示し、後半は後段処理部３における変化を示している。また、図７の（Ａ）では前半がトルエンを後段処理部３で処理した場合の濃度変化を示し、後半がその後に前段処理部２で処理した場合の変化を示している（前段と後段が逆となっている）。
【００５３】
各図から前段処理部２において通常の波長２５４ｎｍの紫外線を光触媒１３に照射した場合には、ホルムアルデヒド、トルエン共に除去効果が低いが、実施例の１８５ｎｍの深紫外線を照射した場合には、著しく濃度が低下し、除去効果が高いことが分かる。
【００５４】
このように、フィルタ構造体６にてトルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物が捕集され、分解された後の被処理空気は紫外線照射ランプ８を通過し、次にもう一つのフィルタ構造体７に至る。上流側のフィルタ構造体６にて捕集しきれなかった揮発性有機化合物（有害ガス成分）はこの下流側のフィルタ構造体７の多孔質吸着剤１２に吸着されて捕集される。そして、フィルタ構造体９にコーティングされた光触媒１３にも紫外線照射ランプ８から深紫外線が照射されるので、同様にこの捕集された揮発性有機化合物は分解されていく。
【００５５】
ここで、紫外線照射ランプ８からの紫外線の照射により、被処理空気はオゾナイズされてオゾンが生成されるが、このオゾンはこの下流側のフィルタ構造体７の光触媒１３により分解される。これにより、下流側の後段処理部３にオゾンが流出する不都合が解消若しくは抑制される。
【００５６】
また、トルエンやホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物が光触媒１３により分解される過程で低分子量の有機化合物（ギ酸、酢酸、低分子量のアルデヒド類）が生成される。この低分子量の有機化合物は当初各フィルタ構造体６、７の多孔質吸着剤１２に吸着されており、そのまま吸着されていれば光触媒１３により最終的に二酸化炭素にまで分解されるものであるが、分子量が小さいため多孔質吸着剤１２から脱落し、送風機４による高速気流に乗って前段処理部２から出ていく。そして、下流側の後段処理部３の気液接触部１６に流入する。
【００５７】
この場合、後段処理部３の気液接触部１６には循環水ポンプ１９の運転により水が掛け流されている。また、これら低分子量の有機化合物は水に溶けやすいので、気液接触部１６を通過する過程で被処理空気中の低分子量の有機化合物は循環水に捕集される。この低分子量有機化合物を捕集した水はその後循環水トレイ１８に流下し、循環水ポンプ１９により吸引されて電解処理部１７に送給される。
【００５８】
電解処理部１７の電極２１、２１にはコントローラにより所定の電位が印加され、一方がアノード、他方がカソードとされている。そして、これら電極２１、２１によって循環水が電気化学的に処理されるので、循環水中には次亜塩素酸等の活性酸素種が生成されている。この活性酸素種により、気液接触部１６にて捕集された循環水中の低分子量の有機化合物が分解される。また、ギ酸については活性酸素種による分解が難しいが、電極２１、２１の表面における電気化学的反応及び電極２１、２１自体の自己触媒反応により分解される。
【００５９】
このように、本発明の有害物質除去装置１は、有害ガス成分を含む被処理空気が流れる空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３中に配置された前段処理部２を備えており、この前段処理部２は、被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤１２と、光触媒１３と、この光触媒１３に紫外線を照射する紫外線照射ランプ８を有しているので、被処理空気中のトルエンやホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物等の有害ガス成分は多孔質吸着剤１２に捕集される。そして、この捕集された有害ガス成分は、紫外線照射ランプ８からの紫外線によって励起された光触媒１３が生成する電子による強い還元力と正孔による強い酸化力によって効率的に分解処理される。
【００６０】
また、この前段処理部２の下流側に配置された後段処理部３を備えており、この後段処理部３は、前段処理部２により処理された被処理空気と水を接触させる気液接触部１６と、この気液接触部１６にて被処理空気と接触した水を電気化学的に処理する電極２１、２１を備えた電解処理部１７を有しているので、前段処理部２の光触媒反応で中間的に生成されたギ酸や酢酸、低分子量のアルデヒド等の低分子量有機化合物が多孔質吸着剤１２から脱落し、被処理空気中に放出された場合にも、これらの低分子量有機化合物は下流側に配置された後段処理部３の気液接触部１６にて水に捕集される。
【００６１】
このとき、トルエン等の揮発性有機化合物は、水に溶けにくい性質を有するが、それらが分解された中間体であるギ酸や酢酸等の低分子量の有機酸は水に溶解し易い性質を有するので、気液接触部１６では効率的にこれら低分子量の有機酸を捕集することができる。そして、捕集された低分子量有機酸は電解処理部１７の電極２１、２１で生成される活性酸素種や電極２１、２１表面での電気化学的反応、電極２１、２１自体の自己触媒反応によって分解処理される。
【００６２】
これらにより、空気浄化装置Ｗの空調用経路Ｄ中に本発明の有害物質除去装置１を設置し、被処理空気を高速の気流で通過させた場合にも、前段処理部２で中間的に生成された低分子量有機化合物が空調用経路Ｄ中に放出されてしまう不都合を解消若しくは抑制することができるようになり、それらが被調和室Ｒ１〜Ｒ３に戻されて人体に不快感を与える不都合や呼吸器疾病を悪化させる事態を回避若しくは抑制し、且つ、空調用経路Ｄ中に設置される空調装置Ｃの熱交換器等の金属部品の腐食も回避若しくは抑制することが可能となる。
【００６３】
また、紫外線照射ランプ８は、深紫外線を光触媒１３に照射するので、被処理空気中の有害ガス成分を、より効果的、且つ、効率的に分解処理することができるようになる。更に、光触媒１３としては、アナターゼ型酸化チタンの合金、例えば、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金を用いているので、紫外線照射ランプ８からの深紫外線の照射により容易に光触媒１３は励起されるようになり、被処理空気中の有害ガス成分をより効果的に分解処理することができるようになる。
【００６４】
この場合、前段処理部２は多孔質吸着剤１２を内部に保持する通気性のメッシュ体９、１１を備えており、光触媒１３を当該メッシュ体９の紫外線照射ランプ８側の面にコーティングしているので、通気性を担保した状態で安定的に多孔質吸着剤１２を保持しながら、深紫外線を支障なく光触媒１３に照射し、生成された電子や正孔によって多孔質吸着剤１２に捕集された有害ガス成分を効率的に分解処理することができるようになる。
【００６５】
更に、前段処理部２の紫外線照射ランプ８の下流側に位置するフィルタ構造体７は、当該前段処理部２から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段としても機能するので、紫外線照射手ランプ８からの深紫外線によって空気がオゾナイズされることで生じたオゾンが有害物質除去装置１から空調用経路Ｄ中に放出するされる不都合も回避することができるようになる。
【００６６】
また、後段処理部３の循環水ポンプ１９は、気液接触部１６と電解処理部１７との間で水を循環させるので、循環水の補充も最小限に抑えることができるようになり、経済的である。また、気液接触部１６を被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから構成し、循環水ポンプ１９によりこのフィルタに水を掛け流す（若しくは噴霧する）構成としているので、フィルタにて前段処理部２からの低分子量有機化合物を捕集し、水に溶解させることができるようになる。これにより、高効率な中間体の分解処理を実現することができるようになる。尚、この気液接触部１６の構造としては、水の霧若しくは膜中に被処理空気を通過させるものでも良く、係る構成によっても低分子量有機化合物を効果的に水に溶け込ませて捕集することが可能である。
【００６７】
そして、空気浄化装置Ｗの被処理空気が流れる空調用経路Ｄ中に有害物質除去装置１の前段処理部２を配置し、この前段処理部２の下流側の空調用経路Ｄ中に後段処理部３を配置すれば、空調用の空気を被処理空気として有害ガス成分を除去し、且つ、中間的に生成される低分子量有機酸の空調用経路Ｄへの放出も防止若しくは抑制した快適で安全な空気浄化を実現することができるようになる。
【００６８】
尚、図３の実施例では空気清浄装置Ｗの各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３にそれぞれ本発明の有害物質除去装置１を設置したが、それに限らず、図４に示す如く各被調和室Ｒ１〜Ｒ３内の被処理空気が合流して流れる空調用経路Ｄの空調用主経路ＭＤに一台、若しくは、被処理空気の気流に対して直列、若しくは、並列に複数台設置するようにしても良い。
【００６９】
また、上記各実施例の有害物質除去装置１では、ユニットケース２３内に前段処理部２及び後段処理部３が収容され、一体化されているが、それに限らず、前段処理部２と後段処理部３を別体とし、図５に示す如く各空調用分岐経路ＢＤ１〜ＢＤ３には前段処理部２のみ設置し、後段処理部３は各被調和室Ｒ１〜Ｒ３からの被処理空気が合流して流れる空調用主経路ＭＤに設置する構成としても良い。
【００７０】
係る構成によっても、各前段処理部２を経た被処理空気が合流して後段処理部３に流入するので、前段処理部２からの低分子量有機酸はこの空調用主経路ＭＤの後段処理部３により捕集されて処理されることになる。係る構成によれば、一台の後段処理部３を複数台の前段処理部２に対応させ、一台の後段処理部３により複数の前段処理部２で生じた低分子量有機酸を分解処理することができるようになり、設備費用の削減を図ることができるようになる。
【００７１】
但し、この場合はコントローラは前段処理部２の送風機４及び紫外線照射ランプ８を制御する前段処理部用コントローラと、後段処理部３の電解処理部１７及び循環水ポンプ１９を制御し、前段処理部用コントローラと連携制御可能とされた後段処理部用コントローラとにそれぞれに分けて設置されるものとする。
【００７２】
尚、実施例では前段処理部２の紫外線照射ランプ８の上流側と下流側にフィルタ構造体６、７を配置したが、それに限らず、更に複数のフィルタ構造体を紫外線照射ランプ８の周囲に配置しても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１ 有害物質除去装置
２ 前段処理部
３ 後段処理部
４ 送風機
６、７ フィルタ構造体
８ 紫外線照射ランプ（紫外線照射手段）
９、１１ メッシュ体
１２ 多孔質吸着剤
１３ 光触媒
１６ 気液接触部（気液接触手段）
１７ 電解処理部（電解処理手段）
１９ 循環水ポンプ
２１ 電極
ＢＤ１〜ＢＤ３ 空調用分岐経路
Ｃ 空調装置
Ｄ 空調用経路
ＭＤ 空調用主経路
Ｒ１〜Ｒ３ 被調和室
Ｗ 空気浄化装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部と、該前段処理部の下流側に配置された後段処理部とを備え、
前記前段処理部は、前記被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、該光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有し、
前記後段処理部は、前記前段処理部により処理された前記被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、該気液接触手段にて前記被処理空気と接触した前記水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有することを特徴とする有害物質除去装置。
【請求項２】
前記紫外線照射手段は、深紫外線を前記光触媒に照射することを特徴とする請求項１に記載の有害物質除去装置。
【請求項３】
前記光触媒は、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有害物質除去装置。
【請求項４】
前記前段処理部は、前記多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、前記光触媒は、当該メッシュ体の前記紫外線照射手段側の面にコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項５】
前記前段処理部は、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項６】
前記後段処理部は、前記気液接触手段と前記電解処理手段との間で前記水を循環させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項７】
前記気液接触手段は、前記被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから成り、前記後段処理部は、当該フィルタに前記水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項８】
前記気液接触手段は、前記水の霧若しくは膜中に前記被処理空気を通過させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項９】
前記被処理空気が流れる空調用経路中に前記前段処理部を配置し、該前段処理部の下流側の前記空調用経路中に前記後段処理部を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の有害物質除去装置を用いた空気浄化装置。
【請求項１０】
前記空調用経路は、それぞれ前記被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た前記被処理空気が合流して流れる空調用主経路を有し、前記各空調用分岐経路中にそれぞれ前記前段処理部を配置すると共に、前記空調用主経路中に前記後段処理部を配置したことを特徴とする請求項９に記載の空気浄化装置。
【請求項１】
有害ガス成分を含む被処理空気が流れる経路中に配置された前段処理部と、該前段処理部の下流側に配置された後段処理部とを備え、
前記前段処理部は、前記被処理空気中の有害ガス成分を吸着する多孔質吸着剤と、光触媒と、該光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有し、
前記後段処理部は、前記前段処理部により処理された前記被処理空気と水を接触させる気液接触手段と、該気液接触手段にて前記被処理空気と接触した前記水を電気化学的に処理する電極を備えた電解処理手段とを有することを特徴とする有害物質除去装置。
【請求項２】
前記紫外線照射手段は、深紫外線を前記光触媒に照射することを特徴とする請求項１に記載の有害物質除去装置。
【請求項３】
前記光触媒は、酸化チタンとチタンの合金、イリジウムと酸化チタンの合金、白金と酸化チタンの合金、又は、白金とイリジウムと酸化チタンの合金であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有害物質除去装置。
【請求項４】
前記前段処理部は、前記多孔質吸着剤を内部に保持する通気性のメッシュ体を備え、前記光触媒は、当該メッシュ体の前記紫外線照射手段側の面にコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項５】
前記前段処理部は、当該前段処理部から流出するオゾンを分解するオゾン分解手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項６】
前記後段処理部は、前記気液接触手段と前記電解処理手段との間で前記水を循環させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項７】
前記気液接触手段は、前記被処理空気が通過する親水性素材のフィルタから成り、前記後段処理部は、当該フィルタに前記水を噴霧、若しくは、掛け流す手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項８】
前記気液接触手段は、前記水の霧若しくは膜中に前記被処理空気を通過させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の有害物質除去装置。
【請求項９】
前記被処理空気が流れる空調用経路中に前記前段処理部を配置し、該前段処理部の下流側の前記空調用経路中に前記後段処理部を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の有害物質除去装置を用いた空気浄化装置。
【請求項１０】
前記空調用経路は、それぞれ前記被処理空気が流れる複数の空調用分岐経路と、各空調用分岐経路を経た前記被処理空気が合流して流れる空調用主経路を有し、前記各空調用分岐経路中にそれぞれ前記前段処理部を配置すると共に、前記空調用主経路中に前記後段処理部を配置したことを特徴とする請求項９に記載の空気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２００５９２（Ｐ２０１２−２００５９２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９２７３（Ｐ２０１１−９９２７３）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５０６２５９６３４）清華大学 (13)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５０６２５９６３４）清華大学 (13)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]