空気清浄装置
【課題】複数の貫通孔を有する形状の光触媒保持体に、紫外線光源を用いて広範囲かつ効率的に紫外線を照射できる構成を簡素に実現する空気清浄装置を提供する。
【解決手段】空気清浄装置は、ＬＥＤ４０と、導光板３２と、ハニカム活性炭２１と、を備える。導光板３２は、ＬＥＤ４０からの紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を有する。ハニカム活性炭２１は、複数の細長状の貫通孔７１を有し、当該貫通孔７１の内壁に光触媒を保持する。そして、導光板３２には、出射面５１の反対側の面に、凹状に形成された微細形状の凹状反射部４１が複数個点在するように配置されている。また、貫通孔７１の長手方向が、出射面５１に垂直な方向に対して傾くようにハニカム活性炭２１が配置される。
【解決手段】空気清浄装置は、ＬＥＤ４０と、導光板３２と、ハニカム活性炭２１と、を備える。導光板３２は、ＬＥＤ４０からの紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を有する。ハニカム活性炭２１は、複数の細長状の貫通孔７１を有し、当該貫通孔７１の内壁に光触媒を保持する。そして、導光板３２には、出射面５１の反対側の面に、凹状に形成された微細形状の凹状反射部４１が複数個点在するように配置されている。また、貫通孔７１の長手方向が、出射面５１に垂直な方向に対して傾くようにハニカム活性炭２１が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外線を光触媒に照射して空気中の有害物質を除去する空気清浄装置において、複数の貫通孔が形成される活性炭等の吸着体に光触媒を保持させる構成が従来から知られている。この空気清浄装置においては、活性炭が有害物質を吸着するとともに、当該活性炭に保持される光触媒に紫外線が照射されることにより、活性酸素種が有機物を分解するように構成されている。
【０００３】
この種の空気清浄装置を開示したものに特許文献１がある。特許文献１の空気清浄装置は、室内に開口する空気導入口、及び室内に開口する空気吹出口を有するケーシングと、空気吹出口近傍のケーシング内に配される光触媒付のハニカム吸着体と、を備える。更に、空気清浄装置は、ケーシング内に前記空気導入口から、前記空気吹出口へ向かう空気流を発生させる送風機と、前記ハニカム吸着体の上流側に配され、光触媒が励起する光束の放射が可能な励起光源とを備える。そして、前記ハニカム吸着体の通気孔に対して前記励起光源の光束が斜め方向から入射するように前記励起光源が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６７３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
紫外線の光源としては、冷陰極管やブラックライト、紫外線発光ダイオード等がよく知られている。近年、紫外線発光ダイオードは高出力化しており、耐用寿命や省エネルギー等を考慮すると、紫外線の光源には紫外線発光ダイオードを用いることが好ましい。しかしながら、紫外線発光ダイオードは強い指向性を有する点光源であるため、広い範囲に照射する場合には、光触媒保持体からある程度離れた位置に配置したり、紫外線発光ダイオードを平面上に縦横に集合配列させたりする必要があった。
【０００６】
一方で、光触媒保持体から離れた位置に紫外線発光ダイオードを配置する場合、距離による光量の減衰や照射範囲のムラが生じ易く、清浄化の効率を向上させることが難しかった。また、紫外線発光ダイオードを縦横に集合配列させる構成は、装置の大型化を招くとともにコストを増大させる原因にもなっていた。
【０００７】
光触媒を用いた空気の清浄化は、紫外線が照射された光触媒の近傍でしか有害物質を分解できない。そのため、紫外線発光ダイオードの照射範囲の拡大は、有害物質の分解効率を向上させるために解決が望まれている課題の１つであった。この点、特許文献１の構成においても同様の問題があり、紫外線発光ダイオードの紫外線を広範囲に照射して一度に効率的に空気の清浄化を行うという観点から改善の余地があった。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の貫通孔を有する形状の光触媒保持体に、紫外線光源を用いて広範囲かつ効率的に紫外線を照射できる構成を簡素に実現する空気清浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置において、以下の構成が提供される。即ち、空気清浄装置は、紫外線光源と、導光板と、光触媒保持体と、を備える。前記導光板は、前記紫外線光源からの前記紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射した紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を有する。前記光触媒保持体は、複数の細長状の貫通孔を有し、当該貫通孔の内壁に前記光触媒を保持する。そして、前記導光板には、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方又はその両方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されている。また、前記貫通孔の長手方向が、前記出射面に垂直な方向に対して傾くように前記光触媒保持体が配置される。
【００１１】
これにより、紫外線光源からの紫外線を、導光板内部の凸状反射部又は凹状反射部に衝突させて反射又は屈折させることにより、光触媒保持体に向けて広範囲に照射できる。また、光触媒保持体に形成される貫通孔が出射面に対して傾いているので、出射面から出射する紫外線の多くが貫通孔の内壁に照射されることになる。従って、出射面から出射して光触媒に当たることなく光触媒保持体を通過する紫外線量を抑制し、効率的な紫外線の照射が可能になる。また、導光板を用いることで、照射範囲の広い紫外線面発光体を簡素な構成で実現することができる。
【００１２】
前記の空気清浄装置においては、前記光触媒保持体は、前記導光板の前記出射面の近傍に対面配置されることが好ましい。
【００１３】
これにより、距離による光量の減衰を防ぐとともに、照射対象から外れる紫外線量を抑制し、光触媒保持体に集中的に紫外線を照射できる。また、光触媒保持体を導光板に近接配置させることで、空気を清浄化するためのコンパクトな構成を実現できる。
【００１４】
前記の空気清浄装置においては、複数の前記導光板が重ねて配置されることが好ましい。
【００１５】
これにより、導光板内部に入射してきた紫外線を反射又は屈折させる反射部が、複数の導光板にそれぞれ形成されているので、出射面の面積に対する反射部の割合を容易に増加させることができる。これによって、光触媒に照射される紫外線量を効果的に増加させることができ、空気の清浄性能の効果的な向上を実現できる。
【００１６】
前記の空気清浄装置においては、前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状又はＶ溝形状に構成されていることが好ましい。
【００１７】
これにより、反射部が入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されているので、入射部からの距離にかかわらず、光触媒保持体に形成される複数の貫通孔に向けて紫外線を均一に照射することができる。また、導光板に入射した紫外線が反射部の傾いた側面に衝突して反射又は屈折するので、出射面側へ前記紫外線を効果的に導くことができる。従って、光触媒に照射される紫外線量が増加し、空気の清浄化性能を一層向上させることができる。
【００１８】
前記の空気清浄装置においては、前記貫通孔に空気を送り込むための送風機を備えることが好ましい。
【００１９】
これにより、送風機によって清浄化を行う前の空気を光触媒保持体の貫通孔に効率的に送り込むことができるので、空気の清浄化能力を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気清浄装置の構成を概略的に示した正面図。
【図２】紫外線面発光体からハニカム活性炭に照射される紫外線の様子を示す模式図。
【図３】導光板の凹状反射部の配置を模式的に示す平面図。
【図４】２枚の導光板を用いた紫外線面発光体の斜視図。
【図５】１枚の導光板を用いた紫外線面発光体の斜視図。
【図６】トルエンの濃度変化及びトルエンの分解総量変化を示したグラフ。
【図７】２枚の導光板を重ねて用いた紫外線面発光体内部の紫外線の様子を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る空気清浄装置１０の構成を概略的に示した正面図である。
【００２２】
図１に示すように、空気清浄装置１０は、ケーシング１４と、吸引ファン（送風機）１２と、光触媒装置１１と、を主要な構成として備える。また、空気清浄装置１０は図略の電源ユニットを備えており、この電源ユニットは光触媒装置１１の各部及び吸引ファン１２に電力を供給する。
【００２３】
ケーシング１４は、空気清浄装置１０の各部を保持するためのものであり、横長の直方体形状に構成されている。このケーシング１４の上面には、空気を取り込むための吸引口１６が形成されている。また、ケーシング１４の側面には、吸引口１６から吸引された空気を清浄化処理した後に再び外部に送り出すための送出口１７が形成されている。
【００２４】
吸引ファン１２はケーシング１４の底部に配置されており、外部の空気をケーシング内に取り込んで光触媒装置１１に送り込むことができるように構成されている。この吸引ファン１２が駆動されることによって、外部からケーシング１４内に空気が取り込まれ、光触媒装置１１に送られる。
【００２５】
図１に示すように、光触媒装置１１は、ハニカム活性炭２１と、紫外線面発光体２２と、を主要な構成として有している。ハニカム活性炭２１は、有害ガスを吸着するとともに光触媒を担持するためのものであり、ケーシング１４の上部に図略のブラケットを介して支持されている。紫外線面発光体２２は、ハニカム活性炭２１に担持される光触媒に向けて紫外線を照射できるように構成されており、ハニカム活性炭２１の下方に配置されている。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照してハニカム活性炭２１及び紫外線面発光体２２の詳細について説明する。図２は、紫外線光源として例えば紫外線発光ダイオードを用いて構成した紫外線面発光体２２からハニカム活性炭２１に照射される紫外線の様子を示す模式図である。図３は、導光板３２の凹状反射部４１の配置を模式的に示す平面図である。
【００２７】
まず、光触媒装置１１の光源である紫外線面発光体２２について説明する。図２に示すように、紫外線面発光体２２は、導光板３２と、導光板３２の下方に配置される反射体３３と、ＬＥＤ４０と、を主要な構成として有している。
【００２８】
導光板３２は、紫外線が透過可能な適宜の樹脂等によって平板状に構成されており、入射部５０と出射面５１とを有している。入射部５０は、ＬＥＤ４０から紫外線が入射される部分であり、導光板３２の一側の縁部に配置されている。また、出射面５１は、前記入射部５０から入射された紫外線を導光板３２の外部へ出射させるためのものであり、当該導光板３２の厚み方向一側の面（上面）に配置されている。
【００２９】
導光板３２において、前記出射面５１と反対側の面（底面）には、円錐台形状に形成される複数の凹状反射部４１が配置されている。凹状反射部４１は円錐台形状に形成されており、この凹状反射部４１の側面に衝突した紫外線は、その衝突面の傾斜によって、上方向である出射面５１方向への成分を多く含んで反射されることになる。
【００３０】
図２に示すように、導光板３２の下方には反射体３３が配置されている。この反射体３３の素材としては、紫外線の反射率が高いものを選択することが好ましい。本実施形態においては、アルミニウムを適宜の樹脂に蒸着させたものを用いている。これにより、入射部５０から入射した紫外線が導光板３２の底部から漏れ出ようとした場合でも、反射体３３によって導光板３２内部に戻されることになる。
【００３１】
ＬＥＤ４０は、導光板３２内部に入射させる紫外線を供給するものであり、前記導光板３２の入射部５０に対面するように配置されている。ＬＥＤ４０から照射された紫外線は、入射部５０から導光板３２内に入射した後、上面（出射面５１）、底面、側面及び反射体によって反射を繰り返しながら進行し、この反射条件が崩れたときに導光板３２外へ出射する。本実施形態においては、上記凹状反射部４１によって反射条件を崩し、これによって紫外線の出射が促されている。
【００３２】
次に図３を参照して凹状反射部４１の配置について説明する。図３に示すように、凹状反射部４１は、入射部５０近傍では配置密度が最も小さく、中央部分では配置密度がやや大きくなり、入射部５０から最も離れた位置では配置密度が最も大きくなるように構成されている。即ち、導光板３２において、紫外線の入射部５０側から離れるに従って、配置密度が疎から密になるように凹状反射部４１が配置されている。
【００３３】
このように、凹状反射部４１の密度を入射部５０からの距離に応じて変化させることによって、出射面５１から照射される紫外線の照度を一層均一なものにすることができる。そしてこの凹状反射部４１は、例えば１００ｍｍ×５０ｍｍの範囲に約６０万個の割合で最適に配置される。なお、凹状反射部４１の配置方法としては、規則的な配置、ランダム配置等を適宜選択することができる。ただし、出射面５１から照射される出力の観点を考慮すると、凹状反射部４１はランダムに配置されることが好ましい。
【００３４】
次にハニカム活性炭２１について説明する。ハニカム活性炭２１は、細長状の貫通孔７１が互いに平行な向きで複数形成されるポーラス状に構成されており、この貫通孔７１の内壁に光触媒としての酸化チタンが担持されている。
【００３５】
そして、ハニカム活性炭２１が導光板３２の出射面５１に対面した状態では、貫通孔７１の長手方向が紫外線面発光体２２の出射面５１の法線方向（出射面５１に垂直な向き）に対して傾くように、当該ハニカム活性炭２１が構成されている。具体的には、ハニカム活性炭２１は所定の厚みを有する平板状に形成されており、導光板３２と平行に向けられた状態で支持されている。一方、ハニカム活性炭２１の貫通孔７１は、当該ハニカム活性炭２１の上面及び下面に対して垂直な方向から若干傾くように配置されている。従って、ハニカム活性炭２１の底面が導光板３２の出射面５１（上面）と平行になるように配置すると、前記貫通孔７１は当該出射面５１の法線方向に対して若干傾斜することになる。
【００３６】
ハニカム活性炭２１の下面と出射面５１との間には若干の隙間が設けられており、清浄化された空気は、この隙間を通って送出口１７へ送られる。更に、ハニカム活性炭２１の下面（出射面５１に対面する面）が導光板３２の出射面５１と略平行になるように構成されているので、ハニカム活性炭２１を出射面５１に近接させて配置することが可能になっている。
【００３７】
次に、上記の構成の空気清浄装置１０による空気の清浄化作用について説明する。吸引ファン１２が駆動されると、空気は図１に示すように吸引口１６からケーシング１４内部に取り込まれ、ハニカム活性炭２１の上方から貫通孔７１に送り込まれる。貫通孔７１の内部に導かれた空気に含まれているトルエン等の有害物質は、ハニカム活性炭２１の内壁に吸着されたり、紫外線によって励起された酸化チタンによって分解されたりする。空気は貫通孔７１の内部を下向きに流れ、やがてハニカム活性炭２１の下方に抜けて、ハニカム活性炭２１下面と紫外線面発光体２２との間を通過し、送出口１７からケーシング１４外に送り出される。なお、空気がハニカム活性炭２１と紫外線面発光体２２との間を通過する際も、ハニカム活性炭２１による吸着と光触媒による有害物質の分解が行われるので、空気から有害物質を確実に除去することができる。
【００３８】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の空気清浄装置１０に用いることができる紫外線面発光体の一例について説明する。図４は、２枚の導光板３２を用いた紫外線面発光体７５の斜視図であり、図５は、１枚の導光板８２を用いた紫外線面発光体８０の斜視図である。なお、以下の説明において上記実施形態と同一の構成には、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図４に示すように、紫外線面発光体７５は、筐体３４と、ＬＥＤユニット３１と、２枚の導光板３２と、反射体３３と、電源部３５と、を備えている。
【００４０】
筐体３４は、紫外線面発光体７５の各部を保持するためのものであり、上面が開放された箱状に形成されている。また、前記ＬＥＤユニット３１は細長い棒状に形成されるとともに、前記筐体３４の一側の内壁に取り付けられている。また、ＬＥＤユニット３１は、当該ＬＥＤユニット３１の長手方向に等間隔に並べて配置された１２個のＬＥＤ４０を有している。そして２枚の導光板３２は、それぞれが一側の端面を前記ＬＥＤユニット３１（ＬＥＤ４０）に対面させるようにして、筐体３４内に並列して配置される。導光板３２は１枚につき６個のＬＥＤ４０に対面している。反射体３３は、２枚の導光板３２の下部に配置されている。電源部３５は、ＬＥＤユニット３１に電力を供給するためのものである。
【００４１】
この構成で、計１２個のＬＥＤ４０が点灯されると、紫外線が２枚の導光板３２のそれぞれの出射面５１からハニカム活性炭２１に向けて広範囲に出射することになる。
【００４２】
次に図５を参照して、１枚の導光板８２を有する紫外線面発光体の一例について説明する。図５に示すように、紫外線面発光体８０は、ＬＥＤユニット８１と、導光板８２と、筐体８３と、反射体と、を備える。ＬＥＤユニット８１には４個のＬＥＤ４０が備えられている。このＬＥＤ４０は、上記実施形態と同様に入射部５０の端面に配置されている。
【００４３】
図５に示す紫外線面発光体８０は、導光板８２の下方に配置される背面反射体８４と、入射部５０と反対側の端面を覆う端面反射体８５と、前記入射部５０に対して隣り合う端面をそれぞれ覆う端面反射体８６，８７と、を備えている。なお、これらの反射体は、背面反射体８４、端面反射体８５，８６，８７が一体的に形成される構成に限定されず、それぞれ別個の独立した部品として構成することもできる。
【００４４】
この構成によっても、計４個のＬＥＤ４０が点灯されると紫外線が出射面５１からハニカム活性炭２１に向けて照射されることになる。このように、空気清浄装置１０に用いることができる紫外線面発光体は、空気清浄装置の構成に応じて適宜のものを採用することができる。
【００４５】
次に、図６を参照して、本実施形態の空気清浄装置１０を用いて行った実験結果について説明する。図６は、トルエンの濃度変化及びトルエンの分解総量変化を示したグラフである。
【００４６】
本実験の目的は、空気清浄装置１０による高濃度トルエンガスの分解を繰り返して行ったときの分解量の変化を調べることにある。以下、本実験の条件について説明する。
【００４７】
即ち、本実験においては４０リットルの乾燥保存用密閉容器を実験槽とし、この実験槽内に空気清浄装置１０及び空気を撹拌するための撹拌装置を配置した。空気清浄装置１０に用いた酸化チタンを保持したハニカム活性炭の初期重量は３．９３ｇである。また、本実験に採用した空気清浄装置１０の紫外線面発光体は、出射面の面積が３０ｍｍ×３０ｍｍであり、この出射面から出射する紫外線量の平均が０．６ｍｗ／ｃｍ2であるものを用いた。
【００４８】
この条件で、予め作製した高濃度トルエンガスを注射器によって実験槽に注入し、実験槽内のトルエン濃度を検知管法によって測定した。図６のグラフに示すように、本実験では濃度測定を２０回余り行った。なお、トルエンの注入は、奇数回目の測定（１回目の測定、３回目の測定、５回目の測定、・・・）の前にその都度行った。
【００４９】
まず、活性炭の吸着能力を減衰させるため、１回目（１回目の測定前）の注入と２回目（３回目の測定前）の注入では、実験槽内のトルエン濃度が１３８０ｐｐｍになるようにトルエンガスをそれぞれ注入した。３回目（５回目の測定前）の注入では、実験槽内のトルエン濃度が２７６ｐｐｍになるようにトルエンガスを注入した。その後、微量のトルエンガスを繰り返し追加投入し、その都度分解量を調べた。例えば、実験槽のトルエン濃度が１５０ｐｐｍから３００ｐｐｍの範囲になるようにトルエンガスを追加注入したときは、約８時間後には２０ｐｐｍから２５ｐｐｍの範囲までトルエン濃度が低下した。なお、トルエンガスの濃度測定は、１回から６回までは略１時間ごとに、７回から１５回までは略８時間ごとに測定した。なお、実験時間は４６時間であり、トルエンを追加した回数は計１１回である。
【００５０】
上記実験終了時に測定したハニカム活性炭の重量は４．３５ｇであった。初期重量が３．９３ｇであることから、今回の実験でハニカム活性炭が吸着したトルエンの重量は０．４２ｇであるといえる。一方、トルエンを分解した累積処理量は０．７４ｇであったことから、累積処理量からハニカム活性炭が吸着したトルエンの重量を差し引いた０．３２ｇが、紫外線が照射されることによって光触媒に分解されたトルエンの重量であると考えられる。
【００５１】
以上の結果から、本実施形態の空気清浄装置１０は、小型でありながら効果的にトルエンガスを分解できることが判った。また、２０回目の測定時にも依然としてトルエンの吸着及び分解が継続しており、本実施形態の空気清浄装置１０は連続使用しても有害物質を効率的に分解できることも判った。
【００５２】
以上に示したように、本実施形態の空気清浄装置１０は以下のように構成される。即ち、空気清浄装置１０は、ＬＥＤ４０と、導光板３２と、ハニカム活性炭２１と、を備える。導光板３２は、ＬＥＤ４０からの紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を有する。ハニカム活性炭２１は、複数の細長状の貫通孔７１を有し、当該貫通孔７１の内壁に光触媒（酸化チタン）を保持する。そして、導光板３２には、出射面５１の反対側の面に、凹状に形成された微細形状の凹状反射部４１が複数個点在するように配置されている。また、貫通孔７１の長手方向が、出射面５１に垂直な方向に対して若干傾くようにハニカム活性炭２１が配置される。
【００５３】
これにより、ＬＥＤ４０の指向性の強い紫外線を、導光板３２内部の凹状反射部４１に衝突させて反射又は屈折させることにより、ハニカム活性炭２１に向けて広範囲に照射できる。また、ハニカム活性炭２１に形成される貫通孔７１が出射面５１に対して傾いているので、ハニカム構造のような複雑な形状であっても、出射面５１から出射する紫外線の多くが貫通孔７１の内壁に照射されることになる。従って、出射面５１から出射して光触媒に当たることなくハニカム活性炭２１を通過する紫外線量を抑制でき、効率的な紫外線の照射が可能になる。また、導光板３２を用いることで、照射範囲の広い紫外線面発光体２２を簡素な構成で実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態の空気清浄装置１０においては、ハニカム活性炭２１は、導光板３２の出射面５１の近傍に対面配置される。
【００５５】
これにより、距離による光量の減衰を防ぐとともに、照射対象から外れる紫外線量を抑制し、ハニカム活性炭２１に集中的に紫外線を照射できる。また、ハニカム活性炭２１を導光板３２に近接配置させることで、空気を清浄化するためのコンパクトな構成を実現できる。
【００５６】
また、本実施形態の空気清浄装置１０においては、凹状反射部４１は、入射部５０から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐台形状に構成されている。
【００５７】
これにより、凹状反射部４１が入射部５０から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されているので、入射部５０からの距離にかかわらず、ハニカム活性炭２１に形成される複数の貫通孔７１に向けて紫外線を均一に照射することができる。また、導光板３２に入射した紫外線が凹状反射部４１の傾いた側面に衝突して反射又は屈折するので、出射面５１側へ前記紫外線を効果的に導くことができる。従って、光触媒（酸化チタン）に照射される紫外線量が増加し、空気の清浄化性能を一層向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態の空気清浄装置１０は、貫通孔７１に空気を送り込むための吸引ファン１２を備えている。
【００５９】
これにより、吸引ファン１２によって清浄化を行う前の空気をハニカム活性炭２１の貫通孔７１に効率的に送り込むことができるので、空気の清浄化能力を効果的に向上させることができる。
【００６０】
また、上記実施形態の紫外線面発光体２２の構成に代えて、複数枚の導光板を重ねて配置して紫外線面発光体を構成することもできる。次に、図７を参照して、薄型の導光板を重ねて配置して構成される紫外線面発光体を備える空気清浄装置の変形例について説明する。図７は、２枚の導光板（底部側導光板９１と出射側導光板９２）を重ねて配置した紫外線面発光体９０内部での紫外線の様子を示した模式図である。なお、変形例の空気清浄装置は、紫外線面発光体９０の構成が異なる以外は上記実施形態の空気清浄装置の構成と同様であるので、その他の構成についての説明は省略する。また、同一及び類似する構成については図面に同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００６１】
図７に示すように、変形例の紫外線面発光体９０は、底部側導光板９１と出射側導光板９２との２枚の導光板と、前記底部側導光板９１の下方に配置される反射体３３と、ＬＥＤ４０と、を主要な構成として有している。
【００６２】
底部側導光板９１及び出射側導光板９２は、ともに、紫外線が透過可能な適宜の樹脂等によって平板状に構成されており、入射部５０と出射面５１とをそれぞれ有している。底部側導光板９１は、紫外線面発光体９０の底部に配置されており、その底面が前記反射体３３に対面している。一方、出射側導光板９２は、その底面が前記底部側導光板９１の出射面５１に対面するとともに、出射側導光板９２自身の出射面５１は、ハニカム活性炭２１（図７において省略）に対面している。
【００６３】
底部側導光板９１と出射側導光板９２は、互いの出射面５１が平行になるように構成されており、出射面５１に垂直な方向に重ねて配置される形になっている。なお、底部側導光板９１の出射面５１と出射側導光板９２の底面とは、密着するように（積層するように）配置してもよいし、若干の隙間が設けられるように配置してもよい。
【００６４】
また、ハニカム活性炭２１と出射側導光板９２の出射面５１との関係は、上記実施形態で説明したハニカム活性炭２１と導光板３２の出射面５１との関係（図１及び図２参照）と同様である。即ち、ハニカム活性炭２１が出射側導光板９２の出射面５１に対面した状態では、貫通孔７１の長手方向が出射側導光板９２の出射面５１の法線方向（出射面５１に垂直な向き）に対して傾くように、当該ハニカム活性炭２１が構成されている。
【００６５】
また、これらの底部側導光板９１及び出射側導光板９２は、その厚みが薄くなるようにそれぞれ構成されている。例えば、底部側導光板９１又は出射側導光板９２の厚みが図２を参照して説明した導光板３２の厚みの半分の厚みになるように構成されている。
【００６６】
ＬＥＤ４０は、底部側導光板９１と出射側導光板９２のそれぞれの入射部５０に対面するように配置されている。
【００６７】
また、図７に示すように、本変形例では、底部側導光板９１及び出射側導光板９２のそれぞれの底部に凹状反射部４１が配置されており、１枚使用の導光板３２（図２参照）と比べたときに、同じ出射面積に対する凹状反射部４１の割合を増やすことが容易になっている。従って、ＬＥＤ４０からの紫外線が凹状反射部４１に当たる確率を増大させることができる。これにより、紫外線が、導光板内部に入射してから凹状反射部４１に当たらずＬＥＤ４０の入射部５０から導光板の外側に出射してしまったり、凹状反射部４１で反射することなく導光板の底面から外部に出射し、反射体３３に当たって減衰する確率を減らすことができる。このように、２枚の導光板を重ねることで、底部側導光板９１及び出射側導光板９２に入射した紫外線の利用効率を向上させることができ、紫外線面発光体９０の高出力化を容易に実現することができるのである。
【００６８】
ところで、上述してきたような紫外線面発光体（導光板）の出射面のサイズは、紫外線を照射する対象物や、紫外線面発光体の構成によって様々である。例えば、高出力の紫外面発光体では、紫外線光源が発する熱を効率よく放散する必要があるので、導光板の出射面のサイズを大きく構成することがある。また、導光板の厚みも装置構成に応じて異なってくるため、出射面のサイズが同じでも、厚みが異なる場合は必要な導光板の形状が異なってくる。このように、従来の構成では、使用する目的や用途に対応するため、様々な形状の導光板を用意することが一般的であり、そのため多くの金型を用意する必要があった。しかしながら、上記変形例の構成であれば、導光板の積層枚数を変更するだけで合計板厚を調整することが可能になる。従って、導光板を重ねて配置して目的の厚みを有する導光板（複数の導光板を重ねた状態）を得ることができ、様々な装置構成の紫外線面発光体に対応することができる。これにより、厚みが異なる導光板ごとに用意していた金型の数を減らすことができ、導光板の製造を効率化することができる。
【００６９】
以上に示したように、変形例の空気清浄装置は、底部側導光板９１と出射側導光板９２とが、出射面５１に垂直な方向に重ねて配置される。
【００７０】
これにより、底部側導光板９１と出射側導光板９２のそれぞれに凹状反射部４１が配置されているので、出射面５１（ハニカム活性炭２１に対面している出射面５１）の面積に対する凹状反射部４１の割合を容易に増加させることができる。従って、多くの紫外線を最上層に配置される出射側導光板９２の出射面５１側に導くことができ、ハニカム活性炭２１に照射される紫外線量を効果的に増加させることができる。このように、底部側導光板９１と出射側導光板９２の２枚（複数）の導光板を重ねるというシンプルな構成で、空気の清浄性能の効果的な向上を実現できる。
【００７１】
なお、上記変形例の紫外線面発光体９０は、２枚の導光板（底部側導光板９１及び出射側導光板９２）を重ねる構成であるが、３枚以上の導光板を重ねる構成に変更することもできる。
【００７２】
以上に本発明の実施形態を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。
【００７３】
上記実施形態のハニカム活性炭２１の構成は、貫通孔７１の長手方向が出射面５１に垂直な向きに対して傾いた構成であればよく、その構成は適宜変更することができる。例えば、ハニカム活性炭を単に傾けて配置することで、出射面に垂直な向きに対して貫通孔の長手方向が傾くように空気清浄装置を構成することができる。また、紫外線面発光体を傾斜させて配置することで、紫外線面発光体の出射面に垂直な向きがハニカム活性炭の貫通孔の長手方向に対して傾くように空気清浄装置を構成することもできる。
【００７４】
上記実施形態の凹状反射部４１の形状は、適宜変更することができる。例えば、凹状反射部４１の形状を円錐形状、角錐形状、角錐台形状、Ｖ溝形状等に変更することができる。また、上記した凹状反射部は、その底部が真円又は正多角形である構成に限定されない。
【００７５】
また、上記実施形態では凹状反射部４１が導光板３２の底部（即ち、前記出射面５１と反対側の部分）に配置されているが、この構成は適宜変更することができる。例えば、導光板３２が上面に凸状反射部を有する構成や上面に凹状反射部を有する構成、或いは底部に凹状反射部を有するとともに上面に凹状反射部を有する構成等に変更することができる。
【００７６】
上記実施形態及び変形例においてＬＥＤユニットは１列に配置されているが、例えば照射線強度に応じてＬＥＤユニットを複数列配置したり、ＬＥＤの配置数を増大させたりする変更を行うことができる。このような構成においても、導光板を用いることで必要なＬＥＤの数を最小限に抑えつつ広範囲に紫外線を照射できる紫外線面発光体を提供することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、紫外線光源として紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ４０）を用いているが、紫外線光源は、紫外線発光ダイオードに限定される訳ではなく、適宜のものを採用することができる。例えば、紫外線光源として冷陰極管やブラックライト等を用いることができる。
【００７８】
また、上記実施形態の吸引ファン１２に代えて、又はそれに加えて、ハニカム活性炭２１の貫通孔７１に直接空気を送り込む送風ファンを配置する構成に変更できる。また、上記実施形態から吸引ファン１２を省略することもできる。
【００７９】
また、上記実施形態では、光触媒を保持する光触媒保持体としてハニカム活性炭２１が採用されているが、他の光触媒保持体に変更することもできる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 空気清浄装置
１２ 吸引ファン（送風機）
２１ ハニカム活性炭（光触媒保持体）
３２ 導光板
４０ ＬＥＤ（紫外線光源）
４１ 凹状反射部（反射部）
５０ 入射部
５１ 出射面
７１ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外線を光触媒に照射して空気中の有害物質を除去する空気清浄装置において、複数の貫通孔が形成される活性炭等の吸着体に光触媒を保持させる構成が従来から知られている。この空気清浄装置においては、活性炭が有害物質を吸着するとともに、当該活性炭に保持される光触媒に紫外線が照射されることにより、活性酸素種が有機物を分解するように構成されている。
【０００３】
この種の空気清浄装置を開示したものに特許文献１がある。特許文献１の空気清浄装置は、室内に開口する空気導入口、及び室内に開口する空気吹出口を有するケーシングと、空気吹出口近傍のケーシング内に配される光触媒付のハニカム吸着体と、を備える。更に、空気清浄装置は、ケーシング内に前記空気導入口から、前記空気吹出口へ向かう空気流を発生させる送風機と、前記ハニカム吸着体の上流側に配され、光触媒が励起する光束の放射が可能な励起光源とを備える。そして、前記ハニカム吸着体の通気孔に対して前記励起光源の光束が斜め方向から入射するように前記励起光源が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６７３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
紫外線の光源としては、冷陰極管やブラックライト、紫外線発光ダイオード等がよく知られている。近年、紫外線発光ダイオードは高出力化しており、耐用寿命や省エネルギー等を考慮すると、紫外線の光源には紫外線発光ダイオードを用いることが好ましい。しかしながら、紫外線発光ダイオードは強い指向性を有する点光源であるため、広い範囲に照射する場合には、光触媒保持体からある程度離れた位置に配置したり、紫外線発光ダイオードを平面上に縦横に集合配列させたりする必要があった。
【０００６】
一方で、光触媒保持体から離れた位置に紫外線発光ダイオードを配置する場合、距離による光量の減衰や照射範囲のムラが生じ易く、清浄化の効率を向上させることが難しかった。また、紫外線発光ダイオードを縦横に集合配列させる構成は、装置の大型化を招くとともにコストを増大させる原因にもなっていた。
【０００７】
光触媒を用いた空気の清浄化は、紫外線が照射された光触媒の近傍でしか有害物質を分解できない。そのため、紫外線発光ダイオードの照射範囲の拡大は、有害物質の分解効率を向上させるために解決が望まれている課題の１つであった。この点、特許文献１の構成においても同様の問題があり、紫外線発光ダイオードの紫外線を広範囲に照射して一度に効率的に空気の清浄化を行うという観点から改善の余地があった。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の貫通孔を有する形状の光触媒保持体に、紫外線光源を用いて広範囲かつ効率的に紫外線を照射できる構成を簡素に実現する空気清浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置において、以下の構成が提供される。即ち、空気清浄装置は、紫外線光源と、導光板と、光触媒保持体と、を備える。前記導光板は、前記紫外線光源からの前記紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射した紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を有する。前記光触媒保持体は、複数の細長状の貫通孔を有し、当該貫通孔の内壁に前記光触媒を保持する。そして、前記導光板には、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方又はその両方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されている。また、前記貫通孔の長手方向が、前記出射面に垂直な方向に対して傾くように前記光触媒保持体が配置される。
【００１１】
これにより、紫外線光源からの紫外線を、導光板内部の凸状反射部又は凹状反射部に衝突させて反射又は屈折させることにより、光触媒保持体に向けて広範囲に照射できる。また、光触媒保持体に形成される貫通孔が出射面に対して傾いているので、出射面から出射する紫外線の多くが貫通孔の内壁に照射されることになる。従って、出射面から出射して光触媒に当たることなく光触媒保持体を通過する紫外線量を抑制し、効率的な紫外線の照射が可能になる。また、導光板を用いることで、照射範囲の広い紫外線面発光体を簡素な構成で実現することができる。
【００１２】
前記の空気清浄装置においては、前記光触媒保持体は、前記導光板の前記出射面の近傍に対面配置されることが好ましい。
【００１３】
これにより、距離による光量の減衰を防ぐとともに、照射対象から外れる紫外線量を抑制し、光触媒保持体に集中的に紫外線を照射できる。また、光触媒保持体を導光板に近接配置させることで、空気を清浄化するためのコンパクトな構成を実現できる。
【００１４】
前記の空気清浄装置においては、複数の前記導光板が重ねて配置されることが好ましい。
【００１５】
これにより、導光板内部に入射してきた紫外線を反射又は屈折させる反射部が、複数の導光板にそれぞれ形成されているので、出射面の面積に対する反射部の割合を容易に増加させることができる。これによって、光触媒に照射される紫外線量を効果的に増加させることができ、空気の清浄性能の効果的な向上を実現できる。
【００１６】
前記の空気清浄装置においては、前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状又はＶ溝形状に構成されていることが好ましい。
【００１７】
これにより、反射部が入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されているので、入射部からの距離にかかわらず、光触媒保持体に形成される複数の貫通孔に向けて紫外線を均一に照射することができる。また、導光板に入射した紫外線が反射部の傾いた側面に衝突して反射又は屈折するので、出射面側へ前記紫外線を効果的に導くことができる。従って、光触媒に照射される紫外線量が増加し、空気の清浄化性能を一層向上させることができる。
【００１８】
前記の空気清浄装置においては、前記貫通孔に空気を送り込むための送風機を備えることが好ましい。
【００１９】
これにより、送風機によって清浄化を行う前の空気を光触媒保持体の貫通孔に効率的に送り込むことができるので、空気の清浄化能力を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気清浄装置の構成を概略的に示した正面図。
【図２】紫外線面発光体からハニカム活性炭に照射される紫外線の様子を示す模式図。
【図３】導光板の凹状反射部の配置を模式的に示す平面図。
【図４】２枚の導光板を用いた紫外線面発光体の斜視図。
【図５】１枚の導光板を用いた紫外線面発光体の斜視図。
【図６】トルエンの濃度変化及びトルエンの分解総量変化を示したグラフ。
【図７】２枚の導光板を重ねて用いた紫外線面発光体内部の紫外線の様子を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る空気清浄装置１０の構成を概略的に示した正面図である。
【００２２】
図１に示すように、空気清浄装置１０は、ケーシング１４と、吸引ファン（送風機）１２と、光触媒装置１１と、を主要な構成として備える。また、空気清浄装置１０は図略の電源ユニットを備えており、この電源ユニットは光触媒装置１１の各部及び吸引ファン１２に電力を供給する。
【００２３】
ケーシング１４は、空気清浄装置１０の各部を保持するためのものであり、横長の直方体形状に構成されている。このケーシング１４の上面には、空気を取り込むための吸引口１６が形成されている。また、ケーシング１４の側面には、吸引口１６から吸引された空気を清浄化処理した後に再び外部に送り出すための送出口１７が形成されている。
【００２４】
吸引ファン１２はケーシング１４の底部に配置されており、外部の空気をケーシング内に取り込んで光触媒装置１１に送り込むことができるように構成されている。この吸引ファン１２が駆動されることによって、外部からケーシング１４内に空気が取り込まれ、光触媒装置１１に送られる。
【００２５】
図１に示すように、光触媒装置１１は、ハニカム活性炭２１と、紫外線面発光体２２と、を主要な構成として有している。ハニカム活性炭２１は、有害ガスを吸着するとともに光触媒を担持するためのものであり、ケーシング１４の上部に図略のブラケットを介して支持されている。紫外線面発光体２２は、ハニカム活性炭２１に担持される光触媒に向けて紫外線を照射できるように構成されており、ハニカム活性炭２１の下方に配置されている。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照してハニカム活性炭２１及び紫外線面発光体２２の詳細について説明する。図２は、紫外線光源として例えば紫外線発光ダイオードを用いて構成した紫外線面発光体２２からハニカム活性炭２１に照射される紫外線の様子を示す模式図である。図３は、導光板３２の凹状反射部４１の配置を模式的に示す平面図である。
【００２７】
まず、光触媒装置１１の光源である紫外線面発光体２２について説明する。図２に示すように、紫外線面発光体２２は、導光板３２と、導光板３２の下方に配置される反射体３３と、ＬＥＤ４０と、を主要な構成として有している。
【００２８】
導光板３２は、紫外線が透過可能な適宜の樹脂等によって平板状に構成されており、入射部５０と出射面５１とを有している。入射部５０は、ＬＥＤ４０から紫外線が入射される部分であり、導光板３２の一側の縁部に配置されている。また、出射面５１は、前記入射部５０から入射された紫外線を導光板３２の外部へ出射させるためのものであり、当該導光板３２の厚み方向一側の面（上面）に配置されている。
【００２９】
導光板３２において、前記出射面５１と反対側の面（底面）には、円錐台形状に形成される複数の凹状反射部４１が配置されている。凹状反射部４１は円錐台形状に形成されており、この凹状反射部４１の側面に衝突した紫外線は、その衝突面の傾斜によって、上方向である出射面５１方向への成分を多く含んで反射されることになる。
【００３０】
図２に示すように、導光板３２の下方には反射体３３が配置されている。この反射体３３の素材としては、紫外線の反射率が高いものを選択することが好ましい。本実施形態においては、アルミニウムを適宜の樹脂に蒸着させたものを用いている。これにより、入射部５０から入射した紫外線が導光板３２の底部から漏れ出ようとした場合でも、反射体３３によって導光板３２内部に戻されることになる。
【００３１】
ＬＥＤ４０は、導光板３２内部に入射させる紫外線を供給するものであり、前記導光板３２の入射部５０に対面するように配置されている。ＬＥＤ４０から照射された紫外線は、入射部５０から導光板３２内に入射した後、上面（出射面５１）、底面、側面及び反射体によって反射を繰り返しながら進行し、この反射条件が崩れたときに導光板３２外へ出射する。本実施形態においては、上記凹状反射部４１によって反射条件を崩し、これによって紫外線の出射が促されている。
【００３２】
次に図３を参照して凹状反射部４１の配置について説明する。図３に示すように、凹状反射部４１は、入射部５０近傍では配置密度が最も小さく、中央部分では配置密度がやや大きくなり、入射部５０から最も離れた位置では配置密度が最も大きくなるように構成されている。即ち、導光板３２において、紫外線の入射部５０側から離れるに従って、配置密度が疎から密になるように凹状反射部４１が配置されている。
【００３３】
このように、凹状反射部４１の密度を入射部５０からの距離に応じて変化させることによって、出射面５１から照射される紫外線の照度を一層均一なものにすることができる。そしてこの凹状反射部４１は、例えば１００ｍｍ×５０ｍｍの範囲に約６０万個の割合で最適に配置される。なお、凹状反射部４１の配置方法としては、規則的な配置、ランダム配置等を適宜選択することができる。ただし、出射面５１から照射される出力の観点を考慮すると、凹状反射部４１はランダムに配置されることが好ましい。
【００３４】
次にハニカム活性炭２１について説明する。ハニカム活性炭２１は、細長状の貫通孔７１が互いに平行な向きで複数形成されるポーラス状に構成されており、この貫通孔７１の内壁に光触媒としての酸化チタンが担持されている。
【００３５】
そして、ハニカム活性炭２１が導光板３２の出射面５１に対面した状態では、貫通孔７１の長手方向が紫外線面発光体２２の出射面５１の法線方向（出射面５１に垂直な向き）に対して傾くように、当該ハニカム活性炭２１が構成されている。具体的には、ハニカム活性炭２１は所定の厚みを有する平板状に形成されており、導光板３２と平行に向けられた状態で支持されている。一方、ハニカム活性炭２１の貫通孔７１は、当該ハニカム活性炭２１の上面及び下面に対して垂直な方向から若干傾くように配置されている。従って、ハニカム活性炭２１の底面が導光板３２の出射面５１（上面）と平行になるように配置すると、前記貫通孔７１は当該出射面５１の法線方向に対して若干傾斜することになる。
【００３６】
ハニカム活性炭２１の下面と出射面５１との間には若干の隙間が設けられており、清浄化された空気は、この隙間を通って送出口１７へ送られる。更に、ハニカム活性炭２１の下面（出射面５１に対面する面）が導光板３２の出射面５１と略平行になるように構成されているので、ハニカム活性炭２１を出射面５１に近接させて配置することが可能になっている。
【００３７】
次に、上記の構成の空気清浄装置１０による空気の清浄化作用について説明する。吸引ファン１２が駆動されると、空気は図１に示すように吸引口１６からケーシング１４内部に取り込まれ、ハニカム活性炭２１の上方から貫通孔７１に送り込まれる。貫通孔７１の内部に導かれた空気に含まれているトルエン等の有害物質は、ハニカム活性炭２１の内壁に吸着されたり、紫外線によって励起された酸化チタンによって分解されたりする。空気は貫通孔７１の内部を下向きに流れ、やがてハニカム活性炭２１の下方に抜けて、ハニカム活性炭２１下面と紫外線面発光体２２との間を通過し、送出口１７からケーシング１４外に送り出される。なお、空気がハニカム活性炭２１と紫外線面発光体２２との間を通過する際も、ハニカム活性炭２１による吸着と光触媒による有害物質の分解が行われるので、空気から有害物質を確実に除去することができる。
【００３８】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の空気清浄装置１０に用いることができる紫外線面発光体の一例について説明する。図４は、２枚の導光板３２を用いた紫外線面発光体７５の斜視図であり、図５は、１枚の導光板８２を用いた紫外線面発光体８０の斜視図である。なお、以下の説明において上記実施形態と同一の構成には、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図４に示すように、紫外線面発光体７５は、筐体３４と、ＬＥＤユニット３１と、２枚の導光板３２と、反射体３３と、電源部３５と、を備えている。
【００４０】
筐体３４は、紫外線面発光体７５の各部を保持するためのものであり、上面が開放された箱状に形成されている。また、前記ＬＥＤユニット３１は細長い棒状に形成されるとともに、前記筐体３４の一側の内壁に取り付けられている。また、ＬＥＤユニット３１は、当該ＬＥＤユニット３１の長手方向に等間隔に並べて配置された１２個のＬＥＤ４０を有している。そして２枚の導光板３２は、それぞれが一側の端面を前記ＬＥＤユニット３１（ＬＥＤ４０）に対面させるようにして、筐体３４内に並列して配置される。導光板３２は１枚につき６個のＬＥＤ４０に対面している。反射体３３は、２枚の導光板３２の下部に配置されている。電源部３５は、ＬＥＤユニット３１に電力を供給するためのものである。
【００４１】
この構成で、計１２個のＬＥＤ４０が点灯されると、紫外線が２枚の導光板３２のそれぞれの出射面５１からハニカム活性炭２１に向けて広範囲に出射することになる。
【００４２】
次に図５を参照して、１枚の導光板８２を有する紫外線面発光体の一例について説明する。図５に示すように、紫外線面発光体８０は、ＬＥＤユニット８１と、導光板８２と、筐体８３と、反射体と、を備える。ＬＥＤユニット８１には４個のＬＥＤ４０が備えられている。このＬＥＤ４０は、上記実施形態と同様に入射部５０の端面に配置されている。
【００４３】
図５に示す紫外線面発光体８０は、導光板８２の下方に配置される背面反射体８４と、入射部５０と反対側の端面を覆う端面反射体８５と、前記入射部５０に対して隣り合う端面をそれぞれ覆う端面反射体８６，８７と、を備えている。なお、これらの反射体は、背面反射体８４、端面反射体８５，８６，８７が一体的に形成される構成に限定されず、それぞれ別個の独立した部品として構成することもできる。
【００４４】
この構成によっても、計４個のＬＥＤ４０が点灯されると紫外線が出射面５１からハニカム活性炭２１に向けて照射されることになる。このように、空気清浄装置１０に用いることができる紫外線面発光体は、空気清浄装置の構成に応じて適宜のものを採用することができる。
【００４５】
次に、図６を参照して、本実施形態の空気清浄装置１０を用いて行った実験結果について説明する。図６は、トルエンの濃度変化及びトルエンの分解総量変化を示したグラフである。
【００４６】
本実験の目的は、空気清浄装置１０による高濃度トルエンガスの分解を繰り返して行ったときの分解量の変化を調べることにある。以下、本実験の条件について説明する。
【００４７】
即ち、本実験においては４０リットルの乾燥保存用密閉容器を実験槽とし、この実験槽内に空気清浄装置１０及び空気を撹拌するための撹拌装置を配置した。空気清浄装置１０に用いた酸化チタンを保持したハニカム活性炭の初期重量は３．９３ｇである。また、本実験に採用した空気清浄装置１０の紫外線面発光体は、出射面の面積が３０ｍｍ×３０ｍｍであり、この出射面から出射する紫外線量の平均が０．６ｍｗ／ｃｍ2であるものを用いた。
【００４８】
この条件で、予め作製した高濃度トルエンガスを注射器によって実験槽に注入し、実験槽内のトルエン濃度を検知管法によって測定した。図６のグラフに示すように、本実験では濃度測定を２０回余り行った。なお、トルエンの注入は、奇数回目の測定（１回目の測定、３回目の測定、５回目の測定、・・・）の前にその都度行った。
【００４９】
まず、活性炭の吸着能力を減衰させるため、１回目（１回目の測定前）の注入と２回目（３回目の測定前）の注入では、実験槽内のトルエン濃度が１３８０ｐｐｍになるようにトルエンガスをそれぞれ注入した。３回目（５回目の測定前）の注入では、実験槽内のトルエン濃度が２７６ｐｐｍになるようにトルエンガスを注入した。その後、微量のトルエンガスを繰り返し追加投入し、その都度分解量を調べた。例えば、実験槽のトルエン濃度が１５０ｐｐｍから３００ｐｐｍの範囲になるようにトルエンガスを追加注入したときは、約８時間後には２０ｐｐｍから２５ｐｐｍの範囲までトルエン濃度が低下した。なお、トルエンガスの濃度測定は、１回から６回までは略１時間ごとに、７回から１５回までは略８時間ごとに測定した。なお、実験時間は４６時間であり、トルエンを追加した回数は計１１回である。
【００５０】
上記実験終了時に測定したハニカム活性炭の重量は４．３５ｇであった。初期重量が３．９３ｇであることから、今回の実験でハニカム活性炭が吸着したトルエンの重量は０．４２ｇであるといえる。一方、トルエンを分解した累積処理量は０．７４ｇであったことから、累積処理量からハニカム活性炭が吸着したトルエンの重量を差し引いた０．３２ｇが、紫外線が照射されることによって光触媒に分解されたトルエンの重量であると考えられる。
【００５１】
以上の結果から、本実施形態の空気清浄装置１０は、小型でありながら効果的にトルエンガスを分解できることが判った。また、２０回目の測定時にも依然としてトルエンの吸着及び分解が継続しており、本実施形態の空気清浄装置１０は連続使用しても有害物質を効率的に分解できることも判った。
【００５２】
以上に示したように、本実施形態の空気清浄装置１０は以下のように構成される。即ち、空気清浄装置１０は、ＬＥＤ４０と、導光板３２と、ハニカム活性炭２１と、を備える。導光板３２は、ＬＥＤ４０からの紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を有する。ハニカム活性炭２１は、複数の細長状の貫通孔７１を有し、当該貫通孔７１の内壁に光触媒（酸化チタン）を保持する。そして、導光板３２には、出射面５１の反対側の面に、凹状に形成された微細形状の凹状反射部４１が複数個点在するように配置されている。また、貫通孔７１の長手方向が、出射面５１に垂直な方向に対して若干傾くようにハニカム活性炭２１が配置される。
【００５３】
これにより、ＬＥＤ４０の指向性の強い紫外線を、導光板３２内部の凹状反射部４１に衝突させて反射又は屈折させることにより、ハニカム活性炭２１に向けて広範囲に照射できる。また、ハニカム活性炭２１に形成される貫通孔７１が出射面５１に対して傾いているので、ハニカム構造のような複雑な形状であっても、出射面５１から出射する紫外線の多くが貫通孔７１の内壁に照射されることになる。従って、出射面５１から出射して光触媒に当たることなくハニカム活性炭２１を通過する紫外線量を抑制でき、効率的な紫外線の照射が可能になる。また、導光板３２を用いることで、照射範囲の広い紫外線面発光体２２を簡素な構成で実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態の空気清浄装置１０においては、ハニカム活性炭２１は、導光板３２の出射面５１の近傍に対面配置される。
【００５５】
これにより、距離による光量の減衰を防ぐとともに、照射対象から外れる紫外線量を抑制し、ハニカム活性炭２１に集中的に紫外線を照射できる。また、ハニカム活性炭２１を導光板３２に近接配置させることで、空気を清浄化するためのコンパクトな構成を実現できる。
【００５６】
また、本実施形態の空気清浄装置１０においては、凹状反射部４１は、入射部５０から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐台形状に構成されている。
【００５７】
これにより、凹状反射部４１が入射部５０から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されているので、入射部５０からの距離にかかわらず、ハニカム活性炭２１に形成される複数の貫通孔７１に向けて紫外線を均一に照射することができる。また、導光板３２に入射した紫外線が凹状反射部４１の傾いた側面に衝突して反射又は屈折するので、出射面５１側へ前記紫外線を効果的に導くことができる。従って、光触媒（酸化チタン）に照射される紫外線量が増加し、空気の清浄化性能を一層向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態の空気清浄装置１０は、貫通孔７１に空気を送り込むための吸引ファン１２を備えている。
【００５９】
これにより、吸引ファン１２によって清浄化を行う前の空気をハニカム活性炭２１の貫通孔７１に効率的に送り込むことができるので、空気の清浄化能力を効果的に向上させることができる。
【００６０】
また、上記実施形態の紫外線面発光体２２の構成に代えて、複数枚の導光板を重ねて配置して紫外線面発光体を構成することもできる。次に、図７を参照して、薄型の導光板を重ねて配置して構成される紫外線面発光体を備える空気清浄装置の変形例について説明する。図７は、２枚の導光板（底部側導光板９１と出射側導光板９２）を重ねて配置した紫外線面発光体９０内部での紫外線の様子を示した模式図である。なお、変形例の空気清浄装置は、紫外線面発光体９０の構成が異なる以外は上記実施形態の空気清浄装置の構成と同様であるので、その他の構成についての説明は省略する。また、同一及び類似する構成については図面に同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００６１】
図７に示すように、変形例の紫外線面発光体９０は、底部側導光板９１と出射側導光板９２との２枚の導光板と、前記底部側導光板９１の下方に配置される反射体３３と、ＬＥＤ４０と、を主要な構成として有している。
【００６２】
底部側導光板９１及び出射側導光板９２は、ともに、紫外線が透過可能な適宜の樹脂等によって平板状に構成されており、入射部５０と出射面５１とをそれぞれ有している。底部側導光板９１は、紫外線面発光体９０の底部に配置されており、その底面が前記反射体３３に対面している。一方、出射側導光板９２は、その底面が前記底部側導光板９１の出射面５１に対面するとともに、出射側導光板９２自身の出射面５１は、ハニカム活性炭２１（図７において省略）に対面している。
【００６３】
底部側導光板９１と出射側導光板９２は、互いの出射面５１が平行になるように構成されており、出射面５１に垂直な方向に重ねて配置される形になっている。なお、底部側導光板９１の出射面５１と出射側導光板９２の底面とは、密着するように（積層するように）配置してもよいし、若干の隙間が設けられるように配置してもよい。
【００６４】
また、ハニカム活性炭２１と出射側導光板９２の出射面５１との関係は、上記実施形態で説明したハニカム活性炭２１と導光板３２の出射面５１との関係（図１及び図２参照）と同様である。即ち、ハニカム活性炭２１が出射側導光板９２の出射面５１に対面した状態では、貫通孔７１の長手方向が出射側導光板９２の出射面５１の法線方向（出射面５１に垂直な向き）に対して傾くように、当該ハニカム活性炭２１が構成されている。
【００６５】
また、これらの底部側導光板９１及び出射側導光板９２は、その厚みが薄くなるようにそれぞれ構成されている。例えば、底部側導光板９１又は出射側導光板９２の厚みが図２を参照して説明した導光板３２の厚みの半分の厚みになるように構成されている。
【００６６】
ＬＥＤ４０は、底部側導光板９１と出射側導光板９２のそれぞれの入射部５０に対面するように配置されている。
【００６７】
また、図７に示すように、本変形例では、底部側導光板９１及び出射側導光板９２のそれぞれの底部に凹状反射部４１が配置されており、１枚使用の導光板３２（図２参照）と比べたときに、同じ出射面積に対する凹状反射部４１の割合を増やすことが容易になっている。従って、ＬＥＤ４０からの紫外線が凹状反射部４１に当たる確率を増大させることができる。これにより、紫外線が、導光板内部に入射してから凹状反射部４１に当たらずＬＥＤ４０の入射部５０から導光板の外側に出射してしまったり、凹状反射部４１で反射することなく導光板の底面から外部に出射し、反射体３３に当たって減衰する確率を減らすことができる。このように、２枚の導光板を重ねることで、底部側導光板９１及び出射側導光板９２に入射した紫外線の利用効率を向上させることができ、紫外線面発光体９０の高出力化を容易に実現することができるのである。
【００６８】
ところで、上述してきたような紫外線面発光体（導光板）の出射面のサイズは、紫外線を照射する対象物や、紫外線面発光体の構成によって様々である。例えば、高出力の紫外面発光体では、紫外線光源が発する熱を効率よく放散する必要があるので、導光板の出射面のサイズを大きく構成することがある。また、導光板の厚みも装置構成に応じて異なってくるため、出射面のサイズが同じでも、厚みが異なる場合は必要な導光板の形状が異なってくる。このように、従来の構成では、使用する目的や用途に対応するため、様々な形状の導光板を用意することが一般的であり、そのため多くの金型を用意する必要があった。しかしながら、上記変形例の構成であれば、導光板の積層枚数を変更するだけで合計板厚を調整することが可能になる。従って、導光板を重ねて配置して目的の厚みを有する導光板（複数の導光板を重ねた状態）を得ることができ、様々な装置構成の紫外線面発光体に対応することができる。これにより、厚みが異なる導光板ごとに用意していた金型の数を減らすことができ、導光板の製造を効率化することができる。
【００６９】
以上に示したように、変形例の空気清浄装置は、底部側導光板９１と出射側導光板９２とが、出射面５１に垂直な方向に重ねて配置される。
【００７０】
これにより、底部側導光板９１と出射側導光板９２のそれぞれに凹状反射部４１が配置されているので、出射面５１（ハニカム活性炭２１に対面している出射面５１）の面積に対する凹状反射部４１の割合を容易に増加させることができる。従って、多くの紫外線を最上層に配置される出射側導光板９２の出射面５１側に導くことができ、ハニカム活性炭２１に照射される紫外線量を効果的に増加させることができる。このように、底部側導光板９１と出射側導光板９２の２枚（複数）の導光板を重ねるというシンプルな構成で、空気の清浄性能の効果的な向上を実現できる。
【００７１】
なお、上記変形例の紫外線面発光体９０は、２枚の導光板（底部側導光板９１及び出射側導光板９２）を重ねる構成であるが、３枚以上の導光板を重ねる構成に変更することもできる。
【００７２】
以上に本発明の実施形態を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。
【００７３】
上記実施形態のハニカム活性炭２１の構成は、貫通孔７１の長手方向が出射面５１に垂直な向きに対して傾いた構成であればよく、その構成は適宜変更することができる。例えば、ハニカム活性炭を単に傾けて配置することで、出射面に垂直な向きに対して貫通孔の長手方向が傾くように空気清浄装置を構成することができる。また、紫外線面発光体を傾斜させて配置することで、紫外線面発光体の出射面に垂直な向きがハニカム活性炭の貫通孔の長手方向に対して傾くように空気清浄装置を構成することもできる。
【００７４】
上記実施形態の凹状反射部４１の形状は、適宜変更することができる。例えば、凹状反射部４１の形状を円錐形状、角錐形状、角錐台形状、Ｖ溝形状等に変更することができる。また、上記した凹状反射部は、その底部が真円又は正多角形である構成に限定されない。
【００７５】
また、上記実施形態では凹状反射部４１が導光板３２の底部（即ち、前記出射面５１と反対側の部分）に配置されているが、この構成は適宜変更することができる。例えば、導光板３２が上面に凸状反射部を有する構成や上面に凹状反射部を有する構成、或いは底部に凹状反射部を有するとともに上面に凹状反射部を有する構成等に変更することができる。
【００７６】
上記実施形態及び変形例においてＬＥＤユニットは１列に配置されているが、例えば照射線強度に応じてＬＥＤユニットを複数列配置したり、ＬＥＤの配置数を増大させたりする変更を行うことができる。このような構成においても、導光板を用いることで必要なＬＥＤの数を最小限に抑えつつ広範囲に紫外線を照射できる紫外線面発光体を提供することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、紫外線光源として紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ４０）を用いているが、紫外線光源は、紫外線発光ダイオードに限定される訳ではなく、適宜のものを採用することができる。例えば、紫外線光源として冷陰極管やブラックライト等を用いることができる。
【００７８】
また、上記実施形態の吸引ファン１２に代えて、又はそれに加えて、ハニカム活性炭２１の貫通孔７１に直接空気を送り込む送風ファンを配置する構成に変更できる。また、上記実施形態から吸引ファン１２を省略することもできる。
【００７９】
また、上記実施形態では、光触媒を保持する光触媒保持体としてハニカム活性炭２１が採用されているが、他の光触媒保持体に変更することもできる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 空気清浄装置
１２ 吸引ファン（送風機）
２１ ハニカム活性炭（光触媒保持体）
３２ 導光板
４０ ＬＥＤ（紫外線光源）
４１ 凹状反射部（反射部）
５０ 入射部
５１ 出射面
７１ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置において、
紫外線光源と、
前記紫外線光源からの前記紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射した紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を有する導光板と、
複数の細長状の貫通孔を有し、当該貫通孔の内壁に前記光触媒を保持する光触媒保持体と、
を備え、
前記導光板には、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されており、
前記貫通孔の長手方向が、前記出射面に垂直な方向に対して傾くように前記光触媒保持体が配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気清浄装置であって、
前記光触媒保持体は、前記導光板の前記出射面の近傍に対面配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気清浄装置であって、
複数の前記導光板が重ねて配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の空気清浄装置であって、
前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状又はＶ溝形状に構成されていることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の空気清浄装置であって、
前記貫通孔に空気を送り込むための送風機を備えることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項１】
光触媒に紫外線を照射して空気の清浄化を行う空気清浄装置において、
紫外線光源と、
前記紫外線光源からの前記紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射した紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を有する導光板と、
複数の細長状の貫通孔を有し、当該貫通孔の内壁に前記光触媒を保持する光触媒保持体と、
を備え、
前記導光板には、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されており、
前記貫通孔の長手方向が、前記出射面に垂直な方向に対して傾くように前記光触媒保持体が配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気清浄装置であって、
前記光触媒保持体は、前記導光板の前記出射面の近傍に対面配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気清浄装置であって、
複数の前記導光板が重ねて配置されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の空気清浄装置であって、
前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されており、その形状が円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状又はＶ溝形状に構成されていることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の空気清浄装置であって、
前記貫通孔に空気を送り込むための送風機を備えることを特徴とする空気清浄装置。
【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２０１０−２２７８４０（Ｐ２０１０−２２７８４０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８７７６（Ｐ２００９−７８７７６）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（５０５４４２８１９）株式会社ナノクリエート (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（５０５４４２８１９）株式会社ナノクリエート (11)
【Ｆターム（参考）】
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