DE69729513T2 - Filtervorrichtung mit photokatalysator - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator-Filter.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Photokatalysator-Reaktion ist durch eine Oxidationsreaktion mit einer unter Lichtbestrahlung erzeugten starken Oxidationskraft gekennzeichnet. Deshalb werden intensiv Bemühungen unternommen, dieses Verfahren in einem Filter zu nutzen und das Verfahren auf Wasseraufbereitungs- und Umweltreinigungsverfahren anzuwenden.
  • Als Filter mit einem herkömmlichen Photokatalysator wird ein Filter mit TiO2 oder einem anderen Photokatalysator, getragen auf einer hitzebeständigen Faser oder einer porösen Substanz, ein Filter mit TiO2 oder einem anderen Photokatalysator, getragen auf einem Maschennetz aus Metall, oder dergleichen verwendet. Mit einem Licht aus einer Lichtquelle wird eine Photokatalysator-Wirkung erzielt.
  • Als spezielle Beispiele dienen ein Filter, ausgestattet mit einer einen Photokatalysator tragenden Bienenwabe in einem Reaktionsbehälter, welcher eine Reaktionslösung und ein Reaktions-Lösemittel und eine optische Faser zum Leiten von Licht in die Wabe enthält (Dokument 1. Veröffentlichung der offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 5-154387); ein Filter mit einem durchscheinenden Dünnfilm aus Titanoxid, getragen auf einem flachen Substrat aus Glas, Keramik oder einem anderen Werkstoff oder auf Glasperlen oder Keramikkugeln, zum Entfernen einer in Leitungswasser enthaltenen giftigen Substanz oder dergleichen durch Bestrahlen des Dünnfilms mit Licht (Dokument 2: Hashimoto und Fujishima, "Water and Drain" Bd. 36 Nr. 10 (1994), S. 5–11); ein Filter mit Titanoxid-Pulver tragenden Photokatalysatoren auf einem beidseitig einer Lichtquelle angeordneten Bienenwabenträger zum Reinigen von Luft in einem Automobil oder verschiedenen Umgebungen (Dokument 3: Suzuki, "Toyota Chuo Kenkyusho R&D Review" Bd. 28 Nr. 3 (1993.9), S. 47–56); ein Filter mit einem in einem ringförmigen Behälter, in dessen Mitte sich eine Lichtquelle befindet, angeordneten TiO2-Pellet zum Behandeln von Trichlorethylen oder anderer flüchtiger Organochlorverbindungen (Dokument 4: Yamazaki, "Chemistry and Industry", Vol. 47 Nr. 2 (1994), S. 152–155); und dergleichen.
  • In jedem der oben erwähnten Beispiele nach Stand der Technik wird jedoch eine Photokatalysator-Wirkung mit einem Licht aus einer Lichtquelle, welche von einem Photokatalysator ein wenig abgesondert ist, erzeugt. Deshalb bestehen die folgenden allgemeinen Probleme.
    • (1) Wenn ein Filter mit Schmutz, Staub, Schlamm oder dergleichen bedeckt ist, hat Licht es schwer, einen Photokatalysator zu erreichen, wodurch eine Katalysatorfunktion herabgesetzt wird. Aus diesem Grund ist eine sehr starke Ultraviolett-Strahlung erforderlich. Insbesondere im Fall von fast schwarzem Roh-Abwasser, das eine große Menge von Substanzen enthält, erreicht Licht einen Photokatalysator nicht, und eine Photokatalysator-Reaktion wird inaktiviert oder nur schwach aktiviert, so dass sie nicht praktisch einsetzbar ist.
    • (2) Licht trifft auf einige Teile und trifft nicht auf andere Teile, und nur die vom Licht getroffenen Teile wirken. Um dem Nachteil abzuhelfen, wird ein Hybrid-Photokatalysator durch Vermischen von Adsorptionsmittel und Titanoxid angefertigt. Die nicht vom Licht getroffenen Teile werden mit dem Adsorptionsmittel aufgefangen und zur Zersetzung zu den vom Licht getroffenen Teilen bewegt. Ein solch kompliziertes System muss entworfen werden.
    • (3) Selbst wenn Licht auf einen Photokatalysator aus einer Lichtquelle auf einen Photokatalysator strahlt, kann nur eine geringfügige Menge des abgestrahlten Lichts den Photokatalysator erreichen. Der größte Teil der Lichtenergie geht verloren. Deshalb ist das Entwerfen einer Einrichtung wichtig, um eine effiziente Bestrahlung mit Licht zu erzielen. Aus diesem Grund muss ein einen ringförmigen Behälter, in dem sich ein Photokatalysator und in dessen Mitte sich eine Lichtquelle befindet, enthaltender Aufbau oder ein anderer komplizierter Aufbau entworfen werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Photokatalysator-Filter, die zugehörige Vorrichtung und ein Fluidbehandlungsverfahren unter Verwendung derselben zu schaffen, welche das oben erwähnte Problem nach dem Stand der Technik lösen und eine Photokatalysator-Funktion durch einen einfachen Aufbau, in welchem Licht aus einem einen Photokatalysator tragenden Tragkörper direkt auf den Photokatalysator gestrahlt wird, effizient erzeugen kann.
  • Und um eine Behandlungskapazität eines solchen Photokatalysators zu verbessern, wurde früher eine große Menge Licht in den Photokatalysator eingebracht.
  • Speziell ist die herkömmliche Anwendung des Photokatalysators auf das folgende beschränkt.
    • (1) Um die Leistungsfähigkeit zu verbessern, wird die Bestrahlung mit einer großen Menge Licht angewandt.
    • (2) Um die Leistungsfähigkeit zu verbessern, wird eine Art der Lichtbestrahlung angewandt.
    • (3) Um die Leistungsfähigkeit zu verbessern, wird das Erhöhen einer Photokatalysator-Aktivität angewandt.
    • (4) Die niedrige Leistungsfähigkeit beschränkt die Anwendung auf die entsprechend der Leistungsfähigkeit entwickelten Wirtschaftsgüter: zum Beispiel Desodorierung (Behandeln einer kleinen Menge, mit einer geschwindigkeitsbestimmenden Eintrittsdiffusion); Verhinderung von Verschmutzung (Behandeln einer kleinen Menge über einen langen Zeitraum); antibakterielle Behandlung (Behandeln einer kleinen Menge: Sterilisieren ist nicht möglich) und dergleichen.
  • Auf diese Weise schränkt, selbst wenn eine Photokatalysator-Wirkung verwendet wird, die auf eine Lichtmenge Gewicht legende Entwicklung eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Photokatalysator-Reaktion ein. Wenn eine große Menge von Objekten zur Photolyse vorliegt, können diese nicht durch die Wirkung eines Photokatalysators behandelt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde vor dem oben erwähnten Hintergrund entwickelt, um eine Filtervorrichtung mit Photokatalysator und ein Filtrierverfahren zu schaffen, welche eine Filtrierkapazität beträchtlich verbessern können.
  • Allgemein als ein zum Filtrieren eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids verwendeter Filter ist hier ein Filter mit einer Filtrierseite senkrecht zu einem Durchflusskanal des zu filtrierenden Fluids (z. B. offengelegte Patentanmeldung Nr. Hei 7-224632); ein Filter mit einer Filtrierseite parallel zu einem Durchflusskanal des Fluids (z. B. offengelegte Patentanmeldung Nr. 56-129020) oder dergleichen bekannt.
  • Im ersteren muss, um eine Filtrierkapazität zu erhöhen, eine Filtrierfläche senkrecht zum Durchflusskanal vergrößert werden. Wenn aber der Durchflusskanal in der Nähe des Filters vergrößert wird, ist es schwierig, den auf jeden Teil des Filters ausgeübten Fluiddruck gleichmäßig zu halten. Deshalb wird die Auffangdichte nachteiligerweise ungleichmäßig und kann eine effiziente Filtration nicht erreicht werden.
  • Für den letzteren gilt, da die Filtrierseite parallel zum Durchflusskanal liegt, dass der Durchflusskanal nicht unbedingt vergrößert werden muss, weil der letztere, verglichen mit dem ersteren, eine größere Filtrierfläche aufweist. Wenn jedoch das zu filtrierende Fluid in einem Filtrierteil vorwärtsströmt, wird das zu filtrierende Fluid nach und nach durch die Filtrierseite, welche auch als Durchflusskanal dient, zur Außenseite hin abgegeben. Deshalb ergibt sich ein Druckunterschied zwischen den jeweiligen Filterteilen, welcher eine Abweichung der Auffangdichte verursacht. Deshalb kann eine genügend effiziente Filtration nicht erreicht werden.
  • Außerdem werden Bemühungen unternommen, eine Photokatalysator-Reaktion auf verschiedene Wasseraufbereitungs-, Luftbehandlungs- und Umweltreinigungsverfahren anzuwenden. Jedoch ist es, selbst wenn die Reaktion im oben erwähnten Filter verwendet wird, sehr schwierig, den Filter an jeder Stelle mit Licht zu bestrahlen.
  • Die Erfindung wurde vor dem oben erwähnten Hintergrund entwickelt, und ihre Aufgabe ist, eine Filtervorrichtung zu schaffen, welche eine effiziente Filtrationswirkung erzielen kann und wirksam mit einer eine Photokatalysator-Reaktion nutzenden Filterreinigungsfunktion versehen werden kann.
  • Wenn ein Fluid durch einen Filter zu filtrieren ist, werden gewöhnlich die folgenden drei Arten von Filtern verwendet.
  • Die erste Art ist ein Filter, der mit einer kurzfaserigen Faser arbeitet (im folgenden als kurzfaseriger Filter bezeichnet).
  • Die zweite Art ist ein Filter, der mit einer langfaserigen Faser arbeitet (im folgenden als langfaseriger Filter bezeichnet). Ein Grundmaterial des Filters hat die Gestalt eines mit einer langfaserigen Faser gewebten Gewebes.
  • Die dritte Art ist ein Filter, der mit Partikeln (einschließlich eines porösen Körpers) oder einem durch Sintern von Partikeln gebildeten porösen Körper arbeitet. Alternativ ist der Filter durch Füllen eines einen Filter bildenden Raums mit den Partikeln gebildet.
  • Jedoch weist jeder der oben erwähnten Filter herkömmlicher Art die folgenden Probleme auf. Es ist schwierig, preiswert einen hochentwickelten Filter zu schaffen.
  • Zunächst wird bei der ersten Art eines kurzfaserigen Filters eine Faserfülldichte vor allem durch Einstellen der Filterlöcher (des Maschennetzes) geändert. Ein Dichteunterschied wird leicht stellenweise bewirkt. Es ist schwierig, das Maschennetz genau zu beherrschen. Wenn ein Fluid hindurchströmt, wird die Konfiguration des Maschennetzes geändert oder besteht ein anderes Problem. Deshalb ist das Problem, dass es schwierig ist, einen hochentwickelten Filter zu erlangen.
  • Bei der zweiten Art eines langfaserigen Filters ist ein komplizierter Prozess zum Weben einer langfaserigen Faser zu einem Gewebe notwendig, welcher die Kosten erhöht. Außerdem hat ein webbarer Faserdurchmesser seine Grenzen. Das erzielbare Maschennetz ist beschränkt. Deshalb besteht auch ein Problem darin, dass es schwierig ist, einen hochentwickelten Filter zu erlangen.
  • Ferner ist bei der dritten Art eines mit Partikeln (einschließlich eines porösen Körpers) arbeitenden Filters der Filter durch Füllen eines einen Filter bildenden Raums mit den Partikeln gebildet. Zum Erzielen einer Filterfunktion ist eine beträchtliche Menge Partikel erforderlich. Dies ergibt das Problem, dass ein großer Raum erforderlich ist und die Kosten steigen.
  • Auch bei der dritten Art eines Filters werden Partikel durch Sintern oder einen anderen Prozess zu einem porösen Filter für den Gebrauch geformt. Es ist eine beträchtliche Menge Partikel erforderlich. Auch dies ergibt das oben erwähnte Problem, dass ein großer Raum erforderlich ist und die Kosten steigen. Außerdem ergibt sich ein Problem, dass die durch das Formen entstehenden Kosten weiter die Kosten steigern.
  • Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben erwähnten Problems entwickelt, und ihre Aufgabe ist, ein Filtermaterial, dessen Herstellungsverfahren und eine das Filtermaterial verwendende Filtervorrichtung oder dergleichen zu schaffen, so dass ein hochentwickelter Filter preiswert gefertigt werden kann.
  • Als Träger des oben erwähnten Photokatalysator-Filters oder eines anderen Photokatalysators werden verschiedene Gläser verwendet.
  • Jedoch heißt es, dass Kalknatronglas als Grundmaterial wegen seiner sich verschlechternden Photokatalysator-Aktivität nicht vorzuziehen ist. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass Natriumionen in den Photokatalysator diffundieren und Verbindungen bilden, wenn der Photokatalysator thermisch oxidiert wird.
  • Quarzglas hingegen weist keine Diffusion von Verunreinigungen in einem Photokatalysator auf und ist als einen Photokatalysator tragendes Grundmaterial zweifellos vorzuziehen. Jedoch sind seine Herstellungskosten für den praktischen Einsatz hoch. Außerdem hat Glas eine solch hohe Erweichungstemperatur, dass es schwierig ist, es zu verschiedenen Konfigurationen warmzuformen. Die Kosten steigen dadurch weiter.
  • Ferner werden Bemühungen unternommen, eine Oberfläche von Kalknatronglas mit Quarzglas zu überziehen, um zu verhindern, dass Natrium herausgelöst wird. Ein Dünnfilm ist jedoch nicht in der Lage, einen ausreichenden Effekt zu bewirken, während durch das Bilden des Dünnfilms Kosten entstehen, was nicht wünschenswert ist.
  • Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben erwähnten Umstände entwickelt, und ihre Aufgabe ist, einen einen Photokatalysator tragenden Glaswerkstoff zu schaffen, welcher keine Diffusion von Verunreinigungen in einen Photokatalysator aufweist, so dass die Photokatalysator-Aktivität sich nicht verschlechtert, und welcher ferner preiswert gefertigt werden kann.
  • Neben dem oben erwähnten Photokatalysator-Filter muss Licht im Fall von Photoreaktion und thermischer Reaktion unter Verwendung von Licht oder in anderen Fällen einen zu bestrahlenden Stoff effizient bestrahlen. Jedoch können gemäß der Erfindung ein Lichtbestrahlungsverfahren und die zugehörige Vorrichtung insbesondere verwendet werden, wenn Licht ein photochemisches Reaktionssystem bestrahlt oder thermische Energie in ein chemisches Reaktionssystem übertragen wird.
  • Wenn Licht das photochemische System bestrahlt, wird in den meisten Fällen Licht aus einer einzigen Richtung gestrahlt. Außerdem beginnt eine Photoreaktion durch Photoabsorption auf einer Oberfläche eines Reaktionspartners.
  • Im Fall einer thermischen Reaktion erfolgt die Erwärmung direkt mit einer Heizeinrichtung oder wird die Luft erwärmt. Bei jedem der beiden Heizverfahren beginnt eine thermische Reaktion an einer Oberfläche nahe einer Wärmequelle.
  • Im Fall einer Verbrennungsreaktion wird eine Feuerquelle verwendet oder erfolgt eine atmosphärische Erwärmung. Auch in diesem Fall beginnt die Verbrennungsreaktion in einem Teil eines Reaktionspartners nahe einer Feuerquelle. Bei atmosphärischer Erwärmung beginnt die Reaktion an einer Oberfläche des Reaktionspartners.
  • Im Fall einer herkömmlichen Photoreaktion wird, da eine freiliegende Oberfläche eines Reaktionspartners begrenzt ist, beim Starten einer Reaktion zwischen einem der Oberfläche nahen Teil und einem der Oberfläche fernen Teil eine zeitliche Verzögerung verursacht. Außerdem kommt die Reaktion, da die freiliegende Oberfläche des Reaktionspartners begrenzt ist, nur in einem Teil der Oberfläche voran. Ferner hat Licht es schwer, den Reaktionspartner zu erreichen, wenn der Reaktionspartner eine hohe Konzentration aufweist, weshalb mit intensivem Licht bestrahlt werden muss. Und wenn eine Seite des Reaktionspartners eine feste Phase hat, ist eine Lichtquelle, um die feste Phase mit viel Licht zu bestrahlen, in zahlreiche Richtungen ausgerichtet oder muss der Aufbau anderweitig kompliziert sein.
  • Andererseits wird im Fall einer herkömmlichen thermischen Reaktion (Verbrennungsreaktion) auf die gleiche Weise wie bei einer Photoreaktion, da eine freiliegende Oberfläche eines Reaktionspartners begrenzt ist, beim Starten einer Reaktion zwischen einem der Oberfläche nahen Teil und einem der Oberfläche fernen Teil eine zeitliche Verzögerung verursacht. Außerdem kommt die Reaktion, da die freiliegende Oberfläche des Reaktionspartners begrenzt ist, nur in einem Teil der Oberfläche voran. Und um die Effizienz der Wärmeleitung zu verbessern, ist stets ausreichendes Rühren erforderlich. Wenn ein Temperaturgradient im Reaktionspartner auftritt, wird ein teilweiser Unterschied in der Reaktion bewirkt. Ferner ist es bei der herkömmlichen thermischen Reaktion, da die Erwärmung mittels Wärmeleitung und Konvektion erfolgt, schwierig, eine konstante Temperatur zu halten. Außerdem ist es schwierig, viele Oberflächen anzufertigen.
  • Die Erfindung wurde entwickelt, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe ist es, ein Lichtbestrahlungsverfahren und die zugehörige Vorrichtung zu schaffen, welche mittels eines Aufbaus, in welchem der lichtleitende Körper selbst als Bestrahlungseinrichtung dient, im Grunde Licht und Wärme durch einen lichtleitenden Körper liefert und eine photochemische Reaktion fördert und effizient Wärmeenergie überträgt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgaben der Erfindung werden durch in den Ansprüchen 1 bis 3 dargestellte Ausgestaltungen der Erfindung erreicht. Die in jedem einzelnen Anspruch dargestellte Erfindung ist eng zusammenhängend. Ein dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechender Photokatalysator-Filter ist in der JP-A-06320010 offenbart.
  • Der Photokatalysator-Filter gemäß der Erfindung ist so gebildet, dass ein Photokatalysator auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers zum Leiten von zum Aktivieren des Photokatalysators benötigtem Licht getragen wird und das durch den lichtleitenden Körper geleitete Licht den Photokatalysator aus einer Oberfläche des lichtleitenden Körpers direkt bestrahlt.
  • Wenn das zur Aktivierung erforderliche Licht auf den Photokatalysator strahlt, bewirkt der Photokatalysator eine Photokatalysator-Reaktion, erzeugt er eine starke Oxidationskraft und eine Reduktionskraft auf seiner Oberfläche und erbringt er die Leistung des Zersetzens und Entfernens einer den Photokatalysator berührenden Substanz.
  • Als lichtleitender Körper kann mindestens ein aus der aus Glas, Keramik, Kunststoff und Kristall bestehenden Gruppe ausgewählter Werkstoff, welcher nicht mit dem Photokatalysator selbst reagiert, verwendet werden.
  • Der lichtleitende Körper kann in einer oder zwei oder mehr der Konfigurationen einer Faser, einer Bienenwabe, eines Maschennetzes, eines Gewebes, einer Schicht und einer Watte gebildet sein.
  • Der Photokatalysator ist vorzugsweise lichtdurchlässig für das zu seiner Aktivierung erforderliche Licht, oder er kann lichtundurchlässig sein. Im Fall eines lichtundurchlässigen Photokatalysators wird eine große Zahl von Photokatalysatoren wie Inseln auf der Oberfläche des lichtleitenden Körpers getragen, so dass das aus dem keine Photokatalysatoren tragenden Teil der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittierte Licht die Ränder der lichtundurchlässigen Photokatalysatoren umgibt.
  • Als Photokatalysator können eine oder zwei oder mehr Verbindungen aus Titanoxid oder dessen Verbindung, Eisenoxid oder dessen Verbindung, Zinkoxid oder dessen Verbindung, Rutheniumoxid oder dessen Verbindung, Zeroxid oder dessen Verbindung, Wolframoxid oder dessen Verbindung, Molybdänoxid oder dessen Verbindung, Cadmiumoxid oder dessen Verbindung und Strontiumoxid oder dessen Verbindung verwendet werden.
  • Als Verfahren zum Tragen eines Photokatalysators wird ein Sol-Gel-Verfahren, ein Peraerosol-Verfahren, ein Überzugs-/Beschichtungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein thermisches Zersetzungsverfahren, ein Metalloxidierverfahren oder dergleichen verwendet. Durch Verwendung eines oder zweier oder mehrerer dieser Verfahren wird die Oberfläche des lichtleitenden Körpers mit einem 1 nm bis 1 mm dicken Film bedeckt.
  • Außerdem kann ein Zusatzstoff zum Verstärken einer aktiven Schicht des Photokatalysators, zum Verstärken einer Haftfestigkeit, zum Verstärken einer Stabilität, zum Verstärken einer Photoreaktion oder zum Bewirken einer anderen Wirkung dem Photokatalysator beigegeben oder als Unterschicht verwendet werden. Als Substanz kann Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Ru, Pd, Rh, Sn, Si, In, Pb, As, Sb, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung verwendet werden. Um die Haftfestigkeit zu verbessern, kann, statt den Zusatzstoff hinzuzufügen, als Substratschicht einer Katalysatorschicht Cr, In, Sn, Si, P oder dergleichen vorgesehen werden.
  • Werkstoffe des Photokatalysators und des lichtleitenden Körpers werden unter Berücksichtigung eines Lichtbrechungskoeffizienten ausgewählt. Anders als bei einer optischen Faser, welche Licht in einem Kern einschließt, muss Licht auf der Seite des Photokatalysators, welcher ein bedeckendes Material darstellt, emittiert werden. Verglichen mit dem Material des lichtleitenden Körpers, kann ein Photokatalysator mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten ausgewählt werden.
  • Ferner kann der Photokatalysator-Filter gemäß der Erfindung so aufgebaut sein, dass auf einer optischen Faser, welche eine auf einem Außenumfang eines den lichtleitenden Körper bildenden Kerns angeordnete Umhüllung aufweist, teilweise oder ganz ein freiliegender Teil des Kerns, dem diese Umhüllung fehlt, gebildet ist und auf dem freiliegenden Teil des Kerns ein Photokatalysator mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des Kerns getragen wird.
  • Der Photokatalysator-Filter mit diesem Aufbau und eine Lichtquelle zum Einbringen von Licht in den lichtleitenden Körper können kombiniert werden, um eine Filtervorrichtung mit Photokatalysator zu bilden.
  • Bei einem Photokatalysator aus TiO2 liegt die Wellenlänge einer Lichtquelle vorzugsweise in einem Ultraviolett-Bereich von 200 nm bis 500 nm, welcher den Photokatalysator aktivieren kann. Zur kontinuierlichen Lichtabgabe kann eine Quecksilberlampe oder eine Ultraviolett-Lampe verwendet werden. Licht aus der Lichtquelle kann in einer Richtung oder in zwei oder mehr Richtungen in den lichtleitenden Körper eingebracht werden.
  • Die Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung ist eine Filtervorrichtung mit Photokatalysator zum Entfernen eines durch einen aus einem einen Photokatalysator tragenden Filtermaterial gebildeten Filter eingefangenen Stoffs mittels einer photolytischen Reaktion des Photokatalysators und ist mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des eingefangenen Stoffs und/oder des Photokatalysators ausgestattet.
  • Durch Kombinieren dieser Filtervorrichtung mit einer Lichtquelle zum Liefern von Licht an einen auf dem Filtermaterial getragenen Photokatalysator wird ein zu filtrierendes Fluid mittels eines Filters der Filtervorrichtung mit Photokatalysator filtriert und bestrahlt Licht aus der Lichtquelle den Photokatalysator zur Photolyse des durch den Filter eingefangenen Stoffs, während durch Erwärmen des eingefangenen Stoffs und/oder des Photokatalysators mittels der Heizeinrichtung im eingefangenen Stoff enthaltener Kohlenstoff oxidiert und vergast wird, so dass der eingefangene Stoff entfernt werden kann.
  • Das Filtermaterial kann aus einem oder zwei oder mehr aus der aus Glas, Keramik, Kristall, Metall und Kunststoff bestehenden Gruppe ausgewählten Werkstoffen gebildet sein. Eine mit der Heizeinrichtung erzielte Erwärmungstemperatur wird in der Regel aus dem Bereich von 50 bis 650°C ausgewählt. Bei Glas als Filtermaterial entspricht die ausgewählte Temperatur einem Glasübergangspunkt oder darunter; bei Keramik einem Zersetzungspunkt oder darunter; bei Kunststoff der niedrigeren Temperatur von Schmelzpunkt und Zersetzungspunkt dessen Kristalls oder darunter; und bei Metall einem Schmelzpunkt oder darunter.
  • Das Filtermaterial kann zu einem Tragkörper von einer oder zwei oder mehr aus der aus einer Faser, einer Bienenwabe, einem Maschennetz, einem Gewebe, einer Schicht, einer Watte und einem aus Partikeln bestehenden Stoff bestehenden Gruppe ausgewählten Konfigurationen gebildet sein.
  • Außerdem ist die Filtervorrichtung gemäß der Erfindung eine Filtervorrichtung, welche ein durch Bündeln einer großen Zahl in einer Längsrichtung ausgerichteter langfaseriger Körper gebildetes Aggregat als Filtermaterial verwendet, ist aus dem Filtermaterial ein Tragkörper, dessen eines Ende in Längsrichtung offen und dessen anderes Ende geschlossen ist und der eine Öffnung aufweist, deren Größe zum anderen Ende hin nach und nach abnimmt, gebildet und strömt der zu filtrierende Stoff durch die Öffnung.
  • Der langfaserige Körper bildet teilweise oder ganz eine Wellenform in Längsrichtung.
  • Außerdem können auf einer Oberfläche des langfaserigen Körpers Vorsprünge gebildet sein.
  • Der langfaserige Körper ist teilweise oder ganz aus einem lichtleitenden Werkstoff gebildet und kann einen teilweise oder ganz auf seiner Oberfläche gebildeten Photokatalysator aufweisen.
  • Ferner wird durch Einbringen von Licht vom einen Ende des langfaserigen Körpers her in den langfaserigen Körper und durch Liefern von Licht an den auf der Oberfläche des langfaserigen Körpers gebildeten Photokatalysator eine Photokatalysator-Wirkung erzeugt, so dass an der Oberfläche des langfaserigen Körpers anhaftende Stoffe zersetzt/entfernt werden können.
  • Die Filtervorrichtung kann aus einer oder zwei oder mehr Arten einer extrafeinen Glasfaser mit einem Durchmesser von 1 bis 70 Mikrometer gebildet sein.
  • Die extrafeine Glasfaser kann als Tragkörper in einer oder zwei oder mehr aus der aus einem Bündel, einem Maschennetz, einem Gewebe, einer Schicht und einer Kerze bestehenden Gruppe ausgewählten Konfigurationen gebildet sein.
  • Ferner beträgt in der Filtervorrichtung ein Erweichungspunkt der extrafeinen Glasfaser vorzugsweise 700°C oder darüber.
  • Ferner ist in der Filtervorrichtung teilweise oder ganz auf einer Oberfläche der extrafeinen Glasfaser ein Photokatalysator gebildet.
  • Ferner wird in der Filtervorrichtung durch Einbringen von Licht vom einen Ende der extrafeinen Glasfaser her in die extrafeine Glasfaser und durch Liefern von Licht an den auf der Oberfläche der extrafeinen Glasfaser gebildeten Photokatalysator eine Photokatalysator-Wirkung erzeugt, so dass an der extrafeinen Glasfaser anhaftende Stoffe zersetzt/entfernt werden können.
  • In der Filtervorrichtung ist eine erste Heizeinrichtung zum Erwärmen des eingefangenen Stoffs vorgesehen.
  • Das Filtermaterial des Filters gemäß der Erfindung ist mit auf der Oberfläche des Filter-Grundmaterials gebildeten Vorsprüngen aufgebaut.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials gemäß der Erfindung ist so beschaffen, dass auf der Oberfläche des Filter-Grundmaterials Vorsprünge gebildet werden.
  • Für ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials der Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials der Erfindung:
    einen Aufbau zum Bilden von Vorsprüngen durch Befestigen von Partikeln auf einer Oberfläche eines Filter-Grundmaterials;
    einen Aufbau zum Bilden von Vorsprüngen durch Verwenden einer Pressform aus Metall auf der Oberfläche des Filter-Grundmaterials; oder
    einen Aufbau zum Bilden von Vorsprüngen auf der Oberfläche des Filtermaterials durch Mischen von Werkstoffen in einen Rohstoff eines Filter-Grundmaterials und Formen.
  • Die Filtervorrichtung der Erfindung ist unter Verwendung eines Filtermaterials mit auf seiner Oberfläche gebildeten Vorsprüngen gebildet.
  • Ein Abstand zwischen den Vorsprüngen beträgt 2d bis 20d, vorzugsweise 3d bis 10d bezüglich eines Durchmessers d eines langfaserigen Körpers, und ein Durchmesser des Vorsprungs ist aus dem Bereich von 0,3 bis 100 μm ausgewählt.
  • Ferner ist die Filtervorrichtung der Erfindung unter Verwendung des Filtermaterials mit auf seiner Oberfläche gebildeten Vorsprüngen gebildet, wobei das Filtermaterial teilweise oder ganz eine Substanz zum Fördern einer Katalysator- oder einer Oberflächenreaktion trägt, oder
    unter Verwendung des eine Fähigkeit zum Leiten von Licht aufweisenden Filtermaterials mit auf seiner Oberfläche gebildeten Vorsprüngen gebildet, wobei das Filtermaterial teilweise oder ganz einen Photokatalysator trägt, so dass das auf das Filtermaterial gestrahlte und durch die Innenseite des Filtermaterials geleitete Licht den Photokatalysator bestrahlt.
  • Gemäß der Erfindung kann durch Ändern einer Größe der Vorsprünge oder einer Verteilungsdichte der Vorsprünge eine Lückengröße (Maschenweite) leicht mit hoher Genauigkeit beherrscht werden. Außerdem kann ein Filter lediglich durch Bündeln oder Schichten des Filtermaterials mit darauf gebildeten Vorsprüngen erzielt werden. Deshalb kann ein nicht herkömmlicher, hochentwickelter Filter preiswert erzielt werden.
  • Und da Löcher durch die auf der Oberfläche des Filtermaterials gebildeten Vorsprünge erzielt werden, bleiben die Löcher unverändert, auch wenn ein Fluid hindurchströmt, und kann die Lückengröße über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden. Deshalb kann die Filterleistung über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden.
  • Ferner ist in der Erfindung ein Webprozess im Grunde unnötig. Selbst eine langfaserige Faser mit einem Faserdurchmesser, welcher vormals schwierig für einen langfaserigen Filter zu verwenden war, kann als Filtermaterial verwendet werden.
  • Außerdem kann, da auf der Oberfläche des Filtermaterials Vorsprünge gebildet sind, die Leistungsfähigkeit eines Filters mit einer Funktion zum Reinigen eines Fluids mittels einer Oberflächenreaktion, verglichen mit dem Filtermaterial ohne Vorsprünge, verbessert werden.
  • Ein als Filter oder lichtleitender Körper der Filtervorrichtung gemäß der Erfindung verwendeter, einen Photokatalysator tragender Glaswerkstoff enthält, in Gewichts-%, 30 bis 80% SiO2 und 0 bis 10% Alkalibestandteil und ist aus einem schwach alkalischen Silikatglas, einem Aluminosilikatglas, einem Borsilikatglas oder einem alkalifreien Glas gebildet.
  • Außerdem enthält der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung, in Gewichts-%, 30 bis 80% SiO2, 1 bis 35% Al2O3, 0 bis 30% B2O3, 0 bis 20% MgO, 0 bis 20% CaO, 0 bis 20% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 20% ZnO, 0 bis 10% Li2O, 0 bis 10% Na2O, 0 bis 10% K2O, 0 bis 10% Cs2O, 0 bis 10% Li2O + Na2O + K2O + Cs2O und 0,1 bis 65% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO + Li2O + Na2O + K2O + CS2O.
  • Ferner enthält der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung, in Gewichts-%, 30 bis 60% SiO2, 1 bis 20% Al2O3, 0 bis 20% B2O3, 0 bis 20% MgO, 0 bis 20% CaO, 0 bis 20% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 20% ZnO, 1 bis 60% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO, 0 bis 10% Li2O, 0 bis 5% Na2O, 0 bis 5% K2O, 0 bis 5% Cs2O, 0 bis 5% Li2O + Na2O + K2O + Cs2O und 1 bis 60% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO + Li2O + Na2O + K2O + CS2O.
  • Für den einen Photokatalysator tragenden Glaswerkstoff der Erfindung enthält der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff als weitere Bestandteile mindestens einen aus der aus PbO, ZrO, TiO2, As2O3, Sb2O3, SnO2, La2O3, P2O5, WO3, Bi2O3, Ta2O5, Nb2O5, Gd2O3 und F bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteil.
  • Alternativ beträgt eine spezifische Durchlässigkeit für eine Wellenlänge zum Aktivieren eines Photokatalysators bei einer Dicke von 10 mm 75% oder mehr.
  • Die Erfindung verwendet die Glaszusammensetzung, welche keine Diffusion von Verunreinigungen in den Photokatalysator aufweist, derentwegen sich die Photokatalysator-Aktivität nicht verschlechtert, auf welcher leicht ein Photokatalysator-Dünnfilm gebildet werden kann, welche hinsichtlich chemischer Beständigkeit, Lichtdurchlässigkeit und dergleichen überlegen ist und welche preiswert hergestellt werden kann, und ist deshalb als der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff überlegen.
  • Ferner kann durch Einstellen der Zusammensetzung eine feine Faser leicht erzielt werden und kann ein in Hitzebeständigkeit und anderen Eigenschaften überlegener, einen Photokatalysator tragender Glaswerkstoff preiswert erzielt werden.
  • Zunächst schafft die Erfindung, als der oben erwähnte Photokatalysator-Filter und als ein Lichtbestrahlungsverfahren, das anzuwenden ist, wenn Licht ein zu bestrahlendes Objekt effizient bestrahlen muss, ein Lichtbestrahlungsverfahren, in welchem eine stark lichtbrechende Substanz mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen eines lichtleitenden Körpers auf einer Oberfläche des lichtleitenden Körpers getragen wird und durch den lichtleitenden Körper geleitetes und aus der stark lichtbrechenden Substanz austretendes Licht das zu bestrahlende Objekt bestrahlt.
  • Der lichtleitende Körper ist aus mindestens einem Werkstoff gebildet, der ausgewählt ist aus Glas, Keramik, Kunststoff und Kristall.
  • Der lichtleitende Körper ist in einer oder zwei oder mehr der Konfigurationen einer Faser, einer Bienenwabe, eines Maschennetzes, eines Gewebes, einer Schicht und einer Watte gebildet.
  • Außerdem ist im Lichtbestrahlungsverfahren gemäß der Erfindung auf einer optischen Faser, welche eine auf einem Außenumfang eines den lichtleitenden Körper bildenden Kerns angeordnete Umhüllung aufweist, teilweise oder ganz ein freiliegender Teil des Kerns, dem diese Umhüllung fehlt, gebildet und wird die stark lichtbrechende Substanz auf dem freiliegenden Teil des Kerns getragen, so dass das in dem Kern geleitete und aus der stark lichtbrechenden Substanz austretende Licht auf das zu bestrahlende Objekt gestrahlt wird.
  • Die stark lichtbrechende Substanz ist aus mindestens einem oder mehr aus der aus Glas, Keramik, Kunststoff und Kristall bestehenden Gruppe ausgewählten Werkstoffen gebildet.
  • Außerdem wird in einer Lichtbestrahlungseinrichtung gemäß der Erfindung auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers eine stark lichtbrechende Substanz mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des lichtleitenden Körpers getragen und wird das durch den lichtleitenden Körper geleitete und aus der stark lichtbrechenden Substanz austretende Licht auf das zu bestrahlende Objekt gestrahlt.
  • Ferner wird in einer Filtervorrichtung gemäß der Erfindung auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers eine stark lichtbrechende Substanz mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des lichtleitenden Körpers getragen.
  • Das durch den lichtleitenden Körper geleitete Licht tritt aus der stark lichtbrechenden Substanz aus, und das austretende Licht verbrennt aufgefangene Stoffe.
  • Ferner wird in einer Ultraviolett-Sterilisiereinrichtung gemäß der Erfindung auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers eine stark lichtbrechende Substanz mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des lichtleitenden Körpers getragen.
  • Die durch den lichtleitenden Körper geleitete Ultraviolett-Strahlung tritt aus der stark lichtbrechenden Substanz aus, und das austretende ultraviolette Licht sterilisiert zu sterilisierende Stoffe.
  • In den oben erwähnten jeweiligen Erfindungen, erzeugt ein Reaktionssystem in Erwiderung des Lichts eine Photoreaktion, eine thermische Reaktion, eine Verbrennungsreaktion oder dergleichen, wenn die Bestrahlung mit dem für die jeweilige Reaktion erforderlichen Licht erfolgt. Als Lichtquellen-Wellenlänge kann bei der Photoreaktion eine sichtbare Ultraviolett-Strahlung verwendet werden, kann bei der thermischen Reaktion vor allem eine Infrarot-Strahlung und kann bei der Verbrennungsreaktion vor allem eine intensive sichtbare Infrarot-Strahlung verwendet werden. Licht aus der Lichtquelle kann in einer Richtung oder in zwei oder mehr Richtungen in den lichtleitenden Körper eingebracht werden.
  • Als Verfahren zum Tragen einer stark lichtbrechenden Substanz wird ein Sol-Gel-Verfahren, ein Peraerosol-Verfahren, ein Überzugs-/Beschichtungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein thermisches Zersetzungsverfahren, ein Metalloxidierverfahren, ein Doppeltiegelverfahren, ein Stab-in-Rohr-Verfahren oder dergleichen verwendet. Durch Verwendung eines oder zweier oder mehrerer dieser Verfahren wird die Oberfläche des lichtleitenden Körpers mit einem 1 nm bis 1 mm dicken Film bedeckt.
  • Außerdem kann ein Zusatzstoff zum Bewirken einer Lichtselektion, zum Verstärken einer Haftfestigkeit, zum Verstärken einer Stabilität, zum Verstärken einer Photoreaktion oder zum Bewirken einer anderen Wirkung der stark lichtbrechenden Substanz beigegeben oder als Unterschicht verwendet werden. Als Substanz kann Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Ru, Pd, Rh, Sn, Si, In, Pb, As, Sb, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung verwendet werden. Statt der Beigabe des Zusatzstoffs kann, um die Haftfestigkeit zu verbessern, Cr, In, Sn, Si, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung als Substrazschicht einer stark lichtbrechenden Substanzschicht vorgesehen werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Aufbau der einzelnen Arten von Photokatalysator-Filtern zeigt.
  • 2 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine für einen Dieselpartikelfilter verwendete Abgasreinigungseinrichtung der Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Photokatalysator-Filter gemäß einer beispielhaften Ausführungsweise der Erfindung zeigt: (a) ist eine Ansicht des Aufbaus einer Grundeinheit; und (b) ist eine Ansicht des Aufbaus eines elementaren Filters.
  • 4 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Photokatalysator-Faser gemäß einer beispielhaften Ausführungsweise der Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Ansicht, welche auf einer Oberfläche eines Photokatalysator-Faserkörpers gebildete Vorsprünge veranschaulicht.
  • 6 ist eine Ansicht, welche einen in einer Wellenform gebildeten Photokatalysator-Faserkörper veranschaulicht.
  • 7 ist eine Ansicht, welche einen in einer gekrümmten Form mit einer zu einem Ende hin allmählich zunehmenden Krümmung gebildeten Photokatalysator-Faserkörper veranschaulicht.
  • 8 ist eine Ansicht, welche eine Form einer Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, welche eine Form der Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, welche eine Form der Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, welche eine Form der Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Ansicht, welche einen Aufbau einer Photokatalysator-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 13 zeigt eine Zusammensetzung und dergleichen eines einen Photokatalysator tragenden Faserkörpers in einer Tabelle.
  • 14 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsweise der Erfindung.
  • 15 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines DPF gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 16 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper aus zu einem Bündel gewebter Glasfaser ist.
  • 17 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper aus zu einem Bündel mit darin gebildeten Distanzstücken gewebter Glasfaser ist.
  • 18 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper ist, der einen aus Glas, Metall, Keramik oder Kristall gebildeten Tragteil mit einem hohlen zentralen Teil und einem Umfangsteil aus zu einem Bündel gewebter Glasfaser enthält.
  • 19 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper aus zu einer Maschennetz-Struktur gewebter Glasfaser ist.
  • 20 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper aus in Schichten bezüglich eines Durchflusskanals angeordneter Glasfaser ist.
  • 21 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper aus in Kerzenform aufgewickelter Glasfaser ist.
  • 22 ist eine erläuternde Ansicht eines einen DPF bildenden Filters gemäß einer Ausführungsweise, welcher ein Tragkörper ist, der einen aus Glas, Metall, Keramik oder Kristall gebildeten Tragteil mit einem hohlen zentralen Teil und einem Umfangsteil aus aufgewickelter Glasfaser in Kerzenform enthält.
  • 23 ist eine Ansicht, welche eine Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt: (a) ist eine Vorderansicht und (b) ist eine Längsschnittansicht von (a).
  • 24 ist eine Ansicht, welche eine Filtervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt: (a) ist eine perspektivische Ansicht und (b) ist eine Längsschnittansicht von (a).
  • 25 ist eine Ansicht, welche eine Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt: (a) ist eine Vorderansicht; (b) ist eine Querschnittansicht von (a); und (c) ist eine Draufsicht eines Substrats.
  • 26 zeigt eine Zusammensetzung und dergleichen eines einen Photokatalysator tragenden Glaswerkstoffs in einer Tabelle.
  • 27 ist eine erläuternde Ansicht einer Ultraviolett-Sterilisiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung: (a) ist eine Draufsicht und (b) ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X in (a).
  • BESTE AUSFÜHRUNGWEISEN DER ERFINDUNG
  • Nun werden Ausführungweisen der Erfindung beschrieben. 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche Aufbauformen verschiedener Arten eines Photokatalysator-Filters zeigt.
  • (a) ist ein Faserfilter mit einem Photokatalysator 2, welcher einer Umhüllung entspricht, die auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers 1 getragen wird, welcher einem Kern einer optischen Faser (im folgenden als eine Photokatalysator- Faser oder ein Faserkörper bezeichnet) entspricht; (b) ist ein Filter, bei welchem der Photokatalysator 2 auf einer Oberfläche eines in Bienenwaben-Struktur gebildeten lichtleitenden Körpers 3 getragen wird; (c) ist ein Filter aus einer zu einem Maschennetz gewebten Photokatalysator-Faser 4; (d) ist ein Filter aus einer zu einem Klumpen wie einer Watte geformten Photokatalysator-Faser 5; (e) ist ein Filter, bei welchem Photokatalysatoren 2 auf Oberflächen von Tafeln aus in Schichten geschichteten lichtleitenden Körpern 6 getragen werden; (f) ist ein Filter in Form eines aus einer Photokatalysator-Faser 7 gewebten Gewebes; (g) ist ein Filter aus der parallel gebündelten Photokatalysator-Faser 7; und (h) ist ein Filter aus der mit einem in seinem zentralen Teil gebildeten runden Aussparungsteil gebündelten Photokatalysator-Faser 7 zum Einbringen eines zu filtrierenden Fluids durch den Aussparungsteil.
  • Zum Bilden der Photokatalysator-Faser kann ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser verwendet werden. Für den lichtleitenden Körper in Form einer Tafel kann ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte verwendet werden. Und zum Formen des lichtleitenden Körpers in Bienenwaben-Struktur wird ein Rohstoff aus Glas oder dergleichen granuliert und in Bienenwaben-Struktur verdichtet, oder wird ein hohler lichtleitender Körper in Bienenwaben-Struktur verarbeitet und geformt.
  • Für den Photokatalysator kann typischerweise TiO2 oder ein anderer Halbleiter verwendet werden. Als Werkstoff für den lichtleitenden Körper steht Glas, Keramik, Kunststoff oder Kristall zur Verfügung: insbesondere Glas ist vorzuziehen. Vorzuziehen ist ein Glaswerkstoff mit einer guten Durchlässigkeit für Ultraviolettstrahlung, einer geringeren Menge Alkali und einer guten Entglasungsfestigkeit.
  • Enden der oben erwähnten lichtleitenden Körper 1, 3, 6 und der Photokatalysator-Fasern 4, 5, 7 bilden einen Einfallsteil zum Einlassen von Licht. In den Einfallsteil wird das zum Aktivieren des Photokatalysators erforderliche Licht aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt), z. B. eine sichtbare Ultraviolett-Strahlung, eingebracht.
  • Die lichtleitenden Körper 1, 3, 6, welche bezüglich des zum Aktivieren des Photokatalysators 2 erforderlichen Lichts lichtdurchlässig sind, führen das zum Aktivieren des Photokatalysators 2 erforderliche Licht zu, während sie einen Teil des Lichts aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittieren. Deshalb ist der lichtleitende Körper 1, 3 oder 6 ein Tragkörper des Photokatalysators 2, wobei er eine wellenleitende Verbindung zum Durchleiten des eine Photokatalysator-Reaktion bewirkenden Lichts darstellt.
  • Ein Photokatalysator-Filter wird aus dem oben erwähnten Photokatalysator-Filter und der Lichtquelle gebildet und in einer Umgebung, welche gereinigt werden soll, installiert. Dann bestrahlt das aus der Lichtquelle in den lichtleitenden Körper eingebrachte und aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittierte Licht direkt den Photokatalysator 2, ohne irgendeinen Raum oder irgendwelche Fremdkörper zu durchlaufen. Der Photokatalysator 2 mit dem darauf gestrahlten Licht ruft eine Photokatalysator-Reaktion hervor, erzeugt eine starke Oxidations- und eine Reduktionskraft auf seiner Oberfläche und zersetzt und entfernt vom Photokatalysator aus der Umgebung aufgefangene Substanzen.
  • Als Substanzen in Gas, welche zur Zersetzung und Entfernung aufgefangen werden können, stehen Dunst, Staub, atmosphärischer Staub, Zigarettenrauch, Partikel, Viren, Bakterien und dergleichen zur Verfügung. Außerdem können Gasgeruch und giftige Gase entfernt werden. Als in einer Lösung enthaltene Substanzen stehen Schlamm, organische Substanzen, Trihalomethan und dergleichen zur Verfügung.
  • Wie oben erwähnt, empfängt gemäß der Ausführungsweise der Erfindung der Photokatalysator Licht direkt aus dem lichtleitenden Körper als dem Tragkörper des Photokatalysators und nicht von außen, von einem vom Photokatalysator weit entfernten Ort, μm eine Photokatalysator-Wirkung zu erzeugen. Deshalb kann, selbst wenn der Filter mit Schmutz, Staub, Schlamm oder dergleichen bedeckt ist, Licht auf den Photokatalysator gestrahlt werden. Deshalb ist eine Reinigung selbst bei Behandlung von schwarzem Flüssigabfall möglich, ohne eine Katalysatorfunktion zu verschlechtern. Und da Licht den Photokatalysator durch den lichtleitenden Körper erreicht, kann, verglichen mit einer Bestrahlung von außen, der größte Teil der Lichtenergie aus der Lichtquelle effektiv auf den Photokatalysator gestrahlt werden. Eine intensive Ultraviolett-Strahlung ist nicht notwendig, oder die Lichtquelle wird nicht groß.
  • Außerdem kann, wenn dünne Photokatalysatoren auf der Oberfläche des lichtleitenden Körpers getragen werden, Licht alle Photokatalysatoren bestrahlen, so dass das System einfach und leicht entworfen werden kann. Ferner kann lediglich durch Herumziehen des lichtleitenden Körpers die Lichtquelle befestigt werden und Licht sicher abgestrahlt werden, wodurch eine Struktur der Filtervorrichtung vereinfacht wird.
  • Nun wird ein spezielles Beispiel beschrieben, in welchem der Photokatalysator-Filter für einen Dieselpartikelfilter (DPF) verwendet wird.
  • Abgas eines Dieselmotors enthält feste, gekörnte Stoffe (Partikel), welche aus schwarzem Rauch, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Schmieröl bestehen. Die Partikel werden durch unvollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe im Kraftstoff erzeugt. Wenn die Partikel im Abgas vorliegen, entsteht schwarzer Rauch und wird dieser in großen Mengen so, wie er ist, in die Atmosphäre abgegeben, was für die Umwelt nicht wünschenswert ist. Deshalb werden, um Partikel im Abgas zu entfernen oder zu minimieren, Partikel mit einem passenden Filter aufgefangen. Im Beispiel der Ausführungsweise wird der oben erwähnte Photokatalysator-Filter zu diesem Zweck verwendet.
  • Wie in 2 gezeigt, ist ein Photokatalysator-Filter 10 mittig in einer Abgasleitung 9 hinter einem Auslasskanal eines Dieselmotors 8 angeordnet.
  • Der in der Abgasleitung 9 angeordnete Photokatalysator-Filter 10 ist aus einer Kombination von Grundeinheiten gebildet. Fasern sind, wie in 3(a) gezeigt, in vorherbestimmte Längen geschnitten und wie Jalousien angeordnet, um Photokatalysator-Fasern zu bilden. Eine Vielzahl von Photokatalysator-Fasern 11, ein Halter 12 zum Halten des einen Endes der Vielzahl von Photokatalysator-Fasern 11 und eine Lichtquelle 13 zum Einbringen des zur Aktivierung des Photokatalysators notwendigen Lichts in die gehaltenen Enden der Photokatalysator-Fasern 11 bilden den Filter.
  • Zwei der Grundeinheiten sind, wie in 3(b) gezeigt, um 90° oder angemessen gedreht und so angeordnet, dass die Photokatalysator-Fasern 11 Jalousiengitter bilden, welche einen elementaren Filter darstellen. Zur Erhöhung einer Oberfläche und eines Auffanggrads werden ein oder zwei oder mehr elementare Filter verwendet, um den DPF zu bilden.
  • Für den die Photokatalysator-Faser 11 bildenden lichtleitenden Körper wird ein Aluminosilikatglas (Glasübergangspunkt 500 bis 800°C), das einem Abgas hoher Temperatur (100 bis 700°C) widersteht, oder ein Quarzglas (Glasübergangspunkt von ungefähr 1100°C) verwendet. Ein Faserdurchmesser der Photokatalysator-Faser liegt ungefähr zwischen 1 μm und 10 μm. Für den Photokatalysator wird typischerweise TiO2 verwendet. Für die Lichtquelle 13 werden eine sichtbare Ultraviolett-Strahlung, welche TiO2 aktivieren kann, und eine Ultraviolett-Lampe zum Abgeben eines kontinuierlichen Lichts von 300 nm bis 400 nm, das für den menschlichen Körper unschädlich ist, verwendet.
  • Die Lichtquelle 13 ist außerhalb der Abgasleitung 9 installiert. In diesem Fall muss die Lichtquelle 13 nicht unbedingt in der Nähe der Photokatalysator-Faser 11 angeordnet sein. In diesem Fall muss der lichtleitende Körper von der Position einer Lichtquelle zur Photokatalysator-Faser 11 in der Abgasleitung 9 herumgezogen werden. Wenn beim Herumziehen Licht austritt, erhebt sich ein Nachteil. Deshalb ist der Photokatalysator-Filter, zum Herumziehen, durch Überziehen der Außenseite des lichtleitenden Körpers mit einer Umhüllung mit einem niedrigeren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des lichtleitenden Körpers genau wie eine aus einem Kern und einer Umhüllung gebildete, gewöhnliche Struktur einer optischen Faser gebildet. Bei diesem Aufbau ist die Position der Lichtquelle nicht eingeschränkt, was den Systementwurf erleichtert.
  • Jedoch kann für das zur Aktivierung des Photokatalysators erforderliche Licht eine (aus einem Kern und einer Umhüllung gebildete) optische Faser mit einer Struktur, in welcher Licht leicht nach außen austritt, so, wie sie ist, verwendet werden. Außerdem kann ein Photokatalysator-Filter lediglich durch Anordnen des Photokatalysators in einer Weise, dass er an einer festgelegten Stelle der optischen Faser getragen wird, gebildet werden. Deshalb kann der Systementwurf weiter erleichtert werden.
  • Die oben erwähnte Photokatalysator-Faser 11 kann zum Beispiel wie folgt hergestellt werden. Ein Aluminosilikatglas aus hochreinem Rohstoff wird in einem Platintiegel geschmolzen. Das flüssige Glas wird in einem Drückverfahren zu einer Faser geformt. Anschließend wird ein Faserglas in einem Sol-Gel-Verfahren mit einem TiO2-Film überzogen. Durch Beigabe eines die Haftfestigkeit verstärkenden Mittels können in diesem Fall die Haftfestigkeit des TiO2-Films an der Oberfläche des lichtleitenden Körpers und eine Schutzfunktion des TiO2-Films weiter verbessert werden. Die Filmdicke wird auf 0,5 μm eingestellt. Die Struktur der Photokatalysator-Faser wird wie in 4 gezeigt hergestellt.
  • Der Lichtbrechungskoeffizient des TiO2-Films in einem sichtbaren Ultraviolett-Bereich liegt zwischen 2,1 und 2,6 und derjenige von Aluminosilikatglas ungefähr bei 1,5. Der Lichtbrechungskoeffizient des der Umhüllung entsprechenden TiO2-Films ist höher. Deshalb stahlt das aus der Lichtquelle auf die Photokatalysator-Faser 11 einfallende und aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers 1 austretende Licht direkt auf den Photokatalysator 2. Um das Austreten von Licht aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers zu verstärken, wird der lichtleitende Körper wirkungsvoll gebogen.
  • Bei Verwendung des Photokatalysator-Filters im DPF wird, wie oben erwähnt, die Katalysatorfunktion verstärkt, können schwarzer Rauch, unverbrannter Kraftstoff und Schmieröl im Abgas hocheffizient aufgefangen werden und wird die Menge an schwarzem Rauch verringert. Außerdem kann der aufgefangene schwarze Rauch unter Lichtbestrahlung durch die oxidierende Wirkung von TiO2 zersetzt werden, wodurch ein Zusetzen ausgeschlossen ist. Deshalb wird eine Verbrennung zwecks Wiederverwendung, welche beim herkömmlichen DPF unverzichtbar ist, überflüssig, wodurch ein einfacher und preiswerter Mechanismus geschaffen wird. Es kann ein langlebiger, wartungsfreier DPF realisiert werden. Ferner kann der Filter, da er aus Glas gebildet ist, einer hohen Dieselabgastemperatur widerstehen.
  • Wenn, um eine Reinigungswirkung zu verbessern, eine Temperatur erhöht wird, wenn, um eine Katalysator-Reaktion zu verstärken, Platin oder ein anderer Katalysator zusätzlich verwendet wird, oder wenn, um einen Auffang-Wirkungsgrad zu erhöhen, Zeolith, Aktivkohle oder dergleichen zusätzlich verwendet wird, wenn durch Einführen von Unterschieden im Photokatalysator- Faserdurchmesser zwischen zu kombinierenden Einheiten ein grober Filter oder ein hochentwickelter Filter gebildet wird, wenn die Lichtdichte erhöht wird oder wenn der Photokatalysator-Filter in mehreren Stufen angeordnet wird, kann ein weiterer Effekt erzielt werden.
  • Außerdem wird im oben erwähnten Beispiel der Ausführungsweise die Filtervorrichtung mit Photokatalysator auf die Abgasreinigungseinrichtung zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas eines Dieselmotors angewendet. Die Erfindung kann auf einen anderen Gasbehandlungsfilter (z. B. einen Luftfilter für einen Reinraum, einen Luftreiniger), einen Lösungsbehandlungsfilter (Wasser- oder Meerwasser-Reinigungsfilter) oder ein anderes Umweltproblem angewendet werden.
  • Neben dem nur aus Glas gebildeten lichtleitenden Körper kann der lichtleitende Körper auch ein Komplex aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Kristall sein.
  • Gemäß der Ausführungsweise kann bei einer einfachen Struktur, in welcher Licht direkt aus dem Innern des den Photokatalysator tragenden lichtleitenden Körpers auf den Photokatalysator gestrahlt wird, eine effizientere Bestrahlung mit Licht erfolgen, verglichen mit der herkömmlichen Struktur, in welcher Licht von außen, von einer vom Photokatalysator ein wenig abgesonderten Stelle, auf den Photokatalysator gestrahlt wird. Die Photokatalysator-Reaktion kann verstärkt werden. Und da es keinerlei Zwischenraum oder Fremdkörper zwischen dem Photokatalysator und der Oberfläche des lichtleitenden Körpers als lichtemittierendem Teil gibt, kann Licht den Photokatalysator erreichen, selbst wenn dieser mit einem schwarzen Fluid in Kontakt steht.
  • Insbesondere wenn der Photokatalysator-Filter so gebildet ist, dass der Photokatalysator auf einem freiliegenden Teil des Kerns einer optischen Faser getragen wird, kann der Photokatalysator-Filter herumgezogen werden und kann ferner die Lichtquelle leicht befestigt werden.
  • Außerdem kann, wenn der Lichtbrechungskoeffizient des Photokatalysators höher als derjenige des lichtleitenden Körpers ist, Licht in hohem Maße aus dem lichtleitenden Körper austreten. Deshalb kann die Photokatalysator-Reaktion weiter verstärkt werden.
  • Ferner können, wenn die Filtervorrichtung mit Photokatalysator in einem Fluidbehandlungsverfahren verwendet wird, zu behandelnde Substanzen zersetzt werden, wodurch die Wartungsfreiheit und eine lange Lebensdauer realisiert wird.
  • Nun wird eine zweite Ausführungsweise der Erfindung beschrieben.
  • Wenn in einer Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der zweiten Ausführungsweise das zur Aktivierung erforderliche Licht einen Photokatalysator bestrahlt, wird eine Photokatalysator-Reaktion hervorgerufen, werden auf dessen Oberfläche eine starke Oxidationskraft und eine Reduktionskraft erzeugt und wird die mit dem Photokatalysator in Kontakt stehende Substanz zersetzt und entfernt. Die Filtervorrichtung mit Photokatalysator ist mit einem Heizmechanismus zum Erwärmen des eingefangenen Stoffs und des Photokatalysators ausgestattet.
  • Das erste Kennzeichen der Ausführungsweise besteht darin, dass in der Filtervorrichtung mit Photokatalysator, welche eine photolytische Reaktion mittels eines Photokatalysators nutzt, durch Erhöhen einer Temperatur zur Zeit der Photokatalysator-Reaktion die photolytische Reaktion gefördert wird. Speziell ist aus einer von S. A. Arrhenius gezeigten folgenden Gleichung (1) bekannt, dass, je höher eine Reaktionstemperatur ist, desto höher eine Reaktionsgeschwindigkeit wird. k = A·e–E/RT (1)(In der Gleichung bezeichnet k eine Reaktionskonstante, A einen Frequenzfaktor, E eine Aktivierungsenergie, R eine Gaskonstante und T eine Reaktionstemperatur.)
  • In der Ausführungsweise wird deshalb durch Erwärmen des Filters und/oder des eingefangenen Stoffs die Reaktionstemperatur erhöht und eine die photolytische Reaktion fördernde Wirkung (im folgenden als "die Photolyse fördernde Wirkung" bezeichnet) geschaffen.
  • In der Ausführungsweise ist der Photokatalysator nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel können eine oder zwei oder mehr Verbindungen aus der aus Titanoxid oder dessen Verbindung, Eisenoxid oder dessen Verbindung, Zinkoxid oder dessen Verbindung, Rutheniumoxid oder dessen Verbindung, Zeroxid oder dessen Verbindung, Wolframoxid oder dessen Verbindung, Molybdänoxid oder dessen Verbindung, Cadmiumoxid oder dessen Verbindung und Strontiumoxid oder dessen Verbindung bestehenden Gruppe zur Verwendung ausgewählt werden.
  • Außerdem kann ein Zusatzstoff zum Verstärken einer aktiven Schicht des Photokatalysators, zum Verstärken einer Haftfestigkeit, zum Verstärken einer Photoreaktion oder zum Bewirken einer anderen Wirkung dem Photokatalysator beigegeben oder als Unterschicht verwendet werden. Als Zusatzstoff kann Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Ru, Pd, Rh, Sn, Si, In, Pb, As, Sb, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung verwendet werden. Um die Haftfestigkeit zu verbessern, kann, statt den Zusatzstoff hinzuzufügen, als Substratschicht einer Katalysatorschicht Cr, In, Sn, Si, P oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Photokatalysator kann gleichmäßig in ein Filtermaterial eingeschlossen werden und wird vorzugsweise auf einer Oberfläche des aus dem lichtleitenden Körper gebildeten Filtermaterials getragen. Im letzteren Fall kann das durch den lichtleitenden Körper geleitete Licht aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittiert werden und den Photokatalysator direkt bestrahlen, wodurch die Photolyse-Wirkung gesteigert wird.
  • Als Verfahren zum Tragen des Photokatalysators wird ein Sol-Gel-Verfahren, ein Peraerosol-Verfahren, ein Überzugs-/Beschichtungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein thermisches Zersetzungsverfahren, ein Metalloxidierverfahren oder dergleichen verwendet. Es können ein oder zwei oder mehr Verfahren verwendet werden. Wenn der Photokatalysator auf der Oberfläche des lichtleitenden Körpers getragen wird, ist ein Überzug aus einem 1 nm bis 1 mm dicken Film vorzuziehen.
  • Der Photokatalysator ist vorzugsweise lichtdurchlässig für das zu seiner Aktivierung erforderliche Licht, oder er kann lichtundurchlässig sein. Im Fall eines lichtundurchlässigen Photokatalysators wird eine große Zahl von Photokatalysatoren wie Inseln getragen, so dass das aus dem keine Photokatalysatoren tragenden Teil der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittierte Licht die Ränder der lichtundurchlässigen Photokatalysatoren umgibt.
  • Als Lichtquellen-Wellenlänge ist, wenn der Photokatalysator aus TiO2 besteht, ein Ultraviolett-Bereich von 200 nm bis 500 nm, welcher den Photokatalysator aktivieren kann, vorzuziehen. Als Lichtquelle kann eine Quecksilberlampe oder eine Ultraviolett-Lampe zur Abgabe eines kontinuierlichen Lichts verwendet werden.
  • Licht aus der Lichtquelle kann in einer Richtung oder in zwei oder mehr Richtungen in den lichtleitenden Körper eingebracht werden. Wenn das Filtermaterial aus langer Faser gebildet ist, kann bei Einbringen von Licht in ein Ende der langen Faser Licht alle Photokatalysatoren durch die lange Faser erreichen, können die Photokatalysatoren direkt aus dem Innern des lichtleitenden Körpers als Tragkörper des Photokatalysators Licht empfangen und eine Photokatalysator-Wirkung erzeugen.
  • Der Werkstoff des in der Ausführungsweise verwendeten Filters kann passend zu seinem Zweck ausgewählt werden. Vorzugsweise erweicht, zersetzt sich, schmilzt oder erweicht der lichtleitende Körper nicht bei einer später beschriebenen Erwärmungstemperatur und reagiert er nicht mit dem Photokatalysator. Als Werkstoff stehen Glas, Keramik, Kristall, Metall und Kunststoff zur Verfügung.
  • Ferner ist der Werkstoff der Filtervorrichtung mit Photokatalysator in der Ausführungsweise vorzugsweise ein Werkstoff, welcher die Photokatalysator-Aktivität nicht schwächt. Der die Photokatalysator-Aktivität nicht schwächende Werkstoff weist keine in den Photokatalysator diffundierenden Verunreinigungen auf, verschlechtert nicht die Photokatalysator-Aktivität, zeichnet sich dadurch aus, dass leicht ein Photokatalysator-Dünnfilm auf ihm gebildet werden kann, ist hinsichtlich chemischer Beständigkeit, Lichtdurchlässigkeit und dergleichen überlegen und ist leicht zu verarbeiten.
  • Der Werkstoff enthält, in Gewichts-%, 30 bis 80% SiO2 und 0 bis 10% Alkalibestandteil. Zum Beispiel stehen ein schwach alkalisches Silikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Borsilikatglas und ein alkalifreies Glas zur Verfügung. Vor allem enthält der als Werkstoff, welcher die Photokatalysator-Aktivität nicht schwächt, vorzuziehende Glaswerkstoff, in Gewichts-%, 30 bis 80% SiO2, 1 bis 35% Al2O3, 0 bis 30% B2O3, 0 bis 20% MgO, 0 bis 20% CaO, 0 bis 20% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 20% ZnO, 0 bis 10% Li2O, 0 bis 10% Na2O, 0 bis 10% K2O, 0 bis 10% Cs2O, 0 bis 10% Li2O + Na2O + K2O + Cs2O und 0,1 bis 65% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO + Li2O + Na2O + K2O + CS2O.
  • Gründe zur Einschränkung jedes einzelnen Bestandteils werden später beschrieben.
  • Ferner kann zum oben erwähnten Glaswerkstoff, welcher die Photokatalysator-Aktivität nicht schwächt, zusätzlich zu den oben erwähnten Bestandteilen, in einem Bereich, welcher die oben erwähnten Eigenschaften nicht verschlechtert, PbO, ZrO2, TiO2, As2O3, Sb3O3, SnO2, La2O3, P2O5, WO3, Bi2O3, Ta2O5, Nb2O5, Gd2O3, F oder dergleichen zum Zweck der Verbesserung von Entglasungsfestigkeit, Schmelzverhalten, chemischer Beständigkeit und dergleichen oder als Klärungsmittel beigegeben werden.
  • Der Glaswerkstoff ist in seinem Herstellungsverfahren nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel wird ein Beschickungsrohstoff aus den oben erwähnten Bestandteilen in einen Platintiegel oder einen anderen hitzebeständigen Behälter gegeben und bei 1200 bis 1650°C ungefähr 2 bis 4 Stunden lang erhitzt und geschmolzen. Das flüssige Glas wird durch Rühren gleichmäßig gemacht, geklärt und dann in eine Gussform gegossen, um zur Herstellung allmählich abzukühlen.
  • Für den im Glaswerkstoff verwendeten Glasrohstoff kann, von jedem Bestandteil, Hydroxid, Carbonat, Nitrat, Sulfid, Oxid, Nitrid oder dergleichen, welche gewöhnlich als Glaswerkstoff verwendet werden, angemessen verwendet werden.
  • Ein die Filtervorrichtung mit Photokatalysator in der Ausführungsweise bildender Filter-Tragkörper ist der gleiche wie in 1 gezeigt.
  • Als Verfahren zum Formen eines Photokatalysator-Faserkörpers zu einer Wellenform oder zum Bilden von Vorsprüngen auf einer Oberfläche können verschiedene bekannte Verfahren aus jedem Gebiet verwendet werden.
  • Außerdem kann beim Bilden einer Photokatalysator-Faser ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Photokatalysator-Faserkörpers verwendet werden. Für eine Tafelform eines lichtleitenden Körpers kann ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte verwendet werden. Und zum Formen des lichtleitenden Körpers in Bienenwaben-Struktur wird ein Rohstoff aus Glas oder dergleichen granuliert und in Bienenwaben-Struktur verdichtet, oder wird ein hohler lichtleitender Körper in Bienenwaben-Struktur verarbeitet und geformt.
  • Anschließend besteht das zweite Kennzeichen der Ausführungsweise darin, dass durch Erwärmen eingefangener Stoffe die eingefangenen Stoffe thermisch zersetzt oder vergast werden, um aus dem Filter entfernt zu werden. Speziell als Stoffe, welche durch die Photokatalysator-Wirkung optisch zersetzt werden können, können Dunst, Staub, atmosphärischer Staub, Zigarettenrauch, Partikel, Viren, Bakterien, giftige Gase, Schlamm, Trihalomethan und dergleichen zersetzt werden. Gleichzeitig werden diese, wenn sie auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, thermisch zersetzt. Alternativ werden die Substanzen durch Reagieren mit der Sauerstoff-Atmosphäre oder dergleichen vergast. Deshalb wird in der Erfindung, durch Erwärmen dieser eingefangenen Stoffe auf eine Temperatur der thermischen Zersetzung und Vergasung (im folgenden wird thermische Zersetzung oder Vergasung als "thermische Reaktion" bezeichnet), eine Wirkung des Erzeugens einer thermischen Zersetzungsreaktion der eingefangenen Stoffe geschaffen (im folgenden als "die thermische Reaktion erzeugende Wirkung" bezeichnet). Hier bedeutet die thermische Reaktion auch, dass organische Substanzen erst durch Erwärmen verkokt und dann thermisch zersetzt oder vergast werden. Das Erwärmen erfolgt durch die in der Filtervorrichtung mit Photokatalysator installierte Heizeinrichtung.
  • Die Heizeinrichtung ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel stehen Erwärmung durch eine Heizeinrichtung, Erwärmung durch Verbrennung, Erwärmung durch Reaktionswärme, Erwärmung mittels Mikrowellen, Erwärmung mittels Spule, Erwärmung mittels Lampe, Erwärmung mittels Widerstand oder eine andere gängige Heizeinrichtung zur Verfügung. Die Heizeinrichtung ist mit einem Filter verbunden, um den Filter direkt zu erwärmen, oder so angeordnet, dass sie durch Wasser oder eine andere Flüssigkeit, eine Atmosphäre, ein Oxid oder ein anderes Gas oder ein anderes Medium (im folgenden einfach als "Medium" bezeichnet) erwärmt.
  • Eine Erwärmungstemperatur muss in einem Bereich liegen, in welchem der Filter nicht eine Funktion als Filtervorrichtung mit Photokatalysator verliert. Speziell die Erwärmungstemperatur ist eine Temperatur, bei welcher das Filtermaterial nicht eine Funktion als Filter verliert und bei welcher der auf dem Filter getragene Photokatalysator weder thermisch zersetzt noch durch Reaktion mit dem Medium vergast noch anderweitig aus dem Filter verloren noch verschlechtert wird.
  • Die Erwärmungstemperatur ist wie die Temperatur, bei welcher das Filtermaterial nicht die Filterfunktion verliert, eine Temperatur, bei welcher das Filtermaterial nicht mit dem Medium reagiert. Wenn das Filtermaterial aus Glas besteht, entspricht die Temperatur einem Glasübergangspunkt oder darunter. Im Fall von Keramik entspricht die Temperatur einem Zersetzungspunkt oder darunter. Im Fall von Kristall oder Kunststoff entspricht die Temperatur der niedrigeren Temperatur von Schmelzpunkt und Zersetzungspunkt dessen Kristalls oder darunter. Im Fall von Metall muss die Temperatur einem Schmelzpunkt oder darunter entsprechen. Wenn die Erwärmungstemperatur eine solche Temperatur überschreitet, schmilzt der Filter, verformt sich oder geht verloren und verliert der Filter seine Filterfunktion. Speziell liegt die Erwärmungstemperatur in einem Bereich von 50 bis 650°C, insbesondere vorzugsweise von 350 bis 500°C. Wenn die Erwärmungstemperatur unter 50°C beträgt, ist ein Ausmaß der oben erwähnten, eine photolytische Reaktion fördernden Wirkung übermäßig klein und unterscheidet sich im praktischen Einsatz nicht von dem Fall, dass gar keine Erwärmung vorgenommen wird. Wenn hingegen die Erwärmungstemperatur 650°C überschreitet, rufen die eingefangenen Stoffe oder dergleichen eine Verbrennungsreaktion hervor und besteht die Möglichkeit, dass Temperaturen nicht kontrolliert werden können. Hier ist die Erwärmungstemperatur eine Höchsttemperatur, welche der Filter oder die eingefangenen Stoffe bei Erwärmung erreichen. Die Erwärmungstemperatur kann aus dem oben erwähnten Temperaturbereich passend ausgewählt werden. Im Hinblick auf die die thermische Reaktion erzeugende Wirkung muss die Erwärmungstemperatur eine Temperatur zum Starten der thermischen Reaktion oder darunter der eingefangenen Stoffe sein. Um die Temperatur zum Starten der thermischen Reaktion der eingefangenen Stoffe zu senken, ist Sauerstoff oder dergleichen im vorzugsweise zu vergasenden Medium enthalten. Und was den Katalysator anbelangt, hat der Photokatalysator einen Effekt, die Temperatur zum Starten der thermischen Reaktion zu senken.
  • Die die photolytische Reaktion fördernde Wirkung wird durch Erwärmen bewirkt, während der Photokatalysator mit Licht bestrahlt wird, während die die thermische Reaktion erzeugende Wirkung bewirkt wird, wenn die eingefangenen Stoffe durch den Filter eingefangen werden. Deshalb kann die Zeit zum Erwärmen passend ausgewählt werden, während die eingefangenen Stoffe eingefangen werden.
  • Für die Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Ausführungsweise kann durch Anwenden verschiedenartiger Heizverfahren eine Filtervorrichtung mit Photokatalysator wartungsfrei realisiert werden.
  • Die 8–11 sind Ansichten, welche verschiedene Formen der Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der Erfindung zeigen. In den 9, 10 und 11 zeigen die gestrichelten Pfeile die Richtung der Lichtbestrahlung an.
  • In einem in 8 gezeigten Beispiel ist eine Heizeinrichtung 15 zur Erwärmung zwischen den jeweiligen Tafeln eines geschichteten Körpers aus Photokatalysator-Tafeln 6 angeordnet.
  • In einem in 9 gezeigten Beispiel sind die Heizeinrichtung 15 und ein Photokatalysator-Filterteil 20 in einem Durchflusskanal 18 des zu filtrierenden Stoffs hintereinander angeordnet.
  • In einem in 10 gezeigten Beispiel sind in einem Behälter 17, welcher eine schlammige Flüssigkeit 16 als zu filtrierenden Stoff enthält, der Photokatalysator-Filterteil 20, die Heizeinrichtung 15 und ein Rührstab 19 so installiert, dass die schlammige Flüssigkeit 16 so gerührt wird, dass sie den Photokatalysator-Filterteil 20 durchströmt, während die schlammige Flüssigkeit 16 durch die Heizeinrichtung erwärmt wird.
  • In einem in 11 gezeigten Beispiel verwendet das in 10 gezeigte Beispiel als Heizeinrichtung einen Brenner 21 anstelle der Heizeinrichtung 15.
  • Wie oben erwähnt, fördert die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsweise die photolytische Reaktion mit dem Photokatalysator und kann sie die eingefangenen Stoffe weiter thermisch zersetzen oder vergasen. Aus diesem Grund kann die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Erfindung ein großes Volumen eingefangener Stoffe behandeln. Deshalb kann die Filtervorrichtung mit Photokatalysator, in welcher die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Erfindung mit der Lichtquelle zum Bestrahlen mit Licht zwecks des Bewirkens einer Photokatalysator-Wirkung kombiniert ist, als ein Filter mit einer großen Menge eingefangener Stoffe oder als eine Filtervorrichtung, welche nicht nur mit Photolyse mittels des Photokatalysators behandeln kann, oder sogar in einer Abgasreinigungseinrichtung (DPF) zum Entfernen fester, gekörnter Stoffe (Partikel), welche aus in Abgas aus einem Dieselmotor enthaltenem Rauch, enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen und enthaltenem Schmieröl bestehen, verwendet werden, wodurch ihr Effekt in ausreichender Weise bewirkt wird.
  • Außerdem weist die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsweise, wie oben erwähnt, ein hohes Leistungsvermögen hinsichtlich des Entfernens eingefangener Stoffe auf und ist ferner mit der Lichtquelle zum Bestrahlen des Photokatalysators mit Licht sowie der Heizeinrichtung zum Bewirken der thermischen Reaktion ausgestattet und bildet ferner eine Filtervorrichtung, welche wegen ihres hohen Leistungsvermögens hinsichtlich des Entfernens eingefangener Stoffe die Notwendigkeit einer Wartung erübrigt. Deshalb braucht in einem Verfahren, in welchem die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Erfindung zum Filtrieren eines Fluids eingesetzt wird, der Filtrationsvorgang nicht zum Entfernen der eingefangenen Stoffe unterbrochen zu werden, selbst wenn die zu filtrierenden Stoffe nacheinander einströmen. Deshalb kann, wenn die Filtervorrichtung als Luftfilter für einen Reinraum, als Gasbehandlungsfilter für einen Luftreiniger oder dergleichen oder als Wasser- oder Meerwasser-Reinigungsfilter oder als ein anderer Lösungsbehandlungsfilter zum Filtrieren eines Fluids, insbesondere als Umlauffilter verwendet wird, die Einrichtung ein Fluid fast ununterbrochen ohne Wartung filtern.
  • Im folgenden wird die zweite Ausführungsweise der Erfindung anhand eine Ausführungsform ausführlicher beschrieben.
  • In der Ausführungsform wird die Filtervorrichtung mit Photokatalysator gemäß der zweiten Ausführungsweise in einem DPF verwendet.
  • Wie in 12 gezeigt, ist in der Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsform in einer Abgasleitung 18a hinter einem Auslasskanal eines Dieselmotors 22 ein Filterteil 20a angeordnet, wobei der Filterteil 20a mit einer Heizeinrichtung 51 zur Erwärmung versehen ist und eine Lichtbestrahlungseinrichtung 13a zum Bestrahlen des Filterteils 20a mit Licht, um den Photokatalysator zu aktivieren, vorgesehen ist.
  • Der Filterteil 20a ist durch Verarbeiten des Glases mit der in einer Tabelle in 13 gezeigten Zusammensetzung zu einer langen Faser mit einem Durchmesser von 5 μm, durch Weben der langen Faser zu Tafeln des in 1(e) gezeigten Filters, durch welchen Partikel im Abgas aus einem Dieselmotor eingefangen werden können, und durch Aufbringen von TiO2 auf die Oberfläche des Filters gebildet. Alternativ kann als Filterteil 20a ein Bündel von Photokatalysator-Faserkörpern mit einem auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Faserkörpers gebildeten Photokatalysator verwendet werden. Das eine Ende des Bündels, an welches Licht geliefert werden kann, ist nach außen geleitet. In diesem Fall kann für einen außen angeordneten Teil nur der äußere Teil zu einer optischen Faser gebildet sein, um das Austreten von Licht zu verhindern.
  • Außerdem kann die in 1(h) gezeigte Struktur als Filterteil 20a verwendet werden. Wenn der Filter der in 1(h) gezeigten Struktur verwendet wird, wird Abgas durch eine Öffnung eingebracht. In einem zusammenlaufenden Teil wird kein Photokatalysator auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Faserkörpers getragen, und stattdessen ist ein Umhüllungsmaterial auf einer optischen Faser gebildet. Anschließend ist der zusammenlaufende Teil nach außen geführt, von wo ein aktivierendes Licht geliefert werden kann.
  • Die Heizeinrichtung 51 zur Erwärmung ist um den Umfang des Filterteils 20a gewunden, damit dieser vollständig und genügend erwärmt wird. Die Heizeinrichtung 51 kann den Filterteil 20a nach Bedarf erwärmen, ohne das Strömen des zu filtrierenden Fluids und die Lichtbestrahlung zu behindern, und kann sich durch Langlebigkeit und dergleichen auszeichnen.
  • Die Lichtbestrahlungseinrichtung 13a leitet Licht aus einer nicht gezeigten Ultraviolett-Lampe mittels eines Bündels optischer Fasern, und die Fläche dessen emittierenden Endes ist so groß gebildet, dass der Filterteil 20a vollständig mit Licht bestrahlt werden kann. Was die Lichtbestrahlungseinrichtung 13a anbelangt, versteht es sich, dass ein anderes System verwendet werden kann, solange der Filterteil 20a Licht in ausreichender Weise vollständig mit Licht bestrahlt werden kann.
  • In der oben erwähnten Einrichtung wurden beim Betreiben des Dieselmotors 22 Abgaspartikel mit einem Ausströmdurchsatz in der Größenordnung von 0,01 g/s abgegeben. Beim Anlassen des Motors wurden die Lichtbestrahlung des Filters und die Erwärmung der um den Filter herumgewundenen Heizspule gestartet, bis der Photokatalysator-Filterteil 20a und die Abgaspartikel die experimentelle Erwärmungstemperatur in der Tabelle in 13 erreichten. Die Temperatur wurde aufrechterhalten, bis der Motor abgestellt wurde. In diesem Fall werden die Erwärmung mittels der Heizspule und die Erwärmung mittels der Abgaswärme als Heizeinrichtung verwendet. Als Lichtquelle wurde eine ein kontinuierliches Licht von 300 bis 400 nm emittierende Ultraviolett-Lampe verwendet. Nach dem Abstellen des Motors wurde der Filter untersucht. Dann wurde festgestellt, dass Abgaspartikel kaum am Filter anhafteten und die Filtervorrichtung mit Photokatalysator die mit dem Durchsatz in der Größenordnung von 0,01 g/s oder höher eingefangenen Abgaspartikel entfernen konnte.
  • Ferner ist, wenn die Entfernung zwischen der Lichtquelle und einem Teil vergrößert werden muss, um wirklich eine Filterwirkung zu erzielen, wie beim in 2 gezeigten Photokatalysator-Faserkörper 11, nur für einen dem die Filterwirkung bewirkenden Teil entsprechenden Teil ein Photokatalysator auf einer Oberfläche einer lichtleitenden Faser gebildet. Für die anderen Teile ist, wenn die lichtleitende Faser als Kern verwendet wird, auf der Oberfläche der lichtleitenden Faser ein Umhüllungsmaterial gebildet, um eine optische Faser zu bilden. Dadurch kann Licht aus der Lichtquelle effektiv zum Photokatalysator geleitet werden, ohne auf halbem weg auszutreten.
  • Der Photokatalysator Faserkörper 11 wurde durch Schmelzen eines Aluminosilikatglases aus hochreinem Rohstoff in einem Platintiegel, Formen des flüssigen Glases zu einem Faserkörper in einem Drückverfahren und Überziehen des Faserkörper-Glases mit einem TiO2-Film in einem Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Die Dicke des TiO2-Films wurde auf 0,5 μm eingestellt.
  • Hier liegt der Lichtbrechungskoeffizient von TiO2 in einem sichtbaren Ultraviolett-Bereich zwischen 2,1 und 2,6 und derjenige von Aluminosilikatglas ungefähr bei 1,5. Deshalb hat im Faserkörper der der Umhüllung entsprechende Teil einen höheren Lichtbrechungskoeffizienten als der dem Kern entsprechende Teil.
  • Unter Verwendung eines solchen Aufbaus des Photokatalysator-Filterteils 20a anstelle des oben erwähnten, in 11 gezeigten Photokatalysator-Filterteils 20a wurde eine DPF Einrichtung hergestellt. Unter Verwendung der DPF-Einrichtung wurde der Photokatalysator mit Licht bestrahlt, als der Dieselmotor angelassen wurde. Gleichzeitig wurde die Erwärmung der auf dem Filter befestigten Heizspule begonnen, bis der Photokatalysator-Filterteil 20a und die Abgaspartikel die experimentelle Erwärmungstemperatur in der Tabelle in 13 erreichten. Die Temperatur wurde aufrechterhalten, bis der Motor abgestellt wurde. Nach Abstellen des Motors wurde der Filter untersucht. Dann wurde festgestellt, dass Abgaspartikel kaum am Filter anhafteten und der DPF die mit dem Durchsatz in der Größenordnung von 0,01 g/s oder höher eingefangenen Abgaspartikel entfernen konnte.
  • In der oben erwähnten Ausführungsform wird die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsweise auf den DPF angewendet. Als die Filtervorrichtung mit Photokatalysator bildender Filter kann, unter Verwendung des durch Weben des Photokatalysator Faserkörpers 4 zu einem Maschennetz-Tragkörper geformten Filters, wie in 1(c) gezeigt, oder des zu einer Watte aus dem Photokatalysator-Faserkörper 5 geformten Filters, wie in 1(d) gezeigt, zum Beispiel die "Sterilisiereinrichtung", die "Einrichtung zum Entfernen von Schlamm, Trihalomethan" oder dergleichen gebildet werden. In diesem Fall kann eine Einrichtung mit einer Leistungsfähigkeit, die weit über die Behandlungskapazität der herkömmlichen, nicht erwärmenden Einrichtung hinausgeht, erlangt werden. Ferner kann die Einrichtung hinsichtlich des Reinigungsvermögens beim Entfernen toter Bakterien und dergleichen bei weitem überlegen sein.
  • Die oben erwähnte Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsform fördert die photolytische Reaktion mittels des Photokatalysators durch Erhöhen einer Reaktionstemperatur. Deshalb bewirkt die Filtervorrichtung mit Photokatalysator, verglichen mit dem herkömmlichen System, in welchem nur die Menge des eingebrachten Lichts erhöht wird, eine beträchtlich verbesserte Photokatalysator-Wirkung und erhöht sie die entfernte Menge eingefangener Stoffe. Außerdem können in der Photokatalysator-Einrichtung der Ausführungsweise die eingefangenen Stoffe des Filters zwecks ihrer Entfernung thermisch zersetzt oder vergast werden. Deshalb kann, wenn die Photolyse gefördert wird und die thermische Zersetzungsreaktion verstärkt wird, eine große Menge eingefangener Stoffe entfernt werden. Außerdem ist in der Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsweise mit den durch den Filter eingefangenen erfassten Stoffen sowohl die oben erwähnte die Photolyse fördernde Wirkung als auch die die thermische Reaktion erzeugende Wirkung vorgesehen. Deshalb kann, während eingefangene Stoffe durch den Filter eingefangen werden, eine große Menge eingefangener Stoffe entfernt werden, wodurch der wartungsfreie Filter realisiert wird. Deshalb kann in der Ausführungsweise die wartungsfreie Filtervorrichtung mit Photokatalysator realisiert werden. In einem Verfahren der Behandlung aus einem Fluid zu filtrierender Stoffe mittels der Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Ausführungsweise muss, anders als beim herkömmlichen Filter, der Filtrationsprozess nicht unterbrochen werden, um eingefangene Stoffe zu entfernen. Selbst wenn die zu filtrierenden Stoffe als Fluid nacheinander einströmen, kann die Behandlung fast ununterbrochen erfolgen.
  • Nun wird eine dritte Ausführungsweise der Erfindung beschrieben.
  • 14 ist eine erläuternde Ansicht einer Filtervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsweise der Erfindung. Im folgenden wird anhand von 14 die dritte Ausführungsweise der Erfindung beschrieben. In 14 zeigen die Pfeile die Richtung des zu filtrierenden Fluids an.
  • Die Filtervorrichtung in der Ausführungsweise ist als ein Filtermaterial aus einem durch Bündeln einer großen Anzahl von langfaserigen Körpern 7 gebildeten Aggregat gebildet. Der Werkstoff des das Filtermaterial bildenden langfaserigen Körpers 7 ist zum Beispiel Glas, Keramik, Glaskeramik, Metall, Kunststoff, Kristall oder dergleichen. Der Werkstoff ist nicht besonders eingeschränkt, solange er einen lichtleitenden Körper bildet, welcher als Filtermaterial verwendet werden kann.
  • Der Durchmesser des langfaserigen Körpers 7 kann passend ausgewählt werden und beträgt vorzugsweise 1 bis 200 μm. Bei einem Durchmesser unter 1 μm geht die Festigkeit der Faser selbst verloren. Bei Einbringen von Licht aus einer Endfläche verschlechtert sich ihr Wirkungsgrad. Wenn hingegen der Durchmesser zum Beispiel 200 μm übersteigt, wird das Verhältnis der eine Filterfunktion liefernden Oberfläche zum durch den Filter beanspruchten Volumen beträchtlich reduziert, was nicht sinnvoll ist.
  • Die Länge und die Anzahl der langfaserigen Körper 7 sind nicht besonders eingeschränkt und können gemäß dem Zweck passend ausgewählt werden. Außerdem können die Längen aller langfaserigen Körper 7 gleich sein oder können sie nach Bedarf geändert werden.
  • In der Filtervorrichtung in der Ausführungsweise bildet eine große Anzahl von langfaserigen Körpern 7 am einen Ende eine Öffnung 30, als Einlasskanal für zu filtrierende Stoffe, und am anderen, gebündelten Ende einen zusammenlaufenden Teil 31. Deshalb bildet in der Filtervorrichtung gemäß der Ausführungsweise ein einen von der Öffnung 30 bis zum zusammenlaufenden Teil 31 gebildeten Aussparungsteil 32 umgebender Teil (im folgenden einfach als "Aussparungsteil" bezeichnet) einen Filtrierteil 33 zum Erbringen einer Filtrationswirkung.
  • Wenn die Struktur des die Filtervorrichtung bildenden Filtermaterials wie oben erwähnt beschaffen ist, kann die Filtrierfläche des Filtrierteils 33 vergrößert werden. Wenn der Aussparungsteil 32 als Durchflusskanal des zu filtrierenden Fluids zur tiefsten Stelle (zum Ende) hin nach und nach verengt wird, wird ein Druckabfall des strömenden Fluids bis zu einem gewissen Grad kompensiert und wird ein Druckunterschied zwischen jeweiligen Stellen am Innenumfang des Filtrierteils 33 verringert. Deshalb kann eine Abweichung beim Auffangen vorteilhaft verringert werden.
  • Als Verfahren zum Bündeln der langfaserigen Körper 7 können die Körper mit einem Halter 12 oder dergleichen befestigt, mit einem Klebstoff oder dergleichen aneinander angehaftet, thermisch verschmolzen oder anderweitig befestigt werden. Jedoch ist das Verfahren nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Im Filtrierteil 33 kann der langfaserige Körper 7 im wesentlichen gerade oder gekrümmt sein. Im Hinblick auf einen gleichmäßigen Auffang-Wirkungsgrad ist die im wesentlichen gerade Konfiguration vorzuziehen. Außerdem kann der Biegewinkel θ des langfaserigen Körpers 7 im Filtrierteil 33 bezüglich der Richtung der Mittelachse des langfaserigen Körpers 7 im zusammenlaufenden Teil (im folgenden einfach als "Biegewinkel θ'' bezeichnet) passend ausgewählt werden. Speziell ein θ, bei welchem der Auffang-Wirkungsgrad maximiert wird, ändert sich mit der Größe des Druckverlusts. Jedoch resultiert ein übermäßig großer Biegewinkel in einem übermäßigen Austritt von Licht und vergrößert ein übermäßig kleiner θ die Abmessungen der Einrichtung. Deshalb beträgt der Biegewinkel vorzugsweise 5 bis 15°.
  • Außerdem kann die Öffnung 30 eine runde, elliptische, vieleckige oder andere Konfiguration haben. Wenn die Öffnung 30 rund ist, hat der Filtrierteil eine im wesentlichen konische Seitenwand, was den Auffang-Wirkungsgrad verbessert. Durch Gestalten der Öffnung in Form eines Sterns, insbesondere eines vielzackigen Sterns, kann die Oberfläche des Filtrierteils vergrößert werden und kann der Druckverlust verringert werden. Es muss nicht unbedingt eine einzige Öffnung sein.
  • Ein Verfahren zum Bilden des Aussparungsteils 32 mit der Öffnung 30 im gebündelten Aggregat aus den langfaserigen Körpern 7 besteht darin, ein Gerüstmaterial, zum Beispiel einen Maschennetz-Körper mit einer konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand, ein rundes oder vieleckiges ringförmiges Material oder ein schraubenförmiges Gerüstmaterial einzufügen. Das Verfahren ist nicht eingeschränkt. Speziell kann jedes Verfahren auf die Filtervorrichtung der Ausführungsweise angewendet werden, solange der Öffnungsteil 30 im Aggregat aus den gebündelten langfaserigen Körpern geschaffen werden kann und die zu filtrierenden Stoffe das Filtermaterial ungehindert durchströmen können.
  • Hier, bei einer Form des Filters mit geringem Druckverlust und hoher Filtrierkapazität, wird durch Verwendung von Fasern mit einem relativ großen Durchmesser von ungefähr 100 μm als langfaserigen Körpern 7 die Lückengröße in den langfaserigen Körpern im Filtrierteil relativ vergrößert. Die Dicke einer geschichteten Schicht langfaseriger Körper nimmt zu. Außerdem wird durch Verwendung extrafeiner Fasern mit einem Durchmesser von 70 μm oder darunter der Querschnitt der Öffnung wie ein vielzackiger Stern geformt, wodurch die Oberfläche des Filtrierteils vergrößert wird.
  • Der Durchmesser des langfaserigen Körpers beträgt bevorzugt 0,1 bis 150 μm, noch bevorzugter 0,1 bis 100 μm und am meisten bevorzugt 1,0 bis 30 μm. Bei einem Durchmesser unter 0,1 μm ist die Anfertigung schwierig und ist auch die Handhabung schwierig. Wenn andererseits der Durchmesser 150 μm übersteigt, ist die Anfertigung der Faser schwierig und fällt wahrscheinlich der Auffang-Wirkungsgrad des Filters ab.
  • Länge und Anzahl der langfaserigen Körper sind nicht besonders eingeschränkt und können passend zum Zweck ausgewählt werden. Außerdem können die Längen aller langfaserigen Körper gleich sein oder können sie nach Bedarf geändert werden.
  • Der, wie in 5 gezeigt, in einer Wellenform in Längsrichtung gebildete langfaserige Körper 7 ist von Vorteil, wenn Licht aus dem lichtleitenden Körper direkt auf den Photokatalysator gestrahlt wird. Außerdem ist ein faseriger Tragkörper wie in 6 gezeigt mit dem auf auf einer Oberfläche des lichtleitenden Körpers 1 gebildeten Vorsprüngen 14 getragenen Photokatalysator 2 weiter als Filter vorzuziehen. Ferner kann, wenn der Körper in einer gekrümmten Konfiguration mit einem zu dessen Ende hin abnehmenden Krümmungsradius gebildet ist, wie in 7 gezeigt, die Menge austretenden Lichts in Längsrichtung gleichmäßig sein, wodurch eine gleichmäßige Photokatalysator-Wirkung erreicht wird.
  • Bei Verwendung der Photokatalysator Faserkörper kann ein Filtermaterial mit einer angemessenen Lückengröße einfach durch Bündeln oder Schichten der Photokatalysator-Faserkörper erzielt werden. Außerdem bleibt, auch wenn ein Fluid hindurchströmt, die Lückengröße unverändert, und eine angemessene Lückengröße kann über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden. Außerdem kann das Filtermaterial verwendet werden, ohne dass ein Spinnprozess erforderlich wäre. Selbst der Photokatalysator-Faserkörper, mit welchem es vormals schwierig war, das Filtermaterial zu bilden, kann verwendet werden. Ferner kann, da die Oberfläche des Filtrierteils vergrößert ist, das Reinigungsvermögen verbessert werden, wenn ein Fluid mittels der Oberflächenreaktion gereinigt wird.
  • Die Lückengröße kann nach Wunsch mit der Größe oder dem Abstand der Wellenform oder der Vorsprünge, dem Zwischenraum der Schichtung der langfaserigen Körper und dergleichen geändert werden.
  • Der Abstand zwischen den auf dem langfaserigen Körper gebildeten Vorsprüngen ist nicht besonders eingeschränkt, sondern er liegt ungefähr beim 2- bis 20-fachen, vorzugsweise beim 3- bis 10-fachen des Faserdurchmessers. Entspricht der Abstand dem zweifachen oder weniger des Faserdurchmessers, nimmt wegen der Verengung des Durchflusskanals der Widerstandsverlust zu. Wenn hingegen der Abstand das 20-fache des Faserdurchmessers übersteigt, ist es schwierig, den Zwischenraum zwischen Fasern aufrechtzuerhalten, und wird wahrscheinlich der Filtrationseffekt gemindert. Der Durchmesser der Vorsprünge wird vorzugsweise als ungefähr 0,3 bis 100 μm gewählt.
  • Der Vorsprung kann zum Beispiel in einer Kugel-, undefinierten, Stab-, Stufen-, Faser-, porösen oder anderen Konfiguration gebildet sein. Die Größen aller Vorsprünge können die gleichen sein, aber im Hinblick auf den Auffang-Wirkungsgrad ist die Größe auf einer Einfallsseite vergrößert und zu einer Emissionsseite hin verkleinert. Dann wird die Auffangdichte gestreut, wodurch der Auffang-Wirkungsgrad und die Filterlebensdauer erhöht werden. Die Verteilungsdichte der Vorsprünge ist nicht besonders eingeschränkt und kann nach Bedarf unter Berücksichtigung der Lückengröße, des Druckverlusts, des Drucks oder der Menge des Fluids, der Festigkeit, des Durchmessers und der Dicke des Filtermaterials, des gewünschten Auffang-Wirkungsgrads und dergleichen passend festgelegt werden. Als Werkstoff für den Vorsprung stehen zum Beispiel Keramik, Glas, Glaskeramik, Metall, Harz, Kristall und dergleichen zur Verfügung. Der Werkstoff des Filtermaterials kann der gleiche wie oder ein anderer als der Werkstoff der auf der Oberfläche des Filtermaterials gebildeten Vorsprünge sein.
  • Ferner ist, wenn der lichtleitende Körper als langfaseriger Körper 7 verwendet wird, wie in 7 gezeigt, der Körper in einer gekrümmten Konfiguration mit allmählich abnehmendem Krümmungsradius (allmählich zunehmender Krümmung) gebildet. Dann kann die Menge austretenden Lichts annähernd die gleiche sein zwischen dem Teil mit einer großen Menge Licht am Anfang des langfaserigen Körpers und mit einer kleinen Menge Licht am Ende. Licht kann effizient an den Photokatalysator geliefert werden.
  • Der Filter der Erfindung kann die Photokatalysator-Reaktion nutzen, wenn der Photokatalysator auf dem langfaserigen Körper getragen wird.
  • Der Werkstoff des den Photokatalysator tragenden langfaserigen Körpers und der Werkstoff des Photokatalysators sind die gleichen wie bezüglich der zweiten Ausführungsweise beschrieben.
  • In der Filtervorrichtung, in welcher Licht in das Ende des Filtermaterials eingebracht wird, ist der aus dem lichtleitenden Körper bestehende langfaserige Körper der Tragkörper des Photokatalysators und dient er außerdem als eine wellenleitende Verbindung zum Durchleiten des Lichts zur Verstärkung der Photokatalysator-Reaktion. Aus diesem Grund muss der Biegewinkel θ des langfaserigen Körpers auf einen solchen Winkel eingestellt werden, dass die Funktion der wellenleitenden Verbindung nicht verlorengeht. Speziell beträgt der Winkel vorzugsweise 15° oder darunter.
  • In der Filtervorrichtung, in welcher Licht in das Ende des Filtermaterials eingebracht wird, kann, selbst wenn das Filtermaterial mit Schmutz, Staub, Schlamm oder dergleichen bedeckt ist, Licht auf den Photokatalysator gestrahlt werden. Deshalb verschlechtert sich die Katalysatorfunktion nicht. Und da Licht den Photokatalysator durch den lichtleitenden Körper erreicht, kann, verglichen mit einer Bestrahlung von außen, der größte Teil der Lichtenergie aus der Lichtquelle effektiv auf den Photokatalysator gestrahlt werden. Eine intensive Ultraviolett-Strahlung ist nicht notwendig, oder eine große Lichtquelle ist nicht notwendig.
  • Wenn Licht in das Ende des Filtermaterials in einer zusammenlaufenden Richtung eingebracht wird, tritt in diesem Fall einer bevorzugten Struktur das einfallende Licht am zusammenlaufenden Teil des Filtermaterials kaum aus dem langfaserigen Körper aus. Umgekehrt kann das einfallende Licht am Filtrierteil leicht aus dem langfaserigen Körper austreten. Selbst wenn die Lichtquelle nicht in der Nähe des Filtrierteils untergebracht werden kann, kann in dieser Struktur der Filter der Ausführungsweise verwendet werden. Außerdem kann alles einfallende Licht auf den Photokatalysator strahlen.
  • Aus diesem Grund ist ein den zusammenlaufenden Teil des Filtermaterials tragender Teil des langfaserigen Körpers aus einer optischen Faser gebildet und ist der andere, dem Filtrierteil aus dem Filtermaterial entsprechende Teil des langfaserigen Körpers vorzugsweise aus einem Material, durch welches Licht austritt, bevor es an den Photokatalysator geliefert wird, gebildet, statt ein eine Umhüllung der optischen Faser tragendes Material zu verwenden.
  • Als Werkstoff der Umhüllung, welcher hier verwendet werden kann, steht zum Beispiel ein Kieselglas oder ein anderes schwach lichtbrechendes Glas, ein organisches Harz oder dergleichen zur Verfügung. Außerdem ist im Filtrierteil keine Umhüllung angebracht, sondern liegt der Kern bevorzugt frei. Insbesondere der Photokatalysator mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des Kerns wird noch bevorzugter auf einer Oberfläche des freiliegenden Teils des Kerns getragen.
  • Wie oben erwähnt, kann die Filtervorrichtung in der Ausführungsweise in einer Abgasreinigungseinrichtung zum Entfernen fester, gekörnter Stoffe (Partikel), welche aus in Abgas aus einem Dieselmotor enthaltenem schwarzem Rauch, enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen und enthaltenem Schmieröl bestehen, in einem Luftfilter für einen Reinraum, in einem Gasbehandlungsfilter für einen Luftreiniger oder dergleichen, in einem Wasser- oder Meerwasser-Reinigungsfilter oder in einem anderen Lösungsbehandlungsfilter oder in anderen verschiedenartigen Anwendungen verwendet werden.
  • Im folgenden kann die dritte Ausführungsweise anhand einer Ausführungsform ausführlicher beschrieben werden.
  • 15 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel zeigt, in welchem die Filtervorrichtung der Ausführungsweise auf einen Dieselpartikelfilter (DPF) angewendet wird.
  • Auf einem langfaserigen Körper mit einem Durchmesser von 30 μm und einer Länge von 600 mm wurden Vorsprünge mit einem Durchmesser von 30 μm in Abständen von ungefähr 100 μm in einem einen Filtrierteil bildenden Teil gebildet, wurde ein 0,1 μm dicker Film aus TiO2 auf eine Oberfläche aufgebracht und wurde eine Umhüllung aus Kieselglas auf einer Oberfläche eines einen zusammenlaufenden Teil bildenden Teils gebildet. Ein Filter wurde durch Bündeln von 8000 × 338 Stücken der langfaserigen Körper gebildet, wobei das eine Ende des Bündels mit dem Halter 12 befestigt wurde und vom anderen Ende her ein Maschennetz aus Edelstahl mit einer konischen Seitenwand (mit einem Öffnungswinkel von ungefähr 90°) in den annähernd zentralen Teil des Bündels von langfaserigen Körpern eingeschoben wurde, um eine Öffnung zu bilden. Hier wurde als Werkstoff der langfaserigen Körper ein Aluminosilikatglas (mit einem Glasübergangspunkt von 100 bis 700°C) verwendet, welches einer hohen Temperatur (100 bis 700°C) widerstehen kann. Alternativ kann ein Quarzglas (mit einem Glasübergangspunkt von 1100°C) oder dergleichen verwendet werden.
  • Durch Umgeben des Filters mit einem Außenmantel-Material 40 aus Edelstahl und Anordnen, auf der Seite einer Öffnung im Filtermaterial, eines an das Außenmantel-Material 40 anschließenden Auslasszylinders 50 und eines mit der Öffnung 30 im Filtermaterial verbundenen Einlasszylinders 35 in einer Lage, dass er in den Auslasszylinder 50 eingeführt ist, wurden ein Einlasskanal 31 für Abgas und ein Auslasskanal 51 befestigt. Ferner wurde durch Installieren einer Lichtquelle 60 zum Bestrahlen eines Endes des zusammenlaufenden Teils mit Ultraviolett-Strahlung ein DPF gebildet.
  • Im DPF der Ausführungsform erreicht das aus dem Einlasskanal 31 durch den Einlasszylinder 35 in die Öffnung 20 im Filtermaterial strömende Abgas die Innenwand des Filtrierteils, wie in 15 durch Pfeile gezeigt. Um die erreichte Stelle herum strömt das Abgas in einer die ein Filtermaterial 70 bildenden langfaserigen Körper kreuzenden Richtung durch den Filter, während Partikel durch die langfaserigen Körper entfernt werden. Anschließend wird das Abgas, nachdem es den Filter durchströmt hat, durch einen Zwischenraum-Durchflusskanal 52 zwischen dem Filter und dem Außenmantel-Material an die Außenseite des Auslasskanals 51 abgegeben. In diesem Fall, in der Ausführungsform, ist der Aussparungsteil des Filters zur tiefsten Stelle hin verengt. Deshalb wird der Druckabfall des strömenden Abgases kompensiert, wird das Abgas durch den Filter gleichmäßig filtriert und werden Partikel effizient aufgefangen, ohne Abweichung beim Auffangen.
  • Im DPF der Ausführungsform durchströmt das Abgas, das den Filter durchströmt hat, den Filter vollständig, bevor es den zusammenlaufenden Teil erreicht, und wird durch den Zwischenraum-Durchflusskanal 52 zwischen dem Filter und dem Außenmantel-Material 40 abgegeben. Der Raum innerhalb des Außenmantel-Materials 40 ist, einmal abgesehen vom Einlass- und Auslasskanal, geschlossen. Deshalb wird die Richtung der Gasströmung zum Auslasskanal 51 hin geändert und wird das Gas unmittelbar aus dem Auslasskanal 51 abgegeben.
  • Auf diese Weise besteht beim DPF der Ausführungsform, da der Durchflusskanal des Abgases vollständig von der Lichtquelle getrennt ist, keinerlei Schwierigkeit beim Entwurf. Der DPF ist praktisch nutzbar.
  • Im DPF der Ausführungsform, bei Einbringen von Licht aus dem Ende des zusammenlaufenden Teils des Filtermaterials 70 in den langfaserigen Körper, zersetzt dann das aus dem langfaserigen Körper des Filtrierteils austretende Licht am langfaserigen Körper anhaftende Partikel mittels der Photokatalysator-Wirkung optisch.
  • Im Filter in der Ausführungsweise kann Licht nur durch Bestrahlen der Querschnittsflächen der langfaserigen Körper im zusammenlaufenden Teil mit Licht leicht in alle langfaserigen Körper eingebracht werden. Da die Längen der langfaserigen Körper annähernd gleich sein können, gibt es kaum Unterschiede in der Photolyse-Kapazität in einer Querschnittsrichtung. Außerdem ist der Biegewinkel θ jedes langfaserigen Körpers klein, überdies ist ein Unterschied im Biegewinkel zwischen den jeweiligen langen Fasern klein, und deshalb gibt es nur einen kleinen Unterschied in der Menge des Austretens von eingebrachtem Licht zwischen den langfaserigen Körpern. Es kann eine gleichmäßige und effiziente Photolyse-Wirkung erzeugt werden.
  • Wie oben erwähnt, besitzt der Aufbau des DPF gemäß der Ausführungsform einen einfachen und preiswerten Mechanismus, durch welchen ein wartungsfreier, langlebiger Filter realisiert wird.
  • Gemäß der Ausführungsform kann die Fläche des Filtrierteils vergrößert werden und kann ein Filter mit einem guten Auffang-Wirkungsgrad erzielt werden.
  • Außerdem wird im Filtermaterial, wenn der Aussparungsteil von der Öffnung her nach und nach verengt wird, der Druckabfall im einströmenden Fluid bis zu einem gewissen Grad kompensiert. Ein Druckunterschied zwischen jeweiligen Stellen am Innenumfang des Filters wird verringert. Deshalb kann eine Abweichung beim Auffangen vorteilhaft verringert werden.
  • Ferner kann, als langfaseriger Körper, unter Verwendung eines in einer Wellenform in Längsrichtung gebildeten langfaserigen Körpers oder eines langfaserigen Körpers mit auf einer Oberfläche gebildeten Vorsprüngen, ein Filtermaterial mit einer angemessenen Lückengröße lediglich durch Bündeln oder Schichten des langfaserigen Körpers gebildet werden. Außerdem bleibt die Lückengröße, auch wenn ein Fluid hindurchströmt, unverändert. Im Filter kann eine angemessene Lückengröße über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden. Ferner kann, da die Oberfläche des Filtrierteils vergrößert wird, der Reinigungs-Wirkungsgrad verbessert werden, wenn ein Fluid mittels einer Oberflächenreaktion gereinigt wird.
  • Außerdem kann, wenn der Filter der Ausführungsweise als ein eine Photolyse-Wirkung nutzender Filter verwendet wird, Licht in alle langfaserigen Körper eingebracht werden. Licht kann den Photokatalysator in ausreichender Weise und gleichmäßig erreichen. Folglich kann eine wartungsfreie, langlebige Filtervorrichtung geschaffen werden.
  • Ferner kann durch Installieren der Heizeinrichtung in der Filtervorrichtung der Ausführungsweise auch der Effekt der zweiten Ausführungsweise bewirkt werden.
  • Nun wird eine vierte Ausführungsweise der Erfindung beschrieben. In der Ausführungsweise wird die Erfindung auf einen Dieselpartikelfilter (DPF) angewendet. Die Ausführungsweise der Filtervorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben.
  • Der am meisten kennzeichnende Teil der Ausführungsweise besteht darin, dass der DPF aus einer Art oder zwei oder mehr Arten von extrafeiner Glasfaser mit einem Durchmesser zwischen 1 Mikrometer und 70 Mikrometer gebildet ist.
  • Im Hinblick auf eine Filtertheorie liegt der Durchmesser der extrafeinen Glasfaser zum Auffangen von Dieselpartikeln bevorzugt zwischen 1 Mikrometer und 70 Mikrometer. Ferner beträgt der Durchmesser der extrafeinen Glasfaser bevorzugt 5 bis 50 Mikrometer und noch bevorzugter zwischen 5 Mikrometer und 30 Mikrometer. Zum Bilden der extrafeinen Glasfaser mit einem solchen Durchmesser kann ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser verwendet werden. Eine extrafeine Glasfaser mit vorherbestimmtem Durchmesser und vorherbestimmter Länge lässt sich leicht erzielen. Durch Verwendung der extrafeinen Glasfaser mit einem Durchmesser zwischen 1 Mikrometer und 50 Mikrometer kann die Einrichtung verkleinert werden und wird die Oberfläche vergrößert, wodurch ein Reinigungsvermögen gesteigert wird.
  • Außerdem wird in der Ausführungsweise, um eine hohe Hitzebeständigkeit zu erzielen, vorzugsweise eine extrafeine Glasfaser mit einem Glasübergangspunkt von 700°C oder darüber verwendet. Für die extrafeine Glasfaser kann ein Aluminosilikatglas, ein Borsilikatglas, ein Kieselglas oder dergleichen verwendet werden.
  • Die 16–22 zeigen Aufbauformen verschiedener DPFs gemäß der Ausführungsweise.
  • 16 zeigt zu einem Bündel gewebte Glasfasern 80. In diesem Beispiel sind, bei Verwendung von Glasfasern mit verschiedenen Durchmessern, Fasern mit großem Durchmesser in einem zentralen Teil angeordnet und Fasern mit kleinem Durchmesser zu einem Außenumfang hin angeordnet. Jedoch können alle Fasern den gleichen Durchmesser haben. Alternativ können Durchmesser vom zentralen Teil zum Außenumfang hin nach und nach erhöht sein.
  • 17 zeigt die zu einem Bündel gewebten Glasfasern 80 mit darin gebildeten Distanzstücken 81. Auf die gleiche Weise wie in 16 weisen die Durchmesser der Glasfasern 80 verschiedenartige Aufbaumuster auf.
  • Um in einem zentralen Teil einen Hohlraum zu schaffen, ist in 18 ein Tragteil 82 aus Glas, Metall, Keramik oder Kristall gebildet. Um den zentralen Teil herum sind die Glasfasern 80 zu einem Bündel gewebt. Auf die gleiche Weise wie in den 16 und 17 weisen die Durchmesser der Glasfasern 80 verschiedenartige Aufbaumuster auf.
  • In den 19(a) und (b) sind zu Maschennetzen gewebte Glasfasern 85, 85a und 85b strukturiert. Auf die gleiche Weise wie in den 16 und 17 weisen die Durchmesser der Glasfasern verschiedenartige Aufbaumuster auf. Und selbst wenn die Glasfasern zu Geweben gewebt sind, können die gleichen Aufbauformen wie die Maschennetze gebildet werden.
  • In den 20(a) und (b) bilden die Glasfasern 80 Schichten bezüglich der Durchflusskanäle, als Strukturen von Filtern.
  • 21 zeigt einen Aufbau, in welchem Glasfasern so aufgewickelt sind, dass sie eine Kerze bilden. Auch können in der Struktur Faserdurchmesser geändert werden.
  • Um in einem zentralen Teil der Kerzenstruktur einen Hohlraum zu schaffen, ist in 22 der Träger 82 aus Glas, Metall, Keramik oder Kristall gebildet. Die Fasern sind um den Umfang des zentralen Teils herum aufgewickelt. Auch können in der Struktur Faserdurchmesser geändert werden.
  • Außerdem ist auf der Oberfläche der extrafeinen Glasfaser teilweise oder ganz ein Photokatalysator wirkungsvoll gebildet. In diesem Fall wird durch Einbringen von Licht vom einen Ende der extrafeinen Glasfaser her in die extrafeine Glasfaser Licht an den auf der Oberfläche der extrafeinen Glasfaser gebildeten Photokatalysator geliefert, wodurch die Photokatalysator-Wirkung verstärkt wird. An der extrafeinen Glasfaser anhaftende Stoffe können zersetzt/entfernt werden.
  • Ferner ist eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Photokatalysators und der durch den DPF eingefangenen Stoffe (schwarzer Rauch, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Schmieröl und dergleichen) wirkungsvoll installiert. Dadurch kann Ruß effizient verbrannt werden. Ferner kann durch Erwärmen des Photokatalysators die Reaktionsgeschwindigkeit der photolytischen Reaktion mittels des Photokatalysators erhöht werden.
  • Die oben erwähnte Ausführungsweise betrifft den DPF. Die Erfindung kann auf die gleiche Weise zum Beispiel für einen Luftfilter für einen Reinraum oder für einen anderen Filter für einen Luftreiniger oder dergleichen verwendet werden.
  • Nun wird ein in einer Filtervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsweise der Erfindung verwendetes Filtermaterial beschrieben.
  • Das Filtermaterial der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Vorsprünge auf einer Oberfläche eines Filter-Grundmaterials gebildet sind.
  • Hier sind Konfiguration, Werkstoff und dergleichen des Filter-Grundmaterials nicht besonders eingeschränkt. Verschiedene bekannte Filter-Grundmaterialien können verwendet werden.
  • Als Konfiguration des Filter-Grundmaterials steht zum Beispiel eine Faser, eine Platte, ein Stab, eine Perle, ein Gewebe, Partikel (einschließlich eines porösen Körpers) oder eine andere bekannte Konfiguration zur Verfügung. Jedoch ist eine Faserkonfiguration oder eine Plattenkonfiguration vorzuziehen, wenn berücksichtigt wird, dass ein preiswerter Filter einfach durch Bündeln oder Schichten des Filtermaterials erzielt werden kann.
  • Als Werkstoff des Filtermaterials stehen zum Beispiel Keramik, Glas, Glaskeramik, Metall, ein Metall-Maschennetz, Harz, Kunststoff, Kristall und dergleichen zur Verfügung.
  • Konfiguration und Werkstoff der auf der Oberfläche des Filter-Grundmaterials gebildeten Vorsprünge sind nicht besonders eingeschränkt. Verschiedene Werkstoffe und Konfigurationen können verwendet werden.
  • Der Vorsprung kann zum Beispiel in einer Kugel-, undefinierten, Stab-, Stufen-, Faser-, porösen oder anderen Konfiguration gebildet sein.
  • Als Werkstoff des Vorsprungs stehen zum Beispiel Keramik, Glas, Glaskeramik, Metall, Harz, Kristall (z. B. Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Titandioxid, Mullit, Cordierit, Magnesiumoxid, Bariumtitanat und dergleichen), Partikel (z. B. glasartige, kristalline und andere Partikel) zur Verfügung. Der Glas-Grundwerkstoff kann der gleiche wie oder ein anderer als der Werkstoff des auf der Oberfläche des Glas-Grundwerkstoffs gebildeten Vorsprungs sein.
  • Ein Verfahren zum Bilden der Vorsprünge ist nicht besonders eingeschränkt.
  • Die Verteilungsdichte der Vorsprünge ist nicht besonders eingeschränkt und kann nach Bedarf unter Berücksichtigung der Lückengröße (Maschenweite), des Druckverlusts, des Drucks und der Menge des Fluids, der Festigkeit des Grundmaterials, des Durchmessers und der Dicke, des Auffang-Wirkungsgrads und dergleichen passend festgelegt werden.
  • Nun wird ein Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials der Erfindung beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Filter-Grundmaterials Vorsprünge gebildet sind.
  • Als Verfahren zum Bilden der Vorsprünge auf der Oberfläche sind verschiedene Verfahren aus verschiedenen Gebieten bekannt. Diese Verfahren können verwendet werden.
  • Im folgenden werden Ausführungsweisen eines Verfahrens zum Bilden von Vorsprüngen erläutert.
  • Eine erste Ausführungsweise ist ein Verfahren zum Bilden von Vorsprüngen durch Befestigen von Partikeln auf einer Oberfläche eines Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials. Die folgenden verschiedenen Ausführungsweisen sind enthalten. Hier ist das Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterial das keinen Photokatalysator tragende Grundmaterial. Partikel werden auf der Oberfläche des keinen Photokatalysator tragenden Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials befestigt, um Vorsprünge zu bilden, und der Photokatalysator wird auf den Vorsprüngen gebildet. Dieses Verfahren wird verwendet, weil es hinsichtlich der Oberfläche des Photokatalysators, der Festigkeit der Vorsprünge und dergleichen vorteilhaft ist.
    • (1) Ein Verfahren zum Auftragen einer durch Mischen, Dispergieren oder Suspendieren von Partikeln in einem Bindemittel gebildeten Auftragungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials.
    • (2) Ein Verfahren des Auftragens eines Bindemittels auf die Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials und des Festmachens von Partikeln, bevor das Bindemittel erstarrt.
    • (3) Ein Verfahren des thermischen Verschmelzens von Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterial und Partikeln. In dem Verfahren können beide nebeneinander erwärmt werden, können die Partikel auf der Oberfläche des erwärmten Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials feinstverteilt werden oder können erwärmte Partikel oder schmelzflüssige Partikel auf der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials feinstverteilt werden.
    • (4) Ein Verfahren des Feinstverteilens oder Versprühens einer Flüssigkeit zum Bilden von Partikeln nach Erstarren auf der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials, welche dann erstarrt.
    • (5) Ein Verfahren des Änderns der Qualität der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials mit einem Reagens oder dergleichen, des Festmachens von Partikeln auf der Oberfläche und des Erstarrens. Speziell werden zum Beispiel nach dem Verflüssigen einer Oberfläche eines Acryl- oder eines anderen organischen Harzes mittels eines organischen Lösemittels Partikel auf der Oberfläche festgemacht, um zu erstarren.
  • Es können die in den oben erwähnten Formen (1)–(5) verwendeten Partikel, zum Beispiel glasartige oder kristalline Partikel, verwendet werden. Als glasartige Partikel stehen ein Kieselglas, ein Natron-Kalk-Silikat-Glas und ein alkalifreies Glas zur Verfügung. Es gibt zahlreiche kristalline Partikel, aber typische sind Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Titandioxid, Mullit, Cordierit, Magnesiumoxid, Bariumtitanat und dergleichen.
  • Eine zweite Ausführungsweise ist ein Verfahren des Bildens von Vorsprüngen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials selbst. Die folgenden verschiedenen Ausführungsweisen sind enthalten.
    • (1) Ein Verfahren des Formens von Vorsprüngen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials unter Verwendung einer Pressform aus Metall.
    • (2) Ein Verfahren zum Bilden von Vorsprüngen durch Übertragen einer Konfiguration einer Pressform aus Metall auf die Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials.
    • (3) Ein Verfahren zum Bilden von Vorsprüngen durch Ätzen der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials. In dem Verfahren können unter Verwendung eines bekannten lithographischen Verfahrens Vorsprünge in einer regelmäßigen, dem Bedarf entsprechenden Anordnung und Verteilungsdichte in der Größenordnung von Submikrometern gebildet werden. Es kann ein ultrahochentwickelter Filter gefertigt werden.
  • Eine dritte Ausführungsweise ist ein Verfahren zum Bilden von Vorsprüngen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials durch Mischen von Partikeln mit einem Rohstoff des Photokatalysator-Faserkörper-Grundmaterials und durch Formen.
  • Nun wird eine Filtervorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.
  • Die Filtervorrichtung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial mit auf seiner Oberfläche gebildeten Vorsprüngen verwendet wird.
  • Da das Filtermaterial mit auf der Oberfläche gebildeten Vorsprüngen oben erwähnt ist, wird auf eine weitere Beschreibung verzichtet.
  • Wenn ein Filter unter Verwendung des Filtermaterials gebildet wird, kann entsprechend dem Werkstoff, der Konfiguration und dergleichen des Filters eine bekannte Ausführungsweise zum Bilden des Filters verwendet werden.
  • Wenn eine Faser mit auf ihrer Oberfläche gebildeten Vorsprüngen als Filtermaterial verwendet wird, um einen Filter zu bilden, kann einfach durch Bündeln und Befestigen einer Vielzahl von Fasern in annähernd derselben Richtung ein Filter mit einer geforderten Lückengröße (Maschenweite) gebildet werden. Die Grobmaschigkeit des Maschennetzes kann nach Wunsch mit Vorsprunggröße, Zwischenraum, Verteilungsdichte und dergleichen geändert werden.
  • Die 23(a) und (b) zeigen spezielle Beispiele.
  • Eine in den Figuren gezeigte Filtervorrichtung ist aus einem Gehäuse 101 und einem Filter aus gebündelten Fasern 102 gebildet.
  • Das Gehäuse 101 ist aus einem äußeren Rahmen 103 und Lüftungselementen 104 mit einer groben Maschenstruktur, welche Lüftungsseiten auf Einlass- und Auslassseite bilden, gebildet. Im Gehäuse 101 sind Fasern 102 gleichmäßig und annähernd parallel angeordnet und durch Zusammendrücken beider Seiten mit den Lüftungselementen 104 festgehalten.
  • Die Fasern 102 sind langfaserige Fasern mit in Abständen auf deren Oberflächen gebildeten Vorsprüngen, welche die erforderlichen Abmessungen aufweisen. Die Grobmaschigkeit des Maschennetzes kann nach Wunsch mit den Größen der Vorsprünge auf den Fasern geändert werden. Zum Beispiel wenn das Filtermaterial aus Fasern mit einem Durchmesser von 5 μm mit darauf gebildeten Vorsprüngen mit einer Partikelgröße von 1 μm verwendet wird, können Partikel in der Größenordnung von Submikrometern eingefangen werden.
  • Wenn alle Partikel auf der Oberfläche der Fasern die gleiche Größe haben, erhöht sich ferner der Auffang-Wirkungsgrad auf der Einlassseite und ist der Auffang-Wirkungsgrad nicht überragend. Indes wird durch Erhöhen der Größe der Vorsprünge auf der Einlassseite und Verringern der Größe zur Auslassseite hin die Auffangdichte gestreut, wodurch der Auffang-Wirkungsgrad und die Filterlebensdauer erhöht werden.
  • Wenn ein Substrat mit auf seiner Oberfläche gebildeten Vorsprüngen als Filtermaterial verwendet wird, um einen Filter zu bilden, kann einfach durch Schichten und Befestigen einer Vielzahl von Substraten ein Filter mit einer geforderten Lückengröße (Maschenweite) gebildet werden. Auch in diesem Fall kann die Grobmaschigkeit des Maschennetzes mit den Größen, den Zwischenräumen und der Verteilungsdichte der Vorsprünge, den Zwischenräumen der Substrate und dergleichen nach Wunsch verändert werden.
  • Auf der Oberfläche des die Filtervorrichtung der Erfindung bildenden Filtermaterials kann ein Katalysator (einschließlich einer eine Oberflächenreaktion fördernden Substanz) getragen werden.
  • In diesem Fall, gemäß der Erfindung, da auf der Oberfläche des Filtermaterials Vorsprünge gebildet sind, ist die Oberfläche, verglichen mit dem Filtermaterial ohne Vorsprünge, vergrößert und kann der Wirkungsgrad des Filters mit einer Funktion zum Reinigen eines Fluids mittels einer Oberflächenreaktion verbessert werden.
  • Hier ist der Katalysator (einschließlich der eine Oberflächenreaktion fördernden Substanz) nicht besonders eingeschränkt, und es kann jede beliebige Substanz mit einer Fluidreinigungsfunktion verwendet werden.
  • In der Erfindung wird das Filtermaterial als lichtleitender Körper zum Leiten des Lichts mit einer zum Aktivieren eines Photokatalysators erforderlichen Wellenlänge verwendet. Der Photokatalysator wird auf der Oberfläche des Filtermaterials getragen. Das durch den lichtleitenden Körper geleitete Licht wird aus der Oberfläche des lichtleitenden Körpers emittiert und erreicht den Photokatalysator. Eine solche Filtervorrichtung mit Photokatalysator kann gebildet werden.
  • In diesem Fall können die Vorsprünge auf der Oberfläche des Filtermaterials aus Partikeln mit einer Photokatalysator-Wirkung gebildet sein. Ferner kann die gesamte Oberfläche des Filtermaterials einschließlich der Vorsprünge mit einem Film, der eine Photokatalysator-Wirkung aufweist, überzogen sein. Außerdem kann die gesamte Oberfläche des mit den aus lichtdurchlässigen Partikeln, lichtundurchlässigen Partikeln oder Photokatalysator-Partikeln gebildeten Vorsprüngen versehenen Filtermaterials mit einem Film, der eine Photokatalysator-Wirkung aufweist, überzogen sein.
  • Als Werkstoff des lichtleitenden Körpers stehen zum Beispiel Glas, Keramik, Kunststoff, Kristall und dergleichen zur Verfügung. Einer dieser Werkstoffe kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Werkstoffe können gemischt oder zusammengesetzt (z. B. verbunden oder dergleichen) werden.
  • Als Konfiguration des lichtleitenden Körpers stehen zum Beispiel eine Faser, eine Bienenwabe, ein Maschennetz, ein Gewebe, eine Schicht, eine Watte und dergleichen zur Verfügung. Eine dieser Konfigurationen kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Konfigurationen können zusammengesetzt (z. B. verbunden oder dergleichen) werden.
  • Als Photokatalysator stehen zum Beispiel Titanoxid oder dessen Verbindung, Eisenoxid oder dessen Verbindung, Zinkoxid oder dessen Verbindung, Rutheniumoxid oder dessen Verbindung, Zeroxid oder dessen Verbindung, Wolframoxid oder dessen Verbindung, Molybdänoxid oder dessen Verbindung, Cadmiumoxid oder dessen Verbindung und Strontiumoxid oder dessen Verbindung zur Verfügung. Einer dieser Photokatalysatoren kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Photokatalysatoren können gemischt oder kombiniert (z. B. nebeneinander verwendet oder dergleichen) werden.
  • Als Verfahren zum Tragen des Photokatalysators stehen zum Beispiel ein Sol-Gel-Verfahren, ein Peraerosol-Verfahren, ein Überzugs-/Beschichtungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein thermisches Zersetzungsverfahren, ein Metalloxidierverfahren und dergleichen zur Verfügung. Die Filmdicke liegt zum Beispiel ungefähr zwischen 1 nm und 1 mm.
  • Eine Substanz zum Verstärken einer aktiven Schicht des Photokatalysators, zum Verstärken einer Haftfestigkeit, zum Verstärken einer Stabilität, zum Verstärken einer Photoreaktion, zum Verstärken einer Adsorption oder zum Bewirken einer anderen Wirkung kann als Zusatzstoff dem Photokatalysator beigegeben oder als Unterschicht einer Katalysatorschicht verwendet werden. Als Substanz stehen zum Beispiel Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Ru, Pd, Rh, Sn, Si, In, Pb, As, Sb, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung und dergleichen zur Verfügung.
  • Für das Licht, mit welchem der Photokatalysator bestrahlt werden soll, kann seine Wellenlänge, Helligkeit und dergleichen passend zum Typ des Photokatalysators ausgewählt werden. Zum Beispiel wenn der Photokatalysator aus TiO2 besteht, ist eine Ultraviolett-Strahlung von 200 nm bis 500 nm, welche den Photokatalysator aktivieren kann, vorzuziehen. Als Lichtquelle kann eine Quecksilberlampe, eine Quecksilber-Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet werden.
  • Ferner können der Photokatalysator und der Werkstoff des lichtleitenden Körpers unter Berücksichtigung des Lichtbrechungskoeffizienten ausgewählt werden. Weil, anders als bei einer optischen Faser, welche Licht in einem Kern einschließt, Licht aus der Seite des Photokatalysators, welcher ein Überzugsmaterial darstellt, austreten muss, kann ein Photokatalysator mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des Werkstoffs des lichtleitenden Körpers ausgewählt werden.
  • Außerdem ist bei Verwendung einer mit einer Umhüllung auf dem Außenumfang eines Kerns versehenen optischen Faser ein freiliegender Teil des Kerns, dem die Umhüllung fehlt, gebildet, und wird der Photokatalysator mit einem höheren Lichtbrechungskoeffizienten als demjenigen des Kerns auf dem freiliegenden Teil des Kerns getragen.
  • Die oben erwähnte Filtervorrichtung mit Photokatalysator kann vorzugsweise als Dieselpartikelfilter (DPF) zum Entfernen fester, gekörnter Stoffe (Partikel), welche aus in Abgas aus einem Dieselmotor enthaltenem schwarzem Rauch, enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen und enthaltenem Schmieröl bestehen, als Gasbehandlungsfilter (z. B. ein Luftfilter für einen Reinraum, ein Luftreiniger), als Flüssigkeitsbehandlungsfilter (z. B. als Wasser- oder Meerwasser-Reinigungsfilter) oder dergleichen verwendet werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.
  • BEISPIEL 1
  • Ein Kieselglas-Füllstoff mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 5 μm wurde in einer durch Hydrolyse von Siliziumtetraethylat hergestellten Sol-Lösung suspendiert, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen.
  • Nachdem die Beschichtungsflüssigkeit in einem Tauchverfahren auf eine Glasfaser mit einem Durchmesser von 125 μm aufgebracht war, erfolgte eine einstündige Wärmebehandlung bei 450°C.
  • Auf der Oberfläche der erlangten Faser haftete eine große Zahl von Partikeln an. Es konnte die Faser mit einer unregelmäßigen Oberfläche erreicht werden. Ferner wurden die an der Oberfläche anhaftenden Partikel selbst durch starkes Reiben der Faser nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 2
  • Mullit-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 2 μm wurden in einer durch Hydrolyse von Titantetrabutoxid hergestellten Sol-Lösung suspendiert, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen.
  • Nachdem die Beschichtungsflüssigkeit in einem Tauchverfahren auf eine Edelstahlfaser mit einem Durchmesser von 250 μm aufgebracht war, erfolgte eine einstündige Wärmebehandlung bei 400°C.
  • Auf der Oberfläche der erlangten Faser haftete eine große Zahl von Partikeln an. Es konnte die Faser mit einer unregelmäßigen Oberfläche erreicht werden. Ferner wurden die an der Oberfläche anhaftenden Partikel selbst durch starkes Reiben der Faser nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 3
  • Ein unter Ultraviolett-Bestrahlung hart werdendes Harz wurde mittels Siebdruck auf eine Oberfläche eines plattenförmigen Aluminiumoxid-Substrats gedruckt. Auf einem Teil, auf welchen das unter Ultraviolett-Bestrahlung hart werdende Harz gedruckt war, wurden Perlen aus Kalknatronglas mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 mm feinstverteilt, und dann wurde das Harz mit Ultraviolett-Strahlung bestrahlt, um es zu härten.
  • Auf der Oberfläche des erzielten Aluminiumoxid-Substrats haftete eine große Zahl von Partikeln an. Es konnte das Substrat mit einer unregelmäßigen Oberfläche erreicht werden. Ferner wurden die an der Substratoberfläche anhaftenden Partikel selbst durch starkes Reiben des Substrats nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 4
  • Auf einer Oberfläche eines plattenförmigen Polyethylen-Substrats wurden erwärmte Edelstahl-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 mm feinstverteilt.
  • Die erwärmten Partikel schmolzen die Oberfläche des Substrats, um daran anzuhaften. Die an der Substratoberfläche anhaftenden Partikel wurden selbst durch starkes Reiben des Substrats nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 5
  • Nachdem ein warmhärtendes Epoxidharz auf einer Oberfläche eines plattenförmigen Aluminiumoxid-Substrats versprüht war, wurde das Substrat erwärmt, um das Epoxidharz zu härten.
  • Auf der Oberfläche des erzielten Aluminiumoxid-Substrats wurde eine große Zahl von Epoxidharz-Vorsprüngen mit einem Durchmesser von 0,2 mm beobachtet. Die Vorsprünge wurden selbst durch starkes Reiben der Substratoberfläche nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 6
  • Eine Oberfläche eines Acryl-Substrats wurde durch Aufsprühen von Aceton verflüssigt. Nachdem Perlen aus Kalknatronglas mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 50 μm auf der Oberfläche feinstverteilt waren, wurde das Substrat getrocknet.
  • Auf der Oberfläche des erzielten Substrats haftete eine große Zahl von Glasperlen an. Es konnte das Substrat mit Vorsprüngen erreicht werden. Ferner wurden die Vorsprünge selbst durch starkes Reiben der Substratoberfläche nicht abgelöst.
  • BEISPIEL 7
  • In eine Gussform aus Metall mit halbkugelförmigen Vertiefungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,25 mm, welche in Längs- und Querrichtung mit Zwischenräumen von 2 mm angeordnet sind, wurde ein warmhärtendes Epoxidharz gegossen, dann erwärmt und gehärtet.
  • Folglich konnte das Substrat mit einer großen Anzahl von Vorsprüngen auf seiner Oberfläche erzielt werden.
  • BEISPIEL 8
  • Kieselglasperlen mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 7,5 μm wurden in einer durch Hydrolyse von Siliziumtetraethylat unter der Bedingung, dass ein wenig Wasser vorhanden war, hergestellten Hydrolyseflüssigkeit suspendiert. Die er125 haltene Sol-Flüssigkeit wurde erwärmt, um eine Polykondensations-Reaktion zu fördern, damit die Sol-Flüssigkeit ausreichend Viskosität zum Spinnen aufwies. Nachdem eine Faser aus der Sol-Flüssigkeit gesponnen war, erfolgte eine einstündige Erwärmung auf 800°C.
  • Auf der erhaltenen Faseroberfläche wurde, auf Grundlage der Kieselglasperlen, eine große Anzahl von Vorsprüngen gebildet. Die Faser hatte einen mittleren Durchmesser von 100 μm.
  • BEISPIEL 9
  • Unter Verwendung der in Beispiel 1 angefertigten Faser, wie in 24(a) und (b) gezeigt, wurden Fasern 102 parallel gebündelt und wurden beide Enden eines Bündels mit Maschennetzen 105 aus Metall befestigt, wodurch ein Filter hergestellt wurde. Die Pfeile in 23(b) geben die Strömungsrichtung des Fluids an.
  • Verglichen mit einem kleinfaserigen Filter mit äquivalenter Lückengröße weist der erzielte Filter einen höheren Auffang-Wirkungsgrad auf und konnte seine Leistungsfähigkeit über eine längere Zeitdauer aufrechterhalten werden.
  • BEISPIEL 10
  • Unter Verwendung des in Beispiel 3 angefertigten Substrats, wie in den 25(a)–(c) gezeigt, wurden Aluminiumoxid-Substrate mit Vorsprüngen aus Perlen auf ihren Oberflächen (25(c)) parallel geschichtet (25(b)), wodurch ein Filter hergestellt wurde. Der Pfeil in 25(a) gibt die Strömungsrichtung des Fluids an.
  • Der erzielte Filter wies einen kleinen Partikeldurchmesser, eine hohe Genauigkeit und einen hohen Auffang-Wirkungsgrad auf, und sein Leistungsvermögen konnte über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden.
  • BEISPIEL 11
  • Nachdem die in Beispiel 1 angefertigten Fasern auf Photokatalysatoren (TiO2) aufgetragen wurden, wie in 3(a) gezeigt, wurden die Fasern in vorherbestimmte Längen geschnitten und wie eine Jalousie angeordnet. Das eine Ende der Fasern wurde gehalten, um Grundeinheiten so anzufertigen, dass jede Faser von dem Ende mit Licht bestrahlt wurde. Die Grundeinheiten wurden in einem Winkel von 90° gekreuzt, wie in 3(b) gezeigt. Dadurch wurde ein Jalousiengitter-Dieselpartikelfilter (DPF) angefertigt.
  • Da der DPF die Fasern mit darauf gebildeten Vorsprüngen verwendete, waren die Katalysatorfunktion und der Auffang-Wirkungsgrad stärker als bei einem DPF ohne Vorsprünge.
  • Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen, wie in den Figuren gezeigt, beschrieben wurde, ist sie nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt.
  • Zum Beispiel sind die Zeichnungen Konzeptdarstellungen zur Erleichterung des Verständnisses. Der Durchmesser, die Fülldichte und dergleichen der Fasern sind nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
  • Außerdem sind die Größe und der Werkstoff der Vorsprünge nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
  • Ferner können selbst die unter dem Stand der Technik beschriebenen herkömmlichen drei Arten von Filtermaterialien mit Vorsprüngen darauf den auf den Vorsprüngen beruhenden Effekt der Erfindung vollbringen.
  • Außerdem kann das Filtermaterial der Erfindung für eine Diffusionsplatte (Streuplatte) für eine Flüssigkristallanzeige, ein trübes Glas und dergleichen verwendet werden.
  • Wie oben erwähnt, kann gemäß der Ausführungsweise der Erfindung durch Ändern der Größe und der Verteilungsdichte der Vorsprünge die Lückengröße (Maschenweite) leicht und hochgenau beherrscht werden. Außerdem kann ein Filter einfach durch Bündeln oder Schichten des Filtermaterials mit den darauf gebildeten Vorsprüngen erzielt werden. Deshalb kann, anders als nach Stand der Technik, ein hochentwickelter Filter preiswert erzielt werden.
  • Und da die auf der Filtermaterial-Oberfläche gebildeten Vorsprünge eine Lückengröße schaffen, bleibt die Lückengröße unverändert, auch wenn ein Fluid hindurchströmt. Die Lückengröße kann über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden. Deshalb kann eine Filterfunktion über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden.
  • Ferner erübrigt die Verwendung des Filtermaterials im Grunde die Notwendigkeit eines Textilprozesses. Deshalb kann selbst die Faser mit einem langen Faserdurchmesser, welcher bisher schwierig für einen langfaserigen Filter zu verwenden war, als Filtermaterial verwendet werden.
  • Und da auf der Filtermaterial-Oberfläche Vorsprünge gebildet sind, ist die Oberfläche, verglichen mit der Oberfläche ohne Vorsprünge, vergrößert und kann der Wirkungsgrad des Filters mit einer Funktion zum Reinigen eines Fluids mittels einer Oberflächenreaktion verbessert werden.
  • Nun wird ein einen Photokatalysator tragender Glaswerkstoff gemäß einer sechsten Ausführungsweise der Erfindung beschrieben.
  • In der Erfindung wird, im Hinblick auf eine Verschlechterung einer Photokatalysator-Aktivität, die Verträglichkeit eines Alkalibestandteils im Glaswerkstoff festgelegt, Ferner wird unter Berücksichtigung einer Leichtigkeit des Bildens eines Photokatalysator-Dünnfilms, einer chemischen Beständigkeit, einer Hitzebeständigkeit, einer überlegenen spezifischen Lichtdurchlässigkeit und einer preiswerten Herstellung eine Glaszusammensetzung festgelegt.
  • Der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung enthält vorzugsweise, nach Gewicht, 0 bis 10% Alkalibestandteil und, nach Gewicht, 30 bis 80% SiO2. Zum Beispiel sind ein schwach alkalisches Silikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Borsilikatglas und ein alkalifreies Glas vorzuziehende Zusammensetzungen.
  • Jedoch ist ein Boraxglas oder ein Phosphatglas hinsichtlich der chemischen Beständigkeit gegen Wasser geringwertiger und schwächt es in nicht erwünschter Weise die Tragkraft und Photokatalysator-Funktion eines Photokatalysator-Dünnfilms.
  • Der Glaswerkstoff im Zusammensetzungsbereich der Erfindung kann bei 1650°C oder darunter schmelzen, und die Herstellungskosten sind vorteilhaft niedriger als bei einem Quarzglas. Ferner ist der Glaswerkstoff im Zusammensetzungsbereich der Erfindung hinsichtlich chemischer Beständigkeit, Hitzebeständigkeit und spezifischer Lichtdurchlässigkeit (Transparenz) überlegen und ist er deshalb als ein einen Photokatalysator tragendes Grundmaterial überlegen.
  • Außerdem kann der Glaswerkstoff, im Vergleich mit einem Quarzglas, leicht zu einer Faser geformt werden und kann ein faseriges, einen Photokatalysator tragendes Grundmaterial leicht preiswert hergestellt werden.
  • Ferner ist der Glaswerkstoff der Erfindung ein lichtleitender Körper mit der spezifischen Lichtdurchlässigkeit von 75% oder mehr, bei der Dicke von 10 mm, für eine Wellenlänge zum Aktivieren eines Photokatalysators und ist er als ein einen Photokatalysator tragender Glaswerkstoff überlegen.
  • Deshalb ist der Glaswerkstoff als lichtleitender Körper zum Tragen des Photokatalysators in der ersten bis fünften Ausführungsweise geeignet.
  • Für andere Bestandteile im oben erwähnten Glaswerkstoff können verschiedene bekannte Bestandteile und Zusammensetzungen verwendet werden.
  • Der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung enthält bevorzugt, in Gewichts-%, 30 bis 80% SiO2, 1 bis 35% Al2O3, 0 bis 30% B2O3, 0 bis 20% MgO, 0 bis 20% CaO, 0 bis 20% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 20% ZnO, 0 bis 10% Li2O, 0 bis 10% Na2O, 0 bis 10% K2O, 0 bis 10% Cs2O, 0 bis 10% Li2O + Na2O + K2O + Cs2O und 0,1 bis 65% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO + Li2O + Na2O + K2O + Cs2O im Hinblick auf verschiedene Eigenschaften.
  • Ferner enthält der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung noch bevorzugter, nach Gewicht, 30 bis 65% SiO2, 1 bis 20% Al2O3, 0 bis 20% B2O3, 0 bis 20% MgO, 0 bis 20% CaO, 0 bis 20% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 20% ZnO, 1 bis 60% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO, 0 bis 10% Li2O, 0 bis 5% Na2O, 0 bis 5% K2O, 0 bis 5% Cs2O, 0 bis 5% Li2O + Na2O + K2O + Cs2O und 1 bis 60% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO + Li2O + Na2O + K2O + Cs2O.
  • Die Gründe für die Einschränkungen jedes einzelnen Bestandteils im oben erwähnten Zusammensetzungsbereich sind die folgenden.
  • SiO2, ein glasbildender Bestandteil, ist ein unentbehrlicher Bestandteil der Erfindung. Wenn der SiO2-Gehalt nach Gewicht unter 30% beträgt, verschlechtern sich Entglasungsfestigkeit und chemische Beständigkeit. Wenn der SiO2-Gehalt nach Gewicht 80% überschreitet, wird die Glasviskosität hoch und ist das Schmelzen schwierig. Deshalb muss der Gehalt an SiO2, nach Gewicht, 30 bis 80% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an SiO2, nach Gewicht, bevorzugt 30 bis 70%, noch bevorzugter 30 bis 65% und am meisten bevorzugt 50 bis 60%.
  • Al2O3 verbessert die chemische Beständigkeit und Hitzebeständigkeit von Glas und senkt eine Liquidustemperatur. Wenn aber der Al2O3-Gehalt nach Gewicht 35% überschreitet, verschlechtert sich die Entglasungsfestigkeit. Deshalb muss der Gehalt an Al2O3, nach Gewicht, 0 bis 35% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an Al2O3, nach Gewicht, bevorzugt 1 bis 20% und noch bevorzugter 15 bis 20%.
  • B2O3 senkt die Glasviskosität und verbessert das Schmelzverhalten wirkungsvoll. Wenn aber der B2O3-Gehalt nach Gewicht 30% überschreitet, nimmt die Neigung zur Phasenentmischung zu und kann ein Glas gleichmäßiger Qualität kaum erzielt werden. Deshalb muss der Gehalt an B2O3, nach Gewicht, 0 bis 30% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an B2O3, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 15% und noch bevorzugter 0 bis 10%.
  • MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO können, wenn sie in geeigneter Menge beigegeben werden, Glaseigenschaften und Schmelzverhalten einstellen.
  • Hier senkt MgO den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Viskosität des erzielten Glases. Wenn 20% nach Gewicht überschritten werden, nimmt die Entglasungsfestigkeit des Glases ab. Deshalb muss der Gehalt an MgO, nach Gewicht, 0 bis 20% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an MgO, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 10% und noch bevorzugter 0 bis 5%.
  • CaO bietet eine Wirkung, die derjenigen von MgO annähernd gleicht. Wenn 20% nach Gewicht überschritten werden, nimmt die Entglasungsfestigkeit ab. Deshalb muss der Gehalt an CaO, nach Gewicht, 0 bis 20% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an CaO, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 10% und noch bevorzugter 0 bis 5%.
  • SrO verbessert die Entglasungsfestigkeit. wenn 20% nach Gewicht überschritten werden, verschlechtert sich jedoch die Entglasungsfestigkeit. Deshalb muss der Gehalt an SrO, nach Gewicht, 0 bis 20% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an SrO, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 10% und noch bevorzugter 0 bis 5%.
  • BaO bietet eine Wirkung, die derjenigen von SrO annähernd gleicht. Wenn 50% nach Gewicht überschritten werden, verschlechtert sich jedoch die Entglasungsfestigkeit. Deshalb muss der Gehalt an BaO, nach Gewicht, 0 bis 50% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gehalt an BaO, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 30% und noch bevorzugter 0 bis 5%.
  • Wenn der Gesamtgehalt an MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO, nach Gewicht, 65% überschreitet, verschlechtert sich die Entglasungsfestigkeit. Deshalb muss der Gehalt an MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO, nach Gewicht, 0 bis 65% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gesamtgehalt, nach Gewicht, bevorzugt 10 bis 30% und noch bevorzugter 10 bis 20%.
  • Die Alkalibestandteile Li2O, Na2O, K2O und Cs2O senken die Glasviskosität und verbessern das Schmelzverhalten. Wenn der Gesamtgehalt an diesen Alkalibestandteilen, nach Gewicht, 10% überschreitet, verschlechtert sich die Photokatalysator-Aktivität in nicht wünschenswerter Weise. Deshalb muss der Gehalt an Li2O + Na2O + K2O + Cs2O, nach Gewicht, 0 bis 10% betragen. Aus demselben Grund beträgt der Gesamtgehalt, nach Gewicht, bevorzugt 0 bis 5% und noch bevorzugter 0 bis 2%.
  • Ferner kann zum oben erwähnten Glaswerkstoff der Erfindung, zusätzlich zu den oben erwähnten Bestandteilen, in einem Bereich, welcher die oben erwähnten Eigenschaften nicht verschlechtert, PbO, ZrO2, TiO2, As2O3, Sb3O3, SnO2, La2O3, P2O5, WO3, Bi2O3, Ta2O5, Nb2O5, Gd2O3, F oder dergleichen zum Zweck der Verbesserung von Entglasungsfestigkeit, Schmelzverhalten, chemischer Beständigkeit und dergleichen oder als Klärungsmittel oder dergleichen beigegeben werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Glaswerkstoffs der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel wird ein Beschickungsrohstoff so gewogen, dass er im oben erwähnten Bereich der Glaszusammensetzung liegt, in einen Platintiegel oder einen anderen hitzebeständigen Behälter gegeben und bei 1200 bis 1650°C ungefähr 2 bis 4 Stunden lang erhitzt und geschmolzen. Das flüssige Glas wird durch Rühren und Läutern gleichmäßig gemacht und dann in eine Gussform gegossen, um zur Herstellung allmählich abzukühlen.
  • Für den zur Herstellung des Glaswerkstoffs der Erfindung verwendeten Glasrohstoff kann jeder Bestandteil, Hydroxid, Carbonat, Nitrat, Sulfid, Oxid, Nitrid oder dergleichen, welche gewöhnlich als Glasrohstoff verwendet werden, angemessen verwendet werden.
  • Größe, Konfiguration und dergleichen des Glaswerkstoffs der Erfindung sind nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel kann der Glaswerkstoff der Erfindung als eine flache Platte, eine Faser, ein Stab, Perlen, Pulver oder andere verschiedenartige Formen verwendet werden.
  • Der auf dem Glaswerkstoff der Erfindung getragene Photokatalysator ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel stehen Titanoxid oder dessen Verbindung, Eisenoxid oder dessen Verbindung, Zinkoxid oder dessen Verbindung, Rutheniumoxid oder dessen Verbindung, Zeroxid oder dessen Verbindung, Wolframoxid oder dessen Verbindung, Molybdänoxid oder dessen Verbindung, Cadmiumoxid oder dessen Verbindung und Strontiumoxid oder dessen Verbindung zur Verfügung. Einer dieser Photokatalysatoren kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Photokatalysatoren können gemischt oder kombiniert (z. B. unabhängig voneinander nebeneinander verwendet oder dergleichen) werden.
  • Als Verfahren zum Tragen des Photokatalysators auf dem Glaswerkstoff der Erfindung stehen zum Beispiel ein Sol-Gel-Verfahren, ein Peraerosol-Verfahren, ein Überzugs-/Beschichtungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein thermisches Zersetzungsverfahren, ein Metalloxidierverfahren und dergleichen zur Verfügung. Die Filmdicke liegt zum Beispiel ungefähr zwischen 1 nm und 1 mm.
  • Für das Licht, mit welchem der Photokatalysator bestrahlt werden soll, kann seine Wellenlänge, Helligkeit und dergleichen passend zum Typ des Photokatalysators ausgewählt werden. Zum Beispiel wenn der Photokatalysator aus TiO2 besteht, ist eine Ultraviolett-Strahlung von 200 nm bis 500 nm, welche den Photokatalysator aktivieren kann, vorzuziehen. Als Lichtquelle kann eine Quecksilberlampe, eine Quecksilber-Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet werden.
  • Eine Substanz zum Verstärken einer aktiven Schicht des Photokatalysators, zum Verstärken einer Haftfestigkeit, zum Verstärken einer Stabilität, zum Verstärken einer Photoreaktion, zum Verstärken einer Adsorption oder zum Bewirken einer anderen Wirkung kann als Zusatzstoff dem Photokatalysator beigegeben oder als Unterschicht einer Katalysatorschicht verwendet werden. Als Substanz stehen zum Beispiel Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Ru, Pd, Rh, Sn, Si, In, Pb, As, Sb, P oder ein anderes Metall, dessen Oxid oder dessen Verbindung und dergleichen zur Verfügung.
  • Die den aus dem auf dem Glaswerkstoff getragenen Photokatalysator gebildeten Photokatalysator-Filter der Erfindung verwendende Filtervorrichtung kann vorzugsweise als Dieselpartikelfilter (DPF) zum Entfernen fester, gekörnter Stoffe (Partikel), welche aus in Abgas aus einem Dieselmotor enthaltenem schwarzem Rauch, enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen und enthaltenem Schmieröl bestehen, als Gasbehandlungsfilter (z. B. ein Luftfilter für einen Reinraum, ein Luftreiniger), als Flüssigkeitsbehandlungsfilter (z. B. als Wasser- oder Meerwasser-Reinigungsfilter) oder dergleichen verwendet werden.
  • In der Erfindung können Vorsprünge auf einer Oberfläche des Glaswerkstoffs gebildet sein. Dadurch ist, verglichen mit der Oberfläche ohne Vorsprünge, die Oberfläche vergrößert und kann der Wirkungsgrad des Filters, welcher eine Funktion hat, ein Fluid mittels einer Oberflächenreaktion zu reinigen, verbessert werden.
  • Hier ist der Katalysator (einschließlich einer eine Oberflächenreaktion fördernden Substanz) nicht besonders eingeschränkt. Jede beliebige Substanz, welche die Funktion hat, ein Fluid zu reinigen, kann verwendet werden.
  • Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • BEISPIELE 1–5
  • Es wurden Glaswerkstoffe mit den in der Tabelle in 26 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt.
  • In jedem der Beispiele wurden Hydroxid, Carbonat, Nitrat, Sulfid, Oxid, Nitrid und dergleichen, welche gewöhnlich als Rohstoffe verwendet wurden, verwendet. Nachdem jeder Rohstoff in jedem Beispiel so verwogen war, dass die Zusammensetzung nach dem Schmelzen und allmählichen Abkühlen der in Tabelle 1 gezeigten Glaszusammensetzung entsprach, wurde das erzielte Rohstoffgemisch (der Beschickungsrohstoff) bei 1200 bis 1650°C ungefähr 2 bis 4 Stunden lang erhitzt und geschmolzen. Das flüssige Glas wurde durch Rühren entschäumt und gleichmäßig hinsichtlich der Qualität gemacht, geklärt, in eine Gussform gegossen, dann allmählich abgekühlt, wodurch eine Glasmasse erlangt wurde.
  • Aus der Glasmasse wurde eine Platte von 100 × 100 × 2 mm ausgeschnitten, und beide Seiten der Platte wurden poliert, wodurch ein Substrat gebildet wurde. Das Substratglas wurde in einem Tauchverfahren mit TiO2-Sol überzogen, getrocknet und dann eine Stunde lang bei 500°C gebrannt. Beim Vermessen des erzielten Films durch Röntgenbeugung wurde festgestellt, dass der Hauptbestandteil des Films Anatas-TiO2 war. Die Filmdicke betrug 1 μm.
  • Ein handelsübliches Salatöl wurde auf das Substratglas mit dem darauf getragenen Photokatalysator aufgebracht. Nachdem das Substratglas eine Stunde lang unter einer Quecksilberlampe von 1 kW Leistung gelegen hatte, wurde die Gewichtsabnahme gemessen.
  • Die Folge war, dass der Photokatalysator auf dem Substratglas der Beispiele 1–5 das Salatöl innerhalb einer Stunde mit 0,01 bis 0,02 mg/cm3 zersetzte.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 1
  • Ein Substratglas mit einem darauf getragenen Photokatalysator wurde auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1–5 angefertigt, abgesehen davon, dass die Glaszusammensetzung wie in der Tabelle in 26 gezeigt beschaffen war.
  • Die Folge war, dass die Gewichtsabnahme nach einer Stunde bei einer Messbarkeitsgrenze oder darunter lag. Der Photokatalysator auf dem Substratglas des Vergleichsbeispiels 1 zersetzte das Salatöl kaum.
  • Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt.
  • Zum Beispiel sind die Glaszusammensetzung, die Konfiguration des Glaswerkstoffs und die Art des Photokatalysators nicht auf diejenigen der Ausführungsformen beschränkt.
  • Der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung kann als Glaswerkstoff, der eine Photokatalysator-Aktivität nicht schwächt, breitgefächert in anderen Gebieten als dem Gebiet der Filter verwendet oder angewendet werden.
  • Wie oben erwähnt, verwendet der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff der Erfindung die Glaszusammensetzung, welche keine Diffusion von Verunreinigungen in den Photokatalysator aufweist, derentwegen sich die Photokatalysator-Aktivität nicht verschlechtert, auf welcher leicht ein Photokatalysator-Dünnfilm gebildet werden kann, welche hinsichtlich chemischer Beständigkeit, Lichtdurchlässigkeit und dergleichen überlegen ist und welche preiswert hergestellt werden kann, und ist deshalb als der einen Photokatalysator tragende Glaswerkstoff überlegen.
  • Außerdem kann durch Einstellen der Zusammensetzung ein einen Photokatalysator tragender Glaswerkstoff, aus dem leicht eine feine Faser zu erzielen ist, der hinsichtlich Hitzebeständigkeit überlegen ist und sich durch weitere Eigenschaften auszeichnet, leicht preiswert erzielt werden.
  • Nun wird ein Lichtbestrahlungsverfahren als siebte Ausführungsweise der Erfindung beschrieben. Dieses Lichtbestrahlungsverfahren kann im oben erwähnten Photokatalysator-Filter oder wenn das zu bestrahlende Objekt effizient mit Licht bestrahlt werden muss, verwendet werden. Verschiedene Bestrahlungseinrichtungen zur Lichtbestrahlung können Aufbauformen haben wie in den 1(a)–(h) gezeigt.
  • Ferner kann beim Bilden einer Lichtbestrahlungsfaser ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser verwendet werden. Für eine Tafelform eines lichtleitenden Körpers kann ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte verwendet werden. Und zum Formen des lichtleitenden Körpers in Bienenwaben-Struktur wird ein Rohstoff aus Glas oder dergleichen granuliert und in Bienenwaben-Struktur verdichtet, oder wird ein hohler lichtleitender Körper in Bienenwaben-Struktur verarbeitet und geformt.
  • Als stark lichtbrechende Substanz kann Glas, Keramik, Kunststoff, Kristall oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Enden der lichtleitenden Körper 1, 3 und 6 oder der Lichtbestrahlungsfasern 4, 5 und 7 bilden Einfallsteile zum Einlassen von Licht. Das Licht aus einer nicht gezeigten Lichtquelle, zum Beispiel eine sichtbare Ultraviolett-Strahlung, wird auf die Einfallsteile gestrahlt.
  • Die oben erwähnte Lichtbestrahlungsfaser und die Lichtquelle bilden eine Lichtbestrahlungseinrichtung. Das durch den lichtleitenden Körper aus der Lichtquelle geleitete und aus einer stark lichtbrechenden Substanz austretende Licht wird auf das zu bestrahlende Objekt (den Reaktionspartner) gestrahlt.
  • Nun werden unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen spezielle Beispiele der Lichtbestrahlungseinrichtung beschrieben.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • In Ausführungsform 1 werden das Lichtbestrahlungsverfahren und die Lichtbestrahlungseinrichtung der Erfindung auf einen Dieselpartikelfilter (DPF) angewendet.
  • Im Abgas aus einem Dieselmotor sind feste, gekörnte Stoffe (Partikel), welche aus schwarzem Rauch, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Schmieröl und dergleichen bestehen, enthalten. Die Partikel werden durch die unvollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe im Kraftstoff erzeugt. Wenn Kohlenwasserstoffe im Abgas vorliegen, werden diese zu schwarzem Rauch. Deshalb ist die Abgabe der unveränderten Kohlenwasserstoffe an die Atmosphäre für die Umwelt nicht wünschenswert. Aus diesem Grund werden, um Partikel im Abgas zu entfernen und zu minimieren, Partikel mit einem geeigneten Filter aufgefangen. In der Ausführungsform werden Partikel mit der oben erwähnten Lichtbestrahlungsfaser aufgefangen. Durch Bestrahlen der aufgefangenen Partikel mit dem von der Lichtquelle zum lichtleitenden Körper geleiteten und aus der stark lichtbrechenden Substanz austretenden Licht werden die Partikel verbrannt.
  • Der DPF der Ausführungsform ist mittig in einer Abgasleitung hinter einem Auslasskanal eines Dieselmotors angeordnet. Der in der Abgasleitung installierte DPF ist aus einer Kombination von Grundeinheiten gebildet. Fasern sind, wie in 3(a) gezeigt, in vorherbestimmte Längen geschnitten und wie Jalousien angeordnet, um Photokatalysator-Fasern zu bilden. Die Grundeinheit ist aus einer Vielzahl von Photokatalysator-Fasern 11, einem Halter 12 zum Halten des einen Endes der Vielzahl von Photokatalysator-Fasern 11 und einer Halogenlampe 13 zum Einbringen des zum Verbrennen der aufgefangenen Partikel erforderlichen Lichts in das gehaltene Ende der Photokatalysator-Fasern 11 gebildet.
  • Zwei der Grundeinheiten sind, wie in 3(b) gezeigt, um 90° oder angemessen gedreht und so angeordnet, dass die Lichtbestrahlungsfasern 11 Jalousiengitter bilden, welche einen elementaren Filter darstellen. Zur Erhöhung einer Oberfläche und eines Auffanggrads werden ein oder zwei oder mehr elementare Filter verwendet, um den DPF zu bilden.
  • Für den die Photokatalysator-Faser 11 bildenden lichtleitenden Körper wird ein Aluminosilikatglas (Glasübergangspunkt 500 bis 800°C), das einem Abgas hoher Temperatur (100 bis 700°C) widersteht, oder ein Quarzglas (Glasübergangspunkt von ungefähr 1100°C) verwendet. Ein Faserdurchmesser der Lichtbestrahlungsfaser 11 beträgt ungefähr zwischen 1 μm und 150 μm. Für die stark lichtbrechende Substanz wird TiO2 verwendet.
  • Die oben erwähnte Lichtbestrahlungsfaser 11 wird wie folgt hergestellt. Ein Aluminosilikatglas aus hochreinem Rohstoff wird in einem Platintiegel geschmolzen, das flüssige Glas wird in einem Drückverfahren zu einer Faser geformt, und das Faserglas wird in einem Sol-Gel-Verfahren mit einem TiO2-Film überzogen. In diesem Fall kann, wenn zur Erhöhung der Haftfestigkeit ein die Haftfestigkeit verstärkender Stoff beigegeben wird, die Schutzfunktion des TiO2-Films weiter verbessert werden. Die Filmdicke wird auf 0,5 μm eingestellt. Eine Lichtbestrahlungsfaser-Struktur wird wie in 4 gezeigt hergestellt.
  • Hier liegt der Lichtbrechungskoeffizient von TiO2 zwischen 2,1 und 2,6 und derjenige von Aluminosilikatglas ungefähr bei 1,5. Deshalb weist der der Umhüllung entsprechende TiO2-Film einen höheren Lichtbrechungskoeffizienten auf. Deshalb tritt das aus der Halogenlampe 13 in die Lichtbestrahlungsfaser 11 eingebrachte Licht aus dem lichtleitenden Körper 1 und auch aus der stark lichtbrechenden Substanz 2 aus. Das austretende Licht verbrennt die aufgefangenen Partikel effizient.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • In Ausführungsform 2 werden das Lichtbestrahlungsverfahren und die Lichtbestrahlungseinrichtung der Erfindung auf eine Ultraviolett-Sterilisiereinrichtung angewendet.
  • 27 ist eine erläuternde Ansicht der Ultraviolett-Sterilisiereinrichtung von Ausführungsform 2. In der Ultraviolett-Sterilisiereinrichtung sind eine Vielzahl von Lichtbestrahlungsfasern 116 mit an einer Wand eines Metallrohrs 114 befestigten O-Ringen 115 gebündelt. Das eine Ende der Lichtbestrahlungsfasern 116 wird durch eine am Metallrohr 114 angebrachte Metallhalterung 113 gehalten. Weiter außerhalb des Metallrohrs 114 sind eine Ultraviolett-Lampe 111 und ein Spiegel 112 installiert. Das aus der Ultraviolett-Lampe 111 emittierte und durch den Spiegel 112 reflektierte Licht wird vom einen Ende der mit der Metallhalterung 113 gehaltenen Lichtbestrahlungsfasern 116 her in die Lichtbestrahlungsfasern 116 eingebracht.
  • Wenn in einem solchen Aufbau Wasser durch das Metallrohr 114 hindurchströmt, wird Wasser durch die aus der stark lichtbrechenden Substanz der Lichtbestrahlungsfasern 116 austretende Ultraviolett-Strahlung sterilisiert. Durch Einstellen der Zwischenräume der Lichtbestrahlungsfasern 116 arbeitet die Ultraviolett Bestrahlungseinrichtung auch als Filter zum Einfangen von Bakterien und dergleichen. Deshalb können Bakterien vorübergehend eingefangen werden, bevor die Sterilisation sicher durchgeführt wird.
  • Außerdem kann durch Einstellen der Länge der Lichtbestrahlungsfasern 116 das Sterilisationsvermögen der Ultraviolett-Bestrahlungseinrichtung eingestellt werden.
  • In der Ultraviolett-Bestrahlungseinrichtung kann, da die Zwischenräume zwischen einer großen Zahl von Lichtbestrahlungsfasern 116 eng sind, Ultraviolett-Strahlung viel verunreinigtes Seewasser oder dergleichen sicher erreichen. Ihr Sterilisationsvermögen kann sehr hoch sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsweisen beschränkt und erlaubt verschiedenartige Abänderungen.
  • Zum Beispiel können das Lichtbestrahlungsverfahren und die Lichtbestrahlungseinrichtung der Erfindung für einen Innenraum-Zweck verwendet werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Mittels einer einfachen Struktur, in welcher ein Photokatalysator direkt aus dem Innern eines den Photokatalysator tragenden lichtleitenden Körpers mit Licht bestrahlt wird, kann eine effiziente Bestrahlung mit Licht erfolgen.
  • Deshalb kann, wenn die Filtervorrichtung mit Photokatalysator der Erfindung zum Behandeln eines Fluids verwendet wird, eine wartungsfreie, langlebige Einrichtung realisiert werden.
  • Außerdem kann der Photokatalysator-Filter der Erfindung nicht nur auf einen Dieselpartikelfilter, sondern auch auf einen Luftfilter für einen Reinraum, einen Luftreiniger und dergleichen angewendet werden.

Claims (3)

  1. Filtervorrichtung mit Fotokatalysator, die einen in einem Fluid enthaltenen Gegenstand erfasst und entfernt; welches Fluid durch Löcher tritt, die eine Filtrationswirkung haben; welche Löcher zwischen einer Vielzahl von benachbarten lichtleitenden Elementen gebildet sind; welche Vielzahl von lichtleitenden Elementen langfaserig gebildet ist und in einer Weise gebündelt ist, dass sie in Längsrichtung so ausgerichtet sind, dass sie ein gemeinsames Element bilden; wobei eine Fotokatalysatorschicht auf einer Oberfläche der lichtleitenden Elemente vorgesehen ist; wobei Licht, das von einem Ende der lichtleitenden Elemente eingeführt wird, durch die lichtleitenden Elemente zu der Fotokatalysatorschicht austritt, um so eine fotokatalytische Reaktion zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher in einer Weise gebildet sind, dass Vorsprünge mit sphärischer Form oder unbestimmter Konfiguration auf der Oberfläche der lichtleitenden Elemente verteilt gebildet sind und die Fotokatalysatorschicht auf den Vorsprüngen vorgesehen ist, die auf der Oberfläche der lichtleitenden Elemente gebildet sind.
  2. Filtervorrichtung mit Fotokatalysator nach Anspruch 1, bei welcher die Vorsprünge Partikel sind, die an der Oberfläche der lichtleitenden Elemente angehaftet sind.
  3. Filtervorrichtung mit Fotokatalysator nach Anspruch 1; bei welcher die Vorsprünge einen Durchmesser von 0,3 bis 100 μm haben.
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