JP2006061878A - 配管清浄化装置および配管清浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池や家庭用電源を必要とせず、半恒久的に抗菌・防汚効果を得ることができる配管清浄化装置および配管清浄化方法を提供する。
【解決手段】 配管清浄化装置１０は、液体に浮く球状の容器１１と、容器１１内に固定されたバイモルフ素子１２と、容器１１の外表面に配置された紫外線発光ダイオード１３を有し、容器１１はチェーン１５によって配管５内に係留されている。液体の流れの速さや向きに変化が生じたり、液体の表面に波が立つ等、液体の運動エネルギーが変化すると、容器１１の位置が変化する。このときバイモルフ素子１２に屈曲振動が発生し、電圧が発生する。この電圧を紫外線発光ダイオード１３に印加し、発光紫外線を配管５の内壁に照射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を流すための配管の内壁を清浄に保持するための配管清浄化装置および配管清浄化方法に関する。

近時、表面が抗菌加工または防汚加工された各種の製品（例えば、衛生陶器、タイル、水回り道具等）が市場に供給されている。このような抗菌・防汚製品は、その表面に二酸化チタンや銀等の光触媒を分散担持させ、自然光や蛍光灯等から放出される可視・紫外線を利用して光触媒を活性化させることにより、製品の表面に付着した雑菌を滅菌し、また雑菌の繁殖を抑制し、付着した有機物を分解させている。

また、自然光や蛍光灯の光が届かない場所で、このような抗菌効果・防汚効果を得る方法としては、可視光と紫外線を発光する発光ダイオードを用い、光触媒が担持された表面にこの発光ダイオードから光を照射する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような抗菌装置では、発光ダイオードの駆動電源として電池や家庭用電源が用いられている。

しかしながら、流体（特に液体）を流すための配管については、これまで洗浄液を流したり、ブラシを用いて、その内壁面を洗浄することが一般的であり、前述した紫外線や光触媒を用いた抗菌・防汚技術は取り入れられていないのが現実である。

これには種々の理由が考えられる。例えば、電池を用いた場合には定期的に電池を交換する必要があり、電池が切れた状態で放置すれば、抗菌効果が得られないために、配管の内壁面が汚れてしまうという問題がある。また、発光ダイオードから離れた場所に電池ボックスを設けなければならなくなったり、その配置スペースを確保しなければならない問題や、電池と発光ダイオードとを接続する配線が長くなることによって電気エネルギーのロスが大きくなるという問題もある。さらに配管が接地された場所に電池交換のために定期的に赴かなければならないという問題もある。家庭用電源を用いた場合でも、整流装置や電圧変換器が必要となったり、配線工事が必要となる等の設置上の負荷が大きくなるという問題がある。これらの問題は、地中に埋設されたり、各種の構造物に組み込まれて、容易にアクセスできない配管については、特に大きな問題である。
特開２００４−４９９０８号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電池や家庭用電源を必要とせず、半恒久的に抗菌・防汚効果を得ることができる配管清浄化装置および配管清浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、液体または気体が流れる配管と、
前記配管内に配置され、前記配管内を流れる液体または気体の運動エネルギーが変化することによって変形して電圧を発生する圧電素子と、
前記圧電素子で発生した電圧により駆動され、前記所定波長の紫外線を放射する紫外線発光素子と、
を備え、
前記紫外線発光素子から放射される紫外線により前記配管の内壁面での雑菌繁殖および汚物付着が抑制されることを特徴とする配管清浄化装置、を提供する。

この配管清浄化装置において、圧電素子を発電させる外力に相当する「液体または気体の運動エネルギーの変化」とは、例えば、液体の流れの速さや向き、流量が変化したり、液体の表面に波が立つ等して、液体の運動エネルギーが変化する場合は言うまでもなく、さらに流体全体の流れは層流であっても、流体内に圧電素子（圧電素子を有する装置を含む）が配置されることによって、流体と圧電素子との相互作用によって圧電素子の背後等に渦流等の乱れが生じること等の運動エネルギーの変化を含む概念である。本発明に係る配管清浄化装置においては、配管の内壁面に紫外線発光素子から照射される光によって抗菌・防汚作用を示す光触媒が担持されていることが、好ましい。

また本発明は、この配管清浄化装置を用いた配管清浄化方法、すなわち、配管内に圧電素子と紫外線発光素子とを配置し、前記配管内を流れる液体または気体の運動エネルギーの変化を利用して前記圧電素子を変形させることにより前記圧電素子に電圧を発生させ、その電圧で前記紫外線発光素子を点灯または点滅させることにより、前記配管の内壁面での雑菌繁殖および汚物付着を抑制することを特徴とする配管清浄化方法、を提供する。

この配管清浄化方法においては、紫外線照射により抗菌・防汚作用を示す光触媒を前記配管の内壁に担持させ、紫外線発光素子から照射される光によって光触媒を活性化させることで、より高い抗菌・防汚効果を得ることができる。

本発明によれば、流体の運動エネルギーの変化を利用して圧電素子を発電させ、その電圧で紫外線発光素子を点灯または点滅させるので、半恒久的に抗菌・防汚効果を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である配管清浄化装置１０の概略構成を示す図である。配管清浄化装置１０は、液体に浮く球状の容器１１と、容器１１内に固定されたバイモルフ素子１２と、容器１１の外表面に配置された複数の紫外線発光ダイオード（以下「ＵＶダイオード」と記す）１３と、を備えている。

容器１１は、その内部に液体（例えば、水（上水、下水（排水）等）が浸入しない気密構造となっている。容器１１の外表面には係止部１４が設けられており、この係止部１４には屈曲性を有するチェーン１５が取り付けられ、チェーン１５の他端が配管５の内壁に固定されている。容器１１の内壁面には重石１６が固定されており、容器１１においてこの重石１６が配置されている部分が液体に沈んだ状態で、容器１１が液体に浮くようになっている。係止部１４およびＵＶダイオード１３は、液面よりも上となる部分に取り付けられている。

なお、配管５の内径に制限はなく、配管５の内径や配管５内を流れる流量を考慮して、容器１１の大きさや配設するＵＶダイオード１３の数、またバイモルフ素子１２の数を設定することができる。

バイモルフ素子１２は、公知の通り、一般的にシムと呼ばれる矩形の補強板１８の両面に、矩形で厚み方向に分極処理された圧電セラミックス板１９が貼り付けられた構造を有するものである。容器１１が液体に浮いた状態で、バイモルフ素子１２の長手方向が液面に対してほぼ直角となるように、バイモルフ素子１２の一端（固定端）は重石１６に固定されている。バイモルフ素子１２の先端には、大きな変位が得られるように、錘１７が取り付けられている。

図２はバイモルフ素子１２と複数のＵＶダイオード１３中の２個のＵＶダイオード１３ａ・１３ｂの電気的接続の形態を示す図である。バイモルフ素子１２は、図２に示されるように、矢印Ａの向きに屈曲する場合と矢印Ｂの向きに屈曲する場合とでは、発生する電圧の正負が逆転する。そこで図２に示すように、例えば、２個のＵＶダイオード１３ａ・１３ｂをその極性が逆になるように接続する。これにより、バイモルフ素子１２が矢印Ａの向きと矢印Ｂの向きに交互に屈曲（つまり、振動）した場合に、２個のＵＶダイオード１３ａ・１３ｂを交互に発光させることができる。

配管清浄化装置１０を配管５内に取り付けた状態で配管５内を液体が流れると、容器１１は液体に浮いて、チェーン１５により所定位置に係留された状態となる。液体の流れの速さや向き、流量に変化が生じたり、液体の表面に波が立つ等して、液体の運動エネルギーが変化すると、容器１１の位置が変化する。また、液体全体の流れは層流であっても、液体と容器１１との相互作用によって容器１１の背後等に渦流等の乱れが生じ、この液体の流れの乱れ（つまり、液体の運動エネルギーの変化）によって容器１１が振動する。このとき錘１７に加速度が掛かり、バイモルフ素子１２に屈曲振動が発生する。このバイモルフ素子１２の屈曲振動によって発生した電圧がＵＶダイオード１３に印加され、紫外線が配管５の内壁に照射される。この紫外線により、配管５の内壁面での雑菌繁殖および汚物付着が抑制され、また付着した有機物等を分解して汚れを取り除くことができる。

このように配管清浄化装置１０では、ＵＶダイオード１３を発光させるために電池や家庭用電源を用いる必要がなく、半恒久的に抗菌・防汚効果を得ることができる。また、ＵＶダイオード１３の点灯に電池を用いないので電池交換の必要がなく、また家庭用電源も用いないので整流器や電圧変換器、配線を必要としない。特に、水道管や下水管等の配管等のように、地中や家屋・ビル等の構造物に埋設されるものでは、配管清浄化装置１０を用いることによって、設置後のメンテナンス等の負荷が軽減される利点もある。

この配管清浄化装置１０を所定の配管に配設する場合には、その配管の内壁面にＵＶダイオード１３から照射される光によって抗菌・防汚作用を示す光触媒が担持されていることが、好ましい。これにより紫外線による直接の殺菌効果等と、光触媒による殺菌効果等を同時に得ることができる。

次に、本発明に係る配管清浄化装置の別の実施形態について説明する。
図３は第２の実施形態たる配管清浄化装置２０の概略構成を示す図である。配管清浄化装置２０は、内部に重石１６が固定され、液体に浮く球状の容器１１と、容器１１内の重石１６に一端が固定され、他端に錘１７が取り付けられたバイモルフ素子１２と、配管５の内壁に配置されたＵＶダイオード１３と、容器１１を係留するためのチェーン１５と、バイモルフ素子１２とＵＶダイオード１３とを電気的に接続するための接続コード２１と、を備えている。

配管清浄化装置２０を構成する容器１１、バイモルフ素子１２、ＵＶダイオード１３、チェーン１５、重石１６、錘１７は、配管清浄化装置１０のものと同じである。したがって、配管清浄化装置２０では、配管５内での液体の流れる方向や速度、波の変化によって、バイモルフ素子１２に屈曲し、これにより発生する電圧が接続コード２１を通して配管５の内壁に配置されたＵＶダイオード１３に印加され、ＵＶダイオード１３を発光させる。なお、チェーン１５を設けることなく、接続コード２１に十分な強度を持たせることで、接続コード２１を容器１１を係留するための部材として用いてもよい。

図４は第３の実施形態たる配管清浄化装置３０の概略構成を示す図である。配管清浄化装置３０は、配管５の内壁（底面）に固定され、一面に開口部３１ａが形成された容器３１と、開口部３１ａを閉塞する振動板３２と、振動板３２と略平行に配設されたバイモルフ素子１２と、振動板３２に取り付けられ、振動板３２が振動した際にバイモルフ素子１２に接してバイモルフ素子１２を屈曲させる押圧部材３３と、配管５の内壁に配設されたＵＶダイオード１３と、バイモルフ素子１２とＵＶダイオード１３とを電気的に接続する接続コード３４と、を備えている。

振動板３２は、ゴムまたは金属箔等の薄板であり、外圧によって内側にへこむようになっている。また、振動板３２は、開口部３１ａから容器３１内に流体が浸入しないように、気密に容器３１に取り付けられている。接続コード３４は配管５の外壁周りに配置されている。

このような構成を有する配管清浄化装置３０では、配管５内における液体の流れる方向や速度、流体量の変化、図４に示す状態では水位の変化によって、振動板３２が内側にへこみ、押圧部材３３がバイモルフ素子１２を押してバイモルフ素子１２を屈曲させ、発電させる。こうして発生した電圧は接続コード３４を通して配管５の内壁に配置されたＵＶダイオード１３に印加され、ＵＶダイオード１３を発光させる。

配管清浄化装置３０における振動板３２の振動を大きくする方法として、図５に示す配管清浄化装置３０′のように、振動板３２の外側に流体の抵抗を大きく受けるように邪魔板３５を取り付けることも好ましい。この邪魔板３５に加わる力の変化により、振動板３２を変位、振動させることができる。

図６は第４の実施形態たる配管清浄化装置４０の概略構成を示す図である。配管清浄化装置４０は、ＵＶダイオード１３と、ＵＶダイオード１３の発光波長の紫外線を透過させる性質を有し、ＵＶダイオード１３を内包するガラス製の容器４１と、防水処理が施されたバイモルフ素子４２と、を備えている。当然に容器４１の内部に液体が浸入しないように、バイモルフ素子４２は容器４１に、例えば図示しないシール材を介して、気密に取り付けられている。

容器４１の外側には係止部４１ａが形成されており、係止部４１ａにはワイヤー１５ａが取り付けられている。また、ワイヤー１５ａの他端は配管５の内壁に固定されている。容器４１内では、図６には示していないが、先に図２に示したように、バイモルフ素子４２にＵＶダイオード１３が接続されている。容器４１は、その厚さを調整すること等により、液面に浮かせることもできるし、液内に沈ませることもできる。バイモルフ素子４２は、バイモルフ素子１２を樹脂等でコーティングしたものである。

例えば、配管５内を流れる液量が多く、液体の透明度が高い場合には、配管清浄化装置４０として液内に沈むものを選択することが望ましい。図６に示されるように、配管清浄化装置４０が液内に係留された状態で、液流が変化等すると、バイモルフ素子４２に加わる圧力が変化してバイモルフ素子４２が屈曲し、これにより発生した電圧によりＵＶダイオード１３を発光させる。これに対して、配管５内を流れる液量が少ない場合には、配管清浄化装置４０として液面に浮くものを選択することが好ましい。この場合、配管清浄化装置４０は配管清浄化装置１０と同様に機能させることができる。

図７に第５の実施形態たる配管清浄化装置５０の概略構造を示す断面図を示す。配管清浄化装置５０は、ＵＶダイオード１３の発光部を外部に露出させるように保持した胴体部材４５と、胴体部材４５に取り付けられたバイモルフ素子４２と、バイモルフ素子４２に取り付けられたヒレ部材４６と、を備えている。胴体部材４５は透明材料である必要はない。ヒレ部材４６は、例えば、ゴムやプラスチック製のものが用いられる。このようにバイモルフ素子４２にヒレ部材４６を取り付けることにより、バイモルフ素子４２を屈曲させやすくすることができる。配管清浄化装置５０の使用方法は、配管清浄化装置４０に準ずる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、配管清浄化装置１０では、バイモルフ素子１２の長手方向を液面に垂直な方向としたが、液面に平行な方向としてもよい。容器１１が動く方向は流れの方向に限定されず、波や水量変化によって上下にも動くからである。

また、図２では複数のＵＶダイオード１３中の２個のＵＶダイオード１３ａ・１３ｂをその極性を逆にしてバイモルフ素子１２に接続し、発光させる形態について説明したが、複数のＵＶダイオード１３の極性を同じ向きにして、バイモルフ素子１２と複数のＵＶダイオード１３との間に整流回路（整流ブリッジ回路）を挿入した構成としてもよい。

さらに、配管清浄化装置３０・３０′では、振動板３２の変形により押圧部材３３を介してバイモルフ素子１２を屈曲させたが、振動板３２にバイモルフ素子１２を直接に貼り付けた構成としてもよい。振動板３２に圧電素子を直接に貼り付ける場合には、その圧電素子の形状は矩形に限定されず、例えば、円形であってもよい。また、屈曲変位型の圧電素子としてバイモルフ素子１２を取り上げたが、これに限らず、所謂、ユニモルフ素子やモノモルフ素子、マルチモルフ素子を用いることができることは言うまでもない。

さらにまた、配管清浄化装置４０・５０に用いた防水型のバイモルフ素子４２の代わりに、有機系の柔軟な圧電材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いてもよい。配管清浄化装置５０ではさらに、ヒレ部材４６にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いて、ヒレ部材４６に生ずる撓みを利用して発電を行うことも好ましい。

上記説明においては、配管を横置きされた状態で示したが、配管は縦や斜めに配置されていても構わない。例えば、配管清浄化装置１０は、配管が縦置きの場合にはその配管内に吊り下げられた状態となり、液体が上から下へ流れた際には、液体が容器１１にあたることで容器１１が動き、バイモルフ素子１２を発電させることができる。

配管清浄化装置の第１の実施形態を示す図。 バイモルフ素子とＵＶ発光ダイオードの接続形態を示す図。 配管清浄化装置の第２の実施形態を示す図。 配管清浄化装置の第３の実施形態を示す図。 配管清浄化装置の第３の実施形態の変形例を示す図。 配管清浄化装置の第４の実施形態を示す図。 配管清浄化装置の第５の実施形態を示す図。

符号の説明

５；配管
１０・２０・３０・３０′・４０・５０；配管清浄化装置
１１・３１・４１；容器
１２・４２；バイモルフ素子
１３・１３ａ・１３ｂ；ＵＶダイオード
１４・４１ａ；係止部
１５；チェーン
１５ａ；ワイヤー
１６；重石
１７；錘
１８；補強板
１９；圧電セラミックス板
２１・３４；接続コード
３１ａ；開口部
３２；振動板
３３；押圧部材
３５；邪魔板
４５；胴体部材
４６；ヒレ部材

Claims (4)

1. 液体または気体が流れる配管と、
   前記配管内に配置され、前記配管内を流れる液体または気体の運動エネルギーが変化することによって変形して電圧を発生する圧電素子と、
   前記圧電素子で発生した電圧により駆動され、前記所定波長の紫外線を放射する紫外線発光素子と、
   を備え、
   前記紫外線発光素子から放射される紫外線により前記配管の内壁面での雑菌繁殖および汚物付着が抑制されることを特徴とする配管清浄化装置。
2. 前記配管の内壁面に前記紫外線発光素子から照射される光によって抗菌・防汚作用を示す光触媒が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の配管清浄化装置。
3. 配管内に圧電素子と紫外線発光素子とを配置し、前記配管内を流れる液体または気体の運動エネルギーの変化を利用して前記圧電素子を変形させることにより前記圧電素子に電圧を発生させ、その電圧で前記紫外線発光素子を点灯または点滅させることにより、前記配管の内壁面での雑菌繁殖および汚物付着を抑制することを特徴とする配管清浄化方法。
4. 紫外線照射により抗菌・防汚作用を示す光触媒を前記配管の内壁に担持させ、前記紫外線発光素子から照射される光によって前記光触媒を活性化させることを特徴とする請求項３に記載の配管清浄化方法。

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