JP2006159029A - 流体浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚染流体を効率よく浄化する流体浄化装置を提供する。
【解決手段】
表面に酸化チタン皮膜が形成されたスポンジ状多孔質構造体の３次元微細セル構造光触媒フィルタ５を収納し汚染物質を含む流体を通過させ外部から光透過を可能とする容器１に、汚染流体を通過させ、ＵＶランプ等の光源体２により光を照射させて汚染物質の分解を行い汚染流体の浄化を行う。複数のフィルタ５間に流体の通路を変える通路部材６を配置して、又、複数のガラス管封入のフィルタに通路部材としてチューブを配置し、フィルタ５における流体の流れ経路を長くし光の照射を多くするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光触媒による汚染物質の分解を可能とする流体浄化装置に関する。更に詳しくは、光触媒としてスポンジ状の連続多孔質を保持した３次元微細セル構造光触媒フィルタを使用した流体浄化装置に関する。

従来から一般的に汚染物質を含む流体を浄化させる方法として、活性炭やゼオライトのような吸着剤が多く使用されてきた。又、光触媒は低濃度の汚染物質を分解するのに優れており、最近はこれに酸化チタン等を使用することが行なわれている。これは、酸化チタンに光が照射されると、酸化チタンの内部で電子と正孔が発生し、電子による還元反応と正孔による酸化反応を利用して表面に付着した汚染物質を分解する現象を利用するものである。

酸化チタンが太陽や蛍光灯等の光、特に紫外線によるいわゆる光触媒作用をもたらすので、その強力な酸化作用で有害物質を除去するのである。酸化チタンの薄膜はアナターゼ相とよばれる光触媒性の高い結晶相で構成されている。これら酸化チタンを利用して流体を浄化することは知られている。例えば、チタンのアルコキシドから調整したチタニアゾルを基板上にコートした後、焼成して基板に酸化チタン膜を被覆することにより、さらに基板として導電性の施したものを流体に適用させ太陽光や電灯の光を受けて酸化還元を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。更に、酸化チタンの適用例として、自動車の排気ガス（ＮＯｘ）、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）、あるいは環境ホルモン等の有害物質を環境保全のために分解除去する研究がなされている。

しかし、酸化チタンは粉末状であるため、その処置が問題で浄化作用において気体等の流体中に拡散してしまうことも生じていた。そのためこの酸化チタンを固定化する必要があり、その固定化の対象として種々のものが提案されている。その一例として微細中空ガラス球状体に酸化チタンを被覆した浄化装置が提案されている。これは、酸化チタン被覆微細中空ガラス球状体の充填層中を汚染された流体を通過させながら紫外線を照射する浄化材料で、管状紫外線光源の周囲に、流体導入口及び排出口を有する外套管を設け、光源と外套管との間の空隙に酸化チタン被覆微細中空ガラス球状体を充填させる装置で構成されている（特許文献２参照）。

更に、これらの改良したものとして、可視光でも高効率の光触媒作用の得られるスポンジ状の多孔質構造体の形状を保った炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質材及びそれを容易に製造できる技術が提案されている。（特許文献３参照）。この後者の技術に関しては、ポリウレタンスポンジとほぼ同じ構造の３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックに光触媒（酸化チタン）をコーティングした３次元微細セル構造光触媒フィルタの研究成果が報告されている。この技術は、紫外線ランプのみならず照明用の蛍光灯でもＮＯｘを分解することができ、又この構造体は架橋部分が細いので光の透過性が高く、汚染物質との接触確率も高く、圧力損失も小さく、光触媒としては非常に優れたものである。

また、本出願人は、ガラス成分を主体にした透光性の高い磁器質のスポンジ状の３次元多孔質セラミックに光触媒（酸化チタン）をコーティングした技術の研究成果も提案した（特許文献４参照）。
特許第２８８３７６１号公報 特開２００１−１７９２４６号公報 特開２００３−１１９０８５号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２００４／１１６９９

しかしながら、前述の技術は、まだ研究段階の途上にあり、装置として実用化させるにはまだ十分なものとはいえない。さらに効率を一層高めた実用的な装置が求められている。本出願人の提案になる前述の技術は、汚染物質を分解する上においては単体構成でそれなりの効果があることは実証されている。しかし、実用的で、廃液等で代表される汚染物質の含まれる流体を処理するにはさらに改良の余地があり、その開発が望まれていた。同一出願人はそのための開発努力を重ねており、本発明はこのような従来の問題点を解決するものであり、次の目的を達成した。

本発明の目的は、光触媒に対し汚染物質を含む流体の滞留経路を長くし、光触媒作用で高効率に汚染物質を含む流体の浄化を行う浄化装置の提供にある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の流体浄化装置は、表面に酸化チタン皮膜が形成されたスポンジ状多孔質構造体の３次元微細セル構造光触媒フィルタを有する浄化装置であって、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを収納し汚染物質を含む流体を通過させ外部から光透過を可能とする容器と、前記容器を通過する前記流体に光を照射させる光源体と、前記容器に設けられ前記流体の流路を変え前記３次元微細セル構造光触媒フィルタの流体滞留経路を長くする通路手段とからなっている。

本発明でいうスポンジ状多孔質構造体とは、互いに連通した多数の気孔を有する構造体をいう。一般にスポンジとは、発泡したポリウレタンであり、クッション、荷造り材、衝撃吸収材等に用いる構造をいう。ただし、本発明のスポンジ状多孔質構造体とはこのよう構造体を意味するが、本発明の素材はポリウレタンに限定されるものではない。

本発明２の流体浄化装置は、本発明１において、前記通路手段は、前記容器内に設けられ分割して配置された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタの間を仕切る仕切部材であることを特徴とする。

本発明３の流体浄化装置は、本発明１において、前記通路手段は、複数の前記容器の端部間を入出交互に接続し前記流体を前記３次元微細セル構造光触媒フィルタに通過させる通過部材であることを特徴とする。

本発明４の流体浄化装置は、本発明１において、前記容器は、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを分割収納が可能な容器で、前記光源体の周囲に複数個配置されたものであることを特徴とする。

本発明５の流体浄化装置は、本発明１において、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタは、３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスに酸化チタンをコーティングしたスポンジ状のフィルタであることを特徴とする。

本発明６の流体浄化装置は、本発明１において、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタは、磁器素地粉体を焼結させて形成された磁器質のスポンジ状骨格を有した半透明の微細セル磁器質構造体であることを特徴とする。

この磁器質構造体は、気孔率８５％以上であり、更にスポンジ状骨格の大きさは、平均が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下で気孔率が９５％〜９８％、且つ光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍの微細セル磁器質構造体であるものが好ましい。

本発明７の流体浄化装置は、本発明２において、前記仕切部材は、分割された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタ間に交互に設けられ、外径と内径の異なる２つのリング体で構成された部材であることを特徴とする。

本発明８の流体浄化装置は、本発明２において、前記仕切部材は、分割された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタ間に交互に設けられ、穴位置の異なる２つのリング体で構成された部材であることを特徴とする。

本発明９の流体浄化装置は、本発明２において、前記仕切部材は、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを螺旋状に分割仕切って設けられる螺旋体であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明は、光触媒に対しフィルタを分割小分けする、フィルタ間に仕切板を設けるなどして、汚染物質を含む流体の滞留経路、又は滞留時間を長くした。この結果、流体はフィルタを長く通過する構成になり、光源体の光照射に長くさらされることとなった。これにより、光触媒作用で高効率に汚染物質を含む流体の浄化を行うことが出来るようになった。

以下、本発明に関わる流体浄化装置について、図面をもとに詳細にその実施の形態を説明する。本実施の形態で処理される流体は、汚染物質を含む排気ガス等の気体、及び汚染水等の液体である。図１は、本発明の浄化装置の基本構成をなすものである。本発明の装置の理解を容易にするため、本発明に関わる浄化技術について説明する。

［フィルタ］
本発明の浄化技術に使用するフィルタは、スポンジ状の多孔質構造であればどのようなものであってもよい。例えばこのフィルタは、可視光応答型３次元微細セル構造光触媒フィルターであって、気孔率が８５％以上のスポンジ状多孔質構造体表面に、アナタース型の酸化チタン皮膜が形成されてなり、且つ、このスポンジ状多孔質構造体が、（ａ）炭素、並びに、シリコン及び又はシリコン合金、（ｂ）シリコン、シリコン合金、炭素、からなる群より選ばれる少なくとも一種、並びに、炭化ケイ素、（ｃ）シリコン、シリコン合金、炭素、炭化ケイ素、からなる群より選ばれる少なくとも一種、並びに、窒化ケイ素、（ｄ）炭素、（ｅ）チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ルテニウム、ロジウム、バラジウム、銀、白金、金、からなる群より選ばれる何れか一種の金属、並びに、炭素、からなる群より選ばれる何れか一種を含むスポンジ状多孔質構造（Ｂ）からなるものである。

具体的には、例えば次のものが適用される。１つは、シリコンと炭素との反応焼結法（Ｓｉ＋Ｃ＝ＳｉＣ）とシリコンの溶融含浸法を組み合わせることにより、ポリウレタン製のスポンジがそのままの形状で作成された多孔質Ｓｉ／ＳｉＣセラミックスである。この多孔質Ｓｉ／ＳｉＣセラミックスは、加工性がよく、どのような形状にすることもできる。光の透過性がよく、光触媒の担体として優れている。なお、本実施の形態でいうスポンジとは、発泡したポリウレタンの素材であり、クッション、荷造り材、衝撃吸収材等に用いるものである。

このフィルタを適用してＮＯｘの分解実験を行った結果は、例えば、１５ｐｐｍのＮＯｘを１Ｌ／ｍｉｎで処理すると、殺菌灯、ブラックライトの紫外線ランプでは１回の処理でほぼ０ｐｐｍになり、高効率に分解することができた。さらに可視光の蛍光灯の場合も１５ｐｐｍのＮＯｘが５ｐｐｍ以下になる結果を得ている。フィルタについて更に詳述すると、フィルタは、可視光応答型３次元微細セル構造光触媒フィルタで、３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスに光触媒（酸化チタン）をコーティングしたスポンジ状の構造体である。

このフィルタは後述するが、リング状に分割され積層されて装置の容器に収容される。このフィルタは、骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下、気孔率が８５容量％以上で、炭素あるいはモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．１〜２の範囲のシリコンと炭素、又はモル比（Ｓｉ／ＳｉＣ）が０．１〜４の範囲のシリコンと炭化ケイ素、によって構成されている。

また、このフィルタのスポンジ状多孔質構造体は、酸化チタンを含有又は生成する溶液に浸漬し、乾燥させた後に酸化雰囲気下で、１００℃〜８００℃で焼成して製造される。更に、スポンジ状骨格を有するとともに炭素化時に熱分解する原型構造体に炭素源となる樹脂と、シリコン粉末、あるいはシリコン合金を含むスラリーを含浸させた後、この原型構造体を不活性雰囲気下で、８００℃〜１３００℃で炭素化させて、さらには、１３００℃以上で反応焼結させるなどして炭素化させている。

あるいは、窒素雰囲気下においては、８００℃〜１５００℃で熱処理し炭素化とシリコンの窒化反応を行い、多孔質構造体を形成する。又別の例として、微細セル磁器質のものであってもよい。これは、磁器素地粉体を焼結することにより形成された磁器質のスポンジ状骨格を備え、この骨格の太さの平均が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下で気孔率が９５％〜９８％、且つ光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍの微細セル磁器質構造体であって、焼失可能な原型構造体に磁器素地粉体を含むスラリーを含浸させ、９００℃〜１３００℃で焼結して形成された微細セル磁器質構造体である。

磁器質の骨格により微細セルが多数?がった構成のスポンジ状骨格を容易に製造することができ、骨格部（３次元の網目状の骨格）の磁器質素材が半透明であるため構造全体の透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体である。９００℃より低い焼成温度では脆くなるが、９００℃以上で焼成するため磁器質の骨格１本の強度は低いが、スポンジ状骨格全体で大きな強度の得られるものである。

焼成温度が１３００℃以下であるので通常の加熱炉が使用できる。この例の他に、スラリーが磁器原料を粉砕した平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加したスラリーを用いて作成された微細セル磁器質構造体であってもよく、さらに、流れの中に置かれて異物を濾別する磁器質フィルタ、前述の微細セル磁器質構造体に酸化チタンを被覆したフィルタ等の形態のものが適用される。

その他、スポンジ状フィルタとして適用できるものは、一部前述しているが、アモルファス炭素、炭素＋Ｓｉ、炭素＋Ｔｉ、炭素＋ＳｉＣ、炭素＋窒化ケイ素等種々のもの、又はその組み合わせしたものがある。前述のように、フィルタはスポンジ状多孔質構造体３次元微細セル構造のものであればどのようなものであってもよい。一方、光源体としては、ブラックライトや殺菌灯、水銀ランプ等の紫外線ランプ、照明用の蛍光灯等が使用され、透過可能なガラス等を介して前述のフィルタに光を照射する。

［流体浄化装置］
次に、本発明の装置について説明する。図１は本発明の実施の形態例を示す全体構成の断面図である。図において、装置は基本的に容器１と光源体２を主構成にし、容器１の容器本体３端部に光源体２を挟みブロック７，８が固定されている。このブロック７，８は、容器１の蓋機能を有し流体の出入口を備えており、容器本体３の両端に固定されている。容器１は円筒状のもので、中央部には光透過可能な内管４を介しており、この内管４に光源体２が設けられている。内管４は、石英ガラスで、光源体２は、例えばＵＶランプである。

この容器１には、光源体２の周囲に容器本体３と内管４との間にフィルタ５が収納される構造になっている。このフィルタ５はドーナツ状の形状をしていて分割された構成である。従って、容器１には複数のフィルタ５が積層されて収納される。このフィルタ５は、酸化チタン皮膜が形成されたスポンジ状多孔質構造体で３次元微細セル構造を有した光触媒である。このフィルタ５は、目の粗さ等により種類の異なるものの成形が可能である。

本実施の形態は、この積層されたフィルタ５間に流体の後述する流路を構成する通路部材６を設けた構成になっている。容器本体３の一方の端部に設けられたブロック７には流体導入用の導入口７ａが設けられ、他方のブロック８には流体排出用の排出口８ａが設けられている。又、各ブロック７，８内には、流体の導入口７ａ及び排出口８ａとフィルタ５間に、異物を除去する物理的フィルタ９が設けられている。

物理的フィルタ９は、固形物等の塵芥がフィルタ５内に浸入するのを防止している。フィルタ５と通路部材６が容器１に収納されると、これらブロック７，８が容器本体３に取り付けられ、フィルタ５を内管４との間で密閉して流体を流せる構成となる。流体は排気ガス等の気体、又は汚染水である。次に通路部材６の関係について詳述する。図２は、図１の通路部材６の部分を部分的に拡大し、模式的に示した部分断面図である。ここに示す通路部材６は、積層されるフィルタ５間を仕切る薄円板状の仕切板である。この仕切板は、例えばフッ素樹脂シート或いは薄いステンレス板である。

この仕切板は、外径の小さい仕切板６ａと内径の大きい仕切板６ｂの２種類の仕切板構成になっていて、各々の仕切板６ａ，６ｂがフィルタ５間を１つおきに交互に仕切っている。この構成により一方の導入側のブロック７の導入口７ａから流体を導入すると、流体は図に矢印で示すようにフィルタ５間を外径の小さい仕切板６ａと内径の大きい仕切板６ｂの隙間を交互に、流体通路を形成しフィルタ５を蛇行しながら流れることになる。

即ち、外径の小さい仕切板６ａの場合は、この仕切板６ａと容器本体３の壁面との間に隙間が生じ流体の通路となる。又、内径の大きい仕切板６ｂの場合は、この仕切板６ｂと内管４との間に隙間が生じ流体の通路となる。この構成によりブロック７の導入口７ａから導入された流体、例えば排気ガス等は図の矢印に示すように最初のフィルタ５に流された後、外径の小さい仕切板６ａと内径の大きい仕切板６ｂとを交互に曲折しながら次々と複数のフィルタ５を通過して流れていくことになる。このように蛇行させ流路を長くして流体を流すことは、流体を直進させて流すのに比し容器１内での滞留距離、及び時間が長くなり、流体に光源体２の光を多く照射させることになる。照射が増すと汚染物質の分解効率をより高めることになるのである。

次に、第２の実施の形態を図３の模式図に示す。この例は、同一形状の仕切板６ｃに穴６ｄを設けた構成である。この穴６ｄは仕切板６ｃに１ヶ所設けているが、フィルタ５間に設置するときには、交互に穴６ｄの位置を１８０度ずらす。このことにより、図に示すように仕切板６ｃの一方の穴６ｄを通過した排気ガスは矢印のように仕切板６ｃ周囲のフィルタ５を１８０度巡って通過し、次の仕切板６ｃの穴６ｄへ導かれる。

この穴６ｄを通過した排気ガス等は再び１８０度位置のずれた穴６ｄに向かってフィルタ５内を通過する。このように流体は前述同様に長い経路をたどってフィルタ５を通過していくことになる。従ってこの場合も、前述同様に光源体２の光を多く照射させることができ浄化効果がある。尚、本実施の形態では穴６ｄを１つとしたが複数であってもよく、切り欠き状の溝で形成される穴であってもよい。

次に第３の実施の形態を図４に示す。この例は、図３の変形例である。仕切板６ｅに外径寄りに複数の穴６ｆを設けたものと、内径寄りに複数の穴６ｇを設けたものを各々独立した仕切板６ｅとして、フィルタ５間に交互に設置するものである。この場合の穴６ｆ、６ｇは小さいものになり、又フィルタ５が薄い場合に適用すると効果的である。流体の流れ状態は前述同様矢印で示すように流体は交互にこの穴を通って流れる。流体の流れ経路が長くなるので、光源体２の光の照射を多くすることができる。

次に第４の実施の形態を図５〜図７に示す。図５は、光源体２の周囲に複数の透明容器１０を配置させた構成を示す平面図である。図６は図５のＸ−Ｘ断面図で、図７は透明容器１０の配列を示す展開図である。この例の場合は、フィルタ１１は分割されて透明容器１０に小分け収納されており、この透明容器１０を複数個隣接させて光源体２の周囲に配置している。透明容器１０は、本実施の形態においては、８本としているが、この本数には限定する必要はない。この透明容器１０は石英ガラス管で、栓１２はシリコン等の栓である。又、光源体２はＵＶランプである。この場合の流体の流れ方向は、図に示すように外部の供給体に接続する導入口を有する最初の透明容器１０ａに導かれた流体は各透明容器１０の端部から次々と導入され、透明容器１０内のフィルタ１１を通過し隣接する次の透明容器１０に導かれる。

流体は隣接している透明容器１０を交互に矢印で示すように逆方向に流れる。この工程を繰り返しながら最後の透明容器１０ｈに導かれる。最後の透明容器１０ｈに導かれた流体はこの透明容器１０ｈのフィルタ１１を通過すると、浄化されて外部に排出される。この場合は小さく小分けした透明容器１０に通路部材である栓１２やホース１３等のジョイント部品を接続させるようにした。ホース１３は例えばシリコンチューブであり、栓１２は例えばシリコン栓である。

この例は、流体をこのホース１３を介して順次複数の透明容器１０のフィルタ１１を通過させることで、流体の通過流路を長くし光源体２の照射を多くさせるようにしたものである。前述の例は若干流体は拡散され、まばらになる傾向があるが、この例の場合は流体を定量的に確実に透明容器１０を通過させることができる構成である。特に透明容器１０を細く長い形状にすると効果的である。又、ＵＶランプと石英ガラス管の本数及び設置の形状は、ＵＶランプの周りに石英ガラスが設置されておればよく、その形態は幾通りも考えられる。例えば、中心に複数個のＵＶランプを設置し、その周りに石英ガラス管を置いても良く、また１本のＵＶランプを複数の石英ガラス管が囲む形態の複数個のＵＶランプと複数個の石英ガラス管の組み合わせでもよい。

この例は、前述の例に比し若干複雑になる傾向はあるが、効率よく浄化することができる。更にこの例では、透明容器１０を光源体２の周囲に円形状に配置することで説明したが、透明容器１０を展開図に示すような平坦な配置にしてもよい。この場合は、光源体２は蛍光灯を平面に並べた構成でもよく、又屋外の太陽光線を利用する構成も可能となる。

図８は、前述した実施の形態の変形例で、部分的に示した展開図であるが、隣接する透明容器１０に対し流体の導入口と排出口を同向きの配置とした場合である。この場合ホース１３等の長さは長くなる。透明容器１０に対しての流体は矢印のように下方から上方へ流す流れにしている。これは、液体の場合気泡が容器内に滞留することを防ぐのによい。基本的にフィルタ１１に対しての浄化効率は変わらない。

図９もこの実施の形態例の変形例で部分的に示した展開図であるが、横に配置した例である。浄化効率はどちらも変わることはない。これら実施の形態例においては、透明容器１０は長くなるので、縦置きにするか横置きにするか配置形態の選択は設置条件に応じて決定すればよい。又、実施の形態においては、直線形状の透明容器としたが、円形状の透明容器として光源体の周囲に重ねて配置するような構成でもよい。更に、螺旋形状の円形状の透明容器であってもよい。この場合栓は導入口と排出口のみあればよい。

次に第５の実施の形態を図１０に示す。この実施の形態の図は、仕切板６ｈを螺旋形状にした構成図を示している。この例は容器本体３と内管４の間に螺旋形状の仕切板６ｈを設け、この仕切板６ｈの螺旋形状に沿って容器本体３と内管４の空間にフィルタ１４を収納したものである。フィルタ１４は細かく砕いたものを収納すればよい。この構成であると、流体は螺旋形状に沿って流れることになるので直線通過に比べ長い流路を確保でき、かつエネルギ損も他の実施の形態の構造に比して少ない、前述同様の効果が期待できる。螺旋のピッチを小さくすれば、流体の流路を長くすることができる。
以上、種々の例について説明したが、本発明は、本実施の形態に限定されないことはいうまでもない。

［実施例１］
図３、図４に示す流体浄化装置への適用例であって、３次元微細セル構造光触媒フィルタは、＃２０（１インチ当たり２０セル個）のスポンジから作製した外径４５ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ３０ｍｍのドーナツ状のシリコンと炭化ケイ素とのスポンジ状セラミックスで形成され、これに光触媒のコーティングを施した３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタである。これを内径４５ｍｍ、長さ３６５ｍｍのアクリルチューブに１２個入れた。

流体の通過手段として、フッ素樹脂製のシートを外径４５ｍｍ、内径３０ｍｍのドーナツ状に加工して、直径４ｍｍの穴を３つ並べて空け、ドーナツ状の３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタの間に、交互に穴の位置が１８０度ずれるように設置した。ドーナツ状の３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタの中心部に外径３０ｍｍの石英ガラス管を設置し、この石英ガラス管の中に光源体として１５Ｗの殺菌灯（National殺菌灯GL-15（直径２５．５ｍｍ））を設置した。

３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタの体積は、約３２３ｍｌである。蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にした浄化対象のオレンジＩＩ（色素）の着色度は４０６であった。着色度は、流量５０ｍｌ／ｍｉｎでは５１、流量１００ｍｌ／ｍｉｎでは１４０となった。着色度の測定は、日本電色工業（株）NDR2000型着色度・濁度・色度座標測定器を使用した（工場排水試験方法（JIS K 0101、JIS K 0102に準拠）。この測定器で測定した着色度減少率を計算すると、流量５０ｍｌ／ｍｉｎでは８７％、流量１００ｍｌ／ｍｉｎでは６６％となる。

［実施例１の比較例］
実施例１の比較例は、前述の実施例１の構成に対し、フッ素樹脂シートを設置しない条件で実施例１と同じ実験を行ったものである。蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にした浄化対象のオレンジＩＩ（色素）の着色度は４０６であった。着色度は、流量５０ｍｌ／ｍｉｎでは１９０、流量１００ｍｌ／ｍｉｎでは２０５となった。着色度減少率を計算すると、流量５０ｍｌ／ｍｉｎでは５３％、流量１００ｍｌ／ｍｉｎでは５０％となる。この結果によれば、実施例１の場合の着色度の低下が大きく示され、通路部材の設置の効果を示している。

［実施例２］
図５〜図９に示す適用例であって、３次元微細セル構造光触媒フィルタは、＃２０（１インチ当たり２０セル個）のスポンジから作製した長さ約３０ｍｍの円柱状のシリコンと炭化ケイ素とのスポンジ状セラミックスで形成され、この外径は内径１３ｍｍの石英ガラス管にちょうど入るように加工された光触媒のコーティングを施した３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタである。これを光透過を可能とする容器である外径１６ｍｍ、内径１３ｍｍ、長さ４３０ｍｍの石英ガラス管に約１４個入れた。

石英ガラス管の両端は通過手段のチューブを付けたシリコン栓で蓋をした。光源体である１５Ｗの殺菌灯（外径２５．５ｍｍ）の周りに接するように、この石英ガラス管を８本巻き付け、その上に厚さ０．１ｍｍのステンレス板を反射板になるように巻き付け、横置きに設置した。３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスフィルタの体積は、約４４６ｍｌである。各々の石英管チューブに順次液体が流れるように通過部材のチューブで連結し、蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にした浄化対象のオレンジＩＩ（色素）の流体を、５００ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流して、色素の分解実験を行い、着色度を測定した。

浄化対象の２．５ｐｐｍの原液の着色度は３７７であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２８４、４００ｍｌ／ｍｉｎでは２５８、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２１９、２００ｍｌ／ｍｉｎでは１６１、１００ｍｌ／ｍｉｎでは７３、となった。着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２５％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは３２％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは４２％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは５７％、１００ｍｌ／ｍｉｎでは８１％となる。

［実施例３］
実施例２の装置を縦向きに設置して、実施例２と同じ実験を行い着色度を測定した。結果は、浄化対象の２．５ｐｐｍの原液の着色度は３８７であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２９２、４００ｍｌ／ｍｉｎでは２７０、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２３３、２００ｍｌ／ｍｉｎでは１７７、１００ｍｌ／ｍｉｎでは８６、となった。着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２５％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは３０％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは４０％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは５４％、１００ｍｌ／ｍｉｎでは７８％となる。結果的には、横置きの場合とほぼ同じである。

［実施例４−１］
１５Ｗの殺菌灯３本を互いに接するように設置し、その周りを実施例２で用いた石英ガラス管を８本、殺菌灯に接するように巻き付け、その上をステンレス板で巻き、横型に設置した。各々の石英ガラスチューブに順次液体が流れるようにチューブで連結し、蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にしたオレンジＩＩ（色素）を、５００ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流して、色素の分解実験を行い、着色度を測定した。

結果は、浄化対象の流体として２．５ｐｐｍの原液の着色度は３８７であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２５１、４００ｍｌ／ｍｉｎでは２１９、３００ｍｌ／ｍｉｎでは１７３、２００ｍｌ／ｍｉｎでは１２３、１００ｍｌ／ｍｉｎでは２８、となった。着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは３５％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは４３％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは５５％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは６８％、１００ｍｌ／ｍｉｎでは９３％となる。実施例２より殺菌灯の数を多くすることにより、浄化能が高くなることが分かる。

［実施例４−２］
実施例２で用いた石英ガラス管８本を２本ずつ一辺になるように十字形に設置し、１５Ｗの殺菌灯を石英ガラス管のＬ字部分に接するように４本並べ、各々の殺菌灯の外周りに更に４本の石英ガラス管を追加して隙間なく覆われるように、計２４本の石英ガラス管を殺菌灯に接する様に巻き付け、横型に設置した。殺菌灯は４本、石英ガラス管は２４本である。各々の石英管チューブに順次液体が流れる様にチューブで連結し、蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にしたオレンジＩＩ（色素）を、５００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流して、色素の分解実験を行い、着色度を測定した。

２．５ｐｐｍの原液の着色度は３８４であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは１２０、４００ｍｌ／ｍｉｎでは７８、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２７、２００ｍｌ／ｍｉｎでは４となり、著しい浄化能を示した。着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは６９％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは８０％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは９３％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは９９％となる。

［実施例２の比較例１］
実施例２の比較例１は、実施例２との比較をするため、実施例１の比較例と同じ装置を用いて、処理する液体の流量を実施例２と同じ条件で行ったものである。５００ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎまで、蒸留水を用いて２．５ｐｐｍの濃度にしたオレンジＩＩ（色素）の着色度の測定を行った。２．５ｐｐｍの原液の着色度は３９０であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは３３１、４００ｍｌ／ｍｉｎでは３２０、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２９６、２００ｍｌ／ｍｉｎでは２６６、１００ｍｌ／ｍｉｎでは２００となった。

着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは１５％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは１８％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２４％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは３２％、１００ｍｌ／ｍｉｎでは４９％となる。この結果によれば、１５Ｗの殺菌灯を１本用いた着色度減少率は、実施例２の場合の方がこの比較例１の場合より着色度の低下が大きく示されている。これは実施例２の場合、処理される液体が流れる流路の経路が長いことから、流路の効果を示している。
［実施例２の比較例２］
実施例２の比較例２は、実施例２と同じく１５Ｗの殺菌灯を１本用いた実験であるが、実施例２の比較例１とスポンジの体積を同じ位にするために、石英ガラス管６本にして、実施例２と同じ実験を行ったものである。スポンジ状セラミックスの体積は、約３３４ｍｌである。２．５ｐｐｍの原液の着色度は３８８であった。着色度は、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは３０７、４００ｍｌ／ｍｉｎでは２８６、３００ｍｌ／ｍｉｎでは２５４、２００ｍｌ／ｍｉｎでは２００、１００ｍｌ／ｍｉｎでは１１２となった。

着色度減少率を計算すると、流量５００ｍｌ／ｍｉｎでは２１％、４００ｍｌ／ｍｉｎでは２６％、３００ｍｌ／ｍｉｎでは３５％、２００ｍｌ／ｍｉｎでは４８％、１００ｍｌ／ｍｉｎでは７１％となり、１５Ｗの殺菌灯を１本用いた着色度減少率は、光触媒フィルタの体積（光触媒の量）が同じでも、比較例２の方が比較例１より流通経路が長いことから、流通経路を長くした方が、効果が高いことが分かる。

［実施例５］
図２に示す適用例であって、容器に、３次元微細セル構造光触媒フィルタとして外径６５ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ２７ｍｍのリング状磁器質構造体フィルタ（図２の５に相当）を１４個使用し、外径５４ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの通路部材（図２の６ａに相当）と、外径６５ｍｍ、内径４３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの通路部材（図２の６ｂに相当）とを交互に積層し、中心に１５Ｗの殺菌灯を設置した。この容器に、浄化対象の溶液として２．５ｐｐｍに調整した有機色素オレンジII溶液（着色度：３８０）を流速１００ｍｌ／分〜５００ｍｌ／分と変化させ流し、リング状磁器質構造体フィルタ通過後の着色度を測定した。その結果は表１に示す。

［実施例５の比較例］
前述の実施例５の構成に対し、通路部材を設置しない条件で実施例５と同じ実験を行った。測定結果は表１に示す。
この結果によれば、実施例５の場合の着色度の低下が大きく示され、通路部材の設置の効果を示している。

［実施例６］
図２に示す適用例であって、容器に、３次元微細セル構造光触媒フィルタとして外径６５ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ２７ｍｍのリング状磁器質構造体フィルタ（図２の５に相当）を１４個使用し、外径５４ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの通路部材（図２の６ａに相当）と、外径６５ｍｍ、内径４３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの通路部材（図２の６ｂに相当）とを交互に積層し、中心に１５Ｗの殺菌灯を設置した。この容器に、浄化対象の溶液として２．５ｐｐｍに調整した有機色素オレンジII溶液（着色度：３８０）２Ｌを流速５００ｍｌ／分で繰り返し流した。２０分後から２０分おきに１００分後まで通過溶液を採取して、リング状磁器質構造体フィルタ通過後の着色度を測定した。その結果は表２に示す。

［実施例６の比較例］
前述の実施例６の構成に対し、通路部材を設置しない条件で実施例６と同じ実験を行った。測定結果は表２に示す。この結果によれば、実施例６の場合の着色度の低下が大きく示され、通路部材の設置の効果を示している。

図１は、本発明の全体構成を示す浄化装置の断面図である。 図２は、図１の通路部材部分を模式的に示す拡大部分断面図である。 図３は、他の実施の形態例で仕切板に穴を設けた通路部材構成を示す説明図である。 図４は、他の実施の形態例で仕切板に複数の小穴を設けた通路部材構成を示す説明図である。 図５は、他の実施の形態例で、フィルタの小分けされた複数の透明容器を光源体周囲に配置した構成の平面図である。 図６は、図５のＸ−Ｘ断面図である。 図７は、図５においての透明容器を平面的に展開して配列した展開図である。 図８は、流体流れの向きを変えた透明容器構成の部分展開断面図である。 図９は、透明容器を横に配置した構成を示す部分展開断面図である。 図１０は、仕切板を螺旋形状にした通路部材の説明図である。

符号の説明

１…容器
２…光源体
３…容器本体
４…内管
５、１１…フィルタ
６…通路部材
７、８…ブロック
１０…透明容器
１３…ホース

Claims (9)

1. 表面に酸化チタン皮膜が形成されたスポンジ状多孔質構造体の３次元微細セル構造光触媒フィルタを有する浄化装置であって、
   前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを収納し汚染物質を含む流体を通過させ外部から光透過を可能とする容器と、
   前記容器を通過する前記流体に光を照射させる光源体と、
   前記容器に設けられ前記流体の流路を変え前記３次元微細セル構造光触媒フィルタの流体滞留経路を長くする通路手段と
   からなる流体浄化装置。
2. 請求項１に記載された流体浄化装置において、
   前記通路手段は、前記容器内に設けられ分割して配置された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタの間を仕切る仕切部材であることを特徴とする流体浄化装置。
3. 請求項１に記載された流体浄化装置において、
   前記通路手段は、複数の前記容器の端部間を入出交互に接続し前記流体を前記３次元微細セル構造光触媒フィルタに通過させる通過部材であることを特徴とする流体浄化装置。
4. 請求項１に記載された流体浄化装置において、
   前記容器は、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを分割収納が可能な容器で、前記光源体の周囲に複数個配置されたものであることを特徴とする流体浄化装置。
5. 請求項１に記載された流体浄化装置において、
   前記３次元微細セル構造光触媒フィルタは、３次元Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質セラミックスに酸化チタンをコーティングしたスポンジ状のフィルタであることを特徴とする流体浄化装置。
6. 請求項１に記載された流体浄化装置において、
   前記３次元微細セル構造光触媒フィルタは、磁器素地粉体を焼結させて形成された磁器質のスポンジ状骨格を有し半透明の微細セル磁器質構造体であることを特徴とする流体浄化装置。
7. 請求項２に記載された流体浄化装置において、
   前記仕切部材は、分割された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタ間に交互に設けられ、外径と内径の異なる２つのリング体で構成された部材であることを特徴とする流体浄化装置。
8. 請求項２に記載された流体浄化装置において、
   前記仕切部材は、分割された前記３次元微細セル構造光触媒フィルタ間に交互に設けられ、穴位置の異なる２つのリング体で構成された部材であることを特徴とする流体浄化装置。
9. 請求項２に記載された流体浄化装置において、
   前記仕切部材は、前記３次元微細セル構造光触媒フィルタを螺旋状に分割仕切って設けられる螺旋体であることを特徴とする流体浄化装置。
   

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