JP2006305438A - 水浄化装置及び水浄化装置を用いる水槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力の供給なしに貯水タンク内の水を浄化できる水浄化装置を提供する。 【解決手段】 太陽光で太陽電池１８にて起こした電力で水中ポンプ１２を駆動して、導入パイプ３２を介して平板状容器２０へ水槽５０内の水を導く。平板状容器２０内では、太陽光で光触媒２６により水中の有機物質を分解して炭酸ガスと水にし、水を浄化する。そして、浄化された水は、導出パイプ３４を介して水槽５０内に戻される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、飲料用水等の水槽内の水を浄化する水浄化装置及び該水浄化装置を用いる水槽に関するものである。

４階建て以上のビルディングには、上階へ水道の圧力で水を送ることができないため、屋上に貯水槽が設けられている。ここで、オフィスビルでは、気温が高くなると共に日射が強い夏場に人がいなくなると、例えば、連休、盆休み等の時期に、貯水槽の水が使われなくなるため、内部の温度が上がり水道中の塩素が抜けて、細菌、微生物が繁殖し、水が臭くなることがあった。
ここで、特許文献１〜特許文献３には、光触媒を用いて水を浄化する装置が開示されている。
特開２００３−２５１３４０号公報 特開２００１−３００５８５号公報 特開平９−１３１５８７号公報

水浄化装置を設けることで上述した事態に対応し得るが、水浄化装置は、大きな装置であり、既存の貯水槽に取り付けるのは難しい。また例えば、貯水槽へ塩素を加えるタイプの水浄化装置では、塩素をタンク内に補填する等のこまめなメンテナンスが必要となった。更に、係る装置を駆動させるには電力の供給が必須であった。例えば、特許文献１〜特許文献３の光触媒を用いて水を浄化する装置は、メンテナンス無しに稼働できるが、装置が大型であり、また、飲料用水を浄化するには向かなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、既存の貯水タンクに容易に取り付けることができ、電力の供給なしに貯水タンク内の水を浄化できる水浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、水槽５０内の水を浄化する水浄化装置１０であって、
光触媒担持体２６を収容し、上面に透明板２４を配置した密封構造の平板状容器２０と、前記平板状容器２０を傾斜させ支持する架台１６と、前記平板状容器２０へ水槽５０内の水を導くための導入パイプ３２と、前記平板状容器２０からの水を前記水槽５０内へ導くための導出パイプ３４と、太陽電池１８と、太陽電池１８により駆動され、前記導入パイプを介して前記平板状容器２０へ水槽内の水を導くポンプ１４とを備えることを技術的特徴とする。

請求項５の発明は、水槽５０内の水を浄化する水浄化装置１０であって、
前記平板状容器２０を支持する架台１６と、光触媒担持体２６を収容し、上面に透明板２４を配置した密封構造の平板状容器２０と、前記平板状容器２０へ水槽５０内の水を導くための導入パイプ３２と、前記平板状容器２０からの水を前記水槽５０内へ導くための導出パイプ３４と、を備え、
前記平板状容器２０を水槽５０の側面に取り付け、前記導入パイプ３２を前記平板状容器２０の下端近傍に取り付け、前記導出パイプ３４を前記平板状容器２０の上端近傍に取り付けたことを技術的特徴とする。

請求項１の水浄化装置では、太陽光で起こした電力でポンプを駆動して、平板状容器へ水槽内の水を導く。平板状容器では、太陽光により光触媒を用いて水を浄化し、水槽側へ戻す。このため、電力の供給を受けずに水の浄化を、メンテナス無しに実現できる。
ここで、水槽側に導入パイプと導出パイプとを挿通する２つの小径孔を開けるだけで容易に取り付けることができる。水の浄化を気密構造の平板状容器を用いて行うため、外気と接触せず清潔で、飲料用水の浄化に好適である。架台により平板状容器を太陽側に向くように傾斜させることで、季節や時間帯の影響をあまり受けず、太陽光を十分に光触媒へ照射させることができる。また、太陽電池により駆動されるポンプを用いることで、日射が強く水槽内の浄化が必要となる夏場に、水の循環量を増加させて、水槽全体の水を光触媒で浄化することが可能である。反対に、外気温度が下がり、水槽内の浄化の必要性が低くなる冬季等は、触媒反応の起きる照射量の時のみポンプが運転するので、ポンプの運転時間を短くして、長寿命化を図ることができる。

請求項２の水浄化装置では、導入パイプを平板状容器の下端側に取り付け、導出パイプを平板状容器の上端側に取り付けてある。このため、最初の設置時や、何らかの原因でポンプの停止時に水槽内の水位が導出パイプ先端より下がり、平板状容器から水が抜けても、ポンプが運転を開始した際に、水槽から導いた水は、平板状容器の下側から上側に向かって溜まって行き、平板状容器内の空気を短時間で排出することができる。従って、水が平板状容器内で空気と混じらず清潔で、飲料用水の浄化に好適である。
また、一旦、平板状容器と導入パイプ、導出パイプ内が水で満たされた後は、サイフォンの原理によりポンプの揚程はほとんど必要なくなり、太陽光が弱く太陽電池の出力が少ない条件下でも水を循環させることができる。

請求項３では、水槽外部に配置したポンプを用いるため、水中ポンプを用いることと比較して、信頼性を高め、廉価に構成することができる。

請求項４では、導入パイプの先端に取り付けた水中ポンプを用いるため、外置ポンプで必要な設置時や水抜け時の呼び水を行うことなく平板状容器へ水を汲み上げることができる。

請求項５の水浄化装置では、水槽の側面に取り付けられた平板状容器に太陽光が照射すると、光触媒で水を浄化する。これと同時に、水が太陽光により暖められ、暖められた水が平板状容器の上側に向かい、平板状容器の上端近傍の導出パイプを介して水槽内に導出される。暖められた水が水槽内に向かうことで、平板状容器の下端近傍の導入パイプを介して水槽側からの相対的に冷たい水が、平板状容器内に流れ込む。このため、電力の供給を受けずに水槽の水を循環させ、メンテナス無しに浄化を実現できる。
ここで、水槽側に導入パイプと導出パイプとを挿通する２つの小径孔を開けるだけで容易に取り付けることができる。水の浄化を気密構造の平板状容器を用いて行うため、外気と接触せず清潔で、飲料用水の浄化に好適である。また、水の循環のためのポンプを用いないため、高い信頼性を有し、廉価に構成することができる。

請求項６では、フィルタを設けてあるため、導出パイプからの光触媒担持体の流出を防ぐことができる。

請求項７では、平板状容器の透明板と対向する内面を鏡面仕上げにしてある。このため、透明板側からの入射光のみでなく、平板状容器の内面からの反射光を光触媒に照射することができ、効率的に水を浄化することができる。

請求項８では、架台を、平板状容器の角度を調整可能なよう構成してあり、南中高度の季節変化、また、配置する地理的な地軸の傾きに対応させて角度を調整することで、平板状容器に垂直に近い角度で太陽光を当て、効率的に水を浄化することが可能である。

請求項９では、平板状容器の透明板の外面側に光触媒を塗布してあるので、透明板の表面に汚れが溜まらなくなって、汚れにより太陽光を減衰させずに光触媒へ当てることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態に係る水浄化装置を図１及び図８を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る水浄化装置の構成を示す斜視図である。水浄化装置１０は、水槽５０の蓋又は上面５２上に配置される。水浄化装置１０は、光触媒２６を収容し、上面が開放した箱形状のステンレス製平板状容器２０と、該平板状容器２０を傾斜させ支持する架台１６と、該平板状容器２０へ水槽５０内の水を導くための導入パイプ３２と、該平板状容器２０からの水を水槽５０内へ導くための導出パイプ３４と、複数枚の太陽電池（太陽電池パネル）１８と、太陽電池１８により駆動され、導入パイプ３２を介して平板状容器２０へ水槽内の水を導く水中ポンプ１２とを備える。太陽電池１８は、平板状容器２０側から延在する、該平板状容器２０と一体に形成された延在枠２０Ａに取り付けられている。

光触媒２６は、粒状のシリカゲルに二酸化チタンを担持させてなる。平板状容器２０は、上面に強化ガラス２４を配置した密封構造となっている。強化ガラス２４及び太陽電池１８の表面には汚れ防止用の光触媒塗料２８が塗布されている。平板状容器２０の強化ガラス２４と対向する内面２２は、入射光を反射するように鏡面仕上げされている。導入パイプ３２は、平板状容器２０内に導出され、複数の開口３２ａを介して水が導入される。

図８（Ａ）は、図１中の導出パイプ３４の平板状容器２０側への導出部を示しており、図８（Ｂ）は図８（Ａ）中の導出パイプ３４のｂ矢視図である。導出パイプ３４の内部には、平板状容器２０内の光触媒２６の流出を防止するためのステンレス製網状フィルタ３５Ａが配置されている。図８（Ｃ）は、フィルタの別例で、導出パイプ３４の開口部に、フェルト製のフィルタ３５Ｂが取り付けられている。

水浄化装置１０の取り付けは、架台１６を水槽５０の蓋又は上面５２に固定する。そして、蓋又は上面５２に導入パイプ３２と導出パイプ３４とを挿通するための小径孔５２ａ、５２ｂを設け、それぞれ導入パイプ３２、導出パイプ３４を挿通させ、導入パイプ３２の先端に水中ポンプ１２を装着することにより行う。第１実施形態の水浄化装置１０は、水槽５０側に２つの小径孔５２ａ、５２ｂを開けるだけで簡単に取り付けることができる。

次に、水浄化装置１０の動作について説明する。太陽光によって太陽電池１８で起こした電力で水中ポンプ１２を駆動して、導入パイプ３２を介して平板状容器２０へ水槽内の水を導く。平板状容器２０内では、太陽光により、光触媒を構成する二酸化チタンを励起させる。二酸化チタンは、電子と正孔とを発生し、酸素や水と反応して活性酸素やＯＨラジカルを生ぜしめ、水中の有機物質と結合して分解し、炭酸ガスと水にする。これにより水が浄化される。そして、浄化された水は、導出パイプ３４を介して水槽５０内に戻される。このため、電力の供給を受けることなく水槽５０内の水の浄化を、メンテナス無しに実現できる。

第１実施形態の水浄化装置１０では、水の浄化を気密構造の平板状容器２０を用いて行うため、外気と接触せず清潔で、飲料用水の浄化に好適である。架台１６により平板状容器２０を太陽側に向くように傾斜させることで、季節や時間帯の影響をあまり受けず、太陽光を十分に光触媒２６へ照射させることができる。また、太陽電池１８により駆動される水中ポンプ１２を用いることで、日射が強く水槽５０内の浄化が必要となる夏場に、水の循環量を増加させて、水槽５０全体の水を光触媒で浄化することが可能である。反対に、外気温度が下がり、水槽５０内の浄化の必要性が低くなる冬季等は、触媒反応の起きる照射量の時にみ水中ポンプ１２が運転するので、水中ポンプ１２の運転時間を短くして、長寿命化を図ることができる。

第１実施形態では、導入パイプ３２の先端に取り付けた水中ポンプ１２を用いるため、水上に設けたポンプで必要となる呼び水を行うことなく平板状容器２０へ水を汲み上げることができる。また、平板状容器２０の強化ガラス２４と対向する内面を鏡面仕上げにしてあるため、強化ガラス２４側からの入射光のみでなく、平板状容器２０の内面からの反射光を光触媒２６に照射することができ、効率的に水を浄化することができる。更に、強化ガラス２４及び太陽電池１８の外面側に光触媒塗料２８を塗布してあるので、強化ガラス２４の表面に汚れが溜まらなくなって、太陽光を減衰させずに光触媒へ当てることができる。また、太陽電池１８により、メンテナンスなしで長期に渡り電力を発生させることができる。

[第１実施形態の第１改変例]
図２は、第１実施形態の第１改変例に係る水浄化装置１０を示している。図１を参照して上述した第１実施形態では、水の汲み上げに水中ポンプを用いた。これに対して、第１実施形態の第１改変例では、水槽５０の外部に配置した通常のポンプ１４を用いる。このため、最初の設置の際に、呼び水を行い、水をポンプ１４まで汲み上げておく必要があるが、その後はポンプ１４の吸入口に付属の逆止弁の作用により運転を続けることができる。第１実施形態の第１改変例では、水中ポンプを用いることと比較して、信頼性を高め、廉価に構成することができる。

[第１実施形態の第２改変例]
図３は、第１実施形態の第２改変例に係る水浄化装置１０を示している。図１を参照して上述した第１実施形態では、平板状容器２０の上側に導入パイプ３２を接続し、下側に導出パイプ３４を接続した。これに対して、第１実施形態の第２改変例では、平板状容器２０の下側に導入パイプ３２を接続し、上側に導出パイプ３４を接続してある。このため、最初の設置時や、何らかの原因でポンプの停止時に水槽内の水位が導出パイプ３４先端より下がり平板状容器２０から水が抜けても、水中ポンプ１２が運転を開始した際に、水槽５０から導いた水は、平板状容器２０の下側から上側に向かって溜まって行き、平板状容器２０内の空気を導出パイプ３４側から短時間で排出することができる。
また、一旦、平板状容器２０と導入パイプ３２、導出パイプ３４内が水で満たされた後は、サイフォンの原理によりポンプの揚程はほとんど必要なくなり、太陽光が弱く太陽電池１８の出力が少ない条件下でも水を循環させることができる。

第１実施形態の第２改変例では、平板状容器２０内での水の凍結による装置故障を防止するため、導出パイプ３４の先端を大気中に開放し、日射が弱く水中ポンプ１２が動作しない間に該導出パイプ３４を介して空気が流れ込み、平板状容器２０内の水が抜けるように設定した場合において好適である。即ち、水中ポンプ１２が動作開始後は、平板状容器２０中の空気が速やかに抜け、平板状容器２０内で水が空気と混じらず清潔である。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、平板状容器２０の角度を調整可能に構成した架台１６の構成を示す説明図である。
架台１６に対して、平板状容器２０は軸２１ａを介して角度調整可能に取り付けられている。平板状容器２０側から延在する延在枠２０Ａの上端近傍には、軸２１ｂを介して第１リンク板１７ａが回動可能に取り付けられている。第１リンク板１７ａの他端には、軸２１ｃを介して第２リンク板１７ｃが回動可能に取り付けられている。第２リンク板１７ｃの他端は、架台１６に対して軸２１ｄを介して軸支されている。第１リンク板１７ａの他端には、第２リンク板１７ｃと当接する固定片１９ａが設けられている。同様に、第２リンク板１７ｃには、第１リンク板１７ａと当接する固定片１９ｃが設けられている。ここで、図４（Ａ）に示すように、軸２１ｃを外側へ引き出すように第１リンク板１７ａ、第２リンク板１７ｃを回動させることで、第２リンク板１７ｃの固定片１９ｃが第１リンク板１７ａと当接し、平板状容器２０を緩い傾斜角度で固定できる。一方、図４（Ｂ）に示すように、軸２１ｃを内側へ押し込むように第１リンク板１７ａ、第２リンク板１７ｃを回動させることで、第１リンク板１７ａの固定片１９ａが第２リンク板１７ｃと当接し、平板状容器２０を急傾斜角度で固定できる。

平板状容器２０の角度を調整可能なよう構成することで、南中高度の季節変化、また、配置する地理的な地軸の傾きに対応させて角度を調整して、平板状容器２０に対して垂直に近い角度で太陽光を当て、効率的に水を浄化することが可能となる。

[第２実施形態]
図５（Ａ）は、第２実施形態に係る水浄化装置１０の側面を示し、図５（Ｂ）は正面を示している。図１を参照して上述した第１実施形態では、水浄化装置を水槽の上側に配置した。これに対して、第２実施形態の水浄化装置１０は、水槽５０の側壁５０ｗに取り付ける。また、第１実施形態では、ポンプを用いて水を強制循環させたが、第２実施形態では、ポンプを用いず、水を自然に対流させる。

第２実施形態の水浄化装置１０では、平板状容器２０に太陽光が照射すると、光触媒２６で水を浄化する。これと同時に、水が太陽光により暖められ、暖められた水が平板状容器２０の上側に向かい、平板状容器２０の上端近傍の導出パイプ３４を介して水槽５０内に導出される。暖められた水が水槽５０側に出ていくことで、平板状容器２０の下端近傍の導入パイプ３２を介して、水槽５０側からの相対的に冷たい水が、平板状容器２０内に流れ込む。このため、電力の供給を受けることなく水槽の水を循環させ、メンテナス無しに浄化を実現できる。第２実施形態では、水の循環のためのポンプを用いないため、高い信頼性を有し、廉価に構成することが可能である。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の平板状容器２０の角度を調整可能に構成した架台１６の構成を示す説明図である。
図４を参照して上述した第１実施形態と同様に、図６（Ａ）に示すように、軸２１ｃを外側へ引き出すように第１リンク板１７ａ、第２リンク板１７ｃを回動させることで、第１リンク板１７ａの固定片１９ａが第２リンク板１７ｃと当接し、平板状容器２０を急傾斜角度で固定できる。一方、図６（Ｂ）に示すように、軸２１ｃを内側へ押し込むように第１リンク板１７ａ、第２リンク板１７ｃを回動させることで、第２リンク板１７ｃの固定片１９ｃが第１リンク板１７ａと当接し、平板状容器２０を緩い傾斜角度で固定できる。

[第２実施形態の第１改変例]
図７（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の第１改変例に係る水浄化装置１０を示している。図５を参照して上述した第２実施形態では、ポンプを用いなかった。これに対して、第２実施形態の第１改変例では、ポンプ１４を用いて、太陽電池１８で得られた電力により水を強制循環させている。この第２実施形態の第１改変例では、図中に二点鎖線で表してあるように、導出パイプ３４の導出側を水面から離して空気中に配置することも可能である。又、外置ポンプでも呼び水の必要がなく、逆止弁も不要である。

上述した実施形態では、透明板として強化ガラスを用いたが、この代わりに、透明なポリカーボネート、ポリプロピレン等を用いることも可能である。更に、平板状容器２０の角度調整として、２つの角度で固定する例を挙げたが、任意角度で固定できる構成を採用することも可能である。また、上述した実施形態では、本発明の水浄化装置を飲料水用の貯水槽に取り付ける例を挙げたが、本発明の水浄化装置は、中水、下水用の水槽にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態に係る水浄化装置の構成を示す斜視図である。 第１実施形態の第１改変例に係る水浄化装置の構成を示す斜視図である。 第１実施形態の第２改変例に係る水浄化装置の構成を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態の平板状容器の角度を調整可能に構成した架台の構成を示す側面図である。 （Ａ）は第２実施形態に係る水浄化装置の構成を示す側面図であり、（Ｂ）は正面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の平板状容器の角度調整機構の構成を示す側面図である。 （Ａ）は第２実施形態の第１改変例に係る水浄化装置の側面図であり、（Ｂ）は正面図である。 （Ａ）は、図１中の導出パイプの平板状容器側への導出部を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）中の導出パイプのｂ矢視図である。（Ｃ）は、別例のフィルタが取り付けられた導出パイプ３４の説明図である。

符号の説明

１０ 水浄化装置
１２ 水中ポンプ
１４ ポンプ
１６ 架台
１８ 太陽電池
２０ 平板状容器
２２ 内面
２４ 透明強化ガラス
２６ 光触媒
２８ 光触媒塗料
３２ 導入パイプ
３４ 導出パイプ
３５Ａ、３５Ｂ フィルタ
５０ 水槽
５２ 蓋又は上面
Ｗ 水

Claims (10)

1. 水槽内の水を浄化する水浄化装置であって、
   光触媒担持体を収容し、上面に透明板を配置した密封構造の平板状容器と、
   前記平板状容器を傾斜させ支持する架台と、
   前記平板状容器へ水槽内の水を導くための導入パイプと、
   前記平板状容器からの水を前記水槽内へ導くための導出パイプと、
   太陽電池と、
   太陽電池により駆動され、前記導入パイプを介して前記平板状容器へ水槽内の水を導くポンプとを備えることを特徴とする水浄化装置。
2. 前記導入パイプを前記平板状容器の下端側に取り付け、前記導出パイプを前記平板状容器の上端側に取り付けたことを特徴とする請求項１の水浄化装置。
3. 前記ポンプとして、前記水槽外部に配置したポンプを用いたことを特徴とする請求項１の水浄化装置。
4. 前記ポンプとして、前記導入パイプの先端に取り付けた水中ポンプを用いたことを特徴とする請求項１の水浄化装置。
5. 水槽内の水を浄化する水浄化装置であって、
   前記平板状容器を支持する架台と、
   光触媒担持体を収容し、上面に透明板を配置した密封構造の平板状容器と、
   前記平板状容器へ水槽内の水を導くための導入パイプと、
   前記平板状容器からの水を前記水槽内へ導くための導出パイプと、を備え、
   前記平板状容器を水槽の側面に取り付け、
   前記導入パイプを前記平板状容器の下端近傍に取り付け、
   前記導出パイプを前記平板状容器の上端近傍に取り付けたことを特徴とする水浄化装置。
6. 前記導出パイプからの光触媒担持体の流出を防ぐフィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１の水浄化装置。
7. 前記平板状容器の前記透明板と対向する内面を、鏡面仕上げにしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１の水浄化装置。
8. 前記架台を、前記平板状容器の角度を調整可能なよう構成したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１の水浄化装置。
9. 前記平板状容器の透明板の外面側に光触媒を塗布したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１の水浄化装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１の水浄化装置を用いる水槽。

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