JP2016209819A

JP2016209819A - 浄化装置

Info

Publication number: JP2016209819A
Application number: JP2015096030A
Authority: JP
Inventors: 鉄美越智; Tetsumi Ochi
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-12-15

Abstract

【課題】光触媒を利用した浄化装置において浄化作用を向上させる技術を提供する。【解決手段】浄化装置１０は、光触媒が担持される基材（第１基材３０ａ、第２基材３０ｂ）と、基材（第１基材３０ａ、第２基材３０ｂ）の表面３２ａ、３２ｂに開けられた開口３４ａ、３４ｂの内部に設けられ、開口３４ａ、３４ｂの外に向けて紫外光を発する発光素子４２ａ、４２ｂと、を備える。浄化装置１０は、第１基材３０ａの表面３２ａに対向し、光触媒が担持される第２基材３０ｂをさらに備えてもよい。光触媒は、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含み、基材は、多孔質のセラミックで構成されてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、浄化装置に関し、特に、水や空気を浄化する装置に関する。

水や空気に含まれる有機物等を分解して浄化する装置として、光触媒作用を用いるものが知られている。例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の光触媒に紫外光を照射することで酸素ラジカルを発生させ、光触媒作用を実現する。光触媒作用は光触媒機能を有する材料の表面近傍で発生するため、このような材料を含む光触媒フィルタをシート状にして表面積を大きくすることで浄化作用が高められる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−７８０６号公報

光触媒による浄化作用を高めるためには、紫外光の照射により光触媒作用が発揮される面積を広くする必要がある。その一方で、浄化装置の小型化のために光触媒フィルタを高密度に配置すると、その表面全体に紫外光を照射することが難しくなる。その結果、フィルタ面積を増やしたとしても、浄化作用の向上に寄与しないかもしれない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、光触媒を利用した浄化装置において浄化能力を向上させる技術を提供することにある。

本発明のある態様の浄化装置は、光触媒が担持される基材と、基材の表面に開けられた開口の内部に設けられ、開口の外に向けて紫外光を発する発光素子と、を備える。

この態様によれば、開口の内部に設けられる発光素子により、開口の壁面および開口近傍に位置する基材の表面に紫外光を照射し、基材の表面近傍において光触媒作用を提供することができる。また、開口の外に向けて紫外光を照射することにより、基板表面から離れた浄化対象に紫外光を照射し、紫外光の直接照射による浄化作用を提供できる。これにより、浄化能力を向上させることができる。

発光素子からの紫外光を基材の表面に向けて反射させる反射面をさらに備えてもよい。

基材は、第１基材であり、第１基材の表面に対向し、光触媒が担持される第２基材をさらに備えてもよい。

発光素子は、第１発光素子であり、第２基材の第１基材に対向する表面に開けられた開口の内部に設けられ、第１基材に向けて紫外光を発する第２発光素子をさらに備えてもよい。

光触媒は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含み、基材は、多孔質のセラミックで構成されてもよい。

本発明の浄化装置によれば、浄化能力を向上させることができる。

第１の実施の形態に係る浄化装置の構成を概略的に示す断面図である。第１の実施の形態に係る浄化装置の構成を概略的に示す側面図である。第２の実施の形態に係る浄化装置の構成を概略的に示す断面図である。第３の実施の形態に係る浄化装置の構成を概略的に示す側面図である。第４の実施の形態に係る浄化装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、実施の形態に係る浄化装置１０の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の浄化装置１０を矢印Ａから見たときの構成を示す側面図である。浄化装置１０は、第１浄化ユニット２０ａと第２浄化ユニット２０ｂの間に位置する空間１２に流体（例えば、空気や水など）を通して浄化させるための装置である。浄化装置１０は、紫外光の直接照射による殺菌作用および分解作用と、光触媒作用を併用して対象を浄化させる。

浄化装置１０は、第１浄化ユニット２０ａと、第２浄化ユニット２０ｂを備える。第１浄化ユニット２０ａおよび第２浄化ユニット２０ｂは、浄化対象が位置する空間１２を挟んで対向するように設けられる。第１浄化ユニット２０ａおよび第２浄化ユニット２０ｂは、それぞれ同様の構成を有する。

第１浄化ユニット２０ａは、第１基材３０ａと、第１発光ユニット４０ａを備える。

第１基材３０ａは、表面に光触媒機能を有する材料が設けられた板状の部材である。本実施の形態において、第１基材３０ａは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの多孔質のセラミックで構成されるフィルタであり、表面３２ａに酸化チタン等の光触媒機能を有する材料が担持される。したがって、第１基材３０ａは、光触媒フィルタとして機能する。第１基材３０ａは、表面３２ａが空間１２に臨むように配置される。表面３２ａは、平面であってもよいし、曲面であってもよい。

第１基材３０ａは、表面３２ａに開けられた複数の開口３４ａを有する。複数の開口３４ａは、その内部に発光素子４２ａを収容するために設けられ、発光素子４２ａの外形に対応した形状を有する。複数の開口３４ａは、例えば、表面３２ａにおいて四方格子状または六方格子状に配置される。本実施の形態において、開口３４ａは、表面３２ａとその反対側の裏面３３ａを貫通する貫通孔である。開口３４ａを形成する壁面３５ａには、酸化チタン等の光触媒が担持されていることが望ましい。

第１発光ユニット４０ａは、複数の発光素子４２ａと、基板４４ａを有する。

発光素子４２ａは、紫外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。発光素子４２ａは、第１基材３０ａに担持される光触媒を励起することができ、かつ、紫外光の直接照射による殺菌・滅菌作用や有機物の分解作用を有する波長帯域の紫外光を発することが望ましい。本実施の形態では、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外領域に含まれるＬＥＤを用いる。特に、殺菌効率および酸化チタンを活性化ささせる効率の高い２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の紫外光を発するものが好ましく、約２６０〜２９０ｎｍ付近の波長の紫外光を発するものを用いることがより好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

複数の発光素子４２ａは、それぞれ対応する第１基材３０ａの開口３４ａの内部に設けられる。発光素子４２ａは、開口３４ａにおいて紫外光の出射面の少なくとも一部が露出するように設けられ、開口３４ａの外に向けて紫外光を放射可能となるように設けられる。また発光素子４２ａは、第１基材３０ａの壁面３５ａにより周囲が囲われるように設けられる。したがって、発光素子４２ａは、紫外光の出射面の少なくとも一部が露出するようにして、第１基材３０ａの内部に埋め込まれているとも言える。

複数の発光素子４２ａは、基板４４ａに実装される。基板４４ａは、第１基材３０ａの裏面３３ａに沿って設けられる。基板４４ａは、発光素子４２ａに駆動電流を供給するための駆動回路や、発光素子４２ａを放熱するためのヒートシンクに接続される。

第２浄化ユニット２０ｂは、第２基材３０ｂと、第２発光ユニット４０ｂを備える。第２基材３０ｂは、表面３２ｂと、裏面３３ｂと、複数の開口３４ｂとを有する。第２基材３０ｂは、上述の第１基材３０ａと同様に構成される。第２発光ユニット４０ｂは、複数の発光素子４２ｂと、基板４４ｂを有する。第２発光ユニット４０ｂも上述の第１発光ユニット４０ａと同様に構成される。

第２浄化ユニット２０ｂは、第２基材３０ｂの表面３２ｂが空間１２に臨むように配置される。つまり、第２基材３０ｂの表面３２ｂが第１浄化ユニット２０ａと対向するように配置される。その結果、第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂは、第１基材３０ａの表面３２ａに向けて第２紫外光４５ｂを発する。逆に、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａは、第２基材３０ｂの表面３２ｂに向けて第１紫外光４５ａを発する。

以上の構成により、浄化装置１０の第１浄化ユニット２０ａは、空間１２に向けて第１紫外光４５ａを発し、対向する第２基材３０ｂの表面３２ｂの光触媒を励起する。また、第１浄化ユニット２０ａは、第１紫外光４５ａによって第１基材３０ａの開口３４ａの近傍の表面３２ａや壁面３５ａの光触媒を励起する。第２浄化ユニット２０ｂは、空間１２に向けて第２紫外光４５ｂを発し、対向する第１基材３０ａの表面３２ａの光触媒を励起する。また、第２浄化ユニット２０ｂは、第２紫外光４５ｂによって第２基材３０ｂの開口３４ｂの近傍の表面３２ｂや壁面３５ｂの光触媒を励起する。このようにして、浄化装置１０は、第１基材３０ａおよび第２基材３０ｂが光触媒作用を発揮するようにするとともに、空間１２に紫外光を放射して、空間１２に位置する水や空気を浄化する。

本実施の形態によれば、光触媒による浄化作用と紫外光照射による浄化作用を組み合わせて用いるため、いずれか一方を用いる場合と比べて浄化能力を高めることができる。また、光触媒フィルタである第１基材３０ａおよび第２基材３０ｂに対向して発光素子４２ａ、４２ｂが配置されるため、光触媒フィルタの全面に紫外光を照射して光触媒作用を発揮させることができる。

本実施の形態によれば、浄化対象とする水や空気の濁度が大きい場合であっても、発光素子４２ａ、４２ｂの近傍に位置する第１基材３０ａまたは第２基材３０ｂの表面３２ａ、３２ｂや壁面３５ａ、３５ｂに紫外光を照射して光触媒作用を発揮させることができる。また、浄化処理を継続させることにより濁度が低下すれば、発光素子４２ａ、４２ｂに対向する第１基材３０ａまたは第２基材３０ｂの表面３２ａ、３２ｂに紫外光を照射できるようになるため、光触媒作用を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る浄化装置１１０の構成を概略的に示す断面図である。浄化装置１１０は、一つの浄化ユニット２０と、浄化ユニット２０に対向する反射面５２を有する反射体５０とを備える点で上述の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に述べる。

浄化ユニット２０は、上述の第１浄化ユニット２０ａまたは第２浄化ユニット２０ｂと同様の構成を有する。浄化ユニット２０は、基材３０と、発光ユニット４０を備える。基材３０は、複数の開口３４が設けられた表面３２と、表面３２と反対側の裏面３３を有する。基材３０の表面３２および壁面３５には、光触媒が担持される。発光ユニット４０は、複数の発光素子４２と、基板４４を備える。発光素子４２は、開口３４の内部に設けられ、開口３４の外に向けて紫外光を発する。

反射体５０は、基材３０の表面３２に対向する反射面５２を有する。反射体５０は、反射面５２と表面３２の間に浄化対象が流通する空間１２を挟むように設けられる。反射面５２は、発光素子４２からの紫外光４５を基材３０の表面３２に向けて反射させる。反射面５２は、紫外光の反射率が高いアルミニウム（Ａｌ）などの材料で構成される。

以上の構成により、浄化装置１１０は、空間１２に向けて紫外光４５を発するとともに、反射面５２を介して紫外光４５を基材３０の表面３２に照射して光触媒を励起する。また、浄化装置１１０は、発光素子４２からの紫外光を開口３４の近傍に位置する表面３２や壁面３５に直接照射して光触媒を励起する。このようにして、浄化装置１１０は、基材３０の表面３２や壁面３５における光触媒作用と、空間１２に照射される紫外光による殺菌作用および分解作用とを用いて、空間１２に位置する水や空気を浄化する。本実施の形態においても、上述の第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る浄化装置２１０の構成を概略的に示す側面図である。浄化装置２１０は、上述の第１の実施の形態における第１浄化ユニット２０ａおよび第２浄化ユニット２０ｂに加えて、第３浄化ユニット２０ｃ、第４浄化ユニット２０ｄをさらに備える点で上述の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に述べる。

四つの浄化ユニット２０ａ〜２０ｄは、浄化対象となる空間１２の四方を囲うように配置される。本実施の形態では、第１浄化ユニット２０ａと第２浄化ユニット２０ｂが対向し、第３浄化ユニット２０ｃと第４浄化ユニット２０ｄが対向するように配置されている。

第３浄化ユニット２０ｃおよび第４浄化ユニット２０ｄは、上述の第１浄化ユニット２０ａ、第２浄化ユニット２０ｂと同様の構成を有する。第３浄化ユニット２０ｃは、第３基材３０ｃと、複数の発光素子４２ｃと、基板４４ｃを備える。第４浄化ユニット２０ｄは、第４基材３０ｄと、複数の発光素子４２ｄと、基板４４ｄを備える。

第３浄化ユニット２０ｃの発光素子４２ｃは、第１基材３０ａ、第２基材３０ｂ、第４基材３０ｄに向けて紫外光を発し、これらの基材の表面に担持される光触媒を励起する。第４浄化ユニット２０ｄの発光素子４２ｄは、第１基材３０ａ、第２基材３０ｂ、第３基材３０ｃに向けて紫外光を発し、これらの基材の表面に担持される光触媒を励起する。

本実施の形態においても上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態によれば、空間１２に接する光触媒の表面積を増やすとともに、空間１２および光触媒に紫外光を照射するための発光素子を増やして、浄化作用をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態の変形例として、四つの浄化ユニット２０ａ〜２０ｄのいずれかを反射体５０に置き換えてもよい。例えば、第４浄化ユニット２０ｄを反射体５０に置き換え、反射面５２が第３浄化ユニット２０ｃと対向するように反射体５０を配置してもよい。また、複数の浄化ユニットを反射体５０に置き換えても良い。例えば、第２浄化ユニット２０ｂと第４浄化ユニット２０ｄをそれぞれ反射体５０に置き換えることとしてもよい。

（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係る浄化装置３１０の構成を概略的に示す断面図である。浄化装置３１０は、光触媒フィルタとして機能する筒状の基材３３０を備える点で上述の実施の形態と異なる。以下、上述の実施の形態との相違点を中心に述べる。

浄化装置３１０は、基材３３０と、第１発光ユニット４０ａと、第２発光ユニット４０ｂと、第３発光ユニット４０ｃと、第４発光ユニット４０ｄを備える。基材３３０は、筒状に形成される光触媒フィルタであり、図５の紙面に垂直な軸方向に延在している。

基材３３０は、内周面３３２と、外周面３３３と、内周面３３２に開けられた複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄを有する。複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、それぞれの周方向の位置が異なるように配置される。本実施の形態において、複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、周方向に等間隔となるよう回転対称の位置に配置される。また本実施の形態において、複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、軸方向の位置が同じとなるように配置される。

複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄの内部には、第１〜第４発光ユニット４０ａ〜４０ｄの対応する発光素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが設けられる。発光素子４２ａ〜４２ｄは、基材３３０に囲われる内部空間３１２に向けて紫外光を発するように設けられる。発光素子４２ａ〜４２ｄは、基材３３０の内周面３３２に紫外光を照射して、内周面３３２に担持される光触媒を励起する。

本実施の形態においても、内部空間３１２に照射される紫外光と、紫外光により励起される内周面３３２の光触媒により、内部空間３１２に位置する水や空気を浄化させることができる。

なお、本実施の形態の変形例として、四つの発光ユニット４０ａ〜４０ｄのいずれかを反射体に置き換えてもよい。例えば、第４発光ユニット４０ｄが設けられる位置の内周面３３２の一部をアルミニウムで被覆して反射面を形成してもよい。また、開口３３４ｄを充填するようにアルミニウムを設けて、開口３３４ｄの位置にのみ部分的に反射面を形成してもよい。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の第１の実施の形態では、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａと、第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂとが互いに対向する位置に設けられる場合を示した。変形例においては、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａの正面に第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂが位置しないように、発光素子４２ａ，４２ｂが互いにずれて配置されてもよい。言いかえれば、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａの正面に第２基材３０ｂの表面３２ｂが設けられ、第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂの正面に第１浄化ユニット２０ａの表面３２ａが設けられてもよい。例えば、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａおよび第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂは、千鳥配置となるように配置されてもよい。このように、それぞれの発光素子４２ａ，４２ｂをずらして配置することで、対向する位置にある基材３０ａ，３０ｂの表面３２ａ，３２ｂのそれぞれに紫外光を効果的に照射することができる。

この変形例は、上述の第３の実施の形態に適用してもよい。第３の実施の形態に適用する場合、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａと、第２浄化ユニット２０ｂの発光素子４２ｂとが千鳥配置となるように構成され、第３浄化ユニット２０ｃの発光素子４２ｃと、第４浄化ユニット２０ｄの発光素子４２ｄとが千鳥配置となるように構成されてもよい。また、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａと第３浄化ユニット２０ｃの発光素子４２ｃとが軸方向（図４の紙面に直交する方向）に互いにずれて配置されてもよい。同様に、第１浄化ユニット２０ａの発光素子４２ａと第４浄化ユニット２０ｄの発光素子４２ｄとが軸方向に互いにずれて配置されてもよい。

この本変形例は、上述の第４の実施の形態に適用してもよい。第４の実施の形態に適用する場合、複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、それぞれの軸方向の位置が異なるように配置されてもよい。例えば、複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、基材３３０の内周面３３２において千鳥配置となるように設けられてもよい。その他、複数の開口３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄは、基材３３０の内周面３３２において螺旋状に順に配置されてもよい。

１０…浄化装置、３０ａ…第１基材、３０ｂ…第２基材、３２ａ，３２ｂ…表面、３４ａ，３４ｂ…開口、４２ａ，４２ｂ…発光素子、５２…反射面。

Claims

光触媒が担持される基材と、
前記基材の表面に開けられた開口の内部に設けられ、前記開口の外に向けて紫外光を発する発光素子と、を備えることを特徴とする浄化装置。
前記発光素子からの紫外光を前記基材の表面に向けて反射させる反射面をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の浄化装置。
前記基材は、第１基材であり、
前記第１基材の前記表面に対向し、光触媒が担持される第２基材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の浄化装置。
前記発光素子は、第１発光素子であり、
前記第２基材の前記第１基材に対向する表面に開けられた開口の内部に設けられ、前記第１基材に向けて紫外光を発する第２発光素子をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の浄化装置。
前記光触媒は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含み、前記基材は、多孔質のセラミックで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の浄化装置。