JP6471003B2 - 流体浄化装置および流体浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体を浄化するための浄化装置および該浄化装置を用いた流体の浄化方法に関する。

二酸化チタン等の光触媒は、その光触媒作用により有機物を分解し、防汚、防臭、抗菌作用等の機能を発揮することが知られており、このような光触媒の機能を利用した浄化装置や浄化方法が注目されている。

本発明者らは、光触媒を担持させる多孔質セラミックについて、その気孔径の形状や大きさを好適に設定することにより、光触媒を容易に担持させることができるとともに、光触媒の脱落を生じ難くさせ、高い光触媒作用を発揮する多孔質セラミックを見出している（例えば、特許文献１参照）。

本願図面の図６に示すように、上記の浄化装置４００においては、浄化装置４００の内壁に光触媒を担持し、空気の流入口４２から排出口４３の間に邪魔板４０を設け、浄化装置４００の内側に紫外線ランプ４１の照射部４１ａを設けることで、光触媒を活性化させるものである。

浄化装置４００の内部をこのような構造とすることで、流入口４２から流入した空気が、図中に示す空気の流路４５に沿って移動することとなる。そのため、邪魔板４０がない場合よりも、空気が浄化装置内に留まる時間が長くなり、浄化装置４００の内壁表面に担持された光触媒に空気中の有機物が接触しやすくなるため、空気が浄化されやすくなる構成となっている。

特開２０１２−１０２０００号公報

しかしながら、上記のような浄化装置の構造では、流体の流路が１つしか設けられていないため、流体浄化装置内において対流が生じにくかった。そのため、多孔質セラミックに担持された光触媒に流体中の有機物が接触する頻度が少なく、浄化装置の単位容積あたりの流体の浄化効率が低かった。

本発明は、流体が流入する流入口と、光触媒を担持した多孔質セラミックと、流入した流体が排出される排出口とを有する流体浄化装置であって、前記多孔質セラミックの少なくとも一部が、流入した流体に接触するように、流入口と排出口との間に設けられることにより、流体の流路が少なくとも２つ設けられる、流体浄化装置に関する。

本発明は、さらに、多孔質セラミックが、板状の多孔質セラミック板であり、該多孔質セラミック板が、略平行に複数配置される、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、流体浄化装置内に仕切りが構成され、仕切りが略直線状に配置された多孔質セラミック板によって構成され、略直線状に配置された多孔質セラミック板によって、複数の間隙が構成される、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、多孔質セラミックが、流体の通過孔を有する、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、隣接して対面する該多孔質セラミック板の平面方向における該間隙または該通過孔の位置が互いに重ならないように配置されている、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、仕切りが、該間隙または該通過孔で構成される流体の抜け道を複数有し、仕切りの面積に対する流体の抜け道の断面の合計面積の比率が１／２５〜１／２である仕切りを複数有する、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、隣接する仕切りの間に、光触媒を活性化するための紫外線照射装置を備える、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、さらに、多孔質セラミックが、流体との接触面に対して開口する気孔径１μｍ以下の気孔を有する、流体浄化装置であることが好ましい。

本発明は、上記の流体浄化装置を用いた流体浄化方法に関する。

本発明は、さらに、排出口側に流体を吸引する手段を備え、流入口から排出口へ流体を吸引した状態で流体浄化装置を作動させる、流体浄化方法であることが好ましい。

本発明においては、流体の流路が少なくとも２つ設けられているため、従来の流体浄化装置に比べて、流体浄化装置内において対流が生じやすくなる。その結果、多孔質セラミックに担持された光触媒に流体中の有機物が接触する頻度が増加し、流体浄化装置の単位容積あたりの流体の浄化効率が向上する。

図１は、本発明の流体浄化装置の一例の水平断面図である。 図２は、本発明の流体浄化装置の一例の水平断面図である。 図３は、本発明の流体浄化装置の一例の水平断面図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の流体浄化装置における仕切りの一例を示す垂直断面図である。 図５は、本発明の流体浄化装置の一例の流入口側の垂直断面図である。 図６は、従来の流体浄化装置の水平断面図である。

本発明の流体浄化装置について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。なお、本発明の範囲は、図面および以下の説明によって限定的に解釈されるべきものではない。

本発明に用いることのできる流体は、特に限定されないが、例えば、空気などの気体、水などの液体が挙げられる。

図１に本発明の流体浄化装置の一例の水平断面図を示す。本発明の流体浄化装置１００は、流体が流入する流入口１２と、光触媒を担持した多孔質セラミックと、流入した流体が排出される排出口１３とを有する。上記流入口１２と排出口１３との間には、少なくとも一部が流入した流体に接触するように、多孔質セラミックが設けられることにより、流体の流路１５が少なくとも２つ設けられている。

図１には、流体浄化装置１００が直方体形状の場合の水平断面図を示しているが、流体浄化装置１００の内部における形状は、特に限定されず、例えば、円柱、多角柱、それらが「Ｊ」字のように湾曲した構造、「Ｙ」字のように分岐した構造などが挙げられる。流体浄化装置１００の内部における形状は、流体浄化装置１００が設置されるスペースの形状等に適合し得る任意の形状とすることができる。なお、流体浄化装置１００の内壁を、光触媒を担持した多孔質セラミックで構成してもよい。

流入口１２の形状や構造は、特に限定されるものではないが、流体浄化装置１００本体に流体を取り込む効率が良好になるように、開口面積が大きく設定されることが好ましい。排出口１３も、流入口１２と同様に、その形状や構造は特に限定されるものではなく、流体の排出効率の点から開口面積を大きく設定することが好ましい。

多孔質セラミックの形状は、特に限定されないが、板状の多孔質セラミック板１０であると、流体浄化装置１００内における多孔質セラミックの充填性が向上し、流体浄化装置の単位容積あたりの浄化効率が向上する傾向にある。多孔質セラミックの形状または板状の多孔質セラミック板１０の形状は、すべて同一であってもよいし、異なるものを用いてもよい。

板状の多孔質セラミック板１０の配置態様は、特に限定されないが、略平行に複数配置されると、流体浄化装置１００内における多孔質セラミックの充填性が向上し、流体浄化装置の単位容積あたりの浄化効率が向上する傾向にある。また、図２の流体浄化装置２００のように、複数の多孔質セラミック板２０が略平行に不規則に配置された態様も、本発明の実施形態に含まれる。

図１において、流体浄化装置１００内に、仕切り１６が構成されることにより、流体浄化装置１００内に流体が留まる時間が長くなったり、多孔質セラミックに担持させた光触媒に、流体中の有機物が接触する頻度が向上したりする傾向にある。

各多孔質セラミック１０は、外枠１４によりその一部が流体浄化装置１００の内壁に固定されている。外枠１４は、流体浄化装置１００の内部において、１つの内壁に設けられていても、複数の内壁に設けられていてもよい。例えば、仕切り１６を９０度回転させるようにして、多孔質セラミック１０を複数配置した態様も、本発明の実施形態に含まれる。

仕切り１６の形状や構造は、流体の抜け道１９が設けられたものであれば、特に限定されないが、略直線状に配置された多孔質セラミック板１０によって構成され、略直線状に配置された多孔質セラミック板１０によって、複数の間隙が構成されるものであると、流体浄化装置１００内における多孔質セラミックの充填性が向上し、流体浄化装置の単位容積あたりの浄化効率が向上する傾向にある。また、図３の流体浄化装置３００のように、仕切り３６が構成されて、流体の抜け道３９が複数設けられていれば、流体の抜け道３９がどのような位置にある態様であっても、本発明の実施形態に含まれる。

また、本発明においては、上記のように多孔質セラミック板１０を略直線状に配置して複数の間隙を構成する態様とせずに、板状の多孔質セラミック板１０のような多孔質セラミックの一部を刳り貫くなどして流体の通過孔を構成する態様としてもよい。そのため、多孔質セラミックが、流体の通過孔を有する態様であれば、流体浄化装置１００内における多孔質セラミックの充填性を高くしつつ、流体浄化装置の単位容積あたりの浄化効率を向上できる傾向にある。

隣接して対面する多孔質セラミック板（仕切り１６）の平面方向における該間隙または該通過孔の位置が互いに重ならないように配置されていると、流体浄化装置１００内において、流体の対流がより生じやすくなる傾向にある。また、仕切り１６と仕切り１６の間に流体が留まる時間が長くなり、光触媒と流体中の有機物との接触回数を十分に確保できる傾向もある。以上のように、流体浄化装置１００内に流体が留まる時間が増加するとともに、流体の対流が増加しやすい構造であると、それらの相乗作用によって、流体の浄化効率が向上する傾向にある。

各仕切り１６における多孔質セラミック板１０は、流体浄化装置１００内に流体の流路１５を少なくとも２つ設けられるように配置されていればよい。図１に示すように、多孔質セラミック板１０は各仕切り１６において複数設けることができる。多孔質セラミック板１０の設置数が多くなり、流体の流路１５が増えると、生じる対流の数が増加して浄化効率が向上する傾向にある。また、流体浄化装置１００内において、流体が撹拌されやすくなるため、流体の浄化が均一に行われやすくなる傾向もある。また、すべての仕切り１６に、流体の抜け道１９を２つ以上設ける構成としてもよいし、特定の仕切り１６に、流体の抜け道１９を２つ以上設ける構成としてもよい。

なお、本発明において、流体の抜け道１９は、各仕切り１６において多孔質セラミック板１０を所定の間隔を空けて複数設けることで形成される隙間や、一枚の多孔質セラミック板１０を流体浄化装置１００の内壁の一端から離して設けることで形成される隙間や、一枚の多孔質セラミック板１０の一部を刳り貫いて形成する通過孔など、流体が通過できる空間のことをいい、多孔質セラミックに形成される多孔は、流体の抜け道１９には該当しない。

図１には、多孔質セラミック板１０によって構成される仕切り１６が７つ、略平行に設けられた態様を示しているが、この仕切り１６の数は一例にすぎない。多孔質セラミックやそれによって構成される形状にもよるが、流体浄化装置１００内に設けられる仕切り１６の数が、およそ５〜２０であると、流入する流体の浄化効率が良好になる傾向にある。

隣接する仕切り１６において多孔質セラミック板１０の平面方向における流体の抜け道１９の位置が互いに重ならないように配置するための一例を図１、図４（ａ）および（ｂ）により説明する。

図４（ａ）および（ｂ）は、図１に示す本発明の流体浄化装置１００における各仕切り１６の多孔質セラミック板１０の配置の一例を示す垂直断面図である。図４（ａ）は図１の流入口１２側から数えて奇数番目の仕切り１６における多孔質セラミック板１０の配置を、図４（ｂ）は図１の流入口１２側から数えて偶数番目の仕切り１６における多孔質セラミック板１０の配置を示す。

各図において、多孔質セラミック板１０は、流体の抜け道１９が形成されるように、間隔をあけて外枠１４に固定されて設置されている。奇数番目の仕切り１６における流体の抜け道１９に相当する位置には、偶数番目の仕切り１６において流体の抜け道１９を設けない態様としている。

隣接する仕切り１６において流体の抜け道１９の位置が重ならない限り、流体の抜け道１９の位置は不規則に設けてもよい。また、隣接する仕切り１６において、流体の抜け道１９の位置が、互いに重なる箇所が多少あっても、隣接する仕切り１６において、流体の抜け道１９の位置が、互いに重ならない箇所が、ある程度設けられていればよい。

なお、仕切り１６に構成される流体の抜け道１９の数をａ_ｎとしたとき、流体の流路１５の数Ｎは、Ｎ＝ａ_１×ａ_２×…×ａ_ｎで表すことができる。例えば、図１においては、ａ_１＝３、ａ_２＝４、ａ_３＝３、ａ_４＝４、ａ_５＝３、ａ_６＝４、ａ_７＝３であるため、流体の流路１５の数Ｎは、Ｎ＝３×４×３×４×３×４×３＝５１８２で表すことができる。

仕切り１６が、間隙または通過孔で構成される流体の抜け道１９を複数有し、仕切り１６の面積に対する流体の抜け道１９の断面の合計面積の比率が１／２５〜１／２である仕切り１６を複数有することにより、流体の対流が生じる頻度および流体が仕切り１６間に留まる時間が向上する傾向にある。仕切り１６の面積に対する流体の抜け道１９の断面の合計面積の比率は１／２０〜１／２．５であることがさらに好ましい。本実施形態において、仕切り１６の面積に対する流体の抜け道１９の断面の合計面積の比率は、およそ１／１５〜１／３である。

隣接する仕切り１６の間に、光触媒を活性化するための紫外線照射装置１１を備える構成であると、光触媒の活性化が効率的に行われ、流体の浄化効率が向上する傾向にある。

このとき、各仕切り１６間の空間において、多孔質セラミック板１０に保持された光触媒が、紫外線照射装置１１による紫外線の照射により活性化され、光触媒に接触した流体中の有機物が分解される。その結果、流体中のいわゆる汚れ、臭い、菌等を減退することができる。

本発明の流体浄化装置１００において、紫外線照射装置１１は、照射部１１ａと電源接続部１１ｂとを備える（図１、図５参照）。流体浄化装置１００の外壁側に取り出された電源接続部１１ｂは、支持板１７上に設けられた操作部１８を通じて、紫外線照射装置１１の入り切りの信号を伝達する。紫外線照射装置１１の設置数は、各仕切り１６の間に１本以上設けられることが好ましく、多孔質セラミック板１０の表面全体に紫外線を照射できる数が設けられることがより好ましい。

多孔質セラミックが、流体との接触面に対して開口する気孔径１μｍ以下の気孔を有するものであると、光触媒が多孔質セラミックに担持されやすく、かつ、脱落しにくくなるため、流体浄化装置１００の浄化機能を長期間維持できる傾向にある。

また、多孔質セラミックの気孔内に光触媒を担持させることができるため、バインダやコーティング剤を用いずに光触媒を多孔質セラミックに担持させることができる。その結果、光触媒がバインダまたはコーティング剤で覆われることがないので、その光触媒効果を十分に発揮することができる。多孔質セラミック板１０の厚さは特に限定されるものではないが、１〜５０ｍｍ程度、より好ましくは５〜２０ｍｍ程度とすることで、多孔質セラミックへの光触媒の充填効率が良好となり、その結果、光触媒による流体の浄化効率を向上させることができる。

本発明の流体浄化装置１００を用いた流体浄化方法により、従来の流体浄化方法に比べて、流体の対流が生じやすくなるため、多孔質セラミックに担持された光触媒に流体中の有機物が接触する頻度が増加し、単位容積あたりの流体の浄化効率が向上する傾向にある。

本発明の流体浄化装置１００を用いた流体浄化方法について、図１を用いて説明する。流入口１２側から流体浄化装置１００内に取り込まれた流体は、各仕切り１６の間に形成された空間に適度に留まりつつ、流体の抜け道１９を通じて排出口１３側へと移動する。このとき、流体の流路１５は、例えば、１５ａ、１５ｂ、１５ｃのように表すことができる。

排出口１３側に流体を吸引する手段（不図示）を備え、流入口１２から排出口１３へ流体を吸引した状態で流体浄化装置１００を作動させることにより、流体の浄化速度が向上する傾向にある。また、流体の吸引によって、流体の流速が上昇すると、対流の流速も上昇するため、流体浄化装置１００の内部が対流を生じやすい構成であるほど、流体中の有機物が光触媒に接触する頻度が増加するようになる。そのため、短い浄化時間で効率的な浄化機能を発揮することができるようになる。

流体を吸引する手段は、特に限定されるものではなく、流体浄化装置１００の大きさ（排出口１３の面積）に併せて、市販の吸引式流体輸送装置を採用すればよい。

１０ 多孔質セラミック板
１１ 紫外線照射装置
１２ 流入口
１３ 排出口
１４ 外枠
１５ 流体の流路
１６ 仕切り
１７ 支持板
１８ 操作部
１９ 流体の抜け道
１００ 流体浄化装置

Claims (7)

1. 流体が流入する流入口と、光触媒を担持した多孔質セラミックと、流入した流体が排出される排出口とを有する流体浄化装置であって、
   前記多孔質セラミックの少なくとも一部が、流入した流体に接触するように、流入口と排出口との間に設けられることにより、
   流体の流路が少なくとも２つ設けられ、
   多孔質セラミックが、板状の多孔質セラミック板であり、
   該多孔質セラミック板が、略平行に複数配置され、
   流体浄化装置内に仕切りが構成され、
   仕切りが略直線状に配置された多孔質セラミック板によって構成され、
   略直線状に配置された多孔質セラミック板の間には、複数の間隙が構成され、
   仕切りと仕切りの間の空間に、多孔質セラミック板が略直線状に並べられた方向に沿うように、略棒状の紫外線照射装置が設けられている、
   流体浄化装置。
2. 多孔質セラミックが流体の通過孔を有する、請求項１に記載の流体浄化装置。
3. 隣接して対面する該多孔質セラミック板の平面方向における該間隙または該通過孔の位置が互いに重ならないように配置されている、請求項１または２に記載の流体浄化装置。
4. 仕切りが、該間隙または該通過孔で構成される流体の抜け道を複数有し、
   仕切りの面積に対する流体の抜け道の断面の合計面積の比率が１／２５〜１／２である仕切りを複数有する、請求項３に記載の流体浄化装置。
5. 多孔質セラミックが、流体との接触面に対して開口する気孔径１μｍ以下の気孔を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の流体浄化装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の流体浄化装置を用いた流体浄化方法。
7. 排出口側に流体を吸引する手段を備え、流入口から排出口へ流体を吸引した状態で流体浄化装置を作動させる、請求項６に記載の流体浄化方法。

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