JP6902315B2

JP6902315B2 - 光触媒清浄のための反応コアシステム

Info

Publication number: JP6902315B2
Application number: JP2017568433A
Authority: JP
Inventors: ジェロドキース，
Original assignee: プラクレンツエルエルシー
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: JP2018526196A; WO2017007898A1; CA2990689A1; KR20180025956A; CN107847630A; CN107847630B; KR102596661B1; US11484622B2; US10786592B2; CA2990689C; US20210023255A1; EP3319649A1; US20180185539A1

Description

相互参照出願

本出願は、２０１５年７月７日に出願された米国仮出願第６２/１８９,６００号の利益を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

屋内の周囲の空気は、健康的な生活環境を維持する上で重要な要素となる。カビ胞子、細菌、ウィルス、アレルゲン、揮発性化学物質（VOCと言われる揮発性有機化合物を含む）及び同様のものが周囲の空気にしばしば存在し、屋外環境よりも屋内環境での方がより濃度が高くなる。さらに、細菌やウィルスのような表面に浮遊する汚染物質は、現代の屋内環境で大きな懸念となっている。これらの病原体は、現代世界の多くの症状や疾患の原因である。

多くの場合、屋内環境は屋外よりもはるかに汚染されている。原因は、より密閉した外構並びにエネルギーを意識する近年の建築傾向があり、これにより屋内の換気が少なくなっていることが挙げられる。この現象は、過去１０数年で数多く研究が行われ、「シックハウス症候群」として説明されている。

屋内の空気質を高めるため、多くのアプローチが実施されている。そのうちの一つのアプローチが光接触酸化（PCO）技術である。金属酸化物触媒、多くの場合二酸化チタンもしくは二酸化ケイ素（またはその他の微量元素を染み込ませる）を活用して、光（一般的に紫外スペクトルだが、常にそうではない）を照射して、照射した面に空気、水、またはその他の気体もしくは液体を流すことで、特定の現象が観察される。これらの現象が関連する反応は複雑であり、現在この反応プロセスの正確な詳細はまだ完全に理解されていない一方で、多くの研究並びに試験がこの技術の有益な用途に適用されている。

金属酸化物に紫外線を照射することによって光触媒面を作るプロセスは、以来商業的環境処理で一般的になっている。PCO反応を起こすコーティングでの特定の添加物（またはドープ剤と呼ばれる）は、金属酸化物コーティングの波長の反応度に変化を起こし、紫外スペクトラムの外側の波長によって、光触媒効果を誘発することが可能になる。様々な種類の金属酸化物が光触媒を引き起こすことが可能であるが、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）はその有益な特性のために最も多く使用され、好まれている。ＴｉＯ_２は、広く入手が可能で、高度に制御可能な物質で、最も効率的なバンドギャップエネルギーが観察され、非常に安定した、持続可能な、そして制御可能なPCO反応を達成する。

ＴｉＯ_２がPCO反応に果たしてきた大きな役割のため、多くの時間が光触媒自体の効率を改善する方法の研究に費やされてきた。微量の他の元素をＴｉＯ_２基質に加える（いわゆるドーピング）ことにより、異なる特質が観察された。銀、ロジウム、金、カーボン、セシウム、ニッケル、プラチナ、銅を添加する研究が行われ、多くの他の元素がPCOプロセスに影響を与えるという報告がされている。

PCO清浄システムが利用できる一方で、現在既存のシステムは多くの欠点がある。具体的には、多くのシステムは光触媒面全体に流体を行き渡らせることにおいて、効率が低い設計であることである。また、多くの設計は、光源が生成する光を利用並びに制御する方法の効率が悪い。現在の多くの設計は、これらの面を改良しようとしてきたが、現在の業界の状況は、まだ改善の余地が残されている。現在の状況で懸念される領域の一つは、低性能のPCO装置はより大きな分子（多くの場合VOC）を部分的に分解して、他のあまり望ましくない化合物（中間物質）が生成される傾向があることである。より効率的なPCO装置設計では、PCO装置が生成する中間物質の数を大幅に減少する。

関連技術の前述の例およびそれに関連する制限は、例示的であり、排他的であることを意味しない。関連技術のその他の制限は、当業者が明細書を読んだ際、及び図面を検討した場合に明らかになるだろう。

概要

次の実施形態とその態様は、システム、ツール、そして方法とともに説明、例示されたもので、例示的事項であり、特許の範囲を制限するものではない。様々な実施形態で、上記の問題の１つ以上が、低減もしくは排除され、その他の実施形態では他の改善を実現している。

先行技術の問題は、流体が通過することができる縦方向軸を有する光触媒リアクター筐体によって克服することができる。光源と、実質的に縦方向軸周辺の光源を取り囲む複数のブレードを保持するフレームを備える。各ブレードは光源に向いた内側面があり、内側面に反対の外側面、長さは縦方向軸に沿って延び、幅は光源周囲に延びる。少なくとも、複数の表面の一部は光触媒酸化特性のある材料でコーティングされており、ブレードの内側面は、光源が発した光の一部を隣接するブレードの基質の他部分へと方向を変換する。光触媒リアクター筐体の一実施形態では、ブレードが少なくともブレードの幅の一部に沿って半径方向に傾斜している。光触媒リアクター筐体の一実施形態では、内側面は光源が発する光の一部を、隣接するブレートの外側面の一部に向け直す、もしくは反射するように構成されている。

本開示の一つの態様は、反応チャンバを供給することであり、その中で光触媒活性が良好に制御され、所望の用途に適合できる。これは、光触媒コーティング層に安定した支持材を使用することで達成され、高い粘着性と耐久性を有し、PCO反応プロセスに現在利用されているチャンバよりも高い性能を示すことができる。改良された光触媒活性は、本開示の光触媒反応に適切な反応チャンバを提供することで得られ、その適切な反応チャンバは、ここで論じる任意の単一の要素、または要素の任意の組み合わせである。特定の要素の組み合わせの実施形態に限定することを意図するものでも、推測すべきでもない。

本開示の別の態様は、任意の数の３次元の空気力学的（または流体力学的）または翼（または水中翼）の形で構成された基本構造である。光触媒コーティングの表面全体に空気抵抗をあまり生じない形状設計を使用することで、PCO反応が起きる領域にわたる乱流を減少し、背圧を減らし、そして層流を増加し、PCOが活発表面にわたる流体の流れを増加し、全体的により効率が高く、制御できる光触媒反応が達成される。

本開示の別の態様は、上述の形状が、円筒形、らせん状、または三次元双曲面状の任意の形態にねじられ、ロフトされ、または歪まされ得る場合である。構造の形をらせん状または双曲面に変えることで、光触媒面を横切って構造体を通過する流体の制御を改善し、光触媒反応を増加させることができる。加えて、開示する筐体は、光触媒作用面の圧力と速度に影響を与え、これが光触媒反応プロセスの出力に影響を与える可能性がある。らせん状もしくはサイクロン状の流体の流れは、流体が構造体を出るとき形成される。これらの流体の流れは、光触媒反応の安定性と効率を改善させる可能性がある。

本開示の別の態様は、基本構造が、先が細くなるらせん状もしくは3次元的な双曲面からなるものである。横方向の表面の形状変化を使用して、流体圧を制御し、構造体を通り光触媒表面を横切って移動して光触媒反応を増加させることができる。構造の特定のテーパーをまた使用して、光源の方向と出力をより良く使用し、その結果、光触媒反応に動力を供給する。

本開示の別の態様は、前に使用した光を他の活性表面または他の所望の領域に再集結させ、能動的もしくは受動的に再集束することによって放出される光量当たりの反応効率を改善することである。光触媒反応性を示すほぼ全ての金属酸化物は、光触媒反応に動力を供給する際に、表面と接触する光の100%を利用しない（ＴｉＯ_２では、紫外線を90°で照射して、およそ70%の効率が観察されている）。反応で利用されない光を、他の光触媒の反応面に向け直し、再集束させることにより、光触媒の効率化がなされる可能性がある。幅広い領域の利用されなかった光を、光触媒反応性面のより小さな領域に再集束させると、より高い強度の方向転換された光の領域を得ることができる。結果、光触媒反応性のより高い領域が得られる。

本開示の別の態様は、基本構造の様々な面を、１種類以上の光触媒素材の調合でコーティングすることである。構造の異なる領域を、光触媒反応性金属酸化物またはそのドープされたバリエーションの異なる配合物でコーティングすることにより、光触媒物質の表面上で異なる複合反応が形成される。この光触媒表面と反応の多様性により、特に関心のある対象要素と反応するように調整することができる。

本開示の別の態様は、基本構造を外部流体移動システムで固定、または回転して独立したダイナミック流体システムとしての役割をすることができるというものである。これらの要素は、完結的な反応システムとして、反応チャンバをファンもしくはポンプとして機能するように動力源を与えるように設計されることも可能である。

本開示の別の態様は、基本構造が光出力のほぼ任意のサイズまたは放射長にスケーラブルであり得るというものである。前述した設計要素は、光源または光触媒活性表面の所望の特性に適合できるよう、異なるサイズおよび構成で表わされている。

上述した例示的な態様および実施形態に加えて、さらなる態様並びに実施形態が、本明細書の一部を形成する添付図面を参照することで明らかになるだろう。同様の参照符号は、いくつかの図で対応する部分を示している。

図１は、反応チャンバを形成する筐体の一実施形態の斜視図である。
図２は、コーティング領域の詳細図を有する実施形態の１つの断面図である。
図３は、反応チャンバを形成する筐体の第２の実施形態の斜視図である。
図４は、図３で示すのと同様の単一ブレードの詳細である。
図５は、反応チャンバを形成する筐体の第３の実施形態の斜視図である。
図６は、図５で示すのと同様の単一ブレードの詳細である。
図７は、支持ブラケットを付加した図５のライン７−７に沿った断面図である。
図８は、図５の実施形態の分解図である。
図９は、図５のコンポーネントの分解図である。
図１０ａと図１０ｂは、レセプタクルを有するランプの部分分解図である。
図１１は、可能な回転を示すための矢印付きの反応チャンバの斜視図である。
図１２は、光のリダイレクションを示す実施形状の断面図である。
図１３は、一組のブレード断面図である。
図１４ａ、図１４ｂおよび図１４ｃは、３つの代替ブレード設計の断面図である。
図１５は、ブレードの1つの断面のクローズアップである。
図１６は、ブレードとそのコアの断面図のクローズアップである。
図１７は、黄金分割によるブレードの１つの可能性のある内側面の導出を示している。
図１８は、複数のコーティングを施したブレードの詳細な概略図である。
図１９は、筐体が回転して空気の動きを生成する本発明の一態様の代替的な実施形態の斜視図である。

本発明の開示された実施形態の詳細を説明する前に、本発明は、その適用が示された特定の構成の詳細に限定されず、他の実施形態も可能であることを理解されたい。例示的な実施形態は、図面の参照図に示されている。ここに開示される実施形態と図面は、限定的なものではなく例示であるとみなすべきであると意図している。また、ここで使用する用語は、説明を目的とするものであり、限定するものではない。

詳細な説明

本開示は、任意のタイプの金属酸化物をコーティングした特定の形状の筐体を使用する改善されたPCO清浄システムのためのシステムおよび方法を対象とするものである。図示の実施形態では、二酸化チタンベースの混合物をその上にコーティングしている。本発明の筐体により、流体の流れと光の封じ込め制御がより可能になり、より容易な製造性、そして部品を個別にコーティングすることが可能になり、コーティング過程をより制御できるようになる。これらの要素それぞれは独立して、より効率が良く、従来技術のPCO反応のより望ましい特性を提供するPCO反応チャンバを生成する。これらの要素は、任意の数の方法で組み合わせることが可能で、任意の取り付けに望ましい条件を作成する。開始条件、流体の流れと所望の結果を注意深く考慮することによって、ユーザーは可能な異なる要素の中から選択して、幅広い種類の気体（または水もしくはその他の流体）の質の条件と設置場所に特に合わせたPCO反応チャンバを作ることが期待される。

開示された構造は、乱流を制限し、より制御された流体の流れを実現し、PCO反応を示すコーティング面にすぐに吸収されなかった光を、PCO反応を示すコーティングをした別の面に方向転換し並びに再集束し、PCO反応を示す表面を流れる流体の圧力と速度を制御し、簡単にPCO反応を示すコーティングのいくつかの異なる調合を取り入れて、目的とする用途に望ましい反応を作り上げる可能性を提供し、または反応チャンバを独自のファンもしくはポンプとして使用して、PCO反応を示す表面上で流体を動かすことで、従来の構造と比較して利点がある。

本開示の実施形態の一つでは、デグサ P25 二酸化チタンの粒子を使用した。デグサ P25 二酸化チタン粒子は、アナターゼ型では約７０−８０％の二酸化チタン、そしてルチル型では約２０−３０％の二酸化チタンで構成されている。本発明の好ましい実施形態に使用されるデグサ P25 二酸化チタン凝集体粒子の平均粒子サイズは、約２０nmである。他の平均粒子サイズまたは配合を有する二酸化チタン粒子は、本発明の範囲内であるとみなす。

デグサ P25 二酸化チタンは、その後、所望の反応成分を達成するために選ばれたその他の微量元素（銀、銅、ロジウム、炭素など）と混合され、ゾル-ゲル法、スパッタリング、スプレー、ディッピング、またはその他の塗布方法で構造の表面に塗布する。任意の光触媒反応を示す金属酸化物、合金、または複合材料のコーティング、接着、または付着の他の方法（機械的接着もしくは化学的接着）は、本発明の範囲内であるとみなす。

以下は、既存もしくは研究されているドーピング剤である光触媒反応を示す物質を含む表である。研究を継続し、PCO反応への他の影響が多く発見されるので、このリストはあらゆる実現可能な化合物を含むものではなく、光触媒反応の過程に観察された影響がある、既知の化学物質のいくつかを説明するものである。

表１は、ドーピング剤に使用するいくつか既知の基本材料のサンプルリストを示す。

表２は、本開示で使用することができる既知のドーピング配合物のサンプを列挙する。

光源は、開示された筐体で囲まれ、PCO活性表面（多くの場合、波長400nm未満で、ＴｉＯ_２の多くの配合物の場合）を刺激する光を放射することができ、金属酸化物でコーティングした表面を刺激して、PCO反応性のある現象を引き起こす。多くの場合、周囲の空気が筐体を通り抜ける流体となり、PCO反応性の現象の影響を受ける。他の流体を使用することもできる。開示された筐体の残りの考察は、空気に関してであるが、どのような流体を選択しても使用することができることを理解すべきである。限定することを意図するものでも、推測すべきでもない。

まず図１と図２を参照して、空気もしくはその他の流体が、光源１２０を含む筐体１００の中を矢印１４０で示す縦方向軸に流れる。これは反応性面を通過するので、PCO反応が生じる。筐体１００には、筐体の縦方向軸に沿って延びる選択した数のブレード１１０がある。図２に示されているように、ブレード１１０の横断面形状は空気力学的な形状で、その内側壁１０８は直線のセグメント、または凹状円弧、スプライン曲線、または放物線状の面の可能性があり、および外側壁１０９は直線のセグメント、凸状円弧、スプライン曲線、または放物線状の面の可能性がある。図示されている実施形態では、ブレード１１０の断面形状は一般的に円弧の形状をしている。大部分の実施形態では、ブレード１１０は空気力学的な形状で、従来の技術設計と比較して乱流を抑えて、流体が筐体内を流れるのを促す。これにより、流体はPCO反応性コーティングを含む表面に導かれる。

これらのブレード１１０は、基本構造１１１を有し、示された実施形態では任意の基材１１２でコーティングされ、そして金属酸化物１１３の配合物でコーティングされている。用途もしくは基本構造１１１に選択した材料によって、基材層はいくつかの実施形態では必要がないこともある。ブレード１１０は、図１に示されるように、ブレード１００の端に取り付けられた第１の保持器１１５と第２の保持器１１４によって固定されている。光源１２０は、図２に示すように筐体中心軸に取り付けられている。示された光源１２０は、T-5 UV電球である。当該技術では幅広い種類の許容できる光源が知られており、図示されている実施形態に限定することを意図するものでも、推測すべきでもない

次に図３を参照する。筐体３００の第２の実施形態が示され、筐体３００には縦方向軸に沿ってねじれたブレード３１０が付いている。ブレード３１０は、図３に示されている形状に加えて、発光または空気力学の特性に最適に合わせるためロフト角をつける、押出成形、またはねじって、シリンダー、らせん状、または３次元の双曲面のいずれの形状にもする事ができる。これらのブレードは、上部保持器３１５と下部保持器３１４で固定されている。

図４は、図３で示したらせん状のねじれのあるブレード３１０の斜視図である。この設計は、図１および図２で概要を説明したブレード設計で構成されており、１インチあたり２７°のねじれでロフト角をつけた又は押出成形を行なっている。このブレード設計の高さは、図示されている実施形態では全体的に３インチである。しかしこの設計は、反応チャンバ内のPCO反応の所望の特性に従って、異なるサイズにスケーリングされ、よりきついもしくはゆるいねじれ（時計回り、または反時計回りの方向で）を与えることが可能である。

第４の実施形態では、図５に示すように、開示した筐体のブレードはまたテーパー、歪み、または３次元もしくは縦方向軸に成形して、発光や流体流動の特性に最適に合わせることができる。図６は、図４で示すように、らせん状のねじれと横方向のテーパーのあるブレード５１０を示している。この設計では、以下に概略を示すように１インチあたり２７°のねじれをつけた、ロフト角をつけたもしくは押出成形、および１インチにつき２０%のテーパー加工を行なっている。このブレード設計の高さは、図示されている実施形態では全体的に３インチである。しかしこの設計は、反応チャンバ内のPCO反応の所望の特性に従って、異なるサイズにスケーリングされ、よりきついもしくはゆるいねじれ（時計回り、または反時計回りの方向で）を与えることが可能である。

図7は、消費者用途に適した反応チャンバ設計の構造である第４の実施形態の一形態の断面図を示している。これには下部ブレードとランプ支持514と、上部ブレードとランプ支持515、およびランプ整列支持116が含まれている。整列支持の詳細は、図10aと10bに強調表示されている。この実施形態では、T-5 UVランプ120が放出する光と縦軸方向に沿って反応チャンバを通過する流体の流れ（下部分から反応チャンバを通過して、ブレードの間のPCO面を横切って、チャンバから出る）の両方をより良く制御するために、横方向と縦方向の両方に歪曲させたブレード５１０を示している。図8の詳細は、ブレード510と下部保持器514の分解図であり、ブレードがどのように保持器に差し込まれているかを強調表示している。これらの保持器の適合は、ブレードと同じ角度でテーパー加工、またはブレードの端をストレート（ねじれやテーパーなし）にして、横断した保持器に差し込むことができる。

図8は、図5で示した好ましい実施形態の分解図である。上部保持器515は、T-5 UVランプ100の上部とブレード510の上部端を支持するのに使用する。上部保持器には流体が通る穴もしくは通路を有してもよく、または流体がブレードの間の表面を通るように囲み、その結果、流体を完全に方向転換することができる。下部保持器514は、ブレードの下部端を支持するのに使用され、光源に対して一定した位置に固定されている。両方の保持器は、ランプ100もしくは整列ピン116にしっかりと貼り付ける（接着剤、超音波溶接、またはその他の接着方法）か、または自由に回転する状態でも良い。図18で詳細を示す。両方の保持器は、ブレードと同じ、または異なるPCOコーティングでコーティングされても、されなくても良い。

図7、8、および図10 aおよび図10bで示すプラグ118と筐体117のT-5（または他の設計）は、好ましい本実施形態を取り付けることができる単なる1つの方法であり、参照として示している。これはまた、整列ピン119がどのようにランプ100のピン140をプラグ118のコンセント141に導き、仕向け、およびサポートすることができるかの関係を示している。

開示する筐体の1つの態様は、PCO反応性コーティングの異なる配合物で、個々のブレードをコーティングできることで、最終的な反応チャンバを特に用途に合わせ、最終用途のニーズに基づいた特定のPCO特性を目標とすることができる。図9は、図5と図6の実施形態の完全な組み立てを、分解したものを示している。各ブレード510は、510a、510b、510cなどに示されているPCOコーティングの特定の配合物でコーティングされることが可能で、上部ブレードとランプ支持515をランプに挿入し、下部ブレードと電球支持514で固定され、ランプ整列支持116によって固定されている。高度なコーティング技術ではあるが、複数のコーティング配合物を単一の基材上に使用することができる。例えば、ブレードの1つの面を1つの配合物でコーティングして、もう1面を第2の配合物でコーティングすることができる。調合物の様々な組み合わせは、現在の調合物の既知の欠点を解決、または特定の配置での特定のニーズを満たすための筐体設計に使用できる。第2の製剤は、例えば第1の製材の部分的反応の結果生成される既知の中間物質を特に分解するように選択することができる。これは、必要に応じての多くの異なる製剤で行うことができる。

図１０ａ−ｂは、ランプ120のピンを電源プラグ118のコンセントに整列させるように設計された整列ピン116の設計を示している。整列ガイド119は、ランプのピンよりも大きく、一般的に断面が放物線状（しかしこの特定の形状は必要ではない）、およびランプのピン140を電源プラグ141に導くために使用される。これにより、エンドユーザーが反応チャンバを特定の用途に取り付けることがより容易になる。ランプのピンより整列ガイド119が大きいことにより、反応チャンバを正確に取り付けることができ、許容誤差がより大きくなり、ランプシートをしっかりと正確にコンセントに固定することになる。

この設計は、流体の流れための独自の動力源として動作することも可能である。図11は、上部および下部ブレード保持器515と514、およびブレード510を回転させることで、ブレードの形状によって流体をPCO反応性面に引き寄せることになることを示す。ランプ100、プラグ118、およびプラグ筐体117は静止状態でも、反応チャンバとともに動いても良い。これにより、本開示筐体をファン、ポンプ、またはその他の流体の移動方法が望ましくないシステム、および/または効率的なシステムで使用することができる。筐体の回転が、外側の流体移動システムを必要とせずに流体を反応チャンバ内で移動させる。筐体の回転は、矢印116で示されている。

図12と図13は、ブレード設計の好ましい実施形態の1つの態様を示している。そこでは、形状108の凹部とブレードの傾き∠401が、PCO反応性面との最初の接触で吸収されなかった少なくとも一部の光を、隣接するブレードの外側表面上に再指向および再集束（反射）させ、チャンバの効率を高める。ブレード110は、範囲200で示されるように半径方向にお互いに重なり合い、各ブレードの中心点を通って線が引かれている。この態様は、以前は環境に拡散して、PCO反応の効率を低下させていた光の一部またはすべてを回収する。この方向転換と再集束は、ランプ120の中心からの放射をとり、ブレード110の内側面接線108と光が接触する角度を測定し、その入射角を横切ってミラーリングすることによって2次元で算出する。これはランプの外面から引き出すことも可能（光の放射は単純にランプの中心を通る幾何学的線ではなく、ランプ全体にわたって発生するから）だが、この簡易図では好ましい本実施形態の要素の意図を示している。光がPCO反応性コーティングを施した他の表面上に向け直されるか又は再集束される任意の実施形態も、本発明の趣旨の範囲内とみなされる。本実施形態では、図示された実施形態から（-3°）〜（+9°）の質量中心を中心としたブレードの回転角度も、依然としてブレード108の内面に衝突する光を、他のPCOコーティングをした次のブレード（109）へ向けて配置され、製造許容誤差に対応する。リアクター構造を構成する幾何学的図形の接線に対する光源において、ある点から生じるベクトルを幾何学的に所望の点へと方向を変える任意の2次元断面も、本実施形態の範囲内であるとみなす。

図13は、ブレード120の関係を断面で示す。角度400は、各ブレードが吸収することのできる放射光の弧を示す。角度401によって示される各ブレードの傾斜は、前方にあるブレードの異なる部分へ再集束した光を向け直すとともに、反応チャンバを通る流体の流れを整えるように調整される。線402で示されるブレード間の距離により、制御可能な速度と圧力で反応チャンバから流体が逃げることが可能になる。線403で示されたチャンバの最大点の範囲が、反応チャンバの全直径を制御する。∠404が示すブレードの重なりは、特にセルの横方向の長さにわたって任意の種類のねじれをブレードに施す設計のチャンバに強く推奨される。ブレードを重ねることによって、反応チャンバまたは、必要に応じてその外にある他のPCO反応性面に光を再集束し、及びリダイレクトすることができる。ブレードを重ねることで、製造プロセスの許容誤差が可能になる。つまり、2-5°の重なりはやや効果があり、6-8° は光が逃げることを低減及び/または防ぐのに最適である。しかし9+°の重なりは、8°を超える重なりであまり改善が見られない。本実施形態の例では、7°のブレードの重なりが最適であると示されている。

現在示されている実施形態の寸法は次のようである：

図13は、図5で示したテーパー状の実施形態の最底部の断面図である。

図14a-cで示されるように、反応チャンバの様々な実施形態で、多かれ少なかれ重なりを持つことが可能、または必要であるかもしれず、ブレードのねじれ及び選択した光量を方向転換したいという望みに少なくとも部分的に依存して、それぞれの状況に最も効率の良いブレード設計に繋がる。開示された実施形態は、任意の所与の状況に対して所望される各ブレードの設計に基づいて、重なりを制御する能力を有する。ブレード形状、ブレードの重なり、ブレードの傾斜、コーティング、チャンバサイズを含む、開示された筐体のすべての開示された要素は、所与の環境に適応して変更することができ、その結果選択された結果を生成する。例えば、水（空気ではなく）で使用されるように設計された反応チャンバの力をより良好に受け入れるには、ブレードの数を少なくし、より大きくして、厚みのある方が望ましく、その場合でもなお、光がPCO反応性のコーティングでコーティングされた他の面に再集束されるように設計することが望ましい場合がある。別の例では、許容誤差がゆるい製造プロセスでは、重なりを大きくつけることで、PCO反応性表面に接することなく反応チャンバから逃げてしまう光量を減らす。
図15は、内部（通常凹型）の表面108が形成されるブレード110の詳細図で、直線部分または凹型の弧、スプライン、または放射線状表面を作って、外側（通常凸型）面109と繋がり、直線のセグメントもしくは凹型の円弧、スプライン、または放射線状表面を作って、直線もしくは丸みのある接続107と繋がっている。これらの表面107、108、109は左右対称である必要はなく、より複雑な一連の形状で構成され、流体の流れ、光の制御、そして製造可能性のための所望の特性を達成することができる。内面108と外面109の違いは、ブレードの厚さ451で、これはブレードの幅および縦軸の広がりの両方にわたって変化し得る。厚みに変化をつけると、チャンバの構造的特徴を変えることになるが、ブレードの表面を流れる流体の流れにも影響を与える。翼形部並びに水中翼に同様の特性（ベルヌーイの定理およびベンチュリ効果を含む）を利用し、内面108を流れる流体の流れは、外面109の上を流れるものとは異なることがある。これは、流体の流れをよりよく制御して、PCO反応の特性と効率を改善するのに望ましい現象であり得る。

図16は、図5で示したブレードの実施形態の設計の数学的表現である。これらの測定は、ブレード設計の基礎にあり、セル全体の断面に幾何学的には類似しているが、ブレードに対して最大点（基礎）の寸法が与えられている。

図示された実施形態では、内面108は、2つの円弧 108aと108bで構成されており、外面109は単一の円弧109で構成されている。各弧（cl08a、cl08b、cl09）に中心が与えられており、座標はランプの中心（ｃ１００）から各表面に与えられている。円弧長もまた各円弧に与えられている。

リアクター構造を他の所望の点上に構成する幾何学的図形の接線に対して光源内の点から生じるベクトルを幾何学的に再指向及び/または反射する任意の2次元断面も、本実施形態の範囲内であると考えられる。図示された実施形態では、接続面107は半径0.03のフィレットである。そのフィレットとしての単純さゆえに、この円弧の中心は与えられていない。そして、小半径は許容誤差と丸め誤差により不正確さにつながり得る。図13で与えられている情報を合わせて、2次元ブレード設計の完全な表現を外挿できる。このブレード設計は、異なるサイズにスケーリングするか、歪曲もしくは伸長、またはその基本設計から変更することができる。本開示の範囲内の任意の数の他の測定値も同様に使用することができ、測定に対する限定を意図するものでも、推測すべきでもない。

図17は、内面108がその隣のブレード110の外面109上への光を方向転換する1つの誘導を表わす。これは、一般的に黄金分割として知られるものの近似の分析を通じて実現した。これはこの目的の実施形態の必要な特性ではないが、この初期設計はこの近似に基づいて確立された。

図18は、開示設計のさらなる変形実施形態を示す。開示されたブレードのいずれかの異なる表面を、異なるPCO反応性コーティングの配合物で、各ブレードの異なる部分にコーティングして、異なる反応特性を達成することが可能である。コーティング領域の1つの可能なセットは、主要反応表面領域（425）、2次反応表面領域（426）、及び1つ以上の3次反応表面領域（427）として示されている。この意図は、最大強度で光は主要な表面領域（425）に衝突し、光触媒として反応に吸収されるか、第2の表面領域（426）に向け直されるかのいずれかである。この第2の表面領域には、主要な反応表面領域のコーティングよりも、低い強度の光が照射された場合に、より効率的な反応をするように特別に調整された異なるPCO反応性コーティングがされていてもよい。3次反応表面領域は、他の配合物のPCO反応性コーティングがされている可能性があり、このコーティングは「中間物質」（PCO反応によってまだ完全に分解されていないより大きな成分）と反応する特別に設計されたコーティング、特定の分子を分離するコーティング、または光触媒活性にほとんど光を必要としない他の反応性要素である。異なる表面コーティングの任意の数の可能な変形を採用できる。図示された実施形態に対する限定を意図するものでも、推測すべきでもない。

筐体の代替実施形態が図19に示されている。空気または他の流体が、縦方向軸に沿って光源120を含む筐体900を通って、矢印９１５が示すようにPCO反応が生ずるべく反応表面901をわたって流れる。筐体900には、この筐体の縦方向軸に沿って延びるブレード910が選択した数だけある。ブレード910の横断面形状は平らである。

これらのブレード910は、上述したように、金属酸化物または他のコーティングの配合物でコーティングされている。ブレード910は、図19で示すように、ブレード910の端に取り付けられた第１の保持器915と第2の保持器914によって定位置に保持される。光源120は、図2で示すように、筐体の中心軸に取り付けられている。図示されている光源120は、T-5 UV電球である。広範囲の許容可能な光源が当該技術分野において知られているが、図示された実施形態に限定することを意図するものでも、推測すべきでもない。この実施形態では、筐体900は矢印916の方向に回転し、矢印914で示すように筐体を通る空気流を生成する。図示された実施形態のブレードの平らな断面図は、使用されなかったUV光の反射量を減らすが、ブレードの傾きによりそれが依然として起こる。半径方向にブレードを重ねることは、この実施形態で必須ではない。

いくつかの例示的な態様および実施形態が上記で議論されてきたが、当業者であれば、特定の変更、置換、追加、およびサブコンビネーションを認識するだろう。従って、以下の付属の特許請求の範囲は、そのような変更、置換、追加、およびサブコンビネーションの全てがそれらの真の趣旨および範囲内であることを含むと解釈されることが意図される。本明細書に記載される各装置の実施形態には、多数の等価物を有する。

使用された用語と表現は、説明の用語として使用され、限定するためではない。そして、示され説明された特徴、またはその一部の等価物を除外するような用語および表現の使用には意図されていないが、特許請求される発明の範囲内で様々な変更が可能であることを理解されたい。従って、本発明は好ましい実施形態および任意の特徴によって特別に開示されているが、本明細書に開示された概念の変更および変形は、当業者によって採用されてもよく、そのような変更および変形は付属の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内であるとみなされる。明細書に範囲が示されるときはいつでも、全ての中間範囲および部分範囲、そして与えられた範囲に含まれる全ての個々の値は、開示に含まれることを意図する。

一般的に、本明細書で使用される用語と語句は、当技術分野で認識された意味を有する。そしてそれらは、当業者が知っている標準的なテキスト、ジャーナル参考文献および文脈を参照することで見つけることができる。上記の定義は、本発明の文脈におけるそれらの特定の使用を明確にするために提供される。

Claims

光触媒リアクター筐体であって、
前記光触媒リアクター筐体の長手方向軸である縦方向軸に沿って延びる光源と前記縦方向軸の周りに実質的に前記光源を取り囲む複数のブレードを保持するフレームを備え、
前記ブレードは、前記ブレードと前記光源の間に形成された空間を流体が流れることができるように、前記光源から間隔を置いて配置されるとともに、前記光源に対して回転できないように固定されており、
各ブレードは、前記光源に向いている内面と、前記内面の反対側であって前記光源に向いていない外面とを有し、長さは前記縦方向軸に沿って延び、幅は前記光源の周りで広がり、
前記ブレードの表面の少なくとも一部には、光触媒酸化特性を有する素材がコーティングされ、
各ブレードの内面は前記光源が放出する一部の光量を隣接するブレードの前記外面に向け直し、再集束するように構成され、
前記流体が前記縦方向軸に沿って前記光触媒リアクター筐体内を通って流れる光触媒リアクター筐体。
前記ブレードの幅の少なくとも一部に沿って、前記ブレードが半径方向に傾斜している、請求項１に記載の光触媒リアクター筐体。
前記ブレードの少なくとも一部の内面に第１円弧および第２円弧からなる凹形状を有する、請求項１または請求項２に記載の光触媒リアクター筐体。
前記ブレードが前記縦方向軸に沿ってねじれている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体。
前記ブレードが、前記縦方向軸の少なくとも一部に円弧形状の断面を有する、請求項３または請求項４に記載の光触媒リアクター筐体。
前記ブレードの幅は、前記縦方向軸の少なくとも一部に沿ってテーパー状である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体。
前記筐体の外側半径が、前記縦方向軸の少なくとも一部に沿って徐々に小さくなる、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体。
前記ブレードの少なくとも一部が隣接するブレードと前記縦方向軸の半径方向に重なっている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体。
前記筐体を通って流体が移動するように、前記筐体が前記縦方向軸の周りに回転する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体。
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体であって、少なくとも１つの前記ブレードの表面の少なくとも一部に、光触媒の酸化特性を有する第２の素材がさらにコーティングされており、第１と前記第２の素材が異なる光触媒特性を有する、光触媒リアクター筐体。
前記第１の素材が前記ブレードの前記内面に位置し、前記第２の素材が前記ブレードの前記外面に位置する、請求項１０に記載の光触媒リアクター筐体。
前記第１の素材が他のブレードに配置され、前記第２の素材が残りのブレードに配置される、請求項１０に記載の光触媒リアクター筐体。
請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の光触媒リアクター筐体であって、少なくとも１つの前記ブレードの表面の少なくとも一部に光触媒酸化特性を有する第３の素材がさらにコーティングされ、前記第１、前記第２、および前記第３の素材が異なる光触媒特性を有する、光触媒リアクター筐体。