WO2013133433A1 - Photocatalyst reactor - Google Patents

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黒田 充
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株式会社 潤工社
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Abstract

[Problem] To provide a photocatalyst reaction unit and a photocatalyst reactor with high processing capacity on the basis of high light utilization efficiency. [Solution] A photocatalytic reaction unit is provided with a light guide body, which is provided with a light guide body substrate, which has a vertical axis line, a peripheral surface around the vertical axis line, and two end surfaces that cross the vertical axis line, and a photocatalyst layer affixed to the peripheral surface or an intermediate layer provided on the peripheral surface of the light guide body substrate, the photocatalytic reaction unit also being provided with a light source disposed such that the light there from is incident into the light guide body substrate from at least one end surface of the light guide body substrate and also having the light guide body inserted into a fluid to be processed. The light guide body has recessed parts formed continuously or partially centered on the vertical axis line such that at least part of the light incident from the end surface radiates to the photocatalyst layer side.

Description

光触媒反応装置Photocatalytic reactor
 本発明は、光触媒反応を利用して流体を処理する光触媒反応装置に関するものである。 The present invention relates to a photocatalytic reaction apparatus that processes a fluid using a photocatalytic reaction.
 例えば廃液等の被処理流体を、光触媒反応を利用して、脱臭、殺菌、又はウイルスの不活化等を行う装置が特許文献1で知られている。特許文献1に示された装置は、光触媒の塗布された板状の複数の光導波路と、各光導波路の一端側に設けられた集光レンズと、複数の光導波路に対して共通の一つの光源とを備えており、光導波路の一端から入射されて外周面から放射される光によって光触媒反応を引き起こすものである。この装置は、光触媒が塗布された、光を放射する光導波路によって、透明度の低い被処理流体であっても光触媒反応を利用した処理を実施できる。 For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for performing deodorization, sterilization, virus inactivation, or the like on a fluid to be treated such as waste liquid using a photocatalytic reaction. The apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of plate-like optical waveguides coated with a photocatalyst, a condensing lens provided on one end side of each optical waveguide, and a common one for the plurality of optical waveguides. A light source, and causes a photocatalytic reaction by light incident from one end of the optical waveguide and emitted from the outer peripheral surface. This apparatus can carry out a treatment utilizing a photocatalytic reaction even with a fluid to be treated having a low transparency by an optical waveguide that emits light and coated with a photocatalyst.
特開平9-299937号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-299937
 しかしながら、特許文献1の装置の光導波路によると、光源側の端面から入射した光のうち、外周面に関しての臨界角より大きな角度の光線は全反射をして反対側の端面から放射されて光触媒反応に殆ど寄与できず、また臨界角より小さな角度の光線は、光導波路の外周面から放射されるが、そのほとんどが入射端に近い区間から放射される。このため、特許文献1の装置の光導波路によると、そこに入射した光の一部しか利用できず、また光導波路の長さが比較的短いものしか利用できないと考えられる。 However, according to the optical waveguide of the apparatus of Patent Document 1, light having an angle larger than the critical angle with respect to the outer peripheral surface out of the light incident from the end surface on the light source side is totally reflected and emitted from the end surface on the opposite side. Light rays that hardly contribute to the reaction and are smaller than the critical angle are emitted from the outer peripheral surface of the optical waveguide, but most of them are emitted from a section near the incident end. For this reason, according to the optical waveguide of the apparatus of Patent Document 1, it is considered that only a part of the light incident thereon can be used, and only the optical waveguide having a relatively short length can be used.
 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い光の利用効率に基づく処理能力の高い光触媒反応ユニット及び光触媒反応装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a photocatalytic reaction unit and a photocatalytic reaction apparatus having a high processing capability based on high light utilization efficiency.
 上記課題を解決するために本発明の第1の態様は、縦軸線、及び縦軸線の回りの外周面、及び縦軸線に交差する二つの端面を有する導光体基体と、導光体基体の外周面に又は外周面上に設けた中間層に固定された光触媒層と、を具備する導光体と、導光体基体の少なくとも一方の端面から導光体基体内に光が入射するように配置された光源と、を具備し、処理すべき流体中に導光体が挿入される、光触媒反応ユニットであって、導光体が、端面から入射された光の少なくとも一部を光触媒層側に放射するように設けられた凹部を有しており、凹部が縦軸線を中心として連続的又は部分的に形成されている光触媒反応ユニットを提供する。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention includes a light guide body having a vertical axis, an outer peripheral surface around the vertical axis, and two end faces intersecting the vertical axis, A light guide comprising a photocatalyst layer fixed to an outer peripheral surface or an intermediate layer provided on the outer peripheral surface, and light incident on the light guide base from at least one end face of the light guide base. A photocatalytic reaction unit, wherein the light guide is inserted into a fluid to be processed, wherein the light guide transmits at least part of light incident from the end face to the photocatalyst layer side. The photocatalytic reaction unit is provided with a concave portion provided so as to radiate to the surface, and the concave portion is formed continuously or partially around the longitudinal axis.
 これによれば、導光体の端面から入射した光の成分のうち、従来は全反射をして反対側の端面から出射して光触媒反応にはほとんど寄与しなかった光の成分が縦軸線を中心として連続的又は部分的に形成された凹部によって導光体の外周面から放射されるので、そのような凹部を設けなかった場合に比べて光強度の増大及び分布の改善が実現され、その結果、光の利用効率及び処理能力の高い光触媒反応ユニットが実現可能にされる。 According to this, among the light components incident from the end face of the light guide, the light component that has been totally reflected and emitted from the opposite end face and hardly contributed to the photocatalytic reaction has a vertical axis. Since the light is radiated from the outer peripheral surface of the light guide body by the concave portion formed continuously or partially as the center, the light intensity is increased and the distribution is improved as compared with the case where such a concave portion is not provided. As a result, a photocatalytic reaction unit having high light utilization efficiency and high processing capacity can be realized.
 本発明の第1の態様では、中間層が光透過性のチューブであることが好適である。 In the first aspect of the present invention, the intermediate layer is preferably a light transmissive tube.
 本発明の第1の態様では、凹部が複数の環状溝で構成され、複数の環状溝が、導光体の縦軸線方向に対し一定のピッチ又は変化するピッチで配列されてよい。  In the first aspect of the present invention, the recess may be configured by a plurality of annular grooves, and the plurality of annular grooves may be arranged at a constant pitch or a varying pitch with respect to the longitudinal direction of the light guide. *
 本発明の第1の態様では、導光体は、光源側の端面からの、溝のない溝なし区間を有しており、溝なし区間の長さが環状溝のピッチより大であることが好適である。 In the first aspect of the present invention, the light guide has a grooveless section without grooves from the end surface on the light source side, and the length of the grooveless section is larger than the pitch of the annular grooves. Is preferred.
 本発明の第1の態様では、環状溝の断面形状が、U字状又は半円状又は半円より浅い円弧状又はV字状のいずれかであってよい。 In the first aspect of the present invention, the cross-sectional shape of the annular groove may be any of a U shape, a semicircular shape, an arc shape shallower than a semicircle, or a V shape.
 本発明の第1の態様では、光源が導光体の端面に近接して配置されてよい。これにより、簡易な構造で、光源と導光体との間の光の結合効率を上げることが可能になる。 In the first aspect of the present invention, the light source may be disposed close to the end face of the light guide. Thereby, it becomes possible to raise the coupling efficiency of the light between a light source and a light guide with a simple structure.
 本発明の第1の態様では、光触媒反応ユニットは、光源と導光体との間に配置された少なくとも一つのレンズを更に具備してよい。これにより、光の結合効率をさらに高めるとともに、導光体に対する光の所望の入射角度範囲を得ることが可能になり、その結果、導光体外周面のより望ましい光の強度分布を得ることが可能になる。 In the first aspect of the present invention, the photocatalytic reaction unit may further include at least one lens disposed between the light source and the light guide. As a result, it is possible to further increase the light coupling efficiency and to obtain a desired incident angle range of light with respect to the light guide, and as a result, to obtain a more desirable light intensity distribution on the outer peripheral surface of the light guide. It becomes possible.
 本発明の第2の態様は、第1の態様の光触媒反応ユニットを一つ又は複数、及び、処理すべき流体の流通路を形成するケーシングを具備する光触媒反応装置であって、一つ又は複数の光触媒反応ユニットの導光体が流通路内に配置される光触媒反応装置を提供する。一つのケーシングに一つの導光体を配置した光触媒反応装置では、導光体上の触媒層とケーシング内周面との距離が1.5mm以下であることが好適である。これにより、流体中の有機物の分解、酸化還元反応等による処理効果(分解効果)を大きく向上させることができる。また、一つのケーシングに第1の態様の光触媒反応ユニットを複数配置した光触媒反応装置では、細長く形成することのできる第1の態様の光触媒反応ユニットを高密度に実装することが可能にされるので、広い光触媒層の表面積を有した処理能力の高い光触媒反応装置が実現可能にされる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a photocatalytic reaction device comprising one or a plurality of photocatalytic reaction units of the first aspect and a casing forming a flow passage for a fluid to be treated. The photocatalytic reaction device in which the light guide of the photocatalytic reaction unit is disposed in the flow path is provided. In the photocatalytic reaction device in which one light guide is arranged in one casing, it is preferable that the distance between the catalyst layer on the light guide and the inner peripheral surface of the casing is 1.5 mm or less. Thereby, the processing effect (decomposition effect) by decomposition | disassembly of the organic substance in a fluid, oxidation reduction reaction, etc. can be improved significantly. In addition, in the photocatalytic reaction device in which a plurality of the photocatalytic reaction units of the first aspect are arranged in one casing, it is possible to mount the photocatalytic reaction units of the first aspect that can be formed elongated in high density. Thus, it is possible to realize a photocatalytic reaction device having a large surface area of a photocatalyst layer and a high processing capability.
 本発明の第2の態様では、一つ又は複数の光触媒反応ユニットの各々が、光源と導光体との間に配置された少なくとも一つのレンズを具備し、複数の光触媒反応ユニットのレンズが、一つ又は複数の光触媒反応ユニット間で共通の基材に一体に形成されてよい。これにより、導光体が多数あったとしても光軸調整を簡単に行うことが可能になる。 In the second aspect of the present invention, each of the one or more photocatalytic reaction units includes at least one lens disposed between the light source and the light guide, and the lenses of the plurality of photocatalytic reaction units include: One or a plurality of photocatalytic reaction units may be integrally formed on a common substrate. This makes it possible to easily adjust the optical axis even when there are many light guides.
図1は本発明による第1の実施形態の光触媒反応ユニットの部分断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view of a photocatalytic reaction unit according to a first embodiment of the present invention. 図2は本発明による光触媒反応ユニットの環状溝の断面形状を示す導光体の拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the light guide showing the sectional shape of the annular groove of the photocatalytic reaction unit according to the present invention. 図3は第1の実施形態の光触媒反応ユニットの環状溝における光の反射を模式的に示す導光体の拡大縦断面図である。FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of the light guide schematically showing the reflection of light in the annular groove of the photocatalytic reaction unit of the first embodiment. 図4は本発明による第2の実施形態の光触媒反応ユニットの要部の部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the main part of the photocatalytic reaction unit according to the second embodiment of the present invention. 図5は本発明による第4の実施形態の光触媒反応ユニットの導光体を一つ配置した光触媒反応装置の模式的縦断面図である。FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a photocatalytic reaction device in which one light guide of a photocatalytic reaction unit according to the fourth embodiment of the present invention is arranged. 図6は第4の実施形態の光触媒反応装置の分解効果と、導光体上の光触媒層とケーシング内周面との距離との関係を表す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the decomposition effect of the photocatalytic reaction device of the fourth embodiment and the distance between the photocatalytic layer on the light guide and the inner peripheral surface of the casing. 図7は本発明による第4の実施形態の光触媒反応ユニットの導光体を複数配置した光触媒反応装置の模式的縦断面図である。FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view of a photocatalytic reaction device in which a plurality of light guides of the photocatalytic reaction unit according to the fourth embodiment of the present invention are arranged. 図8は第4の実施形態の光触媒反応装置の第1集合レンズの平面図である。FIG. 8 is a plan view of the first collective lens of the photocatalytic reaction device of the fourth embodiment. 図9は第4の実施形態の光触媒反応装置の第2集合レンズの平面図である。FIG. 9 is a plan view of the second collective lens of the photocatalytic reaction device of the fourth embodiment. 図10は本発明による光触媒反応ユニットの環状溝の変更例の断面形状を示す導光体の拡大縦断面図であるFIG. 10 is an enlarged longitudinal sectional view of a light guide showing a sectional shape of a modified example of the annular groove of the photocatalytic reaction unit according to the present invention.
 本発明の第1の実施形態による光触媒反応ユニット1について、図1~図3を参照して説明する。
 第1の実施形態の光触媒反応ユニット1は、縦軸線Axを有する細長い円柱状の導光体基体9と、導光体基体9の外周面11に被せられた光透過性のチューブ40と、前記チューブ40の外周面に薄く均一に塗着された酸化チタンからなる光触媒層(図示せず)とを具備する導光体10、及びこの導光体10の図1の上端面の上方に配置された光源20、及び前記光源20と導光体10の上端面との間に配置されてそれらの光の結合効率を高めると共に導光体に対する望ましい光の入射角度範囲を得るレンズ群30、及びチューブ40の先端側に設けられた円柱状の封止部材50、及び前記光源20とレンズ群30を導光体10に連結する鏡筒60を有している。なお、前記チューブ40は導光体基体9と光触媒層との間の中間層である。
A photocatalytic reaction unit 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The photocatalytic reaction unit 1 according to the first embodiment includes an elongated cylindrical light guide base 9 having a longitudinal axis Ax, a light-transmitting tube 40 covered on the outer peripheral surface 11 of the light guide base 9, A light guide 10 including a photocatalyst layer (not shown) made of titanium oxide thinly and uniformly applied to the outer peripheral surface of the tube 40, and the light guide 10 is disposed above the upper end surface of FIG. A light source 20, and a lens group 30 and a tube which are disposed between the light source 20 and the upper end surface of the light guide 10 to increase the coupling efficiency of the light and obtain a desired incident angle range of light to the light guide. A columnar sealing member 50 provided on the front end side of 40 and a lens barrel 60 for connecting the light source 20 and the lens group 30 to the light guide 10 are provided. The tube 40 is an intermediate layer between the light guide base 9 and the photocatalyst layer.
 光源20は、紫外線を発する発光ダイオード21を備えており、発光ダイオード21の発光部であるLEDチップ22の中心が導光体10の縦軸線Ax上に位置するように鏡筒60によって保持されている。また、光源20は、発光ダイオード21が固定される基板23とその基板23に接続されたリード線(図示せず)も備えていて、図示しない電源から電力が供給される。 The light source 20 includes a light emitting diode 21 that emits ultraviolet rays. The light source 20 is held by the lens barrel 60 so that the center of the LED chip 22 that is a light emitting portion of the light emitting diode 21 is positioned on the vertical axis Ax of the light guide 10. Yes. The light source 20 also includes a substrate 23 to which the light emitting diode 21 is fixed and a lead wire (not shown) connected to the substrate 23, and is supplied with power from a power source (not shown).
 レンズ群30は、本実施形態では、光源20側の両凸レンズである第1レンズ31と、半球レンズである第2レンズ32とを含んでおり、その光軸が導光体10の縦軸線Ax上に位置するように鏡筒60によって保持されている。 In this embodiment, the lens group 30 includes a first lens 31 that is a biconvex lens on the light source 20 side and a second lens 32 that is a hemispherical lens, and the optical axis thereof is the vertical axis Ax of the light guide 10. It is held by the lens barrel 60 so as to be positioned above.
 光透過性のチューブ40は、光源20の発する紫外線を透過するフッ素樹脂製の熱収縮タイプのものである。このチューブ40は、導光体基体9の外周面11を基端部から先端部まで覆っており、さらに導光体基体9の先端部に続いて配置された封止部材50も覆っている。チューブ40は、熱収縮タイプのものであるので、熱収縮されて導光体基体9と封止部材50に密着されている。なお、封止部材50とチューブ40の内周面との隙間から、処理すべき液体が浸入しないように、チューブ40と封止部材50は互いに溶着されている。また、本実施形態のチューブ40は、導光体基体9に被せられて、熱収縮により導光体基体9と封止部材50に密着せしめられた後に、酸化チタンが塗着されている。 The light transmissive tube 40 is a heat shrinkable type made of a fluororesin that transmits ultraviolet rays emitted from the light source 20. The tube 40 covers the outer peripheral surface 11 of the light guide substrate 9 from the base end portion to the distal end portion, and also covers the sealing member 50 disposed following the distal end portion of the light guide substrate base 9. Since the tube 40 is of a heat shrink type, it is heat shrunk and is in close contact with the light guide base 9 and the sealing member 50. The tube 40 and the sealing member 50 are welded to each other so that the liquid to be processed does not enter from the gap between the sealing member 50 and the inner peripheral surface of the tube 40. In addition, the tube 40 of the present embodiment is covered with the light guide base 9, and after being brought into close contact with the light guide base 9 and the sealing member 50 by thermal contraction, titanium oxide is applied thereto.
 封止部材50は、白色のフッ素樹脂製のものであり、その内側の端面51で光をできるだけ反射させることも意図されている。したがって、光の反射効率を高めるために、封止部材50にアルミ真空蒸着を施したり、及び/又は封止部材50の内側の端面51を円錐状の凸面として形作ってもよい。 The sealing member 50 is made of a white fluororesin, and it is also intended to reflect light as much as possible at the inner end face 51. Therefore, in order to improve the light reflection efficiency, aluminum sealing may be performed on the sealing member 50 and / or the inner end face 51 of the sealing member 50 may be formed as a conical convex surface.
 第1の実施形態の光触媒反応ユニット1の導光体基体9は、直径約6mmで全長1mの細長い石英ガラス製のものであって、平滑な外周面11及び上端面12及び下端面13を有しており、外周面11には、上端からの一定の区間L(以後「溝なし区間」と呼ぶ)を除いて、多数の環状溝14が縦軸線Ax方向の約3mmのピッチPで先端部まで形成されている。前記溝なし区間Lは、環状溝14のピッチPよりも大きく、本実施形態では導光体基体9の直径の約2倍の長さで設けられている。また、前記導光体基体9の材質は、紫外線透過性のある、合成石英や硼珪酸ガラス、フッ素樹脂などでもよい。 The light guide substrate 9 of the photocatalytic reaction unit 1 of the first embodiment is made of an elongated quartz glass having a diameter of about 6 mm and a total length of 1 m, and has a smooth outer peripheral surface 11, upper end surface 12 and lower end surface 13. On the outer peripheral surface 11, except for a certain section L from the upper end (hereinafter referred to as “groove-free section”), a large number of annular grooves 14 are formed at the tip portion at a pitch P of about 3 mm in the direction of the vertical axis Ax. Is formed. The grooveless section L is larger than the pitch P of the annular groove 14 and is provided with a length of about twice the diameter of the light guide substrate 9 in this embodiment. The material of the light guide base 9 may be synthetic quartz, borosilicate glass, fluororesin, or the like, which is UV transmissive.
 複数の環状溝14は、導光体基体9の上端面12から入射した光を外周面11から放射するために形成されて配列されており、その断面形状は、本実施形態では図2の(a)に示されるU字形をしている。また、環状溝14の表面は、導光体基体9の外周面11と同程度に平滑にされている。 The plurality of annular grooves 14 are formed and arranged to radiate light incident from the upper end surface 12 of the light guide base body 9 from the outer peripheral surface 11, and the cross-sectional shape thereof is shown in FIG. It is U-shaped as shown in a). The surface of the annular groove 14 is smoothed to the same extent as the outer peripheral surface 11 of the light guide base 9.
 ところで、本実施形態では、チューブ40が導光体基体9に密着しているとはいえ、チューブ40と導光体基体9との間には空気層が存在すると考えられ、そうすると導光体基体9の外周面11で全反射の発生する約43°の臨界角が存在する。一方、フッ素樹脂製のチューブ40と導光体基体9の表面との間に空気層が存在しないと仮定したときにも、フッ素樹脂の屈折率は石英ガラスより小さいので臨界角が存在する。従って、いずれにしろ本実施形態の光触媒反応ユニット1では、導光体基体9の端面12から入射した光のうち、臨界角より小さな角度を有する光線は外周面11で全反射することなく、主に入射端に近い溝なし区間Lから大部分が放射され、臨界角より大きな角度を有する光線は、外周面11で全反射して導光体基体9の中を進むが、反対側の端面13に到達する前に、大部分の角度の光線が多数の環状溝14のどれかに当たり、その環状溝14の表面から導光体基体9の外へ放射する。これは、図3に模式的に示されるように、外周面11で全反射して進行していた光線Rが環状溝14の光源20に近い方の側面(図の右側の側面)に当たり、その側面に関する入射角が、環状溝14のU字の底部に当たった場合を除いて、臨界角よりもはるかに小さくなるからである。 By the way, in the present embodiment, although the tube 40 is in close contact with the light guide base 9, it is considered that an air layer exists between the tube 40 and the light guide base 9, and then the light guide base is formed. 9 has a critical angle of about 43 ° at which total reflection occurs on the outer peripheral surface 11. On the other hand, even when it is assumed that there is no air layer between the tube 40 made of fluororesin and the surface of the light guide substrate 9, a critical angle exists because the refractive index of fluororesin is smaller than that of quartz glass. Therefore, in any case, in the photocatalytic reaction unit 1 of the present embodiment, the light having an angle smaller than the critical angle out of the light incident from the end surface 12 of the light guide substrate 9 is not totally reflected by the outer peripheral surface 11 and is mainly reflected. Most of the light rays radiated from the grooveless section L close to the incident end and having an angle larger than the critical angle are totally reflected by the outer peripheral surface 11 and travel through the light guide substrate 9, but the opposite end surface 13. Before reaching, most of the angle of light strikes one of the many annular grooves 14 and radiates out of the light guide substrate 9 from the surface of the annular groove 14. This is because, as schematically shown in FIG. 3, the light ray R that has traveled by being totally reflected by the outer peripheral surface 11 hits the side surface (the side surface on the right side of the drawing) closer to the light source 20 of the annular groove 14, This is because the incident angle with respect to the side surface is much smaller than the critical angle except when it hits the bottom of the U-shape of the annular groove 14.
 環状溝14の光源20に近い方の側面から導光体基体9の外へ出射した光線Rは、直接的にあるいは環状溝14内で1回又は複数回反射してチューブ40に達し、チューブ40を透過して、チューブ40の表面に付着している光触媒層(図示せず)を照射する。このとき、環状溝14から放射された光は、チューブ40の内周面との間でも複雑な反射を繰り返しつつチューブ40に入射することで光の拡散効果がおき、このため図3において破線で示す範囲へ拡散して、環状溝14の真上だけでなく溝と溝の間の中間領域でも十分な光強度を得ることができる。 The light beam R emitted from the side surface of the annular groove 14 closer to the light source 20 to the outside of the light guide substrate 9 is reflected directly or within the annular groove 14 one or more times to reach the tube 40. The photocatalyst layer (not shown) adhering to the surface of the tube 40 is irradiated. At this time, the light radiated from the annular groove 14 is incident on the tube 40 while repeating complicated reflections with the inner peripheral surface of the tube 40, thereby causing a light diffusion effect. By diffusing to the range shown, sufficient light intensity can be obtained not only directly above the annular groove 14 but also in an intermediate region between the grooves.
 また光強度の縦軸線Ax方向のマクロな分布については、一例として、直径6mm、全長1mの前述の導光体基体9に、溝幅0.25mm、溝深さ0.17mmのU字溝を3mmのピッチPで配置し、フッ素樹脂チューブ40を被せた場合、測定された光強度は、光源20のLEDが出力400mWのとき、入射端から20mmの位置で10mW/cm2、500mmの位置で13mW/cm2、700mmの位置で5.3mW/cm2、900mmの位置で2.7mW/cm2、最先端部で1.7mW/cm2であった。光強度が1mW/cm2以上あれば酸化チタンの光触媒反応には充分であることがわかっているので、本実施形態の光触媒反応ユニット1によると、直径6mmで全長1mといった非常に細長い導光体基体9を用いた場合であっても、その基端部から先端部まで必要な光強度を得られることが確認された。 As for the macro distribution of the light intensity in the direction of the vertical axis Ax, as an example, a U-shaped groove having a groove width of 0.25 mm and a groove depth of 0.17 mm is formed on the above-described light guide body 9 having a diameter of 6 mm and a total length of 1 m. When arranged at a pitch P of 3 mm and covered with a fluororesin tube 40, the measured light intensity is 10 mW / cm 2 at a position 20 mm from the incident end and a position of 500 mm when the LED of the light source 20 has an output of 400 mW. 13mW / cm 2, 2.7mW / cm 2 at the position of 700mm at a position of 5.3mW / cm 2, 900mm, was 1.7 mW / cm 2 at the cutting edge portion. Since it is known that a light intensity of 1 mW / cm 2 or more is sufficient for the photocatalytic reaction of titanium oxide, according to the photocatalytic reaction unit 1 of this embodiment, a very long light guide having a diameter of 6 mm and a total length of 1 m. Even when the substrate 9 was used, it was confirmed that necessary light intensity could be obtained from the base end portion to the tip end portion.
 ところで、本実施形態におけるフッ素樹脂製のチューブ40の主な働きとして、酸化チタンの付着強度を、石英ガラス製導光体基体9への直接塗布の場合に比べて高めること、及び導光体基体9に対する保護性を高めること、及び導光体基体9が処理液体中で破損した場合の破損導光体の回収を容易にすることが挙げられるが、さらに、環状溝付きの導光体基体9にチューブ40を被せることにより、チューブ40を被せなかった場合に比べて2倍以上光強度が増大することが、本発明の発明者らによって確認されている。 By the way, as a main function of the fluororesin tube 40 in this embodiment, the adhesion strength of titanium oxide is increased as compared with the case of direct application to the quartz glass light guide substrate 9, and the light guide substrate. The protection of the broken light guide when the light guide substrate 9 is broken in the processing liquid is facilitated, and the light guide substrate 9 with an annular groove is further mentioned. It has been confirmed by the inventors of the present invention that covering the tube 40 with the tube 40 increases the light intensity more than twice as compared with the case where the tube 40 is not covered.
 以上のように構成された、光触媒反応ユニット1は、処理すべき液体(図示せず)の外にレンズ群30及び光源20を配置して導光体10を液体中に浸漬して光源20を発光させることにより、液体中の有機物の分解、酸化還元反応等の処理を行うことができる。また、必要に応じて、細長い導光体10の破損を防ぐためにそれをサポート部材(図示せず)で支持してもよい。 In the photocatalytic reaction unit 1 configured as described above, the lens group 30 and the light source 20 are disposed outside the liquid (not shown) to be processed, and the light guide 10 is immersed in the liquid to place the light source 20 in the liquid. By emitting light, treatments such as decomposition of organic substances in liquid and oxidation-reduction reaction can be performed. Moreover, in order to prevent the elongate light guide 10 from being damaged, it may be supported by a support member (not shown) as necessary.
 次に第2の実施形態による光触媒反応ユニット2について、図4を参照して、以下に説明する。この実施形態の光触媒反応ユニット2はレンズ群30を有さないことにおいて第1の実施形態の場合と異なるが、その他の構成は同様である。光源20の発光ダイオード21は、その発光部であるLEDチップ22が、可能な限り導光体10の端面に近接するように、導光体10に結合される。また、結合には連結スリーブ160が用いられ、連結スリーブ160と、導光体10及び発光ダイオード21は接着固定されている。 Next, the photocatalytic reaction unit 2 according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. The photocatalytic reaction unit 2 of this embodiment is different from that of the first embodiment in that it does not have the lens group 30, but the other configurations are the same. The light emitting diode 21 of the light source 20 is coupled to the light guide 10 so that the LED chip 22 that is the light emitting portion is as close to the end face of the light guide 10 as possible. Further, a coupling sleeve 160 is used for coupling, and the coupling sleeve 160, the light guide body 10, and the light emitting diode 21 are bonded and fixed.
 このようにレンズ群30を設けないことによって、構造を簡素化して製造コストを低下することができるが、第1の実施形態の場合に比べて、光源20と導光体10との間の光の結合効率が低下するとともに、導光体10の基端部側での光の放射の割合が増加するので導光体10の可能な長さが短くなる。但し、従来は全反射をして光触媒反応にはほとんど寄与しなかった光の成分が環状溝14によって外周面11から放射されるので、環状溝14を設けなかった場合に比べて光強度の増大と分布の改善が実現される。 By not providing the lens group 30 in this way, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced, but the light between the light source 20 and the light guide 10 can be reduced as compared with the case of the first embodiment. As the coupling efficiency of the light guide body 10 decreases, the proportion of light emission on the base end side of the light guide body 10 increases, so the possible length of the light guide body 10 becomes shorter. However, since the light component that has been totally reflected and hardly contributed to the photocatalytic reaction is radiated from the outer peripheral surface 11 by the annular groove 14, the light intensity is increased as compared with the case where the annular groove 14 is not provided. And improved distribution.
 次に第3の実施形態による光触媒反応ユニット3について以下に説明する。この実施形態の光触媒反応ユニット3は、フッ素樹脂製のチューブ40を有さず、そのため光触媒層がチューブ40ではなく導光体基体9に塗着されることにおいて第1の実施形態のものと異なるが、その他の構成は同様である。また、このため第3の実施形態の作図は省略される。この実施形態の光触媒反応ユニット3は、前述したチューブ40による効果を示さないが、従来は全反射をして光触媒反応にはほとんど寄与しなかった光の成分が環状溝14によって外周面11から放射されるので、環状溝14を設けなかった場合に比べて光強度の増大と分布の改善が実現される。 Next, the photocatalytic reaction unit 3 according to the third embodiment will be described below. The photocatalytic reaction unit 3 of this embodiment does not have the fluororesin tube 40, and therefore differs from that of the first embodiment in that the photocatalyst layer is applied to the light guide substrate 9 instead of the tube 40. However, other configurations are the same. For this reason, the drawing of the third embodiment is omitted. The photocatalytic reaction unit 3 of this embodiment does not show the effect of the tube 40 described above, but the light component that has been totally reflected and hardly contributed to the photocatalytic reaction in the past is radiated from the outer peripheral surface 11 by the annular groove 14. Therefore, an increase in light intensity and an improvement in distribution are realized as compared with the case where the annular groove 14 is not provided.
 ところで、酸化チタンの屈折率は、2.5程度であり、石英ガラスよりも大きいので、酸化チタンを石英ガラス製の導光体基体9に付着させた場合は光の全反射は起こらない。しかしながら、酸化チタンの光触媒層は、その付着強度を確保するために、バインダーを介して導光体基体9に塗着されなければならず、またそのようなバインダーは石英ガラス材料より小さな屈折率を有するので、導光体基体9の外周面11に関する全反射の臨界角は本実施形態の場合も存在する。したがって、第3の実施形態においても環状溝14が有効に作用する。 By the way, since the refractive index of titanium oxide is about 2.5 and is larger than that of quartz glass, total reflection of light does not occur when titanium oxide is attached to the light guide body 9 made of quartz glass. However, the titanium oxide photocatalyst layer must be applied to the light guide substrate 9 via a binder to ensure its adhesion strength, and such a binder has a lower refractive index than the quartz glass material. Therefore, the critical angle of total reflection regarding the outer peripheral surface 11 of the light guide base 9 also exists in the present embodiment. Therefore, the annular groove 14 acts effectively also in the third embodiment.
 次に本発明の第4の実施形態による光触媒反応装置4(a)について、図5を参照して説明する。この光触媒反応装置4(a)は、第1の実施形態の光触媒反応ユニット1と同様の機能を有する光触媒反応ユニット101と、処理すべき流体の流通路71を形成するケーシング70とを具備している。 Next, a photocatalytic reaction device 4 (a) according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This photocatalytic reaction device 4 (a) includes a photocatalytic reaction unit 101 having the same function as the photocatalytic reaction unit 1 of the first embodiment, and a casing 70 that forms a flow passage 71 of a fluid to be processed. Yes.
 ケーシング70は、流体の流通路71が形成された円筒状の本体72と、前記ユニット101の光源120及びレンズ130が配置される光源収容部73を区画形成するキャップ74と、流通路71と光源収容部73を互いに隔離する円板状の隔離板75とを有しており、キャップ74と本体72は図示しないフランジ部において固定されている。また、電気ケーブル76がキャップ74から導出されている。 The casing 70 includes a cylindrical main body 72 in which a fluid flow passage 71 is formed, a cap 74 that defines a light source housing 73 in which the light source 120 and the lens 130 of the unit 101 are disposed, and the flow passage 71 and the light source. It has a disc-shaped separating plate 75 that separates the accommodating portion 73 from each other, and the cap 74 and the main body 72 are fixed at a flange portion (not shown). An electric cable 76 is led out from the cap 74.
 本体72には、図5の左上側に液体の流入口77が、及び左下側に流体の流出口78が設けられている。また、隔離板75は、光触媒反応ユニット101の導光体110を上部で位置決めして保持する機能も有している。 The main body 72 is provided with a liquid inlet 77 on the upper left side in FIG. 5 and a fluid outlet 78 on the lower left side. The separator 75 also has a function of positioning and holding the light guide 110 of the photocatalytic reaction unit 101 at the top.
光触媒反応ユニット101は、光源120とレンズ130を有していて、レンズ130は両凸レンズから構成されており、スペーサー79により位置決めして保持されている。光源120は発光ダイオード121が固定される基板123に実装されており、放熱フィン124を有している。 The photocatalytic reaction unit 101 includes a light source 120 and a lens 130. The lens 130 is composed of a biconvex lens, and is positioned and held by a spacer 79. The light source 120 is mounted on a substrate 123 to which the light emitting diode 121 is fixed, and has heat radiation fins 124.
 本実施形態の光触媒反応装置4(a)において、流通路71を形成する光触媒反応ユニット101の光触媒層とケーシング70の内周面との距離は1.5mm以下であることが好適である。この実施形態の光触媒反応装置4(a)におけるケーシングは円筒状のものであったが、ケーシングの横断面の幾何学的形状は円形に限定されるものではなく任意の形状が可能であり、例えば楕円形、及び三角形、正方形、長方形、五角形等の任意の多角形の形状が可能であり、ここで「光触媒反応ユニットの光触媒層とケーシング内周面との距離」とは、その光触媒層とケーシング内周面との距離のうち最短の距離を意味する。このように反応装置を構成することにより、流体中の有機物の分解、酸化還元反応等による処理効果(分解効果)を大きく向上させることができる。 In the photocatalytic reaction device 4 (a) of this embodiment, the distance between the photocatalytic layer of the photocatalytic reaction unit 101 forming the flow passage 71 and the inner peripheral surface of the casing 70 is preferably 1.5 mm or less. The casing in the photocatalytic reaction device 4 (a) of this embodiment is cylindrical, but the geometric shape of the cross section of the casing is not limited to a circle and can be any shape, for example, An elliptical shape and an arbitrary polygonal shape such as a triangle, a square, a rectangle, a pentagon, etc. are possible. It means the shortest distance from the distance to the inner peripheral surface. By configuring the reaction device in this way, it is possible to greatly improve the treatment effect (decomposition effect) due to decomposition of organic substances in the fluid, oxidation-reduction reaction, and the like.
処理対象である有機物などの微細な粒子を含む流体は、光触媒反応ユニット101とケーシング70とで囲まれた流通路71を通過することになるが、流体中の粒子が効率的に分解されるためには粒子が光触媒層により多く接触する必要がある。
一方で単位時間当たりの処理量を多くするためには分解効果を維持できる範囲で、流速をより早くすることが望ましい。この観点において、分解効果と、光触媒反応ユニット101の光触媒層とケーシング70の内周面との距離との関係を求めるために、ケーシング内径を変化させた反応装置3サイズについて、流速を変えて検討を行った。
ここでは、光触媒反応ユニット101の光触媒層外径を6.6mmに固定し、光触媒反応ユニット101とケーシング70の内周面との距離を0.60mm、1.25mm、1.65mmとなる3サイズの光触媒反応装置を製作し、その光触媒反応装置をチューブでポンプと連結して処理流体を循環させてその分解効果を確認した。処理溶液には一定の濃度に調整されたメチレンブルー溶液を用い、分解効果を、下記の数式で求められる光触媒反応装置を通過する1回あたり(1パスあたり)のメチレンブルーの濃度変化率で表した結果を表1と図6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
表1
図6は、表1の結果について、縦軸をメチレンブルー濃度変化率、横軸を光触媒反応ユニット101の光触媒層とケーシング70の内周面との距離としてその関係を示しており、図6から光触媒層とケーシング内周面との距離が1.5mm以下のときに1パスあたりの分解効果が大きく向上することが分かる。このときの流速による分解効果への影響について見ると流速による分解効果の違いはほとんど無く、この光触媒反応装置において、流体の流速よりも光触媒層とケーシング70の内周面との距離が分解効果に大きな影響をあたえていることが確認できる。
A fluid containing fine particles such as organic substances to be processed passes through a flow passage 71 surrounded by the photocatalytic reaction unit 101 and the casing 70, but the particles in the fluid are efficiently decomposed. Requires more particles to contact the photocatalytic layer.
On the other hand, in order to increase the processing amount per unit time, it is desirable to increase the flow rate within a range in which the decomposition effect can be maintained. From this point of view, in order to obtain the relationship between the decomposition effect and the distance between the photocatalyst layer of the photocatalytic reaction unit 101 and the inner peripheral surface of the casing 70, the reactor 3 size in which the casing inner diameter was changed was examined by changing the flow rate. Went.
Here, the photocatalyst reaction unit 101 has an outer diameter of 6.6 mm and the distance between the photocatalyst reaction unit 101 and the inner peripheral surface of the casing 70 is 0.60 mm, 1.25 mm, and 1.65 mm. The photocatalytic reaction apparatus was manufactured, and the photocatalytic reaction apparatus was connected to a pump with a tube and the treatment fluid was circulated to confirm the decomposition effect. A methylene blue solution adjusted to a constant concentration is used as the treatment solution, and the decomposition effect is expressed as the rate of change in the concentration of methylene blue per pass (per pass) obtained by the following formula. Is shown in Table 1 and FIG.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Table 1
FIG. 6 shows the relationship of the results shown in Table 1 with the vertical axis representing the methylene blue concentration change rate and the horizontal axis representing the distance between the photocatalyst layer of the photocatalytic reaction unit 101 and the inner peripheral surface of the casing 70. FIG. It can be seen that the decomposition effect per pass is greatly improved when the distance between the layer and the inner peripheral surface of the casing is 1.5 mm or less. Looking at the influence of the flow velocity on the decomposition effect at this time, there is almost no difference in the decomposition effect due to the flow velocity. In this photocatalytic reaction device, the distance between the photocatalyst layer and the inner peripheral surface of the casing 70 is more effective than the fluid flow velocity. It can be confirmed that it has a great influence.
 本実施形態による光触媒反応装置4(a)は、処理すべき流体の処理量等に対応して必要数並列接続して配置することが可能であり、流通路71に流体を一回流通させた時の液体の処理能力は導光体110の長さを変えることで調節することが可能である。 The photocatalytic reaction device 4 (a) according to the present embodiment can be arranged in parallel with the required number corresponding to the amount of fluid to be processed, and the fluid is circulated once through the flow passage 71. The processing capacity of the liquid at the time can be adjusted by changing the length of the light guide 110.
本発明の第4の実施形態による光触媒反応装置は、光触媒反応ユニット101をケーシング70内に複数配置してもよい。ケーシング70に光触媒反応ユニット101を複数配置した光触媒反応装置4(b)について、図7~図9を参照して説明する。この光触媒反応装置4(b)は、第1の実施形態の光触媒反応ユニット1と同様の機能を有する光触媒反応ユニット101を、複数であって、具体的には451組と、処理すべき流体の流通路71を形成するケーシング70とを具備している。なお、図7~図9では、分り易くするために、光触媒反応ユニット101はケーシング70に13組収納されるものとして、また導光体110の外径も太く模式的に描かれている。 In the photocatalytic reaction device according to the fourth embodiment of the present invention, a plurality of photocatalytic reaction units 101 may be arranged in the casing 70. A photocatalytic reaction device 4 (b) in which a plurality of photocatalytic reaction units 101 are arranged in a casing 70 will be described with reference to FIGS. This photocatalytic reaction device 4 (b) includes a plurality of photocatalytic reaction units 101 having the same function as the photocatalytic reaction unit 1 of the first embodiment, specifically, 451 sets of fluids to be processed. And a casing 70 that forms a flow passage 71. In FIGS. 7 to 9, for ease of understanding, 13 sets of the photocatalytic reaction units 101 are housed in the casing 70, and the outer diameter of the light guide 110 is also schematically drawn.
 ケーシング70は、流体の流通路71が形成された円筒状の本体72と、前記ユニット101の光源120及びレンズ群130が配置される光源収容部73を区画形成するキャップ74と、流通路71と光源収容部73を互いに隔離する円板状の隔離板75とを有しており、キャップ74と本体72は図示しないフランジ部においてボルト固定されている。また、キャップ74は下半分が円筒状に形成され、上半分が中空円錐台状に形成されており、電気ケーブル76が下側の円筒状部分から導出されている。 The casing 70 includes a cylindrical main body 72 in which a fluid flow passage 71 is formed, a cap 74 that defines a light source housing portion 73 in which the light source 120 and the lens group 130 of the unit 101 are disposed, and the flow passage 71. It has a disc-shaped separating plate 75 that separates the light source housing 73 from each other, and the cap 74 and the main body 72 are bolted to a flange portion (not shown). The cap 74 has a lower half formed in a cylindrical shape, and an upper half formed in a hollow truncated cone shape, and an electric cable 76 is led out from a lower cylindrical portion.
 本体72には、図7の左上側に液体の流入口77が、及び右下側に流体の流出口78が設けられている。また、隔離板75は、光触媒反応ユニット101の導光体110を上部で位置決めして保持する機能も有している。流通路71内には、導光体110を流入口77と流出口78との間で支持する略円板状の10枚の支持プレート79も設けられている。これら支持プレート79は、導光体110を支持するだけでなく、流入口77から流出口78へ至る液体を蛇行させて、光触媒層との接触時間を長くする働きも有している。 The main body 72 is provided with a liquid inlet 77 on the upper left side in FIG. 7 and a fluid outlet 78 on the lower right side. The separator 75 also has a function of positioning and holding the light guide 110 of the photocatalytic reaction unit 101 at the top. In the flow path 71, ten substantially disc-shaped support plates 79 that support the light guide 110 between the inlet 77 and the outlet 78 are also provided. These support plates 79 not only support the light guide 110 but also have a function of causing the liquid from the inflow port 77 to the outflow port 78 to meander to increase the contact time with the photocatalyst layer.
 本実施形態においても、複数の光触媒反応ユニット101は、その各々が光源120とレンズ群130を有していて、レンズ群130は両凸レンズである第1レンズ131と半球レンズである第2レンズ132から構成されている。但し、第1レンズ131は、このレンズと同じ材質の共通の一つの基材に複数が第1集合レンズ131aとして一体に形成されており、第2レンズ132も同様に共通の一つの基材に複数が第2集合レンズ132aとして一体に形成されている。光源120の発光ダイオード121も一つの共通の印刷基板123上に複数が実装されている。また、光源120は共通の一つの放熱フィン124も有している。 Also in this embodiment, each of the plurality of photocatalytic reaction units 101 includes a light source 120 and a lens group 130, and the lens group 130 is a first lens 131 that is a biconvex lens and a second lens 132 that is a hemispherical lens. It is composed of However, a plurality of first lenses 131 are integrally formed as a first collective lens 131a on a common base material made of the same material as the lens, and the second lens 132 is similarly formed on a common base material. A plurality of lenses are integrally formed as the second collective lens 132a. A plurality of light emitting diodes 121 of the light source 120 are mounted on one common printed circuit board 123. The light source 120 also has one common heat radiating fin 124.
 第1集合レンズ131aは、その平面図である図8に示されるとおり円板状の外形を有しており、図8では13個の第1レンズ131を含んでいることが分かる。また、その円板の外周部には、光源120及び第2レンズ132との間の距離を規定するためのリム部131bが設けられており、またキャップ74に対する位置決めを容易にする半円状の切欠131cも設けられている。 The first collective lens 131a has a disk-like outer shape as shown in FIG. 8, which is a plan view thereof. In FIG. 8, it can be seen that the first collective lens 131a includes thirteen first lenses 131. Further, a rim portion 131b for defining a distance between the light source 120 and the second lens 132 is provided on the outer peripheral portion of the disc, and a semicircular shape that facilitates positioning with respect to the cap 74 is provided. A notch 131c is also provided.
 第2集合レンズ132aは、導光体110側から投影した平面図である図9に示されるとおり円板状の外形を有しており、図9では13個の第2レンズ132を含んでいることが分かる。また、その円板の外周部には、キャップ74に対する位置決めを容易にするために半円状の切欠き132cが設けられている。 The second collective lens 132a has a disk-shaped outer shape as shown in FIG. 9 which is a plan view projected from the light guide 110 side, and includes 13 second lenses 132 in FIG. I understand that. Further, a semicircular cutout 132c is provided on the outer peripheral portion of the disk so as to facilitate positioning with respect to the cap 74.
 光源120とレンズ群130をこのような形態とすることによって、光源120とレンズ群130とそれぞれの導光体110との間の光軸調整がほとんど不要となるので、特に451本もの多数の導光体110が実装されるこの実施形態のような場合での組立が容易にされる。 By configuring the light source 120 and the lens group 130 in this manner, optical axis adjustment between the light source 120, the lens group 130, and the respective light guides 110 becomes almost unnecessary, and in particular, as many as 451 guides. Assembly in the case of this embodiment in which the light body 110 is mounted is facilitated.
 この実施形態の光触媒反応装置4(b)によると、多数の導光体110の各々が光源120とレンズ群130を有することによって、光源120と導光体110との間の高い光の結合効率及び導光体110に対する光の望ましい入射角度範囲が得られ、さらに各導光体110が多数の環状溝14を有することによって端面から入射した光の大部分が光触媒層に放射されるとともに導光体110の有効長を長くすることが可能になる。その結果、細長い光触媒反応ユニット101を多数高密度に実装することが可能になり、光触媒層の表面積が増大されて処理能力が増大される。 According to the photocatalytic reaction device 4 (b) of this embodiment, since each of the large number of light guides 110 includes the light source 120 and the lens group 130, high light coupling efficiency between the light source 120 and the light guide 110 is achieved. In addition, a desirable incident angle range of light with respect to the light guides 110 is obtained, and each light guide 110 has a large number of annular grooves 14 so that most of the light incident from the end face is emitted to the photocatalyst layer and guided. The effective length of the body 110 can be increased. As a result, a large number of elongated photocatalytic reaction units 101 can be mounted with high density, and the surface area of the photocatalyst layer is increased to increase the processing capacity.
 その他の実施形態
 前述の各実施形態における導光体の環状溝14の断面形状は、図2の(a)に示されるようなU字形をしているが、環状溝14の形状は任意の様々な形状が可能であり、例えば図2の(b)の半円形、又は図2の(c)の半円以下の浅い円弧状でもよい。また、それ以外にも断面形状に一又は複数の角が形成されたものでもよく、例えば、図10の(a)に示される深いV字形、図10の(b)のV字形、又は図10の(c)の浅いV字形等が可能である。
Other Embodiments Although the cross-sectional shape of the annular groove 14 of the light guide in each of the above-described embodiments is U-shaped as shown in FIG. 2A, the shape of the annular groove 14 can be arbitrarily changed. For example, a semicircular shape shown in FIG. 2B or a shallow arc shape equal to or less than the semicircular shape shown in FIG. 2C may be used. In addition, the cross-sectional shape may have one or a plurality of corners. For example, the deep V shape shown in FIG. 10A, the V shape shown in FIG. 10B, or FIG. (C) Shallow V-shape or the like is possible.
また、環状溝は、必ずしも完全に一周している必要はなく、C字形など部分的に形成されたものであってもよい。 Moreover, the annular groove does not necessarily have to make a complete circle, and may be formed partially, such as a C-shape.
 前述の各実施形態における導光体の複数の環状溝14の配置間隔、すなわちピッチP、は一定であったが、望ましい光強度の分布を得るためにピッチPを変化させてもよい。 Although the arrangement interval of the plurality of annular grooves 14 of the light guide in each of the above-described embodiments, that is, the pitch P, is constant, the pitch P may be changed to obtain a desired light intensity distribution.
 前述の第1、第2、第3の実施形態、及び第4の実施形態による光反応装置4(b)の各実施形態では、導光体の一端(上)側にだけ光源が設けられていたが、光反応装置4(a)のように導光体のもう一方の端部に対しても光源を設けた実施形態も可能である。これにより、導光体の全長をほぼ2倍にすることが可能になり、液体の処理能力も倍増される。 In each of the embodiments of the photoreaction apparatus 4 (b) according to the first, second, third, and fourth embodiments described above, a light source is provided only on one end (upper) side of the light guide. However, an embodiment in which a light source is provided at the other end of the light guide as in the photoreaction device 4 (a) is also possible. As a result, the total length of the light guide can be almost doubled, and the liquid processing capacity is also doubled.
 前述の各実施形態における導光体基体は円柱状のものであったが、導光体基体の横断面の幾何学的形状は円形に限定されるものではなく任意の形状が可能であり、例えば、楕円形、及び三角形、正方形、長方形、五角形等の任意の多角形の実施形態も可能である。 The light guide substrate in each of the above-described embodiments has a cylindrical shape, but the geometric shape of the cross section of the light guide substrate is not limited to a circle, and can be any shape, for example, , Oval and any polygonal embodiments such as triangle, square, rectangle, pentagon, etc. are possible.
 前述の各実施形態における導光体基体は円柱状のものであったが、導光体基体が内周面を有するパイプ状の実施形態も可能である。その場合、環状溝は導光体基体の内周面上に形成されてもよい。内周面上に形成された環状溝は、そこに当たった光を乱反射して光触媒層側に放射することができる。 Although the light guide substrate in each of the above-described embodiments has a cylindrical shape, a pipe-shaped embodiment in which the light guide substrate has an inner peripheral surface is also possible. In that case, the annular groove may be formed on the inner peripheral surface of the light guide substrate. The annular groove formed on the inner peripheral surface can diffuse and radiate the light impinging on the groove toward the photocatalyst layer.
 前述の各実施形態における導光体は円柱状のもので、その太さは一定であったが、複数の環状溝を形成することに加えて、更に、導光体を先端側へ先細のテーパ形状とする実施形態も可能である。このように導光体にテーパを付けることにより、導光体への入射光に平行光の成分が多い場合であってもそれら平行光を外周面から放射することが可能になり、外周面における光の強度及び分布を望ましくすることが可能になる。 In each of the above-described embodiments, the light guide has a cylindrical shape and the thickness thereof is constant. In addition to forming a plurality of annular grooves, the light guide is further tapered toward the tip side. A shape embodiment is also possible. By tapering the light guide in this way, it becomes possible to radiate the parallel light from the outer peripheral surface even when there are many components of the parallel light in the incident light to the light guide. It becomes possible to make the intensity and distribution of light desirable.
 前述の実施形態では導光体基体に環状溝が形成されたが、チューブ等の中間層上に環状溝が形成された実施形態も可能である。また、環状溝はチューブ上若しくは導光体基体上に光触媒層が固定された後にその光触媒層の上から形成されてもよい。 In the above-described embodiment, the annular groove is formed in the light guide substrate, but an embodiment in which the annular groove is formed on an intermediate layer such as a tube is also possible. The annular groove may be formed on the photocatalyst layer after the photocatalyst layer is fixed on the tube or the light guide base.
 導光体が、前記複数の環状溝に替えて、少なくとも一本の連続するらせん状の溝を有する実施形態も可能である。また、導光体に設けられた凹部は、前記端面から入射された光の少なくとも一部を前記光触媒層側に放射するようなものであればよく、例えば、断続的ならせん状の溝のほか、点状の穴のようなものであってもよく、所定の長さを有する線状の溝を部分的に形成した実施形態も可能である。さらには、前述したように、導光体基体の断面形状が多角形の場合には、凹部は直線的または曲線的な溝でもよい。これらの凹部も環状溝と同様の光学的作用を発揮することができる。 An embodiment in which the light guide has at least one continuous spiral groove instead of the plurality of annular grooves is also possible. Further, the concave portion provided in the light guide body may suffice as long as it emits at least part of the light incident from the end face to the photocatalyst layer side. For example, in addition to intermittent spiral grooves, In addition, an embodiment in which a linear groove having a predetermined length is partially formed may be used. Furthermore, as described above, when the cross-sectional shape of the light guide base is a polygon, the recess may be a linear or curved groove. These recesses can also exhibit the same optical effect as the annular groove.
 第4の実施形態の光触媒反応装置4(b)では、各光触媒反応ユニットの第1及び第2レンズが共通の第1及び第2集合レンズとして一体に形成されたが、それらレンズが第1の実施形態の場合のように別個のレンズとして形成された実施形態も可能である。 In the photocatalytic reaction device 4 (b) of the fourth embodiment, the first and second lenses of each photocatalytic reaction unit are integrally formed as a common first and second collective lens. Embodiments formed as separate lenses as in the embodiment are also possible.
 1 光触媒反応ユニット
 9 導光体基体
 10 導光体
 11 外周面
 12 端面
 14 環状溝
 20 光源
 21 発光ダイオード
 30 レンズ群
 31 第1レンズ
 32 第2レンズ
 40 チューブ
 50 封止部材
 60 鏡筒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photocatalytic reaction unit 9 Light guide base | substrate 10 Light guide 11 Outer peripheral surface 12 End surface 14 Annular groove 20 Light source 21 Light emitting diode 30 Lens group 31 1st lens 32 2nd lens 40 Tube 50 Sealing member 60 Lens barrel

Claims (10)

  1.  縦軸線、前記縦軸線の回りの外周面、及び前記縦軸線に交差する二つの端面を有する導光体基体と、前記導光体基体の前記外周面に又は前記外周面上に設けた中間層に固定された光触媒層とを具備する導光体と、前記導光体基体の少なくとも一方の前記端面から導光体基体内に光が入射するように配置された光源と、を具備し、処理すべき流体中に前記導光体が挿入される、光触媒反応ユニットであって、前記導光体が、前記端面から入射された光の少なくとも一部を前記光触媒層側に放射するように設けられた凹部を有しており、当該凹部は、前記縦軸線を中心として連続的又は部分的に形成されていることを特徴とする光触媒反応ユニット。 A light guide base having a vertical axis, an outer peripheral surface around the vertical axis, and two end faces intersecting the vertical axis, and an intermediate layer provided on or on the outer peripheral surface of the light guide base A light guide having a photocatalyst layer fixed to the light source, and a light source disposed so that light enters the light guide base from at least one end face of the light guide base. A photocatalytic reaction unit in which the light guide is inserted into a fluid to be provided, the light guide being provided so as to radiate at least a part of light incident from the end face toward the photocatalyst layer. The photocatalytic reaction unit is characterized in that the concave portion is formed continuously or partially around the longitudinal axis.
  2.  前記中間層が光透過性のチューブであることを特徴とする、請求項1に記載の光触媒反応ユニット。 The photocatalytic reaction unit according to claim 1, wherein the intermediate layer is a light-transmitting tube.
  3. 前記凹部は、複数の環状溝又は少なくとも一本のらせん状の溝で構成され、前記導光体の前記縦軸線方向に対し一定のピッチ又は変化するピッチで配列されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光触媒反応ユニット。 The recess is composed of a plurality of annular grooves or at least one spiral groove, and is arranged at a constant pitch or a changing pitch with respect to the longitudinal direction of the light guide, The photocatalytic reaction unit according to claim 1 or 2.
  4.  前記導光体が、前記端面からの、溝のない溝なし区間を有しており、前記溝なし区間の長さが前記環状溝又は少なくとも一本のらせん状の溝の前記ピッチより大であることを特徴とする、請求項3に記載の光触媒反応ユニット。 The light guide has a grooveless section without grooves from the end face, and the length of the grooveless section is larger than the pitch of the annular groove or at least one spiral groove. The photocatalytic reaction unit according to claim 3, wherein:
  5.  前記凹部の断面形状が、U字状又は半円状又は半円より浅い円弧状又はV字状のいずれかであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の光触媒反応ユニット。 The photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein a cross-sectional shape of the concave portion is any one of a U shape, a semicircular shape, an arc shape shallower than the semicircle, or a V shape. Reaction unit.
  6.  前記光源が前記導光体の端面に近接又は接触して配置されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の光触媒反応ユニット。 The photocatalytic reaction unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the light source is disposed in proximity to or in contact with an end face of the light guide.
  7.  前記光源と前記導光体との間に配置された少なくとも一つのレンズを更に具備することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の光触媒反応ユニット。 The photocatalytic reaction unit according to any one of claims 1 to 5, further comprising at least one lens disposed between the light source and the light guide.
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載の光触媒反応ユニットを一つ又は複数、及び処理すべき流体の流通路を形成するケーシングを具備しており、前記一つ又は複数の光触媒反応ユニットの導光体が前記流通路内に配置されることを特徴とする、光触媒反応装置。 Comprising one or more photocatalytic reaction units according to any one of claims 1 to 7 and a casing forming a flow path for a fluid to be treated; A photocatalytic reaction device, wherein a light guide is disposed in the flow passage.
  9.  前記導光体基体の前記外周面に又は前記外周面上に設けた中間層に固定された光触媒層と前記ケーシング内周面との距離が1.5mm以下であることを特徴とする請求項8に記載の光触媒反応装置 9. The distance between the photocatalyst layer fixed to the outer peripheral surface of the light guide substrate or an intermediate layer provided on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the casing is 1.5 mm or less. The photocatalytic reaction device described in
  10.  前記複数の光触媒反応ユニットの各々が、前記光源と前記導光体との間に配置された少なくとも一つのレンズを具備しており、前記複数の光触媒反応ユニットのレンズが、複数の光触媒反応ユニット間で共通の基材に一体に形成されていることを特徴とする、請求項9に記載の光触媒反応装置。 Each of the plurality of photocatalytic reaction units includes at least one lens disposed between the light source and the light guide, and the lenses of the plurality of photocatalytic reaction units are provided between the plurality of photocatalytic reaction units. The photocatalytic reaction device according to claim 9, wherein the photocatalytic reaction device is integrally formed on a common base material.
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