(57)【要約】【課題】  装置全体の紫外線照射による反応効率を向上状させることができる活水化方法と活水化装置を提供する。【解決手段】  少なくとも水に、選択された別個の波長を照射する紫外線照射装置を備え、それぞれの装置にファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーが設置されている活水化装置であり、特に前記紫外線照射装置が、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長紫外線照射装置１２と、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長紫外線照射装置１４と、波長３５０〜３９０ｎｍの長波長紫外線照射装置からなる。【選択図】          図４
2006061886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に紫外線照射して活水化する方法であって、光ファイバーによって水に紫外線照射することを特徴とする活水化方法。
【請求項２】
少なくとも水に、選択された別個の波長を照射する紫外線照射工程を有し、それぞれの工程において、ファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーによって水に紫外線照射することを特徴とする請求項１に記載の活水化方法。
【請求項３】
前記紫外線照射工程が、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長と、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長と、波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線照射をそれぞれ行う工程からなることを特徴とする請求項２に記載の活水化方法。
【請求項４】
水に紫外線照射する紫外線照射装置を備えた活水化装置であって、紫外線照射装置にファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーを備えていることを特徴とする活水化装置。
【請求項５】
少なくとも水に、選択された別個の波長を照射する紫外線照射装置を備え、それぞれの装置にファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーが設置されていることを特徴とする請求項４に記載の活水化装置。
【請求項６】
前記紫外線照射装置が、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長と、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長と、波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線照射をそれぞれ行う装置からなることを特徴とする請求項４に記載の活水化装置。
【請求項７】
前記紫外線照射装置の少なくともいずれかが、紫外線照射ランプと前記リーク光ファイバーとを備えていることを特徴とする請求項６に記載の活水化装置。
【請求項８】
前記リーク光ファイバーが直管型リーク光ファイバーおよび／または螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーであることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の活水化装置。
【請求項９】
前記リーク光ファイバーの表面が光触媒により被覆されていることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の活水化装置。
【請求項１０】
前記紫外線照射装置の間を接続する配管内および長波長の紫外線を照射する紫外線照射装置の出口側配管の少なくともいずれかにリーク光ファイバーが設置されていることを特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の活水化装置。
【請求項１１】
前記リーク光ファイバーが螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーであって、この螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの中心部に前記紫外線照射ランプが配置されていることを特徴とする請求項７に記載の活性化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を殺菌し浄化することができる活水化方法と活水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水の浄化、つまり、水の活水化は、淡水・海水を問わず、様々な目的に合わせて、様々な場所で行われており、水道水はいうまでもなく、その他にも工業廃水や一般家庭からの下水、又は、プールの水や人工の池の水等も浄化の対象であり、さらに、魚介類を洗浄する際の洗浄水や魚介類の養殖用いけす内の海水等も浄化の対象である。
【０００３】
しかし、従来の水の浄化方法は、塩素を使用するものがほとんどであり、人間を含め生物には決して好ましいものではなく、新たな水の浄化方法が模索されていた。
【０００４】
また、従来から、短波長を照射する紫外線照射装置と、中波長を照射する紫外線照射装置と、長波長を照射する紫外線照射装置とを備え、オゾンの殺菌作用を利用する活水化装置が既に提案されている。（特許文献１）
しかしながら、この活水化装置では、各波長の紫外線を照射する紫外線照射装置においては、紫外線ランプ（光源）による紫外線照射を行っているため、紫外線ランプの配置に制約がありて紫外線照射が十分に行われない領域が生じ易く、この結果、紫外線照射による反応効率を上げることができない問題がある。特にこの活水化装置においては、各波長の紫外線を照射する紫外線照射装置間を接続する配管、その他の紫外線が届かない部位では活水化が十分に行われない問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４６５５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来の活性化方法および活水化装置における問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、活水化装置の構造上制約を生じることなく、装置構造上の任意の部位においても紫外線を照射することができ、この結果、装置全体の紫外線照射による反応効率を向上させることができる活水化方法と活水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の活水化方法は、水に紫外線照射して活水化する活水化方法であって、光ファイバーによって水に紫外線照射することを特徴とする。
請求項１に記載の活水化方法によれば、フレキシブルな光ファイバーを活水化を必要とする任意の領域で配置することによって水の活水化が可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の活水化方法は、請求項１において、少なくとも水に、選択された別個の波長を照射する紫外線照射工程を有し、それぞれの工程において、ファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーによって水に紫外線照射することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の活水化方法によれば、それぞれの波長の紫外線照射工程における紫外線照射を必要とする領域まで光ファイバー内を紫外線が伝送され、紫外線照射を必要とする領域で光ファイバーから紫外線がリークして水に紫外線が照射されて活水化が行われる。
【００１０】
請求項３に記載の活水化方法は、請求項２において、前記紫外線照射工程が、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長と、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長と、波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線照射をそれぞれ行う工程をからなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の活水化方法によれば、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長の紫外線を照射する工程でオゾン（Ｏ3）を発生し、この工程のみの場合、オゾナイザーとして活用できる。そして、このオゾン（Ｏ3）を含有する水により殺菌作用が発揮され、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長の紫外線を照射する工程で水中のオゾン（Ｏ3）が活性酸素［１重項の遊離酸素Ｏ（1Ｄ）］と酸素分子になり、ここで生成された活性酸素は高エネルギーをもっており、その強力な酸化作用より、有機塩素化合物（トリハロメタン等）が存在すると、それが分解されるばかりか活性酸素は、水と反応して強力な殺菌効果を有するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が発生する。波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線を照射する工程では、殺菌および有害物質の酸化分解を終えた活性酸素種は水（Ｈ2Ｏ）と酸素（Ｏ2）となり、水中の溶存酸素を高めて、水自体を活性化させる。
【００１２】
請求項４に記載の活水化装置は、水に紫外線照射する紫外線照射装置を備えた活水化装置であって、紫外線照射装置にファイバーの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の活水化装置によれば、紫外線照射装置における紫外線照射を必要とする領域まで光ファイバー内を紫外線が伝達され、紫外線照射を必要とする領域で光ファイバーから紫外線が水に照射されて活水化が行われる。
【００１４】
請求項５に記載の活水化装置は、請求項４において、少なくとも水に、選択された別個の波長を照射する紫外線照射装置を備え、それぞれの装置にファイバの長さ方向の途中から紫外線がリークするリーク光ファイバーが設置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の活水化装置によれば、それぞれの波長の紫外線を照射する紫外線照射装置における紫外線照射を必要とする領域まで光ファイバー内を紫外線が伝送され、紫外線照射を必要とする領域で光ファイバーから紫外線がリークして水に紫外線が照射されて活水化が行われる。
【００１６】
請求項６に記載の活水化装置は、請求項４において、前記紫外線照射装置が、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長と、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長と、波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線照射をそれぞれ行う装置からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の活水化装置によれば、波長１８０〜１９０ｎｍの短波長の紫外線を照射する工程でオゾン（Ｏ3）を発生し、このオゾン（Ｏ3）を含有する水により殺菌作用が発揮され、波長２４５〜２６０ｎｍの中波長の紫外線を照射する工程で水中のオゾン（Ｏ3）が活性酸素［１重項の遊離酸素Ｏ（1Ｄ）］と酸素分子となり、ここで生成された活性酸素は高エネルギーをもっており、その強力な酸化作用により有機塩素化合物（トリハロメタン等）が存在すると、それが分解されるばかりか活性酸素は、水と反応して強力な殺菌効果を有するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が発生する。波長３５０〜３９０ｎｍの長波長の紫外線を照射する工程では、殺菌および有害物質の酸化分解を終えた活性酸素種は水（Ｈ2Ｏ）と酸素（Ｏ2）となり、水中の溶存酸素を高めて、水自体を活性化させる。
【００１８】
請求項７に記載の活水化装置は、請求項４において、前記紫外線照射装置の少なくともいずれかが、紫外線照射ランプと前記リーク光ファイバーとを備えていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の活水化装置によれば、紫外線照射ランプによる紫外線照射が十分に行き渡らない領域は、フレキシブルなリーク光ファイバーを配置させて紫外線照射を行うことによって全体的に紫外線照射できる領域を網羅できる。
【００２０】
請求項８に記載の活水化装置は、請求項４〜７において、前記リーク光ファイバーが直管型リーク光ファイバーおよび／または螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーであることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の活水化装置によれば、直管型リーク光ファイバーおよび／または螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーを用いるため、光ファイバーから所定の部位で効率的に紫外線をリークすることができ、効率的な殺菌活性化が図れる。
【００２２】
請求項９に記載の活水化装置は、請求項４〜８において、前記リーク光ファイバーの表面が光触媒により被覆されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の活水化装置によれば、光触媒に中・長波長の紫外線が照射されると、触媒表面にＨｏｌｅ+と呼ばれる活性面と電子-が発生し、Ｈｏｌｅ+は水イオンと反応し、強力な殺菌効果をもつ活性酸素種である前述の強力な酸化分解が殺菌作用を有するヒドロキシラジカルを生じ、攻撃対象がなければ、このヒドロキシラジカルは長波長の紫外線を照射することによって水と酸素になって水中の溶存酸素を高め、水を活性化する。
【００２４】
請求項１０に記載の活水化装置は、請求項４〜９において、前記紫外線照射装置の間を接続する配管内および長波長の紫外線を照射する紫外線照射装置の出口側配管のいずれかにリーク光ファイバーが設置されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に記載の活水化装置によれば、紫外線ランプを配置しにくい領域でもフレキシブルなリーク光ファイバーを配置でき、装置全体の反応効率が高められる。
【００２６】
請求項１１に記載の活水化装置は、請求項７において、前記リーク光ファイバーが螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーであって、この螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの中心部に前記紫外線照射ランプが配置されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に記載の活性化装置によれば、螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの曲率の内側は、光がリークしないため、この光がリークしない領域は紫外線照射ランプにより有効に紫外線照射が行われ、螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの曲率の内側に光触媒が担持されている場合、光触媒の有効活用が図られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の活性化方法によれば、フレキシブルな光ファイバーを活水化を必要とする任意の領域で配置することによって水の活水化を格段に高めることが可能となる。
また、本発明の殺菌活性化装置によれば、紫外線照射装置における紫外線照射を必要とする領域まで光ファイバー内を紫外線が伝達され、紫外線照射を必要とする領域で光ファイバーから紫外線がリークして水に紫外線が照射されて活水化が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の殺菌活性化方法および装置を図面に用いて詳細に説明する。
本発明に用いられるリーク光ファイバーは、ファイバーの長さ方向の途中から紫外線がリークする機能を有する光ファイバーである。すなわち、通常の光ファイバーにおいては、コアおよびクラッドの屈折率差等によりコア内を光が伝送され、クラッドから光がリークすることは実質的にない構造となっている。本発明のリーク光ファイバーは、ファイバーの長さ方向の途中から光（紫外線）が積極的にリークする機能を有する。
【００３０】
図１は、リーク光ファイバーの一実施の形態を示す。図１に示すリーク光ファイバーは、所謂、直管型リーク光ファイバーと称する光ファイバーである。図１に示す直管型リーク光ファイバー３は、コア１とクラッド２とからなり、図示していないがクラッド２の外周面には透光性の保護層が設けられる。
【００３１】
光ファイバーにおいては、図２に示すように、コア５（屈折率ｎ１）内を進行する光の、クラッド６、７（屈折率ｎ２）への入射角が、臨界角αｃ（ｓｉｎαｃ＝ｎ２／ｎ１、ｎ１＞ｎ２）よりも大きいと、コア−クラッド界面で全反射を繰り返して伝播する。入射角がα１、α２のようにαｃよりも小さくなると、光はクラッド側にリークする。さらにクラッド側にリークした光は、クラッドから外部（屈折率ｎ３）への入射角α３が前記全反射の条件を満たさなければ、光ファイバーの外にリークする。螺旋籠型曲率外光リークファイバーは、上記の原理に基づくもので、光ファイバーを曲げ、ある曲率をとると、それまで全反射を繰り返して伝播していた光のコアからクラッドへの入射角が変化して臨界角よりも小さくなり、リークさせることができるようになる。曲率が大きくなるほど入射角は小さくなり、より多くの光をリークさせることができる。
【００３２】
直管リーク光ファイバーの原理
クラッド内に乱反射を促す粒子を埋めこんでおくと、コア−クラッド界面付近の粒子によりコア内を伝播する光の一部が散乱され、光ファイバー外にリークする。
【００３３】
図１は、リーク光ファイバーの一実施の形態を示す。図１に示すリーク光ファイバーは、所謂、直管型リーク光ファイバーと称するリーク光ファイバーである。図１に示す直管型リーク光ファイバー３は、コア１とクラッド２とからなり、図示していないがクラッド２の外周面には透光性の保護層が設けられる。
【００３４】
この直管型リーク光ファイバー３は、クラッド２内に乱反射を促す粒子４が分散されている。この粒子としては、粒子径が３０ｎｍ〜３μｍの条件を満たすことが好ましく、 好ましい粒子の例としては、例えば、アクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリカ粒子等が挙げられる。
【００３５】
図３は、螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの一実施の形態を示す。この螺旋籠型曲率外リーク光ファイバー９は、例えば、直径の異なる透明管８Ａ、８Ｂにそれぞれ螺旋状に光ファイバー９Ａ，９Ｂを巻回して適当な曲率を選定すると、クラッドの曲げの外側のクラッドから光がリークする。
【００３６】
次に上記したリーク光ファイバーを用いた殺菌活性化方法および装置について図面に基に説明する。
図４は、本発明の活性化装置の好ましい一実施の形態を示す概略的構成図である  図４は、本発明に係る急速活水化装置１０の一例を示すものである。急速活水化装置１０は、水を引くためのポンプ１１と、空気を吸い込み、その空気に短波長の紫外線を照射しオゾンを生成するための短波長紫外線照射装置１２と、ポンプ１１によって引かれた水と、短波長紫外線照射装置１２で生成されたオゾンとを混合し、圧力をかけるための圧力タンク１３と、圧力タンク１３を通過した水に中波長の紫外線を照射し、ヒドロキシラジカルを生じさせ、水中の殺菌をするための中波長紫外線照射装置１４と、中波長紫外線照射装置１４を通過した水に長波長の紫外線を照射し、活性酸素を消滅させ水を活性化するための長波長紫外線照射装置１５とからなる。
【００３７】
まず、短波長紫外線照射工程及び、短波長紫外線照射装置１２について説明する。
図５に示すように、短波長紫外線照射装置１２では、空気吸入口２０から空気を取り込み、リーク光ファイバー２１により、その空気に１８０ｎｍ〜１９０ｎｍの波長（短波長）の紫外線を照射する。短波長の紫外線を照射された空気内の酸素（Ｏ2）は基底状態の酸素原子（Ｏ）になる。基底状態の酸素原子（Ｏ）は、回りの酸素（Ｏ2）と反応してオゾン（Ｏ3）を形成する。短波長紫外線照射装置１２で形成されたオゾン（Ｏ3）は、短波長紫外線照射装置１２の下方に設けられたオゾン排出口２４より排出される。
【００３８】
前記オゾン排出口２４より排出されたオゾン（Ｏ3）は、ポンプ１１により運ばれてきた水と混合し、圧力タンク１３へ入る。圧力タンク１３は、オゾンを含有する水に圧力をかけるための装置であり、圧力をかけることにより、溶存オゾンの程度および気体状オゾンの気泡径を小さくすることにより反応性（つまり殺菌作用）を促進するとともに、その圧力自体により、水に含まれる菌類を殺菌すことができる。
【００３９】
ここで、上記圧力の具体的大きさであるが、これは、活水化する水に含まれている細菌の耐圧性に応じて決定する値である。例えば、水深２０〜３０ｍ位の海水を活水化する場合、この海水に含まれる細菌の耐圧性は２〜３ｋｇ／ｃｍ2であると考えられるため、圧力タンク１３でかける圧力は３〜４ｋｇ／ｃｍ2となる。
【００４０】
圧力タンク１３で加圧されたオゾンを含有する水は、中波長紫外線照射装置１４の下方に設置されている水送入口から中波長紫外線照射装置１４内へ入る。
【００４１】
ここから、中波長紫外線照射工程及び、中波長紫外線照射装置１４について説明する。
【００４２】
中波長紫外線照射装置１４では、水送入口３１から挿入されたオゾンを含有する水に、リーク光ファイバー３２により２４５〜２６０ｎｍの波長（中波長）の紫外線を照射する。中波長の紫外線を照射された水中のオゾン（Ｏ3）は、３つの活性酸素［１重項の遊離酸素Ｏ（1Ｄ）］となる。ここで形成された活性酸素は、高エネルギーをもっており、その強力な酸化作用により水を酸化分解し、ヒドロラジカルを発生し、そのヒドロラジカルにより有機塩素化合物（トリハロメタン等）等を分解することができる。
【００４３】
また、前記リーク光ファイバー３２は、短波長紫外線照射装置１２で使用しているリーク光ファイバー２１と基本的な構造は同じであり、照射する紫外線の波長が異なるものである。
【００４４】
さらにここで、中波長紫外線照射装置１４においては、リーク光ファイバー２３の表面に単分子膜ないしはまだら模様の光触媒の被膜が形成されていることが好ましい。光触媒の被膜が単分子膜ないしはまだら模様であると、特に透光性を維持することができ、Holeが水と接するため、水分子から電子を引き抜く酸化分解が可能となり、ヒドロキシラジカルを発生できる。
【００４５】
光触媒は、少なくとも、光半導体粉末、金属微粒子からなる。上記光半導体粉末としては、ＴｉＯ2の他、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＫＮｂＯ3等を挙げることができる。この中でも、ＴｉＯ2は、ほとんどの酸、塩基、有機溶媒には侵されず化学的に安定であり、また、ＴｉＯ2は中毒を起こすことはなく、また発ガン性もないことが動物実験等で確認されており、この様な点からＴｉＯ2が最も好ましい。
【００４６】
上記金属粉末は、光触媒層中では電極として作用するが、この電極を形成する金属粉末としては、銀の他、金、白金、銅等の種々の金属粉末を用いることができる。光触媒が本来的な機能を発揮するための不可欠な要素の一つとして水分が要求されるため、電極を形成する金属粉末は、水の存在下で経時変化が無く安定していることが必要となり、前記の金属粉末の中でも白金が最も好ましいが、経済性を考慮し、更に前記特性を具備しており、無毒でそれ自体も殺菌性を有しているため銀が好ましい。
【００４７】
これらの金属粉末の粒径は、光触媒として光半導体粉末２の関係を考慮すると、０．０５〜０．１μmが好ましい。また、光半導体粉末と金属粉末との混合割合は、殺菌、脱臭作用等を好適に発揮するためには光半導体粉末１００重量部に対して金属粉末１〜５５重量部が好ましく、特に２０〜３０重量部が好ましい。
【００４８】
光触媒は、リーク光ファイバーの表面に光触媒の被膜を形成することが好ましいが、この光触媒の被膜と共に光触媒機能体を併用することもでき、光触媒機能体を単独で用いることもできる。
【００４９】
図６は、光触媒機能体を設けた中波長の紫外線照射装置の形態を示す。図６において、リーク光ファイバー３２の周囲に放射状に光触媒機能体３３が設けられ、装置の内壁面に光触媒機能体３５が設けられている。
【００５０】
光触媒機能体３３，３５は、低温溶射法によりポリエステル不織布、紙、織物、プラスチック、金属板、セラミックボール等の基材にバインダーなしで付着される場合と、バインダーを含有させた塗料として基材上に付着される場合とがある。
【００５１】
低温溶射法により基材表面に光触媒を付着せしめた方法では、不織布、織布、紙、木材、セラミック板、金属板、プラスチック板等の基材上に例えば融点が２０００℃以下である酸化チタン（ＴｉＯ2）の微粒子（５〜５０μｍ）と、金属の微粒子１〜１０μｍとを酸素、アセチレン等を使用したガス溶射法により約２９００〜３０００℃で溶融したセラミックスを溶射したものである。溶射した状態では、光触媒の粒子は、一方の電極として作用する酸化チタン粒子とこの酸化チタン粒子に坦持された他方の電極として作用する金属の例えば銀粒子とからなる。光触媒粒子は電気化学セルをなし、溶射後は、３０〜４０μの偏平積層粒子となり、ガスの高温により溶融しつつアンカー効果により基材上に付着する。酸素、アセチレン等を使用するガス溶射による低温溶射法においては、溶融光触媒微粒子を噴射するガストーチと基材とを相対的に移動させて基材表面が５０℃以上に上がらないようにして行われ、したがって、紙、布等に対しても溶射が可能となるものである。しかしながら、ガス溶射であるため使用原料の粉体の融点は２０００℃以下に制限される。なお、トーチと基材との相対速度を調整することによりプラズマ溶射も可能となるが、プラズマ溶射だと使用原料の融点は３５００℃位のものまで溶射可能となる。
【００５２】
一般に、溶射においては、アンカー効果により基材上にパウダーを付着させるため、溶射用のパウダーは５μｍ以上の塊状のものが好適であり、溶射パウダーとして全てアナターゼがルチルに転移しているものが用いられている。アナターゼ結晶形態の酸化チタン（チタニア）は、強力な光触媒作用を有するが、溶射後の光触媒粒子がすべてアナターゼ結晶を有していると、その分解作用が強すぎて基材を犯してしまうので実用化できないこととなる。しかしながら、アナターゼ結晶粒子の粒径、溶射温度、基材表面温度及び使用加熱源をそれぞれ５〜２５μｍ、約２９００〜３０００℃、４０〜５０℃及びガスに調整選択することにより、アナターゼ結晶１０〜４０％を合成することができる。すなわち、アナターゼとルチルとの変態点である約７５０℃を超えれば、結晶はすべてルチル型結晶になるが、上述の低温溶射法によれば、全てルチル結晶の粒子を準備してこれを溶射すると、１０〜４０％のアナターゼ結晶が生成され、残りがルチル結晶となる。種々の実験によれば、溶射後のアナターゼ対ルチルの重量比は１：３が好適であることがＸ線分析の結果判明した。
【００５３】
また、光触媒粒子にアパタイト、ゼオライト、活性炭等の菌、有害物質、臭い等を吸着する吸着材料４を混合して溶射すれば、基材を犯さないようにアナターゼ結晶の量を調整することによって光触媒作用が弱められた点が補強される。
【００５４】
すなわち、溶射後のハイドロキシアパタイト４は、雰囲気中の菌、有害物質、臭い等の処理対象を吸着保持し、この吸着保持した処理対象を２０〜３０重量％のアナターゼ結晶を有する光触媒粒子が分解するので、光触媒作用が補強されることとなる。光触媒作用を強めるためには、粒子が対象物に触れる接触面積を増やす必要があるが、低温溶射法によれば、プラズマ溶射に比較して粒子が細かく表面積の大なる膜が形成されるので好ましい。
【００５５】
基材上に施された光触媒機能を有する塗料としては、光半導体粉末、金属粉末及び吸着材料に加えて、少なくともバインダーとしての塗膜形成成分及び分散剤を含有し、必要に応じてその他の成分を含有するものである。
【００５６】
塗膜形成成分としては、セルロース誘導体、フタル酸樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エマルジョン、水溶性樹脂等の合成樹脂を挙げることができる。分散剤としては、石油系溶剤、芳香族系溶剤、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、セルソルブ系溶剤、無機シリコン系溶剤、水等を挙げることができる。なお、粉体塗料にする場合には、分散剤としての溶剤は不要となる。また、その他の成分としては、顔料、例えば、二酸化チタン、黄鉛、ベンガラ、酸化クロム、カーボンブラック等の無機顔料、ハンザイエロー、ノバパームオレンジ、キナクリドンバイオレット、銅フタロシアニン等の有機顔料、沈降性炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレー、ホワイトカーボン等の体質顔料、ジンククロメート、ストロンチウムクロメート、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム等の防食顔料に代表される特殊機能顔料等を挙げることができる。更に、上記成分以外にも、補助材料として、塗膜乾燥促進性の付与を目的とする乾燥剤、顔料分散剤、フラッディング防止剤、顔料沈降防止剤、塗料の流動性の調節を目的とする増粘剤、チキソトロピック剤、たれ止め剤、塗面の調整を目的とするレベリング剤、泡消し剤、はじき防止剤、フローティング防止剤のほか、可塑剤、皮張り防止剤、静電塗装助剤、すり傷防止剤、ブロッキング防止剤、紫外線防止剤、防染剤、防腐剤、防かび剤等を配合することができる。これらの各成分の配合割合には特別なものはなく、通常販売されている塗料と同じ配合割合を適用することができる。
【００５７】
塗料における光半導体粉末、金属粉末及び吸着材料の合計配合量は、殺菌、防臭等の作用を発揮し、適度な塗装性を確保するため、塗料全量中３〜５５重量％が好ましく、特に１５〜３５重量％が好ましい。
【００５８】
前記光触媒粒子は、酸化チタン粒子とこれに坦持された銀粒子とからなることが好ましい。また、全てがアナターゼ結晶形態の酸化チタン（ＴｉＯ2）はその酸化力が極端に強く基材をぼろぼろにしてしまうので、塗料においても、原料である酸化チタン粒子のアナターゼとルチルの重量比は２０〜５０％：５０〜８０％が好ましく、アナターゼがこれ以下の比率だと光触媒作用が弱いし、これ以上の比率だと光触媒作用が強すぎてバインダー９を分解して塗料がすぐに分解してしまうこととなる。特にアナターゼ対ルチルとの重量比が約３対７が最も好ましい。
【００５９】
なお、チタン原料は必ずしもアナターゼとルチルにする必要はなく、触媒活性の強いアナターゼと触媒活性の弱いアナターゼとの比較を調整することによっても適切な光触媒とすることができる。
【００６０】
塗料における光半導体粉末、金属粉末及び吸着材料の合計配合量は、殺菌、防臭等の作用を発揮し、適度な塗装性を確保するため、塗料全量中３〜５５重量％が好ましく、特に１５〜３５重量％が好ましい。
【００６１】
なお、光半導体粉末及び金属粉末（Ａｇ）対吸着材料（ハイドロキシアパタイト）の重量比は、７０〜８０重量％対１０〜２０重量％が好適である。
【００６２】
このような塗料の塗装方法は特に制限されるものではなく、刷毛塗り、エアスプレー塗装、静電塗装、粉体塗装、電着塗装、カーテンフロー塗装、ロール塗装等の方法を適用することができる。
【００６３】
上記のように光触媒機能体を設置する理由は、光触媒機能体が殺菌作用を発揮するためには、光が必要不可欠であるため、光の当たる場所に設けることが必要である。一方、水中に含まれているオゾンにも光（紫外線）が照射されなくては、殺菌作用を示さないため、影を作るように内蔵することも好ましくないからである。
【００６４】
ここで、前記光触媒機能体３３，３５の設けられ方は、上述したものに限定されるものではない。例えば、光触媒機能体が透過性の塗料であれば、前記リーク光ファイバーの表面に塗布することもでき、また、前記装置の内壁に沿って、ポリエステル不織布製光触媒機能体３５を設置することも可能である。
【００６５】
上記のような方法で、中波長紫外線照射装置１４内部に設けられた光触媒機能体は、中波長（２５４ｎｍ）の紫外線を照射されることにより、水や溶存酸素からスーパーオキサイドイオン（Ｏ2-）やヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を形成する。これらのスーパーオキサイドイオン（Ｏ2-）やヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は強い酸化力を有しており、細菌や有機物を分解する。
【００６６】
また、浄化する水が海水である場合には、海水中の塩化物イオン（Ｃｌ-）を前記スーパーオキサイドイオン（Ｏ2-）やヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が酸化して、塩素（Ｃｌ2）が形成される。この塩素（Ｃｌ2）は、回りにある水と反応し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を形成する。また、この次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）は海水中の塩化物イオン（Ｃｌ-）と反応し、塩素（Ｃｌ2）と水酸化物イオン（ＯＨ-）を形成する。さらに、水酸化物イオン（ＯＨ-）は塩化物イオン（Ｃｌ-）と共に酸化されて、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ-）を形成する。さらに、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ-）は、海水中のナトリウムイオン（Ｎａ+）と反応して次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を形成し、同様にして、海水中のカルシウムイオン（Ｃａ2+）と反応し次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ）2）を形成する。
【００６７】
海水中では、上述したような反応が連鎖的に起きていると考えられ、これらの反応で形成される次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、塩化物イオン（Ｃｌ-）、水酸化物イオン（ＯＨ-）、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ-）等も殺菌作用を有している。さらに、前記スーパーオキサイドイオン（Ｏ2-）により、強力な殺菌力を持つハイドロジェン・スーパーオキサイド（ＨＯ2）や、２価塩素化水素（ＨＯＣｌ）も生成され、中波長紫外線照射装置１４内で、全体として大きな殺菌効果を生むことができる。
【００６８】
上述したような方法で、中波長紫外線照射装置１４内において殺菌された水（海水）は、中波長紫外線照射装置１４の上方に設けられた水排出口３６から排出され配管４０内を通り、図７に示すように、長波長紫外線照射装置１５の下方に設けられた水送入口４１より、長波長紫外線照射装置１５内へ入る。
【００６９】
長波長紫外線照射工程及び、長波長紫外線照射装置１５では、中波長紫外線照射装置１４で生成された活性酸素等に長波長（３５０〜３９０ｎｍ）の紫外線を紫外線照射ランプ４２で照射することにより、スーパーオキサイドイオン（Ｏ2-）やヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を経て、スーパーオキシド（Ｏ2-）は酸素（Ｏ2）となり、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は、回りの水（Ｈ2Ｏ）から水素原子（Ｈ）を１つ奪って、活水（Ｈ2Ｏ）が生成される。
【００７０】
また、浄化する水が海水である場合は、上述したように、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）や次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ）2）等が、海水中に含まれているが、長波長（３１０〜３６０ｎｍ）の紫外線を照射することにより、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）と次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ）2）は、それぞれ分解されて、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と酸素（Ｏ2）となる。また、ハイドロジェン・スーパーオキサイド（ＨＯ2）や、２価塩素化水素（ＨＯＣｌ）も、それぞれ水（Ｈ2Ｏ）や、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）となる。つまり、浄化する水が海水であっても、活水化（浄化する前の海水と同じ組成に）することができるのである。
【００７１】
長波長紫外線照射装置１５の基本的構造は、上述した中波長紫外線照射装置１４と同じであるので、ここでは説明を省略する。また、長波長紫外線照射装置１５には、図６、図７に示すように光触媒処理体を内蔵しても、しなくてもよい。
【００７２】
なお、本発明に係る方法及びその装置は、上記の実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００７３】
紫外線照射による反応を起こす領域は、光源と装置（反応管）の間の空間であり、反応は、透明度等反応場の環境に影響される。そこで、この反応場に複数のリーク光ファイバーを設けることによって反応場に光源を分散させする効果を持たせ、反応場の環境の反応Ａへの影響を減少させることができることが望ましい。
【００７４】
短波長の紫外線照射装置において、リーク光ファイバーは、直管リーク光ファイバーと螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーと併用することができる。例えば、螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーの中心に直管リーク光ファイバーを配置する構成として，紫外線照射領域を拡大してオゾンの発生を高めることができる。また、紫外線ランプとリーク光ファイバーとを併設することもでき、この場合、紫外線ランプの外側に螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーを配置することが望ましい。短波長のオゾン発生部では、波長が２００ｎｍ以下の所謂真空紫外光であるため、リーク光ファイバーのみでは、リーク光の効率が不足する点を紫外線ランプによる照射で補うことができる。さらに本発明において、短波長の紫外線照射装置を中波長の紫外線照射装置および長波長の紫外線照射装置と共に用いることなく、短波長の紫外線照射装置を単独でオゾン発生装置とすることもできる。
【００７５】
中波長の紫外線照射装置においても、リーク光ファイバーは、直管リーク光ファイバーと螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーと併用することができ，これらのリーク光ファイバーの表面に単分子膜、まだら模様の光触媒のコート層を設けてもよく、また、紫外線ランプとリーク光ファイバーとを併設することもでき、紫外線ランプの外側に螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーを配置することが望ましい。
【００７６】
長波長の紫外線照射装置においても、上記した中波長の紫外線照射装置における構成とすることによって前記した長波長の紫外線照射による機能を高めることができる。
特に、中波長の紫外線照射装置および長波長の紫外線照射装置では、中波長および長波長のそれぞれの光源を分散化してＯＨラジカル発生量の飛躍的増加を図るため、それぞれの紫外線ランプの周囲に紫外線ランプと同心円状に直管リーク光ファイバーを配置することが望ましい。また、これらの直管リーク光ファイバーには単分子膜、まだら模様の光触媒のコート層を設けられていることが望ましい。
【００７７】
リーク光ファイバーの具体的な設置方法としては、例えば、（１）紫外線ランプ（石英管）あるいは円筒状の固定台にコイル状とする。（２）固定台は紫外線ランプ（石英管）の周囲に同心円状に配置させる。（３）各固定台に複数本のリーク光ファイバーを螺旋状に巻き付ける。等の手段を挙げられる。
【００７８】
また、反応場における光の分布を均一にするため、リーク光ファイバー（螺旋籠型曲率外リーク光ファイバー）を下記のように設置することが望ましい。
（１）内側の固定台に巻く光ファイバーき曲率半径を外側のそれよりも大きくし、紫外線のリーク量が内側より外側が大きくする。そのためには螺旋ピッチは、内側より外側を小さくする。
（２）光ファイバーの巻き方向は、隣り合った固定台では、逆方向とする。
【００７９】
次に殺菌活性化装置全体における反応効率を高めるため、紫外線ランプによる紫外線照射では紫外線が届かない領域にリーク光ファイバーを設置することができる。例えば
（１）短波長の紫外線照射装置１２の出口からポンプ１１の出口の気液混合面までを曲管リーク光ファイバーを設置する。
（２）中波長の紫外線照射装置から長波長の紫外線照射装置に至る配管等の中間部に曲管リーク光ファイバーを設置する。
（３）長波長の紫外線照射装置から殺菌活性化装置出口での配管等に曲管リーク光ファイバーを設置する。
【００８０】
また、短波長の紫外線照射装置１２で発生したオゾンを処理対象液中に溶解させるため、圧力タンク１３を設けているが、本タンク１３内にはオゾンを含む空気の気泡が存在する。本タンク１３内にもリーク光ファイバーを設置することによって反応効率が向上する。しかも圧力タンク１３内にある気泡は中波長の紫外線照射装置に移動するに従って粒径が大きくなる。気泡の接水面積は粒径の小さいタンク内の方がより広くなるため、紫外線照射による反応においてより高い効率を得ることができる。
【００８１】
また、圧力タンク１３内には、光触媒のコート層を有するシート型リークファイバーを複数枚設置し、また、螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーを設置して圧力タンク１３内で予備的にＯＨラジカルを発生させてもよい。
【００８２】
さらにオゾン（O3）が生成できれば、いかなるものであっても良い。また、前記リーク光ファイバー２１、３２に特に限定されるものではなく、必要な波長の紫外線をリークして照射するものであればよい。ここで、上述した実施例では、短波長紫外線照射装置１２には、空気を取り入れているが、空気に代えて水を取り込み、水中の酸素に紫外線を照射することにより、オゾンを生成することも可能である。この場合、水中により多くの酸素を含ませるために、短波長紫外線照射装置１２へ水を挿入する前に、バブリング（水を泡立てることにより、水と空気を混合させる）をすることが好ましい。
【００８３】
また、上記短波長紫外線照射装置１２へ、空気や水を挿入するために、エアーポンプを使用することも可能である。さらに、ポンプ１１においては、水と共に空気などの気体がポンプ内へ混入する場合を考えて、気液混合ポンプを使用することが好ましい。
【００８４】
上記のように、前記実施形態においては種々の装置等を例示したが、本発明の急速活水化装置は、適用できる装置であれば特に前記例示したものに限定されるものではない。
【００８５】
ここで、上述した本発明に係る急速殺菌活水化装置の具体的利用分野について説明する。本発明に係る、急速殺菌活水化装置の利用分野としては、
１）漁業関連では、魚介類洗浄水、種苗養殖水、備蓄活魚貝の水槽水、釣り餌の飼育水等の活水化。
２）上水関連では、井戸水、高架水槽水、食品加工水、ホテル・業務用厨房の上水の殺菌
３）廃水関連では、病院排水の無菌化、工業廃水のＣＯＤ改善、食品加工排水の無菌化、公共下水の無菌化、集落排水の無菌化、下水の中性化。
４）プロセス水としては、清涼飲料水、食品加工水、水産加工水の活水化。
５）その他の用途としては、風呂水、プールの水、冷却水タワー中の水、水耕栽培の水、人工の河や池の水工業洗滌水、の殺菌。
など様々な分野で、淡水、海水等、水の種類を問わずに使用が可能である。
【００８６】
以下に、前記の利用分野における具体的な実施例を図８を用いて説明する。
図８は、備蓄活魚貝の水槽水を活水化する装置５０である。この装置５０の構成は、前記した本発明に係る急速活水化装置１０（図５参照）に水を送り込む前に、水をろ過するためのろ過装置５１と、ろ過装置５１によって、ろ過された水を一時的に受水しておくための受水槽５２とを有している。ろ過装置５１は、特に限定するものではなく、いかなるろ過装置であってもよい。通常用いられている活性炭を充填させたろ過装置等が、コスト的な面からすると好ましい。その他の部分について、その基本的構造は、活水化装置１０（図５）と同じであるのでここでは省略するが、この場合（備蓄活魚貝の水槽水を活水化する場合）は、中波長紫外線照射装置内に加え、長波長紫外線照射装置内にも光触媒機能体を設けることが好ましい。魚は、鰓から海水を取り入れて呼吸をしているため、海水に含まれている細菌等は魚の鰓に蓄積されている場合が多い。この際、魚の鰓に蓄積されている細菌を殺菌するために、最も適しているのが適当な濃度の次亜塩素酸である。上述のように、長波長紫外線装置内で３５０〜３９０ｎｍの紫外線を強く照射すると、海水を活水化する時に、海水中に含まれる全ての次亜塩素酸を分解してしまい、却って魚のためにならず、適当な濃度の次亜塩素酸を海水に残すために、長波長の紫外線の強度を弱くし、光触媒機能体による分解作用によって海水を徐々に活水化する方法が好ましいからである。
【００８７】
吸入口５３より本装置に入った水は、ろ過装置５１を通り、受水槽５２で一時的に貯水され、活水化装置１０内へと入っていく。活水化装置１０内へ入った水は、ここで、活水化され排出口５４より排出される。排出口５４から排出された無菌状態の活水は、備蓄活魚貝の水槽へ供給される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明における直管型リーク光ファイバーを示す要部の概略的構成図である。
【図２】曲管リーク光ファイバーのリーク作用を示すための説明図である。
【図３】螺旋籠型曲率外リーク光ファイバーを示す要部の概略的構成図である。
【図４】本発明の活性化装置の概略的構成図である。
【図５】図４の活性化装置における短波長紫外線照射装置の概略的構成図である。
【図６】図４の活性化装置における中波長紫外線照射装置の概略的構成図である。
【図７】図４の殺菌活性化装置における長波長紫外線照射装置の概略的構成図である。
【図８】本発明を適用した備蓄活魚貝の水槽水を殺菌活性化する装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１          コア
２          クラッド
３          直管型リーク光ファイバー
４          粒子
５          コア
６，７      クラッド
９          螺旋籠型曲率外リーク光ファイバー
８Ａ、８Ｂ  透明管
１０        殺菌活性化装置
１１        ポンプ
１２        短波長紫外線照射装置
１３        圧力タンク
１４        中波長紫外線照射装置
１５        長波長紫外線照射装置
２１，３２  リーク光ファイバー
２４        オゾン排出口
３１，４１  水送入口
３３，３５  光触媒機能体
４０        配管
５０        備蓄活魚貝の水槽水を殺菌活性化する装置
５１        ろ過装置
５２        受水槽
５３        吸入口
５４        排出口
【図１】
2006061886.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006061886.tif 000005
【図４】
2006061886.tif 000006
【図５】
2006061886.tif 000007
【図６】
2006061886.tif 000008
【図７】
2006061886.tif 000009
【図８】
2006061886.tif 000010