(57)【要約】  本明細書に開示する、この技術の実施形態は、サイクロン式分離および光触媒性浄化を用いて未浄化ガス内の汚染物質を酸化する、例示的ガス浄化器を含む。このようなガス浄化器の１つは、テーパ加工されたサイクロン式チャンバを画定する容器を含む。未浄化ガスは、チャンバ内に入り、ガス渦流を引き起こす。チャンバ内の光触媒性粒子は、渦流に浮遊した状態になり、入来するガス内の汚染物質と混ざり合う。光源は、光触媒性粒子を活性化し、当該光触媒性粒子は、汚染物質を酸化してガスを浄化する。浄化されたガスは、チャンバの広い端部を介して出る。サイクロン性作用により、光触媒性粒子は、チャンバの狭い端部から出て再利用導管に向かうように仕向けられ、当該再利用導管は、光触媒性粒子を移送してチャンバ内に戻す。
2014522317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス浄化器であって、
チャンバを画定する容器と、
前記チャンバ内に配置された光触媒性粒子と、
ガス流を、前記チャンバ内に通すための入口であって、前記ガス流は、前記チャンバ内でガス渦流を引き起こして前記光触媒性粒子の少なくともいくつかを浮遊させ、前記浮遊させた光触媒性粒子が、ガス流体内の汚染物質に接触する、入口と、
前記浮遊させた光触媒性粒子を活性化するための光源と、
前記チャンバから前記ガス流を排出するための出口とを備える、ガス浄化器。
【請求項２】
前記チャンバが、約１０μｍよりも大きなカットポイントを有する、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項３】
前記チャンバの半径が、前記チャンバの長さに沿って小さくなる、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項４】
前記チャンバが、円錐、円錐台、放物面体、または双曲面体の形状である、請求項３に記載のガス浄化器。
【請求項５】
前記光触媒性粒子の少なくともいくつかが、二酸化チタンを含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項６】
前記光触媒性粒子の各々の直径が、約１μｍから約１００μｍである、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項７】
前記光触媒性粒子が、約１０μｍの平均直径を有する、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項８】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項９】
前記入口と前記チャンバの端部との間に結合されて、前記ガス渦流から落下した光触媒性粒子を移送して前記チャンバ内に戻す導管をさらに備える、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項１０】
前記出口において閾値サイズよりも小さい粒子を収集するためのトラップをさらに備える、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項１１】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項１０に記載のガス浄化器。
【請求項１２】
前記トラップが、静電フィルタを含む、請求項１０に記載のガス浄化器。
【請求項１３】
前記光源が、発光ダイオード、ランプ、および窓のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項１４】
ガス流を浄化するための方法であって、
ガス渦流をチャンバ内で引き起こすために、前記チャンバ内に前記ガス流を通すことであって、前記ガス渦流は、前記ガス流内の汚染物質に接触する光触媒性粒子を浮遊させることと、
前記浮遊させた光触媒性粒子を活性化するために、前記浮遊させた光触媒性粒子に照射することと、
前記チャンバから前記ガス流を排出することとを含む、方法。
【請求項１５】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記チャンバの半径が、前記チャンバの長さに沿って小さくなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記チャンバが、円錐、円錐台、放物面体、または双曲面体の形状である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガス渦流が、約１０μｍよりも大きな直径を有する粒子の、前記ガス流からの除去を引き起こす、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記光触媒性粒子の少なくともいくつかが、二酸化チタンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記光触媒性粒子の各々の直径が、約１μｍから約１００μｍの間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記光触媒性粒子が、約１０μｍの平均直径を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガス渦流から落下した光触媒性粒子を移送して前記ガス渦流内に戻すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記浮遊させた光触媒性粒子に照射することが、紫外線（ＵＶ）源を活性化することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＵＶ源が、発光ダイオード、ランプ、および窓のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガス流を排出することが、閾値サイズよりも小さい粒子を捕集することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
粒子を捕集することが、静電的に行われる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
ガス浄化器であって、
チャンバを画定する容器と、
ガス流を、前記チャンバ内に通すための入口であって、前記ガス流は、前記チャンバ内でガス渦流を引き起こして前記チャンバ内で粒子を浮遊させる、入口と、
前記入口と前記チャンバの端部との間に結合されて、前記ガス渦流から落下した少なくともいくつかの粒子を移送して前記チャンバ内に戻す導管と、
前記チャンバから前記ガス流を排出するための出口とを備える、ガス浄化器。
【請求項２９】
前記チャンバが、約１０μｍよりも大きなカットポイントを有する、請求項２８に記載のガス浄化器。
【請求項３０】
前記チャンバの半径が、前記チャンバの長さに沿って小さくなる、請求項２８に記載のガス浄化器。
【請求項３１】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項２８に記載のガス浄化器。
【請求項３２】
前記入口、前記導管、および前記チャンバの前記端部のうちの少なくとも１つに結合されて、閾値サイズよりも大きな粒子を収集するトラップをさらに備える、請求項２８に記載のガス浄化器。
【請求項３３】
前記出口において閾値サイズよりも小さい粒子を収集するためのトラップをさらに備える、請求項２８に記載のガス浄化器。
【請求項３４】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項３２に記載のガス浄化器。
【請求項３５】
前記トラップが、静電フィルタを含む、請求項３２に記載のガス浄化器。
【請求項３６】
前記ガス渦流に浮遊させた前記粒子に照射するための光源をさらに備える、請求項２８に記載のガス浄化器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
サイクロン式分離は、濾過せずにガスから粒子を分離する方法である。円筒形または円錐形のサイクロンチャンバにガスが注入され、チャンバの一方端で開始してチャンバの他方端で終了する高速回転流を起し、この流れは次いで、方向を転換し、サイクロンチャンバの上部における吐出口を介して、サイクロンの中心を上方に出る。粒子は、市販の渦流／サイクロン型粒子分離器を使用して、密度別に分離され得る。
【発明の概要】
【０００２】
ガス渦流に浮遊させた光触媒性粒子を使用するガス浄化の例示的実施形態では、容器が、光触媒性粒子を収容するチャンバを画定する。チャンバへの入口は、チャンバ内でガス渦流を引き起こして光触媒性粒子の少なくともいくつかを浮遊させるガス流を中に通し、当該光触媒性粒子は、ガス流体内の汚染物質に接触する。窓、ランプ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源は、たとえば、浮遊させた光触媒性粒子に接触させた汚染物質の酸化を引き起こすことにより、当該浮遊させた光触媒性粒子を活性化する。出口は、チャンバからガス流を排出する。
【０００３】
例示的チャンバは、５０％の効率でガス渦流から除去される粒子のサイズとして規定されるカットポイントを有し得、このサイズは、約１０μｍに等しいか、またはそれよりも大きい。例示的方法において、カットポイントよりも大きい直径を有する粒子は、５０％よりも高い効率で、ガス渦流から除去される。例示的チャンバは、テーパ加工されていることも考えられ、すなわち、その長さに沿って小さくなる半径を有し得る。たとえば、テーパ加工されたチャンバは、円錐、円錐台、放物面体、または双曲面体の形状であってよい。
【０００４】
本技術の実施形態で使用される例示的光触媒性粒子は、二酸化チタンまたは任意の他の好適な光触媒性材料を含み得る。各光触媒性粒子の直径は、約１μｍから約１００μｍであり得、たとえば、光触媒性粒子は、約１０μｍの平均直径を有し得る。いくつかの例において、カットポイントは、平均粒子直径よりも小さい、約１０μｍ、２０μｍ、または３０μｍであるように選択され得る。
【０００５】
いくつかの例示的実施形態において、チャンバに通されたガス流は、汚染された空気を含む。例示的ガス浄化器は、入口とチャンバの端部との間に結合されて、ガス渦流から落下した光触媒性粒子を移送してチャンバ内に戻す導管を含み得、光触媒性粒子は、当該チャンバ内で、再びガス渦流に入ることができる。場合によっては、トラップが、導管内へ、または導管を通って移送される粒子を、サイズおよび／または静電特性に基づいて収集することが考えられる。
【０００６】
例示的ガス浄化は、チャンバの出口において、約１μｍ、約４μｍ、または約１０μｍなどの閾値サイズよりも小さい粒子を収集することを含み得る。粒子の収集は、フィルタ、静電トラップなどを用いて行われ得る。
【０００７】
本技術の代替的実施形態による例示的ガス浄化器は、チャンバを画定する容器と、ガス流をチャンバ内に通す入口と、入口とチャンバの端部との間に結合された導管とを含む。ガス流は、チャンバ内でガス渦流を引き起こしてチャンバ内で粒子を浮遊させる。導管は、ガス渦流から落下した粒子の少なくともいくつかを移送してチャンバ内に戻す。出口は、チャンバからガス流を排出する。
【０００８】
前述の概要は、例示的であるにすぎず、いかなる方法においても限定することを意図しない。上記の例示的実施態様、実施形態、および特徴に加え、さらに別の実施態様、実施形態、および特徴が、以下の図面および詳細な説明を参照すると明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のサイクロンチャンバの概略図である。
【図２】本技術の実施形態による例示的ガス浄化器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
照射を受けた、光触媒性粒子の渦流は、化学的、生物学的、および粒子状の汚染に由来する空気、排気、エフルエント、農業排出物、または産業排出物などのガスを浄化するために使用され得る。分級された粒子は、サイクロンチャンバ内の渦流を通して循環される。汚染されているか、または未浄化のガスは、チャンバ内に入り、汚染物質に依存して選択され得る光触媒によって浄化され、浄化されたガスとしてチャンバを出る。渦流浮遊（vortex suspension）は、小さな体積で、大きくかつ絶えず刷新される光反応性表面をもたらすが、その理由は、光触媒性粒子の全表面を反応に利用することができるためである。そして、当該光触媒性粒子は、常時混合されて、紫外線（ＵＶ）照明であることが考えられる照射線に常時暴露（および再暴露）される。滞留時間は、渦流工程における継続的混合によって長くなる。
【００１１】
本技術の実施形態は、他のガス浄化技法と比較すると、小さな体積で極めて大きな光反応性表面領域を、より高効率で使用する。例示的サイクロンチャンバは、可動部品を有さないため、エネルギー効率がよく、多くの保守整備を必要としない。触媒の保守整備は、古い粒子を新しい粒子で交換するという簡単なものであり得る。
【００１２】
例示的ガス浄化器は、集中型、スタンドアロン式、たとえば建物内または車両内における可搬動作式、延いては装着可能な（たとえば、塗料の蒸発気などを処理する）空気浄化器用に構成され得る。たとえば、例示的浄化器は、居住用または商用の建物、病院、クリーンルームなどで使用されるもの、および室内、車両など用の可搬型空気浄化で使用されるものなどの、既存の集中型空気処理システムに対し、差し込み式の組込みを行うのによく適する。例示的ガス浄化は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの、安価で非毒性の広く様々な光触媒を用いて、たとえば日光、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプなどの広く様々な源からの照明を用いて、実施され得る。
【００１３】
サイクロンガス浄化および「カットポイント」
図１は、単一のサイクロンチャンバ１０の機能を模式的に概略表示している。様々なサイズの粒子を含むガス流１２は、太い白い矢印が示すように、円筒形または円錐形であり得るサイクロンチャンバ１０内に、最終的な下向きの動きを伴った円形サイクロンを生じるような態様で誘導される。例示的チャンバ１０は、金属（たとえば金属薄板）または任意の他の好適な材料で製造され得る。流れ１２がチャンバ１０を下に進むにつれ、より大きな慣性を有する粒子（すなわち、より大きなおよび／またはより高密度の粒子）は、サイクロンチャンバ１０の壁部に衝突し、次いで、チャンバ１０の底部に向けて摺動または落下する。このことが生じる理由は、回転流体内の、より大きな（より高密度の）粒子が、慣性を過度に有するため、当該流体の急なカーブをたどることができずに外側の壁部に当たり、次いで、当該粒子が除去され得るサイクロンの底部まで落下するためである。より大きな（より高密度の）粒子は、より小さな（より低密度の）粒子よりも高効率で除去される。チャンバ１０から５０％の効率で除去される粒子のサイズは、チャンバの「カットポイント」として規定され、サイクロン内のガスの流量と、チャンバ１０の形状寸法とに依存する。より大きな（より高密度の）粒子は、より高効率で除去され、より小さな（より低密度の）粒子は、より低効率で除去される。カットポイントは、ガス流量を変更することにより、および／または、チャンバ１０の形状を変更することにより、変化させることができる。
【００１４】
チャンバ１０の底部では、黒い矢印が示すように、サイクロンを反射させて、「目」すなわち下向きのサイクロンの中心を通ってガス流体を上に誘導する。カットポイントよりも大きな粒子は、排出流体１４を介してチャンバ１０から流出する。そのため、サイクロンの「カットポイント」よりも小さな粒子は、ガス流に浮遊したままで、吐出口１６を介してサイクロンチャンバ１０を出て行く傾向にある。
【００１５】
渦流に浮遊させた光触媒性粒子を用いるガス浄化
本技術の例示的実施形態は、光触媒性浄化と組み合わせてサイクロン式粒子分離器技術を使用する。サイクロン式粒子技術では、（特定のサイズおよび密度を有する）粒子を渦流に浮遊または混入させるが、次いで、小さくなってゆくサイクロンチャンバの半径により、当該粒子は空気流体から分離される。従来のサイクロン式粒子分離器技術では、この効果を用いて、サイズに基づき粒子を排除または収集する。ここでは、この効果を用いて、光触媒性粒子を再利用する。
【００１６】
例示的ガス浄化は、安定した渦流内に光触媒性粒子と汚染されたガスとを混入させることを含む。ガス内の汚染物質は、たとえば光触媒性粒子の表面への吸着を通じて、ガス渦流内で光触媒性粒子に接触する。光触媒性粒子への照射は、たとえば、汚染物質を分解するように作用する反応種を生成することにより、光触媒性粒子を活性化する。たとえば、光触媒性ＴｉＯ２にＵＶ照射すると、光触媒性ＴｉＯ２の表面に、反応性一重項酸素が生成される。従来は、このような粒子は表面被膜に含まれており、そのため、光反応性領域は、被膜上の粒子の暴露された表面に限定されてしまう。それとは対照的に、本技術の渦流浮遊は、ＵＶ照明および汚染された空気のいずれもが、粒子の表面領域全体に到達できるようにする。さらに、渦流内で混合するため、同一サイズのチャンバの被膜内で使われる場合に比べ、渦流内では、遥かに多くの粒子を活性の態様で使用することができる。渦流は、たとえば、同等の表面被膜の表面領域の１００倍から１０００倍の間という、極めて大きくかつ効果的な光反応性の表面領域が、小さな体積内に収まることを可能にする。
【００１７】
図２は、本技術の例示的実施形態によるガス浄化装置２００の図を示す。汚染された空気または別の汚染されたガスのガス流２２は、入口２１４を介して、容器２１２によって画定されるチャンバ２１０内に入る。ガス流２２は、チャンバ２１０内でガス渦流を引き起こす。いくつかの例において、チャンバ２１０は、その長手方向軸に沿ってテーパ加工され、すなわち、チャンバ２１０の半径は、ガス流２２の速度方向に対して垂直な軸に沿って小さくなる。たとえば、チャンバ２１０の壁部は、円錐、円錐台、双曲面体、放物面体の、または任意の他の好適に形作られた表面を形成し得る。チャンバ２１０は、約４μｍから約１０μｍ、またはそれよりも大きなカットポイントを有し得る。カットポイントの具体例は、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍ、またはこれらの値のうちのいずれか２つの値間の範囲を含む。さらに別の例は、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、または約４０μｍのカットポイントを有してよい。
【００１８】
チャンバ２１０内に配置された光触媒性粒子２２０は、ガス渦流内に混入され、ガス流２２内の汚染物質（たとえば、揮発性有機化合物、溶媒、炭化水素、空気伝搬細菌、および／または空気伝搬ウイルス）、ならびに他の粒子と混ざり合う。光触媒性粒子２２０は、ガス流２２を発生させる前にチャンバ２１０内に導入され得るか、または、単にガス流２２と共に入口２１４に加えられ得る。ガス渦流内の汚染物質は、光触媒性粒子２２０に接触し、混合中に光触媒性粒子２２０に吸着するか、またはその他の場合、付着することが考えられる。
【００１９】
ＴｉＯ２粒子を含むが、それに限定されない、好適な光触媒性粒子２２０は、種々の組成で広く入手可能であり、これらの組成は、予想される汚染、価格などに依存して選択される。一例として、ＴｉＯ２粒子は、安価であり、非毒性であり、多様な空気伝搬汚染物質に効果的であり、多くの光源、たとえば日光、ＬＥＤ、高輝度ランプなどにより活性化され得る。代替的に、またはこれに加えて、光触媒性粒子は、たとえば、一例として紫外線光または可視光による照射を受けると光触媒活性を呈し得る半導体を含み得る。例には、金属元素と酸素、窒素、硫黄、および／またはフッ素との化合物が含まれる。金属元素の例には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅが含まれる。化合物の例には、上記の金属の、１つまたは複数の酸化物、窒化物、硫化物、酸窒化物、酸硫化物、窒素フッ化物、酸化フッ化物、窒素酸化フッ化物が含まれる。いくつかの例において、好適な触媒には、たとえば、チタン、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、スズの酸化物や、チタン酸バリウム、バリウムストロンチアナイト、チタン酸バリウム鉛、ジルコン酸鉛などが含まれる。これらの中でも、Ｔｉ、Ｗ、またはＮｂの酸化物が好ましく、メタチタン酸、酸化チタン、酸化タングステンなどが特に好ましい。光触媒は、単独で使用してよく、または、２種類以上の光触媒を組み合わせて使用してもよい。光触媒は、様々なドーパント、たとえば、燐酸、塩化第二鉄、トリエチルアミン、トリフルオロ酢酸、チオ尿素、硝酸銀、酢酸銀、硝酸銅、硫酸銅、ホウ酸、およびこれらの組み合わせや、他の金属、たとえば本明細書において上に列挙した金属元素や、または、他の金属酸化物、たとえば酸化亜鉛、酸化白金、酸化マグネシウム、ならびに／もしくは酸化アルミニウム、などと組み合わせることができる。いくつかの例において、好適な触媒は、アナターゼ型二酸化チタンまたはルチル型二酸化チタンを含む。好ましくは、光触媒性粒子２２０は、その体積に対して大きな表面積を有し得る。たとえば、光触媒性粒子２２０は、粗面または波形面を有するほぼ球状であり得る。光触媒性粒子２２０は、約１μｍから約１００μｍの直径を有し得る。いくつかの例において、光触媒性粒子２２０は、４μｍよりも大きな、たとえば約１０μｍの平均直径を有する。光触媒性粒子の平均直径の具体例は、約４μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、およびこれらの値のうちのいずれか２つの値間の範囲を含む。光触媒性粒子は、すべてがほぼ同一サイズを有し得るか、または、サイズの分布を有し得る。厳密に分級された粒子分布で始める必要はない。なぜなら、以下に説明するように、チャンバ２１０内のガス渦流のサイクロン性作用が、当該ガス渦流から、大きすぎるか、または小さすぎる粒子を除去するためである。
【００２０】
少なくとも１つの光源２４０は、１つもしくは複数の波長で、または、光触媒性粒子２２０を活性化する波長の範囲で、光触媒性粒子２２０を照明する。或る例では、光源は、１つまたは複数のＵＶ波長で光を発する。正確な波長（複数可）または波長の範囲は、光触媒の組成に依存する。たとえば、二酸化チタンに好適な波長は、約１９０ｎｍから約４００ｎｍの範囲であり得る。単一波長での照射も効果的であることが考えられ、たとえば３５５ｎｍでのレーザー照射下において、二酸化チタンが光触媒として使用されてきた。光触媒に依存して、他の波長範囲が好適であることが考えられる。たとえば、窒素イオンでドープされた二酸化チタン、または、三酸化タングステンは、可視光下において光触媒活性を有し得る。光源２４０には、１つまたは複数のＬＥＤ、ランプ、または日光が含まれてよく、容器２１２の１つの壁部の透明窓２４２を介してチャンバ２１０内に入る光を発する。たとえば光パイプ、鏡などの他の装置を用いて、源２４０からチャンバ２１０内に光を誘導してよい。代替的に、チャンバ２１０自体の内部に、適度に小型で長寿命の源（たとえばＵＶ−ＬＥＤ）を据え付けてよい。
【００２１】
光触媒性粒子２２０による透過光の吸収は、光触媒性粒子２２０の表面上に反応性一重項酸素を生じると考えられる。この反応性一重項酸素は、粒子２２０に接触した汚染物質を酸化し、汚染された空気を浄化する。渦流の混合および粒子の回転により、粒子２２０の、汚染物質が接触した表面は、光源２４０からの照射に常時暴露される。その結果、（ガス流２２内の汚染物質および入射光の両方に到達可能な）各粒子２２０の表面領域の全体が、光触媒として有効になり得る。
【００２２】
ガス渦流に浮遊させた粒子がチャンバ２１０を通って伝播するにつれて、小さくなってゆくチャンバの半径が、粒子上に加わる有効な遠心力を増大させる。大きなまたは高密度の汚染物質（すなわち、カットポイントよりも大きなサイズの粒子）は、チャンバ２１０の壁部に衝突して、チャンバの狭い端部から出る。サイクロンによって引き起こされたこの分離は、粒子の種類ではなく、粒子のサイズによって分別を行うため、チャンバ２１０から落下した粒子は、光触媒性粒子２２０、汚染物質、および他の粒子を含み得る。場合によっては、光触媒性粒子２２０のサイズは、光触媒性粒子２２０の少なくともいくつかが渦流から落下するように、チャンバのカットポイントに等しいか、またはそれよりも大きくなるように選択される。
【００２３】
チャンバ２１０の狭い端部に結合された再循環導管２３０は、渦流から落下した粒子を、入口２１４に通されるガス流２２内に供給して戻す。場合によっては、導管２３０を通って移動する粒子は、汚染物質が光触媒性粒子と共に再利用されることを防ぐために、濾過される。たとえば、再循環導管２３０は、粒子の電気特性に基づいて粒子を選別する任意選択の静電フィルタ（図示せず）、および／または、運動量に基づいて粒子を濾過するトラップを含んでよい。再利用される光触媒性粒子２２０は、入口２１４に達するまで導管内に留まり、入口２１４の地点でチャンバ２１０内のガス渦流に再び入り、チャンバ２１０内で汚染されたガスに混ざり合い、当該汚染されたガスを浄化する。
【００２４】
浄化された空気などの浄化されたガスは、チャンバ２１０の広い端部において、出口２１６を介してチャンバ２１０を出る。出口２１６に結合された、別の任意選択の静電フィルタ（図示せず）は、出て行くガスから、より小さな粒子を除去する。たとえば、その他の任意選択の静電フィルタは、約４μｍまたはそれよりも小さい直径を有する粒子を捕集し得る。なぜなら、このような粒子が、しばしば、所望しない生理学的作用を有するためである。浄化されたガスは、次いで、その目的地まで送られる。
【００２５】
光触媒性粒子２２０は、浄化器２００の正常な動作を確保するために、一定の日程に従って、または必要に応じて、交換され得る。一定期間が経過した後、光触媒粒子２２０が活性を失った（または、同一サイズの多くの汚染物質粒子が渦流内で共に捕集された）ときに、ガス流２２が絶たれ、チャンバ２２０内のすべての粒子がチャンバ２２０の底部へ落下して除去される。代替的に、光触媒性粒子２２０がチャンバのカットポイントよりも大きい場合、不活性な光触媒性粒子２２０は、入口２１４から再利用ライン２３０を切り離すことにより、継続的に、定期的に、または必要に応じて、チャンバ２１０の循環から外れ得る。廃棄される光触媒性粒子２２０を交換するために、新たな光触媒性粒子２２０が、入口２１４を介してチャンバ２１０内に装填され得る。
【００２６】
本明細書に開示された本技術の実施形態は、その壁部が光触媒で被覆されたサイクロンチャンバに比べ、面倒な保守整備がより少ない状態で、より優れた性能をもたらす。たとえば、光触媒で被覆されたサイクロンチャンバの活性表面領域が、ダクトの内側表面積によって制限されるのに対し、本技術の実施形態は、ガス渦流に浮遊させた光触媒性粒子の数およびサイズによってのみ制限される活性表面を有する。触媒のより厚い層でサイクロンチャンバを被覆することは、効果的ではない。なぜなら、代表的触媒（たとえばＴｉＯ２）がＵＶ光を吸収するため、活性化が表面付近で生じるにすぎず、空気流体が触媒表面に接触するにすぎないためである。光触媒領域は、ダクト全体にわたって触媒被膜を延在させることによって増大させることが可能だが、これにより、照明の費用が嵩み、照明の困難度が増す。さらに、代表的ダクトは、エネルギー効率のよい渦流を維持するように、特に、据え付けに特有のねじりおよび曲がりを考慮するように、形作られていない。最後に、光触媒の交換は、費用がかかって煩わしい。なぜなら、光触媒の交換が管路系統の交換または再被覆を伴うためである。
【実施例１】
【００２７】
サイクロン式光触媒性粒子空気浄化器のキット
サイクロン式粒子分離器は、触媒が装填されたフィルタとは異なり、システムを通るガスの流れを妨げない。そのため、本技術の実施形態は、光触媒で被覆されたフィルタよりも容易に、中断を生じずに既存の空気処理システムに後付けすることができる。一例において、図１に示すチャンバ１０などの従来のサイクロンチャンバを、本技術の例示的キットを使用して、光触媒性ガス浄化を実施するように改造する。まず、１つまたは複数の石英窓と、サイクロンチャンバの下側粒子出口および上側空気入口を接続する再利用ラインとを増設することにより、サイクロンチャンバを改造する。次に、流入部に空気を誘導して、サイクロンを始動させる。高表面積および１０μｍの平均直径を有するＴｉＯ２粒子の集まりを、チャンバの流入部に加え、サイクロンに浮遊させる。ほとんどの粒子が、そのサイズ／密度、および小さくなるサイクロンの半径に応じてサイクロンから結果的に落下し、再利用出口に入り、（さらなる空気流と共に）誘導されて入口に戻り、再びサイクロンに入る。最初に光触媒粒子を加えるとすぐに、約１マイクロメートルまたは１マイクロメートル未満の粒子のごく一部が、出口を通過して、静電フィルタにより捕捉される。
【００２８】
サイクロンチャンバの外側に位置付けられた一群の高輝度ＵＶ−ＬＥＤは、チャンバの側面の石英窓を通してチャンバ内の粒子を照明する。汚染された空気は、サイクロンチャンバを通って誘導され、空気伝搬される汚染物質は、ＴｉＯ２粒子の表面上に吸着する。ＵＶ照明は、光触媒粒子の表面を活性化し、渦流の混合および粒子の回転を通じて、汚染物質が吸着した粒子表面の少なくともいくつかは、光活性化される。結果的に生じる一重項酸素およびヒドロキシルラジカル種は、吸着した汚染物質を酸化し、チャンバ内の空気を浄化する。浄化された空気は、サイクロンを出て、取り付けられた空気処理システムを通って誘導される。改造されたサイクロンチャンバの正常な動作は、入口における未浄化ガスの分光計測値を、出口から排出された浄化ガスの分光計測値と比較することによって検証される。
【実施例２】
【００２９】
ヒュームフード
別の例示的実施例では、実験室または教室内のヒュームフードから放出された排気を濾過するために、光触媒性粒子で少なくとも部分的に充填されたサイクロンチャンバを使用する。ファンまたは圧力差により、ヒュームフード内で化学物質から発出した煙霧および／または蒸発気は、サイクロンチャンバの入口に接続されたダクト内に入るように仕向けられる。たとえば、陰圧が、ヒュームフード内の覆われていない溶媒から内に蒸発気を吸引することが考えられる。煙霧／蒸発気はサイクロンチャンバに入り、ここで、ほぼ球状のＴｉＯ２粒子の集まりと共に循流し、当該粒子の集まりの上に吸着する。紫外線ランプはＴｉＯ２粒子を照明し、これにより、当該ＴｉＯ２粒子に、溶媒および他の吸着した材料を酸化させる。この酸化反応により、ヒュームフードからの排気が浄化され、浄化された排気は、大気に放出され得る。
【００３０】
本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００３１】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００３２】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。
【００３３】
しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。
【００３４】
さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。
【００３５】
２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００３６】
例示的実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示された。開示された正確な形式に対して、網羅的もしくは限定的であることは意図しておらず、上記の教示内容に鑑みて変更形態および変形形態が可能であり、または、開示された実施形態を実施することによって変更形態および変形形態を獲得することができる。本発明の範囲が、本明細書に添付される特許請求の範囲およびその等価物によって規定されることを意図する。
【図１】
2014522317.tif 000003
【図２】
2014522317.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月12日(2013.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス浄化器であって、
チャンバを画定する容器であって、前記チャンバは、前記チャンバの長さに沿って小さくなる半径を有する、容器と、
前記チャンバ内に配置された光触媒性粒子と、
ガス流を、前記チャンバ内に通すための入口であって、前記ガス流は、前記チャンバ内でガス渦流を引き起こして前記光触媒性粒子の少なくともいくつかを浮遊させ、前記浮遊させた光触媒性粒子が、ガス流体内の汚染物質に接触する、入口と、
前記浮遊させた光触媒性粒子を活性化するための光源と、
前記チャンバから前記ガス流を排出するための出口とを備える、ガス浄化器。
【請求項２】
前記チャンバが、約１０μｍよりも大きなカットポイントを有する、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項３】
前記チャンバが、円錐、円錐台、放物面体、または双曲面体の形状である、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項４】
前記光触媒性粒子の少なくともいくつかが、二酸化チタンを含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項５】
前記光触媒性粒子の各々の直径が、約１μｍから約１００μｍである、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項６】
前記光触媒性粒子が、約１０μｍの平均直径を有する、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項７】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項８】
前記入口と前記チャンバの端部との間に結合されて、前記ガス渦流から落下した光触媒性粒子を移送して前記チャンバ内に戻す導管をさらに備える、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項９】
前記出口において閾値サイズよりも小さい粒子を収集するためのトラップをさらに備える、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項１０】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項９に記載のガス浄化器。
【請求項１１】
前記トラップが、静電フィルタを含む、請求項９に記載のガス浄化器。
【請求項１２】
前記光源が、発光ダイオード、ランプ、および窓のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のガス浄化器。
【請求項１３】
ガス流を浄化するための方法であって、
ガス渦流をチャンバ内で引き起こすために、前記チャンバの長さに沿って小さくなる半径を有する前記チャンバ内に前記ガス流を通すことであって、前記ガス渦流は、前記ガス流内の汚染物質に接触する光触媒性粒子を浮遊させることと、
前記浮遊させた光触媒性粒子を活性化するために、前記浮遊させた光触媒性粒子に照射することと、
前記チャンバから前記ガス流を排出することとを含む、方法。
【請求項１４】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記チャンバが、円錐、円錐台、放物面体、または双曲面体の形状である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガス渦流が、約１０μｍよりも大きな直径を有する粒子の、前記ガス流からの除去を引き起こす、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記光触媒性粒子の少なくともいくつかが、二酸化チタンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記光触媒性粒子の各々の直径が、約１μｍから約１００μｍの間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記光触媒性粒子が、約１０μｍの平均直径を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガス渦流から落下した光触媒性粒子を移送して前記ガス渦流内に戻すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記浮遊させた光触媒性粒子に照射することが、紫外線（ＵＶ）源を活性化することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＵＶ源が、発光ダイオード、ランプ、および窓のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガス流を排出することが、閾値サイズよりも小さい粒子を捕集することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
粒子を捕集することが、静電的に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ガス浄化器であって、
チャンバを画定する容器であって、前記チャンバは、前記チャンバの長さに沿って小さくなる半径を有する、容器と、
ガス流を、前記チャンバ内に通すための入口であって、前記ガス流は、前記チャンバ内でガス渦流を引き起こして前記チャンバ内で粒子を浮遊させる、入口と、
前記入口と前記チャンバの端部との間に結合されて、前記ガス渦流から落下した少なくともいくつかの粒子を移送して前記チャンバ内に戻す導管と、
前記チャンバから前記ガス流を排出するための出口とを備える、ガス浄化器。
【請求項２７】
前記チャンバが、約１０μｍよりも大きなカットポイントを有する、請求項２６に記載のガス浄化器。
【請求項２８】
前記ガス流が、汚染された空気を含む、請求項２６に記載のガス浄化器。
【請求項２９】
前記入口、前記導管、および前記チャンバの前記端部のうちの少なくとも１つに結合されて、閾値サイズよりも大きな粒子を収集するトラップをさらに備える、請求項２６に記載のガス浄化器。
【請求項３０】
前記出口において閾値サイズよりも小さい粒子を収集するためのトラップをさらに備える、請求項２６に記載のガス浄化器。
【請求項３１】
前記閾値サイズが、約１μｍである、請求項３０に記載のガス浄化器。
【請求項３２】
前記トラップが、静電フィルタを含む、請求項３０に記載のガス浄化器。
【請求項３３】
前記ガス渦流に浮遊させた前記粒子に照射するための光源をさらに備える、請求項２６に記載のガス浄化器。
【国際調査報告】
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