(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管強度母材内に光触媒を表面に付着し、且つ透明体で製作された酸化還元反応部材を挿入し、この反応部材に向けて前記配管強度母材の内壁面に対して母材と同軸方向に分散して取り付けられた複数本の光ファイバーケーブルの先端に形成した出光端面から励起光線を出光させて前記反応部材に付着させた光触媒に酸化還元反応を励起させることにより、前記配管強度母材内を流動する被処理流体中に含まれている汚染物質、細菌、悪臭等の有機化合物を配管上で分解処理する装置であって、前記複数本の光ファイバーケーブルの出光端面は、前記母材内に挿入された酸化還元反応部材の存在領域に対して均等に分散して配設されていること、を特徴とする有機化合物を分解処理する装置。
【請求項２】
前記光ファイバーケーブルの複数の出光端面を配管強度母材の内壁面において螺旋状に配設して成る請求項１記載の有機化合物を分解処理する装置。
【請求項３】
前記配管強度母材の内壁面に、配設された光ファイバーケーブルの面状の出光端面は、該母材の中心方向に向けて出光するように端面が形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の有機化合物を分解処理する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管上において、光触媒の酸化還元反応及び抗菌金属の作用により、流体中に含まれている汚染物質、細菌、悪臭等の有機化合物を分解して浄化、殺菌、脱臭等の処理を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等の半導体光触媒（以下「光触媒」という）に紫外線を照射すると、この光触媒が励起されて強い酸化還元反応が起こり、この酸化還元反応が周辺の汚染物質を浄化したり、細菌を殺菌したり、悪臭を脱臭したりする等の効果があることが知られている（例えば、実公平２−４０９８６号公報、特開平９−２５３６３７号公報、同９−２３９３５８号公報、実用新案登録第３０４１２８３号公報、同３０４４６５５号公報）。また、光触媒とは別に、銀、銅なども抗菌効果があることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このような効果を有する光触媒及び抗菌金属を用いた各種浄化、殺菌、脱臭装置等が提案されているが、これら公知例の場合、次のような欠点がある。
１．光触媒による酸化還元反応を高めて処理効率を高めるためには、紫外線を効率的に光  触媒に照射し、更に被処理流体と光触媒との接触面積の拡大を図ることであるが、この  双方を小型で、そして配管上において満足する手段はない。
２．処理能力を高めるためには、装置の容量を大きくすることであるが、このように装置  の容量を大きくした場合、外形が大型化すると共に製作コストが高騰する。
【０００４】
本発明の第１の目的は、配管上（被処理流体の流路上）において、光ファイバーによる励起光線の照射により効率よく酸化還元反応を起こさせて有機化合物の分解率を高めることである。
更に、第２の目的は、紫外線光源を配管上に設置しないことによる処理装置の小型化と、処理装置を作成するためのコストの高騰を抑制することである。
更に、第３の目的は、励起光線発生源で消費する電力を節約することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、配管強度母材内に光触媒を表面に付着し、且つ透明体で製作された酸化還元反応部材を挿入し、この反応部材に向けて前記配管強度母材の内壁面に対して母材と同軸方向に分散して取り付けられた複数本の光ファイバーケーブルの先端に形成した出光端面から励起光線を出光させて前記反応部材に付着させた光触媒に酸化還元反応を励起させることにより、前記配管強度母材内を流動する被処理流体中に含まれている汚染物質、細菌、悪臭等の有機化合物を配管上で分解処理する装置であって、前記複数本の光ファイバーケーブルの出光端面は、前記母材内に挿入された酸化還元反応部材の存在領域に対して均等に分散して配設されていること、を特徴とするものである。
【０００６】
更に、請求項２に記載の発明においては、請求項１記載の有機化合物を分解処理する装置において、前記光ファイバーケーブルの複数の出光端面を配管強度母材の内壁面において螺旋状に配設して成ることを特徴とするものである。
【０００７】
更に、請求項３に記載の発明においては、請求項１記載の有機化合物を分解処理する装置において、前記配管強度母材の内壁面に、配設された光ファイバーケーブルの面状の出光端面は、該母材の中心方向に向けて出光するように端面が形成されている、ことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
配管強度母材は、被処理流体が流れる配管の一部にフランジ等の接合手段を用いて、配管の一部を構成するようにして接続される。このため、被処理流体は、配管上を流れると同じように、処理装置を通過する。上流の配管から処理装置の配管強度母材内に入る被処理流体は、例えば、旋回流発生板間を通過するときに、この旋回流発生板の作用により旋回流となって上段のネットから酸化還元反応部材内に入り、酸化還元反応部材内を旋回しながら通過し、次に中段のロート・円錐状ネットを通過して下段の酸化還元反応部材内に入り、更に下段のネットを通過し、再び旋回流発生板の作用により旋回流となって下流側の配管内に流出する。
【０００９】
光源から光ファイバー内に入光した励起光線（紫外線）は、この光ファイバーを経由して配管強度母材内に導入されてこの配管強度母材の内壁面において分散された出光端面から配管強度母材の中心方向に向けて出光する。この光ファイバーの出光端面は、配管強度母材内において分散されているため、出光端面から出光した励起光線は、上段のネット、酸化還元反応部材及び中段のロート・円錐ネット及び下段の酸化還元反応部材及びネットに向けて万遍なく照射する。
【００１０】
励起光線の照射を受けた光触媒は、この励起光線により酸化還元反応が励起されて被処理流体中に含まれている汚染物質、細菌、悪臭物質等の有機化合物を分解する。また、光触媒と併用された抗菌金属Ａｇ又はＣｕは、励起光線の照射を受けなくても、それ自体で有機化合物を分解する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、配管上において酸化還元作用により被処理流体中の有機化合物を処理するための装置が、配管の一部になるようにして接続（挿入）された外観図であり、図２は、この断面構造図である。
【００１２】
この図１、図２において、符号の１は処理装置としての配管強度母材であって、この配管強度母材１は、上下端に夫々ジョイント部２、２ａが取り付けてあり、このジョイント部２、２ａを用いて、図２に示すように、上流側配管３と下流側配管３ａに接続されている。この配管強度母材１の材質は、配管の一部となるものであることから、上流側と下流側の配管３、３ａと同一である。但し、配管の一部としての条件を満たすならば、配管３、３ａとは別の材質であってもよい。なお、実施例の場合、配管３、３ａと配管強度母材１はジョイント部２、２ａで接続しているが、その他、溶接、ねじ接合、クランプ等を用いた接合手段でもよく、本発明において、この接合手段は実施例に限定されるものではない。
【００１３】
４は配管強度母材１内の上段に組み込まれた酸化還元反応部材としての透明円筒体であって、この透明円筒体４は、半径の異なる石英ガラス筒４ａ、４ｂ、４ｃを同心に配置した多層構造から成り、石英ガラスの表面と裏面に微粒子化した光触媒５を付着させた構成である。なお、石英ガラス筒４ａ、４ｂ、４ｃは、被処理流体に応じて、他の透明円筒体に変えてもよい。又、実施例の透明円筒体４は３層構造であるが、この層の数は任意である。又、光触媒５に加えて、抗菌金属であるＡｇ又は（及び）Ｃｕを併用してもよい。
【００１４】
６は前記上段の透明円筒体４の上面に張設された酸化還元反応及び整流部材としてのＳＵＳ製のネットであって、このネット６の上下面にも微粒子化された光触媒５が付着されている。
７は前記上段の透明円筒体４の下部に続けて組み込まれた酸化還元反応及び整流部材としてのＳＵＳ製のロート・円錐状ネットであって、上部がロート部７ａ、下部が円錐部７ｂとなっており、このネット７の上下面にも、微粒子化された光触媒５が付着されている。
【００１５】
８は前記ロート・円錐状ネット７の下部に続けて組み込まれた下段の酸化還元反応部材としての透明円筒体であって、この透明円筒体８は前記上段の透明円筒体４と同一の構造である。
９は前記下段の透明円筒体８の下面に張設された酸化還元反応及び整流部材としてのＳＵＳ製のネットであって、このネット９の上下面にも微粒子化された光触媒５が付着されている。なお、上記各ネット６、７、９は、合成樹脂繊維糸製のネットであってもよく、この材質は特に限定されない。又、ネット６と９は２枚以上を重ね合わせて使用するようにしてもよい。ネット６、７、９は、酸化還元反応に加えて、流体を整流する役目を有するが、これをどのようなかたちで透明円筒体４、８と組み合わせるかは任意であり、流量等によっては、必ずしも必要な訳ではない。なお、光触媒５は、反応面積を拡大するために、薄片状に加工されたものを用いるようにしてもよい。
【００１６】
図１において、１０は光源装置であって、この光源装置１０は、図４に示すように、光源ランプ１０ａを凹曲反射面１０ｂの焦点位置に配置してこの光源ランプ１０ａの光を反射面１０ｂで反射し、凸レンズ１０ｃを介して光ファイバー束１１の入光端に集光し、光ファイバー束１１内の夫々の光ファイバー１１ａ…に入光させることができる構造となっている。
【００１７】
前記光源装置１０から延長された光ファイバー束１１は、図２に示すように、配管強度母材１の上部外周面に取り付けられた分配器１２で１本ごとに分配されて配管強度母材１内に導入され、その上で、配管強度母材１の内壁面１ａにおいて、図３に示すように、円周方向において等間隔に分線されて軸方向に平行に配線され、先端の出光端面１１ｂ…は、４５°にカットされていて、光ファイバー１１ａを経由して来た励起光線をこの端面１１ｂにおいて中心方向に向けて出光するようになっている。
【００１８】
又、この各光ファイバー１１ａの出光端面１１ｂは、図５に示した展開図のように、その端面１１ｂの位置が、前記上段の透明円筒体４から下段の透明円筒体８をカバーするように軸方向に位置がズラしてあり、上段の透明円筒体４（ネット６）から下段の透明円筒体８（ネット９）まで均等に励起光線を照射するように工夫されている。
なお、配管強度母材１の内壁面１ａにおいて、各光ファイバー１１ａは、被処理流体の流れを阻害しないように、ライニング材１３により保持されている。
【００１９】
１４…は、前記ネット６の上部において、配管強度母材１の内壁面１ａから中心方向に向けて突設された旋回流発生板であって、この旋回流発生板１４…間を被処理流体が通過するときに被処理流体に旋回流が発生する。なお、旋回流発生板１４…は、多段に形成してもよい。又、この形状は、被処理流体に旋回流を与えるものならば、どのような形状であってもよい。
【００２０】
１５…は下段のネット９の下部において、配管強度母材１の内壁面１ａから中心方向に向けて突設された旋回流発生板であって、この旋回流発生板１５…間を被処理流体が通過するときに旋回流が発生する。そのため、被処理流体は、管路内の中央部に集中することなく、光触媒５或いは抗菌金属との接触が促進される。
【００２１】
上記実施例において、配管強度母材１の内壁面１ａは、好ましくは同心円周面であるが、多角形或いは波状壁面等であってもよい。また、光ファイバー１１ａの出光端面１１ｂは、１本ごとにその軸方向の位置を変えて、段々に位置させているが、複数本ずつ同一の位置としてもよい。実施例の光ファイバー１１ａは、０．５ｍｍφのものを３２本、直径１００ｍｍの配管強度母材１の内壁面１ａに等間になるように分線されている。なお、出光端面１１ｂの反射角度は４５°が最良であるが、この角度は多少前後してもよい。
【００２２】
被処理流体は、上流側配管３から配管強度母材１内に流入し、先ず、旋回流発生板１４…間を通過するときに、この旋回流発生板１４…の作用により旋回流となって上段のネット６から透明円筒体４内に入り、透明円筒体４内を旋回しながら下降し、中段のロート・円錐状ネット７を通過して下段の透明円筒体８内に入り、更に下段のネット９を通過し、再び旋回流発生板１５…の作用により旋回流となって下流側配管３ａ内に流出する。
【００２３】
光源装置１０から光ファイバー１１ａ内に入光した励起光線は、この光ファイバー１１ａにより配管強度母材１内に導入されてこの配管強度母材１の内壁面１ａにおいて円周方向に分線された各光ファイバー１１ａを進み、出光端面１１ｂから配管強度母材１の中心方向に向けて出光する。この光ファイバー１１ａの出光端面１１ｂは、軸方向において夫々位置が変えてあるため、端面１１ｂから出光した励起光線は、上段のネット６、透明円筒体８及び中段のロート・円錐状ネット７及び下段の透明円筒体８及びネット９に向けて万遍なく照射される。
【００２４】
励起光線の照射を受けた光触媒５は、この励起光線により酸化還元反応を起こし、被処理流体中に含まれている汚染物質、細菌、悪臭物質等の有機化合物を分解して処理する。
【００２５】
図８（ａ）〜（ｃ）は、酸化還元反応部材の他の実施例を示すもので、（ａ）はパイプ状の石英ガラスの表面に光触媒５を付着したパイプ束１６を配管強度母材１内に組み込んだ例、（ｂ）は石英ガラス製の平板を放射状に組み合せた反応部材１７を配管強度母材１内に組み込んだ例、（ｃ）は石英ガラスハニカム状に形成した反応部材１８を配管強度母材１内に組み込んだ例である。
図９は光ファイバー１１ａに複数の出光端面１１ｂを形成した例である。
【００２６】
以上に詳述した酸化還元反応部材（透明円筒体４）は、紫外線を一定時間照射すると、以後長時間この紫外線を発光し続ける蓄光ガラスで製作すると、励起光線の照射は間欠的又は１回でもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上の如き構成から成るため、次の効果を奏する。
１．配管強度母材内に透明円筒体を組み込み、この透明円筒体の内外面に光触媒を付着さ  せ、この円周方向から中心方向に向けて励起光線を照射して酸化還元反応を起こすよう  にした。この結果、透明円筒体で被処理流体は分散され、光触媒との接触面積も拡大さ  れたことにより、流体中の有機化合物の分解が促進されて処理効率を高めることができ  る。また、光触媒と抗菌金属を併用すれば処理効果は一層高められる。
【００２８】
２．処理効率の向上により、被処理流体を循環させる必要がなくなり、配管上での連続処  理が可能となる。
３．処理効率の向上により、装置の小型化と製作コストの低減が可能である。
４．励起光線は配管内壁、光ファイバーにより導かれるため、配管内に紫外線ランプを設  置する場合に比べて、被処理流体の管路抵抗は減少する。
【００２９】
５．ネット及びロート・円錐状ネットの作用により、被処理流体はこのネットを通過する  ときに分散、混合、整流が行われ、透明円筒体との組み合わせにより、被処理流体に作  用する酸化還元反応を相乗的に高めることができる。
６．旋回流発生板で被処理流体に旋回流を付与することにより、ネット、透明円筒体の表  面に付着された光触媒との接触率が高まり、より分解効率を高めることができる。
【００３０】
７．透明な蓄光ガラスで酸化還元反応部材を製作し、この光面に光触媒及び抗菌金属を付  着させた場合、励起光線の照射は間欠的でよく、この分発光電力の節約が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る装置の説明図。
【図２】  Ａ−Ａ′線断面図。
【図３】  Ｂ−Ｂ′線断面図。
【図４】  光源装置の説明図。
【図５】  配管強度母材の内壁面における光ファイバーの配列と端面の位置を展開して示した説明図。
【図６】  光ファイバーの端面から出光する処理光の説明図。
【図７】  光触媒の酸化還元反応により被処理流体中の有機化合物が分解される状態の説明図。
【図８】  酸化還元反応部材の他の実施例の説明図。
【図９】  光ファイバーに複数の出光端面を形成した例の説明図。
【符号の説明】
１  配管強度母材
２、２ａ  ジョイント部
３  上流側配管
３ａ  下流側配管
４  上段透明円筒体
５  光触媒（銀、銅などの抗菌金属粉体を混在させてもよい）
６  ネット
７  ロート・円錐状ネット
８  下段透明円筒体
９  ネット
１０  光源装置
１１  光ファイバー束
１１ａ  光ファイバー
１１ｂ  出光端面
１２  分配器
１３  ライニング材
１４、１５  旋回流発生板
１６  パイプ束
１７、１８  反応部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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