特許 7591443 流体浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】流体浄化装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 9/20 20060101AFI20241121BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20241121BHJP

   C02F 1/72 20230101ALI20241121BHJP

   A61L 9/00 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

A61L9/20

C02F1/32

C02F1/72 101

A61L9/00 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021044091

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022143536

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-10-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000226242

【氏名又は名称】日機装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】鳥井 信宏

【審査官】壷内 信吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８７７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７３４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０４４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３０３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－０１０６９４８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ ９／００－９／２２

Ｃ０２Ｆ １／２０－１／２６，１／３０－１／３８

Ｃ０２Ｆ １／７０－１／７８

Ｂ０１Ｄ ５３／７３，５３／８６－５３／９０，５３／９４，５３／９６

Ｂ０１Ｊ ２１／００－３８／７４

Ｂ０１Ｊ １０／００－１２／０２，１４／００－１９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に延びる流路を区画する筐体と、
前記流路内に前記軸方向に間隔をあけて配置される複数の回転体と、
前記流路内に向けて前記軸方向に紫外光を照射する光源と、を備え、
前記複数の回転体のそれぞれは、各回転体の回転軸が前記軸方向となるように設けられ、前記回転軸から径方向に延びる複数の羽根を有し、前記複数の羽根に光触媒が含まれ、各回転体に含まれる前記複数の羽根の枚数が互いに異なる、流体浄化装置。

【請求項2】

軸方向に延びる流路を区画する筐体と、
前記流路内に前記軸方向に間隔をあけて配置される複数の回転体と、
前記流路内に向けて前記軸方向に紫外光を照射する光源と、を備え、
前記複数の回転体のそれぞれは、各回転体の回転軸が前記軸方向となるように設けられ、前記回転軸から径方向に延びる複数の羽根を有し、前記複数の羽根に光触媒が含まれ、各回転体の回転速度および回転方向の少なくとも一方が互いに異なる、流体浄化装置。

【請求項3】

前記光源は、前記紫外光を照射するＬＥＤと、前記ＬＥＤの裏側に設けられるヒートシンクとを含み、前記ヒートシンクが前記ＬＥＤよりも前記流路の上流側に配置される、請求項１または２に記載の流体浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

流体に紫外光を照射して流体を浄化する装置が知られている。また、光触媒を利用して流体を浄化する装置が知られている。例えば、光触媒を有する回転体を設け、回転体の外側に回転軸と平行に紫外線ランプを配置する構成や、回転体の中心軸に紫外線ランプを配置する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－１１３２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回転体の外側に紫外線ランプを配置する場合、回転体の全体に均一に紫外線を照射するためには紫外線ランプの本数を増やす必要があり、コストの増加や装置の大型化につながる。回転体の中心軸に紫外線ランプを配置する場合、流体の流れを利用して回転体を回転させるため、流体の流れを生成するために別途ポンプなどが必要となり、コストの増加や装置の大型化につながる。

【0005】

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で流体浄化装置の処理能力を向上させる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様の流体浄化装置は、軸方向に延びる流路を区画する筐体と、回転体の回転軸が軸方向となるように流路内に設けられ、回転軸から径方向に延びる複数の羽根を有し、複数の羽根に光触媒が含まれる回転体と、流路内に向けて軸方向に紫外光を照射する光源と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、簡易な構成で流体浄化装置の処理能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る流体浄化装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】図１の流体浄化装置の構成を概略的に示す斜視図である。

【図3】紫外光が照射される羽根によって流体が浄化される様子を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。

【0010】

図１は、実施の形態に係る流体浄化装置１０の構成を概略的に示す図である。流体浄化装置１０は、筐体１２と、複数の回転体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、光源１６とを備える。

【0011】

流体浄化装置１０は、筐体１２の内部を流れる流体に光源１６から紫外光１８を照射して流体を浄化する。複数の回転体１４ａ～１４ｄのそれぞれの羽根２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄには光触媒が含まれており、光触媒に紫外光１８を照射することで、光触媒を活性化して流体を浄化する。流体浄化装置１０の処理対象となる流体は、例えば、大気などの気体である。流体浄化装置１０の処理対象となる流体は、水などの液体であってもよい。

【0012】

筐体１２は、処理対象となる流体が流れる流路２２を区画する。筐体１２は、第１端部２４および第２端部２６を有し、第１端部２４から第２端部２６に向けて軸方向に延びる。筐体１２は、筒状に形成され、例えば円筒形状を有する。筐体１２は、アルミニウムやステンレスなどの金属材料、または、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂材料から構成される。筐体１２は、流路２２に露出する内面２８を有する。筐体１２の内面２８は、アルミニウムやＰＴＦＥなどの紫外光反射率が高い材料で構成されてもよい。筐体１２の内面２８は、光触媒を含んでもよい。

【0013】

複数の回転体１４ａ～１４ｄは、流路２２内に設けられる。複数の回転体１４ａ～１４ｄは、共通する回転軸３０を有する。回転軸３０は、流路２２の中央付近において軸方向に延びる。複数の回転体１４ａ～１４ｄは、軸方向に間隔をあけて配置される。図示する例では、四つの回転体１４ａ～１４ｄが設けられており、第１回転体１４ａ、第２回転体１４ｂ、第３回転体１４ｃおよび第４回転体１４ｄが上流側から下流側に順に並んでいる。なお、回転体１４ａ～１４ｄの数は４つに限られず、３以下であってもよいし、５以上であってもよい。

【0014】

複数の回転体１４ａ～１４ｄのそれぞれは、複数の羽根２０ａ～２０ｄを有する。複数の回転体１４ａ～１４ｄは、回転軸３０を回転させるモータなどの駆動機構３２によって回転し、流路２２内に流体の流れＦを生成する。複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向は共通であり、例えば、矢印Ｒで示されるように、光源１６から見たときに時計回りとなる方向である。複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転によって生成される流体の流れＦは、筐体１２の第１端部２４から第２端部２６に向かう。したがって、第１端部２４が流体の流れＦの上流側であり、第２端部２６が流体の流れＦの下流側である。

【0015】

光源１６は、複数の回転体１４ａ～１４ｄよりも上流側に設けられる。光源１６は、例えば、筐体１２の第１端部２４に設けられる固定部材３４に取り付けられる。固定部材３４は、筐体１２の内面２８から径方向内側に延びる。固定部材３４には、流体を通過させるための貫通孔３６が設けられる。光源１６は、流路２２内に向けて紫外光１８を軸方向に照射する。光源１６は、流路２２を流れる流体に紫外光１８を照射するとともに、複数の回転体１４ａ～１４ｄのそれぞれが有する複数の羽根２０ａ～２０ｄに向けて紫外光１８を照射する。

【0016】

光源１６は、複数のＬＥＤ３８と、基板４０と、ヒートシンク４２とを含む。複数のＬＥＤ３８は、紫外光１８を出力するよう構成される。複数のＬＥＤ３８は、基板４０の実装面上にアレイ状に並べられ、軸方向に紫外光１８を照射するように配置される。複数のＬＥＤ３８、例えば円形の基板４０の実装面上に等間隔となるように二次元アレイ状に配置される。光源１６は、複数のＬＥＤ３８のそれぞれから出力される紫外光１８の照射方向を軸方向に平行化するためのリフレクタまたはレンズをさらに備えてもよい。

【0017】

複数のＬＥＤ３８は、例えば、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ～２９０ｎｍ付近の紫外光を発するよう構成される。複数のＬＥＤ３８は、複数の回転体１４ａ～１４ｄの羽根２０ａ～２０ｄに設けられる光触媒を活性化する効率の高い波長を有する紫外光を発するよう構成されてもよい。複数のＬＥＤ３８は、例えば、酸化チタンの活性化効率の高い２８０ｎｍ～３８０ｎｍ程度の紫外光を発するよう構成されてもよい。複数のＬＥＤ３８は、殺菌効率の高い２６０ｎｍ～２９０ｎｍ程度の第１紫外光を発する第１ＬＥＤと、光触媒の活性化効率の高い３００ｎｍ～３８０ｎｍ程度の第２紫外光を発する第２ＬＥＤとを含んでもよい。例えば、第１ＬＥＤと第２ＬＥＤが基板４０の実装面上に交互に配置されてもよい。

【0018】

ヒートシンク４２は、複数のＬＥＤ３８の裏側に設けられ、基板４０の裏面に設けられる。ヒートシンク４２は、複数のＬＥＤ３８よりも流路２２の上流側に設けられる。ヒートシンク４２は、光源１６を固定する固定部材３４よりも上流側に設けられる。ヒートシンク４２は、例えば、貫通孔３６を通過して流路２２に流入する流体の流れＦによって冷却される。

【0019】

図２は、図１の流体浄化装置１０の構成を概略的に示す斜視図である。図２では、筐体１２の内部構成を見やすくするため、筐体１２および固定部材３４を軸方向に半分に切断し、筐体１２および固定部材３４の右半分を省略している。

【0020】

複数のＬＥＤ３８は、基板４０の実装面上において等間隔に二次元アレイ状に配置されている。複数のＬＥＤ３８は、基板４０の中央付近の回転軸３０と対向する箇所には設けられておらず、複数の回転体１４ａ～１４ｄの羽根２０ａ～２０ｄと対向する箇所に設けられている。これにより、流体が通過する羽根２０ａ～２０ｄが回転する領域に向けて紫外光１８を効率的に照射できる。なお、複数のＬＥＤ３８は、基板４０の中央付近に追加的に設けられてもよい。

【0021】

複数の回転体１４ａ～１４ｄは、それぞれが有する羽根２０ａ～２０ｄの枚数が異なるように構成される。具体的には、光源１６に近い上流側の第１回転体１４ａが有する羽根２０ａの枚数が少なく、光源１６から遠い下流側の第４回転体１４ｄが有する羽根２０ｄの枚数が多い。上流側に位置する第１回転体１４ａの羽根２０ａの枚数を少なくすることで、下流側に位置する回転体１４ｂ～１４ｄの羽根２０ｂ～２０ｄにより多くの紫外光１８を照射できる。

【0022】

第１回転体１４ａは、流路２２の最上流に設けられ、光源１６に最も近い位置に設けられる。第１回転体１４ａは、回転軸３０から径方向外側に延びる複数の第１羽根２０ａを有する。複数の第１羽根２０ａは、回転軸３０の周りに周方向に間隔をあけて設けられる。図示する例において、第１回転体１４ａは、４枚の第１羽根２０ａを有する。

【0023】

第２回転体１４ｂは、第１回転体１４ａと第３回転体１４ｃの間に設けられる。第２回転体１４ｂは、第１回転体１４ａよりも下流側であって、第３回転体１４ｃよりも上流側に設けられる。第２回転体１４ｂは、回転軸３０から径方向外側に延びる複数の第２羽根２０ｂを有する。複数の第２羽根２０ｂは、回転軸３０の周りに周方向に間隔をあけて設けられる。第２回転体１４ｂが有する第２羽根２０ｂの枚数は、第１回転体１４ａが有する第１羽根２０ａの枚数よりも多い。図示する例において、第２回転体１４ｂは、５枚の第２羽根２０ｂを有する。

【0024】

第３回転体１４ｃは、第２回転体１４ｂと第４回転体１４ｄの間に設けられる。第３回転体１４ｃは、第２回転体１４ｂよりも下流側であって、第４回転体１４ｄよりも上流側に設けられる。第３回転体１４ｃは、回転軸３０から径方向外側に延びる複数の第３羽根２０ｃを有する。複数の第３羽根２０ｃは、回転軸３０の周りに周方向に間隔をあけて設けられる。第３回転体１４ｃが有する第３羽根２０ｃの枚数は、第２回転体１４ｂが有する第２羽根２０ｂの枚数よりも多い。図示する例において、第３回転体１４ｃは、６枚の第３羽根２０ｃを有する。

【0025】

第４回転体１４ｄは、流路２２の最下流に設けられ、光源１６に最も遠い位置に設けられる。第４回転体１４ｄは、回転軸３０から径方向外側に延びる複数の第４羽根２０ｄを有する。複数の第４羽根２０ｄは、回転軸３０の周りに周方向に間隔をあけて設けられる。第４回転体１４ｄが有する第４羽根２０ｄの枚数は、第３回転体１４ｃが有する第３羽根２０ｃの枚数よりも多い。図示する例において、第４回転体１４ｄは、７枚の第４羽根２０ｄを有する。

【0026】

つづいて、流体浄化装置１０の動作について説明する。駆動機構３２を動作させて複数の回転体１４ａ～１４ｄを回転させる。複数の回転体１４ａ～１４ｄは、流体の流れＦを生じさせるファンとして動作し、第１端部２４から第２端部２６に向かう流体の流れＦを生成する。駆動機構３２の動作中に光源１６を点灯させ、光源１６から流路２２内に向けて軸方向に紫外光１８を照射する。紫外光１８は、複数の回転体１４ａ～１４ｄのそれぞれの羽根２０ａ～２０ｄに照射される。羽根２０ａ～２０ｄに含まれる光触媒は、紫外光１８によって活性化する。活性化した光触媒は、流体に含まれる有機物分子などを分解し、流体から有機物を除去する。紫外光１８は、流体に含まれる微生物などを殺菌する。これにより、流体浄化装置１０を通過する流体が浄化される。

【0027】

図３は、紫外光１８が照射される羽根２０ａによって流体が浄化される様子を模式的に示す図である。図３は、矢印Ｒで示される方向に回転する第１回転体１４ａを示す。第１回転体１４ａが有する第１羽根２０ａの表面には光触媒が含まれており、光源１６からの紫外光１８によって活性化された状態となっている。第１回転体１４ａが回転すると、回転する第１羽根２０ａによって流体が引き込まれ、第１羽根２０ａの表面に沿った流体の流れＦが生成される。その結果、羽根２０ａの表面にて活性化した光触媒と流体が接触する時間を長くすることができ、光触媒による浄化効果を高めることができる。

【0028】

本実施の形態によれば、流体が流れる軸方向に紫外光１８を照射することで、紫外光１８が流体に作用する時間を長くすることができる。これにより、軸方向に沿って複数のＬＥＤを配置する場合よりも少ない数のＬＥＤで、流体に効率的に紫外光を照射できる。

【0029】

本実施の形態によれば、光触媒が含まれる羽根２０ａ～２０ｄに紫外光１８を照射することで、光触媒作用を利用して流体を浄化できる。その結果、光触媒を利用せずに紫外光１８を照射するだけの構成に比べて流体を効率的に浄化できる。また、軸方向に間隔をあけて複数の回転体１４ａ～１４ｄを配置することで、光触媒による浄化性能を高めることができる。

【0030】

本実施の形態によれば、上流側の回転体１４ａが有する羽根２０ａの枚数を少なくすることで、下流側の回転体１４ｂ～１４ｄが有する羽根２０ｂ～２０ｄに紫外光１８が届きやすくなる。また、上流側に比べて下流側の回転体１４ｂ～１４ｄが有する羽根の枚数を多くすることで、下流側の回転体１４ｂ～１４ｄに届く紫外光１８を受ける羽根２０ｂ～２０ｄの面積を増やすことができ、光触媒による浄化性能を高めることができる。

【0031】

以上、本発明を実施例に基づいて説明した。本発明は上述の実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【0032】

上述の実施の形態では、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向を共通とした。別の実施の形態では、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向を異ならせてもよい。複数の回転体１４ａ～１４ｄは、光源１６から見て時計回りに回転する右回り回転体と、光源１６から見て反時計回りに回転する左回り回転体とを含んでもよい。例えば、第１回転体１４ａおよび第３回転体１４ｃが右回りであり、第２回転体１４ｂおよび第４回転体が左回りであってもよい。回転軸３０が右回りである場合、左回り回転体と回転軸３０の間には、回転軸３０の回転方向と左回り回転体の回転方向を逆向きにするための歯車等の反転機構が設けられてもよい。複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向を異ならせることで、各回転体１４ａ～１４ｄの羽根２０ａ～２０ｄが軸方向に重なり続けることを防ぐことができる。その結果、下流側の回転体１４ｂ～１４ｄが有する羽根２０ｂ～２０ｄに紫外光１８が届きやすくなる。

【0033】

上述の実施の形態では、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転速度を共通とした。別の実施の形態では、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転速度を互いに異ならせてもよい。例えば、上流側から下流側に向けて回転体１４ａ～１４ｄの回転速度を徐々に減少させるようにしてもよい。例えば、第１回転体１４ａの回転速度を１とした場合、第２回転体１４ｂの回転速度を０．９とし、第３回転体１４ｃの回転速度を０．８とし、第４回転体１４ｄの回転速度を０．７としてもよい。逆に、上流側から下流側に向けて回転体１４ａ～１４ｄの回転速度を徐々に増加させるようにしてもよい。例えば、第１回転体１４ａの回転速度を１とした場合、第２回転体１４ｂの回転速度を１．１とし、第３回転体１４ｃの回転速度を１．２とし、第４回転体１４ｄの回転速度を１．３としてもよい。各回転体１４ａ～１４ｄを回転軸３０の間には、回転速度を調整するための歯車等の変速機構が設けられてもよい。複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転速度をずらすことで、各回転体１４ａ～１４ｄの羽根２０ａ～２０ｄが軸方向に重なり続けることを防ぐことができる。その結果、下流側の回転体１４ｂ～１４ｄが有する羽根２０ｂ～２０ｄに紫外光１８が届きやすくなる。

【0034】

なお、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向のみを異ならせてもよいし、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転速度のみを互いに異ならせてもよいし、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向および回転速度の双方を異ならせてもよい。また、複数の回転体１４ａ～１４ｄの回転方向および回転速度の少なくとも一方を異ならせる場合、複数の回転体１４ａ～１４ｄのそれぞれが有する羽根２０ａ～２０ｄの枚数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0035】

上述の実施の形態では、複数の回転体１４ａ～１４ｄを用いる場合について示した。別の実施の形態では、流体浄化装置１０が一つの回転体１４ａのみを備えてもよい。

【0036】

以下、本発明のいくつかの態様について説明する。

【0037】

本発明の第１の態様は、軸方向に延びる流路を区画する筐体と、回転体の回転軸が前記軸方向となるように前記流路内に設けられ、前記回転軸から径方向に延びる複数の羽根を有し、前記複数の羽根に光触媒が含まれる回転体と、前記流路内に向けて前記軸方向に紫外光を照射する光源と、を備える流体浄化装置である。第１の態様によれば、流路が延びる軸方向に紫外光を照射することで、流路を流れる流体に紫外光が作用する時間を長くすることができ、紫外光の照射による流体の浄化効率を高めることができる。また、回転体の羽根に光触媒を含めることで、紫外光の照射により光触媒を活性化させ、活性化された光触媒を利用して流体を浄化できる。回転体の羽根に光触媒を含めることで、流体が光触媒と作用する時間を長くすることができ、浄化能力を高めることができる。

【0038】

本発明の第２の態様は、前記軸方向に間隔をあけて配置される複数の回転体を備え、前記複数の回転体のそれぞれは、各回転体の回転軸が前記軸方向となるように前記流路内に設けられ、前記回転軸から径方向に延びる複数の羽根を有し、前記複数の羽根に光触媒が含まれる、第１の態様に記載の流体浄化装置である。第２の態様によれば、複数の回転体を軸方向に直列的に配置することで、流体が光触媒と作用する時間を長くすることができ、浄化能力を高めることができる。

【0039】

本発明の第３の態様は、前記複数の回転体のそれぞれは、各回転体に含まれる前記複数の羽根の枚数が互いに異なる、第２の態様に記載の流体浄化装置である。第２の態様によれば、複数の回転体のそれぞれが有する複数の羽根の枚数を異ならせることで、下流側の回転体の羽根に紫外光が届きやすくなる。これにより、光触媒を利用した浄化能力をより高めることができる。

【0040】

本発明の第４の態様は、前記複数の回転体のそれぞれは、各回転体の回転速度および回転方向の少なくとも一方が互いに異なる、第２または第３の態様に記載の流体浄化装置である。第３の態様によれば、複数の回転体の回転速度および回転方向の少なくとも一方を異ならせることで、複数の回転体の羽根が軸方向に重なり続けることを防止し、下流側の回転体の羽根に紫外光が届きやすくなる。これにより、光触媒を利用した浄化能力をより高めることができる。

【0041】

本発明の第５の態様は、前記光源は、前記紫外光を照射するＬＥＤと、前記ＬＥＤの裏側に設けられるヒートシンクとを含み、前記ヒートシンクが前記ＬＥＤよりも前記流路の上流側に配置される、第１から第４のいずれか一つの態様に記載の流体浄化装置である。第５の態様によれば、ヒートシンクをＬＥＤよりも流路の上流側に配置することで、流路内に引き込まれる流体の流れを利用してヒートシンクを効率的に冷却できる。これにより、ＬＥＤを効率的に冷却することができ、より高強度の紫外光を流路内に照射できる。その結果、浄化能力をより高めることができる。

【符号の説明】

【0042】

１０…流体浄化装置、１２…筐体、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…回転体、１６…光源、１８…紫外光、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…羽根、２２…流路、３０…回転軸、３８…ＬＥＤ、４２…ヒートシンク。

【図1】

【図2】

【図3】