小型溶液浄化装置
【課題】浄化対象溶液に対し効率よく光触媒活性を発揮させ、構造が簡単でかつ小型であり、とくに切り花浸け液の殺菌および有機物分解に好適な小型溶液浄化装置の提供。
【解決手段】光触媒（とくに、酸化チタン）を担持した不織布または金属メッシュタイプの光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型溶液浄化装置で、とくに切り花浸け液の浄化に好適な装置。
【解決手段】光触媒（とくに、酸化チタン）を担持した不織布または金属メッシュタイプの光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型溶液浄化装置で、とくに切り花浸け液の浄化に好適な装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線と光触媒を用いて溶液を浄化する小型の浄化装置に関し、特に、比較的小容量の容器内の切り花浸け液の殺菌等に用いて好適な小型溶液浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、切り花浸け液中の微生物繁殖抑制に用いられている抗菌剤は、環境への影響やコストの面で問題が残されている。また、粉末状の光触媒を使った場合も光触媒自体は使い捨てとなるため、コストや廃水処理の問題があり、添加量の調整等の手間や光触媒粉末の植物体への影響等が問題である。
【０００３】
特許文献１には、切り花等の延命効果を得るために、透明な花瓶容器の内表面に、光触媒粒子を含有する実質的に透明な層を設けた花瓶が開示されている。また、特許文献２には、水中に含まれる菌を殺菌し、切り花の延命と水耕栽培の促成効果を得るために、花瓶の底面よりも若干上方の位置に、植物飼育用の抗菌フィルタを設けた植物飼育器が開示されており、この抗菌フィルタは、網目材からなる保持体内に粒子状の光触媒材を充填して構成されている。
【特許文献１】特開平１０−２２５３５１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４６５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、切り花浸け液等に対する、従来の光触媒を用いた浄化装置では、溶液の殺菌効果や含有有機物分解効果が未だ不十分であるという問題がある。また、構造が複雑であったり、光触媒添加量の調整が困難であったり、小型の装置に構成されておらず各種の溶液浄化用途に汎用的に使用することが困難である、等の問題がある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、浄化対象溶液に対し効率よくかつ効果的に光触媒活性を発揮させることができ、構造が簡単でかつ小型であり、種々の用途に広範にかつ容易に適用でき、とくに切り花浸け液の殺菌および有機物分解に好適な、小型溶液浄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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る小型溶液浄化装置は、光触媒を担持した光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型の溶液浄化装置からなる。とくに一つの容器内に光触媒担持体と紫外線発光ダイオードをそれぞれ最適な位置にコンパクトに配置できるようにしているので、全体を小型の装置に構成しつつ、両者間の溶液路を流通される浄化対象溶液を、効率よくかつ効果的に浄化することが可能になる。
【０００７】
この小型溶液浄化装置においては、上記光触媒担持体としては、不織布に光触媒を担持したものが好ましい。このような形態とすることで、種々の形状を有する容器であっても、かつ、小型の容器であっても、容易に不織布光触媒担持体を容器内に所定の状態で収納することが可能になる。
【０００８】
あるいは、上記光触媒担持体として、金属メッシュに光触媒を担持したものも好ましい。このような形態とすることで、比較的厚みの薄い金属メッシュ（例えば、厚み０．５ｍｍ程度の金属メッシュ）に光触媒を担持させることにより、担持された光触媒全体に紫外線発光ダイオードからの紫外線を容易にかつ効率よく照射することができるようになり、所望の光触媒活性を容易にかつ効果的に発揮させることができるようになる。
【０００９】
また、上記光触媒担持体が、紫外線発光ダイオードの少なくとも両側に配置されている形態とすることができる。これにより、紫外線発光ダイオードからの紫外線が広い面積にわたって光触媒担持体に照射され、該紫外線発光ダイオードからの紫外線を効率よく光触媒活性の発現に使用できるようになる。
【００１０】
あるいは、上記光触媒担持体が、上記容器内の上記紫外線発光ダイオードに対向する複数の面のうちの特定の面のみに（例えば、容器内の底面のみに）配置されており、残りの対向面は上記光触媒担持体が配置されていない面とされている形態とすることもできる。すなわち、紫外線発光ダイオードからの紫外線のみによる殺菌効果の及ぶ範囲をできるだけ広く確保して、紫外線のみによる殺菌効果を広い範囲にわたって効率よく作用させ、加えて、紫外線発光ダイオードからの紫外線を特定の面に配置された光触媒担持体にも照射することにより、光触媒活性を発現させて該光触媒活性による溶液の殺菌および有機物分解作用を併せて発現させ、紫外線による殺菌と紫外線および光触媒による殺菌および有機物分解との相乗効果を狙ったものである。
【００１１】
光触媒としては、代表的には酸化チタンを使用できるが、所定の光触媒活性を発現可能なものであれば、その他の光触媒も使用可能である。
【００１２】
上記容器としては、容器内と容器外とを連通する連通路を、容器の下部側（例えば、底壁）と上部側（例えば、上蓋）とに有するものが好ましい。このように構成すれば、本発明に係る小型溶液浄化装置としての上記容器を、浄化対象溶液が収容されている容器（本発明に係る小型溶液浄化装置より大型の容器）中に単に浸漬させるだけで、上記容器内に容易に浄化対象溶液の流路を確保できるようになる。
【００１３】
また、上記容器が、外側容器と、その内部に収納される内側容器とからなり、内側容器内に上記紫外線発光ダイオードが、内側容器と外側容器との間の少なくとも一部位に（例えば、外側容器の底壁内面に）上記光触媒担持体が、それぞれ収納されている形態とすることが好ましい。内側容器は、紫外線が透過できるよう、実質的に透明容器であることが好ましい。このように構成すれば、溶液路が容易に形成されるとともに、紫外線発光ダイオードからの紫外線が、その周囲に位置する光触媒担持体に効率よく当てられ、望ましい光触媒活性が発現される。また、紫外線発光ダイオードからの紫外線を、殺菌作用を発揮し、光触媒担持体には照射されない方向に出射される紫外線と、光触媒担持体に照射される方向に出射される紫外線とに分けるような形態を採ることも可能である。
【００１４】
また、上記溶液路は、上下方向に延びる流路に形成されていることが好ましい。紫外線発光ダイオードの起動により多かれ少なかれ発熱が生じるので、この発熱に伴う溶液の対流が期待できる。溶液路に対流が生じると、浄化対象溶液が自然に効率よく入れ替えられることになるので、浄化が促進される。
【００１５】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、小型でかつ、溶液の殺菌や含有有機物の分解が求められる、あらゆる用途に使用可能であり、とくに、浄化対象溶液が切り花浸け液からなる場合に好適なものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、小容量の容器内の溶液の殺菌および有機物の分解に適しており、光触媒担持体と紫外線発光ダイオードを極めて簡単かつコンパクトな構造で高効率に作用するように組み込んでいるので、メンテナンスが容易で繰り返し使用が可能な、小型で安価な装置として構成できる。
【００１７】
このように、本発明に係る小型溶液浄化装置は、小型で低消費電力、少発熱量で簡単な構造であるという特徴を持っており、小規模な容器内の溶液中の有機物や微生物の分解に好適に使用できる。したがって、直売所や家庭等のにおける切り花の品質保持に利用が可能であると共に、同様の作用が要求される他の用途へも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、実際に行った実験に基づき、図面を参照しながら説明する。次に示すような実験により、試作機による有機物分解能力、抗菌機能を検証した。
【００１９】
Ｉ．実験−１
１．実験方法
（１）試作機の構造
図１、図２に、本発明の一実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機１を示す。試作機１は、溶液が流通するための穴を開けた外側容器２内に、光触媒担持体としての不織布タイプの酸化チタン担持体３と、外側容器２の蓋体４に取り付けられ、紫外線発光ダイオード５(SDL-5N3CUV-A)を封入した内側容器としてのサンプル瓶６とを収納して組み込んだ構造に構成した。長方形に裁断した担持体３は、その幅方向中心部が紫外線発光ダイオード５の照射方向に位置するように、発光部としての上記サンプル瓶６をＵ字型に包み込む形で外側容器２内に収めた。したがって、紫外線発光ダイオード５の両側に不織布タイプ酸化チタン担持体３が位置している。発光部（酸化チタン担持体３を収納した内側容器としてのサンプル瓶６）と担持体３の間には浄化対象溶液が流通する溶液路が形成され、かつ紫外線が担持体に効率良く照射される隙間を設定してある。この隙間を外側容器２の底壁の中心に設置したしたビス７によって担持体３を底から支えることにより保持する構造とした。外側容器２には、蓋体にあたる上面側と底面側のみに、あるいはそれらに実質的に対応する位置（つまり、外側容器２の上部側と下部側）に、溶液の流通孔８、９を設け、外側容器２内に設置された紫外線発光ダイオード５が発する微量の熱に起因する溶液の対流により、効率良く外側容器２の底面側から溶液が流入し、浄化された溶液が上面側から流出される構造とした。外側容器２の底面には、上記のビス７と共に、４本のビス１０を錘として設置し、本装置が溶液の入っている容器の底部に設置される際、正しい姿勢に設置され、効果が最大限に発揮される構造とした。紫外線発光ダイオード５は、三端子レギュレータ及び電流制限用抵抗器（図示略）により制御した。
【００２０】
（２）有機物分解能力試験
光触媒として利用する酸化チタンの抗菌（殺菌）機能は、光（紫外線）により励起された酸化チタンの酸化分解能力により隣接する有機物を分解することによっている。そこで、抗菌機能を測定する前に、上記試作機１の能力を確認するため、メチレンブルーに対する分解能力を測定することとした。1000mlの純水にメチレンブルーを３滴投入攪拌後、２つの500mlビーカーに同量づつ移した。図３に示すように、一方のビーカー１１に試作機１を投入し（以降、試験区１とする。）、もう一方のビーカー１２に試作機から紫外線発光ダイオードを除いたもの（以降、対照区１とする。）を投入した。これを図４に示すように遮光用のダンボール箱１３の中に設置し、試験区１の紫外線発光ダイオードに通電した。一定時間おきに各区の液を攪拌後採取し、島津製作所社製UVmini-1240により波長665nmの吸光度を測定した。
【００２１】
（３）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
図５に示すように、純水を500mlづつ入れた２つの500ml三角フラスコのうち、一方の三角フラスコ２１に試作機１を投入し（以降、試験区２とする。）、もう一方の三角フラスコ２２に試作機１から紫外線発光ダイオードを除いたもの（以降、対照区２とする。）を投入した。各区に切り花としてのヒマワリ２３（品種名：ハイブリッドサンフラワー）を５本づつを投入し、一定時間ごとに浸け液を採取し、ペトリフィルム（３Ｍ社製、AC6400）により25℃で24時間培養した後、発生したコロニーを計数した。同時に切り花の状態も確認した。
【００２２】
２．実験結果
（１）有機物分解能力試験
試験開始前における波長665nmの吸光度は0.202absであった。試験開始後の吸光度変化は図６に示すようになり、対照区１（TiO2(Cont.))と比較して、紫外線発光ダイオード（UV-LED）と光触媒としての酸化チタンの担持体とを組み合わせた試験区１（紫外線＋酸化チタン(UV+TiO2) ）の吸光度の低下が大きかった。また、対照区１においても若干の吸光度の低下が認められた。
【００２３】
（２）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
ペトリフィルム上のコロニー数の変化は図７に示すとおりであった。試験開始１日後では対照区２が56コロニーであったのに対して試験区２は３コロニー、試験開始２日後では対照区２が85コロニーであったのに対して試験区２は６コロニーとなり、試験区２では微生物の増殖が抑制されているものと考えられる。試験区２と対照区２の浸け液の温度差は試験区２が対照区２に対し0.2〜0.3℃高くなった。花持ちに関しては、試験区の方が若干良好であったが大きな差は認められなかった。
【００２４】
３．考察
（１）有機物分解能力試験
試験区１で対照区１より吸光度の低下が大きかったのは、試験区１において光触媒によりメチレンブルーが分解され濃度が低下したものと考えられる。また、対照区１においても若干の吸光度の低下が認められたのは、光触媒担持体の吸着効果によるものと考えられる。したがって、今回の担持体を使用した場合は、担持体がメチレンブルーを吸着し、それが後分解されているものと考えられる。
【００２５】
（２）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
試験区２で対照区２よりコロニー数が少なかったのは、試験区２において光触媒により微生物が分解され菌密度が低下したものと考えられる。また、試験区２の浸け液の温度が対照区２に対し0.2〜0.3℃高くなったのは発光ダイオードの発熱によるものと考えられる。切り花の品質に悪影響を及ぼすほどではなく、光源の発熱量がこの程度であるのは紫外線源として発光ダイオードを使った場合の利点と考えられる。さらに、この微量の発熱は容器内の浸け液に対流を発生させ、装置内への浸け液の循環に貢献しているものと考えられる。
【００２６】
花持ちに関して大きな差が認められなかったのは、ヒマワリの切り花の花持ちが５日程度と短く、浸け液中の微生物の影響を受けにくいことや、直売現場に比べ清浄な条件下で試験を実施したためと考えられる。
【００２７】
このように、上記試験により、本発明に係る小型溶液浄化装置の、優れた殺菌性能、有機物分解性能を確認することができた。
【００２８】
ＩＩ．実験−２
（１）試作機の構造
図８〜図１０に、本発明の別の実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機３１を示す。この第２の試作機３１においては、第１の試作機１に比べ、厚さ約0.5mmの金属メッシュに光触媒（酸化チタン）を担持させた光触媒担持体３２（酸化チタン担持体、図１０参照）を使用し、それを外側容器３３の底壁の内面にのみ配置した。外側容器３３の底壁に、第１の試作機１と同様に容器全体を正しい姿勢で液中に沈ませるための錘としてのビス３４を、その頭部側が外側容器３３の底壁の内面側となるように設け（図９参照）、そのビス３４の頭部上に光触媒担持体３２を配置し（図１０参照）、光触媒担持体３２と紫外線発光ダイオード３８（図９参照）とが所定の間隔となるように設定されている。溶液が流通するための孔３５は、外側容器３３の底部近くの側壁に開け、外側容器３３の蓋体３６には上部側の溶液流通用の孔３７を設けた。この外側容器３３の蓋体３６に、第１の試作機１同様、紫外線発光ダイオード３８を封入した内側容器としてのサンプル瓶３９を取り付け、サンプル瓶３９を外側容器３３内に組み付けて第２の試作機３１を構成した。この第２の試作機３１では、紫外線発光ダイオード３８からの紫外線が、内側容器としてのサンプル瓶３９と外側容器３３との間の溶液路を流通する浄化対象溶液に照射されて紫外線のみによる殺菌効果が発現されるとともに、溶液路の一部（外側容器３３の底壁の内面）に配置された光触媒担持体３２に紫外線発光ダイオード３８からの紫外線が照射されて光触媒活性による殺菌および有機物分解効果が発現され、相乗的な効果が得られるようにされている。なお、紫外線発光ダイオード３８にはSL382AAUEを使用し、5Vの直流安定化電源のプラス側に82Ωの電流制限用抵抗器を挿入し、紫外線発光ダイオード３８を約3.2V、16mAで駆動した。
【００２９】
（２）有機物分解能力試験
第２の試作機３１の有機物に対する分解能力を確認するために、第１の試作機１と同様の方法によりメチレンブルーに対する分解能力を測定した。試験区は紫外線発光ダイオード＋光触媒担持体区（以降試験区３とする）、光触媒担持体のみの区（以降対照区３とする）、紫外線発光ダイオードのみの区（以降対照区４とする）の３区とした。実験は、図１１に示すように、北側窓にブラインドを降ろした条件下に上記３区の三角フラスコ４１を置いて実施した。
【００３０】
実験の結果、図１２に示すように、試験区３の吸光度が最も大きく低下した。これは、メチレンブルーが光触媒により分解され濃度が低下したものと考えられる。対照区３は試験区３についで吸光度の低下が認められた。これは、自然光に含まれるの紫外線が光触媒担持体に作用した結果と考えられる。
【００３１】
（３）切り花における花持ち試験
第１の試作機１と同様の方法により、ヒマワリ切り花４２の花持ちの試験を実施した（図１３、図１４）。装置および試験区の構成は有機物分解能力試験の同様とした。図１３に試験開始時、図１４に５日後の結果を示すように、花持ちの良さは、試験区３(TiO2+UV) ＞対照区４(UV)＞対照区３(TiO2)となった。これは、試験区２では紫外線による殺菌効果と光触媒による殺菌および有機物分解効果が相乗的に作用し、対照区４では紫外線による殺菌効果のみが予想以上に効果的に作用した結果と考えられる。
【００３２】
このように、第２の試作機３１における、薄い金属メッシュに光触媒を担持させた構造、および、溶液路に部分的に光触媒担持体を配置し、それに紫外線発光ダイオードからの紫外線を照射した殺菌効果および有機物分解効果が得られるように構成するとともに、光触媒担持体を配置していない部位に対しては単に紫外線発光ダイオードからの紫外線を照射して殺菌効果が得られるように構成した構造により、効率のよい溶液浄化を行うことができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、上記試験で確認したように、切り花浸け液の浄化にとくに有効であるが、その他、小型でかつ溶液の浄化が求められる種々の分野への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機の分解斜視図である。
【図２】図１の試作機を別の角度から見た分解斜視図である。
【図３】試験において図１の試作機をビーカー内の溶液中に浸漬した状態を示す斜視図である。
【図４】試験において図１の試作機を浸漬したビーカーと試作機から紫外線発光ダイオードを除いたビーカーとを遮光用のダンボール箱の中に設置した状態を示す斜視図である。
【図５】試験において試作機を投入した三角フラスコと試作機から紫外線発光ダイオードを除いたものを投入した三角フラスコとにヒマワリを投入した状態を示す斜視図である。
【図６】試験区１と対照区１におけるメチレンブルーの吸光度の変化を示す特性図である。
【図７】試験区２と対照区２におけるコロニー数の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の別の実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機の分解斜視図である。
【図９】図８の試作機の外側容器の底壁内面の平面図である（光触媒担持体配置前）。
【図１０】図８の試作機の外側容器の底壁内面の平面図である（光触媒担持体配置後）。
【図１１】第２の試作機の有機物分解能力試験試験の様子を示す斜視図である。
【図１２】試験区３と対照区３、４におけるメチレンブルーの吸光度の変化を示す特性図である。
【図１３】試験区３と対照区３、４における三角フラスコにヒマワリを投入した試験開始時の状態を示す斜視図である。
【図１４】試験区３と対照区３、４における三角フラスコにヒマワリを投入した試験開始後５日経過時の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機
２ 外側容器
３ 光触媒担持体としての不織布タイプ酸化チタン担持体
４ 蓋体
５ 紫外線発光ダイオード
６ 内側容器としてのサンプル瓶
７、１０ ビス
８、９ 溶液の流通孔
１１、１２ ビーカー
１３ 遮光用のダンボール箱
２１、２２ 三角フラスコ
２３ 切り花としてのヒマワリ
３１ 小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機
３２ 光触媒担持体としての金属メッシュ酸化チタン担持体
３３ 外側容器
３４ ビス
３５、３７ 溶液の流通孔
３６ 蓋体
３８ 紫外線発光ダイオード
３９ 内側容器としてのサンプル瓶
４１ 三角フラスコ
４２ 切り花としてのヒマワリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線と光触媒を用いて溶液を浄化する小型の浄化装置に関し、特に、比較的小容量の容器内の切り花浸け液の殺菌等に用いて好適な小型溶液浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、切り花浸け液中の微生物繁殖抑制に用いられている抗菌剤は、環境への影響やコストの面で問題が残されている。また、粉末状の光触媒を使った場合も光触媒自体は使い捨てとなるため、コストや廃水処理の問題があり、添加量の調整等の手間や光触媒粉末の植物体への影響等が問題である。
【０００３】
特許文献１には、切り花等の延命効果を得るために、透明な花瓶容器の内表面に、光触媒粒子を含有する実質的に透明な層を設けた花瓶が開示されている。また、特許文献２には、水中に含まれる菌を殺菌し、切り花の延命と水耕栽培の促成効果を得るために、花瓶の底面よりも若干上方の位置に、植物飼育用の抗菌フィルタを設けた植物飼育器が開示されており、この抗菌フィルタは、網目材からなる保持体内に粒子状の光触媒材を充填して構成されている。
【特許文献１】特開平１０−２２５３５１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４６５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、切り花浸け液等に対する、従来の光触媒を用いた浄化装置では、溶液の殺菌効果や含有有機物分解効果が未だ不十分であるという問題がある。また、構造が複雑であったり、光触媒添加量の調整が困難であったり、小型の装置に構成されておらず各種の溶液浄化用途に汎用的に使用することが困難である、等の問題がある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、浄化対象溶液に対し効率よくかつ効果的に光触媒活性を発揮させることができ、構造が簡単でかつ小型であり、種々の用途に広範にかつ容易に適用でき、とくに切り花浸け液の殺菌および有機物分解に好適な、小型溶液浄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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る小型溶液浄化装置は、光触媒を担持した光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型の溶液浄化装置からなる。とくに一つの容器内に光触媒担持体と紫外線発光ダイオードをそれぞれ最適な位置にコンパクトに配置できるようにしているので、全体を小型の装置に構成しつつ、両者間の溶液路を流通される浄化対象溶液を、効率よくかつ効果的に浄化することが可能になる。
【０００７】
この小型溶液浄化装置においては、上記光触媒担持体としては、不織布に光触媒を担持したものが好ましい。このような形態とすることで、種々の形状を有する容器であっても、かつ、小型の容器であっても、容易に不織布光触媒担持体を容器内に所定の状態で収納することが可能になる。
【０００８】
あるいは、上記光触媒担持体として、金属メッシュに光触媒を担持したものも好ましい。このような形態とすることで、比較的厚みの薄い金属メッシュ（例えば、厚み０．５ｍｍ程度の金属メッシュ）に光触媒を担持させることにより、担持された光触媒全体に紫外線発光ダイオードからの紫外線を容易にかつ効率よく照射することができるようになり、所望の光触媒活性を容易にかつ効果的に発揮させることができるようになる。
【０００９】
また、上記光触媒担持体が、紫外線発光ダイオードの少なくとも両側に配置されている形態とすることができる。これにより、紫外線発光ダイオードからの紫外線が広い面積にわたって光触媒担持体に照射され、該紫外線発光ダイオードからの紫外線を効率よく光触媒活性の発現に使用できるようになる。
【００１０】
あるいは、上記光触媒担持体が、上記容器内の上記紫外線発光ダイオードに対向する複数の面のうちの特定の面のみに（例えば、容器内の底面のみに）配置されており、残りの対向面は上記光触媒担持体が配置されていない面とされている形態とすることもできる。すなわち、紫外線発光ダイオードからの紫外線のみによる殺菌効果の及ぶ範囲をできるだけ広く確保して、紫外線のみによる殺菌効果を広い範囲にわたって効率よく作用させ、加えて、紫外線発光ダイオードからの紫外線を特定の面に配置された光触媒担持体にも照射することにより、光触媒活性を発現させて該光触媒活性による溶液の殺菌および有機物分解作用を併せて発現させ、紫外線による殺菌と紫外線および光触媒による殺菌および有機物分解との相乗効果を狙ったものである。
【００１１】
光触媒としては、代表的には酸化チタンを使用できるが、所定の光触媒活性を発現可能なものであれば、その他の光触媒も使用可能である。
【００１２】
上記容器としては、容器内と容器外とを連通する連通路を、容器の下部側（例えば、底壁）と上部側（例えば、上蓋）とに有するものが好ましい。このように構成すれば、本発明に係る小型溶液浄化装置としての上記容器を、浄化対象溶液が収容されている容器（本発明に係る小型溶液浄化装置より大型の容器）中に単に浸漬させるだけで、上記容器内に容易に浄化対象溶液の流路を確保できるようになる。
【００１３】
また、上記容器が、外側容器と、その内部に収納される内側容器とからなり、内側容器内に上記紫外線発光ダイオードが、内側容器と外側容器との間の少なくとも一部位に（例えば、外側容器の底壁内面に）上記光触媒担持体が、それぞれ収納されている形態とすることが好ましい。内側容器は、紫外線が透過できるよう、実質的に透明容器であることが好ましい。このように構成すれば、溶液路が容易に形成されるとともに、紫外線発光ダイオードからの紫外線が、その周囲に位置する光触媒担持体に効率よく当てられ、望ましい光触媒活性が発現される。また、紫外線発光ダイオードからの紫外線を、殺菌作用を発揮し、光触媒担持体には照射されない方向に出射される紫外線と、光触媒担持体に照射される方向に出射される紫外線とに分けるような形態を採ることも可能である。
【００１４】
また、上記溶液路は、上下方向に延びる流路に形成されていることが好ましい。紫外線発光ダイオードの起動により多かれ少なかれ発熱が生じるので、この発熱に伴う溶液の対流が期待できる。溶液路に対流が生じると、浄化対象溶液が自然に効率よく入れ替えられることになるので、浄化が促進される。
【００１５】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、小型でかつ、溶液の殺菌や含有有機物の分解が求められる、あらゆる用途に使用可能であり、とくに、浄化対象溶液が切り花浸け液からなる場合に好適なものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、小容量の容器内の溶液の殺菌および有機物の分解に適しており、光触媒担持体と紫外線発光ダイオードを極めて簡単かつコンパクトな構造で高効率に作用するように組み込んでいるので、メンテナンスが容易で繰り返し使用が可能な、小型で安価な装置として構成できる。
【００１７】
このように、本発明に係る小型溶液浄化装置は、小型で低消費電力、少発熱量で簡単な構造であるという特徴を持っており、小規模な容器内の溶液中の有機物や微生物の分解に好適に使用できる。したがって、直売所や家庭等のにおける切り花の品質保持に利用が可能であると共に、同様の作用が要求される他の用途へも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、実際に行った実験に基づき、図面を参照しながら説明する。次に示すような実験により、試作機による有機物分解能力、抗菌機能を検証した。
【００１９】
Ｉ．実験−１
１．実験方法
（１）試作機の構造
図１、図２に、本発明の一実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機１を示す。試作機１は、溶液が流通するための穴を開けた外側容器２内に、光触媒担持体としての不織布タイプの酸化チタン担持体３と、外側容器２の蓋体４に取り付けられ、紫外線発光ダイオード５(SDL-5N3CUV-A)を封入した内側容器としてのサンプル瓶６とを収納して組み込んだ構造に構成した。長方形に裁断した担持体３は、その幅方向中心部が紫外線発光ダイオード５の照射方向に位置するように、発光部としての上記サンプル瓶６をＵ字型に包み込む形で外側容器２内に収めた。したがって、紫外線発光ダイオード５の両側に不織布タイプ酸化チタン担持体３が位置している。発光部（酸化チタン担持体３を収納した内側容器としてのサンプル瓶６）と担持体３の間には浄化対象溶液が流通する溶液路が形成され、かつ紫外線が担持体に効率良く照射される隙間を設定してある。この隙間を外側容器２の底壁の中心に設置したしたビス７によって担持体３を底から支えることにより保持する構造とした。外側容器２には、蓋体にあたる上面側と底面側のみに、あるいはそれらに実質的に対応する位置（つまり、外側容器２の上部側と下部側）に、溶液の流通孔８、９を設け、外側容器２内に設置された紫外線発光ダイオード５が発する微量の熱に起因する溶液の対流により、効率良く外側容器２の底面側から溶液が流入し、浄化された溶液が上面側から流出される構造とした。外側容器２の底面には、上記のビス７と共に、４本のビス１０を錘として設置し、本装置が溶液の入っている容器の底部に設置される際、正しい姿勢に設置され、効果が最大限に発揮される構造とした。紫外線発光ダイオード５は、三端子レギュレータ及び電流制限用抵抗器（図示略）により制御した。
【００２０】
（２）有機物分解能力試験
光触媒として利用する酸化チタンの抗菌（殺菌）機能は、光（紫外線）により励起された酸化チタンの酸化分解能力により隣接する有機物を分解することによっている。そこで、抗菌機能を測定する前に、上記試作機１の能力を確認するため、メチレンブルーに対する分解能力を測定することとした。1000mlの純水にメチレンブルーを３滴投入攪拌後、２つの500mlビーカーに同量づつ移した。図３に示すように、一方のビーカー１１に試作機１を投入し（以降、試験区１とする。）、もう一方のビーカー１２に試作機から紫外線発光ダイオードを除いたもの（以降、対照区１とする。）を投入した。これを図４に示すように遮光用のダンボール箱１３の中に設置し、試験区１の紫外線発光ダイオードに通電した。一定時間おきに各区の液を攪拌後採取し、島津製作所社製UVmini-1240により波長665nmの吸光度を測定した。
【００２１】
（３）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
図５に示すように、純水を500mlづつ入れた２つの500ml三角フラスコのうち、一方の三角フラスコ２１に試作機１を投入し（以降、試験区２とする。）、もう一方の三角フラスコ２２に試作機１から紫外線発光ダイオードを除いたもの（以降、対照区２とする。）を投入した。各区に切り花としてのヒマワリ２３（品種名：ハイブリッドサンフラワー）を５本づつを投入し、一定時間ごとに浸け液を採取し、ペトリフィルム（３Ｍ社製、AC6400）により25℃で24時間培養した後、発生したコロニーを計数した。同時に切り花の状態も確認した。
【００２２】
２．実験結果
（１）有機物分解能力試験
試験開始前における波長665nmの吸光度は0.202absであった。試験開始後の吸光度変化は図６に示すようになり、対照区１（TiO2(Cont.))と比較して、紫外線発光ダイオード（UV-LED）と光触媒としての酸化チタンの担持体とを組み合わせた試験区１（紫外線＋酸化チタン(UV+TiO2) ）の吸光度の低下が大きかった。また、対照区１においても若干の吸光度の低下が認められた。
【００２３】
（２）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
ペトリフィルム上のコロニー数の変化は図７に示すとおりであった。試験開始１日後では対照区２が56コロニーであったのに対して試験区２は３コロニー、試験開始２日後では対照区２が85コロニーであったのに対して試験区２は６コロニーとなり、試験区２では微生物の増殖が抑制されているものと考えられる。試験区２と対照区２の浸け液の温度差は試験区２が対照区２に対し0.2〜0.3℃高くなった。花持ちに関しては、試験区の方が若干良好であったが大きな差は認められなかった。
【００２４】
３．考察
（１）有機物分解能力試験
試験区１で対照区１より吸光度の低下が大きかったのは、試験区１において光触媒によりメチレンブルーが分解され濃度が低下したものと考えられる。また、対照区１においても若干の吸光度の低下が認められたのは、光触媒担持体の吸着効果によるものと考えられる。したがって、今回の担持体を使用した場合は、担持体がメチレンブルーを吸着し、それが後分解されているものと考えられる。
【００２５】
（２）切り花浸け液内の微生物増殖抑制および花持ちの試験
試験区２で対照区２よりコロニー数が少なかったのは、試験区２において光触媒により微生物が分解され菌密度が低下したものと考えられる。また、試験区２の浸け液の温度が対照区２に対し0.2〜0.3℃高くなったのは発光ダイオードの発熱によるものと考えられる。切り花の品質に悪影響を及ぼすほどではなく、光源の発熱量がこの程度であるのは紫外線源として発光ダイオードを使った場合の利点と考えられる。さらに、この微量の発熱は容器内の浸け液に対流を発生させ、装置内への浸け液の循環に貢献しているものと考えられる。
【００２６】
花持ちに関して大きな差が認められなかったのは、ヒマワリの切り花の花持ちが５日程度と短く、浸け液中の微生物の影響を受けにくいことや、直売現場に比べ清浄な条件下で試験を実施したためと考えられる。
【００２７】
このように、上記試験により、本発明に係る小型溶液浄化装置の、優れた殺菌性能、有機物分解性能を確認することができた。
【００２８】
ＩＩ．実験−２
（１）試作機の構造
図８〜図１０に、本発明の別の実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機３１を示す。この第２の試作機３１においては、第１の試作機１に比べ、厚さ約0.5mmの金属メッシュに光触媒（酸化チタン）を担持させた光触媒担持体３２（酸化チタン担持体、図１０参照）を使用し、それを外側容器３３の底壁の内面にのみ配置した。外側容器３３の底壁に、第１の試作機１と同様に容器全体を正しい姿勢で液中に沈ませるための錘としてのビス３４を、その頭部側が外側容器３３の底壁の内面側となるように設け（図９参照）、そのビス３４の頭部上に光触媒担持体３２を配置し（図１０参照）、光触媒担持体３２と紫外線発光ダイオード３８（図９参照）とが所定の間隔となるように設定されている。溶液が流通するための孔３５は、外側容器３３の底部近くの側壁に開け、外側容器３３の蓋体３６には上部側の溶液流通用の孔３７を設けた。この外側容器３３の蓋体３６に、第１の試作機１同様、紫外線発光ダイオード３８を封入した内側容器としてのサンプル瓶３９を取り付け、サンプル瓶３９を外側容器３３内に組み付けて第２の試作機３１を構成した。この第２の試作機３１では、紫外線発光ダイオード３８からの紫外線が、内側容器としてのサンプル瓶３９と外側容器３３との間の溶液路を流通する浄化対象溶液に照射されて紫外線のみによる殺菌効果が発現されるとともに、溶液路の一部（外側容器３３の底壁の内面）に配置された光触媒担持体３２に紫外線発光ダイオード３８からの紫外線が照射されて光触媒活性による殺菌および有機物分解効果が発現され、相乗的な効果が得られるようにされている。なお、紫外線発光ダイオード３８にはSL382AAUEを使用し、5Vの直流安定化電源のプラス側に82Ωの電流制限用抵抗器を挿入し、紫外線発光ダイオード３８を約3.2V、16mAで駆動した。
【００２９】
（２）有機物分解能力試験
第２の試作機３１の有機物に対する分解能力を確認するために、第１の試作機１と同様の方法によりメチレンブルーに対する分解能力を測定した。試験区は紫外線発光ダイオード＋光触媒担持体区（以降試験区３とする）、光触媒担持体のみの区（以降対照区３とする）、紫外線発光ダイオードのみの区（以降対照区４とする）の３区とした。実験は、図１１に示すように、北側窓にブラインドを降ろした条件下に上記３区の三角フラスコ４１を置いて実施した。
【００３０】
実験の結果、図１２に示すように、試験区３の吸光度が最も大きく低下した。これは、メチレンブルーが光触媒により分解され濃度が低下したものと考えられる。対照区３は試験区３についで吸光度の低下が認められた。これは、自然光に含まれるの紫外線が光触媒担持体に作用した結果と考えられる。
【００３１】
（３）切り花における花持ち試験
第１の試作機１と同様の方法により、ヒマワリ切り花４２の花持ちの試験を実施した（図１３、図１４）。装置および試験区の構成は有機物分解能力試験の同様とした。図１３に試験開始時、図１４に５日後の結果を示すように、花持ちの良さは、試験区３(TiO2+UV) ＞対照区４(UV)＞対照区３(TiO2)となった。これは、試験区２では紫外線による殺菌効果と光触媒による殺菌および有機物分解効果が相乗的に作用し、対照区４では紫外線による殺菌効果のみが予想以上に効果的に作用した結果と考えられる。
【００３２】
このように、第２の試作機３１における、薄い金属メッシュに光触媒を担持させた構造、および、溶液路に部分的に光触媒担持体を配置し、それに紫外線発光ダイオードからの紫外線を照射した殺菌効果および有機物分解効果が得られるように構成するとともに、光触媒担持体を配置していない部位に対しては単に紫外線発光ダイオードからの紫外線を照射して殺菌効果が得られるように構成した構造により、効率のよい溶液浄化を行うことができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る小型溶液浄化装置は、上記試験で確認したように、切り花浸け液の浄化にとくに有効であるが、その他、小型でかつ溶液の浄化が求められる種々の分野への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機の分解斜視図である。
【図２】図１の試作機を別の角度から見た分解斜視図である。
【図３】試験において図１の試作機をビーカー内の溶液中に浸漬した状態を示す斜視図である。
【図４】試験において図１の試作機を浸漬したビーカーと試作機から紫外線発光ダイオードを除いたビーカーとを遮光用のダンボール箱の中に設置した状態を示す斜視図である。
【図５】試験において試作機を投入した三角フラスコと試作機から紫外線発光ダイオードを除いたものを投入した三角フラスコとにヒマワリを投入した状態を示す斜視図である。
【図６】試験区１と対照区１におけるメチレンブルーの吸光度の変化を示す特性図である。
【図７】試験区２と対照区２におけるコロニー数の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の別の実施態様に係る小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機の分解斜視図である。
【図９】図８の試作機の外側容器の底壁内面の平面図である（光触媒担持体配置前）。
【図１０】図８の試作機の外側容器の底壁内面の平面図である（光触媒担持体配置後）。
【図１１】第２の試作機の有機物分解能力試験試験の様子を示す斜視図である。
【図１２】試験区３と対照区３、４におけるメチレンブルーの吸光度の変化を示す特性図である。
【図１３】試験区３と対照区３、４における三角フラスコにヒマワリを投入した試験開始時の状態を示す斜視図である。
【図１４】試験区３と対照区３、４における三角フラスコにヒマワリを投入した試験開始後５日経過時の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 小型溶液浄化装置として製作した第１の試作機
２ 外側容器
３ 光触媒担持体としての不織布タイプ酸化チタン担持体
４ 蓋体
５ 紫外線発光ダイオード
６ 内側容器としてのサンプル瓶
７、１０ ビス
８、９ 溶液の流通孔
１１、１２ ビーカー
１３ 遮光用のダンボール箱
２１、２２ 三角フラスコ
２３ 切り花としてのヒマワリ
３１ 小型溶液浄化装置として製作した第２の試作機
３２ 光触媒担持体としての金属メッシュ酸化チタン担持体
３３ 外側容器
３４ ビス
３５、３７ 溶液の流通孔
３６ 蓋体
３８ 紫外線発光ダイオード
３９ 内側容器としてのサンプル瓶
４１ 三角フラスコ
４２ 切り花としてのヒマワリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を担持した光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型溶液浄化装置。
【請求項２】
前記光触媒担持体が、不織布に光触媒を担持したものからなる、請求項１に記載の小型溶液浄化装置。
【請求項３】
前記光触媒担持体が、金属メッシュに光触媒を担持したものからなる、請求項１に記載の小型溶液浄化装置。
【請求項４】
前記光触媒担持体が、前記紫外線発光ダイオードの少なくとも両側に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項５】
前記光触媒担持体が、前記容器内の前記紫外線発光ダイオードに対向する複数の面のうちの特定の面のみに配置されており、残りの対向面は前記光触媒担持体が配置されていない面とされている、請求項１〜３のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項６】
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項１〜５のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項７】
前記容器が、容器内と容器外とを連通する連通路を、容器の下部側と上部側とに有するものからなる、請求項１〜６のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項８】
前記容器が、外側容器と、その内部に収納される内側容器とからなり、内側容器内に前記紫外線発光ダイオードが、内側容器と外側容器との間の少なくとも一部位に前記光触媒担持体が、それぞれ配置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項９】
前記溶液路が、上下方向に延びる流路に形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項１０】
前記浄化対象溶液が切り花浸け液からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項１】
光触媒を担持した光触媒担持体と紫外線発光ダイオードとを対向させて併設し、両者間に浄化対象溶液が流通可能な溶液路を形成するとともに、これらを一つの容器内に収納したことを特徴とする小型溶液浄化装置。
【請求項２】
前記光触媒担持体が、不織布に光触媒を担持したものからなる、請求項１に記載の小型溶液浄化装置。
【請求項３】
前記光触媒担持体が、金属メッシュに光触媒を担持したものからなる、請求項１に記載の小型溶液浄化装置。
【請求項４】
前記光触媒担持体が、前記紫外線発光ダイオードの少なくとも両側に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項５】
前記光触媒担持体が、前記容器内の前記紫外線発光ダイオードに対向する複数の面のうちの特定の面のみに配置されており、残りの対向面は前記光触媒担持体が配置されていない面とされている、請求項１〜３のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項６】
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項１〜５のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項７】
前記容器が、容器内と容器外とを連通する連通路を、容器の下部側と上部側とに有するものからなる、請求項１〜６のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項８】
前記容器が、外側容器と、その内部に収納される内側容器とからなり、内側容器内に前記紫外線発光ダイオードが、内側容器と外側容器との間の少なくとも一部位に前記光触媒担持体が、それぞれ配置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項９】
前記溶液路が、上下方向に延びる流路に形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【請求項１０】
前記浄化対象溶液が切り花浸け液からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の小型溶液浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−８０３２７（Ｐ２００８−８０３２７Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１７９８８（Ｐ２００７−２１７９８８）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００１９２９０３）神奈川県 (65)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００１９２９０３）神奈川県 (65)
【Ｆターム（参考）】
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