放射線支援化学処理装置及び方法
放射線支援化学処理に有用な放射線に対し透明な壁の第１面によって少なくとも一部が画成された流体経路と、透明壁の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、放射線支援化学処理に有用な放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバーとを有する放射線支援化学処理を行うための装置の開示である。関連する光触媒反応装置の作製方法が、とりわけ流体経路をウォッシュコートして光触媒材料を堆積させるステップであって、光触媒材料を非円形断面経路の第１部分に堆積させ、透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む非円形断面経路の第２部分には堆積させず、又は第２部分から光触媒材料を除去することを含むステップを有している。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は２００７年１１月２９日出願の「Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（放射線支援化学処理装置及び方法）」と題する欧州特許出願第０７３０１６００．８号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は放射線支援化学処理装置及び方法に関し、特には放射線支援化学処理の効率を向上する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
放射線支援化学処理は、例えば、特定の部位の活性化、あるいは特定の化学結合の切断等、放射線が反応種に直接作用するプロセスを含んでいる。また、放射線支援化学処理は、放射線が光触媒物材料に作用し、再結合、滞留、又は光触媒材料の表面に移動し、反応性流体流の表面吸着種（例えば、吸着Ｏ、吸着Ｈ２Ｏ、表面ＯＨ等）と反応して反応物に対し所望の反応を可能にする活性種（例えば、Ｏ２−、ＯＨ？、Ｈ２Ｏ２等）を生成する電子やホールを生成するプロセスも含んでいる。放射線支援化学処理は化学合成、水及び空気浄化、汚染対策等の用途に用いられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、放射線支援化学処理に有用な放射線に対し透明な壁の第１面によって少なくとも一部が画成された流体経路と、前記透明壁の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、前記放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバーとを有して成る放射線支援化学処理装置を含んでいる。こうして、放射線源と光触媒反応領域との非常に密な結合が得られる。
【０００５】
本発明は更に光触媒反応装置の作製方法を含んでいる。前記方法は断面の少なくとも一部が非円形を成し、光触媒に対する所望の放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を用意するステップと、前記流体経路をウォッシュコートして光触媒材料を堆積させるステップであって、前記光触媒材料を前記非円形断面経路の第１部分に堆積させ、前記透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む前記非円形断面経路の第２部分には堆積させず、又は第２部分から前記光触媒材料を除去することを含むステップとを有して成ることを特徴とする方法である。これにより、放射線が流体経路に効率良く入射でき、経路内の光触媒材料が配置された内表面に照射できる。
【０００６】
本発明の更なる特徴および効果は以下に詳細に述べてあり、以下の説明によりその特徴および効果は当業者にとって明白であるか、または以下の説明、請求項、および添付図面に記載の本発明を実施することにより認識できる。
【０００７】
本発明の概要及び以下に述べる本発明の実施の形態の詳細な説明は、クレームによって規定される本発明の本質および特徴を理解するための概要及び構成を説明するためのものである。添付図面は本発明の理解を深めるためのものであり、本明細書の一部を構成するものである。添付図面は本発明の実施の形態を示しており、その説明と共に、本発明の原理および動作を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の平面図。
【図２】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の別の実施の形態の平面図。
【図３】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の更に別の実施の形態の平面図。
【図４】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図５】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図６】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図７】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図８】光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図であって、図５の断面の一部に対応する拡大図。
【図９】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の他の実施の形態の断面図。
【図１０】図９の断面の部分拡大図。
【図１１】Ａ〜Ｉは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の形成方法における、特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１２】Ａ〜Ｄは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の形成方法における、特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１３】Ａ〜Ｄは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の別の形成方法、図１２の変形、における特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１４】ウォッシュコート光触媒材料の代わりに薄膜光触媒材料を用いた図８の実施の形態に似た光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図。
【図１５】ウォッシュコート光触媒材料の代わりに薄膜光触媒材料を用いた図８の実施の形態に似た光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面の例を参照し、本発明の現時点における好ましい実施の形態について説明する。図において、同一又は同様の部品については、可能な限り同じ参照符号で示す。
【００１０】
本発明を理解する上において、本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の例を検討することが有益である。
【００１１】
本発明を限定するものでなく、より良く理解するための１つの方法を図１１に示す。図１１Ａ〜Ｉは、図１１Ｄに示す第１チャンネル３０の形態を成す１つのチャンネル・セットを有する第１ガラス構造体２０、図１１Ｆ又は１１Ｉに示す２つの補完チャンネル・セットである、第１チャンネル３０及び第２チャンネル４０を有するガラス構造体２２又は２８、及び／又は図１１Ｇ及び１１Ｈに示す３又は４セットのチャンネルを有するガラス構造体２４又は２６のような、様々なガラス構造体を形成する方法における特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図である。
【００１２】
第１ガラス構造体２０は、図１１Ａに示すように、供給タンク（図示せず）から２つの加熱回転ローラ７２、７４にガラス塊７０を供給することにより形成できる。次いで、圧延された軟ガラスシート７６が真空導管（図示せず）を有する移動モールド７８上に繰り出される。シート７６が硬化しないうちに真空形成することにより、軟ガラスシート７６と比較して厚さが減少した図１１に示す定形シート８０を形成することができる。第２且つ直後のパスにおいて、図１１Ｃに示すように、第２軟ガラスシート８２を定形シート８０上に配することができる。
図１１Ｄに示すように、第２軟ガラスシート８２が直ちに定形シート８０の上面を閉じることにより、閉第１チャンネル３０が形成され、中間ガラス構造体２０が作製される。このように、第１チャンネル３０は約５〜１０秒という短時間のうちに作製され閉じられる。
【００１３】
第１チャンネル３０を有する中間構造体２０をモールド７８から外し、支持体８４の上に裏返して配置することにより、本発明に特に有用なガラス構造体である、ガラス構造体２２が形成される。次に、閉じられていない補完チャンネル４０を第３軟ガラスシート８６で覆うことにより、閉第２チャンネル４０が形成され、第１チャンネル３０及び第２チャンネル４０を有する図１１Ｆに示すガラス構造体２２が作製される。ここで、第１チャンネル３０と第２チャンネル４０とは基本的に各チャンネルに沿ったすべての位置において定形シート８０の縦の部分から成る共通壁を有していること、及び共通する概して平坦な体積中に存在している点で補完的である。
【００１４】
図１１Ｅ及び１１Ｆに示すステップに代わる方法として、図１１Ｂに示すような定形シート８０と第１ガラス構造体２０のようなガラス構造体が熱いうちに同時に形成するか又は先に形成したものを重ねて焼結することによりチャンネルを閉じることができる。形成されたチャンネルは真っ直ぐに位置合わせされていることが好ましく、図１１Ｉのガラス構造体２８が作製される。
【００１５】
図１１Ｅ及び１１Ｆに示すステップに代わる方法として、図１１Ｄに示す第１ガラス構造体２０が熱いうちに別の同様の構造体に重ねるか、又は必要があれば、２つの部品を重ねて焼結することにより、図１１Ｇに示す第１チャンネル３０、第２チャンネル４０、及び第３チャンネル５０を有するガラス構造体２４を作製できる。必要に応じ、第１ガラス構造体２０のような構造体を更に重ね、構造体２４の開放チャンネルを追加の平坦層で閉じるように、開放チャンネルを追加の平坦層で閉じることにより更に別のチャンネル層を同様に形成でき、図１１Ｈに示す第１チャンネル３０、第２チャンネル４０、第３チャンネル５０、及び第４チャンネル６０を有するガラス構造体２６を作製できる。
【００１６】
特定のガラス、７７４０ Ｐｙｒｅｘ（登録商標）に対し、図１１Ａ〜１１Ｉに示す方法のプロセス・パラメータの例に熱的条件があり、一般に１３５０℃のガラスを６５０℃に加熱したローラ及びモールドに供給することが望ましい。アセチレン熱分解によるカーボンブラックのような離型剤を用いることができる。ガラスシートが薄ければ薄いほど、ローラの温度を高くする必要がある。本発明において、チャンネル３０と４０との間の壁のようなチャンネル間の壁は、充分実用的な堅牢性を有する範囲において、できるだけ薄いことが好ましい。一般に、壁の厚さは、必要とする機械的堅牢性が維持できる範囲において、できるだけ薄くする必要があり、２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍであることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることが更に好ましい。本プロセスにより０．８ｍｍに圧延したガラスシートを真空形成することにより、形成された形状の底部の厚さを０．２ｍｍ以下にまですることができる。図１１Ａ〜１１Ｉの方法及び関連方法の詳細については、例えば、２００４年４月３０日出願の欧州特許出願番号０４２９１１１４「Ｈｉｇｈ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｌａｓｓ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」を参照されたい。
【００１７】
当然のことながら、読者は図１１Ｂに示すような１つの波形定形シート８０の使用を含む図１１Ａ〜１１Ｉの形成プロセス又は同様のプロセスの使用又はかかるシートの対向面に画成されるチャンネルを考えた場合、第１及び第２チャンネル・セット３０、４０は補完的である、即ち、共通壁を有し、共通する概して平坦な体積中に存在することが理解できる。以下に説明するする図１２Ａ〜１２Ｄ及び図１３Ａ〜１３Ｃの方法によって形成されるチャンネルも補完的である。
【００１８】
図１２Ａ〜１２Ｄは本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の別の例を示す図である。図１２Ａ〜１２Ｄの方法によれば、ガラス又はガラスを含む材料から成るシート８８が、広い温度範囲においてガラスに親和性を有する材料から成る協働モールド、即ち半モールド９０と９２との間に配される。モールドの材料はカーボンであることが好ましく、例えば、フランス、Ｇｅｎｎｅｖｉｌｌｉｅｒｓに所在するＣａｒｂｏｎ Ｌｏｒｒａｉｎｅ社製のグレード２４５０ＰＴ又は２０２０ＰＴグラファイトのような約１０％以上の開放気孔率を有する多孔質カーボンであることが好ましい。ＣＮＳ加工、ダイヤモンド超高速加工、放電加工、又はその組合せによってモールド面を形成することができる。モールドの表面設計は所望の機能に依存する。
【００１９】
任意として、シート８８及び／又はモールド９０、９２にカーボン煤であることが好ましい離型剤を用いることができる。ガラスを含むシート８８とモールド９０、９２との界面に圧力を加えることが好ましい。例えば、負荷をかけることによって、このような圧力を得ることができる。次に、シート８８が充分軟らかくなりモールド９０、９２の輪郭に沿うようになるまで、モールド９０、９２及びシート８８を一緒に加熱することにより、成形シート９４が作製される。次に、モールド９０、９２及び成形シート９４が一緒に冷却され、シート９４がモールドから取り出される。次に、成形シート９４をガラス、ガラスを含む材料、又はその他適切な材料から成るフラットシート９６と９６との間に置き、その組立体をフリット使用又は不使用焼結、適切な接着剤、又はその他適切な手段により接着することができる。その結果、図１１Ａ〜１１Ｉにおける構造体２２に対応する構造体２２が作製される。必要に応じ、図１２Ａ〜１２Ｃに示す成形シート９４を用いて図１１Ａ〜１１Ｉに示す別の構造体を作製することもできる。
【００２０】
本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の更に別の例として、図１２Ａ〜１２Ｄに示す方法を図１３Ａ〜１３Ｃに示す方法に修正することにより、プロセス・チャンネル９８と隣接チャンネル１００とが必ずしも補完的ではないようにできる。図１３Ａ及び１３Ｂに示すように、モールド９０、９２は同様又は協働相互貫通構造をとらず、１つが成形モールド９０、もう１つが平面モールド９２のようにそれぞれ独立した形状を成している。従って、それによって作製された成形シート９４は１つ以上の表面に仕切り又は壁１０２を有することができる。図１３Ａ〜１３Ｃに示すプロセスによるチャンネルは、１枚のシートの対向面に形成する必要がなく、図１３Ｃに示すように、全く同一である必要がなく、仕切り又は壁１０２によってプロセス・チャンネル９８と隣接チャンネル１００とが分離されるよう、フリット使用又は不使用焼結、適切な接着剤、又はその他適切な手段により接着することができる２枚の成形シート９４と９４との間に形成することができる。図１２及び１３に示すプロセスの詳細は、例えば、２００７年２月２８日出願の欧州特許出願番号０７３００８３５「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」及び欧州特許出願番号０７３００８３６「Ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ＣｏｍｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ」に記載されている。
本発明の装置における補完チャンネルの使用例を図１の平面図に示す。図１は図１１Ｆ又は１１ＧのＩ−Ｉ線断面である。
【００２１】
図１は放射線支援化学処理に有用な本発明による装置１０の概略平面図である。装置１０はそれぞれ第１チャンネル３０（今や１つのチャンネル１２として見える）及び第２チャンネル４０（今や１つのチャンネル１４として見える）に対応する第１及び第２補完チャンネル１２、１４を有している。チャンネル１２、１４の一部は、成形シート８０の成形時に形成された実質的に縦のガラス壁３２によって画成されている。補完チャンネル１２には流体がアクセスできる入出力ポート１６、１８が形成され、流体経路１３を構成している。補完チャンネル１４は両端に電極１７、１９を備えることができると共に、ガス放電又はプラズマ放電に適したガス混合物を含んで成り、放射線支援化学処理に適した放射線を生成するためのガス放電チャンバー又はプラズマ放電チャンバー１５を構成している。
【００２２】
前記から分かるように、ガラス壁３２の第１面３４によって流体経路１３の少なくとも一部が画成され、ガラス壁３２の第２面３６によってチャンバー１５の少なくとも一部が画成されている。従って、チャンバー１５はチャンネル１４に対応する体積中に形成され、少なくとも部分的に流路１３を画成している同じ透明壁３２の第２面によって少なくとも部分的に画成されたガス放電チャンバー又はプラズマ放電チャンバーを構成している。これにより、図１の矢印３８で示すように、チャンバー１５で生成された放射線が透明壁３２を通して流体経路１３に直接且つ効率的に連結することができる。
【００２３】
例えば、図２の実施の形態の構成のような別の構成のチャンネルを用いることができる。図２のチャンバー１５のような独特の形状を有する放電チャンバーに対し、２つを超える電極の設置、チャンバーの細分割、好ましくはマイクロ波ビームと適切に配した磁界との組合せ又はその他適切な手段によるチャンバー１５内のガスの外部励起が可能である。図１３Ａ〜１３Ｃの製造プロセスのように、構造体の製造プロセスが充分柔軟であれば、非補完チャンネル構造を採用することができる。プロセス・チャンネル又は反応チャンネル９８が放射線を生成するチャンバーを形成する３つの分離チャンネル１００と一体化された非補完チャンネルの例を図３に示す。更に複雑な構成も勿論可能である。
【００２４】
図４〜図７は様々な数のチャンネル・セット及び様々に構成されたチャンネルを有する本発明の各種実施の形態の概略断面を示す図である。各々の場合において、装置１０は透明壁３２の第１面３４によって少なくとも一部が画成された流体経路１３、透明壁３２の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、放射線支援化学処理に有用な放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバー１５を有している。
【００２５】
図４に示す装置１０の実施の形態において、流体チャンネルの第１セット１２内に構成された流体チャンネル１３が流体チャンネルの第１セット１２を補完する流体チャンネルの第２セット１４内に構成された放電チャンバー１５と密接に関係している。流体経路１３とチャンバー１５とが壁３２の対向面に波形ガラスシート３３として形成されている。このようにして得られた流体経路１３と放電チャンバー１５との密接な関係により、放射線支援化学処理に有用な放射線が、図１〜７において一部矢印で示すように、容易且つ効率的にチャンバー１５から流体経路１３に移動できる。
【００２６】
図４〜７の実施の形態に加え、第１反射コーティング４２が装置１０の１つの主要外面に施されている。このコーティングは金属膜又は金属薄膜、誘電体又は誘電体多層コーティング、又は放射線支援化学処理に有用な放射線を反射して装置１０内に戻すのに有効なその他の適切なコーティングであってよい。装置１０の別の主要外面に放射線支援化学処理に有用な放射線を反射して装置１０内に戻すのに同様に有効な第２反射コーティング４４を施すことが好ましい。
図５の実施の形態は、各々がそれぞれ流体経路１２及び１２ａを含む、第１チャンネル１２と第３チャンネル１２ａとを有している。流体経路１２及び１２ａはそれぞれ独立していても、希望する場合には直列又は並列に接続されていてもよい。現時点では、直列接続して長い反応経路及び／又は長い反応時間を得ること好ましい。本実施の形態において、非平坦面ではあるが望ましい放射線を装置１０内に戻すのに有効な面に第１反射コーティング４２が施されている。
【００２７】
図６の実施の形態に示すように、本発明の基本原理を拡張して３層を超える装置を構成できる。図６の実施の形態において、流体経路１３、１３ａ、１３ｂを構成する３セットのチャンネル１２、１２ａ、１２ｂと１つ以上の放電チャンバー１５、１５ａ、１５ｂを構成する３セットのチャンネル１４、１４ａ、１４ｂとが組み込まれている。希望する場合には、図５の実施の形態と同様、これ等のチャンネル・セットを直列又は並列に相互接続することができる。本発明のその他の実施の形態において、図８及び１０を用いて以下に説明するチャンネル１２、１２ａ、１２ｂ内の触媒材料の配置により、図６の矢印群が示すように、流体経路１３ａ、１３ｂと比較して、より多くの放射線が流体経路１３に到達する。このため、より多くの放射線が有効なのはプロセスのどの部分であるかに応じて、流体経路１３を通して反応物をプロセスの最初、最後、又は中央で供給することが望ましい。
図７は流路１３とチャンバー１５とが波形ではなく平坦なガラスシート３５の形状を成す透明壁３２の対向面３４、３６に形成されている実施の形態を示している。光触媒材料を使用する実施の形態では、反射層４２、４４により放射線がチャンバー１５から流体経路１３の表面の光触媒材料に集中するよう構造体の曲率を選択することが望ましい。
本発明のすべての装置において、流体経路の断面がそこを流れる反応物が完全に照射されるような大きさに制限されることが望ましい。流体経路の最大断面寸法が２ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以下であることがより好ましく、０．６ｃｍ以下であることが最も好ましい。
図８は光触媒による化学処理のための光触媒材料を使用する本発明の装置の他の実施の形態を示す図である。図８の装置は図５の装置に対応するが、光触媒が付加されていると共に、図８の装置は図５の断面の一部の拡大図に対応している。図示のように、本実施の形態では、流体経路１３、１３ａの内表面の少なくとも１つ以上の第１部分４７に光触媒材料４６が配置されている。流体経路１３、１３ａの内表面には光触媒材料４６を全く有しないか又はその量が第１部分４７より少なく、有用な放射線に対し第１部分４７より透明である１つ以上の第２部分４８も設けられている。図８から分かるように、第２部分４８は内壁の凸部６４（内部に向けて凸）の他にその平坦部分６２も含んでいる。事実上触媒を有しない１つ以上の第２部分４８により、放射線が流体経路１３、１３ａに入射でき、流体経路内の触媒材料の前面を完全且つ効率良く照射できる。
この有益な光触媒材料の不均一なコーティング即ち配置は、断面の少なくとも一部が非円形を成し、所望の光触媒放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を使用し、その流体経路をウォッシュコートして経路内部に光触媒材料を堆積させるステップであって、光触媒材料を非円形断面経路の第１部分に堆積させ、透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む非円形断面経路の第２部分には堆積さないか又は第２部分から光触媒材料を除去することを含むステップにより達成できる。
【００２８】
このことは、平坦部を有する非円形断面を備えた、本明細書に示す実施の形態と同様の流体経路を選択することにより容易に達成できる。ウォッシュコート法は当然ながら流体経路の平坦部にはウォッシュコート成分が堆積しないか又は堆積しても量が少ない傾向がある。また、最初にウォッシュコートにより大量に堆積させ、次いで部分的に除去する場合、流体経路平坦部からより短時間のうちに除去される。（内部に向けて）凸部もウォッシュコート成分の堆積量が少なく、エッチングする場合、コーティングがより早く解放される。光触媒放射線源を第２部分又はその近傍に設けることにより、流体経路内の光触媒材料の反応物に対向する面が良く照射される。
【００２９】
図１４及び１５は図８に代わる実施の形態の断面図である。図１４及び１５において、光触媒材料４６が、図８のウォッシュコート光触媒材料光触媒材料の代わりに、薄膜光触媒材料の形態を成している。薄膜光触媒材料は、蒸着、スパッタリング、化学気相蒸着、プラズマ支援化学気相蒸着、ディップコート等様々な薄膜技術によって被膜できる。図１４において、薄膜光触媒材料４６が流体経路１３、１３ａのすべての内表面に配置されている。本実施の形態において、光触媒材料の厚さは、望ましい放射線の一部が薄膜を透過して流体経路１３、１３ａのすべての内表面を適切に照射できる程度に薄くされる。これに対し、図１５の実施の形態では、薄膜光触媒材料４６によりチャンネル壁の内表面の第１部分４７のみが被膜され第２部分４８は被膜されない。図１５の実施の形態は、第１部分４７の場所が上部チャンネル１２ａと下部チャンネル１２とで異なっている点が図８の実施の形態と異なっている。下部チャンネル１２において、チャンネルの内表面の平坦部が光触媒材料によって被膜された第１部分４７であり、一方上部チャンネル１２ａにおいてはチャンネルの内表面の凸部と凹部とが光触媒材料によって被膜された第１部分４７である。これは図１４及び１５の矢印方向の完全な照射の確保と薄膜材料の被膜を容易にするためである。
【００３０】
平坦基板と波形基板とを合わせて接着することにより、図１４又は１５の装置を形成する前に、平坦基板又は波形基板に薄膜材料を被膜することができる。これは平坦部品及び波形部品を作製した後、個別に冷却し必要な表面を薄膜光触媒で被膜することにより達成できる。次に、平坦基板と波形基板とを合わせて焼結又はその他の適切なプロセスによって接着できる。
【００３１】
光触媒処理のための本発明の他の実施の形態を図９に示す。図９の実施の形態においては、装置のガラス構造体が放電チャンバーを有さず、代わりにすべてのチャンネル・セット１２及び１２ａが反応物のための流体経路１３及び１３ａとして使用される。この場合も、経路１３及び１３ａを直列又は並列使用することができる。
【００３２】
図９の実施の形態において、光触媒に照射する放射線は外部の平面放射線源５２及び５４から供給される。これ等の放射線源はプラズマベース放射体、ダイオード又はレーザーダイオード・アレー、又はその他適切な形態を成すことができる。必要に応じ、線源５４を破線で輪郭を示す反射コーティング４２に置換することにより、線源５２からの片側照射とすることができる。図９の実施の形態において、それぞれのチャンネル１２、１２ａに配置されることを除き、図８と同様に光触媒材料を分布させることが好ましい。それを図９の断面の部分拡大図である図１０に示す。線源５２、５４からの放射線は、線源５２、５４に隣接する平坦部６２を含め、流体経路内表面の１つ以上の部分４８に光触媒材料４６が存在していないため、図の矢印で示すように、容易に流体経路１２、１２ａに入射できる。
本発明の装置及び方法により、所望の放射線を効率的に化学処理のためのマイクロ・チャンネルに供給できると共に、所望の放射線の供給を可能とするウォッシュコート堆積制御が可能となる。これ等の装置及び方法は特に、有機及び無機合成、汚染対策、水及び空気浄化等を含みこれに限定されない様々な化学処理に有益である。
【００３３】
光触媒は有機汚染物質の分解及び有機合成プロセスに有益である。化学処理において、光触媒は一般に分子機能を向上させ低価反応物から高価分子を得るために使用される。動作条件が穏やか（室温又は室温より若干高い温度）であるため、１つには選択性の向上が期待できるため合成が魅力的である。反応の例として、シクロヘキサンの選択的酸化からシクロヘキサノール及びシクロヘキサノンへの反応には光触媒が使用されるのが通例である。例えば、シミズケンイチ他、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ ２２５（２００２）１８５−１９１を参照されたい。リニア・アルキル・オレフィンも光触媒及び酸化剤として酸素分子を用いて直接エポキシ化され、1-ヘキセンはＴｉＯ２及び光触媒を用いて、1-ヘキセンの消費量に対し７９％の収率で、直接１，２-エポキシヘキサンにエポキシ化される（マツムラミチオ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ １７６， ７６−８１（１９９８）参照）。
【００３４】
一般に、紫外線を照射したチタニアが光触媒系とし好まれているが、原理上は以下の表１に示すような多くの材料が使用できる。
【表１】
【００３５】
表に示すように、適切な放射線の波長が可視スペクトル全体に及んでいると共にその上下に広がっている。
【００３６】
光触媒を用いない放射線支援化学処理の場合には、フォトン・エネルギー・レベルが反応物又は反応物の特定の部位の活性化エネルギーに一致するよう放射線の波長が選択される。また、フォトン・エネルギー・レベルが所望の化学処理ステップにおいて切り離されることが好ましい化学結合の結合エネルギーに一致するように波長を選択することもできる。
【００３７】
本明細書に開示した本発明の装置のすべての実施の形態に対し、ガラス及び／又は充填ガラス、ガラス・セラミックス等のガラスを含む材料が好ましいが、所望の用途及び必要とする透明度に応じて別の材料も使用できる。例えば、セラミック材料は特定の波長に対し魅力ある透明壁材料と成り得る。
【００３８】
例示した実施の形態は複雑度及び寸法を限定したものであるが、本発明の方法は、形成プロセスにおいて表面積の大きなシートを用いると共に、形成された構造体を図１１Ｈのように積み重ねることにより、数百又は数千のチャンネルを有する大きな装置を作製することができる。本発明の方法はメートル単位の寸法を有する波形ガラスシートの形成に適用することができる。
【００３９】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更及び修正が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、本発明は添付クレーム及びその均等物の範囲に属する変更及び修正も含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 装置
１２、１４ チャンネル
１３ 流体経路
１５ ガス放電チャンバー／プラズマ・チャンバー
１６、１８ 入出力ポート
１７、１９ 電極
３２ ガラス壁
３３ 波形ガラスシート
３４ 第１面
３６ 第２面
４２、４４ 反射コーティング
４６ 光触媒材料
４７ 第１部分
４８ 第２部分
【優先権】
【０００１】
本出願は２００７年１１月２９日出願の「Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（放射線支援化学処理装置及び方法）」と題する欧州特許出願第０７３０１６００．８号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は放射線支援化学処理装置及び方法に関し、特には放射線支援化学処理の効率を向上する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
放射線支援化学処理は、例えば、特定の部位の活性化、あるいは特定の化学結合の切断等、放射線が反応種に直接作用するプロセスを含んでいる。また、放射線支援化学処理は、放射線が光触媒物材料に作用し、再結合、滞留、又は光触媒材料の表面に移動し、反応性流体流の表面吸着種（例えば、吸着Ｏ、吸着Ｈ２Ｏ、表面ＯＨ等）と反応して反応物に対し所望の反応を可能にする活性種（例えば、Ｏ２−、ＯＨ？、Ｈ２Ｏ２等）を生成する電子やホールを生成するプロセスも含んでいる。放射線支援化学処理は化学合成、水及び空気浄化、汚染対策等の用途に用いられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、放射線支援化学処理に有用な放射線に対し透明な壁の第１面によって少なくとも一部が画成された流体経路と、前記透明壁の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、前記放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバーとを有して成る放射線支援化学処理装置を含んでいる。こうして、放射線源と光触媒反応領域との非常に密な結合が得られる。
【０００５】
本発明は更に光触媒反応装置の作製方法を含んでいる。前記方法は断面の少なくとも一部が非円形を成し、光触媒に対する所望の放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を用意するステップと、前記流体経路をウォッシュコートして光触媒材料を堆積させるステップであって、前記光触媒材料を前記非円形断面経路の第１部分に堆積させ、前記透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む前記非円形断面経路の第２部分には堆積させず、又は第２部分から前記光触媒材料を除去することを含むステップとを有して成ることを特徴とする方法である。これにより、放射線が流体経路に効率良く入射でき、経路内の光触媒材料が配置された内表面に照射できる。
【０００６】
本発明の更なる特徴および効果は以下に詳細に述べてあり、以下の説明によりその特徴および効果は当業者にとって明白であるか、または以下の説明、請求項、および添付図面に記載の本発明を実施することにより認識できる。
【０００７】
本発明の概要及び以下に述べる本発明の実施の形態の詳細な説明は、クレームによって規定される本発明の本質および特徴を理解するための概要及び構成を説明するためのものである。添付図面は本発明の理解を深めるためのものであり、本明細書の一部を構成するものである。添付図面は本発明の実施の形態を示しており、その説明と共に、本発明の原理および動作を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の平面図。
【図２】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の別の実施の形態の平面図。
【図３】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の更に別の実施の形態の平面図。
【図４】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図５】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図６】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図７】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の実施の形態の断面図。
【図８】光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図であって、図５の断面の一部に対応する拡大図。
【図９】本発明の放射線支援化学処理に有用な装置の他の実施の形態の断面図。
【図１０】図９の断面の部分拡大図。
【図１１】Ａ〜Ｉは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の形成方法における、特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１２】Ａ〜Ｄは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の形成方法における、特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１３】Ａ〜Ｄは、本発明の装置構成に有用な各種構造体の別の形成方法、図１２の変形、における特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図。
【図１４】ウォッシュコート光触媒材料の代わりに薄膜光触媒材料を用いた図８の実施の形態に似た光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図。
【図１５】ウォッシュコート光触媒材料の代わりに薄膜光触媒材料を用いた図８の実施の形態に似た光触媒化学処理のための本発明の他の実施の形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面の例を参照し、本発明の現時点における好ましい実施の形態について説明する。図において、同一又は同様の部品については、可能な限り同じ参照符号で示す。
【００１０】
本発明を理解する上において、本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の例を検討することが有益である。
【００１１】
本発明を限定するものでなく、より良く理解するための１つの方法を図１１に示す。図１１Ａ〜Ｉは、図１１Ｄに示す第１チャンネル３０の形態を成す１つのチャンネル・セットを有する第１ガラス構造体２０、図１１Ｆ又は１１Ｉに示す２つの補完チャンネル・セットである、第１チャンネル３０及び第２チャンネル４０を有するガラス構造体２２又は２８、及び／又は図１１Ｇ及び１１Ｈに示す３又は４セットのチャンネルを有するガラス構造体２４又は２６のような、様々なガラス構造体を形成する方法における特定のステップ及び／又は代替ステップにおける断面図である。
【００１２】
第１ガラス構造体２０は、図１１Ａに示すように、供給タンク（図示せず）から２つの加熱回転ローラ７２、７４にガラス塊７０を供給することにより形成できる。次いで、圧延された軟ガラスシート７６が真空導管（図示せず）を有する移動モールド７８上に繰り出される。シート７６が硬化しないうちに真空形成することにより、軟ガラスシート７６と比較して厚さが減少した図１１に示す定形シート８０を形成することができる。第２且つ直後のパスにおいて、図１１Ｃに示すように、第２軟ガラスシート８２を定形シート８０上に配することができる。
図１１Ｄに示すように、第２軟ガラスシート８２が直ちに定形シート８０の上面を閉じることにより、閉第１チャンネル３０が形成され、中間ガラス構造体２０が作製される。このように、第１チャンネル３０は約５〜１０秒という短時間のうちに作製され閉じられる。
【００１３】
第１チャンネル３０を有する中間構造体２０をモールド７８から外し、支持体８４の上に裏返して配置することにより、本発明に特に有用なガラス構造体である、ガラス構造体２２が形成される。次に、閉じられていない補完チャンネル４０を第３軟ガラスシート８６で覆うことにより、閉第２チャンネル４０が形成され、第１チャンネル３０及び第２チャンネル４０を有する図１１Ｆに示すガラス構造体２２が作製される。ここで、第１チャンネル３０と第２チャンネル４０とは基本的に各チャンネルに沿ったすべての位置において定形シート８０の縦の部分から成る共通壁を有していること、及び共通する概して平坦な体積中に存在している点で補完的である。
【００１４】
図１１Ｅ及び１１Ｆに示すステップに代わる方法として、図１１Ｂに示すような定形シート８０と第１ガラス構造体２０のようなガラス構造体が熱いうちに同時に形成するか又は先に形成したものを重ねて焼結することによりチャンネルを閉じることができる。形成されたチャンネルは真っ直ぐに位置合わせされていることが好ましく、図１１Ｉのガラス構造体２８が作製される。
【００１５】
図１１Ｅ及び１１Ｆに示すステップに代わる方法として、図１１Ｄに示す第１ガラス構造体２０が熱いうちに別の同様の構造体に重ねるか、又は必要があれば、２つの部品を重ねて焼結することにより、図１１Ｇに示す第１チャンネル３０、第２チャンネル４０、及び第３チャンネル５０を有するガラス構造体２４を作製できる。必要に応じ、第１ガラス構造体２０のような構造体を更に重ね、構造体２４の開放チャンネルを追加の平坦層で閉じるように、開放チャンネルを追加の平坦層で閉じることにより更に別のチャンネル層を同様に形成でき、図１１Ｈに示す第１チャンネル３０、第２チャンネル４０、第３チャンネル５０、及び第４チャンネル６０を有するガラス構造体２６を作製できる。
【００１６】
特定のガラス、７７４０ Ｐｙｒｅｘ（登録商標）に対し、図１１Ａ〜１１Ｉに示す方法のプロセス・パラメータの例に熱的条件があり、一般に１３５０℃のガラスを６５０℃に加熱したローラ及びモールドに供給することが望ましい。アセチレン熱分解によるカーボンブラックのような離型剤を用いることができる。ガラスシートが薄ければ薄いほど、ローラの温度を高くする必要がある。本発明において、チャンネル３０と４０との間の壁のようなチャンネル間の壁は、充分実用的な堅牢性を有する範囲において、できるだけ薄いことが好ましい。一般に、壁の厚さは、必要とする機械的堅牢性が維持できる範囲において、できるだけ薄くする必要があり、２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍであることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることが更に好ましい。本プロセスにより０．８ｍｍに圧延したガラスシートを真空形成することにより、形成された形状の底部の厚さを０．２ｍｍ以下にまですることができる。図１１Ａ〜１１Ｉの方法及び関連方法の詳細については、例えば、２００４年４月３０日出願の欧州特許出願番号０４２９１１１４「Ｈｉｇｈ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｌａｓｓ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」を参照されたい。
【００１７】
当然のことながら、読者は図１１Ｂに示すような１つの波形定形シート８０の使用を含む図１１Ａ〜１１Ｉの形成プロセス又は同様のプロセスの使用又はかかるシートの対向面に画成されるチャンネルを考えた場合、第１及び第２チャンネル・セット３０、４０は補完的である、即ち、共通壁を有し、共通する概して平坦な体積中に存在することが理解できる。以下に説明するする図１２Ａ〜１２Ｄ及び図１３Ａ〜１３Ｃの方法によって形成されるチャンネルも補完的である。
【００１８】
図１２Ａ〜１２Ｄは本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の別の例を示す図である。図１２Ａ〜１２Ｄの方法によれば、ガラス又はガラスを含む材料から成るシート８８が、広い温度範囲においてガラスに親和性を有する材料から成る協働モールド、即ち半モールド９０と９２との間に配される。モールドの材料はカーボンであることが好ましく、例えば、フランス、Ｇｅｎｎｅｖｉｌｌｉｅｒｓに所在するＣａｒｂｏｎ Ｌｏｒｒａｉｎｅ社製のグレード２４５０ＰＴ又は２０２０ＰＴグラファイトのような約１０％以上の開放気孔率を有する多孔質カーボンであることが好ましい。ＣＮＳ加工、ダイヤモンド超高速加工、放電加工、又はその組合せによってモールド面を形成することができる。モールドの表面設計は所望の機能に依存する。
【００１９】
任意として、シート８８及び／又はモールド９０、９２にカーボン煤であることが好ましい離型剤を用いることができる。ガラスを含むシート８８とモールド９０、９２との界面に圧力を加えることが好ましい。例えば、負荷をかけることによって、このような圧力を得ることができる。次に、シート８８が充分軟らかくなりモールド９０、９２の輪郭に沿うようになるまで、モールド９０、９２及びシート８８を一緒に加熱することにより、成形シート９４が作製される。次に、モールド９０、９２及び成形シート９４が一緒に冷却され、シート９４がモールドから取り出される。次に、成形シート９４をガラス、ガラスを含む材料、又はその他適切な材料から成るフラットシート９６と９６との間に置き、その組立体をフリット使用又は不使用焼結、適切な接着剤、又はその他適切な手段により接着することができる。その結果、図１１Ａ〜１１Ｉにおける構造体２２に対応する構造体２２が作製される。必要に応じ、図１２Ａ〜１２Ｃに示す成形シート９４を用いて図１１Ａ〜１１Ｉに示す別の構造体を作製することもできる。
【００２０】
本発明との関連において有用な構造体の作製に役立つ方法の更に別の例として、図１２Ａ〜１２Ｄに示す方法を図１３Ａ〜１３Ｃに示す方法に修正することにより、プロセス・チャンネル９８と隣接チャンネル１００とが必ずしも補完的ではないようにできる。図１３Ａ及び１３Ｂに示すように、モールド９０、９２は同様又は協働相互貫通構造をとらず、１つが成形モールド９０、もう１つが平面モールド９２のようにそれぞれ独立した形状を成している。従って、それによって作製された成形シート９４は１つ以上の表面に仕切り又は壁１０２を有することができる。図１３Ａ〜１３Ｃに示すプロセスによるチャンネルは、１枚のシートの対向面に形成する必要がなく、図１３Ｃに示すように、全く同一である必要がなく、仕切り又は壁１０２によってプロセス・チャンネル９８と隣接チャンネル１００とが分離されるよう、フリット使用又は不使用焼結、適切な接着剤、又はその他適切な手段により接着することができる２枚の成形シート９４と９４との間に形成することができる。図１２及び１３に示すプロセスの詳細は、例えば、２００７年２月２８日出願の欧州特許出願番号０７３００８３５「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」及び欧州特許出願番号０７３００８３６「Ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ＣｏｍｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ」に記載されている。
本発明の装置における補完チャンネルの使用例を図１の平面図に示す。図１は図１１Ｆ又は１１ＧのＩ−Ｉ線断面である。
【００２１】
図１は放射線支援化学処理に有用な本発明による装置１０の概略平面図である。装置１０はそれぞれ第１チャンネル３０（今や１つのチャンネル１２として見える）及び第２チャンネル４０（今や１つのチャンネル１４として見える）に対応する第１及び第２補完チャンネル１２、１４を有している。チャンネル１２、１４の一部は、成形シート８０の成形時に形成された実質的に縦のガラス壁３２によって画成されている。補完チャンネル１２には流体がアクセスできる入出力ポート１６、１８が形成され、流体経路１３を構成している。補完チャンネル１４は両端に電極１７、１９を備えることができると共に、ガス放電又はプラズマ放電に適したガス混合物を含んで成り、放射線支援化学処理に適した放射線を生成するためのガス放電チャンバー又はプラズマ放電チャンバー１５を構成している。
【００２２】
前記から分かるように、ガラス壁３２の第１面３４によって流体経路１３の少なくとも一部が画成され、ガラス壁３２の第２面３６によってチャンバー１５の少なくとも一部が画成されている。従って、チャンバー１５はチャンネル１４に対応する体積中に形成され、少なくとも部分的に流路１３を画成している同じ透明壁３２の第２面によって少なくとも部分的に画成されたガス放電チャンバー又はプラズマ放電チャンバーを構成している。これにより、図１の矢印３８で示すように、チャンバー１５で生成された放射線が透明壁３２を通して流体経路１３に直接且つ効率的に連結することができる。
【００２３】
例えば、図２の実施の形態の構成のような別の構成のチャンネルを用いることができる。図２のチャンバー１５のような独特の形状を有する放電チャンバーに対し、２つを超える電極の設置、チャンバーの細分割、好ましくはマイクロ波ビームと適切に配した磁界との組合せ又はその他適切な手段によるチャンバー１５内のガスの外部励起が可能である。図１３Ａ〜１３Ｃの製造プロセスのように、構造体の製造プロセスが充分柔軟であれば、非補完チャンネル構造を採用することができる。プロセス・チャンネル又は反応チャンネル９８が放射線を生成するチャンバーを形成する３つの分離チャンネル１００と一体化された非補完チャンネルの例を図３に示す。更に複雑な構成も勿論可能である。
【００２４】
図４〜図７は様々な数のチャンネル・セット及び様々に構成されたチャンネルを有する本発明の各種実施の形態の概略断面を示す図である。各々の場合において、装置１０は透明壁３２の第１面３４によって少なくとも一部が画成された流体経路１３、透明壁３２の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、放射線支援化学処理に有用な放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバー１５を有している。
【００２５】
図４に示す装置１０の実施の形態において、流体チャンネルの第１セット１２内に構成された流体チャンネル１３が流体チャンネルの第１セット１２を補完する流体チャンネルの第２セット１４内に構成された放電チャンバー１５と密接に関係している。流体経路１３とチャンバー１５とが壁３２の対向面に波形ガラスシート３３として形成されている。このようにして得られた流体経路１３と放電チャンバー１５との密接な関係により、放射線支援化学処理に有用な放射線が、図１〜７において一部矢印で示すように、容易且つ効率的にチャンバー１５から流体経路１３に移動できる。
【００２６】
図４〜７の実施の形態に加え、第１反射コーティング４２が装置１０の１つの主要外面に施されている。このコーティングは金属膜又は金属薄膜、誘電体又は誘電体多層コーティング、又は放射線支援化学処理に有用な放射線を反射して装置１０内に戻すのに有効なその他の適切なコーティングであってよい。装置１０の別の主要外面に放射線支援化学処理に有用な放射線を反射して装置１０内に戻すのに同様に有効な第２反射コーティング４４を施すことが好ましい。
図５の実施の形態は、各々がそれぞれ流体経路１２及び１２ａを含む、第１チャンネル１２と第３チャンネル１２ａとを有している。流体経路１２及び１２ａはそれぞれ独立していても、希望する場合には直列又は並列に接続されていてもよい。現時点では、直列接続して長い反応経路及び／又は長い反応時間を得ること好ましい。本実施の形態において、非平坦面ではあるが望ましい放射線を装置１０内に戻すのに有効な面に第１反射コーティング４２が施されている。
【００２７】
図６の実施の形態に示すように、本発明の基本原理を拡張して３層を超える装置を構成できる。図６の実施の形態において、流体経路１３、１３ａ、１３ｂを構成する３セットのチャンネル１２、１２ａ、１２ｂと１つ以上の放電チャンバー１５、１５ａ、１５ｂを構成する３セットのチャンネル１４、１４ａ、１４ｂとが組み込まれている。希望する場合には、図５の実施の形態と同様、これ等のチャンネル・セットを直列又は並列に相互接続することができる。本発明のその他の実施の形態において、図８及び１０を用いて以下に説明するチャンネル１２、１２ａ、１２ｂ内の触媒材料の配置により、図６の矢印群が示すように、流体経路１３ａ、１３ｂと比較して、より多くの放射線が流体経路１３に到達する。このため、より多くの放射線が有効なのはプロセスのどの部分であるかに応じて、流体経路１３を通して反応物をプロセスの最初、最後、又は中央で供給することが望ましい。
図７は流路１３とチャンバー１５とが波形ではなく平坦なガラスシート３５の形状を成す透明壁３２の対向面３４、３６に形成されている実施の形態を示している。光触媒材料を使用する実施の形態では、反射層４２、４４により放射線がチャンバー１５から流体経路１３の表面の光触媒材料に集中するよう構造体の曲率を選択することが望ましい。
本発明のすべての装置において、流体経路の断面がそこを流れる反応物が完全に照射されるような大きさに制限されることが望ましい。流体経路の最大断面寸法が２ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以下であることがより好ましく、０．６ｃｍ以下であることが最も好ましい。
図８は光触媒による化学処理のための光触媒材料を使用する本発明の装置の他の実施の形態を示す図である。図８の装置は図５の装置に対応するが、光触媒が付加されていると共に、図８の装置は図５の断面の一部の拡大図に対応している。図示のように、本実施の形態では、流体経路１３、１３ａの内表面の少なくとも１つ以上の第１部分４７に光触媒材料４６が配置されている。流体経路１３、１３ａの内表面には光触媒材料４６を全く有しないか又はその量が第１部分４７より少なく、有用な放射線に対し第１部分４７より透明である１つ以上の第２部分４８も設けられている。図８から分かるように、第２部分４８は内壁の凸部６４（内部に向けて凸）の他にその平坦部分６２も含んでいる。事実上触媒を有しない１つ以上の第２部分４８により、放射線が流体経路１３、１３ａに入射でき、流体経路内の触媒材料の前面を完全且つ効率良く照射できる。
この有益な光触媒材料の不均一なコーティング即ち配置は、断面の少なくとも一部が非円形を成し、所望の光触媒放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を使用し、その流体経路をウォッシュコートして経路内部に光触媒材料を堆積させるステップであって、光触媒材料を非円形断面経路の第１部分に堆積させ、透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む非円形断面経路の第２部分には堆積さないか又は第２部分から光触媒材料を除去することを含むステップにより達成できる。
【００２８】
このことは、平坦部を有する非円形断面を備えた、本明細書に示す実施の形態と同様の流体経路を選択することにより容易に達成できる。ウォッシュコート法は当然ながら流体経路の平坦部にはウォッシュコート成分が堆積しないか又は堆積しても量が少ない傾向がある。また、最初にウォッシュコートにより大量に堆積させ、次いで部分的に除去する場合、流体経路平坦部からより短時間のうちに除去される。（内部に向けて）凸部もウォッシュコート成分の堆積量が少なく、エッチングする場合、コーティングがより早く解放される。光触媒放射線源を第２部分又はその近傍に設けることにより、流体経路内の光触媒材料の反応物に対向する面が良く照射される。
【００２９】
図１４及び１５は図８に代わる実施の形態の断面図である。図１４及び１５において、光触媒材料４６が、図８のウォッシュコート光触媒材料光触媒材料の代わりに、薄膜光触媒材料の形態を成している。薄膜光触媒材料は、蒸着、スパッタリング、化学気相蒸着、プラズマ支援化学気相蒸着、ディップコート等様々な薄膜技術によって被膜できる。図１４において、薄膜光触媒材料４６が流体経路１３、１３ａのすべての内表面に配置されている。本実施の形態において、光触媒材料の厚さは、望ましい放射線の一部が薄膜を透過して流体経路１３、１３ａのすべての内表面を適切に照射できる程度に薄くされる。これに対し、図１５の実施の形態では、薄膜光触媒材料４６によりチャンネル壁の内表面の第１部分４７のみが被膜され第２部分４８は被膜されない。図１５の実施の形態は、第１部分４７の場所が上部チャンネル１２ａと下部チャンネル１２とで異なっている点が図８の実施の形態と異なっている。下部チャンネル１２において、チャンネルの内表面の平坦部が光触媒材料によって被膜された第１部分４７であり、一方上部チャンネル１２ａにおいてはチャンネルの内表面の凸部と凹部とが光触媒材料によって被膜された第１部分４７である。これは図１４及び１５の矢印方向の完全な照射の確保と薄膜材料の被膜を容易にするためである。
【００３０】
平坦基板と波形基板とを合わせて接着することにより、図１４又は１５の装置を形成する前に、平坦基板又は波形基板に薄膜材料を被膜することができる。これは平坦部品及び波形部品を作製した後、個別に冷却し必要な表面を薄膜光触媒で被膜することにより達成できる。次に、平坦基板と波形基板とを合わせて焼結又はその他の適切なプロセスによって接着できる。
【００３１】
光触媒処理のための本発明の他の実施の形態を図９に示す。図９の実施の形態においては、装置のガラス構造体が放電チャンバーを有さず、代わりにすべてのチャンネル・セット１２及び１２ａが反応物のための流体経路１３及び１３ａとして使用される。この場合も、経路１３及び１３ａを直列又は並列使用することができる。
【００３２】
図９の実施の形態において、光触媒に照射する放射線は外部の平面放射線源５２及び５４から供給される。これ等の放射線源はプラズマベース放射体、ダイオード又はレーザーダイオード・アレー、又はその他適切な形態を成すことができる。必要に応じ、線源５４を破線で輪郭を示す反射コーティング４２に置換することにより、線源５２からの片側照射とすることができる。図９の実施の形態において、それぞれのチャンネル１２、１２ａに配置されることを除き、図８と同様に光触媒材料を分布させることが好ましい。それを図９の断面の部分拡大図である図１０に示す。線源５２、５４からの放射線は、線源５２、５４に隣接する平坦部６２を含め、流体経路内表面の１つ以上の部分４８に光触媒材料４６が存在していないため、図の矢印で示すように、容易に流体経路１２、１２ａに入射できる。
本発明の装置及び方法により、所望の放射線を効率的に化学処理のためのマイクロ・チャンネルに供給できると共に、所望の放射線の供給を可能とするウォッシュコート堆積制御が可能となる。これ等の装置及び方法は特に、有機及び無機合成、汚染対策、水及び空気浄化等を含みこれに限定されない様々な化学処理に有益である。
【００３３】
光触媒は有機汚染物質の分解及び有機合成プロセスに有益である。化学処理において、光触媒は一般に分子機能を向上させ低価反応物から高価分子を得るために使用される。動作条件が穏やか（室温又は室温より若干高い温度）であるため、１つには選択性の向上が期待できるため合成が魅力的である。反応の例として、シクロヘキサンの選択的酸化からシクロヘキサノール及びシクロヘキサノンへの反応には光触媒が使用されるのが通例である。例えば、シミズケンイチ他、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ ２２５（２００２）１８５−１９１を参照されたい。リニア・アルキル・オレフィンも光触媒及び酸化剤として酸素分子を用いて直接エポキシ化され、1-ヘキセンはＴｉＯ２及び光触媒を用いて、1-ヘキセンの消費量に対し７９％の収率で、直接１，２-エポキシヘキサンにエポキシ化される（マツムラミチオ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ １７６， ７６−８１（１９９８）参照）。
【００３４】
一般に、紫外線を照射したチタニアが光触媒系とし好まれているが、原理上は以下の表１に示すような多くの材料が使用できる。
【表１】
【００３５】
表に示すように、適切な放射線の波長が可視スペクトル全体に及んでいると共にその上下に広がっている。
【００３６】
光触媒を用いない放射線支援化学処理の場合には、フォトン・エネルギー・レベルが反応物又は反応物の特定の部位の活性化エネルギーに一致するよう放射線の波長が選択される。また、フォトン・エネルギー・レベルが所望の化学処理ステップにおいて切り離されることが好ましい化学結合の結合エネルギーに一致するように波長を選択することもできる。
【００３７】
本明細書に開示した本発明の装置のすべての実施の形態に対し、ガラス及び／又は充填ガラス、ガラス・セラミックス等のガラスを含む材料が好ましいが、所望の用途及び必要とする透明度に応じて別の材料も使用できる。例えば、セラミック材料は特定の波長に対し魅力ある透明壁材料と成り得る。
【００３８】
例示した実施の形態は複雑度及び寸法を限定したものであるが、本発明の方法は、形成プロセスにおいて表面積の大きなシートを用いると共に、形成された構造体を図１１Ｈのように積み重ねることにより、数百又は数千のチャンネルを有する大きな装置を作製することができる。本発明の方法はメートル単位の寸法を有する波形ガラスシートの形成に適用することができる。
【００３９】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更及び修正が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、本発明は添付クレーム及びその均等物の範囲に属する変更及び修正も含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 装置
１２、１４ チャンネル
１３ 流体経路
１５ ガス放電チャンバー／プラズマ・チャンバー
１６、１８ 入出力ポート
１７、１９ 電極
３２ ガラス壁
３３ 波形ガラスシート
３４ 第１面
３６ 第２面
４２、４４ 反射コーティング
４６ 光触媒材料
４７ 第１部分
４８ 第２部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線支援化学処理を行うための装置であって、
放射線支援化学処理に有用な放射線に対し透明な壁の第１面によって少なくとも一部が画成された流体経路と、
前記透明壁の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、前記放射線支援化学処理に有用な放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバーと、
を有して成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
主要外面に前記放射線を反射して内部に戻すのに有効な反射コーティングを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記流体経路と前記チャンバーとが波形基板の対向面に形成されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記流体経路が、少なくとも該経路の内表面の第１部分に薄膜光触媒材料を含むと共に、前記光触媒材料を含まないか、含むとしても前記第１部分より少量であり、前記放射線に対し前記第１部分より透明な第２部分を有して成ることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の装置。
【請求項５】
光触媒反応装置の作製方法であって、
断面の少なくとも一部が非円形を成し、放射線支援化学処理に有用な所望の放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を用意するステップと、
前記流体経路をウォッシュコートして該経路の内部に光触媒材料を堆積させるステップであって、前記光触媒材料を前記非円形断面経路の第１部分に堆積させ、前記透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む前記非円形断面経路の第２部分には堆積させず、又は該第２部分から前記光触媒材料を除去することを含むステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
【請求項１】
放射線支援化学処理を行うための装置であって、
放射線支援化学処理に有用な放射線に対し透明な壁の第１面によって少なくとも一部が画成された流体経路と、
前記透明壁の第１面に対向する第２面によって少なくとも一部が画成され、前記放射線支援化学処理に有用な放射線を生成するよう構成されたガス放電チャンバー又はプラズマ・チャンバーと、
を有して成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
主要外面に前記放射線を反射して内部に戻すのに有効な反射コーティングを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記流体経路と前記チャンバーとが波形基板の対向面に形成されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記流体経路が、少なくとも該経路の内表面の第１部分に薄膜光触媒材料を含むと共に、前記光触媒材料を含まないか、含むとしても前記第１部分より少量であり、前記放射線に対し前記第１部分より透明な第２部分を有して成ることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の装置。
【請求項５】
光触媒反応装置の作製方法であって、
断面の少なくとも一部が非円形を成し、放射線支援化学処理に有用な所望の放射線に対し透明な材料から成る壁の第1面によって少なくとも一部が画成された流体経路を用意するステップと、
前記流体経路をウォッシュコートして該経路の内部に光触媒材料を堆積させるステップであって、前記光触媒材料を前記非円形断面経路の第１部分に堆積させ、前記透明材料から成る壁の第1面の少なくとも一部を含む前記非円形断面経路の第２部分には堆積させず、又は該第２部分から前記光触媒材料を除去することを含むステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１１Ｇ】
【図１１Ｈ】
【図１１Ｉ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１１Ｇ】
【図１１Ｈ】
【図１１Ｉ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２０１２−５０９７５５（Ｐ２０１２−５０９７５５Ａ）
【公表日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３５９９９（Ｐ２０１０−５３５９９９）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１３１２０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０２８９
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１３１２０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０２８９
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
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