水浄化装置
【課題】本発明は、小型化することができ効率よく被処理水を浄化することができる水浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。
【解決手段】本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタンなどの光触媒にブラックライト、水銀灯などからの紫外線を照射することにより生じる光触媒活性を利用した水浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。
このような光触媒活性を利用した水浄化装置では、酸化チタンなどの光触媒を担持した多孔質体や繊維布に紫外線などを照射し、この多孔質体や繊維布に被処理水を流通させることにより被処理水の浄化を行っている。このことにより、被処理水と光触媒との接触確率を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の水浄化装置では、光触媒を担持した多孔質体の孔中や光触媒を担持した繊維布の繊維間に被処理水を流すため、流すことができる水量が少なく、一定の水量を浄化するためには装置を大型化する必要がある。
また、従来の水浄化装置では、孔中や繊維間に被処理水を流すと、有機物や無機物が流路に詰まりやすく、使用を続けると光触媒を担持した多孔質体などを交換する必要がある。
さらに、従来の水浄化装置では、光源から遠い光触媒には紫外線が十分に照射されず、十分な光触媒活性を有さないことがあり、この部分を流通した被処理水は浄化されずに排水される場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化することができ効率よく被処理水を浄化することができる水浄化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、浄化部が曲折した流路を複数有し、光触媒層がこの流路の内壁を構成するため、被処理水を効率よく光触媒層に接触することができ、被処理水を効率よく浄化することができる。
本発明によれば、浄化部が複数の板状光触媒部材を含み、この板状光触媒部材の少なくとも一方の面に形成された光触媒層が浄化部の流路の内壁を構成するため、流路の断面積を適切な大きさにすることができる。このため、被処理水が光触媒層に効率よく接触することができ、かつ、流路が詰まりにくくすることができる。
本発明によれば、浄化部に含まれる板状光触媒部材が、面発光可能な板状発光体と、板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有するため、光触媒層が板状発光体の発光を受光することができ光触媒活性を有することができる。また、板状発光体は面発光可能であるため、光触媒層は板状発光体からの光を受光することができ、浄化部に含まれる光触媒層の光触媒活性を全体的に高くすることができる。このことにより、浄化部に光触媒活性の低い光触媒層があることにより、被処理水が未浄化のまま浄化槽から排出されることを防止することができる。また、光源の発光を効率よく光触媒層に照射することができ、消費電力を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ａ−Ａにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｂ−Ｂにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｃ−Ｃにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｄ−Ｄにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図６】図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図７】図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅに対応する板状光触媒部材の概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部内の流路の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｆ−Ｆにおける浄化ユニットの概略断面図である。
【図１２】参考実験において作製した発光素子に含まれる絶縁体層中および第１電極中のＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】参考実験において作製した発光素子の発光スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。
【０００９】
浄化槽とは、水浄化装置で浄化する被処理水を溜めるまたは流通させる水槽である。
浄化部とは、被処理水を浄化する機能を有する部分である。
板状光触媒部材とは、光触媒を含む板状の部材である。
板状発光体とは、発光することができる板状の部材である。
【００１０】
本発明の水浄化装置において、前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有することが好ましい。
このような構成によれば、浄化槽で浄化する被処理水が流路の側壁の光触媒層に接触する確率を高くすることができ、効率的に被処理水を浄化することができる。
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状であることが好ましい。
このような構成によれば、板状光触媒部材を組み合わせることにより、容易に流路を有する浄化部を形成することができる。
【００１１】
本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、並列に並べた板状光触媒部材の隙間を被処理水の流路とすることができ、この流路を流れた被処理水が他の板状光触媒部材にぶつかるように被処理水を流すことができ、被処理水が光触媒層に効率よく接触させることができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、１μm以上かつ並列間隔以下の隙間を空けて積重されたことが好ましい。
このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができるとともに、被処理水と接触可能な光触媒層の表面積を増やすことができる。また、被処理水の水量を多くすることもできる。
【００１２】
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、浄化部に含まれる光触媒層の表面積を広くすることができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層が受光する光量を多くすることができ、光触媒活性を高くすることができる。
【００１３】
本発明の水浄化装置において、前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、前記板状発光体は、導光板であることが好ましい。
このような構成によれば、導光板から面発光させることができ、光触媒層に光触媒活性の低い部分が発生することを抑制することができる。このことにより、被処理水が浄化されずに排水されることを抑制することができる。
本発明の水浄化装置において、前記光源部は、発光ダイオードを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光源部を小型化、省エネ化、長寿命化することができる。
【００１４】
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１光触媒層が受光する光量を多くすることができ、更に第１光触媒層が吸収しきれなかった光を第２光触媒層が受光することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。更に反射層の第２光触媒層側にも反射機能を付与しておくことで、第２光触媒層で吸収しきれなかった光を反射して再度第２光触媒層、更にそれでも吸収し切れなかった光を第１光触媒層に受光させることができる。また別の使い方としては、第１光触媒層に比べて第２光触媒層が受光する光量を少なくすることができる。このことにより、多くの被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を高くすることができ、より少ない被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を低くすることができる。このことにより、浄化部の流路との関係で光触媒層の光触媒活性をコントロールすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記反射層は、導電性を有し、第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続したことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が受光することにより生じる電子と正孔のうち、電子が反射層に伝導することができ、正孔が光触媒の表面においてＯＨラジカルなどの活性種を発生させることができる。このことにより、電子と正孔とが再結合する確率を低くすることができ、光触媒層の光触媒活性を高くすることができる。
【００１５】
本発明の水浄化装置において、前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１電極と透光性電極との間に電圧を印加することにより発光体を発光させることができ、板状発光体を面発光させることができる。
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有することが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒の表面積を広くすることができ、被処理水が光触媒に接触する確率を高くすることができる。
【００１６】
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層が光触媒を含むことができる。
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が高い光触媒活性を有することができる。
【００１７】
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、水浄化装置は、構成する浄化ユニットの数を変えることができ、浄化能を変更することができる。このことにより、要求される浄化能に応じて、水浄化装置の浄化能を変更することができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有することが好ましい。
このような構成によれば、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層においても被処理水を浄化することができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
【００１８】
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、光触媒の表面においてスーパーオキシドラジカルおよびＯＨラジカルを発生させることができ、光触媒活性を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記気泡は、マイクロ−ナノバブルであることが好ましい。
このような構成によれば、気泡が凝集し光触媒層の表面に滞留することを防止することができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００２０】
水浄化装置の構成
図１、図１０は水浄化装置の構成を示す概略断面図であり、図２、３、４、５は、水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図および概略断面図であり、図６、７は、板状光触媒部材の一部の概略断面図であり、図８は、水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図であり、図９は、浄化部内の流路の説明図であり、図１１は、水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図および概略断面図である。
【００２１】
本実施形態の水浄化装置２７は、浄化槽１と、浄化槽１内に設けられた浄化部３とを備え、浄化部３は、複数の板状光触媒部材７を含み、かつ、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路１０を有し、板状光触媒部材７は、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６を有し、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することを特徴とする。
また、本実施形態の水浄化装置２７は、気泡発生部２４、超音波発生部２５を備えてもよい。また、本実施形態の水浄化装置２７は、浄化ユニット３９が積重する構造を有してもよい。
以下、本実施形態の水浄化装置について説明する。
【００２２】
１．浄化槽
浄化槽１は、被処理水を浄化するための水槽である。浄化槽１は、被処理水を溜めるまたは流すことができれば特に限定されない。浄化槽１は、例えば、金属製、樹脂製、強化プラスチック製、ガラス製、陶器製である。
浄化槽１は、その内部に浄化部３を備える。このため、浄化槽１内の被処理水を浄化部３により浄化することができる。
【００２３】
浄化槽１は、その一部が透光性部材１２から構成されてもよい。例えば図１のように、透光性部材１２の外側に光源部１４を設置すると、この光源部１４の発光を光触媒層６に照射することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。また、このような構造にすると、光源部１４を浄化槽１内の被処理水と分離でき、漏電を防止することができ、光源部の長寿命化を図ることができる。
【００２４】
浄化槽１は、流入口１７および排水口１８を有することができる。このことにより、未浄化の被処理水を流入口１７から浄化槽１内に流入させることができ、浄化した被処理水を排水口１８から排出することができる。また、図１のように流入口１７から浄化槽１内に被処理水を流入させる前に不純物を取り除けるように、フィルター２２を設けてもよい。フィルター２２は孔径の異なる複数の種類から成っていてもよい。例えば、ＭＦ膜やＵＦ膜、ＲＯ膜等を使用することができる。このことにより、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
【００２５】
浄化槽１は、図１のようにその内壁上に光触媒層６を有することができる。この浄化槽１の内壁上に設けられた光触媒層６が板状発光体５の発光を受光し、光触媒活性を有することができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。また、浄化槽１は、その内壁上に反射層を備えることもできる。このことにより、浄化槽１の内壁に照射された光を浄化槽１の内部側に反射させることができ、板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６の受光量を多くすることができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
また、浄化槽１は、図１０のように、図１１に示したような浄化ユニット３９が積重することにより形成されてもよい。この場合、隣接する２つの浄化ユニット３９間にシール部材４１を設けることにより、被処理水が漏れるのを防止することができる。
【００２６】
２．板状光触媒部材、板状発光体、光触媒層
板状光触媒部材７は、浄化部３に含まれ、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６とを有する。このような構造を有することにより、板状発光体５が発する光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。
板状光触媒部材７の形状は、特に限定されないが、例えば図２、４、５のように短冊形状であってもよく、図３のように格子形状であってよい。このような形状の板状光触媒部材７を複数組み合わせることにより、浄化部３を形成することができ、浄化部３中に流路１０を形成することができる。
また、板状光触媒部材７は、図１１のような浄化ユニット３９を構成してもよい。
【００２７】
板状発光体５は、面発光可能であれば特に限定されないが、例えば、その側面から光を入射可能に設けられた導光板である。この導光板は、側面から入射した光を面発光することができる。導光板は、例えば、反射ドットが形成されたアクリル板からなる。この場合、アクリル板の側面から入射した光は、アクリル板の表面反射を繰り返すことにより、アクリル板全体に広がることができ、反射ドットで散乱された光がアクリル板の表面から外に出て行くことができる。このように導光板は面発光することができる。また、導光板は、その一方の面から面発光するものであってもよく、両面から面発光するものであってもよい。また、このアクリル板は、紫外線透過アクリルからなってもよい。このことにより、アクリル板による紫外線吸収を抑制することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。
【００２８】
反射ドットは、例えば、白色インクで印刷したものであってもよく、スタンパーやインジェクションでアクリル板の表面につけた凹凸であってもよく、アクリル板を溝加工することにより形成された溝であってもよい。反射ドットは、アクリル板の一方の面にのみ形成されてもよく、両方の面に形成されてよい。
【００２９】
導光板の側面に入射する光は、光源１４が照射する光であってもよく、太陽光であってもよい。浄化槽１を構成する透光性部材１２に太陽光が入射するように水浄化装置２７を設置するように配置することにより、導光板に太陽光を入射させることができる。
また、導光板の側面に光源１４からの光を入射させる場合、光源１４は、光触媒活性を生じさせることができるものであれば特に限定されないが、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、ブラックライト、紫外線ＬＥＤなどである。また、光源１４は、導光板の側面に効率よく光を入射させるために反射カバーを備えてもよい。また、光源１４は、紫外光を発するものであることが好ましい。このことにより、光触媒層６が高い光触媒活性を有することができ、また、光源１４の発する紫外光による殺菌効果により被処理水を浄化することができる。
また、光源１４は、図１のように浄化槽１を構成する透光性部材１２を介して導光板の側面に光を照射するように設けてもよく、図１０のように導光板の側面に隣接して設けることもできる。また、光源１４からの光を光ファイバーで導光板の側面に供給してもよい。このことにより、光源１４からの光を効率よく導光板に供給することができ、また、設置する光源１４の数を減らすことができる。
【００３０】
また、板状発光体５は、図５、図６に示したように、基板３１の少なくとも一方の面に、導体または半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２と透光性電極３４とに挟まれた絶縁体層３３と、絶縁体層３３の内部に形成されＧｅを含む発光体３５とを備えるものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、絶縁体層３３に電流を流すことができ、この電流により発光体３５を発光させることができる。また、発光体３５にＧｅを含むものを用いることにより、発光体３５から紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、絶縁体層３３中の発光体３５は、例えば、ＳｉＯ2膜にＧｅをイオン注入することにより形成することができる。
【００３１】
また、板状発光体５は、基板の少なくとも一方の面に、不純物を含む導体または不純物を含む半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２および透光性電極３４に挟まれた絶縁体層３３とを備え、第１電極３２は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、絶縁体層３３と第１電極３２との界面から５００ｎｍ以内の第１電極３２中に濃度ピークを有するものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、板状発光体５を発光させることができる。
また、第１電極３２にイオン注入された原子はＧｅを含むものを用いることにより、紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、イオン注入された原子を有する第１電極３２は、例えば、シリコン基板に直接または絶縁体層付きシリコン基板に、Ｇｅをイオン注入することにより形成することができる。
【００３２】
光触媒層６は、光触媒を含む層であり、受光することにより光触媒活性を有する。光触媒層６に含まれる光触媒は、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4であり、また、これらの表面にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持されたものであってもよい。光触媒層６に含まれる光触媒は、好ましくは酸化チタンである。
光触媒層６は、光触媒を含む薄膜であってもよく厚膜であってもよい。また、光触媒を含むフィルム、光触媒が担持されたガラスや繊維体などであってもよい。光触媒層６が光触媒を含む薄膜である場合、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成することができ、光触媒層６が光触媒を含む厚膜である場合、例えば、微粒子状の光触媒を含むペースト、コーティング剤を板状発光体上に塗布、乾燥または焼成することにより形成することができる。
【００３３】
光触媒層６は、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられる。このことにより、光触媒層６は、板状発光体５からの光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。光触媒層６は、板状発光体５の一方の面上のみに設けられてもよく、図２〜５のように板状発光体５の両面上に設けられてもよい。光触媒層６が板状発光体５の一方の面上のみに設けられ、板状発光体５が導光板からなる場合、他方の面上には反射層２９が設けられてもよい。このことにより、反射層２９からの反射光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。また、図４のように、板状発光体５の一方の面上に反射層２９と光触媒層６とを積層してもよい。この場合、反射層２９が形成されていない面上の光触媒層６の受光量を多くすることができ、反射層２９の上に形成された光触媒層６が他の板状発光体５が発する光を受光することができる。このことにより、光触媒層が吸収しきれなかった光を他の光触媒層で吸収することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。また、高い光触媒活性を有する部分と、低い光触媒活性を有する部分とを作ることができ、被処理水の流通に合わせてこれらの部分を形成することができる。
【００３４】
また、反射層２９と光触媒層６とが積層されている場合、反射層２９は導電性を有し、光触媒層６と電気的に接続してもよい。このことにより、反射層２９を導電板として用いることができ、光触媒層６が受光することにより生成する電子および正孔のうち、電子を反射層２９に引き付け、正孔は光触媒の表面でＯＨラジカルなどの活性種の生成に利用することができる。このことにより、光触媒が受光することにより生成した電子および正孔の再結合を抑制することができ、光触媒の表面における活性種の生成効率を向上させることができる。
また、反射層２９上に形成する光触媒層６は、光触媒が担持された透明導電膜であってもよい。このことにより、反射層２９と光触媒層６との間を電荷が容易に移動することができる。
【００３５】
また、光触媒層６が図５のような板状発光体５上に形成される場合、光触媒層６は、図６のように透光性電極３４の上に直接形成されてもよい。このことにより、透光性電極３４に印加する電圧により、光触媒層６の光触媒活性を向上させることもできる。また、光触媒層６は、図７のように透光性電極３４との間に透光性絶縁層３７を挟んで形成されてもよい。このことにより、光触媒層６が透光性電極３４に印加する電圧の影響を受けることを抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を安定させることができる。また、透光性絶縁層３７により、透光性電極などを保護することができる。
また、光触媒層６は、浄化部３内の流路１０の内壁を構成する。このことにより、流路１０を流通する被処理水を光触媒層６に接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
【００３６】
３．浄化部、流路
浄化部３は、浄化槽１の内部に設けられる。このことにより、浄化槽１内の被処理水を浄化することができる。また、浄化部３は複数の板状光触媒部材７を含み、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した流路１０を複数有し、光触媒層６がこの流路１０の内壁を構成する。この流路１０に被処理水を流通させることにより、被処理水を光触媒層６に効率よく接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
【００３７】
浄化部３は、例えば、図２、４、５のような短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。このことにより、内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
浄化部３は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７とが交互に積重された構造を有することができる。このことにより、並列に並べられた隣接する２つの板状光触媒部材７の間の空間を被処理水を流通させる流路１０とすることができ、縦方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間と横方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間とがつながった流路１０を形成することができる。このようにして形成された流路１０は、内壁が触媒層６を含み、曲折した流路を複数有し、複数の分岐点および複数の合流点を有する。また、板状光触媒部材７は、３層以上１００層以下に積重することができる。
板状光触媒部材７は、浄化槽１に固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。また、並列に並べられた短冊形状の板状光触媒部材７は、その間隔が変化しないように連結されていてもよい。また、積重された各層の板状光触媒部材７は、連結していてもよく連結していなくてもよい。
【００３８】
また、浄化部３は、図３に示したような格子形状の板状光触媒部材７を積重して形成することもできる。このことにより、短冊形状の板状光触媒部材７を積重して形成した浄化部３と同様に内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
【００３９】
また、浄化部３は、板状光触媒部材７を積重した方向からの平面視において、板状光触媒部材７が隙間なく配置された構造を有してもよい。このことにより、浄化部３内に形成される流路１０を曲折したものとすることができ、流路１０を流れる被処理水が流路１０の内壁を構成する光触媒層６に接触しやすくなり、効率よく被処理水を浄化することができる。
【００４０】
浄化部３は、例えば、図８に示した斜視図のように短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。図８において、最下層（第１層４５）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられ、その上のｚ方向に積重された層（第２層４６）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。その上のｚ方向に積重された層（第３層４７）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられる。この第３層４７の板状光触媒部材７は、第１層の板状光触媒部材７の間隔よりも広い幅を有し、ｚ方向からの平面視において、第１層の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べられる。このことにより、浄化部３内の流路１０を曲折したものとすることができる。その上のｚ方向に積重された層（第４層４８）の短冊形状の板状光触媒部材７はｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。第４層４８の板状光触媒部材７は、ｚ方向からの平面視において、第２層４６の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べることもできる。
第１層から第４層を繰り返し積層することにより、図８のような浄化部３を形成することができる。なお、図１、図１０の断面図は、図８のｘ−ｚ面の断面図に対応する。
また、浄化部３は、被処理水が図８の最下層側から浄化部３に流入し、図８の浄化部３の最上層側から流出するように設けることができる。
【００４１】
図９は、浄化部３内に形成される流路１０を模式的に表した説明図である。図９は、図８のｘ−ｚ面の断面図に対応し、第２層４６、第４層４８が含まれない部分の断面図である。図９の下側から浄化部３に流入した被処理水は、第１層４５の板状光触媒部材７の隙間を流れ、この流れは、第３層３７の板状光触媒部材７にぶつかり分岐し、隣接する第１層４５の板状光触媒部材７の隙間の流れが分岐した流れと合流し、第３層３７の板状光触媒部材７の隙間を流れる。このように流路１０は、分岐点と合流点を繰り返した流路とすることができ、被処理水が板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６と接触しやすくできる。また、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することができる。
【００４２】
また、図８、図９のような浄化部３において、第１層４５の板状光触媒部材７（第１板状光触媒部材）とその４層上に積層された第１層４５の板状光触媒部材７（第２板状光触媒部材）とは、対向するように設けられる。このとき、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６は、第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体の発光を受光できるように設けることができる。このことにより、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６が、第１板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光、および第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光の両方を受光することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、図４のように、板状発光体の一方の面上に第１光触媒層６が設けられ、他方の面上に反射層２９が設けられ、反射層２９の上に第２光触媒層６が設けられた板状光触媒部材７であっても、第２光触媒層６が対向して設けられた板状光触媒部材７に含まれる板状発光体５の発光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。
【００４３】
浄化部３は、図１１に示したような浄化槽１の一部および板状光触媒部材７を含む浄化ユニット３９を、図１０のように積重することにより浄化部３を形成することができる。このことにより、積層する浄化ユニット３９の数を変えることにより浄化部３の浄化能を変更することができる。つまり要求される浄化能に応じて、水処理装置２７の浄化能を変えることができる。
水浄化装置２７は、図８、図９に示した浄化部３と同じように板状光触媒部７が組まれるように浄化ユニット３９を積重することにより形成することができる。つまり、図８に示した第１層から第４層に対応する第１浄化ユニット、第２浄化ユニット、第３浄化ユニット、第４浄化ユニットを積重することにより図９に示した流路１０と同じような流路１０を形成することができる。
【００４４】
４．気泡発生部、超音波発生部
気泡発生部２４は、浄化槽１で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給するように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の流入口１７に気泡が供給された被処理水が流れるように気泡発生部２４を設けることができる。このことにより、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、スーパーオキシドラジカルＯ2-・の生成を促し、水素Ｈ2の発生を抑制することができる。また、光触媒が受光することにより生じた電子と正孔の再結合を抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、被処理水中の気泡により、板状発光体５の発光を散乱することができ、光触媒層６に影ができ光触媒活性が低下することを防止することができる。また、被処理水中に気泡が存在することにより、水流に乱流が顕著に発生し、攪拌装置なしに攪拌効果を有することができる。それにより光触媒表面に水が滞留することが抑制され、効率よく水が光触媒表面に供給されるため実効的な浄化効率（触媒効率）が向上する。また気泡の分解効果により、光触媒表面のゴミの付着、２つの板状光触媒部材７の隙間の目詰まりを抑制することができる。
また、気泡発生部２４は、マイクロ−ナノバブルを発生させるものであってもよい。このことにより、気泡が凝集し光触媒層６の表面に滞留することを防止することができる。
【００４５】
超音波発生部２５は、浄化部３に超音波を照射することができるように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の外側に超音波発生部２５を設けることができる。浄化部３に超音波を照射することにより、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
また、気泡発生部２４と超音波発生部２５の両方を設けた場合、超音波発生部２５が浄化部３に超音波を照射することにより、気泡発生部２４において発生させた気泡の凝集を抑制することができ、大きな気泡による水流の阻害を防止することができる。また、光触媒表面に気泡が付着、滞留することによる実効的な光触媒活性の低下を防止することができる。
【００４６】
参考実験
第１電極３２、絶縁体層３３および透光性電極３４を有する板状発光体５の発光および発光波長を確認するために発光素子作製実験を行った。
【００４７】
発光素子作製実験１
以下の方法で発光素子作製実験を行った。
抵抗率が３−８Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０15／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板をまず酸素雰囲気中、１０００℃、４０分で熱処理することにより、シリコン基板表面に絶縁体層であるＳｉＯ2膜を形成した。このＳｉＯ2膜は約５０ｎｍの厚さを有する。なお、第１電極は、ｎ型シリコン基板となる。
次に、ＳｉＯ2膜にＧｅイオンを２２０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．６×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
図１２に絶縁体層中および第１電極中のイオン注入したＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示す。図１２を見ると、イオン注入したＧｅ原子は、透光性電極と絶縁体層との界面からの深さが約１７０ｎｍの第１電極中に濃度ピークを有することがわかる。
【００４８】
次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
【００４９】
次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。この発光スペクトルを図１３に示す。図１３を見ると、約３４０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲の光で波長約４５０ｎｍにピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍであった。
また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
なお、イオン注入工程と透光性電極形成工程の間に、更に熱処理工程を加えることができる。例えば、上記イオン注入を行ったシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。この工程を加える事により発光特性が安定した。この理由は明らかではないが、イオン注入の際に絶縁体層であるＳｉＯ2膜あるいは第１電極であるシリコン基板に生じた注入欠陥が熱処理よって回復することや、第１電極中に形成された発光中心が熱処理工程を経て、熱平衡状態に近づくことにより安定化することが考えられる。あるいは酸素を含むガス中で熱処理を行うことでＳｉＯ2膜に生じたSi系のダングリングボンドやＳｉＯ2膜に入り込んだGe原子を酸化し、チャージのトラップサイトになることを防ぐことが考えられる。
【００５０】
発光素子作製実験２
抵抗率が０．０１−０．０５Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０17／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板を用いて、「発光素子作製実験１」と同様の方法で、発光素子を作製した。
アルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。しかし、この発光素子は、「発光素子作製実験１」で作製した発光素子に比べ、小さい発光強度で発光することが確認された。
【００５１】
発光素子作製実験３
以下の方法で発光素子作製実験を行った。
抵抗率が３−８Ω・ｃｍであり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板にＧｅイオンを２００ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．０×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
次に、このシリコン基板のイオン注入した面の上にプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ2膜を５０ｎｍ堆積した。
次に、このシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。
次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
【００５２】
次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加したところ、波長約４５０ｎｍ付近にピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍであった。
また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１： 浄化槽 ３：浄化部 ５：板状発光体 ６：光触媒層 ７：板状光触媒部材 １０：流路 １２：透光性部材 １４：光源 １５：カバー部材 １７：流入口 １８：排水口 ２０：導水管 ２２：フィルター ２４：気泡発生部 ２５：超音波発生部 ２７：水浄化装置 ２９：反射層 ３１：基板 ３２：第１電極 ３３：絶縁体層 ３４：透光性電極 ３５：発光体 ３７：透光性絶縁層 ３９：浄化ユニット ４１：シール部材 ４３：接続部材 ４５：第１層 ４６：第２層 ４７：第３層 ４８：第４層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタンなどの光触媒にブラックライト、水銀灯などからの紫外線を照射することにより生じる光触媒活性を利用した水浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。
このような光触媒活性を利用した水浄化装置では、酸化チタンなどの光触媒を担持した多孔質体や繊維布に紫外線などを照射し、この多孔質体や繊維布に被処理水を流通させることにより被処理水の浄化を行っている。このことにより、被処理水と光触媒との接触確率を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の水浄化装置では、光触媒を担持した多孔質体の孔中や光触媒を担持した繊維布の繊維間に被処理水を流すため、流すことができる水量が少なく、一定の水量を浄化するためには装置を大型化する必要がある。
また、従来の水浄化装置では、孔中や繊維間に被処理水を流すと、有機物や無機物が流路に詰まりやすく、使用を続けると光触媒を担持した多孔質体などを交換する必要がある。
さらに、従来の水浄化装置では、光源から遠い光触媒には紫外線が十分に照射されず、十分な光触媒活性を有さないことがあり、この部分を流通した被処理水は浄化されずに排水される場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化することができ効率よく被処理水を浄化することができる水浄化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、浄化部が曲折した流路を複数有し、光触媒層がこの流路の内壁を構成するため、被処理水を効率よく光触媒層に接触することができ、被処理水を効率よく浄化することができる。
本発明によれば、浄化部が複数の板状光触媒部材を含み、この板状光触媒部材の少なくとも一方の面に形成された光触媒層が浄化部の流路の内壁を構成するため、流路の断面積を適切な大きさにすることができる。このため、被処理水が光触媒層に効率よく接触することができ、かつ、流路が詰まりにくくすることができる。
本発明によれば、浄化部に含まれる板状光触媒部材が、面発光可能な板状発光体と、板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有するため、光触媒層が板状発光体の発光を受光することができ光触媒活性を有することができる。また、板状発光体は面発光可能であるため、光触媒層は板状発光体からの光を受光することができ、浄化部に含まれる光触媒層の光触媒活性を全体的に高くすることができる。このことにより、浄化部に光触媒活性の低い光触媒層があることにより、被処理水が未浄化のまま浄化槽から排出されることを防止することができる。また、光源の発光を効率よく光触媒層に照射することができ、消費電力を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ａ−Ａにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｂ−Ｂにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｃ−Ｃにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｄ−Ｄにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図６】図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅにおける板状光触媒部材の概略断面図である。
【図７】図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅに対応する板状光触媒部材の概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部内の流路の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｆ−Ｆにおける浄化ユニットの概略断面図である。
【図１２】参考実験において作製した発光素子に含まれる絶縁体層中および第１電極中のＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】参考実験において作製した発光素子の発光スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。
【０００９】
浄化槽とは、水浄化装置で浄化する被処理水を溜めるまたは流通させる水槽である。
浄化部とは、被処理水を浄化する機能を有する部分である。
板状光触媒部材とは、光触媒を含む板状の部材である。
板状発光体とは、発光することができる板状の部材である。
【００１０】
本発明の水浄化装置において、前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有することが好ましい。
このような構成によれば、浄化槽で浄化する被処理水が流路の側壁の光触媒層に接触する確率を高くすることができ、効率的に被処理水を浄化することができる。
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状であることが好ましい。
このような構成によれば、板状光触媒部材を組み合わせることにより、容易に流路を有する浄化部を形成することができる。
【００１１】
本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、並列に並べた板状光触媒部材の隙間を被処理水の流路とすることができ、この流路を流れた被処理水が他の板状光触媒部材にぶつかるように被処理水を流すことができ、被処理水が光触媒層に効率よく接触させることができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、１μm以上かつ並列間隔以下の隙間を空けて積重されたことが好ましい。
このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができるとともに、被処理水と接触可能な光触媒層の表面積を増やすことができる。また、被処理水の水量を多くすることもできる。
【００１２】
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、浄化部に含まれる光触媒層の表面積を広くすることができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層が受光する光量を多くすることができ、光触媒活性を高くすることができる。
【００１３】
本発明の水浄化装置において、前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、前記板状発光体は、導光板であることが好ましい。
このような構成によれば、導光板から面発光させることができ、光触媒層に光触媒活性の低い部分が発生することを抑制することができる。このことにより、被処理水が浄化されずに排水されることを抑制することができる。
本発明の水浄化装置において、前記光源部は、発光ダイオードを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光源部を小型化、省エネ化、長寿命化することができる。
【００１４】
本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１光触媒層が受光する光量を多くすることができ、更に第１光触媒層が吸収しきれなかった光を第２光触媒層が受光することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。更に反射層の第２光触媒層側にも反射機能を付与しておくことで、第２光触媒層で吸収しきれなかった光を反射して再度第２光触媒層、更にそれでも吸収し切れなかった光を第１光触媒層に受光させることができる。また別の使い方としては、第１光触媒層に比べて第２光触媒層が受光する光量を少なくすることができる。このことにより、多くの被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を高くすることができ、より少ない被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を低くすることができる。このことにより、浄化部の流路との関係で光触媒層の光触媒活性をコントロールすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記反射層は、導電性を有し、第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続したことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が受光することにより生じる電子と正孔のうち、電子が反射層に伝導することができ、正孔が光触媒の表面においてＯＨラジカルなどの活性種を発生させることができる。このことにより、電子と正孔とが再結合する確率を低くすることができ、光触媒層の光触媒活性を高くすることができる。
【００１５】
本発明の水浄化装置において、前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１電極と透光性電極との間に電圧を印加することにより発光体を発光させることができ、板状発光体を面発光させることができる。
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有することが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒の表面積を広くすることができ、被処理水が光触媒に接触する確率を高くすることができる。
【００１６】
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層が光触媒を含むことができる。
本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含むことが好ましい。
このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が高い光触媒活性を有することができる。
【００１７】
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、水浄化装置は、構成する浄化ユニットの数を変えることができ、浄化能を変更することができる。このことにより、要求される浄化能に応じて、水浄化装置の浄化能を変更することができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有することが好ましい。
このような構成によれば、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層においても被処理水を浄化することができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
【００１８】
本発明の水浄化装置において、前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、光触媒の表面においてスーパーオキシドラジカルおよびＯＨラジカルを発生させることができ、光触媒活性を高くすることができる。
本発明の水浄化装置において、前記気泡は、マイクロ−ナノバブルであることが好ましい。
このような構成によれば、気泡が凝集し光触媒層の表面に滞留することを防止することができる。
本発明の水浄化装置において、前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００２０】
水浄化装置の構成
図１、図１０は水浄化装置の構成を示す概略断面図であり、図２、３、４、５は、水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図および概略断面図であり、図６、７は、板状光触媒部材の一部の概略断面図であり、図８は、水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図であり、図９は、浄化部内の流路の説明図であり、図１１は、水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図および概略断面図である。
【００２１】
本実施形態の水浄化装置２７は、浄化槽１と、浄化槽１内に設けられた浄化部３とを備え、浄化部３は、複数の板状光触媒部材７を含み、かつ、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路１０を有し、板状光触媒部材７は、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６を有し、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することを特徴とする。
また、本実施形態の水浄化装置２７は、気泡発生部２４、超音波発生部２５を備えてもよい。また、本実施形態の水浄化装置２７は、浄化ユニット３９が積重する構造を有してもよい。
以下、本実施形態の水浄化装置について説明する。
【００２２】
１．浄化槽
浄化槽１は、被処理水を浄化するための水槽である。浄化槽１は、被処理水を溜めるまたは流すことができれば特に限定されない。浄化槽１は、例えば、金属製、樹脂製、強化プラスチック製、ガラス製、陶器製である。
浄化槽１は、その内部に浄化部３を備える。このため、浄化槽１内の被処理水を浄化部３により浄化することができる。
【００２３】
浄化槽１は、その一部が透光性部材１２から構成されてもよい。例えば図１のように、透光性部材１２の外側に光源部１４を設置すると、この光源部１４の発光を光触媒層６に照射することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。また、このような構造にすると、光源部１４を浄化槽１内の被処理水と分離でき、漏電を防止することができ、光源部の長寿命化を図ることができる。
【００２４】
浄化槽１は、流入口１７および排水口１８を有することができる。このことにより、未浄化の被処理水を流入口１７から浄化槽１内に流入させることができ、浄化した被処理水を排水口１８から排出することができる。また、図１のように流入口１７から浄化槽１内に被処理水を流入させる前に不純物を取り除けるように、フィルター２２を設けてもよい。フィルター２２は孔径の異なる複数の種類から成っていてもよい。例えば、ＭＦ膜やＵＦ膜、ＲＯ膜等を使用することができる。このことにより、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
【００２５】
浄化槽１は、図１のようにその内壁上に光触媒層６を有することができる。この浄化槽１の内壁上に設けられた光触媒層６が板状発光体５の発光を受光し、光触媒活性を有することができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。また、浄化槽１は、その内壁上に反射層を備えることもできる。このことにより、浄化槽１の内壁に照射された光を浄化槽１の内部側に反射させることができ、板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６の受光量を多くすることができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
また、浄化槽１は、図１０のように、図１１に示したような浄化ユニット３９が積重することにより形成されてもよい。この場合、隣接する２つの浄化ユニット３９間にシール部材４１を設けることにより、被処理水が漏れるのを防止することができる。
【００２６】
２．板状光触媒部材、板状発光体、光触媒層
板状光触媒部材７は、浄化部３に含まれ、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６とを有する。このような構造を有することにより、板状発光体５が発する光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。
板状光触媒部材７の形状は、特に限定されないが、例えば図２、４、５のように短冊形状であってもよく、図３のように格子形状であってよい。このような形状の板状光触媒部材７を複数組み合わせることにより、浄化部３を形成することができ、浄化部３中に流路１０を形成することができる。
また、板状光触媒部材７は、図１１のような浄化ユニット３９を構成してもよい。
【００２７】
板状発光体５は、面発光可能であれば特に限定されないが、例えば、その側面から光を入射可能に設けられた導光板である。この導光板は、側面から入射した光を面発光することができる。導光板は、例えば、反射ドットが形成されたアクリル板からなる。この場合、アクリル板の側面から入射した光は、アクリル板の表面反射を繰り返すことにより、アクリル板全体に広がることができ、反射ドットで散乱された光がアクリル板の表面から外に出て行くことができる。このように導光板は面発光することができる。また、導光板は、その一方の面から面発光するものであってもよく、両面から面発光するものであってもよい。また、このアクリル板は、紫外線透過アクリルからなってもよい。このことにより、アクリル板による紫外線吸収を抑制することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。
【００２８】
反射ドットは、例えば、白色インクで印刷したものであってもよく、スタンパーやインジェクションでアクリル板の表面につけた凹凸であってもよく、アクリル板を溝加工することにより形成された溝であってもよい。反射ドットは、アクリル板の一方の面にのみ形成されてもよく、両方の面に形成されてよい。
【００２９】
導光板の側面に入射する光は、光源１４が照射する光であってもよく、太陽光であってもよい。浄化槽１を構成する透光性部材１２に太陽光が入射するように水浄化装置２７を設置するように配置することにより、導光板に太陽光を入射させることができる。
また、導光板の側面に光源１４からの光を入射させる場合、光源１４は、光触媒活性を生じさせることができるものであれば特に限定されないが、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、ブラックライト、紫外線ＬＥＤなどである。また、光源１４は、導光板の側面に効率よく光を入射させるために反射カバーを備えてもよい。また、光源１４は、紫外光を発するものであることが好ましい。このことにより、光触媒層６が高い光触媒活性を有することができ、また、光源１４の発する紫外光による殺菌効果により被処理水を浄化することができる。
また、光源１４は、図１のように浄化槽１を構成する透光性部材１２を介して導光板の側面に光を照射するように設けてもよく、図１０のように導光板の側面に隣接して設けることもできる。また、光源１４からの光を光ファイバーで導光板の側面に供給してもよい。このことにより、光源１４からの光を効率よく導光板に供給することができ、また、設置する光源１４の数を減らすことができる。
【００３０】
また、板状発光体５は、図５、図６に示したように、基板３１の少なくとも一方の面に、導体または半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２と透光性電極３４とに挟まれた絶縁体層３３と、絶縁体層３３の内部に形成されＧｅを含む発光体３５とを備えるものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、絶縁体層３３に電流を流すことができ、この電流により発光体３５を発光させることができる。また、発光体３５にＧｅを含むものを用いることにより、発光体３５から紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、絶縁体層３３中の発光体３５は、例えば、ＳｉＯ2膜にＧｅをイオン注入することにより形成することができる。
【００３１】
また、板状発光体５は、基板の少なくとも一方の面に、不純物を含む導体または不純物を含む半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２および透光性電極３４に挟まれた絶縁体層３３とを備え、第１電極３２は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、絶縁体層３３と第１電極３２との界面から５００ｎｍ以内の第１電極３２中に濃度ピークを有するものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、板状発光体５を発光させることができる。
また、第１電極３２にイオン注入された原子はＧｅを含むものを用いることにより、紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、イオン注入された原子を有する第１電極３２は、例えば、シリコン基板に直接または絶縁体層付きシリコン基板に、Ｇｅをイオン注入することにより形成することができる。
【００３２】
光触媒層６は、光触媒を含む層であり、受光することにより光触媒活性を有する。光触媒層６に含まれる光触媒は、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4であり、また、これらの表面にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持されたものであってもよい。光触媒層６に含まれる光触媒は、好ましくは酸化チタンである。
光触媒層６は、光触媒を含む薄膜であってもよく厚膜であってもよい。また、光触媒を含むフィルム、光触媒が担持されたガラスや繊維体などであってもよい。光触媒層６が光触媒を含む薄膜である場合、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成することができ、光触媒層６が光触媒を含む厚膜である場合、例えば、微粒子状の光触媒を含むペースト、コーティング剤を板状発光体上に塗布、乾燥または焼成することにより形成することができる。
【００３３】
光触媒層６は、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられる。このことにより、光触媒層６は、板状発光体５からの光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。光触媒層６は、板状発光体５の一方の面上のみに設けられてもよく、図２〜５のように板状発光体５の両面上に設けられてもよい。光触媒層６が板状発光体５の一方の面上のみに設けられ、板状発光体５が導光板からなる場合、他方の面上には反射層２９が設けられてもよい。このことにより、反射層２９からの反射光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。また、図４のように、板状発光体５の一方の面上に反射層２９と光触媒層６とを積層してもよい。この場合、反射層２９が形成されていない面上の光触媒層６の受光量を多くすることができ、反射層２９の上に形成された光触媒層６が他の板状発光体５が発する光を受光することができる。このことにより、光触媒層が吸収しきれなかった光を他の光触媒層で吸収することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。また、高い光触媒活性を有する部分と、低い光触媒活性を有する部分とを作ることができ、被処理水の流通に合わせてこれらの部分を形成することができる。
【００３４】
また、反射層２９と光触媒層６とが積層されている場合、反射層２９は導電性を有し、光触媒層６と電気的に接続してもよい。このことにより、反射層２９を導電板として用いることができ、光触媒層６が受光することにより生成する電子および正孔のうち、電子を反射層２９に引き付け、正孔は光触媒の表面でＯＨラジカルなどの活性種の生成に利用することができる。このことにより、光触媒が受光することにより生成した電子および正孔の再結合を抑制することができ、光触媒の表面における活性種の生成効率を向上させることができる。
また、反射層２９上に形成する光触媒層６は、光触媒が担持された透明導電膜であってもよい。このことにより、反射層２９と光触媒層６との間を電荷が容易に移動することができる。
【００３５】
また、光触媒層６が図５のような板状発光体５上に形成される場合、光触媒層６は、図６のように透光性電極３４の上に直接形成されてもよい。このことにより、透光性電極３４に印加する電圧により、光触媒層６の光触媒活性を向上させることもできる。また、光触媒層６は、図７のように透光性電極３４との間に透光性絶縁層３７を挟んで形成されてもよい。このことにより、光触媒層６が透光性電極３４に印加する電圧の影響を受けることを抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を安定させることができる。また、透光性絶縁層３７により、透光性電極などを保護することができる。
また、光触媒層６は、浄化部３内の流路１０の内壁を構成する。このことにより、流路１０を流通する被処理水を光触媒層６に接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
【００３６】
３．浄化部、流路
浄化部３は、浄化槽１の内部に設けられる。このことにより、浄化槽１内の被処理水を浄化することができる。また、浄化部３は複数の板状光触媒部材７を含み、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した流路１０を複数有し、光触媒層６がこの流路１０の内壁を構成する。この流路１０に被処理水を流通させることにより、被処理水を光触媒層６に効率よく接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
【００３７】
浄化部３は、例えば、図２、４、５のような短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。このことにより、内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
浄化部３は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７とが交互に積重された構造を有することができる。このことにより、並列に並べられた隣接する２つの板状光触媒部材７の間の空間を被処理水を流通させる流路１０とすることができ、縦方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間と横方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間とがつながった流路１０を形成することができる。このようにして形成された流路１０は、内壁が触媒層６を含み、曲折した流路を複数有し、複数の分岐点および複数の合流点を有する。また、板状光触媒部材７は、３層以上１００層以下に積重することができる。
板状光触媒部材７は、浄化槽１に固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。また、並列に並べられた短冊形状の板状光触媒部材７は、その間隔が変化しないように連結されていてもよい。また、積重された各層の板状光触媒部材７は、連結していてもよく連結していなくてもよい。
【００３８】
また、浄化部３は、図３に示したような格子形状の板状光触媒部材７を積重して形成することもできる。このことにより、短冊形状の板状光触媒部材７を積重して形成した浄化部３と同様に内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
【００３９】
また、浄化部３は、板状光触媒部材７を積重した方向からの平面視において、板状光触媒部材７が隙間なく配置された構造を有してもよい。このことにより、浄化部３内に形成される流路１０を曲折したものとすることができ、流路１０を流れる被処理水が流路１０の内壁を構成する光触媒層６に接触しやすくなり、効率よく被処理水を浄化することができる。
【００４０】
浄化部３は、例えば、図８に示した斜視図のように短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。図８において、最下層（第１層４５）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられ、その上のｚ方向に積重された層（第２層４６）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。その上のｚ方向に積重された層（第３層４７）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられる。この第３層４７の板状光触媒部材７は、第１層の板状光触媒部材７の間隔よりも広い幅を有し、ｚ方向からの平面視において、第１層の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べられる。このことにより、浄化部３内の流路１０を曲折したものとすることができる。その上のｚ方向に積重された層（第４層４８）の短冊形状の板状光触媒部材７はｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。第４層４８の板状光触媒部材７は、ｚ方向からの平面視において、第２層４６の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べることもできる。
第１層から第４層を繰り返し積層することにより、図８のような浄化部３を形成することができる。なお、図１、図１０の断面図は、図８のｘ−ｚ面の断面図に対応する。
また、浄化部３は、被処理水が図８の最下層側から浄化部３に流入し、図８の浄化部３の最上層側から流出するように設けることができる。
【００４１】
図９は、浄化部３内に形成される流路１０を模式的に表した説明図である。図９は、図８のｘ−ｚ面の断面図に対応し、第２層４６、第４層４８が含まれない部分の断面図である。図９の下側から浄化部３に流入した被処理水は、第１層４５の板状光触媒部材７の隙間を流れ、この流れは、第３層３７の板状光触媒部材７にぶつかり分岐し、隣接する第１層４５の板状光触媒部材７の隙間の流れが分岐した流れと合流し、第３層３７の板状光触媒部材７の隙間を流れる。このように流路１０は、分岐点と合流点を繰り返した流路とすることができ、被処理水が板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６と接触しやすくできる。また、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することができる。
【００４２】
また、図８、図９のような浄化部３において、第１層４５の板状光触媒部材７（第１板状光触媒部材）とその４層上に積層された第１層４５の板状光触媒部材７（第２板状光触媒部材）とは、対向するように設けられる。このとき、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６は、第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体の発光を受光できるように設けることができる。このことにより、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６が、第１板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光、および第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光の両方を受光することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、図４のように、板状発光体の一方の面上に第１光触媒層６が設けられ、他方の面上に反射層２９が設けられ、反射層２９の上に第２光触媒層６が設けられた板状光触媒部材７であっても、第２光触媒層６が対向して設けられた板状光触媒部材７に含まれる板状発光体５の発光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。
【００４３】
浄化部３は、図１１に示したような浄化槽１の一部および板状光触媒部材７を含む浄化ユニット３９を、図１０のように積重することにより浄化部３を形成することができる。このことにより、積層する浄化ユニット３９の数を変えることにより浄化部３の浄化能を変更することができる。つまり要求される浄化能に応じて、水処理装置２７の浄化能を変えることができる。
水浄化装置２７は、図８、図９に示した浄化部３と同じように板状光触媒部７が組まれるように浄化ユニット３９を積重することにより形成することができる。つまり、図８に示した第１層から第４層に対応する第１浄化ユニット、第２浄化ユニット、第３浄化ユニット、第４浄化ユニットを積重することにより図９に示した流路１０と同じような流路１０を形成することができる。
【００４４】
４．気泡発生部、超音波発生部
気泡発生部２４は、浄化槽１で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給するように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の流入口１７に気泡が供給された被処理水が流れるように気泡発生部２４を設けることができる。このことにより、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、スーパーオキシドラジカルＯ2-・の生成を促し、水素Ｈ2の発生を抑制することができる。また、光触媒が受光することにより生じた電子と正孔の再結合を抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、被処理水中の気泡により、板状発光体５の発光を散乱することができ、光触媒層６に影ができ光触媒活性が低下することを防止することができる。また、被処理水中に気泡が存在することにより、水流に乱流が顕著に発生し、攪拌装置なしに攪拌効果を有することができる。それにより光触媒表面に水が滞留することが抑制され、効率よく水が光触媒表面に供給されるため実効的な浄化効率（触媒効率）が向上する。また気泡の分解効果により、光触媒表面のゴミの付着、２つの板状光触媒部材７の隙間の目詰まりを抑制することができる。
また、気泡発生部２４は、マイクロ−ナノバブルを発生させるものであってもよい。このことにより、気泡が凝集し光触媒層６の表面に滞留することを防止することができる。
【００４５】
超音波発生部２５は、浄化部３に超音波を照射することができるように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の外側に超音波発生部２５を設けることができる。浄化部３に超音波を照射することにより、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
また、気泡発生部２４と超音波発生部２５の両方を設けた場合、超音波発生部２５が浄化部３に超音波を照射することにより、気泡発生部２４において発生させた気泡の凝集を抑制することができ、大きな気泡による水流の阻害を防止することができる。また、光触媒表面に気泡が付着、滞留することによる実効的な光触媒活性の低下を防止することができる。
【００４６】
参考実験
第１電極３２、絶縁体層３３および透光性電極３４を有する板状発光体５の発光および発光波長を確認するために発光素子作製実験を行った。
【００４７】
発光素子作製実験１
以下の方法で発光素子作製実験を行った。
抵抗率が３−８Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０15／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板をまず酸素雰囲気中、１０００℃、４０分で熱処理することにより、シリコン基板表面に絶縁体層であるＳｉＯ2膜を形成した。このＳｉＯ2膜は約５０ｎｍの厚さを有する。なお、第１電極は、ｎ型シリコン基板となる。
次に、ＳｉＯ2膜にＧｅイオンを２２０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．６×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
図１２に絶縁体層中および第１電極中のイオン注入したＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示す。図１２を見ると、イオン注入したＧｅ原子は、透光性電極と絶縁体層との界面からの深さが約１７０ｎｍの第１電極中に濃度ピークを有することがわかる。
【００４８】
次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
【００４９】
次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。この発光スペクトルを図１３に示す。図１３を見ると、約３４０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲の光で波長約４５０ｎｍにピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍであった。
また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
なお、イオン注入工程と透光性電極形成工程の間に、更に熱処理工程を加えることができる。例えば、上記イオン注入を行ったシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。この工程を加える事により発光特性が安定した。この理由は明らかではないが、イオン注入の際に絶縁体層であるＳｉＯ2膜あるいは第１電極であるシリコン基板に生じた注入欠陥が熱処理よって回復することや、第１電極中に形成された発光中心が熱処理工程を経て、熱平衡状態に近づくことにより安定化することが考えられる。あるいは酸素を含むガス中で熱処理を行うことでＳｉＯ2膜に生じたSi系のダングリングボンドやＳｉＯ2膜に入り込んだGe原子を酸化し、チャージのトラップサイトになることを防ぐことが考えられる。
【００５０】
発光素子作製実験２
抵抗率が０．０１−０．０５Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０17／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板を用いて、「発光素子作製実験１」と同様の方法で、発光素子を作製した。
アルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。しかし、この発光素子は、「発光素子作製実験１」で作製した発光素子に比べ、小さい発光強度で発光することが確認された。
【００５１】
発光素子作製実験３
以下の方法で発光素子作製実験を行った。
抵抗率が３−８Ω・ｃｍであり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板にＧｅイオンを２００ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．０×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
次に、このシリコン基板のイオン注入した面の上にプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ2膜を５０ｎｍ堆積した。
次に、このシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。
次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
【００５２】
次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加したところ、波長約４５０ｎｍ付近にピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍであった。
また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１： 浄化槽 ３：浄化部 ５：板状発光体 ６：光触媒層 ７：板状光触媒部材 １０：流路 １２：透光性部材 １４：光源 １５：カバー部材 １７：流入口 １８：排水口 ２０：導水管 ２２：フィルター ２４：気泡発生部 ２５：超音波発生部 ２７：水浄化装置 ２９：反射層 ３１：基板 ３２：第１電極 ３３：絶縁体層 ３４：透光性電極 ３５：発光体 ３７：透光性絶縁層 ３９：浄化ユニット ４１：シール部材 ４３：接続部材 ４５：第１層 ４６：第２層 ４７：第３層 ４８：第４層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、
前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、
前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、
前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状である請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、
第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられた請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、
前記板状発光体は、導光板である請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
前記光源部は、発光ダイオードを含む請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備える請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反射層は、導電性を有し、
第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続した請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１３】
前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層とを備え、第１電極は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、前記絶縁体層と第１電極との界面から５００ｎｍ以内の第１電極中に濃度ピークを有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有する請求項１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含む請求項１〜１４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１６】
前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含む請求項１〜１５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】
前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有する請求項１〜１６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１８】
前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有する請求項１〜１７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１９】
前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備える請求項１〜１８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２０】
前記気泡は、マイクロ−ナノバブルである請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備える請求項１〜２０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１】
浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、
前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、
前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、
前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状である請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、
第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられた請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、
前記板状発光体は、導光板である請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
前記光源部は、発光ダイオードを含む請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備える請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反射層は、導電性を有し、
第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続した請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１３】
前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層とを備え、第１電極は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、前記絶縁体層と第１電極との界面から５００ｎｍ以内の第１電極中に濃度ピークを有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有する請求項１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含む請求項１〜１４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１６】
前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含む請求項１〜１５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】
前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有する請求項１〜１６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１８】
前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有する請求項１〜１７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１９】
前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備える請求項１〜１８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２０】
前記気泡は、マイクロ−ナノバブルである請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備える請求項１〜２０のいずれか１つに記載の装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２３６７０（Ｐ２０１２−２２３６７０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１１６９（Ｐ２０１１−９１１６９）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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