(57)【要約】【課題】吸着材等を使用することなく、モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体中から特定気体分子を効率良く分離することのできる磁性気流制御装置及び磁性気流制御方法を提供する。【解決手段】モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体の気流を制御して特定気体を分離する磁性気流制御装置であって、磁極が対向するように配設された磁石と、内部を気体が流通可能とされ、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部に開口する管状体と、前記管状体内に前記混合気体を送り込む気流形成機構とを具備し、前記管状体の前記開口の部分に、前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に偏向した気流を形成して前記特定気体を分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体の気流を制御して特定気体を分離する磁性気流制御装置であって、
磁極が対向するように配設された磁石と、
内部を気体が流通可能とされ、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部に開口する管状体と、
前記管状体内に前記混合気体を送り込む気流形成機構と
を具備し、
前記管状体の前記開口の部分に、前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に偏向した気流を形成して前記特定気体を分離することを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁性気流制御装置であって、
前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に向かう気流を内部に導入して回収する回収機構を具備したことを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁性気流制御装置であって、
前記磁石が、電磁石、超電導磁石、永久磁石のいずれか若しくはこれらを組み合わせた構成の磁石であることを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記管状体内に送り込む前記混合気体の流量を調節する流量制御機構と、前記磁場勾配の状態を調節する磁場勾配調節機構とを具備したことを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の磁性気流制御装置であって、
前記磁場勾配調節機構は、前記磁極の間の間隔を変更することによって磁場勾配を調節することを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の磁性気流制御装置であって、
前記磁石は電磁石であり、前記磁場勾配調節機構は、当該電磁石に供給する電力を変更することによって磁場勾配を調節することを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記混合気体に含まれる気体の濃度を検出するための検出器を具備したことを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記管状体は、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部における複数の位置に開口するように前記開口側が分岐されていることを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記磁石と、前記管状体とが、多段に配設されていることを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記管状体内のレイノルズ数（Ｒｅ）が２５００以下になるように制御されていることを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
内側が前記気体を流通させるための流路となる筒状の永久磁石を１又は複数具備したことを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれか１項記載の磁性気流制御装置であって、
前記混合気体がオゾンと酸素とを含み、当該気体中から酸素の一部を分離してオゾンの相対的な濃度を高めることを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項１３】
請求項１２項記載の磁性気流制御装置であって、
オゾンと酸素とを含む前記混合気体中の酸素の濃度と、当該気体が前記管状体の前記開口から噴出される際の周囲の雰囲気中の酸素の濃度とによって、分離した酸素の回収機構の配置位置を変更することを特徴とする磁性気流制御装置。
【請求項１４】
モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体の気流を制御して特定気体を分離する磁性気流制御方法であって、
磁極が対向するように配設された磁石と、
内部を気体が流通可能とされ、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部に開口する管状体と、
前記管状体内に前記混合気体を送り込む気流形成機構と
を用い、
前記管状体の前記開口の部分に、前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に偏向した気流を形成して前記特定気体を分離することを特徴とする磁性気流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性気流制御装置及び磁性気流制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場を用いて物質を分離する技術は数多く知られている。対象の物質は鉄、マンガン、コバルト、ニッケルやこれらの合金、マグネタイト、フェライト、ネオジムなど、磁気誘導により磁化される物であれば特に制限は受けない。しかしこれらのほとんどは、液中に浮遊する磁性体粒子を対象にしている。気中に存在する磁性体微粒子や磁性体分子の分離や制御を行う方法はほとんど知られていない。
【０００３】
ところで、オゾンは反応活性が非常に高い酸化剤として古くからよく知られており、その酸化力を活用した「洗浄」、「水質浄化」、「殺菌・消臭」、「漂白」などへの産業応用も既に広く進んでいる。オゾンの最大の利点は、最終的に酸素分子として安定化させることができることである。すなわちオゾン水は、従来の洗浄剤とは異なり、自己分解性を持ち、表面での残留性はなく、また利用しなかった余剰オゾンは自然分解することから、環境負荷が極めて低く、環境にも大変優しい活性種として、今後も多方面で着目されるはずである。現在の利用分野はオゾンの濃度によって異なり
０．５〜１０ｍｇ／ｌ：  殺菌  漂白  脱臭
５〜２０ｍｇ／ｌ：  有機物除去  金属除去  化学酸化膜形成
＞６０ｍｇ／ｌ  ：  レジスト剥離
などの用途が代表的である。
【０００４】
オゾン水濃度は条件設定することで、広範囲に制御することができるが約２０ｍｇ／ｌのオゾン水は、微粒子、有機物、金属の除去に効果があり、機能水のなかで、もっとも普及しているものである。また、１００ｍｇ／ｌ以上の高濃度オゾン水は、プロセス工程のレジスト剥離に利用でき、従来の溶剤による方法に代わり、環境にやさしい技術として注目をあびている。
【０００５】
現状、工業用に大量のオゾンを用いる場合には放電を利用したオゾナイザーを用いることが多い。放電を利用したオゾナイザーを用いた場合、原料ガスが空気の場合には「窒素＋酸素＋オゾン」の混合ガスが発生し、原料ガスが酸素の場合には「酸素＋オゾン」の混合ガスが発生する。平衡の観点もあるため、オゾン生成反応時のオゾン濃度には限度がある。オゾナイザーは、平行電極の間に酸素ガスまたは空気を供給して高電圧を印加し、電極間に発生する無声放電によって酸素を励起してオゾンを生成する装置である。オゾナイザーのオゾン収率は、通常、理論値に対して空気を原料とするときに２％から３％、酸素ガスを原料とするときに５％程度とされている。
【０００６】
しかし、オゾンの作用を活用するにはオゾン濃度が高いほど好ましく、たとえば１０％以上の高濃度オゾンを得る方法が望まれている。これまではオゾン濃度が低い（高くてもオゾン濃度数％オーダー）酸素・オゾンの混合ガスを用いてオゾンの利用が進められているが、それは高濃度オゾンを簡単に発生できる手法がなかった事が本質的な理由である。従来の低濃度の酸素・オゾンの混合雰囲気と異なって、高濃度オゾンを用いると反応過程を選択・抽出できる可能性がでてくる。
【０００７】
その結果、例えばシリコン半導体の酸化において従来に比べて５００℃近くも低い温度で高品質な酸化膜を形成できたり、金属表面の不働態化（パッシベーション）処理において電解研磨に比べてはるかに高い腐食性ガス耐性を持つ表面が形成できたりするなど、様々な優れた効果が期待される。また新規応用技術ではなくとも、高濃度オゾン製造が可能になれば装置システム全体の小型化に貢献できるため、既存のオゾンを用いる産業分野に対しても多大な効果が期待できる。
【０００８】
酸素ガスは、常温１気圧下でモル磁化率３４４９×１０−６ｃｍ３／ｍｏｌ程度の強い常磁性を持つが、オゾンはモル磁化率７×１０−６ｃｍ３／ｍｏｌ程度であり、酸素の０．２％程度のモル磁化率しか持たない。特に酸素原料によるオゾナイザーのオゾンガス成分は酸素＋オゾンのみであるため、オゾンガスの流れから酸素の流れ成分のみを磁気力で分離することができれば、オゾナイザーの生成ガス気流から酸素気流とオゾン気流を分離することができ、結果としてオゾン濃度の高い気流を生成することが可能になると考えられる。
【０００９】
空気中の酸素を、磁場を用いて分離する技術はいくつか知られている。例えば、特許文献１には、空気等の混合ガス中の酸素の割合を増加させる技術が開示されている。この方法は、ガス流路の周囲に４以上の偶数個の磁石を極が径方向に向くように配置して中心から周方向に磁場勾配を形成させ、ガス流路中に混合ガスを通過させて外周部分に酸素を集めようとするものである。しかしこの方法では、手続補正後の明細書に記載されているように、空気中に２０．４９％含まれる酸素の濃度を僅かに０．０１％高める程度の効果しか得られない。
【００１０】
また、特許文献２には、磁気力を用いてオゾンと酸素を含む混合ガス中の酸素を移動させ、ゼオライトやモレキュラーシーブスによって分離、吸着させることによって混合ガス中の酸素を除去し、オゾン濃度を相対的に高める技術が開示されている。また、この特許文献２の装置は、生成ガスをオゾナイザーの入口に再供給する循環ダクトを備えているので、オゾン濃度が高くなった生成ガスを需要先に供給した上で、余った生成ガスを再循環し原料ガスに加えて再利用することができる。生成ガスにはオゾンが大量に含まれているので、新鮮な酸素ガスのみを原料とするよりオゾン製造効率が高くなると記載されているが、実際にはオゾン分解反応も進行するためオゾン生成効率が低い装置を提供することになる。
【００１１】
なお、酸素分子を吸着させたり捕獲したりして残余のガス中のオゾン濃度を向上させるようにした装置では、吸着剤や捕獲構造が飽和すると作用が無くなるため、定期的に吸着剤などの再生を行う必要がある。このため、磁場勾配を消滅させた状態で吸着した酸素を放出させる再生工程を設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−３０９２２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したとおり、従来から磁場を利用して常磁性体の酸素分子を分離する技術は提案されているが、効率が低いという問題や、再生工程が必要になる等の問題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、吸着材等を使用することなく、モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体中から特定気体分子を効率良く分離することのできる磁性気流制御装置及び磁性気流制御方法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】
【００１５】
本発明の磁性気流制御装置の一態様は、モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体の気流を制御して特定気体を分離する磁性気流制御装置であって、磁極が対向するように配設された磁石と、内部を気体が流通可能とされ、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部に開口する管状体と、前記管状体内に前記混合気体を送り込む気流形成機構とを具備し、前記管状体の前記開口の部分に、前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に偏向した気流を形成して前記特定気体を分離することを特徴とする。
【００１６】
本発明の磁性気流制御方法の一態様は、モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体の気流を制御して特定気体を分離する磁性気流制御方法であって、磁極が対向するように配設された磁石と、内部を気体が流通可能とされ、前記磁極の間を通り、磁場勾配が形成された前記磁極の端部に開口する管状体と、前記管状体内に前記混合気体を送り込む気流形成機構とを用い、前記管状体の前記開口の部分に、前記磁場勾配の作用により、前記開口から直進する方向とは異なる方向に偏向した気流を形成して前記特定気体を分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、吸着材等を使用することなく、モル磁化率の異なる気体が混在する混合気体中から特定気体分子を効率良く分離することのできる磁性気流制御装置及び磁性気流制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁性気流制御装置の概略構成を模式的に示す図。
【図２】実施形態における磁場分布の状態の例を模式的に示す図であり、（ａ）は全体の磁場分布を示す図であり、（ｂ）は一部の磁場分布を拡大して示す図。
【図３】図１の磁性気流制御装置の要部概略構成を模式的に示す図。
【図４】変形例の要部概略構成を模式的に示す図。
【図５】他の変形例の要部概略構成を模式的に示す図。
【図６】実施形態における実験結果を示すグラフ。
【図７】実施形態における窒素ガスの気流の発生状態を説明するための図であり、（ａ）は磁場印加なしの場合を示し、（ｂ）は磁場印加有りの場合を示す図。
【図８】実施形態における混合ガスの気流の発生状態を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は磁場印加なしの場合を示し、（ｃ），（ｄ）は磁場印加有りの場合を示す図。
【図９】磁場印加した場合の窒素ガスの気流の発生状態を模式的に示す図。
【図１０】磁場印加した場合の混合ガスの気流の発生状態を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁性気流制御装置１００の概略構成を模式的に示す図である。本実施形態では、バリア放電によってオゾンを生成するオゾナイザー１２０から生成されるオゾン（Ｏ３）と酸素（Ｏ２）の混合気体を磁性気流制御装置１００に導入し、この混合気体中から、磁性気流制御装置１００によって酸素の一部を分離して回収するとともに、混合気体中の相対的なオゾンの濃度を高める構成とした場合について説明する。
【００２１】
磁性気流制御装置１００には、磁極１０２，１０４が近接対向するように磁石１０１，１０３が配設されており、磁極１０２，１０４の間には、気体の流路となる管状体１０５が配設されている。この管状体１０５の基端側は、オゾナイザー１２０のガス出口に接続されており、管状体１０５は、ここから磁極１０２，１０４の間を通るように延在し、その先端側は、磁極１０２，１０４の端部の磁場勾配が形成されている部分に開口するように配設されている。
【００２２】
本実施形態では、磁石１０１，１０３が電磁石から構成されており、磁石１０１，１０３に通電するための電源１０７，１０８が配設されている。また、磁石１０１と、磁石１０３との間隔を変更するための間隔調整機構１０９が配設されている。
【００２３】
管状体１０５としては、例えば、樹脂製の配管を使用することができる。この樹脂製の配管は、直管であっても曲がった管であってもよい。また、管状体１０５の流路内のレイノルズ数（Ｒｅ）は、２５００以下とすることが好ましい。これによって、管状体１０５の流路内に層流状態の安定した気体流が形成されるため擾乱は少なく、安定した分離を行うことができる。
【００２４】
オゾナイザー１２０には、酸素ボンベ１２１が接続されており、酸素ボンベ１２１とオゾナイザー１２０との間には、酸素ボンベ１２１からオゾナイザー１２０に供給される酸素ガスの流量を制御するための流量制御器１２２が配設されている。流量制御器１２２によってオゾナイザー１２０に供給される酸素ガスの流量を制御することにより、オゾナイザー１２０から供給されるオゾンガスの流量を制御することができる。
【００２５】
また、オゾナイザー１２０のオゾンガスの出口部分と、管状体１０５の開口（出口）部分には、夫々ガス濃度計１３０ａ．１３０ｂが配設されている。管状体１０５の開口部分では、磁場勾配が形成されているため、磁場勾配の影響をより強く受けた結果進行方向が曲げられた偏向気流１４０と、磁場勾配の影響が少ないためそのまま直進する直進気流１５０の２つの気流が形成される。以下、このような２つの気流が形成される点について説明する。
【００２６】
酸素は、常温１気圧下で磁化率３４４９×１０−６ｃｍ３／ｍｏｌ程度の強い常磁性を持つが、オゾンは磁化率７×１０−６ｃｍ３／ｍｏｌ程度であり、酸素の０．２％程度の磁化率しか持たない。単位体積のガスに作用する磁気力Ｆｍは、以下に示す（１）式で表される。
Ｆｍ＝χＶ（Ｂ／μ０）ｄＢ／ｄｚ    …（１）
ここで、χ：流体塊の磁化率、Ｖ：塊の体積、μ０：真空の透磁率、Ｂ：磁束密度、Ｚ：垂直方向の距離、である。（１）式を変形すると、
Ｆｍ＝（１／２）（χＶ／μ０）ｄＢ２／ｄｚ    …（２）
となることは容易にわかる。（２）式から磁気力Ｆｍの向きは、Ｎ−Ｓの向きではなく、Ｂ２の勾配により決まることがわかる。
【００２７】
例えば、６Ｔ（テスラ）の超電導電磁石を使用して６×１０４ｇａｕｓｓの磁場を発生させ、１×１０４ｇａｕｓｓ／ｃｍの磁場勾配ｄＢ／ｄｘを与えたとすると、単位体積の酸素ガスは、９０ｄｙｎｅ、すなわち９μＮの磁気力を受けることになる。一方、同じ磁場内にあるオゾンには１８×１０−３μＮの磁気力しか作用しない。以下に代表的なガスのモル磁化率χｍ（１０−６ｃｍ３／ｍｏｌ）を示す。
【００２８】
酸素  ：３４４９
オゾン：７
窒素  ：−１２
水    ：−１３
ＣＯ２：−２１
【００２９】
例えば、高濃度オゾンを得るために酸素原料を用いたオゾナイザー１２０でオゾンを製造する場合でも、生成ガス成分中にオゾンは高々％オーダーしか存在しない。成分のほとんどは常磁性の酸素であるため、磁場勾配からの力を受けやすい状態である。したがって、オゾナイザー１２０で生成したオゾンと酸素の混合ガスの流路に強い磁場勾配を生成させて、酸素分子を磁場勾配の強い方に吸引することで、主成分が酸素の気流と、オゾンを含む気流とを作り出すことができる。
【００３０】
オゾンと酸素の混合気体中に磁場勾配があると酸素分子が移動しようとするので、移動してきた酸素分子の気流を酸素回収機構１４１で捕獲して混合気体から分離すると、混合気体中にオゾンが残され混合気体のオゾン濃度が上昇する。また主成分が酸素の気流を、酸素回収機構１４１によってオゾナイザー１２０のガス供給ラインに加えることで、酸素ガスを有効に利用することができる。また、オゾン濃度が上昇した混合気体は、オゾン回収機構１５１によって回収する。
【００３１】
なお、周囲の雰囲気が大気の場合には、空気中の酸素濃度２１％と混合気体中の酸素濃度の大小関係で制御する気流の向きが異なる。このため、オゾンと酸素の混合ガスの気流が磁石間に供給される前に、その混合ガス中のオゾン若しくは酸素の成分濃度、ガス流量、ガス温度をモニタし、その値によって引き出した酸素気流の回収位置を調整する機構を持たせることが好ましい。オゾナイザー１２０で生成したオゾンガスと酸素を含むガス中の酸素濃度は概ね９０％以上であるため、図１に示すように、磁場勾配の大きい磁極１０２，１０４の端部付近に引き寄せられるように気流が変化し、偏向気流１４０が形成される。
【００３２】
図２に磁性気流制御装置１００における磁場分布の例を示す。図２（ａ）は、全体の磁場分布の例を示しており、図２（ｂ）は、磁極の端部の部分の磁場分布を拡大して示すものである。この図２に示すように、磁極の端部には、磁場勾配が形成されており、この部分で酸素に磁気力が作用する。なお、図３に、管状体１０５と磁極１０２，１０４との位置関係を示す。
【００３３】
上記実施形態では、磁極１０２，１０４の間に管状体１０５を１本のみ配設した場合について説明したが、管状体１０５を複数本配設してもよい。また、図４に示すように、途中から複数本に分岐して磁極１０２，１０４の端部の複数の部位に開口する分岐管１０６を有する管状体１０５ａを用いてもよい。このような構成とすれば、より多量の混合気体を流すことができ、効率良く酸素を分離することが可能となる。
【００３４】
また、図５に示すように、磁性気流制御装置１００（図５には管状体１０５のみを図示。）を多段に配設して、段階的にオゾン濃度を高めるようにしてもよい。この場合、管状体１０５を、ネオジムやサマリウムコバルトを用いた強磁束密度の円筒状の永久磁石等から構成してもよい。
【００３５】
また、気体流路となる管状体１０５内のレイノルズ数（Ｒｅ）は、２５００以下とすることが好ましい。また、層流であっても流れが安定するには一定の距離が必要である。このため、１つあたりの管状体１０５の長さＬは、換算直径Ｄとレイノルズ数Ｒｅとの関係が、
Ｌ  ≧Ｄ×Ｒｅ／１００
の関係を満たすようにすることが好ましい。これにより流れを成長させた状態で分離操作を行うことができるようになるため、純度の高い分離回収を行うことができる。
【００３６】
図１に示す構成の磁性気流制御装置１００において、酸素ボンベ１２１からの酸素ガスは、バリア放電型のオゾナイザー１２０に送られ、酸素（Ｏ２）の一部からオゾン（Ｏ３）が生成される。酸素とオゾンの混合気体中のオゾン濃度は数％オーダーであり、酸素は９０％以上の濃度になる。この混合気体は、磁性気流制御装置１００に配設された管状体１０５に流入する。管状体１０５の出口開口付近には、例えば３０Ｔ／ｍ程度の磁場勾配が形成されている。
【００３７】
混合気体が、磁極１０２，１０４の端部にさしかかると磁場勾配を作用させることができる。混合気体中の酸素の体積割合が９０％以上と大きいため、磁気力を作用させると、前述した式（１）若しくは式（２）の磁気力Ｆｍが働き、図１に示すように、酸素が主成分の気流は、管状体１０５の管軸方向に沿ったそれまでの流れの方向を変え偏向気流１４０となる。一方、管状体１０５の管軸方向に沿った直進気流１５０では、酸素の一部が分離されるため相対的にオゾン濃度が高まる。
【００３８】
オゾナイザー１２０の出口部分における混合ガス中の所定ガスのガス濃度（例えば酸素濃度）は、ガス濃度計１３０ａで測定される。また、管状体１０５の出口部分における偏向気流１４０及び直進気流１５０中の所定ガスのガス濃度（例えば酸素濃度）も、夫々ガス濃度計１３０ｂで測定される。そして、これらのガス濃度計１３０ａ、ガス濃度計１３０ｂにおけるガス濃度の測定データは、制御コンピューター１３１に入力される。
【００３９】
また、制御コンピューター１３１には、流量制御器１２２、電源１０７，１０８、間隔調整機構１０９の現在の状態を示すデータが入力されており、上記のガス濃度計１３０ａ，１３０ｂによる測定データに基づいて、気流の方向を制御する。例えば、ガス濃度計１３０ｂで測定される直進気流１５０中の酸素ガスの濃度が所定値以上に上昇した場合、すなわち、直進気流１５０中のオゾンガスの相対的な濃度が低下し、一定の許容範囲内から外れた場合には、制御コンピューター１３１が総合的に判断し、流量制御器１２２における気体の流量、電源１０７，１０８から磁石１０１，１０３に供給する電力、磁石１０１，１０３の間の距離の少なくとも１つを調整して、気流の方向を制御する。この場合、例えば、気体の流量を下げる、磁石１０１，１０３に供給する電力を増大させる、磁石１０１，１０３の間の距離を狭める、のうちの１つ以上の制御を実施する。
【００４０】
オゾナイザー１２０からの混合気体を、管状体１０５の開口から大気雰囲気中に放出する場合、前述したとおり、混合気体中の酸素濃度Ｃ１と、周囲雰囲気中の酸素濃度Ｃ２（＝２１％）との大小関係によって、発生する気流の向きが異なる。
【００４１】
磁石１０１，１０３に通電し磁場を印加した場合、混合気体中の酸素ガス及び周囲の雰囲気中の酸素ガスが、磁極１０２，１０４の端部に引き寄せられる。このため、混合気体中の酸素ガス濃度Ｃ１と、空気中の酸素濃度Ｃ２（２１％）との大小関係で気流の向きが異なり、Ｃ１＜Ｃ２では、管状体１０５の管軸方向の向きに気流が生じ、Ｃ１＞Ｃ２の場合には、管状体１０５の管軸方向に対して垂直な向きに気流が生じる。
【００４２】
このため、概ねその方向に酸素回収機構１４１及びオゾン回収機構１５１を配設し、微調整を、流速、電源１０７，１０８から供給する電力、磁石１０１と磁石１０３との間隔の少なくともいずれかを調整することによって行い、気流の方向を調整する。なお、このような気流の方向の調整は、例えば、分離する気体の磁化率の相違によっても行う。
【００４３】
前述したように、オゾンと窒素の磁化率は、酸素と比較すると低いため、酸素とオゾンとの分離評価のために、窒素と酸素との混合気体を用いることができる。そこで窒素をオゾンと見立てた模擬混合ガスを用いて確認試験を行った。
【００４４】
ここでは磁場勾配を作るための磁石１０１，１０３として、トーキン社製ＳＥＥ−３型電磁石を用いた。磁極１０２，１０４の間隔１０ｍｍ、均一部分の磁束密度１．５Ｔの条件で、磁極１０２，１０４の間に管状体１０５として、樹脂製の配管を通し、その中を酸素原料で生成したオゾン濃度を模擬した混合ガス（酸素８０体積％窒素２０体積％）を、流量１Ｌ／ｍｉｎ、レイノルズ数は１００の条件で流した。端部の磁束密度勾配は約３０Ｔ／ｍであった。
【００４５】
図１に示す直進気流１５０の方向の酸素濃度を、ガス濃度計１３０ｂで計測し続けたところ、磁場印加後約１分以降で酸素濃度が２０％程度低下することが確認できた。初期濃度を１００％に規格化した酸素濃度の時間的な変化の測定結果を、縦軸を規格化酸素濃度、横軸を時間（分）とした図６のグラフに示す。このような酸素濃度の低下は、相対的に窒素濃度が高くなっていることを示す。すなわちオゾンを用いた場合にも同様の現象が生じ、オゾンと酸素の混合ガス中の酸素濃度が低下し、オゾン濃度が相対的に高まることを示している。
【００４６】
次に、気流の状態を可視化するため、ガス流の中に水のミスト（０．２ｇ／分）を添加して気流の状態を観察した結果について説明する。図７は、管状体１０５から窒素ガスを流出させた場合の気流の発生状態を模式的に示したものであり、図８は、管状体１０５から窒素ガス（２０体積％）と酸素ガス（８０体積％）の混合ガスを流量１Ｌ／分で流出させた場合の気流の発生状態を観察した結果を模式的に示したものである。なお、観察されたミストの流れ（気流）は、図７、図８中点線で模式的に示してある。
【００４７】
図７（ａ）は、磁石１０１，１０３に通電せず磁場を印加していない状態を示し、図７（ｂ）は、磁石１０１，１０３に通電して磁場を印加した状態を示している。図７（ａ）に示すように、磁場を印加しない場合、管状体１０５の開口から大気雰囲気中に放出された窒素ガスは、その全体が僅かに直進した後周囲に拡散した。
【００４８】
一方、磁場を印加した場合、管状体１０５の開口から大気雰囲気中に放出された窒素ガスは、管軸方向に締め付けられた状態となり、磁場を印加しない場合に比べて長い距離を勢い良く直進した。この場合におけるガスの流れを図９に矢印で模式的に示す。図９に示すように、磁場を印加した場合、大気雰囲気中の酸素が磁場に引き付けられて管状体１０５の開口近傍に流入し（図９中点線の矢印で示す。）、窒素ガスの流れを管軸方向に沿った細い領域に集中させるため、勢い良く直進する気流（図９中実線の矢印で示す。）が形成される。
【００４９】
また、図８に示すように、管状体１０５から窒素ガス（２０％）と酸素ガス（８０％）の混合ガスを流出させた場合、図８（ａ），（ｂ）に示すように、磁石１０１，１０３に通電せず磁場を印加しない場合は、図７（ａ）に示した窒素ガスの場合と同様になる。一方、図８（ｃ），（ｄ）に示すように、磁石１０１，１０３に通電し磁場を印加した場合は、磁石１０１，１０３の磁極１０２，１０４に沿ったガスの流れが発生する。これは、混合ガス中の酸素ガスが磁極１０２，１０４の端部（磁場勾配のある部分）に引き寄せられて気流を形成するためである。この場合におけるガスの流れを図１０に矢印で模式的に示す。
【００５０】
なお、上記実施形態では、酸素とオゾンの混合ガスから酸素の一部を分離し、混合気体中の相対的なオゾン濃度を高める場合の例について説明したが、その他の磁化率の異なる気体の組み合わせでも同様の効果が得られる。この場合、分離対象の磁化率に応じて、流路に流れる気体の流速、磁場勾配の強度を調製することで最適な分離回収を実現できる。さらに、磁場勾配の強度は電磁石または超電導磁石に供給する電力、磁石の間隔のいずれかもしくは両方で制御するため効率が良い。
【００５１】
また、磁場勾配の発生手法としては複数あるが、本実施形態における必要磁束密度は０．１Ｔ以上程度のため、電磁石、超電導電磁石、永久磁石のいずれも用いることができる。特に吸着剤などを用いていないため、交換に伴うメンテナンス作業は不要であり、また、永久磁石を用いても問題はない。
【００５２】
以上説明した通り、実施形態の磁性気流制御装置によれば、吸着材等を用いることなくオゾナイザーで生成されるオゾンの濃度を効率良く高めることができる。これによって、濃度の高いオゾンを含む気体を、より多くの用途に利用することが可能になる。
【００５３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１００……磁性気流制御装置、１０１，１０３……磁石、１０２，１０４……磁極、１０５……管状体、１０７，１０８……電源、１０９……間隔調節機構、１２０……オゾナイザー、１２１……酸素ボンベ、１２２……流量制御器、１３０ａ，１３０ｂ……ガス濃度計、１３１……制御コンピューター、１４０……偏向気流、１４１……酸素回収機構、１５０……直進気流、１５１……オゾン回収機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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