(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を搬送するための搬送管と、
上記搬送管に配設される電極と、
上記電極に接続されて上記搬送管内の雰囲気を放電させる単相の交流電源と、
を備え、
上記電極は、上記単相の交流電源の一端に接続される第１の電極と上記単相の交流電源の他端に接続される第２の電極とからなり、
上記単相の交流電源により上記第１の電極と上記第２の電極との間に誘電体バリヤ放電を生じさせ、
上記微粒子が、上記誘電体バリヤ放電によって帯電した該微粒子に作用する静電気力により撹拌されると共に、上記誘電体バリヤ放電で生じるプラズマ誘起流により搬送され、
上記プラズマ誘起流の流速が、上記第１及び第２の電極の上記搬送管の軸方向に対する角度により調整され、上記微粒子の搬送量及び搬送速度が、上記単相の交流電源により制御される、微粒子搬送装置。
【請求項２】
微粒子を搬送するための搬送管と、
上記搬送管にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
上記搬送管に配設される電極と、
上記電極に接続されて上記搬送管内の雰囲気を放電させる単相の交流電源と、を備え、
上記電極は、上記単相の交流電源の一端に接続される第１の電極と上記単相の交流電源の他端に接続される第２の電極とからなり、
上記単相の交流電源により上記第１の電極と上記第２の電極との間に誘電体バリヤ放電を生じさせ、
上記微粒子が、上記誘電体バリヤ放電によって帯電した該微粒子に作用する静電気力により撹拌されると共に、上記誘電体バリヤ放電で生じるプラズマ誘起流及びキャリアガスにより搬送され、
上記プラズマ誘起流の流速が、上記第１及び第２の電極の上記搬送管の軸方向に対する角度により調整され、上記微粒子の搬送量及び搬送速度が、上記単相の交流電源により制御される、微粒子搬送装置。
【請求項３】
前記第１の電極は前記搬送管の外側に巻回され、前記第２の電極は前記搬送管の内側に巻回されている、請求項１又は２に記載の微粒子搬送装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の電極は、前記搬送管の軸方向に対して９０度より小さな角度をつけて配設されている、請求項３に記載の微粒子搬送装置。
【請求項５】
前記搬送管は上部の壁と下部の壁と側壁とからなり、該上部の壁の表面には第１の電極が配設され、該下部の壁の表面には第２の電極が配設されている、請求項１又は２に記載の微粒子搬送装置。
【請求項６】
前記第１の電極は、前記上部の壁の外周部と該外周部に接続される複数の線状電極部とを有しており、該複数の線状電極部は、該外周部から前記上部の壁の中心部に放射状に伸びていて中心部側の各先端は互いに接続されていない、請求項５に記載の微粒子搬送装置。
【請求項７】
前記第２の電極は、前記下部の壁の中心部と該中心部に接続される複数の線状電極部とを有しており、該複数の線状電極部は、中心部から放射状に伸びていて外周部側の各先端は互いに接続されていない、請求項５に記載の微粒子搬送装置。
【請求項８】
前記第１の電極の各線状電極部は、該各線状電極のそれぞれに最も近接する前記第２の電極の各線状電極部と一定の間隔で互いに平行となるように配置されている、請求項５〜７の何れかに記載の微粒子搬送装置。
【請求項９】
前記搬送管の内部に電極支持部材が配設されており、該電極支持部材には、所定の幅の誘電体膜が螺旋状に巻回され、該誘電体膜に電極が形成されている、請求項１又は２に記載の微粒子搬送装置。
【請求項１０】
前記誘電体膜の表面側には第１の電極が形成され、前記誘電体膜の裏面側には第２の電極が形成されている、請求項９に記載の微粒子搬送装置。
【請求項１１】
前記搬送管は、少なくとも一つ以上の入口を備えている、請求項１〜１０の何れかに記載の微粒子搬送装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の微粒子搬送装置を用いた微粒子の浄化方法であって、
大気と微粒子からなる被浄化物とが含まれている前記雰囲気を、前記搬送管に導入し、
前記雰囲気を前記単相の交流電源によって放電してオゾンを含む反応性ガスを発生し、
上記反応性ガスによって前記雰囲気中の被浄化物を処理する、微粒子の浄化方法。
【請求項１３】
前記プラズマ誘起流の流速を、前記第１及び第２の電極の前記搬送管の軸方向に対する角度により調整する、請求項１２に記載の微粒子の浄化方法。
【請求項１４】
前記微粒子の搬送量及び搬送速度を、前記単相の交流電源により制御する、請求項１２に記載の微粒子の浄化方法。
【請求項１５】
前記被浄化物を、黄砂、煙、穀物、該穀物に付着した塵、有機物の何れかとする、請求項１２〜１４の何れかに記載の微粒子の浄化方法。
【請求項１６】
前記浄化を繰り返して行う、請求項１２〜１５の何れかに記載の微粒子の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子搬送装置及びこの装置を用いた微粒子の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のガス流による微粒子搬送では，微粒子を内径数ｍｍの搬送管に送り、搬送方向にガスを流して微粒子をガスによって搬送している。
【０００３】
現在、サブマイクロメータ（サブμｍ）程度の微粒子を搬送する際には、静電気力で粒子を搬送する技術が知られている（特許文献１〜３参照）。非特許文献１には、約３０μｍから１００μｍ位の微粒子を直流の静電気力で搬送することが報告されている。
【０００４】
しかしながら、従来の静電気力で微粒子を搬送する技術では、微粒子がチューブ内で摩擦帯電し、クーロン力により微粒子が搬送管壁面に付着や堆積が生じて、微粒子の供給量が時間的に変動したり、搬送管が微粒子によって閉塞される場合があった。
【０００５】
さらに、近年、自動車の排気ガスや工場から発する煤煙などによる大気汚染が深刻化しており、環境への配慮が責務である産業界にとっては環境汚染対策が喫緊の課題になっている。汚染された大気中には粒子状物質が浮遊しており、吸入した場合には肺や気管などに沈着して、呼吸器に悪影響を及ぼすことが知られている(例えば、非特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９５３４６号公報
【特許文献２】特許第３５６９５５３号公報
【特許文献３】特許第３６８４３９６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】川本広行、関京悟、進行波電界による粒子の搬送メカニズム、日本機械学会論文集 (C 編)、Vol.71、No.704(2005-4)、pp.1161-1168
【非特許文献２】高橋幹二、日本エアロゾル学会編、エアロゾル学の基礎、森北出版株式会社、2003
【非特許文献３】Boeuf, J. P, Lagmich, Y., Callegari Th., Pitchford, L. P., EHD Force in Dielectric Barrier Discharges Parametric Study and Influence of Negative Ions、 AIAA paper 2007-183, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の静電気による微粒子の搬送では、微粒子が留まり易い箇所が生じたり曲がり管等の圧力損失部で微粒子が円滑に移動し難く、供給が不安定になったり閉塞したりするという問題を有していた。さらに、微粒子の長時間の連続搬送ができないことが問題となっている。
【０００９】
従来の特許文献３の静電気による搬送では、例えば６相の交流電圧源が使用されており、装置が複雑で高価となっていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、効率のよい微粒子搬送を可能とする微粒子搬送装置を提供することを第１の目的とし、大気汚染微粒子等の除去を行うために、微粒子の撹拌搬送及び浄化を可能とする微粒子搬送装置を用いた微粒子の浄化方法を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、電極に電圧を印加して生じる静電界を利用して被覆用粉体を搬送し、被覆用粉体で被膜を形成する方法を見出した（特願２００９−０９１５９３、平成２１年４月３日出願）。本発明者等はさらに研究を進め、高効率微粒子搬送技術並びに大気汚染微粒子の除去方法の確立を目指し、空気を誘電体バリア放電(Dielectric Barrier Discharge)を用いて活性化させた搬送管内において、粒子の撹拌や搬送及び浄化が可能であることを見出し、本発明に想到した。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の微粒子搬送装置は、微粒子を搬送するための搬送管と、搬送管に配設される電極と、電極に接続されて搬送管内の雰囲気を放電させる交流電源と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の微粒子搬送装置は、微粒子を搬送するための搬送管と、搬送管にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、搬送管に配設される電極と、電極に接続されて搬送管内の雰囲気を放電させる交流電源と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、交流電源は、好ましくは単相の交流電源である。
電極は、交流電源の一端に接続される第１の電極と交流電源の他端に接続される第２の電極とからなるように構成してもよい。第１の電極は搬送管の外側に巻回され、第２の電極は搬送管の内側に巻回されてもよい。第１及び第２の電極は、好ましくは、搬送管の軸方向に対して９０度より小さな角度をつけて配設されている。
搬送管は上部の壁と下部の壁と側壁とからなり、上部の壁の表面には第１の電極が配設され、下部の壁の表面には第２の電極が配設されていてもよい。この場合、第１の電極は、好ましくは、外周部と該外周部に接続される複数の線状電極部とを有しており、該複数の線状電極部は、外周部から中心部に放射状に伸び、かつ、その各先端は互いに接続されていない。また、第２の電極は、好ましくは、中心部と中心部に接続される複数の線状電極部とを有しており、複数の線状電極部は、中心部から径方向に放射状に伸び、かつ、その各先端は互いに接続されていない。第１の電極の各線状電極部と該各線状電極部に最も近接して配設される第２の電極の各線状電極部とは、好ましくは、一定の間隔で互いに平行となるように配置されている。
別の構成として、搬送管の内部に電極支持部材が配設され、この電極支持部材には、所定の幅の誘電体膜が螺旋状に巻回され、誘電体膜に電極が形成されていてもよい。誘電体膜の表面側には第１の電極が形成され、誘電体膜の裏面側には第２の電極が形成されていてもよい。
搬送管は、好ましくは、少なくとも一つ以上の入口を備えている。
【００１５】
本発明の微粒子の浄化方法は、上記の何れかに記載の微粒子搬送装置を用い、大気と微粒子からなる被浄化物とが含まれている雰囲気を、搬送管に導入し、雰囲気を交流電源によって放電してオゾンを含む反応性ガスを発生し、この反応性ガスによって雰囲気中の被浄化物を処理することを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、被浄化物は、黄砂、煙、穀物、該穀物に付着した塵、有機物など、何れであってもよい。浄化は繰り返して行ってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の微粒子搬送装置によれば、キャリアガスを使用しないで、かつ単相の交流電源による放電を利用した簡単な構成で、静電気力による微粒子の撹拌とプラズマ誘起流とによって微粒子の搬送を行うことができる。さらに、微粒子の搬送を交流電源による放電で行うので、微粒子を連続的に効率よく搬送したり、微粒子の搬送量や搬送速度等を精度よく制御して搬送することが可能となる。
本発明の微粒子搬送装置はキャリアガスを使用した場合にも適用可能であり、キャリアガスの圧力損失を低減化できる。
【００１８】
本発明の微粒子搬送装置を用いた微粒子の浄化方法によれば、被浄化物を含む大気からなる雰囲気を高効率で搬送すると共に、被浄化物をオゾンで浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微粒子搬送装置の構成例を示す図である。
【図２】搬送管に設ける電極を示す断面図である。
【図３】搬送管内の軸方向断面の電位分布を示す透視図である。
【図４】搬送管内のｒ−Ｚ座標の電位分布を示す図である。
【図５】搬送管内のｒ−θ座標の電位分布を示す図である。
【図６】ＤＢＤプラズマチューブの変形例１を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】ＤＢＤプラズマチューブの変形例２の内部を示す模式的な部分斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る微粒子搬送装置の構成例を示す概略図である。
【図９】搬送管の印加電圧Ｖを変化させた際の管内放電発光の図で、（ａ）は電圧印加前、（ｂ）はＶ＝１４．２ｋＶpp、（ｃ）はＶ＝１４．６ｋＶpp、（ｄ）はＶ＝１５．０ｋＶppを示している。
【図１０】搬送管内で放電時に生成されるＯ３濃度を示す図である。
【図１１】キャリアガスを用いない場合のＤＢＤプラズマチューブによるアルミナ微粒子搬送の様子を示す図で、（ａ）は電圧印加前、（ｂ）はＶ＝１４．６ｋＶppの場合である。
【図１２】ＰＩＶによる誘起流の平均速度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る微粒子搬送装置１の構成例を示す図である。
図１に示すように、微粒子搬送装置１は、搬送物となる微粒子２を搬送するための搬送管３と、搬送管３に配設される電極４と、電極４に接続されて搬送管３内の雰囲気５を放電させる交流電源６と、を含んで構成されている。
【００２１】
本発明で対象とする微粒子２は、粒径が最大２００μｍ以下の粒子である。微粒子２は、その粒径により種々の名称で呼ばれている。粒径が１μｍから２００μｍ程度までは、微粉体とも呼ばれる。微粉体は、具体的には、セメント、小麦粉、消石灰等が挙げられる。粒径が１μｍ以下の粒子は、超微粉体とも呼ばれる。粒径が最大数μｍ以下の粒子を、超微粒子やサブミクロン粒子と呼ぶ場合もある。本発明の微粒子２は、単体元素や化合物からなり、さらに、複数の成分から構成されていてもよい。複数の成分からなる微粒子２としては、タバコの煙、煙、油煙、カーボン粒子を含む粒子、有機物を含む粒子等が挙げられる。タバコの煙や油煙からなる微粒子２は、粒径が１０ｎｍから数μｍ以下位の粒子を含んでいる。
【００２２】
搬送管３は、樹脂シート、ガラス管、セラミック等の誘電体からなる断面が円や角の形状を有している管である。搬送管３の両端側には、搬送物となる微粒子２が流入される入口３Ａと搬送物が流出される出口３Ｂとを備えている。搬送管３をガラス管とした場合には、搬送管３の両端側に入口３Ａ及び出口３Ｂとなる別のガラス管をガラス溶接によって接続してもよい。搬送管３の両端側にフランジを設けてガラス管を保持する場合には、入口３Ａ及び出口３Ｂとなるガラス管や金属性の管を、フランジに配設してもよい。微粒子２が流入される入口３Ａは、搬送管３の端部以外に設けてもよい。搬送物となる微粒子２が流入される入口３Ａは、複数あってもよい。複数の入口３Ａを設けた場合には、各入口３Ａから種類の異なる微粒子２を流入させてもよい。以下の説明では、搬送管３の形状は円筒形状として説明する。
【００２３】
図２は、搬送管３に設ける電極４を示す断面図である。
図２に示すように、搬送管３に設ける電極４は、搬送管３となる円筒形状の管壁の外側と内側にそれぞれテープ状の第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂを螺旋状に巻き、搬送管３の外側及び第１の電極４Ａを絶縁テープ７で覆うという極めて簡単な構造を有している。つまり、電極４は、交流電源６の一端に接続され外側の電極となる第１の電極４Ａと交流電源６の他端に接続され内側の電極となる第２の電極４Ｂとから構成される。図示の場合、第１の電極４Ａは搬送管３の外側に巻回され、第２の電極４Ｂは搬送管３の内側に第１の電極４Ａの巻回方向と同方向の螺旋状に巻回されている。
【００２４】
図示するように、第１及び第２の電極４Ａ，４Ｂは、側面視において搬送管３の軸方向に角度（θ）を持たせている。つまり、第１及び第２の電極４Ａ，４Ｂは、搬送管３の軸方向に対して９０度よりも小さな角度をつけて配設している。以下、第１の電極４Ａ及び第２の電極４Ｂと搬送管３との軸方向に対する角度を、単に第１の電極４Ａや電極４の角度と呼ぶ。
【００２５】
交流電源６は、上記一対の第１の電極４Ａ，第２の電極４Ｂに接続される単相の電源である。図示の場合、交流電源６の一端は、第１の電極４Ａの一端に接続されている。交流電源６の他端は、第２の電極４Ｂの一端に接続されている。交流電源６の一端をホット側又は高電圧印加側と呼ぶ。交流電源６の他端をコールド側又はグランド側とも呼ぶ。交流電源６は、電極４に印加する電力、電力の印加時間、印加電圧等の調整ができる。交流電源６と、電極４との間には、インピーダンス整合のためにマッチングボックスを設けてもよい。直径が１０ｍｍで長さが１５ｃｍ位の搬送管３を用い、雰囲気５を大気とした場合の一例として、交流電源６の周波数を１ｋＨｚ位の低周波とし、電力を数Ｗから数十Ｗとすることで放電させることができる。
【００２６】
微粒子搬送装置１では、電極４に交流電圧を印加することにより、第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂとの間に交流電界が生じ、帯電した微粒子２が外部電界による静電気力により管内で激しく振動して撹拌される。このため、微粒子２の壁面付着が抑制される。さらには、搬送管３の管内壁面上に沿面放電が生じ，沿面放電による誘起流（プラズマアクチュエータ効果）により、搬送管３にキャリアガスを流さなくても微粒子２を搬送管３の入口３Ａから出口３Ｂの方向、つまり、円筒状の搬送管３の場合には断面の円の中心を通る所謂中心軸方向へ制御して搬送することができる。
【００２７】
誘電体からなる搬送管３と搬送管３に配設される電極４との構成で内部に生じさせた放電は、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）と呼ばれている。搬送管３は、ＤＢＤプラズマチューブとも呼ぶ。ＤＢＤプラズマチューブ内の放電は、雰囲気５として種々のガスを用いることができる。雰囲気５としては、空気を使用するのが最も簡便である。この雰囲気５は大気圧や減圧状態とすることができる。
【００２８】
微粒子搬送装置１では、搬送管３の管内の壁上にＤＢＤプラズマ発生機構を有し、ＤＢＤプラズマによる誘起流によりプラズマアクチュエータ効果が生じる。ＤＢＤプラズマ中のマイナスイオンに作用するプラズマアクチュエータ効果は、非特許文献３に記載されている。非特許文献３は、単にＤＢＤプラズマ中のイオンの挙動だけを解析した文献である。さらに、放電によって帯電した微粒子２に作用する静電気力(非特許文献１参照)により、微粒子２が撹拌される。そのため微粒子２は、攪拌しつつ搬送される。搬送管３に複数の入口３Ａを設け、これらの入口３Ａに複数の異なる微粒子２を流入させた場合には、搬送管３内で攪拌しつつ搬送されることで複数の異なる微粒子２が混合されて出口３Ｂから流出できる。
【００２９】
放電によって帯電した微粒子２に作用する静電気力は、微粒子２に作用する電界に比例する。電界は電圧の関数であるので、静電気力は、交流電源６の印加電圧である例えばＶppに比例する。Ｖppは、所謂ピークツーピーク電圧である。
【００３０】
微粒子搬送装置１で搬送可能な微粒子２の最大粒径について説明する。
上記したように、ＤＢＤプラズマによる放電によって帯電した微粒子２に作用する静電気力により、微粒子２が撹拌して搬送される。この静電気力による搬送を妨げる力を検討した。このような力としては微粒子２を搬送管３の壁面に付着させる力であるファンデルワールス力や鏡像力（以下、壁面付着力とも呼ぶ。）がある。さらに、搬送を妨げる力として微粒子２自体の重力が挙げられる。
【００３１】
具体的に、微粒子２に作用する静電気力を計算して、微粒子２に作用するファンデルワールス力、鏡像力、重力との比較を行った。
交流電源６の代表的な条件である印加電圧１５ｋＶppで計算した結果、微粒子２の粒径が３〜５μｍまでの粒径範囲において、静電気力は、壁面付着力であるファンデルワールス力や鏡像力、及び重力よりも大きくなることが判明した。これにより、微粒子２の粒径が３〜５μｍまでであれば、静電気力による撹拌ができ、微粒子２が搬送管３の内周面や内側の第２電極４Ｂに付着し難くなり、微粒子２が搬送される。微粒子２の粒径が３〜５μｍという値は一計算例であって、微粒子２の比重や、交流電源６の印加電圧、第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂとの間隔を変えて電界強度を調整することによって搬送可能な微粒子２の粒径を変えることができる。従って、搬送可能な微粒子２の最大粒径は、１００〜２００μｍ程度とすることも可能である。
【００３２】
微粒子搬送装置１では、微粒子２が搬送管３内で効率的に撹拌されるために、微粒子２の搬送時における閉塞を回避できる。
【００３３】
微粒子搬送装置１では、搬送管３の雰囲気５を例えば大気圧の空気としてプラズマを生成できるので、特に搬送管３にはガスを流す必要がない。微粒子搬送装置１では、ガスを使用しないので、ガスの流量や圧力を管理するための機械的な部品を必要としない。
【００３４】
次に、搬送管３内の電界について説明する。
ＤＢＤプラズマチューブ内の空気中の３次元電位分布は、下記（１）式の電位Φに関するポアソン方程式の解として与えられる。
∇・（∇εｒΦ）＝−ρｃ              （１）
【００３５】
上記ポアソン方程式を、双共役勾配安定化法（Bi-Conjugate Gradient Stable Method, Bi-CGSTAB法とも呼ばれる。）を用いて解くことにより、搬送管３内の３次元電位分布を求めることができる。
条件として、印加電圧を７．５ｋＶ、搬送管３の内径を１２ｍｍ、テープ状の電極４の幅を５ｍｍ、電極４と搬送管３の軸方向との角度を４５°とした場合の搬送管３内の電位分布を図３〜５に示す。図３〜５では、電位分布を図の濃淡で示している。
【００３６】
図３は、搬送管３内の軸方向断面の電位分布を示す透視図であり、図４は搬送管３内のｒ−Ｚ座標の電位分布を示す図である。図３及び図４から明らかなように、Ｚ軸方向にそって矢印で示す第１電極の箇所の電位分布が高いことが分かる。また、電極４間、つまり第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂとの間の電位勾配も大きく、高電圧が印加された第１の電極４Ａの角部で強い電界が生じることが分かった。
【００３７】
図５は搬送管内のｒ−θ座標の電位分布を示す図である。図５は、図４に示す第１の電極４Ａの断面における電位分布を示している。図５から明らかなように、半径方向の電位勾配は大きく、中心に向かい急激に減少することが分かる。
【００３８】
電極４の角度（θ）をより大きくすることで、誘起流速の軸方向成分はより大きくなることが判明した。電極４と搬送管３の軸方向とのなす角度θを調整することで、微粒子２の効率的な搬送や浄化が可能となる。図２に示すようなＤＢＤプラズマチューブを用いた場合には、角度θを９０°よりも小さな範囲で、かつ、できるだけ大きくすればよい。
【００３９】
本発明の微粒子搬送装置１によれば、キャリアガスを使用しないで、静電気力による微粒子２の撹拌とプラズマ誘起流によって微粒子２の搬送を、連続的に行うことができる。従来の微粒子を静電気力で搬送する技術では、微粒子がチューブ内で摩擦帯電し、クーロン力により搬送管壁面に微粒子の付着や堆積が生じて、微粒子の供給量が時間的に変動したり、搬送管が微粒子によって閉塞される場合があった。しかしながら、本発明の微粒子搬送装置１によれば、微粒子２の搬送を連続的に行うことができるので、従来の微粒子搬送のように装置を停止する必要が無くなる。これにより、微粒子２の搬送を効率よく行うことができる。さらに、微粒子２の搬送をＤＢＤプラズマチューブで行うので、微粒子２の搬送状態を交流電源６によって制御することができる。微粒子２の搬送状態の制御は、交流電源６の通電時間や印加電圧の制御で実施できる。このような交流電源６の制御は、交流電源６に接続されるプロセス用のシーケンサーやコンピュータによって精度よく制御できる。これにより、微粒子２の搬送量や搬送速度等を精度よく制御できる。
【００４０】
（ＤＢＤプラズマチューブの変形例１）
ＤＢＤプラズマチューブの変形例１について説明する。
図６は、ＤＢＤプラズマチューブの変形例１を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
図６に示すように、搬送管１３は、対向する上部と下部の壁が円形、正方形、六角形、その他の多角形の扁平形状を有し、上部と下部との間に内部空間が設けられた縦型の搬送管として構成されている。図示の場合には上下部の壁が円形で、側壁が円筒形状を有している。上部の壁の表面側には、第１の電極１４Ａと入口１３Ａとが配設されている。下部の壁壁の表面側には、第２の電極１４Ｂと出口１３Ｂとが配設されている。搬送管１３の筒内の内部空間は雰囲気５で満たされている。搬送管１３は、搬送管１と同様に樹脂シート、ガラス管、セラミック等の誘電体からなる。
【００４１】
第１の電極１４Ａは、上部の周縁側に設けられた円周部１４Ａ１とこの円周部１４Ａ１に接続される複数の線状電極部１４Ａ２から構成されている。複数の線状電極部１４Ａ２は、円周部１４Ａ１から円中心部側に向けて放射状に伸びており、その各先端は互いに接続されていない。図示の場合、複数の線状電極部１４Ａ２は、円を８等分するように８本の線状電極部１４Ａ２から構成されている。第１の電極１４Ａにおいて、上部の壁が円形でない場合には、円周部は壁の外周部とする。
【００４２】
第２の電極１４Ｂは、下部の中心に設けられた中心部１４Ｂ１とこの中心部１４Ｂ１に接続される複数の線状電極部１４Ｂ２から構成されている。複数の線状電極部１４Ｂ２は、中心部１４Ｂ１から放射状に径方向に沿って伸びており、その各先端は互いに接続されていない。図示の場合、複数の線状電極部１４Ｂ２は、円を８等分するように８本の線状電極部１４Ｂ２から構成されている。
【００４３】
第１の電極１４Ａの各線状電極部１４Ａ２は、それぞれ最も近接する第２の電極１４Ｂの各線状電極部１４Ｂ２と一定の間隔ｔで互いに平行となるように配置されている。
【００４４】
第１の電極１４Ａは、図示しない交流電源６のホット側に接続されている。第２の電極１４Ｂは、図示しない交流電源６のコールド側に接続されている。
【００４５】
ＤＢＤプラズマチューブの変形例１において、交流電源６を印加するとプラズマが発生し、図６（ｂ）に示す矢印の方向にプラズマ誘起流が生じる。これにより、ＤＢＤプラズマチューブの変形例１によっても、微粒子搬送装置１と同様に、静電気力による微粒子２の撹拌とプラズマ誘起流によって微粒子２の周方向への搬送を行うことができる。
【００４６】
（ＤＢＤプラズマチューブの変形例２）
ＤＢＤプラズマチューブの変形例２について説明する。
図７は、ＤＢＤプラズマチューブの変形例２の内部を示す模式的な部分斜視図である。
図７に示すように、搬送管３は縦型の搬送管として構成されている。搬送管は、例えば円筒形状であり、上下の両端の壁には、それぞれ入口３Ａと出口３Ｂとを備えている。搬送管３の内部の中央には、棒状の絶縁材料からなる電極支持部材１８が上下方向に配設され、上下両端の壁に固定されている。絶縁材料としては、ガラスやフッ素樹脂等を使用することができる。電極支持部材１８の外周には、誘電体膜１９が螺旋状に巻回されている。誘電体膜１９の内縁が電極支持部材１８に固定されている。電極１６は、所定の幅Ｗの誘電体膜１９上に形成されている。誘電体膜１９の表面側には、複数の第１の電極１６Ａが誘電体膜１９の外縁から内縁側へ向けて所定ピッチで形成されている。誘電体膜１９の裏面側には、複数の第２の電極１６Ｂが誘電体膜１９の外縁から内縁側へ向けて所定ピッチで形成されている。
【００４７】
第１の電極１６Ａと第２の電極１６Ｂとは、誘電体膜１９の螺旋方向に交互に隣接して配置されている。複数の第１の電極１６Ａと複数の第２の電極１６Ｂは、何れも内側の先端は互いに接続されていない。複数の第１の電極１６Ａは誘電体膜１９表面の外縁側で互いに接続され（図示せず）、図示しない交流電源６のホット側に接続されている。複数の第２の電極１６Ｂは誘電体膜１９裏面の外縁側で互いに接続され（図示せず）、図示しない交流電源６のコールド側に接続されている。
【００４８】
ＤＢＤプラズマチューブの変形例２において、交流電源６を印加するとプラズマが発生し、誘電体膜１９の矢印の方向にプラズマ誘起流が生じる。これにより、ＤＢＤプラズマチューブの変形例２によっても、微粒子搬送装置１と同様に、静電気力による微粒子２の撹拌とプラズマ誘起流によって微粒子２の搬送を行うことができる。図７の微粒子２の搬送方向は、図示するように電極支持部材１８の軸の一方から他方に向う方向である。この搬送方向は下方から上方であるが、この逆方向、つまり上方から下方でもよい。
【００４９】
ＤＢＤプラズマチューブの変形例２においても、搬送管３に複数の入口３Ａを設けてもよい。これらの入口３Ａに複数の異なる微粒子２を流入させた場合には、これらの複数の異なる微粒子２が混合されて出口３Ｂから流出できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態に係る微粒子搬送装置１０を示す概略図である。
図８に示す微粒子搬送装置１０は、図１に示す微粒子搬送装置１にさらにキャリアガスを流す構成が付加されている。図８に示す微粒子搬送装置１０は、搬送管３の入口３Ａに、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部８を備えている。キャリアガスとしては、空気、窒素、アルゴン等のガス、これらのガスを混合した混合ガスが挙げられる。このキャリアガスは搬送ガスと呼ばれる場合もある。
【００５１】
キャリアガス供給部８は、窒素等のキャリアガスのボンベ、このボンベに接続される圧力調整器及び流量計からなり、樹脂や金属からなる配管によって搬送管３の入口３Ａに接続される。窒素ガス以外のキャリアガスとしては、空気、酸素、アルゴン、ヘリウム等を用いることができる。
【００５２】
次に、微粒子搬送装置１０の動作について説明する。
微粒子搬送装置１０の動作は、図１に示す微粒子搬送装置１が雰囲気５となる大気のプラズマを発生するのに対して、プラズマを発生する際に、キャリアガスを流しながら行う点が異なっている。この場合、キャリアガスを流しているが、搬送管１３の壁面近傍のプラズマ誘起流によってキャリアガス流の圧力損失を低減することができる。
【００５３】
本発明の微粒子搬送装置１０によれば、単相の交流電源６によるプラズマ放電を利用し、かつ、キャリアガスを流すという簡単な構成で、静電気力による微粒子撹拌とプラズマ誘起流及びキャリアガスによって微粒子２を攪拌しつつ搬送を行うことができる。壁面近傍のプラズマ誘起流によりキャリアガス流の圧力損失を低減できるので、さらに、微粒子２を効率よく搬送したり、微粒子２の搬送量や搬送速度等を高精度に制御することが可能となる。
【００５４】
（第３の実施形態）
本発明に係る第３の実施形態として、本発明の第１及び第２に実施形態の微粒子搬送装置１，１０を用いた浄化方法について説明する。
本発明の微粒子搬送装置１を用いた浄化方法は、以下の工程で行うことができる。
大気と被浄化物とが含まれている雰囲気５を、搬送管３に導入する工程。
雰囲気５を交流電源６によって放電してオゾンを含む反応性ガスを発生させる工程。
反応性ガスによって雰囲気５中の被浄化物を処理する工程。
【００５５】
本発明の微粒子搬送装置１０を用いた別の浄化方法は、以下の工程で行うことができる。
大気と被浄化物とが含まれている雰囲気５とキャリアガスとを、搬送管３に導入する工程。
雰囲気５を交流電源６によって放電してオゾンを含む反応性ガスを発生させる工程。
反応性ガスによって雰囲気５中の被浄化物を処理する工程。
微粒子搬送装置１０を用いた浄化方法は、微粒子搬送装置１にさらにキャリアガスを流す点が異なる。キャリアガスを流す点以外は、微粒子搬送装置１を用いる浄化方法と同じである。
【００５６】
微粒子搬送装置１の雰囲気５として空気を使用した場合には、ＤＢＤプラズマチューブ内では、空気中の酸素がプラズマ放電によってオゾン（Ｏ３）が生成される。オゾンは強力な酸化作用を有している。このため、雰囲気５となる空気中に含有されている各種の物質、つまり被浄化物の浄化を行うことができる。被浄化物としては、黄砂やタバコの煙等、小麦粉や米等の穀物や穀物等の微粒子２等に付着した塵などが挙げられる。塵は、例えば有機物からなる。従って、微粒子搬送装置１を用いた浄化方法によれば、例えば、有機物の除去、タバコの煙の除去、菌やウイルスの殺菌や減菌等を行うことができる。さらに、オゾンによって有機物の脱臭、脱色等も行うことができる。
【００５７】
本発明の浄化方法に用いる電極は、微粒子搬送装置１の電極や図６及び図７で説明したＤＢＤプラズマチューブの変形例１及び２の電極を使用することができる。この場合、被浄化物の量に応じて、電極の形状を変化させるようにする。つまり、被浄化物の量が多い場合には、搬送管３が円筒状の場合にはその入口３Ａから出口３Ｂまでの寸法を長くして、つまり、電極が配設される領域を延長することによってオゾンを含む反応性ガスとの反応時間を長くする。オゾンを含む反応性ガスとの反応時間を長くすることによって、被浄化物を大量に処理できる。
【００５８】
本発明の微粒子搬送装置１，１０を用いた微粒子の浄化方法によれば、被浄化物を含む大気からなる雰囲気５を高効率で搬送すると共に、被浄化物をオゾンで浄化することができる。
【００５９】
被浄化物のオゾンでの処理は、被浄化物の量や被浄化物とオゾンとの反応時間で決めることができる。短時間の処理では、オゾンによって被浄化物の表面の浄化を行うことができる。短時間の処理では、交流電源６をパルス駆動して、被浄化物にパルス状のオゾンを照射してもよい。このようなパルス状のオゾンを用いた短時間の処理では、オゾンによって被浄化物の表面の浄化を行うことができる。
【００６０】
長時間処理すれば、オゾンによって被浄化物を分解することもできる。長時間の処理には、搬送管３のＺ軸に沿う長さを長くすればよい。さらには、一度オゾンで処理した浄化物を入口３Ａに戻して処理をしてもよい。このような循環浄化は、微粒子搬送装置１，１０の出口３Ｂと入口３Ａとを循環させる循環配管の増設と、入口３Ａ、出口３Ｂ及び循環配管の途中に電磁弁を備えた開閉バルブ等を設け、これらの開閉バルブをシーケンス制御して実施することができる。
【００６１】
搬送管３に複数の入口３Ａを設けてもよい。これらの入口３Ａに複数の異なる被浄化物を流入させた場合には、これらの複数の異なる被浄化物を纏めて浄化できる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
表裏に幅２ｍｍの一対の螺旋状の銅電極４を有する内径１２ｍｍ及び２０ｍｍのテフロン（登録商標）製の搬送管３によってＤＢＤプラズマチューブを製作した。一対の銅電極４の間隔は３ｍｍである。搬送管３の肉厚は０．３ｍｍ、搬送管３の管長は１００ｍｍである。電極４の角度θは４５°〜７５°程度とした。テフロン（登録商標）の比誘電率は２．１である。
【００６３】
交流電源６は、正弦波で周波数を１．０ｋＨｚとした。搬送管３の雰囲気５が流れのない状態で大気圧、室温の下で放電を行った。印加電圧Ｖを変化させて放電を行い、生成した空気プラズマ中に含まれるＯ３濃度は、搬送管３の出口３Ｂに接続したＯ３濃度計１２を用いて測定した。
【００６４】
図９（ａ）〜（ｄ）は、搬送管３の印加電圧Ｖを変化させた際の管内放電発光の図で、（ａ）は電圧印加前、（ｂ）はＶ＝１４．２ｋＶpp、（ｃ）はＶ＝１４．６ｋＶpp、（ｄ）はＶ＝１５．０ｋＶppを示している。
図９（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、印加電圧が大凡１４ｋＶppから１５ｋＶppの間で放電した。印加電圧の増加に伴い、局所的に放電部の発光が強くなると共に、手前から奥に向かって壁面近傍の空気プラズマの発光領域が広がる様子が観測された。
【００６５】
図１０は、搬送管３内で放電時に生成されるＯ３濃度を示す図である。図１０の横軸は印加電圧（ｋＶpp）であり、縦軸は、Ｏ３濃度（ｐｐｍ）である。
図１０から明らかなように、印加電圧が増加するにつれ、反応性ガスであるＯ３の濃度はほぼ線形に増加し、１５ｋＶppを印加した場合、２３０ｐｐｍ程度のＯ３が発生した。
【００６６】
図１１は、キャリアガスを用いない場合のＤＢＤプラズマチューブによるアルミナ微粒子２の搬送の様子を示す図で、（ａ）は電圧印加前、（ｂ）はＶ＝１４．６ｋＶppの場合である。なお、使用したアルミナ微粒子の粒径は３０ｎｍであり、放電前に搬送管３の中央に配置した。
図１１（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、放電を行うことにより粒子が断続的に搬送管３の軸方向に搬送されることが分かった。これは、搬送管３の管壁近傍においてＤＢＤ放電による誘起流及び静電気力により帯電微粒子が輸送されたためである。
【００６７】
次に、ＤＢＤプラズマチューブによるアルミナ微粒子搬送の様子をＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）により可視化して調べた。アルミナ微粒子の流れ場をレーザーシート光とＣＣＤカメラで撮影し、トレーサー粒子の運動を画像解析することにより、流れを可視化すると共にトレーサー粒子の速度計測を行った。トレーサー粒子としては、オイルミストを用いた。オイルミストの粒径は約１０μｍである。ＰＩＶ測定には、フローテックリサーチ社製ＰＩＶシステムを用いた。
図１２は、ＰＩＶによる誘起流の平均速度分布を示す図である。用いたＤＢＤプラズマチューブの内径は１２ｍｍ、電極４の角度は４５°、印加電圧は１４．３ｋＶｐｐ、周波数は１．０ｋＨｚである。図１２から明らかなように、ＤＢＤプラズマによって、搬送管３の出口３Ｂにおいては斜め上向きに、最大で５６ｃｍ／ｓの流れが誘起されることがわかった。
【００６８】
上記実施例から、内径が１２〜２０ｍｍ程度の搬送管３を使用し、粒径が３０ｎｍのアルミナ粉末を用いて、微粒子２の搬送ができることがわかった。上記実施例の寸法は一例であり、微粒子２の種類や搬送管３の寸法は、応用に際して適宜に設計できる。
【００６９】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態で説明した、適宜に調整できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の微粒子搬送装置は、微粒子搬送装置，微粒子精密供給装置，室内の環境浄化装置に使用できる。また、微粒子は、医薬品、化粧品、各種トナー、粉体塗料、スス等に適用できる。
【００７１】
本発明の微粒子搬送装置は、例えば工業用の微粒子の運搬にとどまらず、タバコの煙等を浄化する排煙等の分野にも適用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１、１０：微粒子搬送装置
２：微粒子
３、１３、１５：搬送管３Ａ、１３Ａ、１５Ａ：入口
３Ｂ、１３Ｂ、１５Ｂ：出口
４、１４、１６：電極
４Ａ、１４Ａ、１６Ａ:第１の電極
４Ｂ、１４Ａ、１６Ａ：第２の電極
５：雰囲気
６：交流電源
７：絶縁テープ
８：キャリアガス供給部
１２：Ｏ３濃度計
１８：電極支持部材
１９：誘電体膜
【図１】
0005688651.tif 000002
【図２】
0005688651.tif 000003
【図１０】
0005688651.tif 000004
【図３】
0005688651.tif 000005
【図４】
0005688651.tif 000006
【図５】
0005688651.tif 000007
【図６】
0005688651.tif 000008
【図７】
0005688651.tif 000009
【図８】
0005688651.tif 000010
【図９】
0005688651.tif 000011
【図１１】
0005688651.tif 000012
【図１２】
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