(57)【要約】【課題】高価な製造設備を必要とせず、処理物の回収が容易であり、流体中の異物を粒径により選別するフィルター作用だけでなく、化学的反応により異物中の有害物質を無害化し、あるいは異物中の粒子状物質を粉砕して目詰まりを防止することが可能となる流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を提供する。【解決手段】流体中の異物を処理する流路９０を備えた構造体１００であって、前記流路は、微小な流路径と該流路径よりも大きい流路長を有し、前記流路の壁面には、微小な幾何学的形状部９１，９２，９３が形成され、前記流路を流れる流体中の異物６１，６２，６８が前記流路の壁面に形成された前記幾何学的形状部９１，９２，９７と接触した際の相互作用によって、前記流体中の異物を処理するように構成する。【選択図】            図１
2005144375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の異物を処理するための流路を備えた構造部体であって、
前記流路は、微小な流路径と該流路径よりも大きい流路長を有し、
前記流路の壁面には、微小な幾何学的形状部が形成され、前記流路を流れる流体中の異物が前記流路の壁面に形成された前記幾何学的形状部と接触した際の相互作用によって、前記流体中の異物を処理することを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記幾何学的形状部は、前記相互作用によって、前記流体中の異物を粒径により選別し、または物理的により小さい粒子に粉砕し、または化学的反応により分解する、これらのいずれか一つの処理、あるいはこれらのいずれかとの組み合わせによる処理、あるいはこれらの全ての処理、が可能となる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記流路は、複数の薄板を積層して形成された空間により構成され、前記幾何学的形状部が該薄板の表面に所望の面粗さの凹凸または所望の溝パターンによって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記流路に対して、該流路を流れる流体を該流路の流入口から流入させるための加圧手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項５】
前記流路に対して、該流路を流れる流体を該流路の流出口から加速して流出させるための加速手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項６】
前記流路は、該流路の壁面に触媒が担持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項７】
前記薄板は、導電材料で形成され、または導電材料の表面を有し、前記薄板を積層した積層体を渦電流によって加熱する電磁誘導加熱手段を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項８】
前記薄板は、導電性材料で形成され、または導電性材料の表面を有し、前記薄板を積層した積層体同士の間に電圧を印加する手段を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項９】
前記薄板は、磁性材料で形成され、または磁性材料の表面を有し、前記薄板を積層した積層体同士の間に磁化された磁性体を配置したことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記薄板がリング状薄板からなり、該リング状薄板を積層した積層体の内周面が作る円筒状空間を貫通する、前記薄板を構成する材料と硬度が等しいかまたは硬度の硬い材料からなる円筒体を備え、該円筒体を回転させながら、あるいは、左右回転方向および軸前後方向に振動させながらリング状薄板の円筒状空間を貫通させることにより、前記リング状の薄板を積層した積層体の内周面に付着した異物を除去することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記流路は、該流路の流体の流入口側に形成された第一の形状と、該流路の流体の流出口側に形成された第２の形状を有し、前記第一の形状において前記流体中の異物を粒径により選別及び／または物理的により小さい粒子に粉砕した後、前記第２の形状によって物理化学反応を発生させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１２】
前記流路は、前記流体が前記第一の形状を有する処理部の通過を繰り返すためのフィードバックループを有することを特徴とする請求項１１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記幾何学的形状部が形成された薄板の一部に、該幾何学的形状部により化学的に分解された前記流体中の異物をさらに合成または分解するマイクロリアクタを有することを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１４】
前記幾何学的形状部が形成された薄板を積層してなる第１の積層体と、マイクロリアクタを担持する薄板を積層してなる第２の積層体とを結合して構成したことを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１５】
前記流体が排気ガスであり、前記構造体が該排気ガス中の異物を処理する排気ガス用のフィルターであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の異物を処理する流路を備えた構造体に関し、例えば水、空気、油、溶融ポリマー等の流体中に含まれる固体またはゲル状物質等の異物を分離するフィルター作用だけでなく、特に、高温、高圧、腐食環境などの厳しい条件においても使用でき、物理化学的反応により異物中の有害物質を無害化し、あるいは異物中の粒子状物質を粉砕して目詰まりの防止を可能とする構造体に関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体中の異物を処理する手段の一つとして、空隙を有する濾過媒体によって流体中の異物を補足して分離するフィルターが用いられ、そのフィルターの濾過媒体として、ポーラス金属や金属繊維不織布を用いたものが知られてる。
このような従来例のフィルターにおいて、例えば、特許文献１には濾過媒体として、ポーラス金属を用いてガス多孔質金属フィルターを構成したものが開示されている。このフィルターは、図１１（ａ）に示されるように、ポーラス金属からなる円筒状の濾過媒体１０が円盤状の筐体５０に設けられた溝部１２に取付けられて構成されている。図においては、濾過媒体１０と筐体５０の結合隙間にガスケット４０が配置されている。濾過媒体１０は、図示するように内部に直線状の貫通孔１１を有しており、該貫通孔１１は放射状に形成されている。濾過される汚染流体２０はフィルターの内部から供給され、濾過媒体１０により濾過された後、浄化流体３０としてフィルターの外部から回収される。フィルターに流入する流体２０に存在する異物６０は、濾過媒体１０の内部に蓄積される。また、図１１（ｂ）は濾過媒体１０であるポーラス金属の斜視図である。内周面１５の気孔１３と外周面１６の気孔１４は互いに結合して貫通穴１１を形成している。
【０００３】
このようなポーラス金属は、例えば特許文献２に開示されているような製造方法によって製造される。特許文献２のポーラス金属の製造方法によれば、製造工程におけるガスの種類や圧力、凝固条件を変えることにより、生成すべき気孔の径や分布密度が制御される。これによれば、例えば、数μｍの径の貫通穴１１を一様に分布させることも容易である。
【０００４】
また、特許文献３には濾過媒体として、金属繊維不織布を用いて金属フィルターを構成したものが開示されている。図１２（ａ）は、特許文献３における円筒体金属フィルター７０の断面図であり、（ｂ）は薄板表面の幾何学的形状部を溝で形成したときの第１のパターン例を示す図である。この円筒体金属フィルター７０は縦方向の重合部７４を溶接した内側の筒状金網７１と、金属繊維の薄いフェルトシートを内側の筒状金網７１に巻き付けたフィルター本体７２と、縦方向の重合部７５を溶接した外側の筒状金網７３とで構成されている。これによれば、金網７１、７３は２５メッシュ程度で目が細かく、線径が０．２ｍｍ以下であるため、金属フィルター７０の通気性や破損への影響は少ない。また、フィルター本体７２の素材には、線径５〜３０μｍのステンレススチール繊維が用いられ、得た筒型のフィルター素材にシリカアクリル樹脂溶液などを含浸し硬化して金属フィルター７０とする。また、これによれば、金属フィルター７０は、濾取すべき高温ガス中の異物の大きさに応じてフィルター本体７２の密度と厚みを調整すれば良く、目が細かいフェルトを用いると１〜２μｍ程度の異物でも濾取することができる。
【特許文献１】特開２００１−１６２１１８号公報
【特許文献２】特開平１０−８８２５４号公報
【特許文献３】特許第２８５９８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来例のフィルターは、以下のような問題点を有している。
すなわち、上記した特許文献１のポーラス金属のフィルターにおいては、特許文献２で説明したようにポーラス金属を製造する際に、凝固条件により生成すべき気孔の径や分布密度を変えるために、金属を真空中で溶融してガスを加え、圧力と温度を制御しながら凝固させることから、溶融炉や真空装置、圧力や温度の制御装置が必要である。また、気孔の大きさや分布密度は、溶融する金属や加えるガスの種類、圧力や温度プロフィールにより変化するため、比較的高価な製造設備が必要となる。
【０００６】
また、上記した特許文献３の金属繊維不織布を用いたフィルターにおいては、濾過時に流体の通過が屈曲、分留、合流等により複雑であり、かつ、その延長は濾過媒体の厚みより長くなって、エネルギー損失が大きくなるという問題がある。
さらに、濾過媒体の空隙に補足された固体粒子やゲルなどの異物が累積し、濾過性能が低下し、流体の通過経路が複雑な場合は、例えば濾過時と逆方向に流体を流す逆洗などの方法によっても異物は完全には除去されず、フィルターの使用寿命が低下するという問題がある。
また、上記したこれらの従来例のフィルターでは、流体中の異物を濾過して分離することはできても、さらにこれらの異物を化学的反応により無害化し、あるいは異物中の粒子状物質を粉砕して目詰まりを防止するようにすることはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、高価な製造設備を必要とせず、処理物の回収が容易であり、流体中の異物を粒径により選別するフィルター作用だけでなく、化学的反応により異物中の有害物質を無害化し、あるいは異物中の粒子状物質を粉砕して目詰まりを防止することが可能となる流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成した流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を提供するものである。
すなわち、本発明の構造体は、流体中の異物を処理する流路を備えた構造体であって、前記流路は、微小な流路径と該流路径よりも大きい流路長を有し、前記流路の壁面には、微小な幾何学的形状部が形成され、前記流路を流れる流体中の異物が前記流路の壁面に形成された前記幾何学的形状部と接触した際の相互作用によって、前記流体中の異物を処理することを特徴としている。
また、本発明の構造体は、前記幾何学的形状部が、前記相互作用によって、前記流体中の異物を粒径により選別し、または物理的により小さい粒子に粉砕し、または化学的反応により分解する、これらのいずれか一つの処理、あるいはこれらのいずれかとの組み合わせによる処理、あるいはこれらの全ての処理、が可能となる形状を有することを特徴としている。
本発明においては、このように、幾何学的形状部が形成された細くて長い流路によりマイクロ流路を形成し、流体中の異物に物理化学的反応を発生させて異物処理を行う。これには、後述するマイクロ流路によるスケーリング効果が寄与している。
【０００９】
本発明の構造体は、具体的にはつぎのように構成することができる。
本発明の構造体は、前記流路を複数の薄板を積層して形成された空間により構成し、前記幾何学的形状部を該薄板の表面に所望の面粗さの凹凸または所望の溝パターンによって形成することができる。
また、本発明の構造体は、前記流路に対して、該流路を流れる流体を該流路の流入口から流入させるための加圧手段を設けるようにすることができる。
また、本発明の構造体は、前記流路に対して、該流路を流れる流体を該流路の流出口から加速して流出させるための加速手段を設けるようにすることができる。また、本発明の構造体は、前記流路の壁面に触媒を担持させるようにすることができる。
また、本発明の構造体は、前記薄板を、導電材料で形成し、または導電材料で表面を覆うように構成し、前記薄板を積層した積層体を渦電流によって加熱する電磁誘導加熱手段を設けるようにすることができる。
また、本発明の構造体は、前記薄板を、導電性材料で形成し、または導電性材料で表面を覆うように構成し、前記薄板を積層した積層体同士の間に電圧を印加する手段を設けるように構成することができる。
また、本発明の構造体は、前記薄板を、磁性材料で形成し、または磁性材料で表面を覆うように構成し、前記薄板を積層した積層体同士の間に磁化された磁性体を配置するように構成することができる。
また、本発明の構造体は、前記薄板をリング状薄板で構成し、該リング状薄板を積層した積層体の内周面が作る円筒状空間を貫通する、前記薄板を構成する材料と硬度が等しいかまたは硬度の硬い材料からなる円筒体を備えるようにし、該円筒体を回転させながら、あるいは、左右回転方向および軸前後方向に振動させながらリング状薄板の円筒状空間を貫通させることにより、前記リング状の薄板を積層した積層体の内周面に付着した異物を除去する構成を採ることができる。また、本発明の構造体は、前記流路の流体の流入口側に第一の形状と、該流路の流体の流出口側に第２の形状を形成し、前記第一の形状において前記流体中の異物を粒径により選別及び／または物理的により小さい粒子に粉砕した後、前記第２の形状によって物理化学反応を発生させる構成を採ることができる。
また、本発明の構造体は、前記流体が前記第一の形状を有する処理部の通過を繰り返すためのフィードバックループを有する構成を採ることができる。
また、本発明の構造体は、前記幾何学的形状部が形成された薄板の一部に、該幾何学的形状部により化学的に分解された前記流体中の異物をさらに合成または分解するマイクロリアクタを有する構成を採ることができる。
また、本発明の構造体においては、前記幾何学的形状部が形成された薄板を積層してなる第１の積層体と、マイクロリアクタを担持する薄板を積層してなる第２の積層体とを結合した構成を採ることができる。
また、本発明の構造体は、前記流体が排気ガスである場合、前記構造体を該排気ガス中の異物を処理する排気ガス用のフィルターとして構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高価な製造設備を必要とせず、処理物の回収が容易であり、流体中の異物を粒径により選別するフィルター作用だけでなく、化学的反応により異物中の有害物質を無害化し、あるいは異物中の粒子状物質を粉砕して目詰まりを防止することが可能となる流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を実現することができる。また、これによれば高温、高圧、腐食環境などの厳しい条件においても使用でき、あるいは取り外して洗浄できるように構成することで、メンテナンスが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１における流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を説明する模式図である。
図において、構造体１００に形成された流路９０の側面には、本実施例の第１の特徴である幾何学的形状部９１、９２、９７が構成されている。また、流入口９３より流入する汚染流体２０に含まれる異物６１、６２、６８が、幾何学的形状部９１、９２、９７と相互作用する機会を大きくするために、本実施例の第２の特徴として流入口９３の間口Ｄより流路長Ｌが大きい構成とされている。
【００１３】
ここで、流路９０の断面の寸法は数μｍから数百μｍとされており、流入口９３より寸法の小さい異物６１、６２、６８は、流入口９３から流路９０に汚染流体２０とともに流入する。また、流路９０は、上記したとおりその流路長Ｌが流路の断面積より長い寸法とされていることから、単位体積当たりの表面積が大きい構成を有している。従って、このような流路９０によって、異物６１、６２、６８と流路９０の側面との接触の機会を多くした、単位体積当たりの表面積が大きく、流路幅の狭いマイクロ流路が形成される。
すなわち、本実施例の流路９０は、異物に対するフィルターの機能を持つだけでなく、流路９０に進入した異物に対しては、上記したマイクロ流路を利用して物理化学反応を発生させ、例えば有害物質を無害化することなどができる。また、これを流路内で微粒子に分解し、目詰まりも防止できる。
【００１４】
これらを具体的に説明すると、流路９０の側面の幾何学的形状部９１、９２、９７によって、異物６１、６２、６８は流路中のこれらの幾何学的形状部に接触または衝突する。そのとき発生する力学的エネルギーや熱エネルギーによって、例えば、異物６１が微生物や有毒有機物であれば、微生物は殺菌され、有毒有機物は分解されて無害化される。また、異物６８が粒子状物質であれば、これを粉砕して物理化学処理のし易い微粒子にするとともに、流路９０の目詰まりを防ぐことができる。異物６２が有害分子または有害分子クラスターであれば、有害分子は無害化することが可能である。多くの場合、有害分子は流体分子と同程度の大きさ（〜Å）であるため、分子と相互作用する幾何学的形状部９７は、例えばカーボンナノチューブに目的とする有害分子と相互作用する物質を担持したような、物質選択性のあるウィスカー状形状であることが望ましい。
このように殺菌、分解、粉砕等により処理された微粒子６３、６４、６５、６９は、流路９０中で選択的に補足されるか、または、浄化流体３０とともに流出口９４より流出して、後工程（不図示）にて捕捉される。
【００１５】
［実施例２］
図２は、本発明の実施例２における薄板による構成例を説明する図である。
図２（ａ）は、薄板１０１を積層したときにできる隙間を流路とする異物の分離分解手段の構成を示す図である。
図２（ａ）では薄板１０１の片方の表面または両方の表面を粗さ加工している。このように、例えば、一方の表面をなし地１２０にして他方の面を鏡面加工した薄板１０１を積層すると、なし地１２０の突起部１２２と鏡面部（不図示）が接触し、その積層面には数μｍ〜数十μｍの幅の空間が形成される。この空間を流路９５として利用する。なし地の突起部１２２が流路９５に形成される幾何学的形状部であり、適切な形状と分布密度を設定することにより、効果的に異物を分離分解する。薄板の表面処理は公知の物理的または化学的処理により所望の幾何学的形状部を作成できる。積層体１１０は図示においては平板を積層しているが、薄板１０１を可撓性のある薄膜シートとして、その薄膜シートをロール状に捲いて積層しても良い。
【００１６】
図２（ａ）において、汚染流体２０に含まれる異物６１、６２、６８は流入口（積層体１１０手前面）から流路９５に流入する。流路９５の積層方向の寸法は数μｍ〜数十μｍであり、なし地をつくる突起物１２２が流路９５中に散在するため、異物６１、６２、６８は突起部１２２と衝突するか接触する。そのとき発生する力学的エネルギーや熱エネルギーによって、上記実施例１で説明した異物６１、６２、６８の殺菌、分解、粉砕等が進行し、微粒子はさらに突起部１２２や微粒子同士、さらには薄板表面と衝突を繰り返すことにより、殺菌、分解、粉砕等により処理される。
【００１７】
上記したように微小な流路径のもとで、流路９５で構成された単位体積当たりの表面積が大きく、流路幅の狭いマイクロ流路においては、上記した流路を流れる流体中の異物が前記流路の壁面に形成された前記幾何学的形状部と接触した際の相互作用によって、微粒子の高速混合を行うことが可能となり、また、高速の熱交換や高速の拡散を行うことができ、流路９５でのフローを精密に制御できるといった、優れた機能を奏することが可能となる。言いかえると、スケールの減少により輸送現象を支配する物理量が変わることにより、サイズの減少とともに慣性力が減少し粘性力と表面張力が支配的になる。すなわち、本実施例によると、このようなマイクロ流路のスケーリング効果により、マイクロ流路中の微粒子は物理的化学的反応がより起こし易く、また制御し易くすることができる。
【００１８】
積層体１１０の流出口（紙面裏側）から浄化流体３０とともに排出される生成物は、薄板表面の面粗さや溝パターン、あるいはウィスカーが担持する物質を変える事により、無害化された微生物や有機物６５、酸化または還元されたまたは不活性化された分子６６や原子６７、後処理し易いように微粒子化された物質６９、とすることが可能である。
【００１９】
図２（ｂ）に薄板表面の幾何学的形状部を溝で形成したときの第１のパターン例を示す。図示する溝パターン１２１はツリー構造になっている。図において、１２１１は第１パターン、１２１２は第２パターン、１２１３は第３パターンである。また、１２１５は第２の流入部、１２１４は第３の流入部である。汚染流体２０が流入する流入口から始まる流路は分技と集合を繰り返し、最終的には浄化流体３０は流出口１２１６から排出される。
溝パターン１２１には分技があるため、これに加えて溝の深さを段階的に変化させることにより、効率的な異物の分解および粉砕が可能である。流出部１２１３では粒子の大きさ毎に流出口を変えることも可能である。
【００２０】
また、第１のパターン１２１１にて異物の分解および粉砕を行い、第２のパターン１２１２のマイクロ流路機能を用いて微粒子の物理化学反応を発生させ、第３のパターン１２１３を用いて生成物の粒径により流出口を分けて生成物を分離捕獲することもできる。また、第２の流入口１２１５から所定の物質を流入させて、第２のパターン１２１２のマイクロ流路にて、前記微粒子と前記所定物質との物理化学反応を起こすことも可能である。さらに、第２のパターン１２１２にて生成した化合物は、第３の流入口１２１４からゼオライト等を注入して化合物を凝集させて、第３のパターン１２１３にて凝集物を捕集することもできる。
【００２１】
図２（ｃ）に薄板表面の幾何学的形状部を溝で形成したときの第２のパターン例を示す。図示する溝パターン１２２’は櫛歯構造になっている。これは、異物と流体を分離するときに好適である。溝パターン１２２’の断面は含まれる異物より大きく、櫛歯が対向する薄板面部１０１１は、積層したときに流体分子より大きく異物より小さい隙間が形成される。
汚染流体２０に含まれる異物は溝パターン１２２１に蓄積する。パターン１２２１に蓄積した異物は、積層体を分解して洗浄することにより容易に捕集できる。浄化流体３０は薄板面部１０１１を通過して対向する櫛歯溝パターン１２２２に流入し流出口より排出される。薄板面部をマイクロ流路として、浄化流体について物理化学的処理を行うこともできる。すなわち、溝パターン１２２１への蓄積を免れた不純物は、薄板面部のマイクロ流路により無害物質に分解されるか、あるいは合成される。
【００２２】
［実施例３］
つぎに、本発明の実施例３における構成例を説明する。
図３（ａ）に、本実施例の流入流体を加圧する加圧手段を有する異物の分離分解手段を例示する。マイクロ流路を形成する手段として、表面に幾何学的形状部を有したリング状薄板１３０を積層している。積層体を形成する最下層の薄板は円形であり、円筒状内径空間を塞いでいる。リング状薄板１３０の積層体を覆う筐体１４０の側面には穴が空いており、積層されたリング状薄板１３０が作る流路から流出した浄化流体３０が放出される。加圧手段２２０により、リング状薄板１３０積層体の内周から流入する汚染流体２０のマイクロ流路（薄板間の隙間）での流れが加速されるため、異物が流路側面に形成される幾何学的形状部に衝突するエネルギーが大きくなり、分離と分解が促進される。
【００２３】
［実施例４］
つぎに、本発明の実施例４における構成例を説明する。
【００２４】
図３（ｂ）に、本実施例の流入液体を流入口から流出口に向かって加速するための加速手段を有する異物の分離分解手段を例示する。回動手段２３０はリング状薄板１３０積層体またはリング状薄板１３０積層体と筐体１４０を、一対称軸付近を回転軸として回転させて、リング状薄板１３０積層体の内周から流入する汚染流体２０のマイクロ流路（薄板間の隙間）での流入口から流出口に向かっての流れを加速する。異物が流路側面に形成される幾何学的形状部に衝突するエネルギーが大きくなり、分離と分解が促進される。
【００２５】
図３（ｃ）と（ｄ）はリング状薄板１３０の表面に形成された幾何学的形状部を表したものであり、（ｃ）は表面粗さの分布密度を指定して粗さ処理した表面１３１を示すものであり、（ｄ）は溝パターン１３２（幅や深さ、幾何学座標）を指定して処理した表面を示すものである。
図３（ｂ）のようにリング状薄板１３０積層体を回転させる場合には、溝パターン１３２は回転軸対称である方が望ましい。表面処理は物理的処理としてスタンプや切削、研磨、塗装、化学的処理としてエッチングや蒸着、スパッタリング、結晶成長、等により所望の幾何学形状が作成可能である。
【００２６】
［実施例５］
図４は、本発明の実施例５における触媒を担持する薄板積層体を説明する図である。図４に示す異物の分離分解手段は、薄板１０１の一方の面に幾何学的形状部１２０を形成し他面に触媒１５０を担持したものを積層している。流路９６に進入した異物は分離または粉砕されて微粒子になる。さらに、触媒１５０の作用によりマイクロ流路内での物理化学反応（酸化反応や還元反応、イオン化や吸着反応など）が促進される。
【００２７】
本実施例は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（炭素質からなる煤と高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分））の処理に利用できる。すなわち、排気ガスに含まれる可燃粒子は薄板１０１の幾何学的形状部に衝突して微粒子になり、同時に酸化触媒により燃焼し、最終的には二酸化炭素と水になる。酸素を放出する触媒を追加しても良い。また、窒素酸化物は還元触媒によって窒素と酸素に分解される。
【００２８】
［実施例６］
図５は、本発明の実施例６における加熱手段を備えた分離分解手段を説明する図である。本実施例は、リング状薄板１３０を導電材料とするか、または導電材料で表面を覆われており、リング状薄板１３０を積層した積層体を渦電流により加熱するための電磁誘導加熱手段を有する構成とした。電磁誘導加熱手段は図においては誘導コイル１６０である。交流電流を発生する装置は図示しない。リング状薄板１３０積層体の汚染流体２０の流入側端部には仕切り板１３３が固着され、他端に固着される薄板１３４には円形であり中心穴を塞いでいる。仕切り板１３３の外周が非導電材料からなる筐体１４１の内周面と固着することにより、汚染流体２０と浄化流体３０との混入を防いでいる。
【００２９】
リング穴部から流入した汚染流体２０中は、表面に幾何学的形状部を担持するリング状薄板１３０積層体がつくるマイクロ流路を通過して浄化される。浄化流体３０は、リング状薄板１３０積層体の外周部から流出し排出される。マイクロ流路を通過する汚染流体２０が含む異物はリング状薄板１３０の表面に形成された幾何学的形状部に衝突して細かい粒子に砕かれる。誘導コイル１６０に電流が流れるとリング状薄板１３０積層体全体に渦電流が流れ積層体全体が一様に過熱される。流路中の幾何学的形状部に衝突して細かく粉砕された粒子は加熱されるため、燃焼等の化学反応が効果的に進行する。排ガスの浄化装置に利用すれば、排ガス中の可燃微粒子が全体的に加熱されたリング状薄板１３０積層体に接触して完全燃焼する。
【００３０】
［実施例７］
つぎに、本発明の実施例７における電圧印加手段を備える分離分解手段の構成例を説明する。
図６（ａ）は、本実施例の帯電した微粒子を選別または捕集する手段であり、導電材料からなるリング状薄板１３０か、または導電材料で表面を覆われているリング状薄板１３０を積層した第１の積層体１３４’と第２の積層体１３５とからなり、第１の積層体と前記第２の積層体の間に電圧１７０を印加する構成とし  た。
本実施例は、例えば、海水の淡水化手段に最適である。すなわち、海水２０は、流入口１４３から、筐体１４２（絶縁体）と２枚の仕切り板１３３に囲まれた空間に流入する。２枚の仕切り板１３３は、それぞれ、相対的に負電位と静電位に電圧１７０が印加されているから、海水２０中の化合物は電気分解されて陰イオンと正イオンに電離する。
【００３１】
陰イオンは第１の積層体１３５の内周かまたは積層体１３５を構成する積層板１３０に形成された幾何学的形状部（例えば溝パターン）に捕捉される。正イオンは第２の積層体１３６の内周かまたは積層体１３６を構成する積層板１３０に形成された幾何学的形状部に補足される。異物が塩化物であった場合は、第１の積層体１３５からは塩素ガスが発生する。第２の積層体１３６にはナトリウムやマグネシウム等の凝集物が捕集される。海水２０はリング状積層板１３０が作る流路を通過しながら浄化され、浄水３０になり、それぞれ、第１の積層体１３５の外周と第２の積層体１３６の外周から流出する。
【００３２】
［実施例８］
つぎに、本発明の実施例８における磁化された磁性体を備える分離分解手段の構成例を説明する。
図６（ｂ）は、本実施例の磁性微粒子を選別または補足する手段であり、磁性材料からなるリング状薄板１３０か、または磁性材料で表面を覆われているリング状薄板１３０を積層した第１の積層体１３５と第２の積層体１３６とからなり、第１の積層体１３５と前記第２の積層体１３６の間に円筒軸方向に磁化された磁性体２４０を付与する構成とした。磁性体２４０の内側には保護リング２４１が固着されている。保護リングは磁性体でも良い。分りやすくするため、図中Ａ−Ａ’面で磁性体２４０と保護リング２４１を切断している。
【００３３】
本実施例は、例えば、切削粉の微粒子を含む切削油の浄化手段に最適である。磁性微粒子を含む切削油２０は、流入口１４３から、筐体１４２（非磁性体）と２枚の仕切り板１３３に囲まれた空間に流入する。磁性体２４０により、第１の積層体１３５と第２の積層体１３６は磁化されているから、磁性微粒子は第１と第２の積層体１３５、１３６の内周かまたはそれぞれの積層体を構成する積層板１３０に形成された幾何学的形状部（例えば溝パターン）に補足される。切削油２０はリング状積層板１３０が作る流路を通過しながら浄化され、磁性微粒子を含まない油３０になり、それぞれ、第１の積層体１３５の外周と第２の積層体１３６の外周から流出する。
【００３４】
［実施例９］
図７は、本発明の実施例９におけるリング状薄板積層体の内周に捕捉した異物を回収する手段の構成を示す図である。図において、リング状薄板１３０に形成された幾何学的形状部がつくるマイクロ流路断面の大きさが、補足を目的とする粒子より小さい場合、粒子はリング状薄板１３０の内周側に補足される。図７は、積層体のマイクロ流路を目詰まりさせることなく、このリング状薄板１３０の内周側に補足された粒子１９０を削り取って容器２００に捕集する方法を示す。
【００３５】
円筒面が所定の面粗さにて形成された砥石１８０はリング状薄板１３０の内径と等しいかわずかに大きい、または小さい。砥石１８０は、リング状薄板１３０薄板を構成する材料と硬度が等しいかまたは硬度の硬い材料からなる。砥石１８０はリング状薄板１３０積層体の内周面が作る空間に挿入され、回転しながら、あるいは、左右回転方向および軸前後方向に振動しながら前記空間を貫通する。砥石１８０が振動しながらリング状薄板１３０積層体の内周に付着した粒子を削り取っていくので、リング状薄板１３０に形成された幾何学的形状部がつくるマイクロ流路の断面はつぶれない。
【００３６】
［実施例１０］
図８及び図９は、本発明の実施例１０における構成例を説明する図である。本実施例は、粒子の分離や粉砕と、粒径による選別を可能にするものである。
図８に本実施例における異なる機能を持つ幾何学的形状部を担持する薄板の構成を示す。また、図９に本実施例における異なる機能を持つ複数のリング状薄板積層体を組合わせた異物の分離分解手段の構成を示す。
本実施例では、図８のように上記目的を達成するために、薄板１０１表面に機能の異なる幾何学的形状部を設けた。今までの実施例でも明らかなように、流路１２３は薄板１０１を積層することにより形成される。また、図９のように異なる機能ごとに、リング状薄板積層体を複数組み合わせている。
【００３７】
図８において、汚染流体２０に含まれる異物は、流路１２３の流入口に配置された仕切りパターン１２７と積層される薄板により、粒径の大きいものは流路１２３への進入を阻止される。次に、流路１２３に進入した粒子は楔状パターン１２４に衝突して分離・粉砕される。粉砕された粒子のうち、幾何学的形状部１２６と積層される薄板が作るマイクロ流路の断面形状より大きいものは、フィードバック流路１２５を通り逆戻りして、再び楔状パターン１２４と衝突して分離・粉砕される。十分に小さな微粒子になるまでこれを繰り返す。
幾何学的形状部１２６の設計方法は２通りある。すなわち、幾何学的形状部１２６を微粒子が通過しない程度の細かい形状として、浄化流体３０のみを排出して微粒子は幾何学的形状部の手前で捕獲することができる。あるいは、微粒子が進入できる幾何学的形状部として、マイクロ流路を通過中に物理化学的反応を発生させて、微粒子を所望の生成物に変えるかまたは無害化させて、浄化流体３０とともに排出することも可能である。この場合、後工程において生成物の捕獲手段が必要である。
【００３８】
図９において、積層体１３５を構成するリング状薄板表面に形成された幾何学的形状部は、積層体１３６と比較して粗く設定されている。汚染流体２０は内周から外周へ積層体１３５の流路を通過し、次に積層体１３６の内周に流入して積層部の流路を通過して外周から流出する。すなわち、積層体１３５は大きい粒子を捕獲し、積層体１３６は小さい粒子を捕獲できる。微粒子を構成する原子や分子によって大きさが異なるため、流体に含まれる異物を選別して捕集する場合に好適である。粒子を小さくする必要がある場合は、積層体１３５の前工程に、本発明の実施例による粒子を分離・粉砕するための手段を設ければよい。
【００３９】
［実施例１１］
つぎに、本発明の実施例１１における構成例を説明する。
【００４０】
図１０（ａ）に、本実施例における片面に幾何学的形状部を形成し、残りの面にマイクロリアクタ（マイクロ反応路）を担持する薄板を積層した構成例を示す。マイクロリアクタとはマイクロ流路のことである。前述した実施例では、幾何学的形状部を用いてマイクロ流路を構成できることを示したが、本実施例では、幾何学的形状部が作るマイクロ流路では異物の分離・分解機能に絞り、所望の生成物を合成するプロセスをマイクロリアクタに担わせることにより、より性能の高い異物の分離分解手段を構成するようにしたものである。
図１０（ａ）において、薄板１０１は片面に幾何学的形状部を形成するための粗さ処理した表面１２０を担持し、他面にマイクロリアクタ２１０を担持する。これを積層すると、マイクロリアクタと幾何学的形状部が並列に配置された流路９８ができる。汚染流体２０に含まれるサイズの大きい異物２４２は、薄板１０１積層体の流入口で捕捉され容器２００に回収される。流路９８に進入した粒子２４２’は幾何学的形状部１２０に衝突して微粒子になる。マイクロリアクタは微粒子を取込んで化学反応を発生させて、微粒子を所望の生成物２４１に合成または分解する。生成物２４１は浄化流体３０とともに排出される。
【００４１】
［実施例１２］
つぎに、本発明の実施例１２における構成例を説明する。
【００４２】
図１０（ｂ）に、本実施例における一方の表面に所望の幾何学的形状部を担持する薄板を積層してなる第１の積層体２５０と、一方の表面にマイクロリアクタを担持する薄板を積層してなる第２の積層体２５１を結合した構成例を示す。目的とする作用は実施例１１と同じであるが、図１０（ｂ）に示す第１の積層体２５０と第２の積層体２５１との積層体結合物においては、第１の積層体２５０は流入口で汚染流体２０に含まれる粒子２４２’を捕捉し浄化流体３０のみを排出する構成とした。捕捉された粒子２４２’は、図示するように第２の積層体２５１に導かれ、マイクロリアクタの流路に流入する。マイクロリアクタ２１０は粒子２４２’に化学的処理（酸化還元反応、等）を施して所望の生成物２４１を生成する。
【００４３】
以上の実施例の説明から明らかなように、これらによれば従来のポーラス金属フィルタや不織布金属フィルタとは異なり、例えば、薄板の表面に適切な物理的または科学的表面処理を施して、その薄板を積層することにより流路を形成することができるので、一般的な、物理的または化学的表面加工技術あるいはウィスカー形成技術を用いて、高価な製造設備を必要することなく、安価に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１における流体中の異物を処理する流路を備えた構造体を説明する模式図。
【図２】本発明の実施例２における薄板による構成例を説明する図であり、（ａ）は、薄板を積層したときにできる隙間を流路とする異物の分離分解手段の構成を示す図であり、（ｂ）は薄板表面の幾何学的形状部を溝で形成したときの第１のパターン例を示す図であり、（ｃ）は薄板表面の幾何学的形状部を溝で形成したときの第２のパターン例を示す図。
【図３】本発明の実施例３及び実施例４における構成例を説明する図であり、（ａ）は実施例３の流入流体を加圧する加圧手段を有する異物の分離分解手段の構成を示す図であり、（ｂ）は実施例４の流入液体を流入口から流出口に向かって加速するための加速手段を有する異物の分離分解手段の構成を示す図。また（ｃ）は表面粗さの分布密度を指定して粗さ処理した表面１３１を示す図であり、（ｄ）は溝パターン１３２（幅や深さ、幾何学座標）を指定して処理した表面を示す図である。
【図４】本発明の実施例５における触媒を担持する薄板積層体を説明する図。
【図５】本発明の実施例６における加熱手段を備えた分離分解手段を説明する図。
【図６】本発明の実施例７及び実施例８における電圧印加手段または磁化された磁性体を備える分離分解手段を説明する図。
【図７】本発明の実施例９におけるリング状薄板積層体の内周に捕捉した異物を回収する手段を説明する図。
【図８】本発明の実施例１０における異なる機能を持つ幾何学的形状部を担持する薄板を説明する図。
【図９】本発明の実施例１０における異なる機能を持つ複数のリング状薄板積層体を組合わせた異物の分離分解手段を説明する図。
【図１０】本発明の実施例１１及び実施例１２における構成例を説明する図であり、（ａ）は実施例１１における片面に幾何学的形状部を形成し、残りの面にマイクロリアクタ（マイクロ反応路）を担持する薄板を積層した構成例を示す図であり、（ｂ）は実施例１２における幾何学的形状部を担持する薄板積層体と、マイクロリアクタを担持する薄板積層体を結合した構成例を示す図。
【図１１】従来例である特許文献１の、ポーラス金属を用いたフィルター手段を説明する図であり、（ａ）はガス多孔質金属フィルターの構成を示す断面図、（ｂ）は濾過媒体であるポーラス金属の斜視図。
【図１２】従来例である特許文献２の、金属不織布を用いたフィルター手段を説明する図であり、（ａ）は円筒体金属フィルターの構成を示す断面図、（ｂ）は円筒体金属フィルターの斜視図。
【符号の説明】
【００４５】
１０：ポーラス金属（濾過媒体）
１１：貫通穴
１００：構造体
１０１：薄板
１１０、１３５、１３６、２５０、２５１：積層体
１２０：なし地
１２２：突起部
１２１、１２２’、１３２：溝パターン
１３０：リング状薄板
１３１：粗さ処理した表面
１２４、１２６、１２７、９１、９２、９７：幾何学的形状部
１２５：フィードバック流路
１３３：仕切り板
１３４：円形薄板
１５０：触媒
１７０：電圧印加手段
１８０：砥石
２０：汚染流体、例えば排ガスや海水、使用済み切削油
２１０：マイクロリアクタ
２２０：加圧手段
２３０：回動手段
２４０：磁化された磁性体
２４１：化学的に処理された生成物
５０、１４０、１４１、１４２：筐体
１４３：筐体の流入口
６０、６１、６２、６８：異物
６３、６４、６５、６６、６７、６９：微粒子
７２：不織布金属（フェルト）からなるフィルター本体
９０、９５、９６、９８、１２３：流路
【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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【図１１】
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【図１２】
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