JP2002537993A - 気体流から粒子および/または液滴形態の物質を分離する方法およびプロセス - Google Patents
気体流から粒子および/または液滴形態の物質を分離する方法およびプロセスInfo
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Abstract
Description
し、本方法においては外壁が接地されている採集チャンバ中に気体流を導くと共
に、採集チャンバ内に配置したイオン発生チップに高電圧をかけることによって
、所望の物質を気体流から分離するイオン・ビームを、採集表面となる壁面に向
かって発生させる。本発明はさらに、前記方法を適用するための装置にも関する
。
電気的方法が、気体浄化システムおよび気体流からの粒子の分離に使用されてい
る。
の速度が増すと強い空気抵抗を生ずるために、気体流の速度は低く抑える必要が
ある。またフィルタの分離度は、速度の増加と共に減少する。マイクロ・フィル
タを例にとると、気体流速は大体において毎秒0.5m未満である。さらに、ナ
ノメートル級の粒子(すなわち、直径が1から数十ナノメートルの粒子)になる
と、公知の技術では良い浄化結果を達成することは不可能である。
を採集装置中に落下させることに基づいている。したがってサイクロンは、重量
粒子の分離に適用可能であり、それはこれらの粒子の落下速度が大きいからであ
る。
子を分離する。電気フィルタ中の気体流の速度は、一般に毎秒1.0m未満にす
る必要があり、製造メーカの推奨では毎秒約0.3〜0.5mである。気体流速
を低く保つ理由は、流速を高くするとプレート上に積もった粒子が放出されるこ
とによって、大幅に分離度が低下するためである。電気フィルタの作動は、静電
気による粒子の帯電に基づいている。しかし、ナノメートル級の粒子を電気的に
帯電させることは不可能である。さらに、例えばステンレス鋼のように、すべて
の物質が電気的に帯電するわけではない。
体流速を使用する必要がある。プレートを浄化する時には、プレートにブロー(
blow)を当てて、採集した粒子物質を放出させる。ここで意図することは、
浄化ステージで、プレートから放出した粒子物質が、気体流に戻るのをできるだ
け少なくすることである。気体流速を低くすることで、粒子の流出を許容できる
量に抑えることができる。
によるイオン・ブロー法に使用される装置を示し、図2は、公知技術のイオン・
ブロー法による気体の浄化方法を示す。
しようとする流入気体の入口1、浄化済気体の出口2、電圧ケーブル3、絶縁器
4、接地された採集チャンバ5、数個のイオン発生チップ7を備える通電取付け
棒6、バイブレータ機構8、採集した粒子の回収チャネル9、および電源10を
備えている。
、浄化のために採集チャンバ5に導かれる。浄化すべき空気は、入口1を介して
採集チャンバ5に入り、上に上昇し、浄化後に出口2を介して外に出る。浄化は
、通電取付け棒6に配置したイオン発生チップ7で気体をイオン化することで実
施され、イオン発生チップは電圧ケーブル3を介して電源10に接続されており
、電圧源10は正または負(図示のとおり)の高電圧を、取付け棒6に印加する
ことができる。
よび帯電粒子、さらに帯電していない粒子もイオン・ブローと共に採集面5に搬
送される。イオン発生チップ7は、粒子の採集面の役割をする接地された採集チ
ャンバ5に向けてある。採集チャンバ5は、絶縁器4によって、通電される部品
6、7から絶縁されている。約70〜150kVの電圧がイオン発生チップ7に
給電され、これらと採集チャンバ5の距離は、円錐型のイオン・ブロー効果を生
じさせるように配置してあり、これによって帯電粒子および非帯電粒子が採集チ
ャンバ5の壁面に運ばれて、採集チャンバ5の壁面の0電荷とイオン・ブローの
電荷との間の荷電の差によってそこに付着する。イオン発生チップと採集壁5と
の距離は、通常200〜800mmである。
構8を示している。このバイブレータ機構は、チャンバを振動させながら、採集
した粒子が落下し、回収チャネル9を介して外に出るように設計されている。採
集した物質は、水で洗い落すことによっても取り除くことができる。
圧値が増大して、イオン発生チップから所望の設置構造に向かってイオン・ブロ
ー効果が発生することである。気体分離の各用途には、いくつかのイオン発生チ
ップが必要であり、その数は別に計算される。イオン・ビーム法については、例
えば特許刊行物EP−424335に、より詳細に記載されている。
策を、図2に示してある。図2は、浄化された気体の出口2、接地された採集チ
ャンバ5、およびいくつかのイオン発生チップ7を備える通電取付け棒6を示し
ている。さらに、図はイオン・ブロー11、採集チャンバ5内の累積粒子12、
13、14、および気体流15を示している。図1および2の解決策は、リング
22内のイオン発生チップの位置に特徴があり、このリングを用いることにより
、イオン発生チップおよび採集面との距離が短縮されている。
分離する必要があり、特に高電圧を使用することが理由で、イオン・ビーム装置
は比較的大型である。 いくつかの製造ラインでは、イオン・ブロー法に用いる装置に必要なスペース
を見つけるのが難しい。
つ電力要求を大幅に低減し、さらに採集プレートに集積した粒子物質の除去方法
を改良するための方法および装置を提供することである。
d)によって気体流から不純物を分離し、この方法の特徴は、導電採集面を外部
ケーシングから電気的に絶縁してあること、およびイオン発生チップにかける高
電圧と反対の直流電圧符号の高電圧を採集面にかけることである。前述の公知の
イオン・ブロー法と比較すると、その差異は、本発明の方法ではイオン発生チッ
プと採集チャンバの壁との間に、付加的な力として電界が存在することである。
採集面に高電圧をかけると、採集面の前方に電界が発生し、反対符号のイオンお
よび逆電荷を帯びた粒子を採集面へと引きつける。前記のプッシュプル法を用い
ることで、粒子の分離が改善され、イオン発生チップをリング上に配置する必要
がなく、取付け棒に直接取付けることができる。
と比較して、1/3から1/4に減少する。同時に、同量の空気と同じ清浄度を
達成するためのコストは、大幅に減少し、1/3になることさえある。
である。本発明の装置の特徴は、導電採集面を外部ケーシングと電気的に絶縁し
てあること、および電源から採集表面に高電圧をかけ、この高電圧がイオン発生
チップにかける高電圧と逆の直流電圧符号を有することである。本発明の一実施
形態においては、電気絶縁体と外部ケーシングとの間に空隙が設けられている。
3を参照して、本発明による解決策について記述する。 図3は、本発明の分離装置と、その構造および作動原理を示している。図は、
浄化気体の出口2、接地された外部ケーシング5、およびいくつかのイオン発生
チップ7を備える通電取付け棒6を示している。
採集チャンバの外部ケーシング5と電気絶縁層17との間に配置したエア・ギャ
ップ16および電気絶縁層17の内部表面上の導電表面18を示している。電気
絶縁層17は、ファスナ21によって外部ケーシング5に取付けてある。イオン
発生チップ7にかける高電圧(図では負)と、逆の直流電圧符号、図では正符号
の電圧が、導電表面18にかけられる。したがって、電圧は反対符号、すなわち
イオン発生チップ7では正、導電表面18では負であるか、あるいはイオン発生
チップで負、導電表面で正となる。イオン発生チップ7の電圧は実質上、採集面
、すなわち導電表面18の電圧と等しいが、異なる値の電圧を用いることも可能
である。電圧を等しくすることの利点は、高電圧センタの構造がより簡単になる
ことである。また等電圧によって浄化結果も改善される。
り、空隙19が正に帯電しているのは、正の高電圧が表面18にかけられている
からである。導電表面18の電荷が逆転すると、すなわちこの場合には負になる
と、電界が集積した粒子を解放するため、集積した物質は放出されて、採集チャ
ンバの底にある回収チャネル(図1の参照番号9)に落下する。したがって、本
発明の装置には振動機構は必要でない。しかし、所望の場合には使用することが
できる。最も一般的な採集面の浄化は、液体洗浄により自動的に実施される。し
たがって所望の浄化間隔と浄化時間をプログラムすることも可能である。液体洗
浄においては、浄化液は射出チューブ20から供給され、この浄化液が採集表面
18に沿って流れながら、集積した粒子を表面18から取り除く。所望の場合に
は、浄化剤中に例えば殺菌剤を使用することも可能である。
物質は、採集面に滞留させられるか、またはそこから離脱させられる。装置で使
用する電荷は約10〜60kV、好ましくは30〜40kVであり、電流は約0
.05〜5.0mA、好ましくは約0.1〜3.0mAである。
ック、または高電圧を絶縁するその他の類似の材料でよく、好ましくは絶縁体1
7はアクリル・ニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)である。
に金属薄板またはフィルムなどの金属で作られるか、あるいは絶縁層上またはそ
の内部に部分的または全体に配置したワイヤ・メッシュで作られる。特に好まし
いのは、導電機構が、絶縁層上に配置され、真空金属蒸着によって製作された硬
質クロム層を備えることである。金属フィルム接着や他の金属被覆法などの、他
の取付け方法を用いることも可能である。
気体流から効果的に分離することができる。気体の処置は、チャンバ、トンネル
またはチューブ構造中で行い、その内部で気体をイオン・ビームに当てる。イオ
ン・ビームは、採集面に対して採集された物質に衝撃力を及ぼし、同時にキャパ
シタンスを有する粒子を電気的に帯電させる。採集表面にもたらされた反対符号
の電界は、粒子または液滴形態の物質に採集表面上のけん引力を与える。したが
って、イオン・ビームの衝撃力および電界のけん引力は気体流からの粒子除去に
利用可能である。
オンを発生するタイプのどちらでもよい。 本発明によるイオン・ビーム装置は、例えば、少なくとも直径1ナノメートル
の粒子がDNA鎖から放出される遺伝子研究実験室に装置することができる。こ
れらの実験室では、ナノメートル級の粒子を帯電させることができないために、
従来型の電気フィルタは満足に機能を果たさない。
適した用途としては、例えば病院の隔離室、手術室、マイクロチップの製造工場
、および生物兵器を撃退すべき部屋などの空気取入れ口などがある。
浄化が含まれる。粒子および液滴サイズ1nmから100,000nmにおける
空気浄化が本発明により可能である上に、洗浄モードが多量の液体を必要とする
場合、採集面の電圧が遮断された時に、採集面の洗浄中に空気を連続浄化するこ
とも可能である。
ィルタ、サイクロン、電気フィルタ、マテリアル・ディバイダ、またはイオン・
ブロー法に基づく浄化装置に適用できる。本方法の標準モデルは、家庭やオフィ
スの部屋の空気浄化に適している。
ロメートルの粒子の分離を実施することができる。粒子の比重n、または静電容
量のどちらも分離の障害とはならない。気体は、異なる粒子サイズ部分について
、純気体レベルまで浄化できる。
の例に限定されることなく、請求の範囲に基づくことは、当業者には明らかであ
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 気体流から粒子および/または液滴形態の物質、特に直径が
1ナノメートルから数十ナノメートルの粒子および/または液滴を分離する方法
において、外壁(5)が接地されている採集チャンバ中に気体流(15)を導き
、かつ前記採集チャンバ内に配置されたイオン発生チップ(7)に高電圧をかけ
ることにより、イオン発生チップ(7)から採集面として働く壁面に向かって、
所望の物質を気体流から分離するイオンビーム(11)を発生させる方法であっ
て、実質上その導電採集面(18)の全領域にわたって導電採集面(18)が外
部ケーシング(5)と電気的に絶縁されていること、およびイオン発生チップに
かける高電圧と反対符号の直流電圧の高電圧を採集面(18)にかけることを特
徴とする方法。 - 【請求項2】 使用する電圧が10〜60kV、好ましくは30〜40kV
であり、かつ使用する電流が0.05〜5.0mA、好ましくは0.1〜3.0
mAであることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 導電表面(18)の電荷を変えることによって、壁面上に集
積した物質を壁面から離脱させることを特徴とする請求項1または2に記載の方
法。 - 【請求項4】 採集面(18)を液体で洗い落すことによって、壁面上に集
積した物質を除去することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項5】 気体流から粒子および/または液滴形態の物質、特に直径が
1ナノメートルから数十ナノメートルまで変化する粒子および/または液滴を分
離する装置において、 浄化しようとする流入空気の入口(1)と、 外壁(5)が接地されている採集チャンバと、 浄化された気体の出口(2)と、 アクチュエータを備える電圧源(10)と、 イオン発生チップ(7)が配置されている通電取付け要素(6)とを備える装
置であって、 イオン発生チップ(7)に高電圧を導き、イオン発生チップ(7)から採集面
(18)に向かってイオン・ビーム(11)を発生させる装置において、 導電採集面(18)が外部ケーシング(5)から電気的に絶縁されていること
、およびイオン発生チップ(7)にかける高電圧と直流電圧の反対符号の高電圧
を電圧源(10)から採集面(18)にかけることを特徴とする装置。 - 【請求項6】 電気絶縁体(17)と外部ケーシング(5)との間に空隙(
16)を設けたことを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 【請求項7】 採集面の電気絶縁体(17)がガラス、プラスチック、また
は高電圧を絶縁する類似の材料であることを特徴とする請求項5または6に記載
の装置。 - 【請求項8】 前記絶縁体(17)がアクリル・ニトリル・ブタジエン・ス
チレン(ABS)であることを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載
の装置。 - 【請求項9】 前記の導電平面(18)が金属製であることを特徴とする請
求項5から8のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項10】 前記導電表面(18)が、ワイヤメッシュなどの導電層で
あって、絶縁層(17)内表面または絶縁層(17)内部の全体あるいは部分に
配置されていることを特徴とする請求項5から9のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項11】 導電表面(18)が薄い金属層、好ましくは薄いクロム層
であることを特徴とする請求項5から10のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項12】 前記薄い金属層が、真空蒸着金属被覆法を用いて絶縁体(
17)上に設けられていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
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