JP7501353B2

JP7501353B2 - 除塵装置、車両及び除塵方法

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Publication number: JP7501353B2
Application number: JP2020217812A
Authority: JP
Inventors: 新一郎野田; 清二本多; 寛成田矢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2024-06-18
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: JP2022102831A; CN114682565B; CN114682565A; US20220203413A1

Description

本発明は、除塵装置、車両及び除塵方法に関する。

下記特許文献１には、圧縮された空気をイオンと共に被処理物へ吹き付けることで、被処理物の除電及び当該被処理物に付着した埃等の異物の除去を行う除電除塵装置が開示されている。この文献に記載された除電除塵装置は、圧縮された空気をイオンと共に被処理物へ吹き付ける吹付ヘッドと、被処理物を搬送する搬送コンベヤと、を備えている。そして、吹付ヘッドから噴射された空気及びイオンが、搬送コンベヤによって搬送されている被処理物へ向けて吹き付けられることで、搬送中の被処理物の除電及び除塵を行うことが可能となっている。

特開２００９－１０６８４３号公報

ところで、除塵等を行うための除塵装置が用いられる環境によっては、イオンと共に噴射される気体を確保する際の制約が多くなることが考えられるが、上記特許文献１に記載された除電除塵装置はこの点を考慮していない。例えば、月や火星等の地球外の環境で用いられる除塵装置では、当該除塵装置に用いることができる気体の量や当該気体の地球からの輸送コストを考慮しなければならない。

本発明は上記事実を考慮し、除塵を行う環境に関わらず当該除塵に用いる気体を確保することができる除塵装置、車両及び除塵方法を得ることが目的である。

第１の態様の除塵装置は、内外の気体の流通が不能な状態で隔てる内部空間形成部の内側に存在する気体を回収する回収部と、前記回収部に回収された気体を圧縮する圧縮部と、前記内部空間形成部の外側の空間に設けられ、前記圧縮部で圧縮された気体が噴射される噴射部と、前記圧縮部と前記噴射部との間に設けられ、電圧が印加されることで前記噴射部から噴射される気体にイオンを混在させるイオナイザ部と、を備えている。

第１の態様の除塵装置によれば、内部空間形成部の内側に存在する気体が回収部に回収され、回収部に回収された気体が圧縮部で圧縮される。また、圧縮部で圧縮された気体は内部空間形成部の外側の空間に設けられた噴射部から噴射する。さらに、イオナイザ部に電圧が印加されると、噴射部から噴射される気体にイオンが混在される。そして、噴射部から噴射したイオンが混在された気体を噴射対象に当てることで、当該噴射対象の除塵を行うことができる。ここで、第１の態様の除塵装置では、内部空間形成部の外側の空間で除塵を行うための気体が、内部空間形成部の内側に存在する気体から回収されることで確保される。これにより、除塵を行う内部空間形成部の外側の空間の環境に関わらず、当該除塵に用いる気体を確保することができる。

第２の態様の除塵装置は、第１の態様の除塵装置において、前記内部空間形成部は、宇宙空間にある天体上を移動可能な状態で又は宇宙空間にある天体に固定された状態で設けられている。

第２の態様の除塵装置によれば、除塵を行う内部空間形成部の外側の空間の環境がほぼ真空であったとしても、当該除塵に用いる気体を確保することができる。

第３の態様の除塵装置は、第１の態様又は第２の態様に記載の除塵装置において、前記回収部は、前記内部空間形成部の内側に存在する気体のうち二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を回収する。

第３の態様の除塵装置によれば、内部空間形成部の内側に存在する不要な二酸化炭素及び水蒸気を除塵用の気体として用いることができる。

第４の態様の除塵装置は、第１の態様～第１の態様のいずれか１つの態様の除塵装置において、前記噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、前記噴射部から噴射される気体の流速を調節する制御部をさらに備えている。

第４の態様の除塵装置によれば、制御部が、噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び当該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、噴射部から噴射される気体の流速を調節する。これにより、噴射対象に付着した粉塵をより確実に除去することができる。

第５の態様の除塵装置は、第４の態様の除塵装置において、前記制御部は、前記内部空間形成部の周囲の電位の情報に基づいて前記イオナイザ部に印加される電圧を調節する。

第５の態様の除塵装置によれば、制御部は、内部空間形成部の周囲の電位の情報に基づいてイオナイザ部に印加される電圧を調節する。これにより、噴射対象から除去された粉塵の再付着をより一層抑制することができる。

第６の態様の除塵装置は、第１の態様～第５の態様のいずれか１つの態様の除塵装置において、前記内部空間形成部には、光を受けることで発電する発電部が設けられ、前記噴射部から前記発電部へ気体が噴射される。

第６の態様の除塵装置によれば、発電部に付着した粉塵を効果的に除去することができる。

第７の態様の除塵装置は、第１の態様～第６の態様のいずれか１つの態様の除塵装置において、前記内部空間形成部には、熱を放熱する放熱部が設けられ、前記噴射部から前記放熱部へ気体が噴射される。

第７の態様の除塵装置によれば、放熱部に付着した粉塵を効果的に除去することができる。

第８の態様の車両は、その内側に乗員が乗車する空間を有し、該内側の空間と外側の空間とを気体が通過不能な状態で隔て、地上を走行する車両本体と、前記車両本体の内側に存在する気体を回収する回収部と、前記回収部に回収された気体を圧縮する圧縮部と、前記車両本体の外側の空間に設けられ、前記圧縮部で圧縮された気体が噴射される噴射部と、前記圧縮部と前記噴射部との間に設けられ、電圧が印加されることで前記噴射部から噴射される気体にイオンを混在させるイオナイザ部と、を備えている。

第８の態様の車両によれば、車両本体の内側に存在する気体が回収部に回収され、回収部に回収された気体が圧縮部で圧縮される。また、圧縮部で圧縮された気体は車両本体の外側の空間に設けられた噴射部から噴射する。さらに、イオナイザ部に電圧が印加されると、噴射部から噴射される気体にイオンが混在される。そして、噴射部から噴射したイオンが混在された気体を噴射対象に当てることで、当該噴射対象の除塵を行うことができる。ここで、第８の態様の車両では、車両本体の外側の空間で除塵を行うための気体が、車両本体の内側に存在する気体から回収されることで確保される。これにより、除塵を行う車両本体の外側の空間の環境に関わらず、当該除塵に用いる気体を確保することができる。

第９の態様の除塵方法は、内外の気体の流通が不能な状態で隔てる内部空間形成部の内側に存在する気体を回収する気体回収工程と、前記気体回収工程で回収した気体を圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程で圧縮した気体を膨張させる際に該気体にイオンを混在させるイオン混在工程と、前記イオン混在工程でイオンを混在させた気体を前記内部空間形成部の外側の空間の噴射対象に噴射する噴射工程と、を有する。

第９の態様の除塵方法によれば、先ず、気体回収工程で、内部空間形成部の内側に存在する気体を回収する。次に、圧縮工程で、気体回収工程で回収した気体を圧縮する。次に、イオン混在工程で、圧縮工程で圧縮した気体を膨張させる際に当該気体にイオンを混在させる。次に、噴射工程で、イオン混在工程でイオンを混在させた気体を内部空間形成部の外側の空間の噴射対象に噴射する。ここで、第９の態様の除塵方法では、内部空間形成部の外側の空間で除塵を行うための気体が、内部空間形成部の内側に存在する気体から回収されることで確保される。これにより、除塵を行う内部空間形成部の外側の空間の環境に関わらず、当該除塵に用いる気体を確保することができる。

第１０の態様の除塵方法は、第９の態様の除塵方法において、前記噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、前記噴射部から噴射される気体の流速を調節する。

第１０の態様の除塵方法によれば、噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び当該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、噴射部から噴射される気体の流速を調節する。これにより、噴射対象に付着した粉塵をより確実に除去することができる。

第１１の態様の除塵方法は、第１０の態様の除塵方法において、前記内部空間形成部の周囲の電位の情報に基づいて前記イオナイザ部に印加される電圧を調節する。

第１１の態様の除塵方法によれば、内部空間形成部の周囲の電位の情報に基づいてイオナイザ部に印加される電圧を調節する。これにより、噴射対象から除去された粉塵の再付着をより一層抑制することができる。

本発明に係る除塵装置、車両及び除塵方法は、除塵を行う環境に関わらず当該除塵に用いる気体を確保することができる、という優れた効果を有する。

第１実施形態に係る除塵装置を示す模式図である。クルーによって担がれて使用されるタイプの噴射部を示す模式図である。ロボットアームによって移動するタイプの噴射部を示す模式図である。第２実施形態に係る除塵装置を示す模式図である。制御部等を示すブロック図である。制御部による制御を説明するためのフローチャートである。第３実施形態に係る除塵装置を示す模式図である。第４実施形態に係る除塵装置を備えた車両を示す模式図である。複数の噴射開口を有する噴射部を示す斜視図である。

（第１実施形態に係る除塵装置１０）
図１～図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る除塵装置１０について説明する。

図１には、月面上に設けられた内部空間形成部としての作業室１２の内側の空間１４の気体を用いて当該作業室１２の外側の空間１６に設けられた対象物１８の除塵を行う除塵装置１０が示されている。この図に示されるように、除塵装置１０は、作業室１２の内側の空間１４に存在する気体を回収する回収部２０と、回収部に回収された気体を圧縮する圧縮部２２と、圧縮部２２で圧縮された気体を貯蔵する貯蔵部２４と、を備えている。また、除塵装置１０は、貯蔵部２４で貯蔵された気体が噴射される噴射部２６と、貯蔵部２４から噴射部２６側へ流れる気体の流量を調節することにより噴射部２６から噴射される気体の流量及び流速を調節する流量調節部３０と、を備えている。さらに、除塵装置１０は、圧縮部２２と噴射部２６との間に設けられていると共に、電圧が印加されることで噴射部２６から噴射される気体にイオンを混在させるイオナイザ部２８を備えている。

作業室１２は、宇宙空間に存在する天体である月面上を移動可能な状態で又は月面に固定された状態で設けられた宇宙機や宇宙建造物である。この作業室１２は、当該作業室１２の内側の空間１４と外側の空間１６とを気体が通過不能な状態で隔てている。ここで、作業室１２の内側の空間１４と外側の空間１６とを気体が通過不能な状態で隔てている構成とは、常に両空間を気体が通過不能な状態で隔てている構成のみを意味するものではなく、一時的に両空間を気体が通過可能な状態とする機構が含まれた構成を含むものとする。

作業室１２の内側の空間１４は、所定の温度、湿度及び圧力に調節された空気で満たされている。作業室１２の外側の空間１６は、月面上の空間である。この空間１６には、大気がほとんど存在せず、この空間１６は、ほぼ真空となっている。また、月面上における重力は、地球上の６分の１となっている。さらに、月面上は、レゴリス３２と呼ばれる隕石によって生成された破片の層で覆われている。なお、レゴリス３２は、非常に小さな粉塵から直径０．８ｍほどの大きな岩までのサイズとなるが、本実施形態の除塵装置１０は、対象物１８に付着した非常に小さな粉塵であるレゴリス３２を除塵するために用いられる。

噴射対象としての対象物１８は、作業室１２の外側の空間１６に設けられた発電部としてのソーラパネル１８Ａや放熱部としてのラジエタ１８Ｂである。ソーラパネル１８Ａは、太陽光等の光を受けることにより発電を行う。そして、ソーラパネル１８Ａで発電された電気を作業室１２の内側及び作業室１２の周囲で使用することが可能となっている。また、ラジエタ１８Ｂは、各種機器の放熱を行うためのものであり、その内部には冷却用の液体が流れている。そして、各種機器の熱がラジエタ１８Ｂを介して月面上の空間（作業室１２の外側の空間１６）へ放熱されるようになっている。

回収部２０は、作業室１２の内側の空間１４の温度、湿度及び圧力等を所定の状態に保つ生命維持装置３４の一部を構成している。本実施形態の回収部２０は、作業室１２の内側の空間１４の不要な二酸化炭素及び水蒸気を回収するようになっている。なお、以下の説明においては、回収部２０に回収された二酸化炭素及び水蒸気を「除塵用気体」と呼ぶ。また、作業室１２の内側の空間１４の不要な二酸化炭素及び水蒸気は、主に作業室１２内のクルーから排出された呼気である。なお、回収部２０が二酸化炭素のみを回収するように構成してもよいし水蒸気のみを回収するように構成してもよい。

圧縮部２２は、回収部２０に回収された除塵用気体を圧縮するコンプレッサである。この圧縮部２２が作動することで、回収部２０に回収された除塵用気体が圧縮されるようになっている。

貯蔵部２４は、圧縮部２２で圧縮された除塵用気体が貯蔵されるタンクであり、一例として軸方向の両端が半円球状の蓋部材で閉止された円筒状に形成されている。

噴射部２６は、先端側が窄まるように形成された先細ノズルである。そして、貯蔵部２４に貯蔵された除塵用気体が噴射部２６を通過することで、除塵用気体を噴射部２６の先端開口２６Aから噴射させることが可能となっている。なお、図２に示されるように、噴射部２６は、後述する流量調節部３０と共に貯蔵部２４から変位可能に構成されていることにより、作業室１２の外側の空間１６のクルーＰが担いで使用することが可能に構成されていてもよい。この場合、クルーＰが噴射部２６の向きや当該噴射部２６と対象物１８との間の距離を調節すると共に流量調節部３０を操作する。また、図３に示されるように、噴射部２６は、作業室１２の外側の空間１６に設けられたロボットアーム３６に取り付けられた構成となっていてもよい。この場合、ロボットアーム３６が噴射部２６の向きや対象物１８との距離を調節する。なお、図１においては、噴射部２６から噴射される除塵用気体の流れを矢印Ａで示している。

図１に示されるように、流量調節部３０は、貯蔵部２４と噴射部２６との間に設けられたレギュレータである。この流量調節部３０が手動又は自動で操作されることで、貯蔵部２４から噴射部２６側への除塵用気体の流れが許容されると共に貯蔵部２４から噴射部２６側へ流れる除塵用気体の流量が調節されて、噴射部２６から噴射される除塵用気体の流量及び流速が調節されるようになっている。

イオナイザ部２８は、電圧印加式除電器である。このイオナイザ部２８は、噴射部２６の途中に設けられた放電電極２８Ａと、放電電極２８Ａに高電圧を印加する電源２８Ｂと、噴射部２６の途中かつ放電電極２８Ａの周囲に設けられた接地電極２８Ｃと、を備えている。そして、放電電極２８Ａに電圧が印加されることで、噴射部２６内の除塵用気体にイオンを混在させることが可能となっている。ここで、除塵用気体が二酸化炭素及び水蒸気である場合においては、除塵用気体にＣＯ_２ ^－及びＯ_２ ^－イオンを混在させることが可能となっている。なお、図１においては、ＣＯ_２ ^－及びＯ_２ ^－イオンを符号３８で指示された粒子で表現している。

（除塵装置１０を用いた除塵方法）
次に、本実施形態の除塵装置１０を用いた除塵方法について説明する。

以上説明した除塵装置１０を用いて、先ず、生命維持装置３４の一部を構成する回収部２０によって、作業室１２の内側の空間１４の不要な二酸化炭素及び水蒸気を回収する。すなわち、回収部２０によって除塵用気体を回収する。なお、この工程を「気体回収工程」と呼ぶ。

次に、圧縮部２２を作動させることにより、気体回収工程で回収した除塵用気体を圧縮する。なお、この工程を「圧縮工程」と呼ぶ。圧縮工程で圧縮された除塵用気体は、貯蔵部２４で貯蔵される。

次に、流量調節部３０を操作することにより、除塵用気体を貯蔵部２４から噴射部２６側へ膨張させながら流すと共に、イオナイザ部２８を作動させることにより、噴射部２６内の除塵用気体にイオンを混在させる。なお、この工程を「イオン混在工程」と呼ぶ。そして、イオン混在工程を経ることによりイオンが混在された除塵用気体を噴射部２６から対象物１８であるソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに噴射する。なお、この工程を「噴射工程」と呼ぶ。この噴射工程で、ソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに付着したレゴリス３２が除塵され、ソーラパネル１８Ａの発電量の低下やラジエタ１８Ｂの放熱量の低下が抑制される。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

以上説明した本実施形態の除塵装置１０では、除塵を行う作業室１２の外側の空間１６の環境がほぼ真空であるということにも関わらず、当該除塵に用いる除塵用気体を確保することができる。

また、本実施形態では、回収部２０が、作業室１２の内側の空間１４の不要な二酸化炭素及び水蒸気を除塵用気体として回収するようになっている。これにより、本来であれば作業室１２の外側の空間１６に排気していた気体である二酸化炭素及び水蒸気を除塵用気体として有効に活用することができる。その結果、地球から月への除塵用気体の搬送量及び輸送コストを削減することができる。

さらに、本実施形態では、噴射部２６の形状が、先端側が窄まった先細ノズル形状となっている。これにより、噴射部２６の先端側において除塵用気体の慣性力を上げると同時に圧力を下げることができる。その結果、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の膨張を抑制しつつ、すなわち、高真空部分である噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の噴射速度の減速を抑制しつつ、噴射部２６から噴射された除塵用気体を対象物であるソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに当てることができる。

また、本実施形態では、イオンが混在された除塵用気体を噴射部２６から対象物１８であるソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに噴射するようになっている。そのため、イオンが混在された除塵用気体が、ソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂの表面に付着した帯電したレゴリス３２に当たると、当該レゴリス３２が除電される。その結果、レゴリス３２が電気力を失い、レゴリス３２の静電引力によるソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂへの付着力が弱まる。これにより、レゴリス３２をソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂの表面から容易に吹き飛ばすことができると共に、吹き飛ばされたレゴリス３２のソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂへの再付着を抑制することができる。なお、図１においては、帯電したレゴリス３２のイオンを符号４０で指示された粒子で表現している。

（第２実施形態に係る除塵装置４２）
図４及び図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る除塵装置４２について説明する。なお、第２実施形態に係る除塵装置４２において前述の第１実施形態に係る除塵装置１０と対応する要素には第１実施形態に係る除塵装置１０と対応する要素と同じ符号を付して、その説明を省略することがある。

図４に示されるように、第２実施形態に係る除塵装置４２は、対象物１８や対象物１８に付着している粉塵を検出する第１センサ４４と、貯蔵部２４における除塵用気体の圧力を検出する第２センサ４６と、噴射部２６を移動させるロボットアーム３６と、を備えている。また、第２実施形態に係る除塵装置４２は、流量調節部３０、イオナイザ部２８及びロボットアーム３６を制御する制御部４８を備えている。

図４及び図５に示されるように、制御部４８は、後述する第１センサ４４及び第２センサ４６等からの情報に基づいて流量調節部３０、イオナイザ部２８及びロボットアーム３６を制御する。これにより、対象物１８及び当該対象物１８に付着している粉塵の情報等に基づいて、より最適な除塵を行うことが可能となっている。

図５に示されるように、制御部４８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：プロセッサ）５０、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５４、ストレージ５６及び外部の装置との通信等を行う入出力インタフェース(Ｉ／Ｆ)５８を含んで構成されている。また、ＣＰＵ５０、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、ストレージ５６及び入出力インタフェース５８は、バス６０を介して相互に通信可能に接続されている。また、入出力インタフェース５８には、流量調節部３０、イオナイザ部２８、第１センサ４４、第２センサ４６及びロボットアーム３６等が接続されている。ＣＰＵ５０は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、流量調節部３０、イオナイザ部２８及びロボットアーム３６を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ５０は、第１センサ４４及び第２センサ４６からの信号に基づいてＲＯＭ５２やストレージ５６から制御プログラムを読み出し、ＲＡＭ５４を作業領域として制御プログラムを実行して流量調節部３０、イオナイザ部２８及びロボットアーム３６を制御する。

第１センサ４４は、一例として噴射部２６の外側に設けられたカメラである。そして、制御部４８は、この第１センサ４４で撮影された画像データを用いて、対象物１８や対象物１８に付着している粉塵の付着箇所や種類や材質を推定及び判断する。また、制御部４８は、この第１センサ４４で撮影された画像データを用いて、噴射部２６と対象物１８との間の距離を測定する。

第２センサ４６は、一例として貯蔵部２４に設けられた圧力センサである。そして、制御部４８は、この第２センサ４６で測定された圧力に基づいて、噴射部２６から噴射される除塵用気体の流速を計算する。

図４及び図６に示されるように、以上説明した本実施形態の除塵装置４２では、第１センサ４４によって対象物１８が検出されると、制御部４８は、ステップＳ１１において、対象物１８に粉塵であるレゴリス３２が付着しているか否かを判断する。ステップＳ１１で否定判断されると、制御部４８は処理を終了する。これに対して、ステップＳ１１で肯定判断されると、制御部４８は、ステップＳ１２において、ロボットアーム３６を作動させることにより、噴射部２６を対象物１８に近づける。この時、制御部４８は、噴射部２６と対象物１８との間の距離が所定の距離となるようにロボットアーム３６を作動させる。次に、制御部４８は、ステップＳ１３において、イオナイザ部２８を作動させる。次に、制御部４８は、ステップＳ１４において、噴射部２６の先端開口２６Aから対象物１８へ向けて噴射される除塵用気体の流速が所定の流速となるように流量調節部３０を作動させ（調整し）て、イオンが混在された除塵用気体の噴射部２６からの噴射を開始させる。なお、噴射部２６からの除塵用気体の噴射は、一例として、所定の時間の経過後に停止される。そして、制御部４８がステップＳ１１以降の処理を繰り返すことで、対象物１８からレゴリス３２が除去されるまで、噴射部２６からの除塵用気体の噴射が繰り返し行われる。

以上説明したように、本実施形態では、制御部４８が流量調節部３０、イオナイザ部２８及びロボットアーム３６の作動を制御することにより、対象物１８に付着したレゴリス３２を除去することができる。

（レゴリス３２を吹き飛ばすために必要な除塵用気体の流速について）
次に、レゴリス３２を吹き飛ばすために必要な除塵用気体の流速について説明する。

対象物１８に付着したレゴリス３２の付着力については、主に対象物１８の表面とレゴリス３２とのファンデルワールス力と静電引力が挙げられる。

参考文献１（加藤，高速気流噴射による表面付着微粒子の除去，京都大学学術情報リポジトリ，１９９５）によれば、ファンデルワールス力による付着力Ｆｄ［Ｎ］は次式で見積もることができる。

ここで、ＡはＨａｍａｋｅｒ定数［Ｊ］であり、Ｄｐはレゴリス３２の粒子径［ｍ］であり、ｚｏは分離距離［ｍ］である。

対象物１８がソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂとされている場合においては、対象物１８の表面の材質をＳｉＯ_２とする。また、レゴリス３２は主にＳｉＯ_２で構成されている。この場合、Ａ＝１．６ｅ^－１９［Ｊ］、レゴリス３２の最小粒子径Ｄｐ＝２０［μｍ］、ファンデルワールス力の算出における分離距離は物体が接しているときはｚｏ＝４［Å］として付着力Ｆｄを算出する。算出された付着力Ｆｄは、１．７ｅ^－６［Ｎ］である。

また、静電引力による付着力Ｆｅ［Ｎ］は、参考文献２（増田，粉体粒子の付着力・凝集力，電子写真学会誌３６巻第３号，１９９７）をもとにして次式で見積もることができる。

ここで、ε_０は真空透電率８．８５ｅ^－１２［Ｆ／ｍ］であり、Ｑは電荷量（ε_０ＥＳ）［Ｃ］であり、ｄは２体間距離でレゴリス３２の最小粒子径Ｄｐの１／２である。また、Ｅは電界強度で真空では最大で２０［ＭＶ／ｍ］であり、Ｓはレゴリス３２の粒子表面積［ｍ^２］である。これらの値から算出された付着力Ｆｅは３．１ｅ^－８［Ｎ］である。

次に、上記の付着力Ｆｄ＋Ｆｓを上回る除去力Ｆｒ［Ｎ］を考える。この除去力Ｆｒは、前述の参考文献１より次式で見積もられる。

ここで、Ｐｄはレゴリス３２の粒子に作用する気流の動圧［Ｐａ］であり、ｋはその粒子に作用する割合を示す係数である。参考文献１によれば、ｋ＝０．８が計算と実験の結果において対応している。そのため、本検討においてもｋ＝０．８を採用する。

また、動圧は運動エネルギであることから、動圧が判れば、レゴリス３２を除去する（吹き飛ばす）ために必要な除塵用気体の流速が求まる。以上のことから、二酸化炭素のガス密度を１．９７６［ｋｇ／ｍ^３］として概算すると、Ｆｒ＞Ｆｄ＋Ｆｅの関係式より、除塵用気体の流速Ｖ＞８５［ｍ／ｓ］となる。すなわち、レゴリス３２を除去するために必要な除塵用気体の流速の最下限値は８５［ｍ／ｓ］と見積もられる。このことを考慮して、貯蔵部２４内における除塵用気体の圧力、流量調節部３０の体格、噴射部２６の形状等を設定すればよい。

また、制御部４８が、噴射部２６から噴射される気体が当てられる対象物１８及び当該対象物１８に付着している粉塵の情報に基づいて、噴射部２６から噴射される気体の流速を上記の最下限値以上の流速となるように調節する。これにより、対象物１８に付着した粉塵をより確実に除去することができる。

（レゴリス３２を吹き飛ばすために必要なイオナイザ部２８の印加電圧について）
次に、レゴリス３２を吹き飛ばすために必要なイオナイザ部２８の印加電圧について説明する。

参考文献３（J.P. Pabari, Levitation of charged dust grains and its implications in lunar environment, CURRENT SCIENCE, Vol.110, No.10, 2016）によれば、大規模太陽フレア発生時においては、月の裏側では、最大で－４．５［ｋＶ］の月面表面電位が観測されている。なお、プラス側の月面表面電位の最大値は数十［Ｖ］程度である。従って、当該最大値を踏まえて、イオナイザ部２８の印加電圧を１０［ｋＶ］程度までかけられるようにすることが望ましい。

このことを考慮して、制御部４８が、作業室１２の周囲の電位（月面表面電位）の情報に基づいてイオナイザ部２８に印加される電圧を調節する。これにより、対象物１８から除去された粉塵の再付着をより一層抑制することができる。

（噴射部２６の形状について）
以上説明した除塵装置１０、４２の例では、噴射部２６の形状を先細ノズルとしている。ここで、図７に示された第３実施形態の除塵装置６２のように、噴射部２６の形状をラバールノズルの形状とする。これにより、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の流速を超音速以上に引き上げることで除塵用気体の慣性力を上げる。その結果、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の膨張が抑制される。すなわち、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の減速が抑制される。また、この場合、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の流速は超音速である（Ｍａｃｈ数が１を超えている）ため、噴射部２６の先端開口２６Aにおける除塵用気体の流速はおおよそ３４０［ｍ／ｓ］以上となる。そのため、前述のレゴリス３２を除去するために必要な除塵用気体の流速の最下限値は８５［ｍ／ｓ］の４倍以上となり、よりきめ細かなレゴリス３２の粉塵（２０μｍ以下の粉塵）を効果的に除去することができる。また、このような粉塵を短時間で除去することができる。

（除塵装置を備えた車両について）
次に、図８を用いて、除塵装置６４を備えた車両６６について説明する。なお、車両６６に搭載された除塵装置６４において前述の除塵装置１０、４２、６２と対応する要素には前述の除塵装置１０、４２、６２と対応する要素と同じ符号を付して、その説明を省略することがある。

図８に示されるように、除塵装置６４を備えた車両６６は、月面上を走行することを目的とした車両である。この車両６６は、その内側に乗員が乗車する空間１４を有し、当該内側の空間１４と外側の空間１６とを気体が通過不能な状態で隔てる車両本体６８を備えている。また、この車両６６は、車両本体６８に取付けられたソーラパネル１８Ａ及びラジエタ１８Ｂと、車両本体６８に支持されたロボットアーム３６と、ロボットアーム３６に取り付けられた噴射部２６を有する除塵装置６４と、を備えている。

以上説明した車両６６では、除塵装置６４の生命維持装置３４の一部を構成する回収部２０によって、作業室１２の内側の空間１４の不要な二酸化炭素及び水蒸気が回収される。すなわち、回収部２０によって除塵用気体が回収される。

また、回収部２０によって回収された除塵用気体は、圧縮部２２で圧縮されて、貯蔵部２４で貯蔵される。

ここで、ソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂにレゴリス３２が付着していることが検出されると、ロボットアーム３６が作動して、噴射部２６がソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂと近接して配置される。次に、イオナイザ部２８が作動すると共に流量調節部３０が作動して、イオンが混在された除塵用気体が噴射部２６からソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに向けて噴射される。これにより、本実施形態の車両６６では、例えば当該車両６６の走行に伴い巻き上げられたレゴリス３２がソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに付着したとしても、ソーラパネル１８Ａやラジエタ１８Ｂに付着したレゴリス３２を除去することができる

なお、以上説明した各除塵装置１０、４２、６２、６４では、二酸化炭素及び水蒸気を除塵用気体として用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、空気や酸素、水素等を徐塵用気体として用いてもよい。ここで、空気を除塵用気体として用いる場合、イオナイザ部２８を作動させることにより、Ｏ_２ ^－、ＣＯ_３ ^－、ＮＯ_２ ^－、Ｏ^－、Ｏ_３ ^－イオンを除塵用気体に混在させることができる。また、酸素を除塵用気体として用いる場合、イオナイザ部２８を作動させることにより、Ｏ_２ ^－、Ｏ^－、Ｏ_３ ^－イオンを除塵用気体に混在させることができる。さらに、水素を除塵用気体として用いる場合、イオナイザ部２８を作動させることにより、電荷ｅイオンを除塵用気体に混在させることができる。

また、以上説明した各除塵装置１０、４２、６２、６４では、単一の先端開口２６Aから除塵用気体が噴射する噴射部２６を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように、筒状に形成されていると共にその軸方向に間隔をあけて配置された複数の噴射開口２６Ｂを有する噴射部２６を用いた構成としてもよい。当該構成では、噴射部２６の複数の噴射開口２６Ｂから除塵用気体が噴射する。これにより、単一の先端開口２６Aから除塵用気体が噴射する噴射部２６を用いた構成と比べて、除塵用気体を対象物１８の広範囲に噴射することができる。これにより、対象物１８に付着した粉塵を短時間で除去することができる。

また、以上説明した各除塵装置１０、４２、６２、６４は月面上におけるレゴリス３２の除去を行うように構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、一部の設定を変更することにより、火星等の他の天体で除塵を行うことができるようにしてもよい。また、地球上において除塵を行うことができるようにしてもよい。さらに、ソーラパネル１８Ａ
やラジエタ１８Ｂだけではなく、他の対象物１８の除塵を行うことができるようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０除塵装置
１２作業室（内部空間形成部）
１４内側の空間
１６外側の空間
１８対象物（噴射対象）
１８Ａソーラパネル（発電部）
１８Ｂラジエタ（放熱部）
２０回収部
２２圧縮部
２６噴射部
２８イオナイザ部
４２除塵装置
４８制御部
６２除塵装置
６４除塵装置
６６車両
６８車両本体

Claims

内外の気体の流通が不能な状態で隔てる内部空間形成部の内側に存在する気体を回収する回収部と、
前記回収部に回収された気体を圧縮する圧縮部と、
前記内部空間形成部の外側の空間に設けられ、前記圧縮部で圧縮された気体が噴射される噴射部と、
前記圧縮部と前記噴射部との間に設けられ、電圧が印加されることで前記噴射部から噴射される気体にイオンを混在させるイオナイザ部と、
を備えた除塵装置であって、
前記内部空間形成部は、月面上を移動可能な状態で又は月面上に固定された状態で設けられており、
前記噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵を撮影するカメラと、該カメラで撮影された噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、前記噴射部から噴射される気体の流速を調節する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記内部空間形成部の周囲の月面表面電位の数値に基づいて前記イオナイザ部に印加される電圧を調節する除塵装置。
前記回収部は、前記内部空間形成部の内側に存在する気体のうち二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を回収する請求項１に記載の除塵装置。
前記内部空間形成部の外側には、光を受けることで発電する発電部が設けられ、
前記噴射部から前記発電部へ気体が噴射される請求項１又は請求項２に記載の除塵装置。
前記内部空間形成部の外側には、熱を放熱する放熱部が設けられ、
前記噴射部から前記放熱部へ気体が噴射される請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の除塵装置。
その内側に乗員が乗車する空間を有し、該内側の空間と外側の空間とを気体が通過不能な状態で隔て、月面上を走行する車両本体と、
前記車両本体の内側に存在する気体を回収する回収部と、
前記回収部に回収された気体を圧縮する圧縮部と、
前記車両本体の外側の空間に設けられ、前記圧縮部で圧縮された気体が噴射される噴射部と、
前記圧縮部と前記噴射部との間に設けられ、電圧が印加されることで前記噴射部から噴射される気体にイオンを混在させるイオナイザ部と、
を備えた車両であって、
前記噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵を撮影するカメラと、該カメラで撮影された噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、前記噴射部から噴射される気体の流速を調節する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記車両本体の周囲の月面表面電位の数値に基づいて前記イオナイザ部に印加される電圧を調節する車両。
月面上における除塵方法であって、
内外の気体の流通が不能な状態で隔てる内部空間形成部の内側に存在する気体を回収する気体回収工程と、
前記気体回収工程で回収した気体を圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で圧縮した気体を膨張させる際にイオナイザ部で電圧を印加することによって該気体にイオンを混在させるイオン混在工程と、
前記イオン混在工程でイオンを混在させた気体を前記内部空間形成部の外側の空間の噴射対象に向けて噴射部から噴射する噴射工程と、
を有し、
前記噴射部から噴射される気体が当てられる噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵をカメラで撮影して、該カメラで撮影された噴射対象及び該噴射対象に付着している粉塵の情報に基づいて、前記噴射部から噴射される気体の流速を調節し、
前記内部空間形成部の周囲の月面表面電位の数値に基づいて前記イオナイザ部に印加される電圧を調節する除塵方法。