JP2005114596A

JP2005114596A - ダスト計

Info

Publication number: JP2005114596A
Application number: JP2003350329A
Authority: JP
Inventors: Shogo Kenmochi; 省吾賢持
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】装置の構造を簡略化して装置の小形軽量化を図ると共に、ダストロスを低減して測定精度を向上させたダスト計を提供する。
【解決手段】試料空気中のダストを捕集部内の濾紙上に捕集してダストの質量濃度を測定するダスト計に関する。含有ダストがほぼゼロであり、かつ乾燥した空気を供給するための乾燥空気精製器２１及びゼロ・フィルタ２２と、試料空気が捕集部１３に至る経路に設置された流路切替器１２と、を備え、捕集部１３による試料空気中のダストの捕集後に、前記ゼロ・フィルタ２２から流路切替器１２を介して供給される乾燥ゼロ空気を濾紙に通過させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中に浮遊するダストの質量濃度を測定するダスト計に関し、詳しくは、測定時における水分の影響を除去するための調湿手段に特徴を有するダスト計に関するものである。

この種のダスト計としては、β線吸収法、フィルタ振動法（ＴＥＯＭ）、光散乱法等、各種の測定原理によるものが知られている。このうち、β線吸収法によるダスト計は、試料空気をテープ状の濾紙に通過させて空気中のダストを濾紙上に捕集し、捕集前後の濾紙の質量変化をβ線厚み計（βゲージ）により測定すると共に、捕集空気の体積、捕集面積等を用いてダストの濃度（質量濃度）を換算するものである。

ここで、ダストの濃度の標準測定法は、ＪＩＳ（Ｚ８８１４）や米国ＥＰＡのFederal Register(Vol.62, No.138/appendex L)に規定されている。標準測定法は前記β線吸収法と測定原理上、類似点が多く、円形の濾紙上にダストを捕集し、精密天秤によって捕集前後の濾紙の質量変化を測定し、捕集空気の体積、捕集面積等からダスト濃度を算出している。
標準測定法及びβ線吸収法の相違点は、図７に示すとおりであり、ａ．質量測定、ｂ．捕集時間、ｃ．調湿の点で相違している。

図７に示すように、β線吸収法は法定の計測器で使用されている関係から、捕集時間や測定時間が短いために、濾紙等の調湿を全く行わないか、あるいは行ったとしても簡易的なものであることに起因して、β線吸収法によるダスト濃度の測定値は、調湿を行う標準測定法の測定値に比べて１〜２割程度、高くなる傾向にある。その理由としては、β線吸収法では、標準測定法に比べて濾紙やダストに水分が過剰に吸着されているので、重量が増加するためと考えられる。
ちなみに、標準測定法における調湿条件の一例としては、「質量測定の前に、濾紙を温湿度２０°Ｃ／５０％で２４時間以上保管する」ことが定められている。

上記の点に鑑み、従来から試料空気の除湿が試みられており、例えば、後述の非特許文献１には、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）の自動測定時に拡散除湿器を用いて試料空気を除湿することが記載されている。
この拡散除湿器は、外管の両端部に２本の内管を同軸上に配置し、外管の軸方向中央部に拡散空間を形成したものであり、一方の内管から注入した試料空気を、外管から供給した乾燥空気と拡散空間において接触させ、試料空気中の水分だけを乾燥空気により吸収して除去するようにしたものである。
また、フィルタ振動法によるダスト計では、膜式の除湿器（ナフィオンチューブ）を用いて試料空気を除湿することが行われている。

青木一幸，栗田惠子、「ＳＰＭのサンプリングに用いる拡散除湿器の開発」、大気環境学会要旨集、論文No.1F0945、平成12年、p.231

上述した従来技術としての拡散除湿器や膜式の除湿器は、何れも試料空気をその流路上で除湿するものであり、装置全体が構造上、大形化しやすいと共に、サンプリングラインが複雑になってダストを確実に捕集できない（いわゆるダストロスを生じる）という問題がある。
また、試料空気を加熱して相対湿度を下げる試みもなされているが、水分だけでなく、本来ダストとして測定しなければならない半揮発性物質（室温付近の温度で気化する物質）も飛散してしまい、そのロスを無視できなくなるという問題がある。

特に、ダスト計では、試料流量が例えば１６．７〔Ｌ／ｍｉｎ〕や１８〔Ｌ／ｍｉｎ〕というように比較的大容量であるため、上述した各種の除湿器をそのまま適用する場合には装置の大形化、複雑化を避けることができず、ダストロスによる測定精度の低下も顕著になる。
そこで本発明は、構造を簡略化して装置の小形軽量化を図ると共に、ダストロスを低減して測定精度を向上させたダスト計を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、試料空気中のダストを捕集部内の濾紙上に捕集してダストの質量濃度を測定するダスト計において、
含有ダストがほぼゼロであり、かつ乾燥した空気を供給する乾燥ゼロ空気供給手段と、試料空気が捕集部に至る経路に設置された流路切替手段と、を備え、
捕集部による試料空気中のダストの捕集後に、乾燥ゼロ空気供給手段から流路切替手段を介して供給される乾燥ゼロ空気を濾紙に通過させるものである。

請求項２に記載した発明は、試料空気中のダストを捕集部内の濾紙上に捕集してダストの質量濃度を測定するダスト計において、
含有ダストがほぼゼロであり、かつ所定湿度に調湿した空気を供給する調湿ゼロ空気供給手段と、試料空気が捕集部に至る経路に設置された流路切替手段と、を備え、
捕集部による試料空気中のダストの捕集後に、調湿ゼロ空気供給手段から流路切替手段を介して供給される調湿ゼロ空気を濾紙に通過させるものである。

なお、請求項３または４に記載するように、前記乾燥ゼロ空気または調湿ゼロ空気は、大気から精製しても良いし、試料空気から精製しても良い。更に、請求項５に記載するように、前記乾燥ゼロ空気または調湿ゼロ空気は、ダスト計の排ガスから精製しても良い。

また、請求項６に記載するように、前記乾燥ゼロ空気供給手段または調湿ゼロ空気供給手段に、乾燥または調湿した空気を一時的に貯蔵するタンクを備えても良い。

本発明によれば、乾燥ゼロ空気または調湿ゼロ空気を供給する手段と、これらのゼロ空気と試料空気とを切り替える流路切替手段とを備えるだけで所期の除湿または調湿作用を得ることができ、装置の小形軽量化、簡略化が可能になる。
また、サンプリングラインも単純であり、ダストロスを生じないと共に、試料空気を加熱する方法によらないため、半揮発性物質も捕集可能として測定精度を従来より向上させることができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、例えばβ線吸収法によるダスト計の概略的な構成を示している。図において、１０はダスト濃度を測定するべき試料空気が流入する試料空気入口、１１は粒径（空気動力学的粒径）の大きい粒子（例えば１０〔μｍ〕を超える粒子）を除去するための分粒器、１２は流入側の流路を切り替えるための流路切替器、１３はダストを捕集する濾紙を備えた捕集部、１４は空気を吸引するポンプである。

一方、２１は大気が導入されて周知の乾燥剤等により大気中の水分を除去する乾燥空気精製器、２２は乾燥空気精製器２１を経た乾燥空気からダストを完全に除去した乾燥ゼロ空気（以下、ゼロ空気とはダストゼロの空気をいう）を生成するゼロ・フィルタである。このゼロ・フィルタ２２から排出される乾燥ゼロ空気と前記分粒器１１から排出される試料空気とは、前記流路切替器１２に導入されて切替可能になっている。

次に、この実施形態の動作を説明する。ここでは、一例として、一サイクルの測定動作を１時間で行う場合の処理について述べる。なお、（）内は各処理の所要時間である。
（１）捕集部１３内の濾紙の移動、測定準備等を行う。（１分間）
（２）ダスト捕集前の濾紙の質量を測定する。（４分間）
（３）ダストを捕集する。（５０分間）
すなわち、流路切替器１２の流入側を分粒器１１側に切り替え、試料空気を試料空気入口１０、分粒器１１及び流路切替器１２を介して捕集部１３に導入し、濾紙にダストを捕集する。
（４）乾燥ゼロ空気を流す。（１分間）
ダストの捕集後に、流路切替器１２の流入側をゼロ・フィルタ２２側に切り替え、乾燥ゼロ空気を流路切替器１２を介して捕集部１３に導入し、濾紙を通過させる。
（５）ダスト捕集後の濾紙の質量を測定する。（４分間）

その後、ダスト捕集前後の質量（計数率）及び質量吸収係数等を用いて、後述する周知の計算式によりダストの質量（質量濃度）を計算する。

上述した如く、この実施形態では、ダスト捕集後の濾紙に乾燥ゼロ空気を通過させることにより、濾紙や捕集ダストに吸着された水分を除去することができ、その後の濾紙の質量測定時にはこれらの吸着水分を除いた真の質量の測定を可能にするものである。
また、乾燥ゼロ空気の流量を例えば１８〔Ｌ／ｍｉｎ〕とした場合、前の測定サイクルの１時間の間に１８〜２０〔Ｌ〕の乾燥ゼロ空気を用意しておき、これを１分間流せば良いため、乾燥空気精製器２１やゼロ・フィルタ２２の構造も簡単なもので済む。

更に、ダスト計の構造としては、従来のダスト計に流路切替器１２を追加するだけでよく、実質的にサンプリングラインが変更されることはないから、構造がシンプルであり、複雑なサンプリングラインに起因したダストの吸着等によるダストロスも生じ得ない。
加えて、加熱空気を用いて水分を蒸発させる原理ではないため、半揮発性物質を含むダストの質量を正確に測定することが可能である。

なお、上記実施形態では水分を除去するために乾燥ゼロ空気を使用しているが、所定の調湿条件（例えば、湿度５０％）またはこれに近い調湿条件を満たす調湿ゼロ空気を使用しても良い。この点は、以下の第２実施形態、第３実施形態においても同様である。

次に、図２は本発明の第２実施形態を示すブロック図であり、図１と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
この実施形態では、試料空気を用いて乾燥ゼロ空気を精製することとし、乾燥空気精製器２１の導入側は試料空気入口１０に連結されている。このように試料空気から乾燥ゼロ空気を精製することにより、試料空気に含まれる揮発性物質の飛散を防ぐことができ、より高精度にダスト濃度を測定することができる。
なお、図２では、流路切替器１２の下流に分粒器１１、捕集部１３及びポンプ１４が順次連結されているが、分粒器１１は流路切替器１２の上流側に設けても良い。

本実施形態においては、試料空気から精製した乾燥ゼロ空気をダスト捕集後の濾紙に短時間、通過させることにより、濾紙や捕集ダストに吸着された水分を除去することができ、測定精度を向上させることができる。

次いで、図３は本発明の第３実施形態を示している。
この実施形態では、図２における乾燥空気精製器２１とゼロ・フィルタ２２との間にリザーブタンク２３が配置されている。リザーブタンク２３は、精製された所定容量の乾燥空気を一時的に貯蔵するためのものであり、このリザーブタンク２３を用いれば乾燥空気精製器２１自体の容量を小さくすることができ、装置全体の小形化が可能になる。
なお、分粒器１１は流路切替器１２の上流側に設けても良い。
本実施形態では、リザーブタンク２３に貯蔵された乾燥ゼロ空気を用いて濾紙や捕集ダストに含まれる水分を除去することにより、測定精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
まず、β線吸収法を用いたダスト計において、ダストの質量濃度を求める基本式は数式１によって表される。

［数１］
Ｃ_ｍ＝Ｋ・｛log(Ｉ／Ｉ_０)／μ_ｍ｝
ここで、
Ｃ_ｍ：ダストの質量濃度
Ｉ_０：ダスト捕集前の計数率
Ｉ：ダスト捕集後の計数率
μ_ｍ：質量吸収係数
Ｋ：装置定数
である。また、装置定数Ｋは濾紙上の捕集面積、捕集空気の体積の関数である。

本発明による効果を確認するため、図４に示す処理フローにより、ダスト捕集前後の質量測定、捕集部１３への乾燥ゼロ空気（流量を１８〔Ｌ／ｍｉｎ〕とする）の導入を行った。
原理上、β線の計数率にばらつきが発生するため、この実施例では質量測定時間を３０分としている。

図５は、図４における計数率Ｉ_０〜Ｉ_３及びダスト捕集時の計数率を示す測定結果であり、図６は、図５における計数率Ｉ_０〜Ｉ_３の平均値及びこれに応じた数式１の諸値、並びに、捕集後の質量濃度を１とした時の計数率Ｉ_２，Ｉ_３に対応する測定値（質量濃度）の比を示したものである。

これらの図５、図６から明らかなように、Ｉ_１＜Ｉ_２、更にはＩ_１＜Ｉ_３となっており、乾燥ゼロ空気の導入によって捕集ダストの質量が減っていることがわかる。これにより、乾燥ゼロ空気の導入により濾紙やダストに吸着された水分が除去され、その影響が小さくなっていることが確認できた。
なお、図５において、「捕集」中の指示は、ポンプを動作させてフィルタ上に試料大気中のダストがたまり、透過β線強度が次第に減少していく様子が現れているものであり、測定や本発明と関係するものではない。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。本発明の第２実施形態を示すブロック図である。本発明の第３実施形態を示すブロック図である。本発明の実施例における処理フローの説明図である。本発明の実施例における実験結果を示す図である。本発明の実施例における実験結果を示す図である。標準測定法及びβ線吸収法の相違点を示す図である。

符号の説明

１０：試料空気入口
１１：分粒器
１２：流路切替器
１３：捕集部
１４：ポンプ
２１：乾燥空気精製器
２２：ゼロ・フィルタ
２３：リザーブタンク

Claims

試料空気中のダストを捕集部内の濾紙上に捕集してダストの質量濃度を測定するダスト計において、
含有ダストがほぼゼロであり、かつ乾燥した空気を供給する乾燥ゼロ空気供給手段と、試料空気が捕集部に至る経路に設置された流路切替手段と、を備え、
捕集部による試料空気中のダストの捕集後に、乾燥ゼロ空気供給手段から流路切替手段を介して供給される乾燥ゼロ空気を濾紙に通過させることを特徴とするダスト計。
試料空気中のダストを捕集部内の濾紙上に捕集してダストの質量濃度を測定するダスト計において、
含有ダストがほぼゼロであり、かつ所定湿度に調湿した空気を供給する調湿ゼロ空気供給手段と、試料空気が捕集部に至る経路に設置された流路切替手段と、を備え、
捕集部による試料空気中のダストの捕集後に、調湿ゼロ空気供給手段から流路切替手段を介して供給される調湿ゼロ空気を濾紙に通過させることを特徴とするダスト計。
請求項１または２に記載したダスト計において、
前記ゼロ空気を、大気から精製することを特徴とするダスト計。
請求項１または２に記載したダスト計において、
前記ゼロ空気を、試料空気から精製することを特徴とするダスト計。
請求項１または２に記載したダスト計において、
前記ゼロ空気を、ダスト計のポンプの排ガスから精製することを特徴とするダスト計。
請求項１，２，３，４または５に記載したダスト計において、
前記ゼロ空気供給手段は、乾燥または調湿した空気を一時的に貯蔵するタンクを備えたことを特徴とするダスト計。