JP2008289433A - Floating matter collector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体中に含有される微生物等の浮遊物を捕集するための浮遊物捕集装置に関し、より詳細には、衝突法による浮遊物捕集装置に関する。 The present invention relates to a floating substance collecting apparatus for collecting floating substances such as microorganisms contained in a gas, and more particularly to a floating substance collecting apparatus by a collision method.
従来、気体(大気)中に含有される微生物等の浮遊物を捕集する浮遊物捕集装置として、フィルタ法、バブリング法、衝突法等による浮遊物捕集装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a suspended matter collection device using a filter method, a bubbling method, a collision method, or the like is known as a suspended matter collection device that collects suspended matter such as microorganisms contained in gas (atmosphere).
フィルタ法による浮遊物捕集装置は、HEPA(High Efficiency Particlate Air)フィルタ等のメンブレンフィルタを用いて浮遊物を捕集する装置である(例えば、特許文献1参照)。フィルタ法による浮遊物捕集装置は、メンブレンフィルタの目を調整することによって、捕集される浮遊物を分級することが可能であり、0.3μmといった小さい分離限界粒径を有している。しかし、フィルタ法による浮遊物捕集装置は、時間の経過とともにメンブレンフィルタが目詰まりしてしまう、捕集された浮遊物をメンブレンから剥離するのが困難である等の問題点を有している。 A suspended matter collection device using a filter method is a device that collects suspended matter using a membrane filter such as a HEPA (High Efficiency Particlate Air) filter (see, for example, Patent Document 1). The suspended matter collection device by the filter method can classify the collected suspended matter by adjusting the eyes of the membrane filter, and has a separation limit particle size as small as 0.3 μm. However, the suspended matter collection device by the filter method has problems such as the membrane filter clogging with the passage of time, and it is difficult to peel the collected suspended matter from the membrane. .
バブリング法による浮遊物捕集装置は、浮遊物を含有した気体を捕集用の水に吹き込むことにより、水中に浮遊物を懸濁させる装置である(例えば、特許文献2参照)。バブリング法による浮遊物捕集装置は、メンブレンフィルタを使用せずに水中に浮遊物を供給するので、目詰まりを起こすことが無く、浮遊物をメンブレンフィルタから剥離する工程を不要とすることができるといった利点を有している。しかし、バブリング法による浮遊物捕集装置は、水を蒸発させて濃縮する工程が必要である。 A suspended matter collection device by a bubbling method is a device that suspends suspended matter in water by blowing a gas containing the suspended matter into water for collection (see, for example, Patent Document 2). Since the suspended matter collection device using the bubbling method supplies suspended matter in the water without using a membrane filter, it does not cause clogging and can eliminate the step of removing the suspended matter from the membrane filter. It has the following advantages. However, the floating substance collecting apparatus by the bubbling method requires a step of evaporating water and concentrating it.
衝突法による浮遊物捕集装置は、吸引した気体をノズルから高速で噴出させ、ノズルの下流に設けられた捕集材の捕集部によって浮遊物を捕集する装置である(例えば、特許文献3参照)。気体中の浮遊物は、その粒径の二乗に比例する慣性力で捕集材の捕集部に衝突し、付着する。衝突法による浮遊物捕集装置は、フィルタ法のように目詰まりを起こすことが無く、浮遊物を濃縮させて捕集することができるといった利点を有している。 The floating substance collecting device by the collision method is an apparatus that ejects sucked gas at high speed from a nozzle and collects floating substances by a collecting material collecting part provided downstream of the nozzle (for example, Patent Documents). 3). The suspended matter in the gas collides with and adheres to the collection portion of the collection material with an inertial force proportional to the square of the particle size. The floating substance collection device by the collision method has the advantage that the floating substance can be concentrated and collected without causing clogging unlike the filter method.
しかし、従来の衝突法による浮遊物捕集装置は、捕集材の捕集部に吹き付けられた気体を、捕集部が設けられた面とは反対側から排気する。そのため、捕集材の捕集部以外の部分にも気体が接触して浮遊物が付着してしまうおそれがある。 However, the conventional floating substance collection device by the collision method exhausts the gas blown to the collection part of the collection material from the side opposite to the surface provided with the collection part. For this reason, there is a possibility that the gas also contacts other parts than the collecting part of the collecting material and the suspended matter adheres.
本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、捕集材の捕集部以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することが可能な浮遊物捕集装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised to solve the above-described problem, and provides a floating substance collecting device capable of suppressing the floating substance from adhering to a part other than the collecting part of the collecting material. For the purpose.
前記目的を達成するため、本発明の浮遊物捕集装置は、気体に含有される浮遊物を捕集材の捕集部に捕集させる浮遊物捕集装置であって、浮遊物を含有する気体を捕集材の捕集部に吹き付けるための吹き付け部と、前記捕集部を囲むように前記捕集材に当接する壁部と、前記捕集部に吹き付けられた気体を排気するための排気部と、を備える。 In order to achieve the above object, the floating substance collecting apparatus of the present invention is a floating substance collecting apparatus that collects a floating substance contained in a gas in a collecting part of a collecting material, and contains the floating substance. A blowing part for blowing gas to the collecting part of the collecting material, a wall part in contact with the collecting material so as to surround the collecting part, and for exhausting the gas blown to the collecting part And an exhaust part.
本発明によれば、捕集材の捕集部以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a suspended | floating matter adheres to parts other than the collection part of a collection material.
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Similar parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置20は、気体に含有される微生物等の浮遊物を捕集材10の捕集部12に捕集させる装置である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a suspended matter collecting apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a suspended
<捕集材10の構成>
図1に示すように、捕集材10は、気体に含有される浮遊物を捕集するためのものであり、一面側に凹部11aが形成された捕集材本体11と、凹部11a内に設けられた捕集部12と、を備える。
<Configuration of
As shown in FIG. 1, the
捕集材本体11は、AS(アクリルニトリルエチレンプロピレンゴム・スチレン共重合体)、ABS(アクリルニトリルブタジエン・スチレン共重合体)、PP(ポリプロピレン)、LDPE(低密度ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PC(ポリカーボネート)、PS(ポリスチレン)、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)、PDMS(ポリジメチルシロキサン)等の樹脂材から形成されることが好ましい。このような樹脂材から形成された捕集材本体11は、使いきりに好適である。
The collector
捕集部12は、気体に含有される浮遊物を捕集するためのものである。捕集部12は寒天ゲルであることが好ましい。寒天ゲルは、ゲル表面の自由水(ゲル網目間の水)由来の「付着性」を有しており、かかる付着性によって浮遊物を捕集する。また、寒天ゲルは、熱で溶けにくいといった特徴を有する。
The
捕集部12は2〜5質量%の寒天を含む、換言すると、寒天ゲルの寒天濃度は、2〜5質量%であることが好ましい。寒天濃度が2質量%未満である場合には、水分が多すぎるため、高速の気体が吹き付けられる捕集部12として強度不足となってしまう。寒天濃度が5%を超える場合には、寒天表面の水分(自由水)が少なくなり、付着性が著しく低下してしまう。
また、寒天ゲルの寒天濃度は3〜4質量%であることがさらに好ましい。寒天濃度が3〜4質量%である場合には、高い寒天強度及び高い付着性をバランスよく実現した寒天ゲルが提供される。
The
Further, the agar concentration of the agar gel is more preferably 3 to 4% by mass. When the agar concentration is 3 to 4% by mass, an agar gel that provides a high balance of agar strength and high adhesion is provided.
捕集部12である寒天ゲルは、アルコールを含んで構成されることが好ましい。寒天ゲルに含まれたアルコールは、寒天ゲルの強度を上げ(ゲル強化)、水分の蒸発を防止し(乾燥防止)、さらには凍結を防止する。寒天ゲルに添加されるアルコールとしては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、1,3−ブタンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等が挙げられる。寒天ゲルのアルコール含有率は、40〜80質量%であることが好ましい。アルコールが40質量%未満である場合には、十分な水分の蒸発防止効果が得られない。アルコールが80質量%を超える場合には、寒天表面の水分(自由水)が少なくなり、付着性が低下してしまう。
また、寒天ゲルのアルコール含有率は、50〜70質量%であることがさらに好ましい。アルコール含有率が50〜70質量%である場合には、高い蒸発防止効果及び高い付着性をバランスよく実現した寒天ゲルが提供される。
なお、寒天ゲルにおける残余成分、すなわち、寒天及びアルコール以外の成分は、水である。
It is preferable that the agar gel which is the
The alcohol content of the agar gel is more preferably 50 to 70% by mass. When the alcohol content is 50 to 70% by mass, an agar gel that provides a high balance between high evaporation prevention and high adhesion is provided.
The remaining components in the agar gel, that is, components other than agar and alcohol are water.
捕集部12として寒天ゲルを用いると、捕集された浮遊物内に細菌等の微生物が含まれていた場合に、捕集された微生物をそのまま寒天ゲル上で培養することができる。捕集対象が細菌である場合には、捕集部12の寒天ゲルに、細菌培養用のペプトン、アラニン等を予め添加しておくことにより、細菌培養を効率よく行うことが可能となる。
When an agar gel is used as the
また、捕集部12をシール材41により密封する、又は、捕集後の捕集部12に試薬等を添加する場合を考慮して、捕集部12の表面を捕集材本体11の上面よりも低くすることが好ましい。
Moreover, the surface of the
<浮遊物捕集装置20の構成>
図1に示すように、浮遊物捕集装置20は、吹き付け部21と、壁部22と、排気部23と、吸引ファン24と、搬送機構25と、壁部可動機構26と、シール機構27と、ケーシング28と、制御装置29と、を備える。
<Configuration of the floating material collecting
As shown in FIG. 1, the suspended
吹き付け部21は、捕集部12に気体を吹き付けるための管であり、本実施形態では、円筒形状を呈している。吹き付け部21の上流側端部には、ケーシング28の外部から気体(大気)を取り込むための開口部21aが形成されており、吹き付け部21の下流側端部には、捕集部12に向かうにつれて縮径し、気体を加速させるノズル部21bが形成されている。
The spraying
壁部22は、その下端縁(捕集材10側端縁)が捕集部12を囲むように捕集材本体11に当接するものであり、本実施形態では、円筒形状を呈する。壁部22は、捕集部12に吹き付けられた気体が壁部22の外側へ移動することを防止するので、捕集材本体11の壁部22よりも外側となる部分に気体が接触することを防止することができる。
The
排気部23は、捕集部12に吹き付けられた気体を排気するための管であり、本実施形態では、円筒形状を呈している。本実施形態において、排気部23は、吹き付け部21を囲む同心の管であり、排気部22の下端部と壁部22の上端部とが気密に当接している。このように、排気部23を、吹き付け部21を囲む同心の管とすることにより、簡易な構成で好適な気体の流れを実現することができる。
The
なお、気体が接触する部分、すなわち、吹き付け部21、壁部22及び排気部23は、以下の理由から、フッ素樹脂でコーティングされていることが好ましい。
物質が静電気によってプラスに帯電する傾向を示す指標として、「帯電列」が用いられることがある。帯電列によると、空気、ガラス、ナイロン、絹、アルミ、紙、鉄、ゴム、ポリエチレン、シリコーン、フッ素樹脂の順に、プラスに帯電しやすいことが知られている。すなわち、フッ素樹脂は、プラスよりもマイナスに帯電しやすい物質である。一方、気体中に含有される浮遊物もマイナスに帯電する。したがって、フッ素樹脂と浮遊物とは、同一極性に帯電しやすいので、浮遊物が帯電によってフッ素樹脂に付着する可能性は低い。特に、吹き付け部21の内壁をフッ素樹脂でコーティングすれば、気体中の浮遊物は、吹き付け部21の内壁に付着することなく、捕集部12に吹き付けられることになる。
また、フッ素樹脂は、高温高圧耐性を有し、例えば、120℃の高温下で滅菌処理可能であるといった特徴を有する。
In addition, it is preferable that the part which gas contacts, ie, the
“Charged column” is sometimes used as an index indicating a tendency of a substance to be positively charged by static electricity. According to the charging train, it is known that air, glass, nylon, silk, aluminum, paper, iron, rubber, polyethylene, silicone, and fluororesin are easily charged positively. That is, the fluororesin is a substance that is more easily charged negatively than positively. On the other hand, suspended matter contained in the gas is negatively charged. Accordingly, since the fluororesin and the suspended matter are easily charged to the same polarity, the possibility that the suspended matter adheres to the fluororesin due to charging is low. In particular, if the inner wall of the spraying
In addition, the fluororesin has a high temperature and high pressure resistance, and can be sterilized at a high temperature of 120 ° C., for example.
吸引ファン24は、排気部23の下流に設けられており、気体を吹き付け部21の上流側の開口部21aから取り込んでノズル部21bを介して捕集部12に吹き付け、捕集部12に吹き付けられた気体を排気部23を介してケーシング28の外部へ排出する気流を形成する。
The
搬送機構25は、載置された捕集材10を所望の位置まで搬送する機構である。
The
壁部可動機構26は、壁部22を、捕集材本体11に当接した状態と、捕集材本体11から離れた状態と、に切換可能な機構である。
The wall portion
シール機構27は、搬送機構25における吹き付け部21の下流側に設けられており、捕集材10の捕集部12をシールする機構である。本実施形態において、シール機構27は、捕集材10の捕集部12と、捕集材本体11の壁部22の内側となっていた部位と、を密封するようにシール材41を貼着する。
The
ケーシング28は、浮遊物捕集装置20の作業部分を収容する。
The
制御装置29は、例えば、CPU、RAM、ROM及び入出力回路を備えており、吸引ファン24、搬送機構25、壁部可動機構26及びシール機構27を駆動制御する。
The
また、吹き付け部21には一次フィルタ31が設けられており、排気部23には二次フィルタ32が設けられている。
Further, a
一次フィルタ31は、捕集材12による捕集対象である浮遊物を通過させ、捕集材12による捕集対象よりも大きい粒径の浮遊物を捕集する。例えば、一次フィルタ31の目開きは、100〜200μmとすることができる。また、花粉の飛散量が増大する磁気には、一次フィルタ31の目開きを10〜100μmとすることにより、粒径10μm未満の細菌等を通過させ、粒径10μm以上の花粉を捕集することが可能となる。
The
二次フィルタ32は、捕集材12によって捕集されなかった捕集対象を捕集し、大気中に放出されることを防止する。すなわち、二次フィルタ32の目開きは、一次フィルタ31の目開きよりも小さい。二次フィルタ32は、0.3μm以上の浮遊物を99.97%以上捕集することが可能なHEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタであることが好ましく、0.1〜0.2μmの浮遊物を99.999%以上捕集することが可能なULPA(Ultra Low Penetration Air)フィルタであることがさらに好ましい。二次フィルタ32としてULPAフィルタを用いることにより、大気中に放出される気体の清浄度をさらに向上させることができる。
The
なお、一次フィルタ31及び二次フィルタ32は、洗浄及び高温滅菌が容易なステンレス製又はフッ素樹脂製であることが好ましい。
The
<浮遊物捕集装置20の動作例>
続いて、浮遊物捕集装置20の動作例について説明する。まず、捕集材10が搬送機構25にセットされる。続いて、制御装置29が、搬送機構25を駆動制御し、捕集材10を吹き付け部21のノズル部21bと対向する位置まで移動させる。続いて、制御装置29が、壁部可動機構26を駆動制御し、壁部22を捕集材本体11に気密に当接させる。続いて、制御装置29が、吸引ファン24を駆動制御する。吸引ファン24が駆動すると、ケーシング28外の気体が、吹き付け部21の開口部21a、一次フィルタ31、ノズル部21bを介して捕集材10の捕集部12に吹き付けられる。吹き付けられた気体に含有される浮遊物が、捕集部12で捕集される。捕集部12に吹き付けられた気体は、180度方向を変え、排気部23を通過し、二次フィルタ32及び吸引ファン24を介してケーシング28外に排出される。続いて、制御装置29が、吸引ファン24を停止させ、壁部可動機構26を駆動制御し、壁部22を捕集材本体11から離し、搬送機構25を駆動制御し、捕集材をシール機構27に対向する位置まで移動させる。続いて、制御装置29が、シール機構27を駆動制御し、捕集材10にシール材41を貼着し、捕集部12を密封する。
<Operation example of the floating
Subsequently, an operation example of the suspended
ここで、吹き付け部21のノズル部21bは、捕集材本体11に当接した壁部22の下端縁よりも凹んだ構造となっている。ノズル部21bが捕集材本体11に当接した壁部22の下端縁と同じ高さ又は捕集材本体11に当接した壁部22の下端縁よりも突き出ている場合には、捕集材本体11の凹部11aを深く形成する必要があり、使い捨てである捕集材10の厚みが大きくなり、経済的ではない。また、捕集部12をノズル部21bに対向する位置に設置するためには、捕集材12を上下動させる必要があり、システムが複雑になってしまう。したがって、吹き付け部21のノズル部21bは、捕集材本体11に当接した壁部22よりも凹んだ構造であることが好ましい。
Here, the
<捕集効率>
続いて、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置20の捕集効率について説明する。図2は、図1の部分拡大図であり、吹き付け部、壁部及び排気部を示す一部破断図である。図2に示すように、捕集効率に影響を与えるパラメータとして、ノズル部21bの先端の内径Wと、ノズル部21bと捕集部12との距離Sと、が挙げられる(神保元二著、「微粒子ハンドブック」、p.193、朝倉書店(1991年))。なお、以下の説明において、捕集部12の表面と、捕集材本体11の凹部11aの露出した面と、を合わせたものを捕集面とする。
<Collection efficiency>
Subsequently, the collection efficiency of the suspended
図3は、ノズル部の内径Wを20mmと一定にしたときの捕集面における気体の流速を示す図であり、距離Sを10mmとした場合(S/W=0.5)、距離Sを20mmとした場合(S/W=1.0)、距離Sを30mmとした場合(S/W=1.5)を示す。図3に示すように、ノズル部21bと捕集部12との距離Sを小さくするほど、捕集面近傍における気体の流速は大きくなる。なお、凹部11aの露出した部位の高さは5mmである。
FIG. 3 is a diagram showing the flow velocity of gas on the collecting surface when the inner diameter W of the nozzle portion is kept constant at 20 mm. When the distance S is 10 mm (S / W = 0.5), the distance S is When 20 mm is set (S / W = 1.0), the distance S is set to 30 mm (S / W = 1.5). As shown in FIG. 3, the smaller the distance S between the
この結果に基づいて、浮遊物の一例として細菌が捕集面に慣性衝突する割合をシミュレートした結果を図4に示す。ここで、細菌の直径を10μm、細菌の粒子密度を1g/cm3とした(∵細菌は98%以上が水分であるため)。また、吹き付け部21、壁部22及び排気部23内部の気体の流れは左右対称であるものと仮定し、右断面のみを図4に示している。図4において、図中の一本の線が、細菌一個の流れの軌跡を示している。
S/W=0.5では、細菌の捕集面への衝突率は100%であり(図4(a))、S/W=1.0では、細菌の捕集面への衝突率は60%であり(図4(b))、S/W=1.5では、細菌の捕集面への衝突率は30%である(図4(c))。
すなわち、S/W=0.5で細菌の捕集面への衝突率は最大を示し、S/Wを大きくするにつれて、気体に同伴されて排出される細菌の数が増え、衝突率が減少することがわかる。
なお、S/Wを0.5未満にすると、流体の圧力損失による吸引流量の低下が避けられない領域に入ってしまい、また、捕集面で一旦捕集された細菌が、気体の流れによって剥離されてしまう頻度が高くなってしまう。したがって、捕集率60%以上を達成するためには、0.5≦S/W≦1.0を満たすことが好ましい。前記したS/Wの範囲は、気体の流速によらない。
Based on this result, FIG. 4 shows the result of simulating the rate at which bacteria, as an example of suspended matter, inertially collide with the collection surface. Here, the diameter of the bacteria was 10 μm and the particle density of the bacteria was 1 g / cm 3 (because 98% or more of the bacteria are water). Moreover, it is assumed that the gas flows in the spraying
When S / W = 0.5, the collision rate of bacteria to the collection surface is 100% (FIG. 4A), and when S / W = 1.0, the collision rate of bacteria to the collection surface is 60% (FIG. 4B), and at S / W = 1.5, the collision rate of bacteria to the collection surface is 30% (FIG. 4C).
That is, when S / W = 0.5, the collision rate of bacteria on the collection surface shows the maximum, and as S / W is increased, the number of bacteria discharged accompanying the gas increases and the collision rate decreases. I understand that
If the S / W is less than 0.5, a decrease in the suction flow rate due to the pressure loss of the fluid enters an unavoidable region, and bacteria once collected on the collection surface are caused by the gas flow. The frequency of peeling will increase. Therefore, in order to achieve a collection rate of 60% or more, it is preferable to satisfy 0.5 ≦ S / W ≦ 1.0. The above S / W range does not depend on the gas flow rate.
本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置20は、捕集材10の捕集材11以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することができる。また、浮遊物捕集装置20は、シール材41により、捕集材11で捕集された浮遊物がケーシング28内に拡散することを防止することができる。
The floating
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。前記実施形態では、排気部を、吹き付け部を囲む同心の管としたが、逆に、吹き付け部を、排気部を囲む同心の管としてもよく、吹き付け部及び排気部を同心ではない管としてもよい。また、吹き付け部及び排気部の管の数も、適宜変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A design change is possible suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention. In the above embodiment, the exhaust part is a concentric pipe surrounding the blowing part. Conversely, the blowing part may be a concentric pipe surrounding the exhaust part, and the blowing part and the exhaust part may be non-concentric pipes. Good. Further, the number of tubes of the spraying part and the exhaust part can be changed as appropriate.
10 捕集材
12 捕集部
20 浮遊物捕集装置
21 吹き付け部
22 壁部
23 排気部
25 搬送機構
26 壁部可動機構
27 シール機構
DESCRIPTION OF
Claims (7)
浮遊物を含有する気体を捕集材の捕集部に吹き付けるための吹き付け部と、
前記捕集部を囲むように前記捕集材に当接する壁部と、
前記捕集部に吹き付けられた気体を排気するための排気部と、
を備えることを特徴とする浮遊物捕集装置。 A floating substance collecting device for collecting floating substances contained in a gas in a collecting part of a collecting material,
A spraying part for spraying a gas containing floating substances to the collecting part of the collecting material;
A wall portion that abuts on the collecting material so as to surround the collecting portion;
An exhaust part for exhausting the gas blown to the collection part;
A suspended matter collecting apparatus comprising:
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Cited By (1)
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CN113604339A (en) * | 2021-08-16 | 2021-11-05 | 黑龙江省庄禹检测科技有限公司 | Microbial sampler for environment detection |
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2007
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