JP2010151613A - エアロゾル検出器 - Google Patents

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Abstract

【課題】放電誘起風の向きを適正に制御し、発生したイオンを有効に利用することで、コンパクトで、検出精度が高く、低コストのエアロゾル検出器を提供する。
【解決手段】エアロゾル検出器100は、ケース101と、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極103と、前記イオン発生電極103の下流側に配置されたイオンコレクタ106と、を備え、前記イオンコレクタ106の測定値の変化に基づいてエアロゾルを検出するエアロゾル検出器100において、前記イオン発生電極103は、薄板状の絶縁体111と、前記絶縁体111の一方の面に設けられた短冊状の電極112と前記絶縁体の他方の面に設けられた電極113からなる1対の電極とから構成され、前記電極112、113間で生起した放電117により発生した放電誘起風104が下流方向に流れることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は空気中のエアロゾル(微粒子)を検出するためのエアロゾル検出器に関し、特に、イオン発生手段として放電を用いたエアロゾル検出器に関する。
空気中のエアロゾル(微粒子)を検出する装置は、例えば、煙検知器やガスセンサとして広く利用されている。特殊な用途としては、高速増殖炉のナトリウムの漏洩を検出する機器としても使われる。
エアロゾルの検出法のひとつに、イオン化式検出法がある。この方法は、エアロゾルが空気中のイオンを吸着することを利用したものである。検出器の測定室内をイオンで満たし、イオン密度を常時モニタしながら、エアロゾルの進入によるイオン密度の減少を検出する。このイオン密度の減少を検出してエアロゾルの存在を判断する。従来、空気イオンの生成には、α線が用いられ、線源としてアメリシウムが広く使われていた(特許文献1参照)。
また、気温、湿度、気圧など外的要因によるイオン密度検出感度の変動による検出誤差を抑制するため、測定室を二つ設け、一方は、外気をあまり通さない構造とし、他方にエアロゾルを含む外気を導入し、2つの測定室のイオン密度を比較してイオン数の減少を検出する方法が提案されている。こうすることで、温度、湿度、気圧の変化が検出感度に与える影響を抑えている(特許文献1参照)。
ところが、近年、放射性物質取り扱いに関する法律の改定により、アメリシウム線源を使用することができなくなった。
そこで、放射性物質を使用せずに、コロナ放電によってイオンを生成する煙検知器が提案されている(特許文献2)。
この従来のコロナ放電を用いた煙検出器を、図15を用いて説明する。
この煙検出器は、室内の壁又は天井に設置される本体グラウンド204とケース205から構成され、ケース205内の空間は下室209と上室210に分けられている。本体グウンド204とケース205との間には所定の電圧が印加され、かつ、本体グラウンド204と測定用電極207との間には電気的に接続され、その間に電位計208が設けられている。また、針状の放電電極201には高電圧発生器203により直流電圧が印加されており、これにより放電電極201の先端部とグラウンド電極202の間にコロナ放電が発生し、上下室内の空気をイオン化する。
このように構成された煙検出器において、ケース205の上部の外気導入孔(図示せず)から上室に煙が流入すると、イオンが煙に吸着され、電位計208の値が変化する。この変化分を検知することにより煙の発生を検出している。
特公昭63−22252号公報 特開2006−146296号公報
上述した従来のコロナ放電を用いた煙検出器では、放電を起こすために印加した高電圧のつくる電界によって発生したイオンが加速され、電界の方向に気流が発生する。直流コロナ放電の場合、この気流は放電誘起風(イオン風)と呼ばれている。この現象は、高周波電圧を加えて発生する誘電体バリア放電でも観測されている。この放電誘起風は、風速が数m/秒におよび、生成したイオンを容器壁まで吹き飛ばし、容器壁等と衝突することによって中性の粒子に戻ってしまう現象が生じる。その結果、発生したイオンがエアロゾル(微粒子、煙)に吸着されることなく消滅してしまうので、煙検出器の検出感度が低下したり、誤作動が生じるおそれがあった。
また、測定室を2室構造とすることは、装置が大型化かつ複雑化し、狭隘な配管内に設置することが困難となり、また、製造コストが高いものとなっていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放電誘起風の向きを適正に制御し、発生したイオンを有効に利用することで、コンパクトで、検出精度が高く、低コストのエアロゾル検出器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、薄板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面に設けられた電極と前記絶縁体の他方の面に設けられた電極からなる1対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とする。
また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、2枚の薄板状の絶縁体と、前記2枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極と前記2枚の絶縁体の間に設けられた電極からなる1対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とする。
また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、流れ方向に直角に配置された棒状の電極と、当該棒状の電極の下流側に近接して配置され周囲が絶縁体により被覆された棒状の電極とからなる1対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とする。
また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、流れ方向を沿って配置された筒状の絶縁体と、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極と前記筒状の絶縁体の外周に設けられた円環電極とからなる1対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とする。
本発明によれば、イオン発生用電極を上記のような構成にしたことにより、放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
本発明に係るエアロゾル検出器の実施形態を、図を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係るエアロゾル検出器1の基本的な測定原理を示す構成図である。
エアロゾル検出器100は、筒状のケース101、イオン発生用電極103、放電電源105、イオンコレクタ106及びイオンコレクタコントローラ107から構成される。
このエアロゾル検出器100において、空気又はエアロゾル102は矢印で示すようにケースの入口から出口へ、自然循環又は強制循環により流れている。このエアロゾル検出器100をナトリウムの漏洩検知に用いる際は、エアロゾル検出器100は自然循環又は強制循環により空気及びエアロゾルが流れる配管の中に装着される。
イオン発生用電極103には、放電電源105により空気をブレイクダウンさせイオン発生に必要な放電を維持できる高電圧が印加される。この放電電源105によりイオン発生用電極103でコロナ放電を発生させると、生成した放電誘起風(イオン風)104は、矢印の向きに流れる。本願発明では、この放電誘起風104を下流方向に向かわせるために、特定の電極構造を採用しているが、その詳細は後述する。
また、イオン発生用電極103の下流に、イオンコレクタ106とイオンコレクタにイオン捕集用のバイアス電位を与える電源、及び、イオン検出回路を含むイオン検出器コントローラ107が設置される。
このように構成されたエアロゾル検出器100にエアロゾルが流入すると、イオンがイオン発生用電極103とイオンコレクタ106間の空間を流れる間に、エアロゾルがイオンに吸着し、イオンコレクタ106に到達するイオン数が減少する。このイオン電流の減少をイオン検出器コントローラ107が検出しエアロゾルの有無及び量を判別する。
なお、ケース101の断面形状は、筒状に限定されることはなく、円、楕円、四角形等、どのような形状でもよい。
また、放電電源105として、高周波高電圧電源又は高電圧直流電源を用いることができる。
次に、本発明の第1の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図2、図3を用いて説明する。この電極構成により、放電により発生した放電誘起風104を下流方向に向かわせることができるものである。
図2において、イオン発生用電極103は、薄板状の絶縁体111と、絶縁体111の一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い金属の電極112と、絶縁体111のもう一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い金属の電極113と、電極113の上流側を覆う絶縁体114から構成される。電極112と113は、電極112の上流側端部と電極113の下流側端部が、近接して又は一部重なるように配置される。
この電極構成により、放電117は電極112の上流側でのみ発生し、放電誘起風104は、矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図3に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
本第1の実施形態によれば、イオン発生用電極を上記のような構成にしたことにより、放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図4、図5を用いて説明する。
図3において、イオン発生用電極103は、2枚の薄板からなる絶縁体111a、111bと、絶縁体111a、11bにそれぞれ設けられた一つの短冊状の薄い電極112a、112bと、2枚の絶縁体111a、111bの間に設けられた電極113とから構成される。1対の電極112a、112bは絶縁体111a、111bに対して対称的に配置され、電極113は1対の電極112a、112bの上流側端部に近接して又は一部重なるように配置される。
これにより、1対の電極112a、112bと電極113との間に、117a及び117bに示すような放電が発生し、放電誘起風104a、104bは矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図5に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
本第2の実施形態によれば、イオン発生用電極を両面構成にしたことにより、両面で発生した放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図6を用いて説明する。
図6において、イオン発生用電極103は、薄板状の絶縁体111と、絶縁体111の一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い電極112と、絶縁体111のもう一方の面に設けられた幅広の薄い電極113と、電極112の下流側端部を覆う絶縁体114から構成される。電極113は、電極112全体を覆うように幅広に形成されている。
この電極構成により、電極112の上流側端部と電極113との間に、117に示すような放電が発生し、放電誘起風104は矢印のように下流方向に流れる。
本第3の実施形態によれば、電極113を幅広形状としたことにより、電極112との精密な位置合わせが必要なくなり、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図7、8を用いて説明する。
図7において、イオン発生用電極103は、2枚の薄板状の絶縁体111a、111bと、絶縁体111a、11bにそれぞれ設けられた一つの短冊状の薄い電極112a、112bと、2枚の絶縁体111a、111bの間に設けられた幅広の電極113と、電極112a、112bの上流側端部をそれぞれ覆う絶縁体114a、114bとから構成される。1対の電極112a、112bは絶縁体111a、111bに対して対称的に配置され、電極113は1対の電極112a、112b全体を覆うように幅広に形成される。
これにより、1対の電極112a、112bの上流側端部と電極113との間に、117a及び117bに示すような放電が発生し、放電誘起風104a、104bは矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図8に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
本第4の実施形態によれば、イオン発生用電極を両面構成とし、一方の電極を幅広形状としたことにより、両面で発生した放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図9、10を用いて説明する。
図9は電極部の断面図で、イオン発生用電極103は、金属棒からなる電極122と、これと微小な間隔をもって平行に設置された金属棒からなる電極123と、電極123の周囲に設けられた絶縁体121とから構成される。この電極の配置構成の具体例を図10に示す。電極122は図10に示されるようにコの字状で絶縁体111上に設けられ、電極123は流れ方向に直角に配置され、適宜な支持手段によりケース101に支持される。
これにより、1対の電極122と電極123との間に、117に示すような放電が発生し、放電誘起風104は矢印のように下流方向に流れる。
また、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置して用いてもよく、また、流れ方向に垂直方向に複数並べて設置してもよい。
本第5の実施形態によれば、電極として金属棒を用いたことにより、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を得ることができる。また、この電極構成を流れ方向に平行に又は垂直に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図11、12を用いて説明する。
図11において、イオン発生用電極103は、金属棒からなる電極133と、電極133の周囲に設けられた円筒状の絶縁体131と、絶縁体131の周囲に密着して配置された薄板状の円環電極132とから構成される。金属棒からなる電極133は、円環電極132の下流側端部に近接して又は一部重なるように配置される。
これにより、円環電極132の上流側端部と金属棒からなる電極133との間に134で示すような円環状の放電が発生し、放電誘起風104は矢印のように下流方向に流れる。
この電極構成の変形例を図11に示す。図11の変形例では、金属棒の代わりに円筒状の電極133を用いたものである。
また、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置して用いてもよく、また、これを1セットとして、流れ方向に直角に複数配置してもよい。
本第6の実施形態によれば、電極として流れ方向に平行に配置した金属棒及び円環電極を用いたことにより、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置するか又は直角に配置することにより、円環状に発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態に係るイオン発生用電極103の電極構成について図13を用いて説明する。
本第7の実施形態に係る電極構成は、金属棒からなる電極143を、円環電極142全体を覆うように配置し、かつ、円環電極142の下流側端部を絶縁体144で覆ったものである。
これにより、円環電極142の上流側端部と金属棒からなる電極143との間に147で示すような円環状の放電が発生し、放電誘起風104は矢印のように下流方向に流れる。
また、金属棒の電極143の代わりに円筒状の電極を用いてもよい。さらに、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置してもよく、また、これを流れ方向に直角に複数配置してもよい。
本第7の実施形態によれば、金属棒からなる電極143を円環電極142全体を覆うように配置したことにより、円環電極142との精密な位置合わせが必要なくなり、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置するか又は直角に複数配置することにより、円環状に発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。
(第8の実施形態)
本発明の第8の実施形態に係るエアロゾル検出器について図14を用いて説明する。
本第8の実施形態では、イオン発生用電極103の下流側の流路を狭める流路制限部材109をケース101に設けることを特徴とする。
本発明の第8の実施形態によれば、イオン発生用電極103にエアロゾルを含む空気を集中させ、放電による誘電誘起風を効率よく発生させることができるので、コンパクトで、さらに検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
(第9の実施形態)
本発明の第9の実施形態に係るエアロゾル検出器について図14を用いて説明する。
本発明の第9の実施形態は、イオン発生電極103とイオンコレクタ106の間にメッシュ150を設置するものである。この構成により、イオン発生用電極103で発生する放電によって生起する放電ノイズを軽減し、S/Nの高めることができる。
本発明の第9の実施形態によれば、放電ノイズの影響を軽減できるので、コンパクトで、さらに検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
本発明のエアロゾル検出器の全体構成図。 本発明の第1の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第1の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第2の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第2の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第3の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第4の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第4の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第5の実施形態に係る電極構成の主要部を示す図。 本発明の第5の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第6の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第6の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第7の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第8及び第9の実施形態に係るエアロゾル検出器の全体構成図。 従来のエアロゾル検出器の全体構成図。
符号の説明
100…エアロゾル検出器、101…ケース、102…空気又はエアロゾル、103…イオン発生用電極、104,104a,104b…放電誘起風、105…放電電源、106…イオンコレクタ、107…イオン検出器コントローラ、109…流路制限部材、111,111a,111b…絶縁体、112,112a,112b…電極、113…電極、114,114a,114b…絶縁体、117,117a,117b…放電、121…絶縁体、122…電極、123…電極、131…絶縁体、132…円環電極、133…電極、137・・・放電、141…絶縁体、142…円環電極、143…電極、144…絶縁体、147…放電、201…放電電極、202…グランド電極、203…高電圧発生器、204…本体グランド、205…ケース、207…測定用電極、208…電位計。

Claims (15)

  1. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
    前記イオン発生電極は、薄板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面に設けられた電極と前記絶縁体の他方の面に設けられた電極からなる1対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とするエアロゾル検出器。
  2. 前記電極は短冊状であり、電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、当該電極の上流側端部が他方の面に設けられた電極の下流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項1記載のエアロゾル検出器。
  3. 前記絶縁体の一方の面に設けられた電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、他方の面に設けられた電極を前記短冊状の電極全体を覆うように構成したことを特徴とする請求項1記載のエアロゾル検出器。
  4. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
    前記イオン発生電極は、2枚の薄板状の絶縁体と、前記2枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極と前記2枚の絶縁体の間に設けられた電極からなる1対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とするエアロゾル検出器。
  5. 前記2枚の絶縁体の間に設けられた電極の下流側端部は前記短冊状の電極の上流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項4記載のエアロゾル検出器。
  6. 前記短冊状の電極の下流側端部を絶縁体で覆うとともに、前記2枚の絶縁体の間に設けられた電極は当該短冊状の電極全体を覆うように構成されたことを特徴とする請求項4記載のエアロゾル検出器。
  7. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
    前記イオン発生電極は、流れ方向に直角に配置された棒状の電極と、当該棒状の電極の下流側に近接して配置され周囲が絶縁体により被覆された棒状の電極とからなる1対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とするエアロゾル検出器。
  8. 前記1対の電極を、流れ方向に沿って又は流れ方向に直角に複数設けたことを特徴とする請求項7記載のエアロゾル検出器。
  9. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
    前記イオン発生電極は、流れ方向を沿って配置された筒状の絶縁体と、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極と前記筒状の絶縁体の外周に設けられた円環電極とからなる1対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とするエアロゾル検出器。
  10. 前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極の下流側端部を、前記円環電極の上流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項9記載のエアロゾル検出器。
  11. 前記円環電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極は前記円環電極全体を覆うように構成されたことを特徴とする請求項9記載のエアロゾル検出器。
  12. 前記1対の電極を、流れ方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項1乃至6及び9乃至11いずれか1項に記載のエアロゾル検出器。
  13. 前記イオン発生電極をケース内に複数配置したことを特徴とする請求項9乃至11いずれか1項に記載のエアロゾル検出器。
  14. 前記イオン発生電極の下流側に流路制限部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至13いずれか1項に記載のエアロゾル検出器。
  15. 前記イオン発生電極と前記イオンコレクタの間に金属メッシュを配置したことを特徴とする請求項1乃至14いずれか1項に記載のエアロゾル検出器。
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