JP2012154657A - Aerosol fine particle measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はナノメータサイズの微粒子を含むエアロゾル中の粒子数を計数するための計測装置に関するものである。エアロゾルは、固体又は液体の微粒子が気体中に比較的安定して浮遊して存在している状態のものであり、自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどを含む。 The present invention relates to a measuring device for counting the number of particles in an aerosol containing nanometer-sized fine particles. The aerosol is in a state where solid or liquid fine particles are present in a relatively stable and floating state in the gas, and includes exhaust gas from automobiles, exhaust gas from factories, and the like.
ナノメータサイズの微粒子を含むエアロゾル中の粒子数を計数するための計測装置としては、微粒子径をアルコール蒸気の吸着により増大させたうえで光散乱などにより粒子数を計数するＣＰＣ(Condensation Particle Counter)と称される計測装置がある。そのような計測装置の従来の装置を図２に概略的に示す。 As a measuring device for counting the number of particles in an aerosol containing nanometer-sized fine particles, CPC (Condensation Particle Counter) which counts the number of particles by light scattering after increasing the fine particle diameter by adsorption of alcohol vapor, There is a measuring device called. A conventional device for such a measuring device is schematically shown in FIG.
試料ガス流路２から吸入された試料ガスのエアロゾルは、分岐部６で分離され、その一部がエアロゾルフローキャピラリ４に導かれて流量Ｑ１のエアロゾルフローとなり、残部はシースガス流路８に導かれて流量Ｑ２のシースガスとなる。シースガス流路８にはフィルタ１０と可変オリフィス１２が設けられている。フィルタ１０で試料ガス中の粒子が除去されてシースガスとなり、可変オリフィス１２でシースガスの流量Ｑ２が調節される。シースガスは飽和器１４で飽和蒸気状態のシースフローにされ、エアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流した後、冷却凝縮器１６で冷却されることによりエアロゾルフロー中の微粒子がシースフローの蒸気により成長し、粒子計数器１８で粒子数が計数される。試料ガス流路２から吸入される試料ガスの流量は粒子計数器１８の下流に設けられた流量計２０で測定され、その流量Ｑ３が所定流量になるように排気ポンプ２２の駆動が制御される（非特許文献１参照。）。流量計２０はキャピラリを備え、そのキャピラリの上流側と下流側の差圧により流量Ｑ３を検出している。
The aerosol of the sample gas sucked from the sample
試料ガス流路２に供給される試料ガス流量が計数器１８を通過できるエアロゾルの流量より大きい場合に、余剰の試料ガスを分岐部６よりも上流側からフィルタ３２と可変オリフィス３４を経て排気ポンプ２２へ直接排出するためのバイパス流路が設けられている。
When the flow rate of the sample gas supplied to the sample
排気ポンプ２２を一定の排気量で運転するのが好ましい場合、試料ガス流路２に供給される試料ガス流量が排気ポンプ２２の排気量よりも少ないときに、フィルタ４６から開閉弁４１を経て空気をメイクアップガスとして吸引するためにメイクアップガス吸入口も設けられている。
When it is preferable to operate the
このような計測装置で試料ガス中の微粒子数を正確に測定するためには、固定された流体抵抗をもつエアロゾルフローキャピラリ４を流れるエアロゾルフローの流量Ｑ１が正確に制御されなければならない。そのための流量設定の手順は次の（１），（２）のように行われる。 In order to accurately measure the number of fine particles in the sample gas with such a measuring device, the flow rate Q1 of the aerosol flow flowing through the aerosol flow capillary 4 having a fixed fluid resistance must be accurately controlled. The flow rate setting procedure for this is performed as follows (1) and (2).
（１）流量計２０が所定の流量Ｑ３となるように、ポンプ２２を調整する。
（２）固定のエアロゾルフローキャピラリ４を基準として、可変オリフィス１２を調整することにより、２つの流量Ｑ１とＱ２の比率を決める。この比率決定は、具体的には、シースガス流路８に流量Ｑ２を測定する流量計を挿入し、可変オリフィス１２を調整しながら流量Ｑ２が所定の流量となるように設定する。その結果、流量Ｑ１はＱ１＝Ｑ３−Ｑ２として設定される。
(1) The
(2) The ratio of the two flow rates Q1 and Q2 is determined by adjusting the
流量Ｑ３は流量計２０のキャピラリの差圧により制御され、エアロゾルフローキャピラリ４を流れるエアロゾルフローの流量Ｑ１もキャピラリの差圧により制御されている。しかし、シースガス流路８を流れるシースガスの流量Ｑ２を制御する流体抵抗はオリフィスで制御されている。
The flow rate Q3 is controlled by the differential pressure of the capillary of the
キャピラリとオリフィスでは、温度又は圧力が変化した場合の同一の流量（体積流量を基準とした流量）に対する発生差圧の特性が異なるため、試料ガスの温度又は圧力が変化するとエアロゾルフローの流量Ｑ１とシースガスの流量Ｑ２の流量の比率が変化するという問題がある。 Since the capillary and the orifice have different characteristics of the generated differential pressure with respect to the same flow rate (flow rate based on the volume flow rate) when the temperature or pressure changes, the flow rate Q1 of the aerosol flow changes when the temperature or pressure of the sample gas changes. There is a problem that the ratio of the flow rate Q2 of the sheath gas changes.
具体的に示すと、キャピラリでは流体の粘性抵抗で差圧が発生し、オリフィスではベルヌイの法則による運動エネルギーに比例した差圧が発生する。そのため、例えば、絶対圧が２０％下がった場合には、体積流量が一定であればキャピラリによる差圧は変化しないが、オリフィスによる差圧は２０％低下する。その結果として、流量Ｑ１とＱ２の流量の比率が変化することになる。 Specifically, the capillary generates a differential pressure due to the viscous resistance of the fluid, and the orifice generates a differential pressure proportional to the kinetic energy according to Bernoulli's law. Therefore, for example, when the absolute pressure is reduced by 20%, if the volume flow rate is constant, the differential pressure by the capillary does not change, but the differential pressure by the orifice is reduced by 20%. As a result, the ratio of the flow rates Q1 and Q2 changes.
試料ガスの温度変化についても、下記の（１）式から予想できるように、キャピラリの流体抵抗に寄与する粘性係数μよりもオリフィスの流体抵抗に寄与する密度ρの方が大きく影響を受ける。そのため、試料ガスの温度変化によっても流量Ｑ１とＱ２の流量の比率が変化する。 Regarding the temperature change of the sample gas, the density ρ contributing to the fluid resistance of the orifice is more greatly affected than the viscosity coefficient μ contributing to the fluid resistance of the capillary, as can be predicted from the following equation (1). For this reason, the ratio of the flow rates Q1 and Q2 also changes depending on the temperature change of the sample gas.
そこで、本発明は試料ガスの温度又は圧力が変化した場合でも、エアロゾルフローの流量Ｑ１とシースガスの流量Ｑ２の流量の比率の変動を抑えて、エアロゾルフローの流量Ｑ１を一定に維持することができるようにすることを目的とするものである。 Therefore, even when the temperature or pressure of the sample gas changes, the present invention can keep the flow rate Q1 of the aerosol flow constant by suppressing variation in the ratio of the flow rate Q1 of the aerosol flow and the flow rate Q2 of the sheath gas. The purpose is to do so.
本発明はナノメータサイズの微小粒子を含むエアロゾルを試料ガスとして吸入する試料ガス流路（２）と、試料ガスの一部をエアロゾルフローとして流すエアロゾルフローキャピラリ（４）と、前記試料ガス流路（２）に設けられ、試料ガスを前記エアロゾルフローキャピラリ（４）に流れるガスとその残部ガスとに分離する分岐部（６）と、前記分岐部（６）の下流に配置され、流量を調節する第１流量調節部（１１）を備えたシースガス流路（８）と、前記シースガス流路（８）からのガスを飽和蒸気状態のシースフローにして前記エアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流させる飽和器（１４）と、前記エアロゾルフローキャピラリ（４）からのエアロゾルフローと飽和器（１４）からのシースフローとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させる冷却凝縮器（１６）と、前記冷却凝縮器（１６）を通過したガス中の粒子数を計数する粒子計数器（１８）と、前記粒子計数器（１８）の下流に設けられ所定流量で排気するように駆動が制御される排気ポンプ（２２）と、前記粒子計数器（１８）と前記排気ポンプ（２２）の間に配置された流量計(２０)と、を備えたエアロゾル微粒子計測装置である。
The present invention includes a sample gas channel (2) for inhaling an aerosol containing nanometer-sized fine particles as a sample gas, an aerosol flow capillary (4) for flowing a part of the sample gas as an aerosol flow, and the sample gas channel ( 2) provided in the downstream part of the branch part (6) for separating the sample gas into the gas flowing into the aerosol flow capillary (4) and the remaining gas, and downstream of the branch part (6), and adjusting the flow rate A sheath gas flow path (8) provided with a first flow rate control unit (11), and an aerosol flow that flows out of the
そして、試料ガスの温度又は圧力が変化した場合でもエアロゾルフローの流量Ｑ１とシースガスの流量Ｑ２の流量の比率の変動を抑えることができるように、第１流量調節部（１１）は、流路に対して直列に配置されて流体抵抗が固定のキャピラリ（１１ａ）と、そのキャピラリ（１１ａ）の流体抵抗よりも小さい流体抵抗をもつ流量可変オリフィス（１１ｂ）で構成されているようにした。 The first flow rate adjustment unit (11) is provided in the flow path so that fluctuation in the ratio of the flow rate Q1 of the aerosol flow and the flow rate Q2 of the sheath gas can be suppressed even when the temperature or pressure of the sample gas changes. On the other hand, a capillary (11a) arranged in series and having a fixed fluid resistance and a flow rate variable orifice (11b) having a fluid resistance smaller than the fluid resistance of the capillary (11a) are configured.
第１流量調節部（１１）において、キャピラリ（１１ａ）と流量可変オリフィス（１１ｂ）の合計の流体抵抗に対して、キャピラリ（１１ａ）の流体抵抗の割合が大きいほど第１流量調節部（１１）全体の特性がキャピラリに近づくため、試料ガスの温度又は圧力が変化した場合でもエアロゾルフローの流量Ｑ１とシースガスの流量Ｑ２の流量の比率の変動を抑えるのに好都合である。しかし、キャピラリ（１１ａ）の流体抵抗の割合が大きくなるほど流量可変オリフィス（１１ｂ）の流体抵抗の割合が減少することになるので、流量可変オリフィス（１１ｂ）により調整できる流量範囲が狭くなる。そのため、流量可変オリフィス（１１ｂ）により調整が必要な流量範囲を確保した上でキャピラリ（１１ａ）の流体抵抗の割合を大きくする。 In the first flow rate control unit (11), the larger the ratio of the fluid resistance of the capillary (11a) to the total fluid resistance of the capillary (11a) and the flow rate variable orifice (11b), the first flow rate control unit (11). Since the entire characteristics are close to the capillary, it is convenient to suppress the fluctuation in the ratio of the flow rate Q1 of the aerosol flow and the flow rate Q2 of the sheath gas even when the temperature or pressure of the sample gas changes. However, since the ratio of the fluid resistance of the variable flow orifice (11b) decreases as the ratio of the fluid resistance of the capillary (11a) increases, the flow range that can be adjusted by the variable flow orifice (11b) becomes narrow. Therefore, the ratio of the fluid resistance of the capillary (11a) is increased after securing the flow rate range that needs to be adjusted by the variable flow orifice (11b).
粒子計数器（１８）では微粒子の粒径が大きくされて測定用の光路を横切って通過するため、誤差を抑えるためには２個以上の粒子が同時に光路を通過する確率を下げる必要がある。そのため、一般には、粒子計数器（１８）を流れる試料ガス流量は最適な値に設定される。粒子計数器（１８）を流れる試料ガス流量のそのような設定流量よりも大きな流量で試料ガス流路（２）に試料ガスを供給することができるようにするために、前記分岐部（６）よりも上流側の試料ガス流路（２）と前記排気ポンプ（２２）との間に開閉弁を介して第２流量調節部（３６，３８，４２，４４）が配置されたバイパス流路を設けることができる。その場合、第２流量調節部（３６，３８，４２，４４）も流路に対して直列に配置された流体抵抗が固定のキャピラリ（３６，４２）と、そのキャピラリ（３６，４２）の流体抵抗よりも小さい流体抵抗をもつ流量可変オリフィス（３８，４４）で構成されているようにすることが好ましい。 In the particle counter (18), the particle size of the fine particles is increased and passes across the optical path for measurement. Therefore, in order to suppress the error, it is necessary to reduce the probability that two or more particles pass through the optical path at the same time. Therefore, generally, the flow rate of the sample gas flowing through the particle counter (18) is set to an optimum value. In order to be able to supply the sample gas to the sample gas flow path (2) at a flow rate larger than such a set flow rate of the sample gas flowing through the particle counter (18), the branch part (6) A bypass flow path in which a second flow rate adjusting section (36, 38, 42, 44) is disposed between the sample gas flow path (2) upstream of the exhaust pump (22) and an open / close valve. Can be provided. In that case, the second flow rate adjusting section (36, 38, 42, 44) is also arranged in series with respect to the flow path and the capillary (36, 42) having a fixed fluid resistance and the fluid of the capillary (36, 42). It is preferable that the flow rate orifices (38, 44) have a fluid resistance smaller than the resistance.
第２流量調節部（３６，３８，４２，４４）においても、第２流量調節部全体の流体抵抗に対するキャピラリ（３６，４２）の流体抵抗の割合は、第１流量調節部（１１）の場合と同様の見地から設定する。 Also in the second flow rate adjuster (36, 38, 42, 44), the ratio of the fluid resistance of the capillary (36, 42) to the fluid resistance of the entire second flow rate adjuster is the case of the first flow rate adjuster (11). Set from the same point of view.
第１流量調節部においても第２流量調節部においても、キャピラリの流体抵抗がキャピラリと流量可変オリフィスとの合計の流体抵抗の約９０％以上を占めるように設定すれば、第１流量調節部も第２流量調節部もキャピラリに近い特性をもつようになる。 In both the first flow rate control unit and the second flow rate control unit, if the fluid resistance of the capillary is set to occupy about 90% or more of the total fluid resistance of the capillary and the flow rate variable orifice, the first flow rate control unit also The second flow rate adjusting unit also has a characteristic close to that of a capillary.
好ましい形態では、バイパス流路は、キャピラリと流量可変オリフィスを含む２つの直列流路が並列に配置された流路を備えているものとし、その並列流路の１つの上流側には、試料ガス流路（２）に供給される試料ガス流量に対して前記排気ポンプ（２２）の排気量を一定に保つためのメイクアップガスを吸入するためのメイクアップガス吸入口が開閉弁を介して接続されているようにすることができる。 In a preferred embodiment, the bypass flow path includes a flow path in which two serial flow paths including a capillary and a flow variable orifice are arranged in parallel, and a sample gas is provided upstream of one of the parallel flow paths. A makeup gas suction port for sucking makeup gas for keeping the displacement of the exhaust pump (22) constant with respect to the flow rate of the sample gas supplied to the flow path (2) is connected via an on-off valve. Can be.
本発明では、第１流量調節部（１１）は、流路に対して直列に配置された流体抵抗が固定のキャピラリ（１１ａ）と、そのキャピラリ（１１ａ）の流体抵抗よりも小さい流体抵抗をもつ流量可変オリフィス（１１ｂ）で構成されているようにしたので、試料ガスの温度又は圧力が変化した場合でもエアロゾルフローの流量Ｑ１とシースガスの流量Ｑ２の流量の比率の変動を抑えることができる。 In the present invention, the first flow rate adjusting section (11) has a fixed capillary (11a) arranged in series with respect to the flow path, and a fluid resistance smaller than the fluid resistance of the capillary (11a). Since it is configured by the flow rate variable orifice (11b), even when the temperature or pressure of the sample gas changes, fluctuations in the ratio of the flow rate between the aerosol flow rate Q1 and the sheath gas flow rate Q2 can be suppressed.
図１は一実施例を表わす。 FIG. 1 represents an embodiment.
試料ガス流路２は、ナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸入する。
The sample
試料ガス流路２には分岐部６が設けられている。分岐部６は試料ガスをエアロゾルフローキャピラリ４に流れるガスとその残部ガスとに分離する。エアロゾルフローキャピラリ４は分岐部６により分離された試料ガスの一部をエアロゾルフローとして流すものである。
A
分岐部６で分離された試料ガスの残部はシースガス流路８に流れる。シースガス流路８には、上流側から、１０℃に調節された除湿器９、試料ガス中の粒子を除去するＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air Filter)フィルタなどのフィルタ１０、流量調節部１１、及び開閉弁１３が設けられている。流量調節部１１は直列接続されたキャピラリ１１ａと流量可変オリフィス１１ｂを備えている。
The remainder of the sample gas separated at the branching
試料ガスがエアロゾルフローキャピラリ４の手前までは大きな流量で流されるのは、試料ガス中でのエアロゾルの拡散による微粒子の損失を防ぐためである。
The reason why the sample gas flows at a large flow rate before the
シースガス流路からのガスを飽和蒸気状態のシースフローにしてエアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流させるために飽和器１４が設けられている。飽和器１４はブチルアルコールを４０℃程度に加熱して蒸気とするものであり、そのアルコール蒸気中をシースガスが流れることによってアルコール蒸気で飽和されたシースガスとなる。
A
エアロゾルフローキャピラリ４からのエアロゾルフローと飽和器１４からのシースフローとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させるために冷却凝縮器１６が設けられている。冷却凝縮器１６はペルチェ素子などの電子冷却・加熱素子１７ａを備え、１０℃に温度調節されている。１７ｂは電子冷却・加熱素子１７ａの放熱用の冷却ファンである。シースガス流路８に設けられている除湿器９は冷却凝縮器１６と一体として構成され、電子冷却・加熱素子１７ａにより温度調節されている。
A cooling
合流ガスが冷却凝縮器１６に導かれて１０℃程度に冷却されることにより、エアロゾルフローの周りがアルコール蒸気で飽和されたシースガスで包み込まれた状態で冷却されてエアロゾル中の微粒子にアルコール蒸気が付着して凝縮し、粒子径が大きくなるように成長していく。
When the combined gas is guided to the cooling
冷却凝縮器１６を通過したガス中の粒子数を計数するために粒子計数器１８が設けられている。計数器１８の一例は、エアロゾルの流れに垂直な方向からレーザービームを照射し、その散乱光を検出することにより計数器１８を通過するエアロゾル中の粒子数を計数するものである。このときエアロゾル中の微粒子はアルコールが凝縮することによって成長して粒径が大きくなっており、計数の精度が高くなる。
A
粒子計数器１８の下流には所定流量で排気するように駆動が制御される排気ポンプ２２が設けられている。粒子計数器１８と排気ポンプ２２との間には、上流側からフィルタ１９、流量計２０及び開閉弁２１が設けられている。流量計２０の一例は、キャピラリ２０ａの上流側と下流側の圧力差を差圧センサ２０ｂにより検出することによって流量を測定するものである。フィルタ１９とキャピラリ２０ａは恒温槽により３９℃に保たれている。排気ポンプ２２からの排気ガス中にはブチルアルコールが含まれているため、排気ポンプ２２の排出口にはブチルアルコール分解装置２３が配置され、ブチルアルコール分解装置２３にはブチルアルコール分解触媒として白金触媒が使用され、２８０±２０℃に加熱されている。
An
計数器１８を通過できるエアロゾルの流量は限られているため、試料ガス流路２から吸引する流量を計数器１８のエアロゾルの流量より大きくする場合に、余剰の試料ガスを排出するために、試料ガス流路２には分岐部６よりも上流側の分岐部３０と排気ポンプ２２の間には、フィルタ３２を経て並列に接続された２つのバイパス流路が配置されている。第１のバイパス流路は上流側から開閉弁３４、キャピラリ３６及び流量可変オリフィス３８を含んでおり、第２のバイパス流路は上流側から開閉弁３９、三方弁４０、キャピラリ４２及び流量可変オリフィス４４を含んでいる。
Since the flow rate of the aerosol that can pass through the
試料ガス流路２に供給される試料ガス流量が排気ポンプ２２の排気量よりも少ない場合には、空気をメイクアップガスとして吸引するために、第２のバイパス流路の三方弁４０の１つのポートにフィルタ４６を経て空気を吸入するためのメイクアップガス吸入口が設けられている。
When the flow rate of the sample gas supplied to the sample
開閉弁３４を開くと第１のバイパス流路が試料ガス流路２に接続され、開閉弁３４を閉じると第１のバイパス流路と試料ガス流路２との接続が遮断される。開閉弁３９及び三方弁４０により第２のバイパス流路と試料ガス流路２との間の接続を断続することができる。第１のバイパス流路と第２のバイパス流路は、いずれか一方を導通状態にすることも、両方を導通状態にすることも、又はいずれも遮断状態にすることもできる。
When the on-off
開閉弁３９を閉じ、三方弁４０によりメイクアップガス吸入口を第２のバイパス流路に接続すると、メイクアップガス吸入口からメイクアップガスとして空気を吸入することができるようになる。
When the on-off
エアロゾルフローキャピラリ４による圧力損失を検出するためにエアロゾルフローキャピラリ４の上流側と下流側の間に差圧センサ２４が設けられている。
In order to detect pressure loss due to the
流量調節部１１において、キャピラリ１１ａの流体抵抗は、キャピラリ１１ａと流量可変オリフィス１１ｂの合計流体抵抗の９０％を占めるように設定されている。
キャピラリとオリフィスの流体抵抗の設定は次のように行う。キャピラリに関する体積流量と差圧の関係式により、目標とする抵抗値及び直線性が得られるようにキャピラリの内径と長さを決定する。このとき抵抗値はバルブや流路の抵抗に比べ十分に大きく、かつ発生する差圧がポンプの駆動能力の範囲内にあるように決める。オリフィスは、穴径と流量の関係から、キャピラリ抵抗のおおよそ１０％程度となるように、穴径の可変範囲の最大値と大小値を決める。
In the flow
The fluid resistance of the capillary and the orifice is set as follows. The inner diameter and length of the capillary are determined so as to obtain a target resistance value and linearity based on the relational expression between the volume flow rate and the differential pressure related to the capillary. At this time, the resistance value is determined so as to be sufficiently larger than the resistance of the valve and the flow path, and the generated differential pressure is within the range of the driving capability of the pump. For the orifice, the maximum value and the maximum value of the variable range of the hole diameter are determined so as to be about 10% of the capillary resistance from the relationship between the hole diameter and the flow rate.
また、第１のバイパス流路においては、キャピラリ３６の流体抵抗は、キャピラリ３６と流量可変オリフィス３８の合計流体抵抗の９０％を占めるように設定されている。第２のバイパス流路においても、キャピラリ４２の流体抵抗は、キャピラリ４２と流量可変オリフィス４４の合計流体抵抗の９０％を占めるように設定されている。
In the first bypass flow path, the fluid resistance of the capillary 36 is set to occupy 90% of the total fluid resistance of the capillary 36 and the flow rate
この実施例において、動作の一例を示すと、流量制御は流量計２０におけるキャピラリ２０ａで発生する差圧を測定する差圧センサ２０ｂの値が流量Ｑ３に相当する一定値となるように排気ポンプ２２を駆動することにより行われる。その流量Ｑ３を基準として、エアロゾルフローキャピラリ４に流れるガスの流量Ｑ１と流量調節部１１流れるガスの流量Ｑ２との比率が、エアロゾルフローキャピラリ４の流体抵抗と流量調節部１１の流体抵抗で決定される。
In this embodiment, as an example of the operation, the flow rate control is performed so that the value of the
流量調節部１１の流体抵抗ΔＰは次式で表わされる。
ΔＰ＝α・μ・Ｑ＋β・ρ・Ｑ2 （１）
ここで、右辺第１項はキャピラリ１１ａの流体抵抗を表わし、Ｑは体積流量、μは粘性係数、αは寸法により決まる比例定数である。右辺第２項はオリフィス１１ｂの流体抵抗を表わし、Ｑは体積流量、ρは密度、βは寸法により決まる比例定数である。
The fluid resistance ΔP of the flow
ΔP = α ・ μ ・ Q + β ・ ρ ・ Q 2 (1)
Here, the first term on the right side represents the fluid resistance of the capillary 11a, Q is a volume flow rate, μ is a viscosity coefficient, and α is a proportionality constant determined by a dimension. The second term on the right side represents the fluid resistance of the
一実施例では、上記の式の右辺第１項のキャピラリ１１ａの流体抵抗が流量調節部１１の流体抵抗ΔＰの約９０％を占めるように設定されているので、流量調節部１１全体がほぼキャピラリとしての特性をもつようになる。そのため、流量計２０を流れるガスの流量Ｑ３が一定であれば、試料ガス流路２に供給される試料ガスの絶対圧が変動してもエアロゾルフローキャピラリ４に流れるガスの流量Ｑ１と流量調節部１１流れるガスの流量Ｑ２との比率の変動が抑えられる。
In one embodiment, since the fluid resistance of the capillary 11a of the first term on the right side of the above equation is set to occupy about 90% of the fluid resistance ΔP of the flow
また、第１、第２のバイパス流路においても、キャピラリの流体抵抗は、キャピラリと流量可変オリフィスの合計流体抵抗の９０％を占めるように設定されているので、バイパス流路を使用しているときに試料ガスの絶対圧が変動してもバイパス流路を流れる流量の変動を抑えることができる。 Also in the first and second bypass flow paths, the fluid resistance of the capillary is set to occupy 90% of the total fluid resistance of the capillary and the variable flow orifice, so the bypass flow path is used. Sometimes, even if the absolute pressure of the sample gas fluctuates, fluctuations in the flow rate through the bypass channel can be suppressed.
ここで、図１の従来の装置と図２の実施例の装置において、試料ガス流路２に供給される試料ガスの絶対圧が変動したときの流量変動の比較を示す。この実験では試料ガスとして空気を使用した。
Here, a comparison of flow rate fluctuations when the absolute pressure of the sample gas supplied to the sample
図１の従来の装置において、オリフィス３４及び開閉弁４１を閉じ、試料ガス流路２に供給される試料ガスがエアロゾルフローキャピラリ４を流量Ｑ１で流れ、シースガス流路８を流量Ｑ２で流れるように設定し、その合計流量Ｑ３を０．３Ｌ／分とした。合計流量Ｑ３の試料ガスを供給するために、試料ガス流路２に石鹸膜流量計を接続して流量がＱ２になるように空気を試料ガス流路２に供給した。
In the conventional apparatus of FIG. 1, the
その条件で試料ガス流路２に供給される試料ガスの絶対圧が変動したときの流量Ｑ３の変化の測定結果を図３に示す。装置内部の絶対圧を変える方法として、装置の入口と出口を接続し、また一部をポンプで吸い出すことにより、装置内部（石鹸膜流量計の内部を含む）を低圧にした。図３で、横軸は試料ガスの絶対圧を表わし、１０１ｋＰａは大気圧である。縦軸は流量Ｑ３の変化率を大気圧時の平均測定値との比率として示したものである。
FIG. 3 shows the measurement result of the change in the flow rate Q3 when the absolute pressure of the sample gas supplied to the
図３の結果によれば、試料ガスの絶対圧が１０１ｋＰａから７０ｋＰａに減少すると流量Ｑ３は６％増加している。 According to the result of FIG. 3, when the absolute pressure of the sample gas decreases from 101 kPa to 70 kPa, the flow rate Q3 increases by 6%.
図１の従来の装置において、開閉弁４１を閉じ、オリフィス３４を開いてその開度を調節し、バイパス流路を流量Ｑ４（１．２Ｌ／分）の試料ガスが流れるようにした。また、エアロゾルフローキャピラリ４を流量Ｑ１で流れ、シースガス流路８を流量Ｑ２で流れるように設定し、その合計流量Ｑ３を０．３Ｌ／分とした。このとき、試料ガス流路２に供給される試料ガス流量は（Ｑ３＋Ｑ４）であり、１．５Ｌ／分とした。このときの流量の調整及び圧力の調整は図３の測定と同じように行った。
In the conventional apparatus of FIG. 1, the on-off
その条件で試料ガス流路２に供給される試料ガスの絶対圧が変動したときの流量（Ｑ３＋Ｑ４）の変化の測定結果を図４に示す。横軸は試料ガスの絶対圧を表わし、縦軸は流量（Ｑ３＋Ｑ４）の変化率を大気圧時の平均測定値との比率として示したものである。
流量は流路に石鹸膜流量計等を接続して測定する。装置内部の絶対圧を変える場合、装置全体を低圧条件にする設備がないため、実際には装置の入口と出口を接続し、また一部をポンプで吸い出すことで装置内部（石鹸膜流量計の内部を含む）を低圧にして測定する。
FIG. 4 shows the measurement result of the change in the flow rate (Q3 + Q4) when the absolute pressure of the sample gas supplied to the
The flow rate is measured by connecting a soap film flow meter or the like to the flow path. When the absolute pressure inside the device is changed, there is no facility that places the entire device in a low pressure condition, so in fact the inside and outside of the device (soap membrane flow meter Measure at low pressure (including inside).
図４の結果によれば、試料ガスの絶対圧が１０１ｋＰａから７０ｋＰａに減少すると流量（Ｑ３＋Ｑ４）は１２％増加している。 According to the result of FIG. 4, when the absolute pressure of the sample gas decreases from 101 kPa to 70 kPa, the flow rate (Q3 + Q4) increases by 12%.
図３、図４の結果は、シースガス流路８の流量Ｑ２、又はさらにバイパス流路の流量Ｑ４の調整をオリフィスのみによって行っている結果である。
The results of FIGS. 3 and 4 are results of adjusting the flow rate Q2 of the sheath
それに対し、図１の実施例において、シースガス流路８の流量Ｑ２及びバイパス流路の流量Ｑ４の調整をキャピラリとオリフィスの組合せにより行い、キャピラリとオリフィスによる合計流体抵抗に対するキャピラリの流体抵抗の割合を９０％に設定し、図３、図４の結果を得た場合と同じ条件で測定を行った結果を図５に示す。図５中のＡはバイパス流路を閉じて試料ガス流路２に供給する試料ガス流量Ｑ３を０．３Ｌ／分としたときのもの、Ｂはバイパス流路を開けて試料ガス流路２に供給する試料ガス流量（Ｑ３＋Ｑ４）を１．５Ｌ／分としたときのものである。この実施例による図５の結果によれば、試料ガスの絶対圧が１０１ｋＰａから７０ｋＰａに減少した場合の流量Ｑ３の増加率を１．６％に抑えることができ、流量（Ｑ３＋Ｑ４）の増加率を３.７％に抑えることができることがわかった。
On the other hand, in the embodiment of FIG. 1, the flow rate Q2 of the
実施例と従来例での効果の比較では、試料ガスの絶対圧が変化した場合を示しているが、温度が変化した場合でも本発明は流量Ｑ１とＱ２の比率の変動を抑える効果を達成することができる。 The comparison of the effect between the example and the conventional example shows the case where the absolute pressure of the sample gas changes, but the present invention achieves the effect of suppressing the fluctuation of the ratio between the flow rates Q1 and Q2 even when the temperature changes. be able to.
本発明は自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどを対象とする環境測定に利用することができる。 The present invention can be used for environmental measurement for automobile exhaust gas, factory exhaust gas, and the like.
２ 試料ガス流路
６ 分岐部
４ エアロゾルフローキャピラリ
８ シースガス流路
１１ 第１流量調節部
３６，３８，４２，４４ 第２流量調節部
１１ａ，２０ａ，３６，４２ キャピラリ
１１ｂ，３８，４４ 流量可変オリフィス
１４ 飽和器
１６ 冷却凝縮器
１８ 粒子計数器
２０ 流量計
２２ 排気ポンプ
2 Sample
Claims (5)
試料ガスの一部をエアロゾルフローとして流すエアロゾルフローキャピラリ（４）と、
前記試料ガス流路（２）に設けられ、試料ガスを前記エアロゾルフローキャピラリ（４）に流れるガスとその残部ガスとに分離する分岐部（６）と、
前記分岐部（６）の下流に配置され、流量を調節する第１流量調節部（１１）を備えたシースガス流路（８）と、
前記シースガス流路（８）からのガスを飽和蒸気状態のシースフローにして前記エアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流させる飽和器（１４）と、
前記エアロゾルフローキャピラリ（４）からのエアロゾルフローと飽和器（１４）からのシースフローとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させる冷却凝縮器（１６）と、
前記冷却凝縮器（１６）を通過したガス中の粒子数を計数する粒子計数器（１８）と、
前記粒子計数器（１８）の下流に設けられ所定流量で排気するように駆動が制御される排気ポンプ（２２）と、
前記粒子計数器（１８）と前記排気ポンプ（２２）の間に配置された流量計(２０)と、を備えたエアロゾル微粒子計測装置であって、
前記第１流量調節部（１１）は、流路に対して直列に配置されて流体抵抗が固定のキャピラリ（１１ａ）と、該キャピラリの流体抵抗よりも小さい流体抵抗をもつ流量可変オリフィス（１１ｂ）で構成されているエアロゾル微粒子計測装置。 A sample gas flow path (2) for inhaling aerosol containing nanometer-sized fine particles as a sample gas;
An aerosol flow capillary (4) for flowing part of the sample gas as an aerosol flow;
A branch part (6) provided in the sample gas flow path (2), for separating the sample gas into a gas flowing in the aerosol flow capillary (4) and a remaining gas;
A sheath gas flow path (8) provided downstream of the branching section (6) and provided with a first flow rate adjusting section (11) for adjusting the flow rate;
A saturator (14) for converting the gas from the sheath gas flow path (8) into a sheath flow in a saturated vapor state and joining the aerosol flow flowing out from the aerosol flow capillary 4;
A cooling condenser (16) that cools the combined gas of the aerosol flow from the aerosol flow capillary (4) and the sheath flow from the saturator (14) to grow the fine particles in the aerosol flow by the steam of the sheath flow;
A particle counter (18) for counting the number of particles in the gas that has passed through the cooling condenser (16);
An exhaust pump (22) provided downstream of the particle counter (18) and controlled to be exhausted at a predetermined flow rate;
An aerosol particulate measuring device comprising a flow meter (20) disposed between the particle counter (18) and the exhaust pump (22),
The first flow rate control unit (11) includes a capillary (11a) which is arranged in series with respect to the flow path and has a fixed fluid resistance, and a flow rate variable orifice (11b) having a fluid resistance smaller than the fluid resistance of the capillary. Aerosol particle measuring device composed of
前記第２流量調節部（３６，３８，４２，４４）も流路に対して直列に配置された流体抵抗が固定のキャピラリ（３６，４２）と、該キャピラリの流体抵抗よりも小さい流体抵抗をもつ流量可変オリフィス（３８，４４）で構成されている請求項１に記載のエアロゾル微粒子計測装置。 In order to adjust the flow rate flowing to the particle counter (18) with respect to the sample gas flow rate supplied to the sample gas flow channel (2), the sample gas flow channel (2 upstream of the branching section (6)) ) And the exhaust pump (22), a bypass flow path in which a second flow rate adjusting part (36, 38, 42, 44) is disposed via an on-off valve is provided,
The second flow rate control unit (36, 38, 42, 44) also has a capillary (36, 42) having a fixed fluid resistance arranged in series with the flow path and a fluid resistance smaller than the fluid resistance of the capillary. The aerosol fine particle measuring apparatus according to claim 1, wherein the aerosol fine particle measuring apparatus comprises a flow rate variable orifice (38, 44).
前記並列流路の１つの上流側には、試料ガス流路（２）に供給される試料ガス流量に対して前記排気ポンプ（２２）の排気量を一定に保つためのメイクアップガスを吸入するためのメイクアップガス吸入口が開閉弁を介して接続されている請求項１から４のいずれか一項に記載のエアロゾル微粒子計測装置。 The bypass flow path includes a flow path in which two serial flow paths including a capillary and a flow rate variable orifice are arranged in parallel.
A makeup gas for keeping the exhaust amount of the exhaust pump (22) constant with respect to the sample gas flow rate supplied to the sample gas channel (2) is sucked into one upstream side of the parallel channel. The aerosol fine particle measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a makeup gas suction port is connected via an on-off valve.
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