JP2013000703A - 慣性フィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の慣性フィルタの課題を解消し、分級性能がより改善した慣性フィルタを提供する。
【解決手段】ナノ粒子を含む気流が通過する気流通過路に設置されて、該気流通過路内のナノ粒子を粒子慣性効果により捕集すると共に前記気流流速が大きくなる程、より小さな粒径のナノ粒子を捕集する慣性フィルタであって、気流通過路上に複数の粒子分級用シートを配置し、前記複数の粒子分級用シートは、複数のメッシュ状穴を有すると共に、前記複数の粒子分級用シートの少なくとも1枚が、その一部を他のシートと重ねて積層されており、前記複数の粒子分級用シートを気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時、投影された前記複数の粒子分級用シートの投影図のうち、影の面積比率の調整により分級径が調整可能となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、気流通過路内に配置されて気流中のサブミクロン以下の粒子、とりわけ粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子を慣性衝突効果により分級することができる慣性フィルタに関するものである。
図１１を参照して従来の慣性フィルタ１００を説明する。従来の慣性フィルタ１００は、気流通過路内に配置されて粒子分級することができるものであり、円筒状のフィルタ本体１０１を備える。フィルタ本体１０１は、気流通過上流側から下流側方向にかけて貫通した断面円形の貫通孔１０２を具備する。この貫通孔１０２は気流通過上流側の内径が漸次縮径する縮径貫通孔１０２ａと、この縮径貫通孔１０２ａに下流側で連成される内径が一定の定径貫通孔１０２ｂとを含む。この定径貫通孔１０２ｂ内に、非圧縮性繊維の一例である金属繊維１０３が充填されている。金属繊維１０３は図示略の機構により定径貫通孔１０２ｂから気流通過方向下方へ抜け止めされている。
この慣性フィルタ１００では、図示略のポンプの吸引力により、慣性フィルタ１００の内圧を外圧以下に下げて両圧力で生成する圧力差で貫通孔１０２内に図中矢印ＡからＢ方向へ気流を発生させて粒子を分級させることができるようになっている。上記気流は、縮径貫通孔１０２ａ内で速度上昇して定径貫通孔１０２ｂ内に流入して一定となる。そして、定径貫通孔１０２ｂ内において気流に含む微粒子は金属繊維１０３に衝突して捕捉（捕集）される。
上記の慣性フィルタ１００においては、
第１に、繊維は空間密度分布、配向、形状が一定でないので、意図した初期分級特性を得難い。
第２に定径貫通孔１０２ｂ内に金属繊維１０３を一様な密度で充填することが難しく、そのため、定径貫通孔１０２ｂ内における金属繊維１０３の充填密度のばらつきにより分級特性がばらつき易く、安定した分級が難しい。
第３に分級動作中に気流から受ける圧力で金属繊維１０３が気流通過方向に圧縮してしまって、分級特性が変化し、結果、安定した分級が難しい。
第４に慣性フィルタ洗浄中に定径貫通孔１０２ｂ内における金属繊維１０３の空間密度に変化が起こり得るが、このような変化は定量化しにくく、そのため当該慣性フィルタを再利用しにくい、といった課題がある。
特開２００８−７０２２２号公報
そこで、上記課題に鑑み、特願２０１０−１４８８７０号で、本願出願人は、上記課題を解決し得た慣性フィルタを提供した。
この慣性フィルタは、意図した初期分級性能を得やすく、かつ、長期にわたり捕集効率が低下しにくく安定した粒子分級を行うことができる慣性フィルタであり、流量調整ノズルと、粒子分級用シートとを有する。
流量調整ノズルは、気流通過方向に内径が縮径する縮径貫通孔を有し、貫通孔の形態により流速を調整することで分級径を変える機能を有する。
粒子分級用シートは、流量調整ノズルよりも気流通過下流側において配置されている。また、この粒子分級用シートは、粒子慣性効果により浮遊微粒子を捕集するための複数のメッシュ状の粒子分級穴を一様な配列態様で有し、流量調整ノズルの貫通孔の下流側開口よりも大きいシート面積でもって該下流側開口全面を塞ぐ様に設けられている。
しかしながら、上記構成を有する慣性フィルタにおいては、複数の粒子分級用シートを気流通過方向に配置した場合に、その配置の態様を改善することで、１枚の粒子分級用シートを配置した場合よりも、より分級性能を向上させられる余地があることが見出された。
そこで、本発明においては、特願２０１０−１４８８７０号に係る慣性フィルタにおいて、複数の粒子分級用シートを利用して、分級性能の調整を簡便に行うことができる慣性フィルタを提供する。
また、本発明においてはまた、図１１を参照して説明した従来の慣性フィルタの課題を解消し、且つ、粒子分級用シートを複数配置した場合に、その分級性能の調整を簡便に行うことができる慣性フィルタを提供するものである。
本発明による慣性フィルタは、ナノ粒子を含む気流が通過する気流通過路に設置されて、該気流通過路内のナノ粒子を粒子慣性効果により捕集すると共に前記気流流速が大きくなる程、より小さな粒径のナノ粒子を捕集する慣性フィルタであって、
気流通過路上に複数の粒子分級用シートを配置し、
前記複数の粒子分級用シートは、複数のメッシュ状穴を有すると共に、
前記複数の粒子分級用シートの少なくとも1枚が、その一部を他のシートと重ねて積層されており、
前記複数の粒子分級用シートを気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時、投影された前記複数の粒子分級用シートの投影図のうち、影の面積比率の調整により分級径が調整可能となっている、ことを特徴とする。
本発明の好ましい態様では、前記粒子分級用シートよりも気流通過路上流側に配置され、且つ、気流通過方向に内径が縮径する貫通孔を有する流量調整ノズルを有し、この流量調整ノズルは、貫通孔の数または貫通孔の縮径率が相違する他の流量調整ノズルと組み替えることで流速の調整を行うものであり、前記複数の粒子分級用シートは、前記流量調整ノズルの貫通孔の下流側開口の全面を塞ぐ様に積層されている。
本発明の好ましい態様では、前記複数の粒子分級用シートは交互にスペーサを介して積層されている。
なお、流体には気体に限らず、液体、その他のものを含む。
また、慣性フィルタで捕集ないし捕捉される粒子は、気体中に浮遊する粒子に限定されず、他の溶媒例えば液中やその他を浮遊する粒子を含むことができる。また、分級する粒子は特に限定されず、樹脂微粒子、無機微粒子、金属微粒子、セラミック微粒子等が例示できる。粒子の形状は、特に限定されない。
本発明によれば、複数の粒子分級用シートを気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時、投影された前記複数の粒子分級用シートの投影図のうち、影の面積比率を調整することで慣性フィルタの分級性能を簡単に調整することができる。
そして、本発明によれば、気流通過方向に内径が縮径する貫通孔を有する流量調整ノズルを粒子分級用シートよりも気流通過路上流側に配置し、貫通孔の数または貫通孔の縮径率が相違する他の流量調整ノズルと組み替えることで流速の調整を行うことができるようにし、且つ、複数の粒子分級用シートにより、流量調整ノズルの貫通孔の下流側開口の全面を塞ぐ様にした場合、初期の分級特性に優れ、長期にわたり安定して粒子分級を行うことができる慣性フィルタを提供することができるようになる。
図１は本発明の実施の形態にかかる慣性フィルタの断面図である。 図２は図１の慣性フィルタの拡大分解図である。 図３は複数の粒子分級用シートを投影した時の投影図における光と影の部分を示す図である。 図４は図３の影の面積比率の違いにおける、各粒径の捕集効率を示す図である。 図５は、影の面積比率（図ではメッシュ投影面積比率と表示）と最大到達捕集効率の関係を示すグラフである。 図６は２枚のメッシュ状穴の形状が相違する粒子分級用シートの平面形状と、それを重ねた場合の平面形状を示す図である。 図７は、一般の繊維層フィルタによる粒子捕集機構の説明に用いる概念図である。 図８は、慣性フィルタによる粒子分級の概念図である。 図９は、慣性フィルタにおいて、ろ過速度による粒径と捕集効率との関係を示す図である。 図１０は、慣性フィルタのメッシュ状ろ材表面上に堆積した粒子を示す図である。 図１１は従来の慣性フィルタの断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る慣性フィルタを説明する。図１および図２を参照して実施形態の慣性フィルタの構成を説明する。図１は本発明の実施の形態にかかる慣性フィルタの断面図、図２は図１の慣性フィルタの拡大分解図である。
この慣性フィルタ１０は、フィルタサポート１１と、流量調整ノズル１２と、複数のスペーサ１３−１〜１３−５と、複数の粒子分級用シート１４−１〜１４−５とを有する。
フィルタサポート１１は、両端が開口した円筒形をなし、円形の内周面を有する。
流量調整ノズル１２は、両端が開口した円筒形でその外周面がフィルタサポート１１の内周面に沿って気流通過路上流側に配置されると共に、内周面が矢印で示す気流通過方向に縮径する貫通孔１２ａを有している。この流量調整ノズル１２は、貫通孔１２ａの縮径率が相違する他の流量調整ノズルと組み替えることで流速の調整を行うものである。なお、上記の場合、流量調整ノズル１２は、図では貫通孔１２ａが単一であるが、（図示しないが）複数の貫通孔を有するものとし、その貫通孔の数が相違する他の流量調整ノズルと組み替えることで流速の調整を行うものとしてもよい。
複数のスペーサ１３−１〜１３−５は、平面視円形でスペーサ厚が薄く且つ外径が流量調整ノズル１２のそれと略等径であり、中央の円形開口１３ａと、それを取り巻くスペーサ部分１３ｂとからなり、図中矢印方向に沿って配置される。複数のスペーサ１３−１〜１３−５それぞれの開口１２ａの直径は、流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの気流通過方向下流側の開口１２ｂと略同等である。スペーサ１３−１は、気流通過方向上流側最上のスペーサであり、そのスペーサ部分１３ｂの上面は、流量調整ノズル１２の下面に直接接触している。複数のスペーサ１３−１〜１３−５それぞれのスペーサ部分１３ｂの外径は、フィルタサポート１１の内径と略同等である。
複数の粒子分級用シート１４−１〜１４−５は、平面視円形でシート厚が薄く且つ外径が流量調整ノズル１２のそれと略等径であり、複数のメッシュ状穴１４ａと、メッシュ状穴１４ａを規定するメッシュ部分１４ｂと、メッシュ部分１４ｂを支持する周縁部分１４ｃとを有している。
これら各粒子分級用シート１４−１〜１４−５それぞれの周縁部分１４ｃの外径は、各スペーサ１３−１〜１３−５それぞれのスペーサ部分１３ｂの外径と略同等である。
各粒子分級用シート１４−１〜１４−５は、各スペーサ１３−１〜１３−５を介して気流通過方向において積層される。
各粒子分級用シート１４−１〜１４−５は、同形状であり、且つ、それぞれのメッシュ状穴１４ａの形状は実施形態では正方形であるが、この形状は多角形やその他の形状でよく、特に限定されない。
流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂには、スペーサ１３−１〜１３−５と、粒子分級用シート１４−１〜１４−５との交互の積層体が配置され、これにより、流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂの全面が塞がれている。
例えば、スペーサ１３−１〜１３−５と、粒子分級用シート１４−１〜１４−５との交互の積層体を気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時、流量調整ノズル１２の下流側開口１２ｂを臨む仮想面に、光と影からなる投影図が映し出される。
この投影図における影の部分は、複数の粒子分級用シート１４−１〜１４−５のメッシュ部分１４ｂおよび周縁部分１４ｃにより光が遮られることで発生した部分である。
本発明は、スペーサ１３−１〜１３−５と、粒子分級用シート１４−１〜１４−５との交互の積層体を気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時に、下流側開口１２ｂを臨む仮想面に映し出される投影図のうち、影の面積比率を調整することで、慣性フィルタの分級径や捕集効率を調整することができる効果をもつ発明である。
図３および図４を参照して、具体的に、複数の粒子分級用シート１４−１〜１４−５による慣性フィルタとしての分級径と捕集効率の調整について説明する。
図３（ａ）（ｂ）は粒子分級用シート１４−１〜１４−５それぞれのメッシュ部分１４ｂとこのメッシュ部分１４ｂを支持する周縁部分１４ｃとによる投影図の影の部分（図中の黒い部分）Ｓ０１，Ｓ０２を示す図である（以下、投影Ｓ０１，投影Ｓ０２と略す）。
図３には投影Ｓ０１，Ｓ０２のうち流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂに臨む破線で囲まれた範囲の影の部分（図中の黒い部分）Ｓ０１´、Ｓ０２´（以下、投影部分Ｓ０１´、投影部分Ｓ０２´と略す）を含む。
図４は、上記投影部分Ｓ０１´、Ｓ０２´における影の面積比率の調整による分級効率を示す図である。
図２に示すように、この実施形態では、粒子分級用シート１４−１〜１４−５は５枚を使用している。
図３（ａ）では、これら５枚の粒子分級用シート１４−１〜１４−５において、それら５枚全体により形成される投影図のうち、影の部分を示す投影Ｓ０１の面積比率が最大となるように調整されている。これにより、流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂに臨む投影部分Ｓ０１´の面積比率も最大となるように調整される。
影の面積比率を高める一般的な方法としては、例えば前記５枚の粒子分級シート１４−１〜１４−５のそれぞれの設置される向きを少しずつづらして、個々のメッシュ部分１４ｂが極力重なりを持たないように調整することで達成される。ここで、投影Ｓ０１の面積と投影部分Ｓ０１´の面積とは略比例関係にある。
尚上記では、これら５枚の粒子分級用シート１４−１〜１４−５において、それら５枚全体により形成される投影図のうち、その投影Ｓ０１の面積比率が最大となるように調整したが、流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂに臨む破線で囲まれた範囲における投影部分Ｓ０１´の面積比率が最大となるように直接調整してもよい。後述する面積比率を最小に調整する場合も同様である。
図３（ａ）において、投影図の全体面積を１００％とした時、投影Ｓ０１の面積が全体に占める面積比率は８４％（０．８４）である。
この場合、Ｓ０１と比例関係にある投影部分Ｓ０１´も、破線で囲まれた範囲における面積比率は８４％（０．８４）となる。
また、図３（ｂ）では、これら５枚の粒子分級用シート１４−１〜１４−５において、それら５枚全体により形成される投影図のうち、影の部分を示す投影Ｓ０２の面積比率が最小となるように調整され、これにより、流量調整ノズル１２の貫通孔１２ａの下流側開口１２ｂに臨む投影部分Ｓ０２´の面積比率も最小となるように調整される。
影の面積比率を低下させる一般的な方法としては、例えば前記５枚の粒子分級シート１４−１〜１４−５のそれぞれの設置される向きをなるべく同じにして、個々のメッシュ部分１４ｂが極力重なるように調整することで達成される。ここで、投影Ｓ０２と投影部分Ｓ０２´も略比例関係にある。
この図３（ｂ）においては、投影図全体の面積に対して投影Ｓ０２の面積比率は３２％（０．３２）である。
この場合、Ｓ０２と比例関係にある投影部分Ｓ０２´も、破線で囲まれた範囲における面積比率は３２％（０．３２）となる。
なお、上記では、説明の都合で、投影図における影の面積比率を最大にした場合（投影Ｓ０１）と最小とし場合（投影Ｓ０２）での、２段階での面積比率の調整であったが、それ以上の複数段階の面積比率の調整も含む。
図４は、影の面積比率の違いにおける、各粒径の捕集効率を示す図である。グラフＡは図３（ａ）の投影部分Ｓ０１´（影の面積比率８４％（０．８４））における慣性フィルタの捕集効率を測定しプロットしたものであり、同様にグラフＢは、図３（ｂ）の投影部分Ｓ０２´（影の面積比率３２％（０．３２））の捕集効率をプロットしたものである。
グラフＡと、グラフＢとを比較すると、粒径１００ｎｍでは、グラフＡが捕集効率４１％であるのに、グラフＢでは捕集効率１６％であり、明らかに、影の面積比率が大きいほど、捕集効率が大きいことが判る。
図５に、横軸に影の面積比率（図では、メッシュ投影面積比率と表示）、縦軸に最大到達捕集効率を軸にとったグラフを示す。すると、これらの間には点線で示すように正比例の関係にあることが判る。つまり、捕集効率を向上させるには、影の面積比率を高めることが重要であることが判る。
上述した例ではメッシュ状穴は同形同寸法の正方形同士であったため無作為に粒子分級用シートを重ねただけでは、影の面積比率を制御することはできない。これに対して非対称なメッシュ状穴を有する粒子分級用シートを組み合わせることで、無作為に粒子分級用シートを重ねただけで、影の面積比率を制御できるようにしてもよい。
例えば図６で示すように、メッシュ状穴が正方形の粒子分級用シートと、メッシュ状穴が六角形の粒子分級用シートとを組み合わせてもよい。
なお、メッシュ状穴を有する粒子分級用シートとしては、プラスチック繊維を織ったものとしては、ナイロンメッシュ、ポリエステルメッシュ、ポリプロピレンメッシュ、テフロン（登録商標）メッシュ、ポリエチレンメッシュを例示することができる。また、カーボンファイバを織り込んだナイロンメッシュ等、２種以上の繊維で織られた繊維を例示することができる。金属繊維としては、ＳＵＳ等を織ったメッシュ状フィルタを例示することができる。また、金属膜をエッチングする等により、多数の微小貫通孔を設けた金属膜も使用することができる。
なお、実施形態で使用する慣性フィルタ１０の粒子捕集機構と特徴について、さらに説明する。
まずは、一般的な繊維層を使ったフィルタ（以下、繊維層フィルタという）で、エアロゾルを捕集する際の機構を、図７を使って、説明する。この図は、一般の繊維層フィルタによる粒子捕集機構を概念的に示している。矢印は気流の方向を示す。図の中央には、繊維層フィルタを構成する非圧縮性繊維の断面が表示されており、その周囲を多種の粒径を持つエアロゾル粒子が流れている。一般の繊維層フィルタによるエアロゾル粒子の捕集では、拡散、慣性、さえぎりが捕集機構として作用し、それぞれの捕集効率は粒子径およびろ過速度に依存する。慣性は粒子径が大きくてろ過速度が大きいほど支配的な捕集機構となり、慣性捕集の尺度は次式(1)で定義されるストークス（Stokes）数である。一方、ブラウン拡散は粒子径が小さく、ろ過速度が遅いほど支配的な捕集機構となり、拡散捕集の尺度は次式(2)で定義されるペクレ（Peclet）数である。ストークス数が大きいほど慣性が支配的な捕集機構となり、ペクレ数が小さいほどブラウン拡散が支配的な捕集機構となる。この概念図から、“篩（ふるい）”とは異なる機構で粒子が捕集されていることが概念的に理解できる。
Cc : カニンガムのすべり補正定数
dp : 粒子径（空気動力学径）
df : 捕集繊維の繊維径
D : 粒子の拡散係数
ρp : 粒子の密度
u0 : ろ過速度
μ : 流体の粘度
一般の微粒子フィルタの捕集効率を粒子径に対してプロットすると、図８中の(a)に示すように下に凸の曲線となり、最大透過粒子径と呼ばれる最も捕集されにくい（捕集効率が低い）粒子径が存在する。この最大透過粒子径を境に、それより大きい粒子径では慣性捕集が支配的な捕集機構となって、粒子径が大きくなるにつれ捕集効率が高くなる。
一方、最大透過粒子径より小さい粒子径では拡散捕集が支配的な捕集機構となって粒子径が小さくなるにつれ捕集効率が高くなる。ここで、ろ過速度u0を大きくしていくと、式(1)、(2)で定義されるストークス数、ペクレ数はともに大きくなり、小さな粒子に対しても慣性捕集が促進され、拡散捕集は抑制される。すると、前記（ａ）で描かれていた捕集効率を示すカーブは、ろ過速度の増加に伴い、点線で示すカーブになり、さらにろ過速度を大きくすると、ついには図８中の(b)に示すように、粒子径の大きなところでは捕集効率が急激に高くなり、また粒子径の小さなところでは急激に低くなるカーブを描くことになる。この、ろ過速度を増加させることで、慣性捕集を促進し、拡散捕集を抑制した状態でエアロゾルをろ過するフィルタを慣性フィルタと呼び、理想的にはグラフ（ｂ）で示される捕集効率を示すフィルタである。
ただし、粒子径がサブミクロンより大きくなると、粒子の運動エネルギーが大きくなるため、粒子が捕集繊維に慣性衝突しても跳ね返りが起こって捕集されにくくなる。
以上から、慣性フィルタは、高速でエアロゾルをろ過することにより、サブミクロン以下の微粒子の慣性捕集の促進と拡散捕集の抑制を同時に実現し、ある粒子径以上の粒子はほぼ完全に捕集し、それ以下の粒子はほぼ完全に透過させることができるローパスフィルタであり、ナノ粒子を対象とした分級器に成り得ると言える。
また、慣性フィルタは図９に示すように、ろ過速度が大きくなる程、より小さな粒径の粒子を捕集する特徴を有する。
慣性フィルタ１０は、粒子分級用シート１４−１〜１４−５のメッシュ状穴１４ａに比較的高速（数十m/sec）で気流を通過させることで、ナノ粒子を慣性分級することができる。
図１０に示す写真は、図２の慣性フィルタのメッシュ状ろ材表面に粒子が捕集されて堆積している状態を示している。この写真で示す慣性フィルタの粒子分級用シートのメッシュ仕様は、繊維径１０μｍ、ピッチ８３μｍ、目開き７３μｍである。この写真から、メッシュ目開きの大きさよりも粒径が小さい微粒子がメッシュ状ろ材表面で捕集されて堆積しており、図７及び図８の概念と一致していることが判る。
１０ 慣性フィルタ
１１ フィルタサポート
１２ 流量調整ノズル
１３−１〜１３−５ スペーサ
１４−１〜１４−５ 粒子分級用シート

Claims (3)

  1. ナノ粒子を含む気流が通過する気流通過路に設置されて、該気流通過路内のナノ粒子を粒子慣性効果により捕集すると共に、前記気流流速が大きくなる程、より小さな粒径のナノ粒子を捕集する慣性フィルタであって、
    気流通過路上に複数の粒子分級用シートを配置し、
    前記複数の粒子分級用シートは、複数のメッシュ状穴を有すると共に、
    前記複数の粒子分級用シートの少なくとも1枚が、その一部を他のシートと重ねて積層されており、
    前記複数の粒子分級用シートを気流通過路の下流側から上流側へ仮想的に投影した時、投影された前記複数の粒子分級用シートの投影図のうち、影の面積比率の調整により分級径が調整可能となっている、ことを特徴とする慣性フィルタ。
  2. 前記粒子分級用シートよりも気流通過路上流側に配置され、且つ、気流通過方向に内径が縮径する貫通孔を有する流量調整ノズルを有し、この流量調整ノズルは、貫通孔の数または貫通孔の縮径率が相違する他の流量調整ノズルと組み替えることで流速の調整を行うものであり、前記複数の粒子分級用シートは、前記流量調整ノズルの貫通孔の下流側開口の全面を塞ぐ様に積層されている、請求項１に記載の慣性フィルタ。
  3. 前記複数の粒子分級用シートは交互にスペーサを介して積層されている、請求項２に記載の慣性フィルタ。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102825009B (zh) * 2012-07-27 2014-07-16 安徽理工大学 一种用于干法分级的360度气流布风、布料机构
US11117079B2 (en) * 2017-01-20 2021-09-14 Champion Laboratories, Inc. Filter packs, processes for making filter packs, and air filters comprising filter packs
WO2019109192A1 (en) 2017-12-07 2019-06-13 The Governors Of The University Of Alberta Filters for mimicking regional lung deposition
KR20210072047A (ko) * 2018-10-19 2021-06-16 니뽄 다바코 산교 가부시키가이샤 가열식 흡연 물품의 연기 중 입자상 물질을 추출하는 방법, 추출 용기, 추출액 및 추출액을 이용하는 독성 시험 방법
CN111467892A (zh) * 2020-05-08 2020-07-31 南通星照人防设备有限公司 一种人防工程用送风过滤装置
CN112023554A (zh) * 2020-08-27 2020-12-04 李玉苓 一种过滤强度可调的多层处理式防爆大气污染治理装置
US11821828B1 (en) 2022-12-20 2023-11-21 Kuwait University System and method for determining physical stability of dispersed particles in flowing liquid suspensions

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5221913B2 (ja) * 1972-04-21 1977-06-14
US4274846A (en) * 1979-02-21 1981-06-23 Andersen Samplers Inc. Particle sizing sampler
SU840707A1 (ru) 1979-12-10 1981-06-23 Предприятие П/Я А-7113 Многосопловый каскадный импактор
DE3440735A1 (de) * 1984-11-08 1986-05-15 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Bakterienlysierendes enzymprodukt aus streptomyceten, verfahren zu seiner herstellung und dafuer geeigneter stamm
JPS61135583U (ja) * 1985-02-14 1986-08-23
JPS61291014A (ja) * 1985-06-19 1986-12-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 多層フイルタを使用したダスト捕集方法
JPH10314676A (ja) * 1997-05-16 1998-12-02 Ujiie Seisakusho:Kk 投入材分別装置および切断処理装置
DE19904691C2 (de) * 1999-02-05 2003-05-28 Esytec En U Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur simultanen In-situ-Bestimmung der Teilchengröße und Massenkonzentration von fluidgetragenen Partikeln
JP3260345B2 (ja) * 1999-10-08 2002-02-25 日本曹達株式会社 粉塵を含む排ガス処理方法
JP2002035698A (ja) * 2000-07-27 2002-02-05 Kubota Corp 風力篩装置及び篩網構造
US6543301B2 (en) * 2000-12-08 2003-04-08 Msp Corporation Impactor nozzle plate
GB0215003D0 (en) 2002-06-28 2002-08-07 Gorbunov Boris Z Particle collector
GB0301257D0 (en) * 2003-01-21 2003-02-19 Secr Defence Apparatus for collecting particles
US20050205483A1 (en) 2004-03-22 2005-09-22 Birmingham Joseph G Microimpactor system for collection of particles from a fluid stream
JP2006198577A (ja) * 2005-01-24 2006-08-03 Canon Inc 微粒子の分級方法および成膜方法
JP2006263713A (ja) * 2005-02-28 2006-10-05 Sekisui Plastics Co Ltd 風力式分選装置
US7597015B2 (en) 2005-07-08 2009-10-06 New York University Particle size sampler
JP4822433B2 (ja) 2006-09-14 2011-11-24 日本カノマックス株式会社 微小粒子分級装置、及び微小粒子サンプラ
JP2009115362A (ja) 2007-11-06 2009-05-28 Nippon Soda Co Ltd ヒュームを含む排ガスの処理方法
JP2011012977A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Nitta Corp 微粒子分級用慣性フィルタ
WO2011099094A1 (ja) * 2010-02-09 2011-08-18 ニッタ株式会社 慣性フィルタ
JP4714915B1 (ja) 2010-06-30 2011-07-06 ニッタ株式会社 慣性フィルタおよび粒子分級装置
EP2606117A4 (en) * 2010-08-17 2018-01-10 Research Triangle Institute Fiber sampler for recovery of bioaerosols and particles

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