JP2015059820A - 粒度分布測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ本体の設置場所が限定されず、また、横向きに流れる大気であっても容易に測定することのできる粒度分布測定器を提供する。【解決手段】インパクタを装着して構成されるセンサ本体１及びそのセンサ本体１への浮遊粒子状物質を含む気体の導入側にガイド部１０を有する粒度分布測定器Ａであって、前記ガイド部１０内には円錐体形状の空間Ｓが形成され、その円錐体形状の空間Ｓの形態は、その円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて気体が供給されたとき、その供給された気体がその底部に達したときに均一に分散できるように決められており、前記円錐体形状の頂部側には、気体を吸入するチューブＴを装着するチューブ接続治具部１２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、粒度分布測定器に係り、特に、気体中の浮遊粒子状物質の粒度分布を測定するものに関する。

特許文献１には、大気汚染物質の一つである粒径が２．５μｍ以下の微小な粒子状物質、いわゆるＰＭ２．５（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ ２．５）を分級して採集する分級器について提案されている。この提案に係る分級器は、広く普及している通常型ハイボリューム・エアサンプラの上方に多孔式ジェットノズルを備えたインパクタ（慣性衝突分級装置）を装着して構成されている。

上記提案に係る分級器についてさらに説明すると、この分級器は、通常型ハイボリューム・エアサンプラの上方に、複数のジェットノズルを有する天板が設けられている。そして、その天板の下面位置から所定距離離れた位置に衝突板が設けられるとともに、その衝突板の上面に衝突捕集材を設けて構成されている。

上記提案に係る分級器は、ポンプを用いて通常型ハイボリューム・エアサンプラに吸引力を与えると、天板のジェットノズルから流入した大気の流れが衝突板によって曲げられ、粒径の大きい粒子は慣性で曲がりきれずに流れから離れて分級され、その分級された粒子が衝突板の上面に設けられている衝突捕集材に捕集される。

上記提案に係る分級器は、インパクタを１個備えた分級器であるが、特許文献２に示されるように、インパクタを複数個備えたカスケードインパクタ式の分級器が提案されている。このカスケードインパクタ式の分級器は、各段のインパクタの空気動力学的粒径が所定の値に決められているので、気体中に存在する浮遊粒子状物質を粒径毎に分級することができる。この提案に係るカスケードインパクタ式の分級器では、１０μｍ以上、２．５μｍ〜１０μｍ、０．１〜２．５μｍ、０．１μｍ以下の各粒子を分級できるようにしている。

上記提案に係るようなインパクタを備えた分級器を用いて気体中の浮遊粒子状物質の粒度分布を測定する粒度分布測定器の実装置においては、サンプリング気体の取り入れ部にあたる測定器本体頂部を保護するとともに、サンプリング気体の均一な流速を確保するために、上部が開口し、下部に行くに従って広がる、いわゆる外形形状が円錐台状のガイド部が設けられている。

実用新案第３１５８８３９号公報 特開２００８−７０２２２号公報

しかしながら、従来の浮遊粒子状物質の粒度分布を測定する粒度分布測定器は、ガイド部の開口の上方側に十分が空間の取れない狭い場所には設置できないという欠点があった。
また、従来の粒度分布測定器は、ガイド部の開口が上向きに設置してサンプリング気体の取り入れを行わなければならないので、横向きの流れの気体中の浮遊粒子状物質を測定することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、設置場所に限定されず、しかも横向きの流れの気体中の浮遊粒子状物質をも測定することができる粒度分布測定器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る粒度分布測定器は、インパクタを装着して構成されるセンサ本体及びそのセンサ本体への浮遊粒子状物質を含む気体の導入側にガイド部を有する粒度分布測定器であって、前記ガイド部内には円錐体形状の空間が形成され、その円錐体形状の空間は、その円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて気体が供給されたとき、その供給された気体がその底部に達したときに均一に分散できるように決められており、前記円錐体形状の頂部側には、気体を吸入するチューブを装着するチューブ接続治具部が設けられていることを特徴としている。

上記構成に係る粒度分布測定器は、ガイド部内に円錐体形状の空間が形成され、その空間の形態は、円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて気体が供給されたとき、その供給された気体がその底部に達したときに均一に分散できるようになっている。したがって、円錐体形状の底部に対向して設けられるインパクタに均一に気体を供給することができる。

本発明に係る粒度分布測定器は、前記チューブ接続治具部は、前記チューブの孔径に大きさに応じたチューブ挿入部を有することが好ましい。

この場合には、チューブの孔径に大きさに合わせたチューブ挿入部を有するチューブ接続治具部に変更することができる。

本発明に係る粒度分布測定器は、チューブ接続治具部はガイド部の一部を形成するとともに、分離自在に形成されていることが好ましい。

この場合には、チューブ接続治具部は分離自在とされているので、必要に応じてチューブ接続治具部を用いることができる。

本発明に係る粒度分布測定器は、インパクタを装着して構成されるセンサ本体は複数のインパクタを装着したカスケードインパクタ式であることが好ましい。

上記構成に係る粒度分布測定器は、カスケードインパクタ式とすることができるから、段数を選択することにより所望の粒度分布を測定することができる。

本発明に係る粒度分布測定器は、センサ本体の上部に設けられるガイド部内に円錐体形状の空間が形成され、その空間の形態を円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて気体が供給されたとき、その供給された気体がその底部に達したときに均一に分散できるようにしているので、円錐体形状の底部に対向して設けられるインパクタに均一に気体を供給することができる。
したがって、円錐体形状の頂部側に設けられるチューブ接続治具部にチューブを接続しても測定することができるから、センサ本体の設置場所が限定されず粒度分布を測定することができる。また、チューブの先端を任意に向けることができるので、例えば横向きに流れる大気であっても容易に測定することができる。

本発明の実施の形態による粒度分布測定器の左半分を断面で示した正面図である。 図１に示す粒度分布測定器のガイド部の縦断面である。 図１に示す粒度分布測定器のガイド部の平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、この実施の形態により限定されるものではなく、また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一ものも含まれる。

本発明の実施の形態による粒度分布測定器Ａは、図１に示されるように、センサ本体１と、ガイド部１０とで構成されている。

センサ本体１は、周知のカスケードインパクタ式の分級器と同様に構成されている。すなわち、このセンサ本体１は、外形形状が所定高さの円筒形に形成されていて、その円筒形が高さ方向に複数個に区分された多段で構成されている。

円筒形の最下段に当たる部分の基部２は、上部開口で、かつ有底の筒体からなり、側壁の一部には、筒体内の気体を吸引する吸引パイプ２ａが設けられている。そして、その基部２の上方の円筒形は、複数の分級段に形成されている。図示の例では、最上段が第０段分級部３ａとされていて、その第０段分級部３ａの下方には順に第７段分級部３ｈまでの８段の分級段に形成されている。そして、最下段の第７段分級部３と基部２との間には、バックアップフィルタ用段３ｉに形成されている。

第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈの各分級部及びバックアップフィルタ用段３ｉは、同一形状のリング状体をなしていて、位置決めしながら積層できるように構成されている。そして、これらリング状体は、基部２上に位置決めしながら積層できるように構成されている。

第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈの各分級部には、多孔板４及び衝突板５がそれぞれ設けられている。多孔板４は、各分級部のリング状体の底部近くを覆うようにそれぞれ設けられ、また、衝突板５は、多孔板４の下方側に所定距離を保ってリング状体を覆うようにそれぞれ設けられている。そして、バックアップフィルタ用段３ｉのリング状体の底部には、そのリング状体の底部を覆うようにバックアップフィルタ６が設けられている。

第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈにそれぞれ設けられる多孔板４に開けられる孔径（ノズル径）は、各分級部で分級する浮遊粒子状物質（以下、「エアロゾル」という。）の粒度によって決められている。すなわち、多孔板４で分級されるエアロゾルの粒子径は、孔を通過する流速が速くなるほど小さくなるので、最も大きな粒子径のエアロゾルを分級する第０段分級部３ａの多孔板４の孔径が最も大きく、第７段分級部３ｈにかけて順に孔径が小さくなるように設定されている。

各分級部の多孔板４の下方側にそれぞれ設けられる衝突板５は、多孔板４の孔から流下してくる気体を受け止めるとともに、その受け止めた気体を板面の外周方向に転換して流す機能を有いている。そして、各衝突板５の上面には、図示しないが衝突捕集材が設けられているので、粒径が大きく慣性で曲がりきれずに流れから離れたエアロゾルを衝突捕集材に捕集することができるように構成されている。

第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈにそれぞれ設けられる衝突板５の周囲で、かつその衝突板５を保持している各分級部のリング状体には、衝突板５の上面側から下面側に気体を通過させるための図示しない通路が設けられている。図１中の左側の矢印は、その気体の通過状態を表わしている。したがって、第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈに順に気体を流下させることができる。

図示のセンサ本体１では、上述した第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈにそれぞれ設けられる多孔板４に開けられる孔径及びバックアップフィルタ６は、以下の範囲の粒径のエアロゾルを分級捕集することができるように決められている。すなわち、第０段分級部３ａは１１μｍ以上、第１段分級部３ｂは７．０μｍ〜１１μｍ、第２段分級部３ｃは４．７μｍ〜７．０μｍ、第３段分級部３ｄは３．３μｍ〜４．７μｍ、第４段分級部３ｅは２．１μｍ〜３．３μｍ、第５段分級部３ｆは１．１μｍ〜２．１μｍ、第６段分級部３ｇは０．６５μｍ〜１．１μｍ、第７段分級部３は０．４３μｍ〜０．６５μｍをそれぞれ分級捕集できるように決められ、そして、第７段分級部３ｈの下方に設けられるバックアップフィルタ用段３ｉのバックアップフィルタ６は、０．４３μｍ以下のエアロゾルを捕集できるように決められている。

センサ本体１は、上述のように、基部２上に位置決めしながら第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈの各分級部及びバックアップフィルタ用段３ｉをパッキン部材を介在させて気密状に積層して構成されるとともに、この積層体は、基部２と後述するガイド部１０のガイド本体１１との間に掛け渡される図示しない挟持部材で保持されるように構成されている。したがって、この挟持部材を外せば第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈの各分級部及びバックアップフィルタ用段３ｉを容易に分離することができる。

ガイド部１０は、ガイド本体１１及びチューブ接続治具部１２で構成されていて、センサ本体１の上部に設けられているとともに、内部に円錐体形状の空間Ｓを形成して構成されている。

ガイド本体１１は、周知のカスケードインパクタ式の分級器に設けられている截頭円錐体形状のガイド部と同様に構成されている。すなわち、このガイド本体１１は、図２に示されるように、上部が開口し、下部に行くに従って広がる、いわゆる外形形状が截頭円錐体形状に形成されている。そして、そのガイド本体１１の内部には、円錐体形状の空間Ｓの下側の一部分が形成されている。なお、図示の例では、ガイド本体１１の内部に形成される空間Ｓの割合は、空間Ｓの大部分を占めている。

ガイド本体１１の下部外周部は、センサ本体１の最上段である第０段分級部３ａのリング状体に位置決めして載置されるように構成されている。したがって、このガイド本体１１の下部は、第０段分級部３ａの多孔板４の上方を覆うことがないように開口されている。

ガイド本体１１の上部の開口の大きさ（開口面積）は、そのガイド本体１１の上部にチューブ接続治具部１２が取り付けられない状態において、そのガイド本体１１の上部の開口から取り込まれた気体の流れが、第０段分級部３ａの多孔板４の各孔に均一に流れ込むことができるように決められている。したがって、ガイド本体１１の上部の開口の大きさが決められると、必然的にガイド本体１１の高さが決められる。

チューブ接続治具部１２は、図２及び図３に示されるように、ガイド本体１１の上部に設けられ、その下部側が接続部１２ａに形成されるとともに、上部側がチューブ挿入部１２ｂに形成されている。そして、接続部１２ａの内部には、円錐体形状の空間Ｓの残りの空間部分が形成されている。

チューブ接続治具部１２とガイド本体１１との接続について説明すると、チューブ接続治具部１２の下部外周には、ガイド本体１１の上部外周に設けられている肉厚部１１ａに対応したフランジ１２ｃが設けられている。そして、そのフランジ１２ｃの周囲には等間隔に複数個（図示の例では４個）のビス１３用の孔が設けられ、また、ガイド本体１１の肉厚部１１ａの上面にはフランジ１２ｃに設けられている孔の位置に対応したネジ穴が設けられている。したがって、肉厚部１１ａの上面にパッキン部材を介在させてフランジ１２ｃを載置し、フランジ１２ｃの孔からビス１３を締め付けると、チューブ接続治具部１２とガイド本体１１とを気密性を保って接続でき、また、ビス１３を外すと、ガイド本体１１からチューブ接続治具部１２を簡単に取り外すことができる。

チューブ接続治具部１２の上部に位置するチューブ挿入部１２ｂ内には、チューブ接続治具部１２内に形成されている円錐体形状の空間Ｓの頂部と連通する所定径の貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔の軸心方向は、円錐体形状の空間Ｓの頂点とその円錐体形状の円の中心位置を結ぶ軸心線上となるように決められている。なお、貫通孔の孔径は、このチューブ挿入部１２ｂの外周に挿入される合成樹脂製等からなる可撓性のチューブＴ（図１参照）の孔径によって決められるが、図示の例では、気体や液体用として広く用いられている１３ｍｍφのチューブ（パイプ）の内径に合わせた孔径とされる。

円錐体形状を呈する空間Ｓの頂角θは、チューブ挿入部１２ｂ内の孔径が１３ｍｍφで、吸引流量が２８．３Ｌ／ｍｉｎの通常の測定条件の下での実験によれば、頂角θが３０度以下であればチューブ挿入部１２ｂを介して供給された気体を第０段分級部３ａの多孔板４の各孔に均一に流し込ませることができることが分かっている。頂角θが３０度のときは、円錐体形状を呈する空間Ｓの低角は７５度となる。この場合、頂角θが小さくなればなるほど、第０段分級部３ａの多孔板４の各孔に気体をより均一に流し込ませることができるが、ガイド部１０の高さが高くなって装置が大型化するので、頂角θを３０度にすると装置を小型化することができる。

なお、チューブ挿入部１２ｂを介して供給された気体が第０段分級部３ａの多孔板４の各孔に均一に流し込ませることができることができないとき、例えば上述の頂角θが３０度よりも大きいときは、チューブ挿入部１２ｂの真下部部の多孔板４の孔の流速が他の部分の孔よりも速くなってしまい、第０段分級部３ａで予定している粒径よりも小さい粒径のエアロゾルも捕集してしまう。図示の例では、第０段分級部３ａは１１μｍ以上のエアロゾルを捕集するようにしているが、多孔板４の各孔に均一に気体が供給されず、一部の孔で規定よりも流速が速くなると、１１μｍ以下のエアロゾルを捕集してしまい、正確な粒度分布測定が損なわれてしまう。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る粒度分布測定器Ａのガイド部１０内に形成される円錐体形状の空間Ｓの形態は、その円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて供給された気体がその底部に達したときに均一に分散されるように決められる。

上記構成からなる粒度分布測定器Ａにおいて、吸引パイプ２ａから図示しないポンプで所定の吸引流量で吸引されると、チューブＴの先端から取り込まれたエアロゾルを含む大気がガイド部１０内の空間Ｓを介して第０段分級部３ａの多孔板４上に均一に供給される。次いで、大気は第０段分級部３ａ〜第７段分級部３ｈの各分級部及びバックアップフィルタ用段３ｉにかけて順次流れる。その流れの途中において、大気中のエアロゾルが各段で分級される。所定時間の分級処理後、各段で捕集されたエアロゾルが秤量されて粒度分布が測定される。また、必要に応じて捕集されたエアロゾルは、化学分析等の試料とされる。

（実験例）
チューブ接続治具部１２を有するガイド部１０を備えた本発明に係るエアロゾルの捕集と、ガイド部１０からチューブ接続治具部１２を外した従来型のエアロゾルの捕集との比較実験を行った。

実験における円錐体形状を呈する空間Ｓの頂角θ（図２参照）は３０度、チューブ挿入部１２ｂ内の孔径は１３ｍｍφで、吸引流量は２８．３Ｌ／ｍｉｎである。使用した標準粒子はＪＩＳ試験用粉体３種である。そして、センサ本体１は４段構成で、第０段分級部は１１μｍ以上、第１段分級部は７．０μｍ〜１１μｍ、第２段分級部は４．７μｍ〜７．０μｍ、第３段分級部は３．３μｍ〜４．７μｍ、バックアップフィルタ用段のバックアップフィルタは３．３μｍ以下のエアロゾルを捕集できるように決められている。測定は、各段のガラスプレートからなる衝突板の重量増加量で行われている。実験結果を表１に示す。

表１に示されるように、ｔ検定の結果は、いずれの段においてもｐ＞０．０５であり、有意水準５％において有意差はないと判断することができる。したがって、チューブ接続治具部１２を付けても従来型と同様の粒度分布測定ができることが分かる。

上述の実験結果からも明らかなように、チューブ接続治具部１２にチューブＴを接続することができるので、粒度分布測定器Ａは、チューブＴの先端を測定しようとする大気中に置くことができるから、センサ本体１の設置場所が限定されず、また、横向きに流れる大気であっても容易に測定することができる特長を有している。さらに、チューブ接続治具部１２は分離自在とされているので、必要に応じて使用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述の例では、ガイド部１０は、ガイド本体１１とチューブ接続治具部１２とを分離できるようにしたが、これらを一体化してもよい。

また、チューブ接続冶具部１２は、チューブＴの孔径に大きさに応じたチューブ挿入部１２ｂに適宜変更することができる。例えば、上記チューブ接続治具部１２をガイド本体１１に対して分離しても良いし、チューブ挿入部１２ｂのみを接続部１２ａに対して適宜な着脱手段により分離可能として、そのチューブ挿入部１２ｂを変更してもよい。
さらに、上述の例では、センサ本体１は８段構成としたが、実験例で示した４段構成やその他の多段式にすることもできる。

Ａ 粒度分布測定器
Ｓ 空間
Ｔ チューブ
１ センサ本体
２ 基台
２ａ 吸引パイプ
３ａ〜３ｈ 第０段分級部〜第７段分級部
３ｉ バックアップフィルタ用段
４ 多孔板
５ 衝突板
１０ ガイド部
１１ ガイド本体
１１ａ 肉厚部
１２ チューブ接続治具部
１２ａ 接続部
１２ｂ チューブ挿入部
１２ｃ フランジ
１３ビス

Claims (4)

1. インパクタを装着して構成されるセンサ本体及びそのセンサ本体への浮遊粒子状物質を含む気体の導入側にガイド部を有する粒度分布測定器であって、
   前記ガイド部内には円錐体形状の空間が形成され、
   前記円錐体形状の空間は、その円錐体形状の頂部からその円錐体形状の底部の円の中心部に向けて気体が供給されたとき、その供給された気体がその底部に達したときに均一に分散できるように決められており、
   前記円錐体形状の頂部側には、気体を吸入するチューブを装着するチューブ接続治具部が設けられていることを特徴とする粒度分布測定器。
2. 前記チューブ接続治具部は、前記チューブの孔径に大きさに応じたチューブ挿入部を有することを特徴とする請求項１に記載の粒度分布測定器。
3. 前記チューブ接続治具部は、前記ガイド部の一部を形成するとともに、分離自在に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒度分布測定器。
4. 前記インパクタを装着して構成されるセンサ本体は、複数のインパクタを装着したカスケードインパクタ式であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒度分布測定器。

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