JP2015134326A - 粒子分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置を提供する。
【解決手段】粒子分離装置（２０Ａ）は、導入流路（５ａ）を流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、粒子を主流路（５ｂ）と支流路（５ｃ）とへ分離する。気体導入口（５ｆ）を含む気体流路（５）のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して気体流路（５）の断面積を調整可能な流路断面積調整手段である導入口面積調整プレート（４１）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気中に浮遊する微粒子の粒子径を測定する粒子測定装置に使用され、慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する粒子分離装置に関するものである。

大気中に浮遊する微粒子を粗大粒子と分離し、分離した微粒子の量を測定する粒子測定装置として、例えば特許文献１に開示された装置が挙げられる。特許文献１に開示された微粒子の分離方法では、流体中に浮遊する粒子を加速して慣性力によって分離している。

詳細には、特許文献１に開示された粒子測定装置１００では、図１１に示すように、ロート状のサンプリング管１１０における粗大粒子排出用直管部１１１に同心に該粗大粒子排出用直管部１１１の内径よりも小内径の微粒子採取用直管１２０が近接して設けられている。

上記粒子測定装置１００では、大気中に浮遊する微粒子を粗大粒子と分離するときには、粗大粒子排出用直管部１１１の吸引側１１１ａから図示しないポンプにて吸引する。また、微粒子採取用直管１２０においても吸引側１２１から図示しないポンプにて吸引する。

これにより、大気中に浮遊する微粒子及び粗大粒子を含む含粒子流体１０１が、サンプリング管１１０のテーパー部１１２に沿って流入される。流入された含粒子流体１０１は、ノズル部１１３にて加速された後、粗大粒子排出用直管部１１１の入り口近傍及び微粒子採取用直管１２０の入り口近傍に排出される。尚、図１１においては右半分の流路線を省略している。

このとき、粗大粒子１０１ａは慣性力が大きいので、主流１０２に搬送されて粗大粒子排出用直管部１１１から除去される。一方、微小粒子１０１ｂは慣性力が小さいので、微粒子採取用直管１２０に向けて反転して逆方向の支流１０３に搬送されて微粒子採取用直管１２０へ送り込まれる。

これによって、含粒子流体１０１に含まれる粗大粒子１０１ａと微小粒子１０１ｂとが分離されることになる。特許文献１の分離方法では、主流１０２及び支流１０３の流量調整、及び微粒子採取用直管１２０の上下移動にてノズル部１１３の全長とその間隔とを調整することによって、粒子の分級特性を変えることができるようになっている。

特開２００４−８９８９８号公報（２００４年３月２５日公開）

しかしながら、上記従来の慣性力によって粒子を分級する粒子分離装置では、以下の問題点を有している。

すなわち、分級される粒子径のサイズは、粒子が分離さる分岐部分での粒子の慣性力、つまり分岐直前の気流の速度に大きく依存する。ここで、特許文献１に開示された粒子測定装置１００の粒子分離装置では、微粒子採取用直管１２０の上下移動によって、分岐直前の流路の部分である円錐形状のノズル部１１３の位置を調整し、分岐直前の気流の速度を変更することにより、分離する粒子径のサイズを調整可能としている。

しかし、このような形態は、微粒子採取用直管１２０の外壁部分がノズル部１１３の一部をなすような形態のみにしか適用できず、粒子分離装置の形態が限定される。また、このような形態を採用すると、微粒子採取用直管１２０全体を可動にする必要があるため、粒子分離装置の構造が複雑になり、コストが増大する問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置を提供することにある。

本発明の一態様における粒子分離装置は、上記の課題を解決するために、外部に面する気体導入口から粒子を含む気体を導入する導入流路、該導入流路における外部とは反対側の末端にある分岐部にて分岐された主流路及び支流路を有する気体流路と、上記気体流路の下流側に設けられて上記導入流路から主流路及び支流路へ向かう気流を発生させる流体駆動部とを備え、上記導入流路を流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、該粒子を上記主流路と支流路とへ分離する粒子分離装置であって、上記気体導入口を含む気体流路のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置を提供するという効果を奏する。

本発明の実施形態１における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は導入口面積調整プレートが開いているときの上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は導入口面積調整プレートが閉じているときの上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す斜視図である。 上記粒子分離装置における、導入流路を通して系内へ導入された含粒子流体の分岐部における分粒の状態を模式的に示した断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態１における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の変形例を示すものであって、導入口面積調整プレートが開いているときの該変形例の粒子測定装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は導入口面積調整プレートが閉じているときの該変形例の粒子測定装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す断面図である。 上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成の一部を破断して示す分解斜視図である。 （ａ）は上記粒子分離装置に備えられた絞りを示すものであって、開状態の絞りの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記粒子分離装置に備えられた、閉状態の絞りの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態３における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態４における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す側面図であり、（ｃ）は上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態４における粒子分離装置を備えた粒子測定装置の変形例の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の変形例の構成を示す側面図であり、（ｃ）は上記粒子分離装置を備えた粒子測定装置の変形例の構成を示す断面図である。 従来の粒子分離装置の構成を示す断面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態における粒子測定装置は、外部から空気等の気体を吸引し、該気体に含まれる粒子を慣性力によって分級する粒子分離装置を備え、微粒子から粗大粒子までの量を測定し得る装置である。

〔粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成〕
本実施の形態の粒子分離装置を備えた粒子測定装置の構成について、図１及び図２の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａの構成を示す断面図である。図２の（ａ）は導入口面積調整プレート４１が開いているときの上記粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａの構成を示す斜視図である。図２の（ｂ）は導入口面積調整プレート４１が閉じているときの上記粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａの構成を示す斜視図である。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａは、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、粒子検出部としてのセンサ１と、吸気部２と、分粒部３と、流体駆動部としてのファン４とを備えている。粒子測定装置１０Ａは、単一のファン４を駆動することによって、吸気部２から外部の粒子を含む空気を導入するようになっている。

粒子測定装置１０Ａ内に導入された空気は、図２に示すように、該粒子測定装置１０Ａ内に形成された気体流路５を通過して、ファン４を介して外部へ排出される。センサ１は、粒子測定装置１０Ａ内に形成された気体流路５の途中に設けられており、通過する空気中に含まれる微粒子の量を測定する。

図１に示すように、粒子測定装置１０Ａ内に形成された気体流路５は、導入流路５ａと、主流路５ｂと、支流路５ｃと、排出路である主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅとから構成されている。尚、本発明においては、気体流路５は、必ずしもこれに限らず、主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅを含んでいなくてもよい。

導入流路５ａは、吸気部２に形成されており、外部から空気等の気体を導入するための流路である。主流路５ｂ及び支流路５ｃは、導入流路５ａから分岐部Ａにて２方向に分岐した流路である。また、主流路５ｂに連結している主流排出路５ｄ、及び支流路５ｃに連結している支流排出路５ｅは、いずれも気体を外部へ排出するための流路である。

本実施の形態では、粒子測定装置１０Ａにおける粒子分離装置２０Ａは、上記ファン４と気体流路５と後述する流路断面積調整手段とから構成されている。そして、ファン４を駆動することにより、導入流路５ａから導入された気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、分岐部Ａにおいて粗大粒子が含まれる主流路５ｂと微小粒子が含まれる支流路５ｃとへ分離つまり分粒させる。尚、導入流路５ａから導入された気体に含まれる粒子の分粒の原理、及び流路断面積調整手段による分粒の際の粒子径の変更については、後述する。

微小粒子を測定する測定部であるセンサ１は、支流路５ｃの途中に設けられており、支流路５ｃを通過する気体中の微小粒子の量を測定する。具体的には、このセンサ１は、例えば、通過する気流中の微粒子に光を照射し、微粒子から散乱した光を検出するという光散乱法によって、気体中の微小粒子の量を測定する。ただし、センサ１は、必ずしも光散乱法に限らず、重量法によって気体中の微小粒子の量を測定するものであってもよい。また、微小粒子を測定する測定部である粒子検出部は、センサ１に限定されず、例えば、微小粒子を捕集するフィルターを備え、該フィルターによって捕集された微小粒子を測定するものであってもよい。すなわち、粒子検出部は、例えば光散乱を利用した濃度測定装や、成分分析装置、又はフィルターによる粒子捕集装置でもよい。

ファン４は、本実施の形態では、ただ１つ設けられている。そして、導入流路５ａから主流路５ｂを通して主流排出路５ｄへ向かう気流と、導入流路５ａから支流路５ｃを通して主流排出路５ｄへ向かう気流とを発生させる流体駆動部として機能する。ファン４における前面の気体吸入面４ａは、主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅに接続されている。

尚、本実施の形態では、上述したように、支流路５ｃを通る気流についても、支流排出路５ｅを介してファン４にて排出しており、これによって、流体駆動部を１つのファン４にて構成している。しかし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、例えば、支流路５ｃに別途のファン４を設けることにより、流体駆動部を２つのファン４にて構成することも可能である。

また、本実施の形態における流体駆動部は、ファン４にて構成されている。しかし、必ずしもこれに限らず、導入流路５ａから主流路５ｂ又は支流路５ｃを介して主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅへ向かう気流を発生させることが可能なものであればよい。例えば、流体駆動部は、ポンプであってもよい。

また、本実施の形態では、主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅとの間に、例えば仕切板６が設けられており、主流路５ｂから主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅを通して、支流路５ｃに逆流するのを防止するようになっている。ただし、本発明では、この仕切板６は必ずしも存在しなくてもよい。

さらに、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、導入流路５ａの入り口である気体導入口５ｆには、該気体導入口５ｆの開口面積を調整する流路断面積調整手段及び遮蔽部材としての導入口面積調整プレート４１がスライド可能に配置されている。そして、導入口面積調整プレート４１の中央には、開口窓４１ａが形成されている。これにより、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、粒子における粒子径のサイズの変更が可能となっている。

〔粒子分離方法及び粒子測定方法〕
上記構成の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａにおける粒子の分離方法及び粒子測定方法について、図１及び図３に基づいて説明する。図３は、導入流路５ａを通して系内へ導入された含粒子流体の分岐部Ａにおける分粒の状態を模式的に示した断面図である。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、図１に示すように、ファン４の駆動によって、浮遊粒子を含んだ空気の流体（以下、「含粒子流体」と記す）は、錐状に傾斜した導入流路５ａを通って粒子測定装置１０Ａ内に気流７ａとして導入される。導入流路５ａは、気流７ａの方向に対して垂直な断面形状において、分岐部Ａへ向かうに伴い、流路断面積が小さくなる構成になっている。このため、導入流路５ａに導入された含粒子流体は、気流７ａに沿って分岐部Ａに向かうに伴って加速することになる。そこで、導入流路５ａは、流体加速部ともいう。

含粒子流体の気流７ａは、分岐部Ａにおいて主流７ｂと支流７ｃとに分岐する。主流７ｂ及び支流７ｃは、それぞれ、ファン４によって吸引される主流路５ｂ及び支流路５ｃを通る。１つのファン４にて主流７ｂ及び支流７ｃに分岐して吸引することによって、大気等の含粒子流体を、導入流路５ａを通して系内へ導入することができる。

系内へ吸引された含粒子流体は、図３に示すように、気流７ａが分岐部Ａにおいて主流７ｂと支流７ｃとに分岐したときに、所望粒径の微小粒子８ｂを含む含粒子流体と所望粒径以外の粗大粒子８ａを含む含粒子流体とに分粒される。このとき、主流７ｂには、所望粒径以外の粗大粒子８ａを含む含粒子流体が含まれる。一方、支流７ｃには、所望粒径の微小粒子８ｂを含む含粒子流体が含まれる。

上述した粒子の分粒原理について説明する。

前記ファン４によって系内に吸引された含粒子流体は、図３に示すように、導入流路５ａの分岐部Ａへ向かうに伴い加速する。分岐部Ａにおいて、含粒子流体に含まれる粒子が気流７ａの方向に沿う主流７ｂに沿って運動するか否かは、ストークスの式より、粒子の密度、直径、速度、及び含粒子流体の粘性に依存する。

したがって、含粒子流体に含まれる粒子は、粒径が大きい程速い速度を有するので、含粒子流体の運動方向に沿う。このため、粒径が比較的大きい粗大粒子８ａは、慣性力が大きいので、気流７ａの方向に沿う主流７ｂに搬送されて主流路５ｂから主流排出路５ｄへ排出される。この結果、支流７ｃ側へは入り込み難くなる。

一方、粒径が比較的小さい微小粒子８ｂは、慣性力が小さい。それゆえ、微小粒子８ｂの移動は、含粒子流体の粘性によって支配される。このため、微小粒子８ｂは、主として主流７ｂとは逆方向の支流７ｃに搬送されて、支流路５ｃへ送り込まれる。尚、一部は、主流７ｂに搬送されて、主流路５ｂへ送り込まれる。このように、分岐部Ａにおける粒子の速度によって特定粒径以下の粒子のみを支流７ｃへ導くことが可能になる。

このように、本実施の形態における粒子分離装置２０Ａでは、上述の流路構成及びファン４の配置等によって、ファン４によって吸引される含粒子流体に含まれる粗大粒子８ａは、ファン４が必要駆動電力にて駆動しているときには、分岐部Ａにおいて主流路５ｂに対して逆方向に延びた支流路５ｃへは混入しないようになっている。一方、微小粒子８ｂは、主流路５ｂ及び支流路５ｃの両方に存在する。

次に、支流路５ｃへ送り込まれた微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、図１に示すように、支流７ｃに搬送されてセンサ１を通過する。このように、センサ１を通過することによって、含粒子流体に含まれる微小粒子８ｂの量が測定される。

支流路５ｃにおいてセンサ１を通過した微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、支流排出路５ｅへ向かって流出することになる。

一方、導入流路５ａ、主流路５ｂ及びファン４は、略同一方向に配列して設けられている。このような構成とすることによって、粗大粒子８ａは、支流路５ｃへ逆流することなく、主流路５ｂへの分岐後、主流排出路５ｄを介して外部へ排出され易くなる。それゆえ、測定対象でない粗大粒子８ａを、効率的に除去することができる。

このように、粗大粒子８ａを含む含粒子流体である主流７ｂは、分岐部Ａから下側に配された主流排出路５ｄへ向かって最短距離になるように延びる主流路５ｂを通って、主流排出路５ｄから排出される。一方、微小粒子８ｂを含む含粒子流体である支流７ｃは、分岐部Ａから、主流路５ｂとは逆方向に延び、かつセンサ１を介して迂回して支流排出路５ｅに合流する支流路５ｃを通って支流排出路５ｅから排出される。このように、分岐部Ａにて粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとが分粒されるので、外部から吸引された含粒子流体のうち、粗大粒子８ａを含む含粒子流体は、センサ１を通過することなく外部へ排出される。一方、微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、センサ１にて量が測定された後、外部へ排出されることになる。

上述したように、本実施の形態における粒子分離装置２０Ａにおいては、外部から吸引される含粒子流体の気流７ａを、分岐部Ａにおいて主流７ｂと支流７ｃとに分岐し、この分岐部Ａにて粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとを分粒している。さらに、主流７ｂ及び主流排出路５ｄと支流７ｃ及び支流排出路５ｅとを、一つの気体吸入面４ａに合流させて外部へ排出している。また、主流７ｂと支流７ｃとの分岐は、単一のファン４によって実現されている。そして、支流路５ｃの途中にセンサ１を設けたことによって、支流７ｃの含粒子流体中の微小粒子８ｂの量を測定している。

それゆえ、２台のポンプという２つの駆動源を用いている特許文献１の技術と比較して、小型であり、かつ安価な微粒子測定器を実現することができる。

ここで、主流路５ｂの主流７ｂの流速と支流路５ｃの支流７ｃの流速とは、精度の高い調整が必要である。例えば、主流７ｂの流速が最適値よりも大きく、かつ支流７ｃの流速が最適値よりも小さい場合、主流路５ｂ側に、粗大粒子８ａのみならず微小粒子８ｂの大半が流れてしまう。その結果、支流路５ｃ側へ流れる微小粒子８ｂの量が僅少となるため、粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとを適切に分別することができない。反対に、主流７ｂの流速が最適値よりも小さく、かつ支流７ｃの流速が最適値よりも大きい場合、粗大粒子８ａの一部が支流路５ｃ側へ流れてしまい、やはり、粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとを適切に分別することができない。主流７ｂの流速及び支流７ｃの流速は、それぞれ、主流路５ｂ及び支流路５ｃの流路抵抗とファン４の排気速度とによって決定される。このうち、流路抵抗は、主流路５ｂ及び支流路５ｃの形状によって決定される値であり、流路形状を変更しない限り調整することができない。一方、排気速度は、ファン４の出力の調整によってのみ、調整可能な値であり、比較的調整が容易である。このため、特許文献１の技術のように、図１１に示す粗大粒子排出用直管部１１１及び微粒子採取用直管１２０に対し個別のファンによって排気する構成では、粗大粒子排出用直管部１１１及び微粒子採取用直管１２０のそれぞれにおける流体の流速の調整を容易に行うことができる。これに対して、本実施の形態の粒子測定装置１０Ａでは、単一のファン４によって主流路５ｂ及び支流路５ｃの両方を排気する。このため、ファン４の出力によってそれぞれの流路における排気速度つまり主流７ｂ及び支流７ｃの流速を自由に調整することができないという課題が残されている。

また、主流７ｂ及び支流７ｃの流速に対しファン４の排気速度を十分に活かすためには、ファン４における気体吸入面４ａの面積を可能な限り広くし、排気に利用する形態とすることが望ましい。このような形態を採るために、粒子測定装置１０Ａでは、主流路５ｂ及び主流排出路５ｄと支流路５ｃ及び支流排出路５ｅとを合流させた気体吸入面４ａをファン４に接続した構成となっている。

このような構成において、ファン４の気体吸入面４ａが塞がれている場合、抵抗が大きくなりファン４の駆動源としての性能を十分に発揮することができない。それゆえ、ファン４の性能を十分に発揮するため、粒子測定装置１０Ａでは、ファン４における吸気側の真上の部分に、気体吸入面４ａと同程度の面積を有する空間を設けている。すなわち、気体吸入面４ａと主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅとにより形成された空間を確保している。この結果、主流７ｂは、主流排出路５ｄと気体吸入面４ａとにより形成された空間を通って外部に排出される。一方、支流７ｃは、支流排出路５ｅと気体吸入面４ａとにより形成された空間を通って外部に排出される。

ここで、図１に示すように、本実施の形態の粒子測定装置１０Ａでは、支流路５ｃの流路長は、主流路５ｂの流路長よりも長くなっている。このため、主流７ｂよりも支流７ｃの方が、流路抵抗が大きい。この結果、分岐部Ａでの支流７ｃの流速を低くすることができる。

このことは、逆に、主流７ｂと支流７ｃとが合流する気体吸入面４ａでは、主流７ｂの方が支流７ｃよりも流速が大きいため、乱流が発生する。その結果、主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅにおいて、主流７ｂに含まれる粗大粒子８ａの一部が支流路５ｃ側へ逆流するおそれがある。

そこで、本実施の形態における粒子測定装置１０Ａでは、図１に示すように、主流排出路５ｄと支流排出路５ｅとの間に、主流路５ｂから排出される主流７ｂと支流路５ｃから排出される支流７ｃとを仕切る仕切板６が設けられていることが好ましい。この仕切板６は、主流排出路５ｄと支流排出路５ｅとの例えば中央に設けられている。すなわち、仕切板６によって区切られた気体吸入面４ａの面積が、主流排出路５ｄと支流排出路５ｅとにおいて同じになっている。この仕切板６によって、主流７ｂと支流７ｃとの合流が防止される。その結果、主流路５ｂと支流路５ｃとの間での粒子の逆流を防止することができる。

尚、仕切板６の位置は、主流排出路５ｄと支流排出路５ｅとの中央に限定されない。例えば、仕切板６によって区切られた気体吸入面４ａにおいて、主流７ｂが通過する面積と支流７ｃが通過する面積とが異なっていてもよい。このように、主流排出路５ｄと支流排出路５ｅとにおいて仕切板６を中央からずれた位置に配置することによって、主流７ｂの流速及び支流７ｃの流速の比率が変化した粒子測定装置１０Ａを実現することができる。

また、仕切板６の角度や厚さは、主流路５ｂ側と支流路５ｃ側との間で異なっていてもよい。さらに、図１に示す仕切板６は、平板形状である。しかし、仕切板６の形状は、主流７ｂと支流７ｃとの合流を防止する構成であれば、平板形状に限定されず、曲面を有する形状であってもよい。また、仕切板６は、支流排出路５ｅにおいて支流７ｃの出口部分を囲うような構造であってもよい。

〔微小粒子の粒子径サイズの変更〕
ところで、上記構成の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、ファン４に対して図示しない電力供給部から定格電圧が供給されたときに、センサ１は、一定範囲の粒子径サイズの微小粒子のみが含まれる支流７ｃの粒子測定しかできない。

しかしながら、粒子測定装置１０Ａにおける実際の測定に際しては、微粒子の粒子径サイズを変更できることが好ましい。

ところで、この種の慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する粒子分離装置を用いた粒子測定装置において、従来、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置は無かった。

例えば、特許文献１に開示された粒子測定装置１００の粒子分離装置では、前記図１１に示すように、微粒子採取用直管１２０の上下移動によって、分岐直前の流路の部分である円錐形状のノズル部１１３の位置を調整する。これにより、分岐直前の気流の速度が変更されるので、分離する粒子径のサイズが調整可能となっている。

しかし、このような形態は、微粒子採取用直管１２０の外壁部分がノズル部１１３の一部をなすような形態のみにしか適用できず、粒子分離装置の形態が限定される。また、このような形態を採用すると、微粒子採取用直管１２０全体を可動にする必要があるため、粒子分離装置の構造が複雑になり、コストが増大する問題がある。

そこで、本実施の形態では、気体導入口５ｆを含む気体流路５のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えている。これにより、流路断面積調整手段によって、主流路５ｂと支流路５ｃとに分離させる分岐部Ａの直前の気流速度を調整することが可能となる。

ここで、分離する粒子径のサイズを変更するために、特許文献１の粒子分離装置では、微粒子採取用直管１２０の外壁部分がノズル部１１３の内壁の一部をなすような特殊な形態であり、該微粒子採取用直管１２０を気流方向に平行方向に移動させるものである。この結果、慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する一般的な粒子分離装置には、このような構造を採用することができない。

これに対して、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａでは、流路断面積調整手段は、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整するものとなっている。この結果、流路断面積調整手段の構造自体が単純化されており、基本的にはどのような形態の慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する一般的な粒子分離装置２０Ａであっても適用可能である。

したがって、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置２０Ａを提供することができる。

ここで、本実施の形態では、流路断面積調整手段の一例として、図１及び図２の（ａ）（ｂ）に示すように、導入流路５ａの入り口である気体導入口５ｆには、該気体導入口５ｆの開口面積を調整する導入口面積調整プレート４１がスライド可能に配置されている。そして、導入口面積調整プレート４１の中央には、開口窓４１ａが形成されている。

このため、図２の（ａ）に示すように、この導入口面積調整プレート４１をスライドして気体導入口５ｆを開けることによって、気体導入口５ｆの面積が最大限に大きくなる。一方、図２の（ｂ）に示すように、導入口面積調整プレート４１をスライドして気体導入口５ｆを閉じることによって、気体導入口５ｆの面積が開口窓４１ａの面積に狭まる。

このように、導入口面積調整プレート４１をスライドさせることによって、気体導入口５ｆの一部である外周が塞がれ、吸気部分の流入抵抗が増大する。この結果、ファン４が一定駆動であっても導入口面積調整プレート４１のスライド前・スライド後において吸気風量は変化する。

この結果、分粒部３の通風面積が変化せずに該分粒部３の風速が変化するので、分粒径も変化させることが可能となる。

尚、上記の説明では、導入口面積調整プレート４１をスライドして気体導入口５ｆを閉じた場合には、気体導入口５ｆの面積が開口窓４１ａの面積に狭まるとして説明した。しかし、本実施の形態においては、必ずしもこれに限らない。例えば、後述する導入口面積調整プレート４１’のように、開口窓４１ａが無くてもよい。開口窓４１ａが存在しなくても、導入口面積調整プレート４１’を開閉することによって、気体導入口５ｆの面積を増減できるためである。

このように、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａでは、外部に面する気体導入口５ｆから粒子を含む気体を導入する導入流路５ａ、該導入流路５ａにおける外部とは反対側の末端にある分岐部Ａにて分岐された主流路５ｂ及び支流路５ｃを有する気体流路５と、上記気体流路５の下流側に設けられて導入流路５ａから主流路５ｂ及び支流路５ｃへ向かう気流を発生させる流体駆動部としてのファン４を備え、導入流路５ａを流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、該粒子を主流路５ｂと支流路５ｃとへ分離する。そして、気体導入口５ｆを含む気体流路５、又は気体流路５とファン４との間のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えている。

これにより、流路断面積調整手段によって、主流路と支流路とに分離させる分岐部の直前の気流速度を調整し、分離する粒子径のサイズを変更することができる。

ここで、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａでは、流路断面積調整手段は、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整するものとなっている。この結果、流路断面積調整手段の構造自体が単純化されており、基本的にはどのような形態の慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する一般的な粒子分離装置であっても適用可能である。

したがって、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置２０Ａを提供することができる。

また、本実施の形態における粒子分離装置２０Ａでは、流路断面積調整手段は、気体導入口５ｆに配置されて、該気体導入口５ｆの開口面積を調整する導入口面積調整プレート４１からなっている。

まず、流路断面積調整手段は、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整するものである。ここで、分岐部Ａ直前での気流速度と気体流路５の断面積の関係を、気体流路５全体でみると、分岐部Ａ直前の部分だけは断面積が小さいほど分粒部３直前での気流速度が大きくなる。また、それ以外の部分では、気体流路５の断面積が小さくなると流路抵抗が増大することになるので、分岐部Ａ直前での気流速度が低下する。

そこで、本実施の形態では、導入口面積調整プレート４１にて、気体流路５の始点である気体導入口５ｆの開口面積を調整する。この結果、例えば、気流抵抗を増大させて、分岐部Ａの直前での流速を低下させることができる。これにより、同一の気体流路５において、気流速度つまりファン４の能力のみを単純に低下させたとみなすことができる。

ところで、気体流路５の途中で不適切に断面積を変化させた場合、その部分で粒子の反射や乱流等の悪影響が発生し易いので、気体流路５の断面積の調整は精度が要求される。

しかし、本実施の形態のように、気体流路５の始点である気体導入口５ｆの開口面積を導入口面積調整プレート４１によって調整する場合は、このような問題は発生し難い。

また、本実施の形態における粒子分離装置２０Ａでは、流路断面積調整手段としての導入口面積調整プレート４１は、気体流路５内において気流の一部を遮蔽する遮蔽部材からなっており、流路方向に対して垂直方向に動作して該気体流路内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路の断面積を調整する。

すなわち、流路断面積調整手段は、気体流路５とは別部材である導入口面積調整プレート４１等の遮蔽部材にて、流路方向に対して垂直方向に動作して該気体流路５内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路５の断面積を調整する。したがって、流路断面積調整手段を簡単な構成にて作製することが可能である。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、導入口面積調整プレート４１には、開口窓４１ａが形成されていたが、特にこれに限定するものではない。

例えば、図４の（ａ）（ｂ）に示すように、前記開口窓４１ａが存在しない導入口面積調整プレート４１’を有する粒子分離装置２０Ａ’を備えた粒子測定装置１０Ａ’とすることも可能である。

すなわち、上記粒子測定装置１０Ａ’においても粒子測定装置１０Ａと同様に、粒子分離装置２０Ａ’にて分粒した後の粒子をセンサ１に通過させることによって粒子径の測定を行う。

通常、光散乱を用いたセンサ１は、無埃時のセンサ出力つまりベース出力と有埃時のセンサ出力との差分により、大気中の粒子の有無や濃度を測定する。ここで、無埃時とは、いわゆる工場出荷時のセンサ出力である。ところで、センサ１を長期間使用すると、照射部の経年変化による出力低下、及び受光部等への埃の堆積による出力低下により、正確に測定することができなくなる。

この問題を解決するために、通常、センサ１の稼働中に工場出荷時よりも出力が低くなった場合、新たにその値をベース出力とする場合がある。しかしながら、常に多塵環境でのみ使用する場合、センサ出力が経年変化で低下したとしても粒子測定装置１０Ａは埃を感知し、工場出荷時の出力を下回ることは無い。このため、ベース出力を変更することができない。

そこで、本実施の形態の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａに備えられた導入口面積調整プレート４１の変形例の１つとして、粒子分離装置２０Ａ’を備えた粒子測定装置１０Ａ’では、図４の（ｂ）に示すように、開口窓４１ａのない導入口面積調整プレート４１’にて気体導入口５ｆに蓋をして粒子測定を行う。

この場合、気体導入口５ｆから新たに埃が流入することはなく、かつファン４は駆動しているので、センサ１の内部の埃はセンサ１の外に排出される。したがって、無埃時状態でのセンサ出力を得ることができるので、その値をベース出力に変更することにより、その後、正確な粒子測定をすることが可能となる。

尚、厳密には、気体導入口５ｆが塞がれると、ファン４は空転し、センサ１の内部の埃がセンサ１の外には排出はされない。ただし、現実には、気体導入口５ｆを塞いでも完全密閉にはならず、微小な隙間から吸気されるため、内部の埃はセンサ１の外に排出される。この結果、微小隙間から粒子が新たに入ってくるので、完全にセンサ１の内部は無埃にはならないが、多塵環境にてベース出力測定するよりは良好である。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、流路断面積調整手段は気体導入口５ｆに設けた導入口面積調整プレート４１からなっていた。しかし、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂでは、図５〜図７の（ａ）（ｂ）に示すように、流路断面積調整手段は、流体駆動部としてのファン４の直前に配置されて、ファン４の吸気面積を調整する絞り４２からなっている点が異なっている。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂの構成について、図５〜図７の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図５は、本実施の形態における粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂの構成を示す断面図である。図６は、上記粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂの構成の一部を破断して示す分解斜視図である。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂでは、図５及び図６に示すように、流路断面積調整手段は、流体駆動部としてのファン４の直前に配置されて、ファン４の吸気面積を調整する絞り４２からなっている。すなわち、絞り４２は、本実施の形態では、ファン４の直前である排出路としての主流排出路５ｄ及び支流排出路５ｅとファン４との間に設けられている。そして、この絞り４２によって、気体流路５の終点であるファン４の吸気面積を調整するようになっている。

この結果、気体流路５の気流抵抗を増大させて、分岐部Ａ直前での流速を低下させることができる。これにより、同一の気体流路５において、気流速度つまりファン４の能力のみを単純に低下させたとみなすことができる。

すなわち、気体流路５の途中で不適切に断面積を変化させた場合、その部分で粒子の反射や乱流等の悪影響が発生し易いので、気体流路５の断面積の調整は精度が要求される。しかし、本実施の形態のように、気体流路５の終点であるファン４の吸気面積を調整する場合は、このような問題は発生し難い。

ここで、絞り４２の構成について、図７の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図７の（ａ）は粒子分離装置２０Ｂに備えられた絞り４２を示すものであって、開状態の絞り４２の構成を示す斜視図である。図７の（ｂ）は粒子分離装置２０Ｂに備えられた、閉状態の絞り４２の構成を示す斜視図である。

本実施の形態の絞り４２は、図７の（ａ）（ｂ）に示すように、いわゆるカメラ等の光学機器において、光の量を調整するために、光を遮り、一部だけを通す板状のもの、又はそこにあけた孔と同じ構造のものからなっている。

したがって、絞り４２は、孔の大きさを微調整できるようにするために複数の板４２ａを重ね合わせたものからなっており、孔は円形又は多角形にてなっている。本実施の形態の絞り４２では、図７の（ａ）に示す孔の大きさを大きくした開状態と、図７の（ｂ）に示す孔の大きさを小さくした閉状態とがあり、複数の板４２ａを調節することにより、孔の大きさを自在に制御できるようになっている。尚、本実施の形態では、閉状態においては、孔を完全に閉じた状態とすることができるようになっている。ただし、必ずしもこれに限らず、閉状態においても、孔が少し開いた状態となっていてもよい。

このように、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂでは、流路断面積調整手段は、気体流路５と流体駆動部としてのファン４との間であるファン４の直前に配置されて、ファン４の吸気面積を調整する絞り４２からなっている。

この結果、気体流路５の気流抵抗を増大させて、分岐部Ａ直前での流速を低下させることができる。したがって、流路断面積調整手段が絞り４２からなるという簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置２０Ｂを提供することができる。

また、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｂは、流路断面積調整手段としての絞り４２は、気体流路５内において気流の一部を遮蔽する遮蔽部材からなっている。そして、絞り４２は、流路方向に対して垂直方向に動作して気体流路５内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路５の断面積を調整する。したがって、流路断面積調整手段を簡単な構成にて作製することが可能である。

尚、本実施の形態では、流路断面積調整手段としての絞り４２は、ファン４の直前として、気体流路５とファン４との間に設けられている。しかし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、絞り４２は、例えば、気体流路５の終端部に設けることも可能である。これによっても、ファン４の直前の吸気面積を調整するという効果を奏するためである。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の粒子分離装置２０Ａを備えた粒子測定装置１０Ａでは、流路断面積調整手段は気体導入口５ｆに設けた導入口面積調整プレート４１からなっていた。また、前記実施の形態２の粒子分離装置２０Ｂを備えた粒子測定装置１０Ｂでは、流路断面積調整手段はファン４の直前に配置されて、ファン４の吸気面積を調整する絞り４２からなっていた。

しかし、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｃを備えた粒子測定装置１０Ｃでは、図８に示すように、流路断面積調整手段は、導入流路５ａの気体導入口５ｆから分岐部Ａの間に配置されて、該導入流路５ａの断面積を調整する導入流路面積調整プレート４３からなっている点が異なっている。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｃを備えた粒子測定装置１０Ｃの構成について、図８に基づいて説明する。図８は、本実施の形態における粒子分離装置２０Ｃを備えた粒子測定装置１０Ｃの構成を示す断面図である。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｃを備えた粒子測定装置１０Ｃでは、図８に示すように、流路断面積調整手段は、導入流路５ａの気体導入口５ｆから分岐部Ａの間に配置されて、該導入流路５ａの断面積を調整する導入流路面積調整プレート４３からなっている。

すなわち、本実施の形態の流路断面積調整手段は、気体流路５の始点又は終点以外の部分において、断面積を調整する導入流路面積調整プレート４３からなっている。この導入流路面積調整プレート４３は、導入流路５ａの気体導入口５ｆから分岐部Ａの間に配置されて、該導入流路５ａの断面積を調整するものとなっている。

ここで、分岐部Ａの直前の気流速度を制御するためには、分岐部Ａの直前の導入流路５ａの断面積が最も影響する。このため、この部分の断面積を調整することによって、分離する粒子のサイズを調整する。この調整は、実施の形態１又は実施の形態２にて説明した気体流路５の始点又は終点にて断面積を調整する場合に比べると、調整に精度が要求される。しかし、分岐部Ａの直前の気流速度に大きく影響を与える導入流路５ａの部分の断面積を調整するので、調整の範囲を広くとることができる。

上記平板からなる導入流路面積調整プレート４３は、図８に示すように、気体流路５内において気流の一部を遮蔽する別部材の遮蔽部材からなっている。そして、この導入流路面積調整プレート４３には、中央に開口部４３ａが穿設されている。このため、流路方向に対して垂直方向に設置されて気体流路５内の遮蔽面積を変化させることによって、気体流路５の断面積を調整可能となっている。

上記導入流路面積調整プレート４３を設置するには、吸気部２が断面錐状になっているので、所定サイズの平板からなる導入流路面積調整プレート４３を水平にして気体導入口５ｆから挿入するだけでよい。これにより、導入流路面積調整プレート４３が導入流路５ａの内部壁に引っ掛かるので、導入流路面積調整プレート４３を導入流路５ａの中間位置に容易に固定することが可能である。

このように、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｃを備えた粒子測定装置１０Ｃでは、流路断面積調整手段は、導入流路５ａの気体導入口５ｆから分岐部Ａの間に配置されて、該導入流路５ａの断面積を調整する導入流路面積調整プレート４３からなっている。

ここで、分岐部Ａの直前での気流速度と気体流路５の断面積の関係を、気体流路５全体でみると、分岐部Ａの直前の部分だけは断面積が小さいほど分岐部Ａの直前での気流速度が大きくなる。

この結果、本実施の形態では、導入流路面積調整プレート４３にて、分岐部Ａの直前での気流速度を大きくすることにより、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置２０Ｂを提供することができるものとなっている。

また、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｃでは、流路断面積調整手段としての導入流路面積調整プレート４３が、気体流路５内において気流の一部を遮蔽する平板の遮蔽部材からなっている。したがって、流路断面積調整手段を簡単な構成にて作製することが可能である。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図９及び図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１〜実施の形態３にて説明した粒子分離装置２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃでは、流路断面積調整手段としての導入口面積調整プレート４１、絞り４２及び導入流路面積調整プレート４３はそれぞれ遮蔽部材からなっていた。しかし、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｄでは、流路断面積調整手段は、気体流路５を構成する壁部の一部の位置を、流路方向に対して垂直方向に変化させることよって、該気体流路５の断面積を調整するようになっている点が異なっている。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄの構成について、図９の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図９の（ａ）は本実施の形態における粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄの構成を示す斜視図である。図９の（ｂ）は上記粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄの構成を示す側面図である。図９の（ｃ）は上記粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄの構成を示す断面図である。

本実施の形態の粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄでは、図９の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、流路断面積調整手段は、気体流路５を構成する壁部の一部の位置を、流路方向に対して垂直方向に変化させることよって、該気体流路５の断面積を調整する。

具体的には、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｄでは、気体流路５を構成する吸気部２及び分粒部３の外壁を別部材にて構成し、気体流路５の断面幅の異なるものに取り替え可能な流路断面積調整手段としての交換壁４４を備えている。この交換壁４４は、気体流路５の一部を構成する断面コの字状の交換壁４４を粒子測定装置１０Ｄの本体に取り付けるものとなっている。これによって、結果的に、交換壁４４が気体流路に対して垂直に平行移動するものとなっており、気体流路５の幅自体つまり気体流路５の断面積を変化させるものとなっている。

この交換壁４４は、本実施の形態では、複数種類用意されている。その結果、各種の幅の交換壁４４に取り替えることによって、気体流路５の気流抵抗を増大又は減少させて、分岐部Ａ直前での流速を低下又は増加させることができる。したがって、流路断面積調整手段が交換壁４４からなるという簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置２０Ｄを提供することができるものとなっている。

ここで、上記の説明では、気体流路５の全体の断面積を増減させるために、流路断面積調整手段を交換壁４４にて形成することにより、気体流路５の断面積を変化させるものとなっていた。

しかしながら、気体流路５の全体の断面積を増減させるための流路断面積調整手段の具体的構成として、他の構成とすることも可能である。

例えば、図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、気体流路５の全体の断面積を増減させるために、気体流路５を構成する吸気部２及び分粒部３の外壁を水平方向にスライド自在の流路断面積調整手段としてのスライド壁４５を有する粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄとすることも可能である。

この流路断面積調整手段としてのスライド壁４５は、例えば、気体流路に対して垂直な方向の側面壁が伸縮自在のジャバラにてなっている。この結果、スライド壁４５を気体流路に対して垂直な方向に例えば手によって伸縮させることにより、気体流路の断面積を変化させることが可能となる。そして、このスライド壁４５では、気体流路の断面積を自在に変化させることができるので、交換壁４４に比べて利便性が高い。

このように、本実施の形態の粒子分離装置２０Ｄを備えた粒子測定装置１０Ｄでは、気体流路５を構成する壁部の一部の位置を、流路方向に対して垂直方向に変化させることよって、該気体流路５の断面積を調整する流路断面積調整手段としての交換壁４４又はスライド壁４５を有している。

この結果、流路断面積調整手段としての交換壁４４又はスライド壁４５は、気体流路５の一部を構成する壁部自体が気体流路５に対して垂直に動作することによって気体流路５の幅自体を変化させる。したがって、気体流路５全体の断面積が増減することによって風速つまり粒子速度も増減するので、分岐部Ａの風速も変化し、分粒径を変更することが可能となる。

ここで、気体流路５の壁部自体を動作させて該気体流路５の断面積を変化させることは、特許文献１に近い概念といえる。しかし、特許文献１では、微粒子採取用直管１２０の外壁部分がノズル部１１３の内壁の一部をなすような特殊な形態であり、該微粒子採取用直管１２０を気流方向に平行方向に移動させるものである。これに対して、本実施の形態では、気体流路５を構成する壁の一部を単独で気体流路５に対して垂直な方向に動作させるものであり、基本的にはどのような形態の粒子分離装置であっても採用可能であり、構造自体も単純化できる。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、流路断面積調整手段としての交換壁４４又はスライド壁４５のみについて説明したが、特にこれに限定するものではない。

例えば、本実施の形態の流路断面積調整手段としての交換壁４４又はスライド壁４５の構成に加えて、前記実施の形態１〜３にて説明した遮蔽部材からなる流路断面積調整手段を付加することも可能である。

これにより、流路断面積調整手段の機能が拡張されることになる。

〔まとめ〕
本発明の態様１における粒子分離装置２０Ａは、外部に面する気体導入口５ｆから粒子を含む気体を導入する導入流路５ａ、該導入流路５ａにおける外部とは反対側の末端にある分岐部Ａにて分岐された主流路５ｂ及び支流路５ｃを有する気体流路５と、上記気体流路５の下流側に設けられて上記導入流路５ａから主流路５ｂ及び支流路５ｃへ向かう気流を発生させる流体駆動部（ファン４）とを備え、上記導入流路５ａを流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、該粒子を上記主流路５ｂと支流路５ｃとへ分離する粒子分離装置２０Ａであって、上記気体導入口５ｆを含む気体流路５、又は気体流路５と流体駆動部（ファン４）との間のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、粒子分離装置は、気体流路と、該気体流路の下流側に設けられて上記導入流路から主流路及び支流路へ向かう気流を発生させる流体駆動部とを備えている。そして、導入流路を流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、該粒子を主流路と支流路とへ分離する。

ところで、この種の慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する粒子分離装置を用いた粒子測定装置において、従来、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置は無かった。

そこで、本発明では、気体導入口を含む気体流路、又は気体流路と流体駆動部との間のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えている。これにより、流路断面積調整手段によって、主流路と支流路とに分離させる分岐部の直前の気流速度を調整し、分離する粒子径のサイズを変更することができる。

また、流路断面積調整手段の構造自体が単純化されており、基本的にはどのような形態の慣性力を利用して大気中の浮遊粒子を粒子径サイズに応じて分離する一般的な粒子分離装置であっても適用可能である。

したがって、簡単な構造にて、分離する粒子径のサイズを変更し得る粒子分離装置を提供することができる。

本発明の態様２における粒子分離装置２０Ａは、態様１における粒子分離装置において、前記流路断面積調整手段は、前記気体導入口５ｆに配置されて、該気体導入口５ｆの開口面積を調整するとすることができる。

前述したように、流路断面積調整手段は、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整するものである。ここで、分岐部直前での気流速度と気体流路の断面積の関係を、気体流路全体でみると、分岐部直前の部分だけは断面積が小さいほど分岐部直前での気流速度が大きくなる。また、それ以外の部分では、気体流路の断面積が小さくなると流路抵抗が増大することになるので、分岐部直前での気流速度が低下する。

そこで、本発明では、気体流路の始点である気体導入口の開口面積を調整する。この結果、例えば、気流抵抗を増大させて、分岐部直前での流速を低下させることができる。これにより、同一の気体流路において、気流速度つまり流体駆動部の能力のみを単純に低下させたとみなすことができる。気体流路の途中で不適切に断面積を変化させた場合、その部分で粒子の反射や乱流等の悪影響が発生し易いので、気体流路の断面積の調整は精度が要求される。しかし、本発明のように、気体流路の始点である気体導入口の開口面積を調整する場合は、このような問題は発生し難い。

本発明の態様３における粒子分離装置２０Ｂは、態様１における粒子分離装置において、前記流路断面積調整手段は、前記流体駆動部（ファン４）の直前に配置されて、該流体駆動部（ファン４）の吸気面積を調整するとすることができる。

本発明では、気体流路の終点である流体駆動部の直前の吸気面積を調整する。この結果、例えば、気流抵抗を増大させて、分岐部直前での流速を低下させることができる。これにより、同一の気体流路において、気流速度つまり流体駆動部の能力のみを単純に低下させたとみなすことができる。気体流路の途中で不適切に断面積を変化させた場合、その部分で粒子の反射や乱流等の悪影響が発生し易いので、気体流路の断面積の調整は精度が要求される。しかし、本発明のように、気体流路の終点である流体駆動部の吸気面積を調整する場合は、このような問題は発生し難い。

本発明の態様４における粒子分離装置２０Ｃは、態様１における粒子分離装置において、前記流路断面積調整手段は、前記導入流路５ａの気体導入口５ｆから分岐部Ａの間に配置されて、該導入流路５ａの断面積を調整するとすることができる。

本発明では、気体流路の始点又は終点以外の部分において、断面積を調整するものであり、具体的には、導入流路の気体導入口から分岐部の間に配置されて、該導入流路の断面積を調整する。

すなわち、分岐部の直前の気流速度を制御するためには、分岐部の直前の導入流路の断面積が最も影響する。このため、この部分の断面積を調整することによって、分離する粒子のサイズを調整する。この調整は、気体流路の始点又は終点にて断面積を調整する場合に比べると、調整に精度が要求される。しかし、分岐部の直前の気流速度に大きく影響を与える導入流路の部分の断面積を調整するので、調整の範囲を広くとることができる。

本発明の態様５における粒子分離装置２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃは、態様１〜４のいずれか１の粒子分離装置において、前記流路断面積調整手段は、前記気体流路５内において気流の一部を遮蔽する遮蔽部材（導入口面積調整プレート４１、絞り４２、導入流路面積調整プレート４３）からなっており、上記遮蔽部材（導入口面積調整プレート４１、絞り４２、導入流路面積調整プレート４３）は、流路方向に対して垂直方向に動作して該気体流路５内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路５の断面積を調整するとすることができる。

これにより、流路断面積調整手段は、気体流路とは別部材である例えば導入口面積調整プレート又は絞り等の遮蔽部材からなっている。そして、遮蔽部材は、流路方向に対して垂直方向に動作して該気体流路内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路の断面積を調整する。

したがって、流路断面積調整手段を簡単な構成にて作製することが可能である。

本発明の態様６における粒子分離装置２０Ｄは、態様１〜５のいずれか１の粒子分離装置において、前記流路断面積調整手段（交換壁４４、スライド壁４５）は、前記気体流路５を構成する壁部の一部の位置を、流路方向に対して垂直方向に変化させることよって、該気体流路５の断面積を調整するとすることができる。

これにより、流路断面積調整手段は、気体流路の一部を構成する壁部自体が気体流路に対して垂直に動作することによって気体流路の幅自体を変化させる。この結果、気体流路全体の断面積が増減することによって風速つまり粒子速度も増減するので、分岐部の風速も変化し、分粒径を変更することが可能となる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の粒子分離装置は、大気中に浮遊する微粒子を分離し分離した微粒子の量を測定する、微粒子測定装置や微粒子センサに利用することができる。したがって、例えば、ＰＭ２．５（Particulate Matter：微小粒子状物質）等の微小粒子やほこり等の粗大粒子の測定に適用することができる。

１ センサ
２ 吸気部
３ 分粒部
４ ファン（流体駆動部）
５ 気体流路
５ａ 導入流路
５ｂ 主流路
５ｃ 支流路
５ｄ 主流排出路
５ｅ 支流排出路
５ｆ 気体導入口
６ 仕切板
７ａ 気流
７ｂ 主流
７ｃ 支流
８ａ 粗大粒子
８ｂ 微小粒子
１０Ａ〜１０Ｄ 粒子測定装置
１０Ａ’ 粒子測定装置
２０Ａ〜２０Ｄ 粒子分離装置
２０Ａ’ 粒子分離装置
４１ 導入口面積調整プレート（流路断面積調整手段、遮蔽部材）
４１’ 導入口面積調整プレート（流路断面積調整手段、遮蔽部材）
４１ａ 開口窓
４２ 絞り（流路断面積調整手段、遮蔽部材）
４３ 導入流路面積調整プレート（流路断面積調整手段、遮蔽部材）
４３ａ 開口部
４４ 交換壁（流路断面積調整手段）
４５ スライド壁（流路断面積調整手段）
Ａ 分岐部

Claims (6)

1. 外部に面する気体導入口から粒子を含む気体を導入する導入流路、該導入流路における外部とは反対側の末端にある分岐部にて分岐された主流路及び支流路を有する気体流路と、
   上記気体流路の下流側に設けられて上記導入流路から主流路及び支流路へ向かう気流を発生させる流体駆動部とを備え、
   上記導入流路を流れる気流によって加速される粒子の慣性力により、該粒子を上記主流路と支流路とへ分離する粒子分離装置であって、
   上記気体導入口を含む気体流路、又は気体流路と流体駆動部との間のいずれかの位置に配置されて、流路方向に対して垂直方向に動作して該流路の断面積を調整可能な流路断面積調整手段を備えていることを特徴とする粒子分離装置。
2. 前記流路断面積調整手段は、前記気体導入口に配置されて、該気体導入口の開口面積を調整することを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
3. 前記流路断面積調整手段は、前記流体駆動部の直前に配置されて、該流体駆動部の吸気面積を調整することを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
4. 前記流路断面積調整手段は、前記導入流路の気体導入口から分岐部の間に配置されて、該導入流路の断面積を調整することを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
5. 前記流路断面積調整手段は、前記気体流路内において気流の一部を遮蔽する遮蔽部材からなっており、上記遮蔽部材は、流路方向に対して垂直方向に動作して該気体流路内の遮蔽面積を変化させることによって、該気体流路の断面積を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子分離装置。
6. 前記流路断面積調整手段は、前記気体流路を構成する壁部の一部の位置を、流路方向に対して垂直方向に変化させることよって、該気体流路の断面積を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子分離装置。