JP2018155671A

JP2018155671A - 粒子測定装置および空気清浄機

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Publication number: JP2018155671A
Application number: JP2017053886A
Authority: JP
Inventors: 洋一塩家; Yoichi Shioya; 晋坂野; Susumu Sakano; 阿部　利浩; Toshihiro Abe; 利浩阿部
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-10-04

Abstract

【課題】空気清浄機に具備された粒子測定センサで、粗大粒子が検知されなくなったとしても、粗大粒子は一部が床に落下して検知されなくなっただけである場合がある。このとき、粗大粒子が回収されていない状況が放置されてしまう。【解決手段】センサ信号の波形に基づいた粒径、又は粒度分布の時刻ごとに得られる結果を比較する機能を具備することにより、一部の粒子が床に落下したことを判断できるようになる。【選択図】図１５Ｂ

Description

本発明は、気体又は液体である流体中に含まれる粒子を測定する粒子測定装置、当該粒子測定装置を備える空気清浄機、及び、粒子測定方法に関する。

光散乱式粒子検出センサは、投光素子と受光素子とを備える光電式センサであり、測定対象の気体を取り込んで、投光素子の光を当該気体に照射し、その散乱光によって気体に含まれる粒子の有無を検出するものである。例えば、大気中に浮遊するホコリ・花粉・煙等の粒子を検出することができる。

この種の光散乱式粒子検出センサを含む粒子測定装置として、当該光散乱式粒子検出センサからの検知信号を用いて、大気中に含まれる粒子について、粒径の小さな粒子（微小粒子）から大きな粒子（粗大粒子）までを測定する方法で、かつ、粒子測定装置の長期信頼性を確保する手法が説明されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１２８７９５号公報

特許文献１は、装置を微小粒子の粒径に合わせて調整した場合、粗大粒子が測定できないことがある課題を解決するもので、（ｉ）受光素子からの出力を示すセンサ信号に含まれる前記粒子に対応したパルス波形のピーク値ＶＰが所定の閾値未満の場合、当該ピーク値ＶＰを用いて前記粒子の粒径を演算し、（ｉｉ）前記ピーク値ＶＰが前記閾値以上の場合、前記閾値未満の所定の値における前記パルス波形の時間幅を用いて前記粒子の粒径を演算する演算部とを備える特徴をもつ。

しかしながら、この技術では、粒子が高濃度である場合に、測定に課題がある。また、粗大粒子については、空気清浄機に具備されたセンサで検知されなくなったとしても、すぐに床に落下してしまう傾向が高いにも係らず、当該空気清浄機が除塵したかのような印象を与えるおそれが生じる。というのも、空気清浄機はこれらの粒子を回収することが期待されているにも係らず、一部の粒子を回収していないことを、情報として与えないことになるからである。

上記目的を達成するため、本発明は、気体に含まれる粒子の粒径を測定する粒子測定装置であって、検知領域に光を投光する投光素子と、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子とを有する粒子検知センサと、前記受光素子からの出力を示すセンサ信号に含まれる前記粒子に対応した波形に基づき粒径、又は、粒径分布を演算する演算部を備え、前記演算した粒径、又は、粒度分布について、時刻ごとに得られた結果を比較する機能を具備することを特徴とする。

本発明によれば、粗大粒子が、空気清浄機に具備されたセンサで検知されなくなったとしても、一部が床に落下してしまったことを判断することができる。

実施の形態に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態に係る粒子測定装置の粒子検知センサの構成の一例を示す図である。実施の形態に係る検知領域で、粒子が検知されるイメージを示す図である。実施の形態に係る受光素子から出力される電流信号を電圧信号に変換した一例を示す波形図である。実施の形態に係る図４の波形図を説明するための図である。実施の形態に係る図４及び図５の波形図と検知される粒子の関連を説明するためのイメージ図である。実施の形態に係る信号処理部の動作を示すフローチャートである。実施の形態に係る粒径演算処理を示すフローチャートである。実施の形態に係る空気中のフライアッシュで検知・演算された結果の一例を示す図である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュで、所定の時刻ごとに検知・演算された結果の一例を示す図である。実施の形態に係るフライアッシュの粒度分布の一例である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、粒径と高さ１ｍからの落下時間の関係を示す図である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、高さ１ｍから落下することを考慮して算術処理した粒度分布を示す図である。実施の形態に係るセンサ信号の粒径への換算事例である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、センサの検知結果と沈降速度式を考慮した計算結果とを比較するフローチャートの一例である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、センサの検知結果と沈降速度式を考慮した計算結果とを比較する図である。実施の形態に係る空気中の石松子で、所定の時刻ごとに検知・演算された結果の一例を示す図である。は、実施の形態に係る石松子の粒度分布の一例である。は、実施の形態に係る空気中の石松子において、粒径と高さ１ｍからの落下時間の関係を示す図である。実施の形態に係る空気中の石松子において、高さ１ｍから落下することを考慮して算術処理した粒度分布を示す図である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュ及び石松子において、所定の時刻ごとに検知・演算された結果の一例を示す図である。実施の形態に係る空気中のフライアッシュの例（図１０）及び石松子の例（図１６）を合成した図である。実施の形態に係る空気清浄機の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置などについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

まず、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置の全体構成について説明する。図１は、実施の形態に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。

同図に示すように、粒子測定装置１は、粒子検知センサ２、アナログ信号処理部、及び、電源部を含むセンサモジュールと、汎用ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）とを備え、大気（気体）のうち、本実施の形態に係る粒子測定装置１の近傍に漂う空気（以下、周辺空気と称する）に含まれる粒子の粒径を測定する。

この変形例として、信号処理部のすべて、又は一部を、別の機器が役割を担う形態であっても良い。
つまり、本発明の粒径、又は粒度分布を演算する演算部や、結果を比較する比較部は、構造物としての粒子測定装置、又は空気清浄機と一体となっている形態でも良いし、一部の機能を別の機器が役割を担う形態であっても良い。

図２は、実施の形態に係る粒子測定装置の粒子検知センサの構成の一例を示す図である。
以下、粒子測定装置１の各構成について、具体的に説明する。

粒子検知センサ２は、投光素子３と受光素子４とを備える光電式センサであり、検知領域９における粒子Ｐによる投光素子３からの光の散乱光を受光素子４で受光することにより周辺空気中に含まれる粒子Ｐを検出するものである。これらの投光素子３、受光素子４及び検知領域９は、外光が照射されないように、筐体１０の内部に配置され、投光素子３及び受光素子４は当該筐体１０によって保持されている。また、本実施の形態における粒子検知センサ２は、さらに、周辺空気を加熱して粒子測定装置１の内部空間へ引き込む流動を引き起こす加熱部１１を有する。流体を流すファンなどの手段を備えている場合、加熱部１１は、あってもなくても良い。

投光素子３は、所定の波長の光を発する光源（発光部）であり、例えば、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）や半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子３としては、赤外光、青色光、緑色光、赤色光又は紫外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子３は、２波長以上の混合波を発するように構成されてもよい。本実施の形態では、粒子Ｐによる光の散乱強度に鑑みて、投光素子３として、例えば、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光を出力する砲弾型のＬＥＤを用いる。

なお、投光素子３の発光波長が短いほど、粒径の小さな粒子Ｐを検出しやすくなる。また、投光素子３の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子３から出射する光は、ＤＣ駆動による連続光又はパルス光等とすることができる。また、投光素子３の出力の大きさは、時間的に変化していてもよい。

投光素子３から出射された光は、例えば、投光素子３の前方に配置された投光レンズを介して検知領域９を通過する。この際、検知領域９を粒子Ｐが通過していると、当該粒子Ｐによって投光素子３からの光が散乱される。

受光素子４は、検知領域９における粒子Ｐによる投光素子３からの光の散乱光を受光する受光部であり、例えば、フォトダイオード、フォトＩＣダイオード、フォトトランジスタ、又は、光電子倍増管等、光を受けて電気信号に変換する素子（光検出器）である。具体的には、受光素子４は、電気信号として電流信号を生成する。つまり、受光素子４は、受光した光強度に応じた電流信号を出力する。

粒子Ｐによる散乱光は、例えば、検知領域９と当該受光素子４との間に配置された受光レンズによって、受光素子４に集光される。

筐体１１は、遮光性を融資、粒子Ｐを含む周辺空気（気体）が流れる筒状の空間領域である粒子流路が設けられた部材である。例えば、筐体１０は、迷光を減衰させやすいように、少なくとも内面が黒色である。具体的には、筐体１０の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。

ここで、迷光は、粒子Ｐによる散乱光以外の光であり、具体的には、投光素子３が出射した光のうち検知領域９において粒子Ｐに散乱されることなく、筐体１０内を進行する光等である。また、迷光には、粒子流路によって筐体１０の内部に侵入した外光も含まれる。

筐体１０は、例えば、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。このとき、例えば、黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体１０の内面を黒色面にすることができる。あるいは、射出成形後に内面に黒色塗料を塗布することで、筐体１０の内面を黒色面にすることができる。また、筐体１０の内面にシボ加工などの表面処理を行うことによって、迷光を減衰させてもよい。

検知領域９は、測定対象の気体に含まれる粒子Ｐであり、投光素子３の光が投光される空間領域と投光素子３の光が粒子Ｐに当たって発生した散乱光を受光素子４に導くための空間領域とが重なる空間領域である。また、検知領域９は、粒子流路内に存在するように設定されており、測定対象の気体は、粒子流路の入口１２から筐体１０の内部に侵入し、粒子流路を通って検知領域９に導かれ、粒子流路の出口１３から筐体１０の外部に流出される。

なお、本実施の形態において、粒子流路の流路方向（測定対象の気体が流れる方向）は、図２の紙面上上下方向としているが、図２の紙面垂直方向としてもよい。つまり、本実施の形態では、粒子流路の流路軸は、投光素子３及び受光素子４の各光軸が通る平面上に存在するように設定しているが、当該平面と直交するように設定されていてもよい。

加熱部１１は、粒子Ｐを含む周辺空気を検知領域９に導入するために気体を加熱するものであり、粒子流路内に流れる気体の流れを促進させるための気流を発生させる気流発生装置として機能する。具体的には、加熱部１１は、ヒータ抵抗等であり、本実施の形態では、粒子流路内に配置されている。つまり、加熱部１１は、粒子流路内の気体を加熱して、上昇気流を発生させるので、図２に示すように、粒子流路の下方部分に設置するとよい。なお、加熱部１１が動作していない状態でも、気体は、粒子流路内を通過することができる。

また、粒子流路内を通過する気体の流れを促進するために、送風ファンを使用してもよい。送風ファンを使用しない場合、粒子Ｐは、検知領域９を漂うだけで、同じ粒子を複数回検知する可能性もある。一方、送風ファンを使用した場合、粒子Ｐは、流体又は気体の乱流に従って検知領域９を通過する確率が高くなるため、同じ粒子Ｐが漂うことを検出される可能性は小さくできる。このため、送風ファンを使用する場合、加熱部１１はあっても無くてもよい。

粒子流路内に流れる気体の流れを促進するため、送風ファンを使用することが好的である。ただし、粒子を粒子流路の入口１２に導くための風量を変化させるときは、粒径の演算設定を変更する必要がある。

図３は、実施の形態に係る検知領域で、粒子が検知されるイメージを示す図である。
検知領域９は、投光素子３と受光素子４との光軸が交わる領域であり、この検知領域９にて投光素子３からの光が、粒子表面で散乱され、受光素子４で受光される。ここでは、略球形の粒子Ｐで説明するが、粒子Ｐの曲率に従い、散乱の強い部分１４と弱い部分１５が存在する。（Ａ）で示すような小さい粒子は曲率が小さいため、散乱の強い部分１４が小さく、（Ｃ）で示すような大きい粒子は曲率が大きいため、散乱の強い部分１４が大きい。このような散乱の強弱に従い、受光素子４からの信号が変化することで、粒径の大小に対応させられる。

図４は、実施の形態に係る受光素子から出力される電流信号を電圧信号に変換した一例を示す波形図である。

実施条件としては、１立方メートルのアクリル樹脂製容器内で、ＪＩＳＺ８９０１に規定された試験用粉体１の５種（フライアッシュ）０．０５ｇを散布させ、４５秒後から粒子検知装置を作動させ、１ミリ秒ごとに取得したＩＶ変換後の電圧信号である。粒子を散布させた直後であるため、信号が重なって観測されている。この信号が重なった部分について、簡易的に信号を分けて示したのが図５である。

つまり、図４で重なって観測された信号は、図５中、（ア）（イ）（ウ）（エ）で示す、４つの粒子に対応する信号と解釈できる。

図５で、例えば、（エ）では、本来のピーク値は見なしピーク値ＶＰＣとなるべきであるが、ピークの下がり始め値Ｖ２に相当するピーク値ＶＰを読んだのでは、適切なデータ取得ができなくなる。

また、図５中の（ア）（イ）の信号と、これらの信号に対する粒子の検知領域の通過のイメージを、図６に示す。

矢印１６は、粒子群の通過方向を示す矢印であり、時間の経過に伴い、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）と、粒子Ｐが検知領域９を通過するところを図示した。
（ａ）で（ア）の粒子の通過が始まり、（ｃ）で（ア）の粒子による散乱光が最大となり、その後（ｄ）に掛けて信号は下がっていき、（イ）の粒子の通過が始まる（ｅ）で、再び信号は上がり始める。このように信号が重なった場合、ピーク値ＶＰの絶対値で読み取ったのでは、信号が適切に読めなくなるおそれがある。

本発明は、このように信号が適切に読めなくなるおそれを低減する手段を提供する。

次に、信号処理部（アナログ信号処理部及び汎用ＭＰＵ）の動作について、説明する。

図７は、実施の形態に係る信号処理部の動作を示すフローチャートである。

同図に示すように、まず、ＩＶ変換部５は、受光素子４から出力された電流を電圧に変換することにより、電圧信号を生成する。つまり、受光素子４から出力された電流信号は電圧信号へと変換される。

次に、増幅部６は、当該電圧信号を所定の帯域で増幅する。

その後、ＡＤ変換部７は、増幅部６で増幅されたアナログ信号である電圧信号をデジタル変換（ＡＤ変換）することにより、デジタルデータを生成する。つまり、ＡＤ変換部７は、サンプリング及び量子化することにより、受光素子４からの出力を示すセンサ信号がデジタル化された時系列のデジタルデータを生成して、演算部８に出力する。

次に、粒径演算処理の手順について、説明する。

図８は、実施の形態に係る粒径演算処理を示すフローチャートである。

このフローチャートについて、より具体的に手順を説明する。

（手順１）前後の差の演算１７として、所定の時刻の信号（電圧値）に対し、直後と直前の時刻の信号（電圧値）の差を求める。例えば、時刻６．３００秒時点の信号に対しては、６．３０１秒時点の電圧値と６．２９９秒時点の電圧値の差を求める。このようにして、各時刻に対し、信号（電圧値）の差を求める。この前後の差の値１８の符号が、マイナスからプラスに変わった時点の信号（電圧値）を『ピークの上がり始め値Ｖ１』と決め、プラスからマイナスに変わった時点の信号（電圧値）を『ピークの下がり始め値Ｖ２』と決める。

（手順２）前記の『ピークの上がり始め値Ｖ１』と『ピークの下がり始め値Ｖ２』の差を求め、これを「ピーク差ＶＤ」と定める（「ピーク差ＶＤ」の演算１９）。

（手順３）『ピークの上がり始め値Ｖ１』について、次の判定を行い、補正係数を決める（補正係数の演算２０）。
（ａ）『ピークの上がり始め値Ｖ１』≦０．５Ｖのとき、補正係数を１とする。
（ｂ）『ピークの上がり始め値Ｖ１』＞０．５Ｖのとき、補正係数を「『ピークの上がり始め値Ｖ１』×２＋０．５」とする。

この判定方法は一例であり、センサの種類、感度などによって変化させる必要がある。

（手順４）前記「ピーク差ＶＤ」に、補正係数を乗じて算出された値を「見なしピーク値ＶＰＣ」と定める（「見なしピーク値ＶＰＣ」の演算２１）。

（手順５）「見なしピーク値ＶＰＣ」を３乗した値を「見なし体積換算指数ＮＶ」と定める（「見なし体積換算指数ＮＶ」の演算２２）。この「見なし体積換算指数ＮＶ」を使って、ダストセンサなど他の測定機器の結果と関連付けするデータに変換することもできる。

（手順６）この結果をヒストグラムにするときには、粒径の演算２３を行い、粒径の階級値ごとに「見なし体積換算指数ＮＶ」を合計し、「体積換算頻度ＦＶ」として記録する（「体積換算頻度ＦＶ」の演算２４）。

この実施例に用いたセンサは、信号（電圧値）が粒径と線形関係にあるため、体積頻度を算出する際に、信号に基づく値（「見なしピーク値ＶＰＣ」）を３乗して換算した。なお、センサによっては、面積で捉えるタイプもあるが、その際は、信号に基づく値を１．５乗とすることで体積頻度に換算することが好的である。

つまり、「見なしピーク値ＶＰＣ」は、複数の粒子に基づく信号が重なった場合においても、信号が重なった粒子が一粒ごとに通過した場合に観測されるであろうピーク値ＶＰに相当する値である。

「見なし体積換算指数ＮＶ」は、体積頻度で表す粒度分布を作成する際の各粒子の体積と関連付けられるようにするための指数である。

「体積換算頻度ＦＶ」は、「見なし体積換算指数ＮＶ」を階級値ごとに積算した数であり、体積頻度で表す粒度分布と関連付けられるようにするための数である。

図４で示した結果、つまり、１立方メートルのアクリル樹脂製容器内で、ＪＩＳＺ８９０１に規定された試験用粉体１の５種（フライアッシュ）０．０５ｇを分散させ、４５秒後乃至５５秒後の間、粒子検知装置を作動させたとき得られた電圧信号について、以上の手順に従って求めた「見なしピーク値ＶＰＣ」及び「見なし体積換算指数ＮＶ」について、０．２Ｖ刻みで階級値ごとに集計して「体積換算頻度ＦＶ」を求め、ヒストグラムを作成すると、図９のような分布図が得られる。

以下は、この粒径演算処理の手法の適切性について説明する。

図９で行ったことと同様の手順を行い、フライアッシュ０．０５ｇについて、散布後から、４５秒後乃至５５秒後、４分後乃至４分１０秒後、８分後乃至８分１０秒後の検知結果をまとめると図１０のようになる。なお、粒子を粒子流路の入口１２に導くための風量は、０．０３ｍ^３／分とした。

いずれの結果も、４分後乃至４分１０秒後、８分後乃至８分１０秒後と、時間の経過を経るに従い、「見なしピーク値ＶＰＣ」の大きい方から、「体積換算頻度ＦＶ」が低下していく傾向が見られた。

この理由としては、大きい粒子から先に落下していくためであるが、これらの結果が適切であることを示すため、粒子の沈降速度式を用いて、以下説明する。

図１１は、実施の形態に係るフライアッシュの粒度分布の一例である。ここで用いたフライアッシュは、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置による測定結果に基づくと、中央粒径１０μｍで、１μｍから１３３μｍまでの広い粒径範囲をもつ。

一方、媒質中を落下する粒子について、Ｓｔｏｋｅｓ式と呼ばれる沈降速度式は、球形状粒子に対して、次の式１のように与えられることが知られている。

これは、媒質中を落下する粒子の沈降速度ｖから粒径を求める方法である沈降法に、利用されてきた式である。

なお、沈降速度（落下速度）の逆数から、粒子の落下時間が求められる。

ここで、実施例１における各変数は下記の通りである。
・フライアッシュの密度（ρ_ｐ）：２．０ｇ／ｃｍ^３
・空気の密度（ρ_０）：１．２０５×１０^−３ｇ／ｃｍ^３（１気圧、２０℃）
・空気の粘度（η）：１８．２×１０^−６Ｐａ・ｓ（１気圧、２０℃）
図１２は、実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、粒径と高さ１ｍからの落下時間の関係を示す図である。粒子の落下時間は、各粒径に対し、式１にて、フライアッシュの密度、空気の密度（１気圧、２０℃）、空気の粘度（１気圧、２０℃）を代入して計算した。

図１１に図１２の考慮をしたグラフを図１３に示す。

図１３は、実施の形態に係る空気中のフライアッシュにおいて、高さ１ｍから落下することを考慮して算術処理した粒度分布を示す図である。

図１２の考慮について、具体的には、各時刻で、どれだけの粒子が落下しないで残存しているかの考慮をするため、式２で求めた。

式２は、粒度分布中の各粒径の粒子がＳｔｏｋｅｓの沈降速度式（式１）に従って落下するときの落下時間に対し、各時刻（各経過時間）を減じたときの比を求め、この比を体積頻度の粒度分布に乗じる式である（ただし、この比の符号がマイナスになるときは、０とおく）。この乗算は、粒子がＳｔｏｋｅｓの沈降速度式に従って落下したことを想定した粒度分布を得ることを目的とする。

１０μｍサイズのフライアッシュ、４５秒後であれば、次の式３のような計算式により、５．５（任意単位）となる。

図１０と図１３は、時間経過に伴い、「見なしピーク値ＶＰＣ」が大きい側で、分布強度が低下しており、図１０の結果が傾向を適切に表していることが確認できた。
フライアッシュの粒度分布は、１〜１３３μｍ（中央粒径１０μｍ）（レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置による測定値）であるが、大きい粒子から落下していることに相当している。

以上の実施例、及び、タバコの副流煙の結果に基づき、「見なしピーク値ＶＰＣ」と粒径の関係を表１にまとめる。

表１は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置による測定値に基づく粒径と「見なしピーク値ＶＰＣ」の関係である。

表１は、「見なしピーク値ＶＰＣ」の粒径への換算事例となるが、グラフに表すと図１４のようになる。近似直線のＲ^２は、０．９８であり、適切に相関が得られることを確認できた。

ここで、表１及び図１４に基づき、「見なしピーク値ＶＰＣ」から計算した粒径を「計算粒径」と称することとする。

さらに、フライアッシュ０．０５ｇ散布後、４分後の結果について、センサの検知結果（実測）と粒子の落下を考慮した計算値を比較することとする。

この処理及び比較の手順のフローチャートを図１５Ａに示す。

具体的には、次の３つの結果を比較する。
「４５秒後（実測）の粒度分布演算２５の結果」：４５秒後乃至５５秒後のセンサの検知結果。
「４分後（実測）の粒度分布演算２６の結果」：４分後乃至４分１０秒後のセンサの検知結果。
「４分後（計算）の粒度分布演算２７の結果」：４５秒後乃至５５秒後のセンサの検知結果に、Ｓｔｏｋｅｓ沈降速度式を掛け合わせて計算した４分後の結果。

結果の比較を図１５Ｂに示す。

「４５秒後（実測）」と「４分後（計算）」を比較すると、粒径が大きくなるに従いセンサで検知される程度が小さくなっていると推定されている。一方、「４分後（実測）」においては、１０μｍ以上の粒子でも、まだ存在することを示している。しかし、「４分後（計算）」と「４分後（実測）」は、体積換算頻度ＦＶが最大となる計算粒径が一致している（図で６．６μｍの粒径）。これらのセンサの検知結果と計算結果を比較することにより、全体として粒子は沈降速度式に従うように落下している傾向があるが、まだ空気中に漂っている粒子もある、ということを判断することができる。

なお、ここでは、体積換算頻度ＦＶが最大となる粒径を比較しているが、この比較方法は本発明の実施形態の一例である。

落下してしまった粒子を回収するために、空気清浄機の稼動によって、強い風量で巻き上げて、フィルターで捕らえようとする実例もあるが、従前の空気清浄機では、目的を果たすことは、一般的に困難である。落下した粒子は、掃除機など他の手段で回収することが有用である。そのため、図１５のような検知結果の比較に基づき、一部の粒子が落下していると判断できる場合は、この旨（一部の粒子が落下していること）が分かるような描画又は表示などをすることが有効である。描画又は表示により、使用者が、掃除機等の手段を使うことにより、落下した粒子を効率良く回収することができる。
また、一部の粒子が落下していることの記録等を、他の機器へ伝達することにより、使用者に知らせること、又は、自動で粒子を回収せしめることなどが可能となる。伝達する他の機器としては、インターネットやローカルエリアネットワークを介して家電品のコントロールができる制御機能（コントローラ、スマートフォンのアプリ等）や自走式掃除機や自走式雑巾掛け機などが挙げられる。

もうひとつの実施例として、石松子の実施例を述べる。

石松子０．０５ｇについて、散布後から、４５秒後乃至５５秒後、４分後乃至４分１０秒後、８分後乃至８分１０秒後の検知結果をまとめると図１６のようになる。なお、粒子を粒子流路の入口１２に導くための風量は、０．０３ｍ^３／分とした。

いずれの結果も、４分後乃至４分１０秒後、及び、８分後乃至８分１０秒後では、粒子はほとんど検知されていない。この理由としては、石松子の粒度分布が、１９〜５９μｍ（中央粒径３２μｍ）（レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置による測定値）と大きい粒子であり、落下しきってしまうためである。フライアッシュの場合と同様に、以下に説明する。

図１７は、実施の形態に係る石松子の粒度分布の一例である。ここで用いた石松子は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置による測定結果に基づくと、中央粒径３２μｍで、１９μｍから５９μｍまでの粒径範囲をもつ。

図１８は、実施の形態に係る空気中の石松子において、粒径と高さ１ｍからの落下時間の関係を示す図である（石松子の密度は、１．１ｇ／ｃｍ^３）。

図１７に図１８の考慮をしたグラフを図１９に示す。

ここでいう図１８の考慮は、図１２の考慮と同義である。

すなわち、図１９は、実施の形態に係る空気中の石松子において、高さ１ｍから落下することを考慮して算術処理した粒度分布を示す図である。

図１６にて、４分後乃至４分１０秒後、及び、８分後乃至８分１０秒後で、粒子がほとんど観測されない現象は図１９と同様であり、適切に説明できることが確認できた。

図２０は、実施の形態に係る空気中のフライアッシュ（０．０５ｇ）及び石松子（０．０５ｇ）において、１立方メートルのアクリル樹脂製容器内で検知・演算された見なしピーク値ＶＰＣの分布を示す図である。送風ファンの風量は、０．０３ｍ^３／分である。ここで、フライアッシュと石松子は、同時に散布した。

図２１は、実施の形態に係る１立方メートルのアクリル樹脂製容器内で検知・演算された見なしピーク値ＶＰＣの分布の結果について、フライアッシュ（０．０５ｇ）の結果（図１０）、及び、石松子（０．０５ｇ）の結果（図１６）を合成した図である（いずれも送風ファンの風量は０．０３ｍ^３／分）。

フライアッシュ及び石松子を同時に投じた例（図２０）は、それぞれの単独の結果を足したもの（図２１）と同様であり、本発明の効果を表すことができた。

以上、実施例１乃至３により、「ピークの上がり始め値Ｖ１」と「ピークの下がり始め値Ｖ２」の差を求めてから、粒径を演算する本発明の効果が説明できた。

このように、「見なしピーク値ＶＰＣ」に基づく分布が、時間経過でどのように変化することを見ることで、一部の粗大粒子は落下していることが判断できるので、それを記録し、且つ、表示させることが好的である。

また、空気清浄機ではこうした大きな粒子は吸いきれないこともあり、また、一度床に落下してしまうと、風を起こして粒子を再度舞い上げてから吸うとしても、床に落下した粒子は回収しきれないことが予想される。このような場合には、粗大粒子が床に落ちたことの記録に基づいて、他の機器やソフトウェアに伝達することが好的である。

他の機器の具体的な例としては、自走式掃除機や自走式雑巾がけ機などが挙げられる。空気清浄機が回収しきれない粒子群を、自走式掃除機が回収することで、部屋を清浄に保つことができる。

また、他の機器は、家電製品をネットワーク利用により制御・管理等を行う制御盤やスマートフォンなどの情報機器でも良く、また、他のソフトウェアとしては、パーソナルコンピュータ内、または、インターネット若しくはイントラネット若しくはオープンプラットフォーム上に存在するアプリでも良い。これらの他の機器やソフトウェアにより、空気清浄機が回収しきれない粒子群を、好適な手段で回収する指示が発せられ、部屋を清浄に保つことができる。

図２２は、実施の形態に係る空気清浄機の一例を示すものである。

１粒子測定装置、２粒子検知センサ、３投光素子、４受光素子、５ＩＶ変換部、６増幅部、７ＡＤ変換部、８演算部、９検知領域、１０筐体、１１加熱部、１２粒子流路の入口、１３粒子流路の出口、１４散乱の強い部分、１５散乱の弱い部分、１６粒子群の通過方向を示す矢印、１７前後の差の演算、１８前後の差の値、１９「ピーク差ＶＤ」の演算、２０補正係数の演算、２１「見なしピーク値ＶＰＣ」の演算、２２「見なし体積換算指数ＮＶ」の演算、２３粒径の演算、２４「体積換算頻度ＦＶ」の演算、２５４５秒後（実測）の粒度分布演算、２６４分後（実測）の粒度分布演算、２７４分後（計算）の粒度分布演算、Ｐ粒子、Ｍ空気清浄機、Ｖ１ピークの上がり始め値、Ｖ２ピークの下がり始め値、ＶＤピーク差、ＶＰピーク値、ＶＰＣ見なしピーク値、ＮＶ見なし体積換算指数、ＦＶ体積換算頻度

Claims

気体に含まれる粒子の粒径を測定する粒子測定装置であって、
検知領域に光を投光する投光素子と、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子とを有する粒子検知センサと、
前記受光素子からの出力を示すセンサ信号に含まれる前記粒子に対応した波形に基づき粒径、又は、粒径分布を演算する演算部を備え、
前記演算した粒径、又は、粒度分布について、時刻ごとに得られた結果を比較する機能を具備することを特徴とする粒子測定装置。
前記演算した粒径、又は粒度分布の時刻ごとに得られた結果を比較した結果を記録することを特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。
前記演算した粒径、又は粒度分布の時刻ごとに得られた結果を比較した結果の記録に基づき、粒子の一部が落下していることを描画または文字にて表示することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の粒子測定装置。
前記粒子の一部が落下していることを他の機器やソフトウェアに伝えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粒子測定装置。
前記他の機器が、自走式掃除機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粒子測定装置。
請求項１乃至５のいずれかの前記粒子測定装置を備えた空気清浄機。