JP2535777B2 - 超微粒子分級装置 - Google Patents
超微粒子分級装置Info
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- JP2535777B2 JP2535777B2 JP6074084A JP7408494A JP2535777B2 JP 2535777 B2 JP2535777 B2 JP 2535777B2 JP 6074084 A JP6074084 A JP 6074084A JP 7408494 A JP7408494 A JP 7408494A JP 2535777 B2 JP2535777 B2 JP 2535777B2
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- particles
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超微粒子をその粒径に応
じて分級する装置に関し、特に簡単な構成で、かつ大量
の処理が可能な分級装置に関する。
じて分級する装置に関し、特に簡単な構成で、かつ大量
の処理が可能な分級装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】気相法によって様々な粒径を有する微粒
子、超微粒子が素材産業の分野で合成されている。微粒
子の特性はその粒径に依存するので、特定の範囲の粒径
の微粒子を分離し取り出すことが必要となっている。
子、超微粒子が素材産業の分野で合成されている。微粒
子の特性はその粒径に依存するので、特定の範囲の粒径
の微粒子を分離し取り出すことが必要となっている。
【０００３】気相での微粒子、超微粒子の分級を行うに
は電気力がもっぱら使用されている。しかし、現在市販
されている電気移動度を利用した装置は粒径測定用〔TS
I 社のＤifferential Mobility Analyser とElectrical
Aerosol Analyser ）であり、ある単分散粒子のみの分
離しかできず、小さい粒径の粒子のみを分離することも
できない。また大流量が処理できない構造である。
は電気力がもっぱら使用されている。しかし、現在市販
されている電気移動度を利用した装置は粒径測定用〔TS
I 社のＤifferential Mobility Analyser とElectrical
Aerosol Analyser ）であり、ある単分散粒子のみの分
離しかできず、小さい粒径の粒子のみを分離することも
できない。また大流量が処理できない構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】微粒子の良好な特性は
粒径が小さくなればなるほど顕著になり、気相合成され
た微粒子からなるある粒径の微粒子のみを分離して取り
出したい場合、あるいは特定の粒径範囲の微粒子のみを
分離し、取り出したい場合がある。しかし、上述したよ
うに、現存の装置ではこの様なことはできない。また、
一度に大量に気相で調製した微粒子を分級したいと言う
要望を満たすこともできない。
粒径が小さくなればなるほど顕著になり、気相合成され
た微粒子からなるある粒径の微粒子のみを分離して取り
出したい場合、あるいは特定の粒径範囲の微粒子のみを
分離し、取り出したい場合がある。しかし、上述したよ
うに、現存の装置ではこの様なことはできない。また、
一度に大量に気相で調製した微粒子を分級したいと言う
要望を満たすこともできない。
【０００５】本発明は一度に大量に気相成長された微粒
子の分級を行い、その分級において、任意の粒径範囲の
微粒子、あるいはある粒径以下の微粒子の分離、回収を
可能とする装置を提供することを目的とする。
子の分級を行い、その分級において、任意の粒径範囲の
微粒子、あるいはある粒径以下の微粒子の分離、回収を
可能とする装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、一端の中心部に清浄ガス導入孔が、該清
浄ガス導入孔の周囲に超微粒子を含むガスの導入孔が設
けられ、他端に同心円状にに設けられた複数の超微粒子
取り出し口が設けられている円筒状の外管と、該外管の
中心軸上に設けられ長さが前記外管の７０％以下の針状
の電極と、前記外管の内周または外周面上に前記針状電
極の先端部を囲むように設けられた管状の電極と、前記
針状電極と管状電極との間に電圧を印加するための電源
とを備えたことを特徴とする。
に、本発明は、一端の中心部に清浄ガス導入孔が、該清
浄ガス導入孔の周囲に超微粒子を含むガスの導入孔が設
けられ、他端に同心円状にに設けられた複数の超微粒子
取り出し口が設けられている円筒状の外管と、該外管の
中心軸上に設けられ長さが前記外管の７０％以下の針状
の電極と、前記外管の内周または外周面上に前記針状電
極の先端部を囲むように設けられた管状の電極と、前記
針状電極と管状電極との間に電圧を印加するための電源
とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明においては、任意の粒径範囲の微粒子を
分離するために、装置の中心軸に沿った電極の直径を小
さく針状とし、かつその長さを短くしている。装置内を
ガスによって流れる微粒子は二つの電極の間に印加され
る電圧に応じた電気移動度で中心の針状電極の方向に移
動しながら出口に向かって流れる。このとき、中心の電
極が太く、かつ長いと、電界によって移動してきた微粒
子が電極に付着してしまい、外部に取り出せなくなる。
従って、針状電極はできるだけ細いことが望ましい。た
だし、針状電極には、通常１０ｋＶ程度の電圧を印加す
ることがあるので、その程度の電圧でコロナ放電を発生
しない程度の太さとする必要がある。好ましい直径は１
〜５ｍｍである。本発明では超微粒子をその粒径範囲に
したがって分級するために、超微粒子の電気移動度を利
用する。超微粒子は通常単位電荷しか持てず、この場合
粒径の小さい粒子ほど電気移動度が大きいので、針状電
極の寸法を選ぶと、超微粒子は中心ほど平均粒径が小さ
く、外側ほど平均粒径が大きい分布をもって出口に到着
する。従って、同心円状の複数の出口を設け、超微粒子
をその粒径範囲によって分級することができる。超微粒
子が上述した粒径分布をもって出口に到達するために
は、針状電極はその先端が出口とある程度の距離をもつ
ように配設される必要がある。針状電極は外管の清浄ガ
ス導入孔側から外管の中心軸上に設けられ、その好まし
い長さは外管の長さの４０％〜７０％である。針状電極
の長さがこれより長いと、すなわち針状電極の先端が出
口に近付き過ぎると、微粒子が中心部に集まりすぎ、短
いと粒径に応じた分布が得られない。さらに、本発明に
おいては、大量に処理するために微粒子を含んだガスの
導入孔の断面積を大きくしている。粒径測定装置の場合
には、全ての粒子が同一点から装置に入ることが必要で
あった。しかし、分級装置ではある範囲内の粒径の微粒
子を分離するので、粒径測定装置ほどの精度は必要とせ
ず、大断面のガス導入孔を採用することができる。
分離するために、装置の中心軸に沿った電極の直径を小
さく針状とし、かつその長さを短くしている。装置内を
ガスによって流れる微粒子は二つの電極の間に印加され
る電圧に応じた電気移動度で中心の針状電極の方向に移
動しながら出口に向かって流れる。このとき、中心の電
極が太く、かつ長いと、電界によって移動してきた微粒
子が電極に付着してしまい、外部に取り出せなくなる。
従って、針状電極はできるだけ細いことが望ましい。た
だし、針状電極には、通常１０ｋＶ程度の電圧を印加す
ることがあるので、その程度の電圧でコロナ放電を発生
しない程度の太さとする必要がある。好ましい直径は１
〜５ｍｍである。本発明では超微粒子をその粒径範囲に
したがって分級するために、超微粒子の電気移動度を利
用する。超微粒子は通常単位電荷しか持てず、この場合
粒径の小さい粒子ほど電気移動度が大きいので、針状電
極の寸法を選ぶと、超微粒子は中心ほど平均粒径が小さ
く、外側ほど平均粒径が大きい分布をもって出口に到着
する。従って、同心円状の複数の出口を設け、超微粒子
をその粒径範囲によって分級することができる。超微粒
子が上述した粒径分布をもって出口に到達するために
は、針状電極はその先端が出口とある程度の距離をもつ
ように配設される必要がある。針状電極は外管の清浄ガ
ス導入孔側から外管の中心軸上に設けられ、その好まし
い長さは外管の長さの４０％〜７０％である。針状電極
の長さがこれより長いと、すなわち針状電極の先端が出
口に近付き過ぎると、微粒子が中心部に集まりすぎ、短
いと粒径に応じた分布が得られない。さらに、本発明に
おいては、大量に処理するために微粒子を含んだガスの
導入孔の断面積を大きくしている。粒径測定装置の場合
には、全ての粒子が同一点から装置に入ることが必要で
あった。しかし、分級装置ではある範囲内の粒径の微粒
子を分離するので、粒径測定装置ほどの精度は必要とせ
ず、大断面のガス導入孔を採用することができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【０００９】図１に本発明による超微粒子分級装置の一
実施例の模式的断面を示す。
実施例の模式的断面を示す。
【００１０】外管１は、この例では、外径５２ｍｍ、長
さ４２０ｍｍの円管であり、両端部１Ａ，１Ｂは金属、
例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、中央部１Ｃは絶縁
体、例えばガラスでできている。端部１Ａには、超微粒
子を含むガスの導入孔２、清浄ガスの導入孔３が設けら
れている。さらに、端部１Ａの内部には、超微粒子を含
むガスの層流を作るための、例えばＳＵＳ３０４製、外
径３８ｍｍ、長さ５４ｍｍの内管４の内部に整流フィル
ター１１が設けられている。一方、反対側の端部１Ｂに
は、例えばＳＵＳ３０４の出口管５および６が同心円的
に配設され、管５は中心取り出し口７に、管６は中間取
り出し口８に接続されている。この例では管５および６
の外径はそれぞれ１８ｍｍおよび３７ｍｍ、長さはとも
に４７ｍｍである。さらに端部１Ｂの外周には外周取り
出し口９が設けられている。外管１の中心軸上、端部１
Ａ側には、テフロンなどの絶縁体１４によって外管１、
内管４から絶縁された、銅、タングステンなどの針状電
極１０が配設されている。この例では、針状電極１０の
直径は２ｍｍ、長さは２５０ｍｍである。針状電極１０
の先端部付近を囲むように、外管１の中央部１Ｂの内周
面上に銅、タングステンなどからなる管状電極１２が設
けられている。管状電極は外管の外側に設けられてもよ
い。管状電極１２は端部１Ｂにあまり近付かない方がよ
く、この例では長さは１００ｍｍである。針上電極１０
と管状電極１２との間には、電源１３から電圧を印加す
ることができる。先に述べた粒径の分布は印加電圧によ
って変化する。一般的に言えば、電圧が大きくなると中
心方向への移動度が大きくなるため、中心部の粒径が大
きい分布となり、従って、中心取り出し口７から取り出
せる粒子も粗大側に移行する。一番外側から取り出せる
粒子も、小さい粒子が減少するので、平均的に大きくな
る。電圧と取り出される粒子の分布との関係を図２に模
式的に示す。図２において、曲線Ａは分級前の微粒子の
粒径分布である。この様な分散した粒径を持つ微粒子群
が、電界の影響の下で外管の取り出し口側端面に到達し
たとき、中心取り出し口から取り出される微粒子の粒径
分布は曲線Ｂ、中間取り出し口から取り出される微粒子
の粒径分布は曲線Ｃ、外側取り出し口から取り出される
微粒子の粒径分布は曲線Ｄのようになる。印加電圧を増
加すると、粒径分布はそれぞれ曲線Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′の
ように粒径の大きい方にシフトする。分級するために必
要な最低の電圧は、入口の径と出口の径などの装置の構
成、および流量に依存する。図１に示した実施例の場
合、数kV程度の電圧が必要である。
さ４２０ｍｍの円管であり、両端部１Ａ，１Ｂは金属、
例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、中央部１Ｃは絶縁
体、例えばガラスでできている。端部１Ａには、超微粒
子を含むガスの導入孔２、清浄ガスの導入孔３が設けら
れている。さらに、端部１Ａの内部には、超微粒子を含
むガスの層流を作るための、例えばＳＵＳ３０４製、外
径３８ｍｍ、長さ５４ｍｍの内管４の内部に整流フィル
ター１１が設けられている。一方、反対側の端部１Ｂに
は、例えばＳＵＳ３０４の出口管５および６が同心円的
に配設され、管５は中心取り出し口７に、管６は中間取
り出し口８に接続されている。この例では管５および６
の外径はそれぞれ１８ｍｍおよび３７ｍｍ、長さはとも
に４７ｍｍである。さらに端部１Ｂの外周には外周取り
出し口９が設けられている。外管１の中心軸上、端部１
Ａ側には、テフロンなどの絶縁体１４によって外管１、
内管４から絶縁された、銅、タングステンなどの針状電
極１０が配設されている。この例では、針状電極１０の
直径は２ｍｍ、長さは２５０ｍｍである。針状電極１０
の先端部付近を囲むように、外管１の中央部１Ｂの内周
面上に銅、タングステンなどからなる管状電極１２が設
けられている。管状電極は外管の外側に設けられてもよ
い。管状電極１２は端部１Ｂにあまり近付かない方がよ
く、この例では長さは１００ｍｍである。針上電極１０
と管状電極１２との間には、電源１３から電圧を印加す
ることができる。先に述べた粒径の分布は印加電圧によ
って変化する。一般的に言えば、電圧が大きくなると中
心方向への移動度が大きくなるため、中心部の粒径が大
きい分布となり、従って、中心取り出し口７から取り出
せる粒子も粗大側に移行する。一番外側から取り出せる
粒子も、小さい粒子が減少するので、平均的に大きくな
る。電圧と取り出される粒子の分布との関係を図２に模
式的に示す。図２において、曲線Ａは分級前の微粒子の
粒径分布である。この様な分散した粒径を持つ微粒子群
が、電界の影響の下で外管の取り出し口側端面に到達し
たとき、中心取り出し口から取り出される微粒子の粒径
分布は曲線Ｂ、中間取り出し口から取り出される微粒子
の粒径分布は曲線Ｃ、外側取り出し口から取り出される
微粒子の粒径分布は曲線Ｄのようになる。印加電圧を増
加すると、粒径分布はそれぞれ曲線Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′の
ように粒径の大きい方にシフトする。分級するために必
要な最低の電圧は、入口の径と出口の径などの装置の構
成、および流量に依存する。図１に示した実施例の場
合、数kV程度の電圧が必要である。
【００１１】次に、図１に示した装置を用いた分級例を
説明する。
説明する。
【００１２】図３に示すように、超微粒子を作成するた
めの電気炉２１、作成された超微粒子に電荷を与えるた
めの荷電装置２２、および図１に示した分級装置２３を
ステンレスまたはテフロンのパイプ２４で連結した。石
英の二重管の内管にラシヒリング（Raschig ring) に付
着させた塩化ナトリウムをおき、電気炉２１内で約７０
０℃に加熱した。蒸発した塩化ナトリウムは二重管の外
管に供給された窒素ガスによって冷却され、粒径が０．
０２〜０．３μｍの範囲の微粒子となった。このように
して作成された微粒子は大部分未荷電粒子であるので、
窒素ガスによって、例えばアメリシウムのアルファ線に
よる，またはコロナ荷電装置などの荷電装置２２に送り
荷電させた。この荷電粒子を流量２リットル／分の窒素
ガスで図１に示した導入孔２から分級装置に導入した。
ガス中の微粒子の濃度は１０8 〜１０9 ／ｃｍ3 程度で
ある。一方、清浄ガス導入孔３から１８リットル／分の
窒素ガスを導入して、超微粒子を含むガスの層流を形成
した。針状電極１０と管状電極１２との間に１０ｋＶの
電圧を印加することによって装置内に電界を形成し微粒
子の分級をおこなったところ、粒径０．１μｍ以上の粒
子が分離され、中間取り出し口から粒径０．０２〜０．
０９μｍの微粒子のみを取り出すことができた。
めの電気炉２１、作成された超微粒子に電荷を与えるた
めの荷電装置２２、および図１に示した分級装置２３を
ステンレスまたはテフロンのパイプ２４で連結した。石
英の二重管の内管にラシヒリング（Raschig ring) に付
着させた塩化ナトリウムをおき、電気炉２１内で約７０
０℃に加熱した。蒸発した塩化ナトリウムは二重管の外
管に供給された窒素ガスによって冷却され、粒径が０．
０２〜０．３μｍの範囲の微粒子となった。このように
して作成された微粒子は大部分未荷電粒子であるので、
窒素ガスによって、例えばアメリシウムのアルファ線に
よる，またはコロナ荷電装置などの荷電装置２２に送り
荷電させた。この荷電粒子を流量２リットル／分の窒素
ガスで図１に示した導入孔２から分級装置に導入した。
ガス中の微粒子の濃度は１０8 〜１０9 ／ｃｍ3 程度で
ある。一方、清浄ガス導入孔３から１８リットル／分の
窒素ガスを導入して、超微粒子を含むガスの層流を形成
した。針状電極１０と管状電極１２との間に１０ｋＶの
電圧を印加することによって装置内に電界を形成し微粒
子の分級をおこなったところ、粒径０．１μｍ以上の粒
子が分離され、中間取り出し口から粒径０．０２〜０．
０９μｍの微粒子のみを取り出すことができた。
【００１３】本発明の超微粒子分級装置によれば、Ｒｅ
数が２３００程度までの流量を処理することができる。
ここで，Ｒｅ＝Ｄｕρ／μ（Ｄは外管の内径、ｕは平均
流速、μは空気の密度、ρは空気の粘度）である。空気
の密度１．２８×１０-3ｇ／ｃｍ3 （１．２８ｋｇ／ｍ
3 ）、空気の粘度０．１８×１０-3ｇ／（ｃｍ／ｓｅ
ｃ）（０．１８×１０-4ｋｇ／（ｍ／ｓｅｃ）），Ｄ＝
４．８ｃｍ（０．０４８ｍ）を代入すると、最大約７３
リットル／分（１．２×１０-2ｍ3 ／ｓｅｃ）となり、
断面積比で約２７リットル／分の流量の超微粒子を含ん
だガスの処理が可能である。既存の粒径測定装置では、
高々２リットル／分程度の流量で測定を行っているの
で、本発明の装置を使用することにより、１０倍以上の
流量を処理することができる。
数が２３００程度までの流量を処理することができる。
ここで，Ｒｅ＝Ｄｕρ／μ（Ｄは外管の内径、ｕは平均
流速、μは空気の密度、ρは空気の粘度）である。空気
の密度１．２８×１０-3ｇ／ｃｍ3 （１．２８ｋｇ／ｍ
3 ）、空気の粘度０．１８×１０-3ｇ／（ｃｍ／ｓｅ
ｃ）（０．１８×１０-4ｋｇ／（ｍ／ｓｅｃ）），Ｄ＝
４．８ｃｍ（０．０４８ｍ）を代入すると、最大約７３
リットル／分（１．２×１０-2ｍ3 ／ｓｅｃ）となり、
断面積比で約２７リットル／分の流量の超微粒子を含ん
だガスの処理が可能である。既存の粒径測定装置では、
高々２リットル／分程度の流量で測定を行っているの
で、本発明の装置を使用することにより、１０倍以上の
流量を処理することができる。
【００１４】以上の実施例では、塩化ナトリウム超微粒
子を例として説明したが、電荷を与えることができれば
一般の超微粒子に本発明を適用でき、通常の超微粒子に
は電荷を与えることができるので、本発明は超微粒子に
広く適用できる。
子を例として説明したが、電荷を与えることができれば
一般の超微粒子に本発明を適用でき、通常の超微粒子に
は電荷を与えることができるので、本発明は超微粒子に
広く適用できる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば簡
単な構成で大流量の超微粒子を分級することができる。
単な構成で大流量の超微粒子を分級することができる。
【図１】本発明による超微粒子分級装置の実施例の模式
的断面図である。
的断面図である。
【図２】印加電圧の粒径分布に与える影響を説明する線
図である。
図である。
【図３】本発明の超微粒子分級装置を用いた分級実験の
装置構成を説明する図である。
装置構成を説明する図である。
１ 外管 ２ 超微粒子を含むガスの導入孔 ３ 清浄ガス導入孔 ４ 内管 ５ 出口管 ６ 出口管 ７ 中心取り出し口 ８ 中間取り出し口 ９ 外周取り出し口 １０ 針状電極 １１ 整流フィルター １２ 管状電極 １３ 電源 １４ 絶縁体 ２１ 電気炉 ２２ 荷電装置 ２３ 超微粒子分級装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 邦夫 茨城県つくば市東１丁目１番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−163906（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 一端の中心部に清浄ガス導入孔が、該清
浄ガス導入孔の周囲に超微粒子を含むガスの導入孔が設
けられ、他端に同心円状にに設けられた複数の超微粒子
取り出し口が設けられている円筒状の外管と、該外管の
中心軸上に設けられ長さが前記外管の７０％以下の針状
の電極と、前記外管の内周または外周面上に前記針状電
極の先端部を囲むように設けられた管状の電極と、前記
針状電極と管状電極との間に電圧を印加するための電源
とを備えたことを特徴とする超微粒子分級装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6074084A JP2535777B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 超微粒子分級装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6074084A JP2535777B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 超微粒子分級装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07256146A JPH07256146A (ja) | 1995-10-09 |
| JP2535777B2 true JP2535777B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=13536961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6074084A Expired - Lifetime JP2535777B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 超微粒子分級装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535777B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020083015A1 (zh) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | 江南大学 | 一种基于旋转流场的超细粉体湿法静电分级装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100567788B1 (ko) * | 2004-02-13 | 2006-04-05 | 주식회사 현대교정인증기술원 | 입자측정기 및 입자측정방법 |
| JP4748476B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-08-17 | 独立行政法人交通安全環境研究所 | 微粒子計測装置 |
| JP4732952B2 (ja) * | 2006-05-23 | 2011-07-27 | 学校法人 中央大学 | 微粒子分級装置 |
| JP5277906B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2013-08-28 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 微粒子の粒径分布測定方法 |
| CN106940282A (zh) * | 2012-06-06 | 2017-07-11 | 株式会社岛津制作所 | 粒子浓度分布均匀的试样制作装置和纳米粒子膜成膜装置 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP6074084A patent/JP2535777B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020083015A1 (zh) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | 江南大学 | 一种基于旋转流场的超细粉体湿法静电分级装置 |
| US10807104B1 (en) | 2018-10-23 | 2020-10-20 | Jiangnan University | Wet electrostatic classification device for ultrafine powder based on rotating flow field |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07256146A (ja) | 1995-10-09 |
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