JP3609989B2

JP3609989B2 - 気中微粒子検出装置

Info

Publication number: JP3609989B2
Application number: JP2000186179A
Authority: JP
Inventors: 正見松長; 健宣佐藤; 敏之阿部; 智良角田
Original assignee: Daiwa Can Co Ltd; Rion Co Ltd
Current assignee: Daiwa Can Co Ltd; Rion Co Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002005811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水滴が含まれる雰囲気中の微粒子を検出する気中微粒子検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、缶詰や瓶詰などの生産工場における食品・飲料の充填工程においては、食品衛生上の観点から作業雰囲気中に含まれる微粒子の濃度を管理することが必須の条件となっている。
従来、微粒子濃度の管理は、測定対象となる雰囲気中の単位容積当たりの微粒子を微粒子計により計数することによって行われている。
また、缶詰や瓶詰などの生産設備には、生産過程において充填される食品や飲料などが付着するため、定期的に殺菌用薬剤や高圧温水洗浄により生産設備を殺菌洗浄することが必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、生産設備を殺菌洗浄すると、一時的に薬剤や温水などが霧状になって生産設備が設置されている雰囲気中に充満するため、その雰囲気中の微粒子を検出する微粒子計の中に霧状の薬剤や温水などが浸入しないように、殺菌洗浄してから霧状の薬剤や温水などがなくなるまでの間、被測定気体を微粒子計に吸引することができない。
このような霧状の薬剤や温水などを微粒子計内に吸引すると、それらが微粒子計の光学部品である散乱光を集光するレンズ系や集光された散乱光を電気信号に変換する受光素子などに付着し、微粒子計としての機能を発揮しなくなるからである。
【０００４】
従って、殺菌洗浄後、霧状の薬剤や温水などがなくなるまでの間、作業雰囲気中の微粒子濃度を管理できないため、缶詰や瓶詰などの生産を停止しなければならず、生産性の向上が図れないという問題があった。
【０００５】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、雰囲気中に水滴等が含まれていても微粒子の検出を安定して行うことができる気中微粒子検出装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、吸引ポンプによって被測定気体を吸引し、この被測定気体に含まれる微粒子を微粒子計により検出する気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の上流側に所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタを配置すると共に、前記微粒子計の出口と前記吸引ポンプの吸引口は配管により接続され、前記微粒子計の入口と前記慣性インパクタの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口及び前記慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、前記微粒子計の入口には外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口と前記慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続され、前記慣性インパクタに捕集されずに吸引された微粒子を前記微粒子計により検出するものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、吸引ポンプによって被測定気体を吸引し、この被測定気体に含まれる微粒子を微粒子計により検出する気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の上流側に所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタを配置し、この慣性インパクタの上流側にサンプリングプローブを配置し、このサンプリングプローブは、大径部を有する管の一端と小径部を有する管の一端を接合した形状をなし、小径部を有する管の他端が前記慣性インパクタに接続され、大径部を有する管の他端が被測定気体を吸引すべく重力方向に開口され、前記サンプリングプローブ及び前記慣性インパクタに捕集されずに吸引された微粒子を前記微粒子計により検出するものである。
また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の出口と前記吸引ポンプの吸引口は配管により接続され、前記微粒子計の入口と前記慣性インパクタの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口及び前記慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、前記慣性インパクタの入口と前記サンプリングプローブの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記微粒子計の入口には外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口と前記慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る気中微粒子検出装置の構成図、図２は慣性インパクタの断面図、図３はサンプリングプローブの断面図である。
【０００９】
本発明に係る気中微粒子検出装置は、図１に示すように、被測定気体に含まれる微粒子を検出する微粒子計１と、微粒子計１の下流側に配置され被測定気体を吸引する吸引ポンプ２と、微粒子計１の上流側に配置され、所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタ３と、慣性インパクタ３の上流側でクリーンブース４内の上方に配置され、予め設定した粒径（慣性インパクタ３による捕集下限値よりも大きい粒径）以下の微粒子のみを吸引するサンプリングプローブ５を備えてなる。
【００１０】
クリーンブース４は、空気清浄度が高レベルのクラス１００を維持する空間である。クリーンブース４内には、缶に食品や飲料などを充填する充填機（不図示）や、食品や飲料などが充填された缶に蓋をする缶蓋巻締機（不図示）などが配置されている。
【００１１】
また、微粒子計１の出口と吸引ポンプ２の吸引口は、配管６により接続され、微粒子計１の入口と慣性インパクタ３の出口は、電磁バルブＶ１を介して配管６により接続され、吸引ポンプ２の排出口は、電磁バルブＶ２を介して大気に開放され、慣性インパクタ３の入口とサンプリングプローブ５の出口は、電磁バルブＶ３とクリーンブース４の壁部に設けたジョイント７を介して配管６により接続されている。
【００１２】
更に、微粒子計１の入口には、外気を清浄化する空気清浄機８が電磁バルブＶ４を介して配管６により接続され、吸引ポンプ２の排出口と慣性インパクタ３の入口とが電磁バルブＶ５を介して配管６により接続されている。Ｖ６は慣性インパクタ３のドレインを大気に開放するための電磁バルブである。なお、電磁バルブＶ１〜Ｖ６を制御する制御部及び配線は図示していない。
【００１３】
微粒子計１は、フローセル、レーザ光源、集光光学系、光電変換素子などを備えてなり、レーザ光が照射されているフローセルを通過する被測定気体に粒子が含まれていると、その粒子が発する散乱光が集光光学系により光電変換素子に集光され、この光電変換素子が粒子の数や粒径の大きさに応じた電圧を出力する。
【００１４】
慣性インパクタ３は、図２に示すように、内部に空間部３ａを有する形状をなし、一端に空間部３ａに連通する入口部３ｂ、他端に空間部３ａに連通する出口部３ｃを設けてなる。そして、入口部３ｂが空間部３ａに臨む部位にはノズル３ｄが形成され、ノズル３ｄと出口部３ｃが対向する空間部３ａにはトラップ板３ｅが蓋部３ｆに固設して配設されている。なお、３ｇは捕集された粒子を水滴等として外部に排出するドレインである。
【００１５】
サンプリングプローブ５は、図３に示すように、大径部を有する管５ａの一端と小径部を有する管５ｂの一端を接合した形状をなしている。そして、小径部を有する管５ｂの他端が配管６に接続され、大径部を有する管５ａの他端が被測定気体を吸引すべく重力方向に開口されている。
【００１６】
以上のように構成した本発明に係る気中微粒子検出装置の動作について説明する。クリーンブース４の空気清浄度を管理するために、先ず測定経路を形成するべく３つの電磁バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を開状態にし、一方他の電磁バルブＶ４，Ｖ５，Ｖ６を閉状態にする。
【００１７】
次いで、吸引ポンプ２を作動させてクリーンブース４内の空気（被測定気体）を吸引する。すると、被測定気体がサンプリングプローブ５、ジョイント７、電磁バルブＶ３、慣性インパクタ３、電磁バルブＶ１、微粒子計１、吸引ポンプ２、電磁バルブＶ２を経て大気に至る。
【００１８】
サンプリングプローブ５では、吸引ポンプ２の能力で決まるサンプリング流量Φと、どの程度の粒径ｄ以上の粒子を捕集しないかによって、粒子の動力学的挙動を記述したＳｔｏｋｅｓの法則を利用して大径部を有する管５ａの開口径Ｄが決定される。Ｓｔｏｋｅｓの法則を適用した重力場における球形粒子の終末沈降速度は、次式（１）で与えられる。
【００１９】
３πηＶｄ＝（ρ_ｐ−ρ_ｇ）πｄ^３Ｇ／６（１）
【００２０】
ここで、η：空気の粘性係数（ｄｙｎ・ｓｅｃ／ｃｍ^２）、Ｖ：粒子の終末沈降速度（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｄ：粒子の直径（ｃｍ）、ρ_ｐ：粒子の密度（ｇ／ｃｍ^３）、ρ_ｇ：気体（空気）の密度（ｇ／ｃｍ^３）、Ｇ：重力加速度（ｃｍ／ｓｅｃ^２）である。
【００２１】
式（１）において、η＝１．８１×１０^−４（ｄｙｎ・ｓｅｃ／ｃｍ^２）、ｄ＝２０μｍ＝２０×１０^−４（ｃｍ）、ρ_ｐ＝１．０（ｇ／ｃｍ^３）、ρ_ｇ＝１．２０５×１０^−３（ｇ／ｃｍ^３）、Ｇ＝９８０（ｃｍ／ｓｅｃ^２）とし、サンプリング流量Φ＝２．８３（ｌ／ｍｉｎ）、開口径Ｄ（ｃｍ）とすると、サンプリングプローブ５内の平均流速Ｖ_０（ｃｍ／ｓｅｃ）は、Ｖ_０＝４Φ／πＤ^２で与えられる。
【００２２】
Ｖ_０＝Ｖから、Ｄ^２＝（４×１８×η×Φ）／（ρ_ｐ×ｄ^２×Ｇ×π）＝４９．９となり、管５ａの開口径Ｄ≒７．０（ｃｍ）となる。
従って、サンプリング流量Φが２．８３（ｌ／ｍｉｎ）の時、開口径Ｄが約７．０（ｃｍ）のサンプリングプローブ５を用いれば、直径ｄが２０μｍ（２０×１０^−４ｃｍ）を超える粒子は、重力により吸引されずに沈降することになる。
【００２３】
また、慣性インパクタ３では、吸引ポンプ２により吸引されるキャリアである被測定気体を入口部３ｂに続くノズル３ｄによって加速して一定の速度にし、トラップ板３ｅに被測定気体を衝突させる。すると、被測定気体の流れる方向が変化するので、被測定気体の中に存在する粒子は、その慣性力で被測定気体から飛び出してくる。
【００２４】
慣性インパクタ３の５０％捕集効率に対応する粒子径ｄ_５０を求めるための基本式は、次式（２）で与えられる。
【００２５】
ｄ_５０（Ｃ_ｃ）^１／２＝｛（９×η×Ｎ×Ｓｔｋ_５０）／（ρ_ｐ×Ｕ）｝^１／２（２）
【００２６】
ここで、ｄ_５０：慣性インパクタ３の５０％捕集効率に対応する粒子径（ｃｍ）、Ｃ_ｃ：Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍすべりの補正係数、η：空気の粘性係数（ｄｙｎ・ｓｅｃ／ｃｍ^２）、Ｎ：ノズル３ｄのノズル直径（ｃｍ）、Ｓｔｋ_５０：慣性インパクタ３の５０％捕集効率に対応するＳｔｏｋｅｓ数、ρ_ｐ：粒子の密度（ｇ／ｃｍ^３）、Ｕ：ノズル３ｄにおける被測定気体の平均速度（ｃｍ／ｓｅｃ）である。
【００２７】
式（２）において、ｄ_５０＝５．０μｍ＝５．０×１０^−４（ｃｍ）、Ｃ_ｃ＝１．０３２（２０℃で１気圧）、η＝１．８１×１０^−４（ｄｙｎ・ｓｅｃ／ｃｍ^２）、Ｓｔｋ_５０＝０．２２（円形ノズルの場合には、Ｓｔｋ_５０＝０．２２）、ρ_ｐ＝１．０（ｇ／ｃｍ^３）とし、サンプリング流量Φ＝２．８３（ｌ／ｍｉｎ）とすると、ノズル３ｄにおける被測定気体の平均速度Ｕ（ｃｍ／ｓｅｃ）は、Ｕ＝４Φ／πＮ^２で与えられる。よって、ノズル３ｄのノズル直径Ｎは次のように求まる。
【００２８】
Ｎ＝［｛４×Ｃ_ｃ×ρ_ｐ×（ｄ_５０）^２×Φ｝／｛９×π×η×Ｓｔｋ_５０｝］^１／３＝０．３５１（ｃｍ）となる。
従って、サンプリング流量Φが２．８３（ｌ／ｍｉｎ）の時、ノズル直径Ｎが０．３５１（ｃｍ）の慣性インパクタ３を用いれば、直径ｄが５．０μｍ（５．０×１０^−４ｃｍ）を超える粒子は、トラップ板３ｅに衝突して捕集されることになる。
【００２９】
このように、被測定気体がサンプリングプローブ５及び慣性インパクタ３を通過することにより、先ずサンプリングプローブ５で被測定気体の中に存在する直径ｄが２０μｍ（２０×１０^−４ｃｍ）を超える粒子が除かれ、次いで慣性インパクタ３で被測定気体の中に存在する直径ｄが５．０μｍ（５．０×１０^−４ｃｍ）を超える霧状の薬剤や温水などの粒子は除かれる。
【００３０】
従って、クリーンブース４内の生産設備を殺菌洗浄した直後でクリーンブース４内に霧状の薬剤や温水などが充満していても、微粒子計１に導かれる被測定気体から、直径ｄが５．０μｍ（５．０×１０^−４ｃｍ）を超える霧状の薬剤や温水などの粒子が除かれるため、微粒子計１の機能を低下させることなく、殺菌洗浄後直ちにクリーンブース４内の微粒子濃度管理を開始することが可能になる。
【００３１】
次に、クリーンブース４内の生産設備を殺菌洗浄中など、クリーンブース４の空気清浄度を管理する必要がない時には、先ず３つの電磁バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を開状態から閉状態にし、電磁バルブＶ６を閉状態から開状態にして慣性インパクタ３の内部に溜まった水滴等を排出する。
【００３２】
更に、その他の電磁バルブＶ４，Ｖ５も閉状態から開状態にした後に、吸引ポンプ２を作動させて外部から空気清浄機８を介して清浄度の高い空気を、電磁バルブＶ４→微粒子計１→吸引ポンプ２→電磁バルブＶ５→慣性インパクタ３→電磁バルブＶ６、及びこれらを接続する配管６からなる経路に通す。
すると、測定中に微粒子計１、吸引ポンプ２、慣性インパクタ３や配管６などに付着した水分等を除去することができる。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態においては、慣性インパクタ３の上流側にサンプリングプローブ５を配置した構成について説明したが、被測定気体に含まれる霧状の薬剤や温水などの粒子濃度が低い場合には、サンプリングプローブ５を配置しなくてもよい。
【００３４】
また、クリーンブース４に対して１セットの気中微粒子検出装置を設けているが、クリーンブース４の容積に応じて複数セットの気中微粒子検出装置を設けることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、所定の粒径以上の粒子を排除できるので、雰囲気中に水滴等の大きな粒子が含まれていても本来的に検出が必要とされる微粒子を安定して検出することができる。
また、慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、微粒子計の入口に外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、更に吸引ポンプの排出口と慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続されているので、各電磁バルブを操作することにより、測定中に微粒子計、吸引ポンプ、慣性インパクタや配管などに付着した水分等を測定後に除去することができる。
【００３６】
請求項２に係る発明によれば、所定の粒径以上の粒子を段階的に排除できるので、慣性インパクタの負担を軽減できると共に、雰囲気中に水滴等の大きな粒子が含まれていても本来的に検出が必要とされる微粒子を安定して検出することができる。
また、請求項３に係る発明によれば、慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、微粒子計の入口に外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、更に吸引ポンプの排出口と慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続されているので、各電磁バルブを操作することにより、測定中に微粒子計、吸引ポンプ、慣性インパクタや配管などに付着した水分等を測定後に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気中微粒子検出装置の構成図
【図２】慣性インパクタの断面図
【図３】サンプリングプローブの断面図
【符号の説明】
１…微粒子計、２…吸引ポンプ、３…慣性インパクタ、４…クリーンブース、５…サンプリングプローブ、６…配管、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６…電磁バルブ。

Claims

吸引ポンプによって被測定気体を吸引し、この被測定気体に含まれる微粒子を微粒子計により検出する気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の上流側に所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタを配置すると共に、前記微粒子計の出口と前記吸引ポンプの吸引口は配管により接続され、前記微粒子計の入口と前記慣性インパクタの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口及び前記慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、前記微粒子計の入口には外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口と前記慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続され、前記慣性インパクタに捕集されずに吸引された微粒子を前記微粒子計により検出することを特徴とする気中微粒子検出装置。
吸引ポンプによって被測定気体を吸引し、この被測定気体に含まれる微粒子を微粒子計により検出する気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の上流側に所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタを配置し、この慣性インパクタの上流側にサンプリングプローブを配置し、このサンプリングプローブは、大径部を有する管の一端と小径部を有する管の一端を接合した形状をなし、小径部を有する管の他端が前記慣性インパクタに接続され、大径部を有する管の他端が被測定気体を吸引すべく重力方向に開口され、前記サンプリングプローブ及び前記慣性インパクタに捕集されずに吸引された微粒子を前記微粒子計により検出することを特徴とする気中微粒子検出装置。
請求項２記載の気中微粒子検出装置において、前記微粒子計の出口と前記吸引ポンプの吸引口は配管により接続され、前記微粒子計の入口と前記慣性インパクタの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口及び前記慣性インパクタのドレインが電磁バルブを介して大気に開放され、前記慣性インパクタの入口と前記サンプリングプローブの出口は電磁バルブを介して配管により接続され、前記微粒子計の入口には外気を清浄化する空気清浄機が電磁バルブを介して配管により接続され、前記吸引ポンプの排出口と前記慣性インパクタの入口とが電磁バルブを介して配管により接続されていることを特徴とする気中微粒子検出装置。