JP4732952B2 - Fine particle classifier - Google Patents

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Description

本発明は、気相中で所定幅(特に、ナノサイズの幅)の粒径分布を有して浮遊する微粒子を分級する微粒子分級装置に関し、特に、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる粒径を有する複数種類の微粒子を同時に粒径選別することが可能な微粒子分級装置に関する。   The present invention relates to a fine particle classifying device for classifying fine particles that have a particle size distribution with a predetermined width (particularly, a nano-sized width) in a gas phase, and in particular, a single device floats in the gas phase. The present invention relates to a fine particle classification apparatus capable of simultaneously selecting a plurality of types of fine particles having different particle diameters from among the fine particles to be processed.

近年、自動車、とりわけディーゼル車の排気ガス中に含まれる浮遊粒子による健康被害が問題とされており、エンジンの構造や燃料、触媒の改良などによる排気微粒子の個数濃度を低減させるための検討がなされている。   In recent years, health damage due to suspended particles contained in the exhaust gas of automobiles, especially diesel vehicles, has been a problem, and studies have been made to reduce the number concentration of exhaust particles due to improvements in engine structure, fuel, and catalyst. ing.

ディーゼル排気粒子は、50nm以下の粒径領域にピークを持つnuclei mode粒子と50nm以上の粒径領域にピークを持つaccumulation mode 粒子に分けることができる。このうち、10nm付近の粒子を中心としたnuclei mode粒子は、0.1μm以上の粒子と異なり、肺胞の奥深くまで到達し、血液中に直接進入するなどのために人体に与える健康被害が大きいと言われている。また、nuclei mode粒子は粒子個数においてディーゼル排気粒子の90%以上を占めることが知られており、上記排気微粒子の低減のための検討によってもnuclei mode粒子については十分な成果は達成されていない。   Diesel exhaust particles can be divided into nuclei mode particles having a peak in a particle size region of 50 nm or less and accumulation mode particles having a peak in a particle size region of 50 nm or more. Among these, nuclei mode particles centered on particles around 10 nm, unlike particles of 0.1 μm or more, reach the deep inside of the alveoli and cause serious damage to the human body due to direct entry into the blood. It is said. Moreover, it is known that nuclei mode particles account for 90% or more of diesel exhaust particles in terms of the number of particles, and sufficient results have not been achieved for nuclei mode particles even by the study for reducing exhaust particulates.

このような微粒子を対象とした従来の分析方法としては、(1)一定時間あたりの排出ガス中の微粒子をフィルタ等に捕集して重量を測定する重量測定法、(2)微粒子にレーザー光線等を照射して散乱光強度や透過率等から微粒子の粒径分布(粒径と個数濃度との関係)を求める光学的手法、(3)ガス中に浮遊する帯電微粒子の電場中での電気移動度が粒径に依存する性質を利用して微粒子の粒径を測定する微分型電気移動度測定装置(DMA/Differential Mobility Analyzer)を用いた手法が知られている。   Conventional analysis methods for such fine particles include (1) a gravimetric method of collecting fine particles in exhaust gas per fixed time on a filter and measuring the weight, and (2) a laser beam etc. on the fine particles. Optical method to obtain particle size distribution (relationship between particle size and number concentration) from scattered light intensity and transmittance, etc., and (3) Electric transfer of charged fine particles floating in gas in electric field A technique using a differential electric mobility measuring device (DMA / Differential Mobility Analyzer) that measures the particle size of fine particles by utilizing the property that the degree depends on the particle size is known.

しかしながら、上述した従来の分析方法のうち、(1)の重量測定法は、測定に長時間を要し、フィルタの濾過効率によって捕集される粒子量が変化する問題があり、(2)の光学的手法では、散乱光強度等が微粒子の粒径の6乗に比例するので、微小な粒径領域において測定精度が低下する問題がある。なお、一般に用いられているパーティクルカウンタはいずれも、粒径がサブミクロンメータ・サイズ以上の比較的大きな微粒子を対象とするものであって、自動車の排気ガスや大気中に浮遊するナノメータ・サイズの微粒子をリアルタイムに分析することは不可能であった。   However, among the conventional analysis methods described above, the weight measurement method of (1) requires a long time for measurement, and there is a problem that the amount of particles collected varies depending on the filtration efficiency of the filter. In the optical method, since the scattered light intensity and the like are proportional to the sixth power of the particle size of the fine particles, there is a problem that the measurement accuracy decreases in a minute particle size region. Note that all commonly used particle counters are intended for relatively large particles with a particle size of sub-micrometer size or larger, and have a nanometer size that floats in the exhaust gas of automobiles or in the atmosphere. It was impossible to analyze fine particles in real time.

これに対し、上記(3)のDMAは、現在のところ、ナノメータ・サイズの微粒子の粒径分布をその場観察することが可能な唯一の装置であるが、現状のDMAは定常粒子濃度を測定するための装置であるために効果的な自動車排気ガス計測を行うことができない問題がある。即ち、自動車の排気粒子の個数濃度や分布は、加速などの運転条件によって変化するのに対して、現状のDMAでは、運転条件で過渡的に変化する非定常粒子濃度をリアルタイムに測定することができない。   On the other hand, the DMA of (3) is currently the only device that can observe the particle size distribution of nanometer-sized fine particles in situ, but the current DMA measures the concentration of stationary particles. Therefore, there is a problem that effective vehicle exhaust gas measurement cannot be performed. That is, while the number concentration and distribution of automobile exhaust particles change depending on driving conditions such as acceleration, the current DMA can measure unsteady particle concentrations that change transiently under driving conditions in real time. Can not.

また、DMAを含めた従来の測定手法では、nuclei mode粒子とaccumulation mode 粒子のような2つの異なる粒径領域における微粒子の過渡応答を同時に測定することも困難であった。   In addition, with conventional measurement techniques including DMA, it is difficult to simultaneously measure the transient response of fine particles in two different particle size regions such as nuclei mode particles and accumulation mode particles.

特許文献1には、上記問題を解決した微粒子分析装置が開示されている。即ち、特許文献1の微粒子分析装置は、中心電極部、コモン電極部及び外側電極部からなる三重円筒構造を備えるDMAであり、中心電極部及びコモン電極部の間に第1測定領域を形成するとともに、コモン電極部と外側電極部の間に第2測定領域を形成したものであり、単一の装置により、しかも装置サイズの大幅な増大を伴うことなく、幅広い分布を有する微粒子の粒径分布(粒径と個数濃度との関係)及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化を2種類の粒径範囲に分けて同時にかつリアルタイムに測定することが可能となっている。
特開2005−214931号公報
Patent Document 1 discloses a fine particle analyzer that solves the above problems. That is, the fine particle analyzer of Patent Document 1 is a DMA having a triple cylindrical structure including a center electrode portion, a common electrode portion, and an outer electrode portion, and forms a first measurement region between the center electrode portion and the common electrode portion. In addition, the second measurement region is formed between the common electrode portion and the outer electrode portion, and the particle size distribution of fine particles having a wide distribution by a single device and without significantly increasing the device size. (Relationship between particle size and number concentration) and changes over time in the number concentration of fine particles having a specific particle size can be divided into two particle size ranges and simultaneously measured in real time.
JP 2005-214931 A

上記のように、特許文献1の微粒子分析装置では、2種類の粒径範囲における微粒子の個数濃度を同時かつリアルタイムに測定することが可能であるが、測定対象の粒径範囲を3種類以上に増加させることは困難である。   As described above, the fine particle analyzer of Patent Document 1 can simultaneously measure the number concentration of fine particles in two types of particle size ranges simultaneously and in real time. It is difficult to increase.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、下記のいずれか一以上の目的を達成するものである。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and achieves one or more of the following objects.

即ち本発明の目的は、装置サイズを大幅に増大させることなく、単一の装置で、異なる3種類以上の粒径の微粒子を同時に分級することができる微粒子分級装置を提供することにある。   That is, an object of the present invention is to provide a fine particle classification device that can simultaneously classify fine particles having three or more different particle sizes with a single device without greatly increasing the device size.

本発明の他の目的は、特許文献1の微粒子分析装置が備える微粒子分級装置よりも更に小型又は簡略な装置構成をもって、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる複数種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a plurality of particles having different particle sizes from among particles suspended in the gas phase, having a smaller or simpler device configuration than the particle classifier provided in the particle analyzer of Patent Document 1. It is an object of the present invention to provide a fine particle classifying apparatus capable of classifying particles simultaneously.

本発明の更に他の目的は、シンプル且つ部品点数の少ない構造で製造することが可能であり、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる複数種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is to manufacture a simple structure with a small number of parts, and to simultaneously classify particles having a plurality of different particle sizes from particles floating in the gas phase. The object is to provide a fine particle classifier.

本発明の更に他の目的は、微粒子の円周方向での運動を抑制することにより、精度良く、特定の粒径を有する微粒子を分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a fine particle classification device capable of classifying fine particles having a specific particle size with high accuracy by suppressing the movement of fine particles in the circumferential direction.

本発明は上記課題を解決したものであり、
内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部と、
前記外部電極部の内周側面と同心に配置された中心電極部と、
前記中心電極部の外周側面と前記外部電極部の内周側面との間に形成される筒状の粒径選別空間とを備え、
前記粒径選別空間の上方位置に形成された微粒子導入スリットを介して、装置外部から多数の帯電微粒子が前記粒径選別空間に導入されるとともに、前記微粒子導入スリットの上方位置に形成されたシースガス供給部を介して、装置外部から前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を下方向に移動させるようシースガスが前記粒径選別空間に供給され、前記中心電極部と前記外部電極部との間に、前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を前記内周側面から前記外周側面側へ移動させるよう所定電圧が印加された場合に、前記粒径選別空間に導入された前記帯電微粒子の中から特定の粒径を有する帯電微粒子を、前記外周側面に形成された微粒子導出スリットにおいて捕捉する微粒子分級装置であって、
前記中心電極部が、上下面が扇形形状である部分円柱形状の複数の粒径別中心電極部と、前記粒径選別空間を前記各粒径別中心電極部ごとの複数の粒径別選別空間に区画する遮蔽部材とを有しており、
前記粒径別中心電極部のそれぞれに、前記微粒子導出スリットが個別に形成されていることを特徴とする微粒子分級装置(請求項1)である。
The present invention solves the above problems,
A surrounding external electrode portion having an inner peripheral side surface formed in a cylindrical shape;
A central electrode portion disposed concentrically with an inner peripheral side surface of the external electrode portion;
A cylindrical particle size selection space formed between the outer peripheral side surface of the center electrode portion and the inner peripheral side surface of the external electrode portion,
A large number of charged fine particles are introduced into the particle size selection space from the outside of the apparatus through a particle introduction slit formed above the particle size selection space, and a sheath gas is formed above the particle introduction slit. A sheath gas is supplied to the particle size selection space through the supply unit so as to move the charged fine particles introduced into the particle size selection space from the outside of the apparatus downward, and between the center electrode portion and the external electrode portion. In addition, when a predetermined voltage is applied to move the charged fine particles introduced into the particle size selection space from the inner peripheral side surface to the outer peripheral side surface, the charged fine particles introduced into the particle size selection space A fine particle classifying device that captures charged fine particles having a specific particle diameter in a fine particle outlet slit formed on the outer peripheral side surface,
The center electrode part is a plurality of partial columnar center electrode parts each having a cylindrical shape whose upper and lower surfaces are fan-shaped, and the particle size selection space is a plurality of particle size selection spaces for each particle diameter center electrode part. And a shielding member partitioned into
The fine particle classifying apparatus (Claim 1), wherein the fine particle derivation slits are individually formed in each of the particle size-specific center electrode portions.

本発明によれば、中心電極部が、複数の粒径別中心電極部を有しており、当該粒径別中心電極部のそれぞれに微粒子導出スリットが個別に形成されているために、複数種類の粒径の微粒子を同時に分級(粒径選別)することが可能である。また、1種類の微粒子のみを分級する従来の二重円筒構造の微分型静電分級器と同様の二重構造を採用していることにより、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、2種類以上の異なる粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を従来の微分型静電分級器と同一或いは略同一のサイズで製造することが可能である。また、本発明の微粒子分級装置は、外部電極部をシンプルな包囲形状とし、中心電極部を粒径別中心電極部と遮蔽部材というシンプルな構成要素で形成していることにより、高度な加工技術や複雑な型を要することなく製造することが可能であり、装置の製造コストを低廉化することができる。また、本発明によれば、遮蔽部材によって装置内部に導入した微粒子の円周方向での運動を抑制することができ、これにより、特定の粒径を有する微粒子を高い精度で分級することが可能となる。   According to the present invention, the center electrode portion has a plurality of center electrode portions by particle size, and the particle outlet slits are individually formed in each of the center electrode portions by particle size. It is possible to classify (fine particle size sorting) fine particles having a particle size of 1 mm at the same time. In addition, by adopting the same double structure as the conventional differential electrostatic classifier with a double-cylindrical structure that classifies only one kind of fine particles, the fine particles floating in the gas phase with a single device Among them, a fine particle classifier capable of simultaneously classifying fine particles having two or more different particle sizes can be manufactured in the same or substantially the same size as a conventional differential electrostatic classifier. In addition, the fine particle classifier of the present invention has an advanced processing technology because the external electrode portion has a simple surrounding shape, and the central electrode portion is formed by simple constituent elements of a particle size-specific central electrode portion and a shielding member. It is possible to manufacture without requiring a complicated mold, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. In addition, according to the present invention, the movement of the fine particles introduced into the apparatus by the shielding member in the circumferential direction can be suppressed, whereby fine particles having a specific particle size can be classified with high accuracy. It becomes.

本発明においては、前記各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法に形成されている(請求項2)ことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the center electrode portions for each particle diameter are formed to have different outer diameter dimensions (claim 2).

かかる発明では、各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法を有するために、個々の粒径別選別空間の幅寸法が相違することになり、この幅寸法の相違に基づいて粒径の異なる複数種類の微粒子の選別を行うことが可能となる。   In this invention, since each central electrode part for each particle size has a different outer diameter size, the width size of the selection space for each particle size is different. Different types of fine particles can be selected.

本発明においては、前記微粒子導出スリットが、それぞれ前記中心電極部の外周側面における異なる高さに形成されている(請求項3)ことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the fine particle derivation slits are formed at different heights on the outer peripheral side surface of the center electrode portion.

かかる発明では、各微粒子導出スリットの設置高さが異なる故に導入スリットから微粒子導出スリットまでの高さ方向での距離が各粒径別中心電極部毎に相違することになり、この距離の相違に基づいて粒径の異なる複数種類の微粒子の選別を行うことが可能となる。   In such an invention, since the installation height of each particle outlet slit is different, the distance in the height direction from the inlet slit to the particle outlet slit is different for each central electrode part for each particle size. Based on this, it is possible to select a plurality of types of fine particles having different particle diameters.

なお、各粒径別中心電極部の外径寸法及び各微粒子導出スリットの設置高さの双方を粒径別中心電極部毎に相違させることが特に好ましく、これにより、分級すべき微粒子の粒径をより広い範囲で調整することが可能となる。   It is particularly preferable that both the outer diameter size of each central electrode part for each particle size and the installation height of each particle outlet slit are different for each central electrode part for each particle size. Can be adjusted in a wider range.

本発明においては、前記微粒子導入スリットは、前記外部電極部の内周側面に沿った円環状の形態を成しており、前記微粒子導出スリットは、それぞれが形成される前記各粒径別中心電極部の外周側面に沿った円弧状の形態を成している(請求項4)ことが好ましい。   In the present invention, the fine particle introduction slit has an annular shape along the inner peripheral side surface of the external electrode portion, and the fine particle lead-out slit is the center electrode for each particle diameter formed by each. It is preferable to form the circular-arc form along the outer peripheral side surface of a part (Claim 4).

かかる発明では、微粒子導入スリットから円周方向で一様に装置内に導入された微粒子の中から特定の粒径を有する微粒子を各粒径別中心電極部の外周側面に沿って円弧状に形成された微粒子導出スリットで効率良く収集することができ、これにより、効率の良い分級を行うことが可能となる。   In such an invention, fine particles having a specific particle size are formed in an arc shape along the outer peripheral side surface of the central electrode portion for each particle size from among the fine particles uniformly introduced into the apparatus in the circumferential direction from the fine particle introduction slit. The collected particles can be efficiently collected by the particle outlet slit, thereby enabling efficient classification.

本発明においては、前記遮蔽部材により区画された前記各粒径別空間ごとに、エクセスガスを外部に排出するエクセスガス排出部が形成されている(請求項5)ことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that an excess gas discharge section for discharging excess gas to the outside is formed for each of the particle size spaces partitioned by the shielding member.

かかる発明では、各粒径別空間ごとに分級後のエクセスガスを装置外部に排出させることができるので、各粒径別空間ごとにエクセスガスが滞留する時間を極力短くすることが可能となり、これにより、精度の良い分級を行うことが可能となる。   In such an invention, the excess gas after classification can be discharged to the outside of the apparatus for each particle size space, so that the time during which the excess gas stays for each particle size space can be shortened as much as possible. This makes it possible to classify with high accuracy.

本発明においては、前記遮蔽部材は、前記各粒径別中心電極部を相互に絶縁する絶縁体であり、前記外部電極部と前記各粒径別中心電極部との間に、それぞれ異なる電位差が与えられる(請求項6)ことが好ましい。   In the present invention, the shielding member is an insulator that insulates the particle size central electrode portions from each other, and there is a different potential difference between the external electrode portion and the particle size central electrode portion. (Claim 6).

かかる発明では、外部電極部と各粒径別中心電極部との間の電位差を独立に制御することができるので、それぞれの粒径別中心電極部において分級される微粒子の粒径を独立に制御することが可能となる。   In this invention, since the potential difference between the external electrode part and each central electrode part for each particle size can be controlled independently, the particle size of the fine particles classified in each central electrode part for each particle size can be controlled independently. It becomes possible to do.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明を適用した微分型静電分級装置1の構成を示す断面図である。この微分型静電分級装置1は、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる2種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能に構成された微粒子分級装置である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a differential electrostatic classifier 1 to which the present invention is applied. This differential electrostatic classifier 1 is a single particle classifier configured to classify fine particles having two different particle sizes from fine particles floating in a gas phase at the same time. is there.

この微分型静電分級装置1は、大きく分けて、中心電極部10、外部電極部20、エアロゾル導入部30、カバー部40、ベース部50、コモンプレート60、ラミナー70を備えている。   The differential electrostatic classifier 1 is roughly provided with a center electrode part 10, an external electrode part 20, an aerosol introduction part 30, a cover part 40, a base part 50, a common plate 60, and a laminator 70.

即ち、この微分型静電分級装置1では、特定の粒径を有する帯電微粒子を分級して装置外部に導出する為の管状の特定微粒子導出管51(51a、51b)及び分級後の装置内部に滞在する余剰ガスを装置外部に排出する為の管状のエクセスガス排出管52(52a、52b)が形成されたベース部50の上面中央に、柱体形状の中心電極部10が軸合わせして嵌装され、そのベース部50の上面周縁部分には、内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部20が着装されている。この外部電極部20は、その内周側面が中心電極部10と同心となるように(より正確には、後述の第1、第2の中心電極部10a、10bの外周側面14a、14bの曲率中心が外部電極部20の内周側面の中心軸に一致するように)中心電極部10の下方領域を包囲しており、外部電極部20の内周側面と中心電極部10の外周側面との間に筒形状の粒径選別空間Sが形成されている。   In other words, in the differential electrostatic classification device 1, a tubular specific fine particle outlet tube 51 (51 a, 51 b) for classifying charged fine particles having a specific particle size and leading them out of the device and the classified device inside. The columnar-shaped center electrode portion 10 is fitted in the center of the upper surface of the base portion 50 where the tubular excess gas discharge pipe 52 (52a, 52b) for discharging surplus gas staying outside the device is formed. A surrounding external electrode portion 20 having an inner peripheral side surface formed in a cylindrical shape is attached to the peripheral portion of the upper surface of the base portion 50. The external electrode portion 20 has an inner peripheral side surface that is concentric with the central electrode portion 10 (more precisely, curvatures of outer peripheral side surfaces 14a and 14b of first and second central electrode portions 10a and 10b described later). Surrounding the lower region of the center electrode portion 10 (so that the center coincides with the central axis of the inner peripheral side surface of the outer electrode portion 20), the inner peripheral side surface of the outer electrode portion 20 and the outer peripheral side surface of the central electrode portion 10 A cylindrical particle size sorting space S is formed therebetween.

なお、中心電極部10は、特定の粒径を有する微粒子を分級して装置外部に導出する為に、外周側面にスリット状に形成された特定微粒子導出スリット部11(11a、11b)と、当該特定微粒子導出スリット部11(11a、11b)に連通するように中心電極部10の内部に穿設された管状の特定微粒子導出路12(12a、12b)とを有している。   In addition, the center electrode portion 10 classifies the fine particles having a specific particle diameter and leads them to the outside of the apparatus, and the specific particle lead slit portions 11 (11a and 11b) formed in a slit shape on the outer peripheral side surface, It has a tubular specific fine particle lead-out path 12 (12a, 12b) drilled in the center electrode portion 10 so as to communicate with the specific fine particle lead slit portion 11 (11a, 11b).

また、ベース部50に着装した外部電極部20の上面に、中心電極部10の上方領域を包囲するように、該中心電極部10の外周側面との間に上記粒径選別空間Sへ外部から供給された後述のシースガスをガイドする筒状のシースガスガイド空間S3を形成する内周側面が略円筒状に形成された包囲形状のエアロゾル導入部30を着装している。   Further, the particle size selection space S is externally provided between the upper surface of the external electrode portion 20 attached to the base portion 50 and the outer peripheral side surface of the central electrode portion 10 so as to surround the upper region of the central electrode portion 10. An enveloped aerosol introduction part 30 is mounted, in which an inner peripheral side surface forming a cylindrical sheath gas guide space S3 for guiding a supplied sheath gas, which will be described later, is formed in a substantially cylindrical shape.

なお、上記エアロゾル導入部30は、分級の対象となる何らかの粒径分布を有する帯電微粒子を含むエアロゾルガスを装置外部から装置内部に導入する為(特に、円筒形状の粒径選別空間Sに円周方向から一様に導入する為)に、導入部30の外周側面側から導入部30の内部の所定位置まで穿設された管状のエアロゾル導入管31と、そのエアロゾル導入管31と連通されて導入部30の内部にドーナツ状に形成されたエアロゾルバッファ部32と、そのエアロゾルバッファ部32と連通されて導入部30の内周側面に沿って環状に形成されたエアロゾル導入スリット部33を形成している。   The aerosol introduction unit 30 introduces an aerosol gas containing charged fine particles having a certain particle size distribution to be classified into the apparatus from the outside of the apparatus (particularly, in the cylindrical particle size selection space S, In order to introduce uniformly from the direction), a tubular aerosol introduction pipe 31 drilled from the outer peripheral side surface of the introduction part 30 to a predetermined position inside the introduction part 30, and the aerosol introduction pipe 31 communicated and introduced An aerosol buffer portion 32 formed in a donut shape inside the portion 30, and an aerosol introduction slit portion 33 that is communicated with the aerosol buffer portion 32 and formed annularly along the inner peripheral side surface of the introduction portion 30. Yes.

また、ベース部50に着装した中心電極部10の上面外周縁に形成された電極13(第1電極13a及び第2電極13bを含む)の上面と、ベース部50上の外部電極部20に着装したエアロゾル導入部30の上面とから形成される凹部に、後述のカバー部40からシースガスガイド空間S3に供給するシースガスの流れを整える為のラミナー70を嵌装し、更に嵌装したラミナー70の周縁部分をエアロゾル導入部30と挟持するように該エアロゾル導入部30の上面に、内周面がコップ形状に形成された包囲形状のカバー部40を着装している。また、そのカバー部40の上面に装置筐体の蓋となる板状のコモンプレート60を着装している。   Further, the upper surface of the electrode 13 (including the first electrode 13 a and the second electrode 13 b) formed on the outer peripheral edge of the upper surface of the center electrode unit 10 mounted on the base unit 50, and the external electrode unit 20 on the base unit 50 are mounted. The laminator 70 for adjusting the flow of the sheath gas supplied from the cover portion 40 to be described later to the sheath gas guide space S3 is fitted into the concave portion formed from the upper surface of the aerosol introduction portion 30, and the laminator 70 is further fitted. An enveloping cover portion 40 having an inner peripheral surface formed in a cup shape is attached to the upper surface of the aerosol introduction portion 30 so as to sandwich the peripheral edge portion with the aerosol introduction portion 30. In addition, a plate-like common plate 60 that serves as a lid of the apparatus housing is mounted on the upper surface of the cover portion 40.

なお、上記カバー部40は、装置内部に供給されたエアロゾルガスに一定方向(下方向)の速度を付与する為のシースガスを外部から装置内部(特に、粒径選別空間Sの上方に形成されるシースガスガイド空間S3)に供給する為に、カバー部40の外周側面側からカバー部40の内周側面まで穿設された管状のシースガス供給管41と、そのシースガス供給管41と連通されてラミナー70との間で円柱状のシースガスバッファ部42を形成している。   The cover 40 is formed from outside with a sheath gas (in particular, above the particle size selection space S) for applying a constant direction (downward) velocity to the aerosol gas supplied to the inside of the apparatus. In order to supply to the sheath gas guide space S3), a tubular sheath gas supply pipe 41 drilled from the outer peripheral side surface of the cover portion 40 to the inner peripheral side surface of the cover portion 40, and the sheath gas supply tube 41 communicate with the laminar. A cylindrical sheath gas buffer portion 42 is formed between the two and 70.

次に、上記中心電極部10について図2を加えて更に詳細に説明する。   Next, the center electrode portion 10 will be described in more detail with reference to FIG.

なお、図2(a)は右上方斜からの中心電極部10の斜視図を示し、図2(b)は微分型静電分級装置1の図1におけるB−B断面図を示し、図2(c)は中心電極部10の各構成要素の側面図を示している。   2A is a perspective view of the center electrode portion 10 viewed from the upper right oblique direction, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the differential electrostatic classifier 1 taken along line BB in FIG. (C) has shown the side view of each component of the center electrode part 10. FIG.

中心電極部10は、第1の中心電極部10a、第2の中心電極部10b、遮蔽プレート10cを備えている。この中心電極部10は、径の異なる2つの円柱をそれぞれ長手方向に切断した部分円柱形状(この場合、略半円柱形状)を有する第1の中心電極部10a及び第2の中心電極部10bによって平板状の遮蔽プレート10cを挟着した構成を有している。   The center electrode portion 10 includes a first center electrode portion 10a, a second center electrode portion 10b, and a shielding plate 10c. The center electrode portion 10 is composed of a first center electrode portion 10a and a second center electrode portion 10b each having a partial cylindrical shape (in this case, a substantially semi-cylindrical shape) obtained by cutting two cylinders having different diameters in the longitudinal direction. A flat shield plate 10c is sandwiched.

ここで、遮蔽プレート10cは、粒径選別空間Sを第1の中心電極部10a側の第1の粒径選別空間S1と、第2の中心電極部10b側の第2の粒径選別空間S2の2つの空間に区画する為の部材である。遮蔽プレート10cは、少なくともエアロゾル導入スリット部33よりも下方における粒径選別空間Sを完全に区画することができる高さ寸法及び幅寸法を有している。   Here, the shielding plate 10c includes a first particle size selection space S1 on the first center electrode portion 10a side and a second particle size selection space S2 on the second center electrode portion 10b side. It is a member for partitioning into two spaces. The shielding plate 10 c has a height dimension and a width dimension that can completely partition the particle size selection space S below at least the aerosol introduction slit portion 33.

更に、遮蔽プレート10cは、例えば、SUS316などで構成された中央プレート11cを、ABSなどで構成された2枚の絶縁性プレート12c、13cで挟んで構成している。これにより、第1の中心電極部10aと第2の中心電極部10bを電気的に絶縁し、それぞれに異なる電圧を印加することが可能になっている。   Further, the shielding plate 10c is configured, for example, by sandwiching a central plate 11c made of SUS316 or the like between two insulating plates 12c and 13c made of ABS or the like. Thereby, it is possible to electrically insulate the first center electrode portion 10a and the second center electrode portion 10b and apply different voltages to each.

第1の中心電極部10a及び第2の中心電極部10bは、第1の粒径選別空間S1及び第2の粒径選別空間S2ごとにそれぞれ異なる粒径の微粒子を分級して装置外部に導出する為の、第1の特定微粒子導出スリット部11a及び第2の特定微粒子導出スリット部11bと、それら第1の特定微粒子導出スリット部11a及び第2の特定微粒子導出スリット部11bにそれぞれ連通された第1の特定微粒子導出路12a及び第2の特定微粒子導出路12bを有している。   The first center electrode portion 10a and the second center electrode portion 10b classify fine particles having different particle diameters for each of the first particle size selection space S1 and the second particle size selection space S2 and derive them outside the apparatus. The first specific particle derivation slit portion 11a and the second specific particle derivation slit portion 11b, and the first specific particle derivation slit portion 11a and the second specific particle derivation slit portion 11b, respectively, communicated with each other. The first specific fine particle lead-out path 12a and the second specific fine particle lead-out path 12b are provided.

上記第1の特定微粒子導出スリット部11a及び第2の特定微粒子導出スリット部11bは、それぞれ異なる粒径を有する特定の微粒子を分級するために、それぞれ異なる高さ位置に形成されている。   The first specific fine particle derivation slit portion 11a and the second specific fine particle derivation slit portion 11b are formed at different height positions in order to classify specific fine particles having different particle sizes.

一般的に、この種の微分型静電分級装置では、粒径選別空間の幅寸法(中心電極部の外径と外部電極部の内径の差)、エアロゾル導入スリット部から特定微粒子導出スリット部までの高さ方向の距離、中心電極部と外部電極部との間の電位差等のパラメータによって、微粒子導出スリット部において捕捉する微粒子の粒径を調整することが可能である。   Generally, in this type of differential electrostatic classifier, the width of the particle size selection space (difference between the outer diameter of the central electrode part and the inner diameter of the external electrode part), from the aerosol introduction slit part to the specific particle outlet slit part It is possible to adjust the particle diameter of the fine particles to be captured in the fine particle derivation slit portion by parameters such as the distance in the height direction of the first electrode and the potential difference between the center electrode portion and the external electrode portion.

この点、本実施形態では、(1)第1の中心電極部10aの外径(R1)と、第2の中心電極部10bの外径(R2)をそれぞれ異なる寸法としたこと、及び、(2)エアロゾル導入部30のエアロゾル導入スリット部33から第1の特定微粒子導出スリット部11aまでの高さ方向距離(L1)と、エアロゾル導入部30のエアロゾル導入スリット部33から第2の特定微粒子導出スリット部11bまでの高さ方向距離(L2)をそれぞれ異なる寸法としたことにより、第1、第2の特定微粒子導出スリット部11a、11bにおいてそれぞれ異なる粒径の微粒子が捕捉されるようにしている。   In this regard, in the present embodiment, (1) the outer diameter (R1) of the first center electrode portion 10a and the outer diameter (R2) of the second center electrode portion 10b are set to different dimensions, and ( 2) Height direction distance (L1) from the aerosol introduction slit part 33 of the aerosol introduction part 30 to the first specific fine particle derivation slit part 11a, and the second specific fine particle derivation from the aerosol introduction slit part 33 of the aerosol introduction part 30 By setting the height direction distance (L2) to the slit portion 11b to be different dimensions, fine particles having different particle diameters are captured by the first and second specific fine particle derivation slit portions 11a and 11b. .

より具体的には、R1<R2、L1<L2のように寸法を設定することで、第1の特定微粒子導出スリット部11aにおいてより粒径の小さい微粒子が捕捉され、第2の特定微粒子導出スリット部11bにおいてより粒径の大きい微粒子が捕捉されるようにしている。   More specifically, by setting the dimensions such that R1 <R2 and L1 <L2, fine particles having a smaller particle diameter are captured in the first specific fine particle derivation slit portion 11a, and the second specific fine particle derivation slit is obtained. Fine particles having a larger particle diameter are captured in the portion 11b.

なお、厳密には、本実施形態における第1、第2の中心電極部10a、10bの外周側面14a、14bは、微分型静電分級装置1の軸(遮蔽プレートの中心位置O)を中心軸とする円柱の側面の一部を成しており、上記における第1、第2の中心電極部10a、10bの外形(R1、R2)は、外周側面14a、14bの曲率半径に相当する。即ち、第1、第2の中心電極部10a、10bは、それぞれ半径R1、R2の円柱を中心軸を含む平面で2分割し、更に、当該平面から遮蔽プレート10cの厚み(r)の1/2の厚み(1/2r)を切除した形態を成している。   Strictly speaking, the outer peripheral side surfaces 14a and 14b of the first and second center electrode portions 10a and 10b in the present embodiment are centered on the axis of the differential electrostatic classifier 1 (the center position O of the shielding plate). The outer shapes (R1, R2) of the first and second center electrode portions 10a, 10b described above correspond to the radii of curvature of the outer peripheral side surfaces 14a, 14b. In other words, the first and second center electrode portions 10a and 10b each divide a cylinder having radii R1 and R2 into two planes including the central axis, and further, from the plane, 1 / th of the thickness (r) of the shielding plate 10c. The thickness (1 / 2r) of 2 is excised.

図3は、図1に示した2点鎖線楕円部分X及び2点鎖線楕円部分Yのそれぞれの拡大図を示している。図3(a)及び図3(b)に示すように、R1、R2、L1及びL2を上記の関係に設定することにより、エアロゾル導入スリット部33から第1の特定微粒子導出スリット部11aに向かう方向が鉛直方向と成す角度が、エアロゾル導入スリット部33から第2の特定微粒子導出スリット部11bに向かう方向が鉛直方向と成す角度よりも大きくなる。このために、外部電極部20と第1、第2の中心電極部10a、10bとの電位差を同一にした場合には、この電位差による水平方向への加速が大きくなる粒径の小さい微粒子が第1の特定微粒子導出スリット部11aに捕捉され、この加速が小さくなる粒径の大きい微粒子が第2の特定微粒子導出スリット部11bに捕捉されることになる。   FIG. 3 shows enlarged views of the two-dot chain line ellipse portion X and the two-dot chain line ellipse portion Y shown in FIG. As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), by setting R1, R2, L1, and L2 to the above relationship, the aerosol introduction slit portion 33 is directed to the first specific particle outlet slit portion 11a. The angle formed by the direction with the vertical direction is larger than the angle formed by the direction from the aerosol introduction slit portion 33 toward the second specific fine particle extraction slit portion 11b with the vertical direction. For this reason, when the potential difference between the external electrode portion 20 and the first and second center electrode portions 10a and 10b is the same, fine particles having a small particle diameter that increase acceleration in the horizontal direction due to the potential difference are the first. The fine particles having a large particle diameter which are captured by the first specific fine particle derivation slit portion 11a and whose acceleration is reduced are captured by the second specific fine particle derivation slit portion 11b.

また、本実施形態の微分型静電分級装置1では、第1、第2の中心電極部10a、10bが遮蔽プレート10cにより電気的に絶縁されているために、端子部材Ta、Tb及び第1電極13a、第2電極13bを介してこれら両中心電極部10a、10bにそれぞれ異なる電圧を印加することが可能であり、それぞれへの印加電圧によって、第1、第2の特定微粒子導出スリット部11a、11bにおいて捕捉される微粒子の粒径を調整することが可能である。   Further, in the differential electrostatic classification device 1 of the present embodiment, since the first and second center electrode portions 10a and 10b are electrically insulated by the shielding plate 10c, the terminal members Ta, Tb and the first Different voltages can be applied to both the central electrode portions 10a and 10b via the electrode 13a and the second electrode 13b, and the first and second specific fine particle derivation slit portions 11a can be applied depending on the applied voltages. , 11b, the particle size of the fine particles captured can be adjusted.

図1に示すベース部50には、第1、第2の特定微粒子導出路12a、12bに連通する第1、第2の特定粒子回収部51a、51bと、第1、第2の粒径選別空間S1、S2に連通する第1、第2のエクセスガス排出管52a、52bとが形成されており、第1、第2の特定微粒子導出スリット部11a、11bで捕捉された微粒子をそれぞれ第1、第2の特定微粒子回収部51a、51bで回収して微粒子の個数濃度の計測などを行うことが可能であり、捕捉対象外の微粒子を含むエアロゾルガスは、第1、第2のエクセスガス排出管52a、52bから装置外に排出されるようになっている。   The base unit 50 shown in FIG. 1 includes first and second specific particle recovery units 51a and 51b communicating with the first and second specific particle outlet channels 12a and 12b, and first and second particle size selections. First and second excess gas discharge pipes 52a and 52b communicating with the spaces S1 and S2 are formed, and the fine particles captured by the first and second specific fine particle derivation slit portions 11a and 11b are respectively first. It is possible to measure the number concentration of the fine particles collected by the second specific fine particle collecting units 51a and 51b, and the aerosol gas containing fine particles not to be captured is discharged from the first and second excess gases. The pipes 52a and 52b are discharged out of the apparatus.

上記実施形態における微分型静電分級装置1は、例えば、第1の中心電極部10a及び第2の中心電極部10b、外部電極部20、エアロゾル導入部30、カバー部40、ラミナー70をABSなどの樹脂素材で形成し、ベース部50、コモンプレート60、第1電極13a、第2電極13bをSUS316などの金属素材で形成するとともに、第1の中心電極部10a及び第2の中心電極部10b、外部電極部20、エアロゾル導入部30の表面に金メッキ処理を施すことで必要な導通特性を付与することが可能であり、これにより、微分型静電分級装置1の製造コストの低減や製造の容易化を図ることができる。   In the differential electrostatic classification device 1 in the above embodiment, for example, the first center electrode portion 10a and the second center electrode portion 10b, the external electrode portion 20, the aerosol introduction portion 30, the cover portion 40, and the laminator 70 are ABS or the like. The base portion 50, the common plate 60, the first electrode 13a, and the second electrode 13b are formed of a metal material such as SUS316, and the first center electrode portion 10a and the second center electrode portion 10b. It is possible to impart necessary conduction characteristics by performing gold plating on the surfaces of the external electrode unit 20 and the aerosol introduction unit 30, thereby reducing the manufacturing cost and manufacturing of the differential electrostatic classification device 1. Simplification can be achieved.

以上説明した構成によれば、1種類の粒径の微粒子のみを分級する二重円筒構造の微分型静電分級装置と同様の二重構造を採用しているために、単一の装置で異なる粒径の2種類の微粒子を同時に粒径選別できる微分型静電分級装置を、上記二重円筒構造の微分型静電分級装置と同一或いは略同一のサイズで製造することが可能である。   According to the configuration described above, since a double structure similar to a differential electrostatic classifier having a double cylindrical structure that classifies only fine particles having one type of particle diameter is employed, the difference is different in a single apparatus. A differential electrostatic classifier capable of simultaneously selecting two types of fine particles having a particle size can be manufactured in the same or substantially the same size as the differential electrostatic classifier having the double cylindrical structure.

また、上記構成によれば、外部電極部をシンプルな包囲形状とし、中心電極部を2つの粒径別中心電極部と遮蔽プレートというシンプルな構成要素で形成しているために、高度な加工技術や複雑な型を要せずして製造可能な微分型静電分級装置が実現される。   In addition, according to the above configuration, since the external electrode portion has a simple surrounding shape, and the central electrode portion is formed by simple components of two particle size-specific central electrode portions and a shielding plate, advanced processing technology is used. Thus, a differential electrostatic classification device that can be manufactured without requiring a complicated mold is realized.

また、上記構成によれば、遮蔽プレートを設けたことにより、装置内部に導入した微粒子の粒径選別空間内での円周方向での運動を抑制することができるために、より精度の高い粒径選別を行うことが可能となる。   Further, according to the above configuration, since the shielding plate is provided, it is possible to suppress the movement of the fine particles introduced into the apparatus in the circumferential direction in the particle size selection space. Diameter selection can be performed.

次に、上記微分型静電分級装置1の中心電極部10の変形例について図4を用いて説明する。即ち、上記実施形態では、1つの微分型静電分級装置で粒径の異なる2種類の微粒子を同時に分級する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、中心電極部10の構成を変更することにより粒径の異なる3種類以上の微粒子を同時に分級可能な微分型静電分級装置を提供することができる。   Next, a modification of the center electrode unit 10 of the differential electrostatic classifier 1 will be described with reference to FIG. That is, in the above-described embodiment, a mode in which two types of fine particles having different particle diameters are classified simultaneously with one differential electrostatic classifier has been described. However, the present invention is not limited to this, and the center electrode portion 10 By changing the configuration, it is possible to provide a differential electrostatic classification device that can simultaneously classify three or more kinds of fine particles having different particle sizes.

図4は、1つの微分型静電分級装置で粒径の異なる3種類の微粒子を同時に分級する為の中心電極部100の構成を示している。   FIG. 4 shows a configuration of the center electrode unit 100 for simultaneously classifying three kinds of fine particles having different particle diameters with one differential electrostatic classifier.

この中心電極部100は、第1の中心電極部100aと、第2の中心電極部100bと、第3の中心電極部100dと、第1の遮蔽プレート100cと、第2の遮蔽プレート100eとを備えて構成している。   The center electrode portion 100 includes a first center electrode portion 100a, a second center electrode portion 100b, a third center electrode portion 100d, a first shielding plate 100c, and a second shielding plate 100e. It is prepared and configured.

即ち、この中心電極部100は、前述の中心電極部10と同じように、粒径選別空間Sを中心電極部ごとの個別空間に区画する為の構成を有している。具体的には、粒径選別空間Sを第1の中心電極部100a用の第1の粒径選別空間S10と、第2の中心電極部100b用の第2の粒径選別空間S20と、第3の中心電極部100d用の第3の粒径選別空間S30の3つの空間に区画することができる形状、寸法の部材として第1の遮蔽プレート100c及び第2の遮蔽プレート100eを備えている。   That is, the center electrode portion 100 has a configuration for partitioning the particle size selection space S into individual spaces for each center electrode portion, like the above-described center electrode portion 10. Specifically, the particle size selection space S includes a first particle size selection space S10 for the first center electrode portion 100a, a second particle size selection space S20 for the second center electrode portion 100b, The first shielding plate 100c and the second shielding plate 100e are provided as members having shapes and dimensions that can be divided into three spaces of the third particle size selection space S30 for the three central electrode portions 100d.

また、第1〜第3の中心電極部100a、100b及び100dは、それぞれ異なる粒径の微粒子を分級する為の第1〜第3の特定微粒子導出スリット部111a、111b及び111dと、これらにそれぞれ連通する第1〜第3の特定微粒子導出路120a、120b及び120dを備えている。   The first to third center electrode portions 100a, 100b, and 100d include first to third specific fine particle derivation slit portions 111a, 111b, and 111d for classifying fine particles having different particle sizes, respectively. First to third specific fine particle outlets 120a, 120b, and 120d that are in communication are provided.

そして、第1〜第3の中心電極部100a、100b及び100dは、その外径(R1〜R3)がそれぞれ異なる寸法とされており、更に、エアロゾル導入スリット部33から第1〜第3の特定微粒子導出スリット部111a、111b及び111dまでの高さ方向距離(L1〜L3)がそれぞれ異なる寸法となるように、第1〜第3の特定微粒子導出スリット部111a、111b及び111dは第1〜第3の中心電極部100a、100b及び100dにおけるそれぞれ異なる高さ位置に形成されている。   And the 1st-3rd center electrode part 100a, 100b, and 100d are made into the dimension from which the outer diameter (R1-R3) differs, respectively, and also from the aerosol introduction slit part 33, it is 1st-3rd specification. The first to third specific particle derivation slit portions 111a, 111b, and 111d are first to first so that the height direction distances (L1 to L3) to the particle derivation slit portions 111a, 111b, and 111d have different dimensions. 3 center electrode portions 100a, 100b and 100d are formed at different height positions.

このような構成により、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる3種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微分型静電分級装置を小型に製造することが可能である。   With such a configuration, a differential electrostatic classification device capable of simultaneously classifying fine particles having three different particle sizes from fine particles floating in the gas phase with a single device is manufactured in a small size. It is possible.

なお、図4に示す中心電極部100の例では、粒径選別空間Sを2等分した一方の空間が第2の粒径選別空間S20となり、他方の空間を更に2等分した空間が第1、第3の粒径選別空間S10、S30となる形態を示したが、粒径選別空間Sを3等分した空間が第1〜第3の粒径選別空間S10〜S30となるよう構成するなど、粒径選別空間Sの区画の態様は任意である。   In the example of the center electrode unit 100 shown in FIG. 4, one space obtained by dividing the particle size selection space S into two equal parts becomes the second particle size selection space S20, and the other space divided into two parts is the first space. The first and third particle size selection spaces S10 and S30 have been shown. The space obtained by dividing the particle size selection space S into three equal parts is configured as the first to third particle size selection spaces S10 to S30. The aspect of the partition of the particle size sorting space S is arbitrary.

また、上記した実施形態では2種類或いは3種類の粒径の微粒子を同時に分級できる微分型静電分級装置を例として示したが、中心電極部(遮蔽プレート)によって粒径選別空間Sを任意の個数に分割することで任意数の粒径の異なる微粒子を同時に分級できる微分型静電分級装置を提供することが可能であり、また、分級すべき粒径の種類が増加しても、それによって、装置サイズの大幅な増大は生じない。   In the above-described embodiment, a differential electrostatic classifier that can simultaneously classify fine particles having two or three types of particle diameters is shown as an example. However, the particle size selection space S can be arbitrarily defined by the center electrode portion (shielding plate). It is possible to provide a differential electrostatic classifier capable of classifying fine particles having an arbitrary number of different particle diameters simultaneously by dividing the number of particles, and even if the types of particle diameters to be classified increase, The device size does not increase significantly.

最後に、本発明に係わる微分型静電分級装置が実装されるDMA(Differential Mobility Analyzer)システムについて説明しておく。   Finally, a DMA (Differential Mobility Analyzer) system in which the differential electrostatic classifier according to the present invention is mounted will be described.

図5は、前述の図1で示した微分型静電分級装置が実装されるDMAシステムの一構成例を示す図である。このDMAシステム200は、気相中で所定幅(特に、ナノサイズ)の粒径分布を有して浮遊する微粒子を分級して、微粒子の粒径分布の測定を行うシステムである。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a DMA system in which the differential electrostatic classifier shown in FIG. 1 is mounted. The DMA system 200 is a system that classifies fine particles that have a particle size distribution with a predetermined width (particularly nano-size) in the gas phase and measures the particle size distribution of the fine particles.

このDMAシステム200は、例えば、前述の微分型静電分級装置1と、第1のファラデーカップ211aと第1のエレクトロメータ212aを有する第1の微粒子個数濃度計数器210aと、第2のファラデーカップ211bと第2のエレクトロメータ212bを有する第2の微粒子個数濃度計数器210bと、微粒子荷電装置220と、微粒子供給装置230と、ガス供給装置240と、第1のガス流量コントローラ250と、第2のガス流量コントローラ260と、バキュームポンプ270と、圧力コントローラ280と、第1のバルブ290aと、第2のバルブ290bと、第1の電源300aと、第2の電源300bを備えている。   The DMA system 200 includes, for example, the differential electrostatic classifier 1 described above, a first fine particle number concentration counter 210a having a first Faraday cup 211a and a first electrometer 212a, and a second Faraday cup. 211b, a second particle number concentration counter 210b having a second electrometer 212b, a particle charging device 220, a particle supply device 230, a gas supply device 240, a first gas flow rate controller 250, a second Gas flow rate controller 260, vacuum pump 270, pressure controller 280, first valve 290a, second valve 290b, first power source 300a, and second power source 300b.

即ち、このDMAシステム200は、(1)第1のガス流量コントローラ250を介して供給されるキャリアガスとなるシースガスSgを微分型静電分級装置1に供給する。   That is, the DMA system 200 supplies (1) a sheath gas Sg serving as a carrier gas supplied via the first gas flow rate controller 250 to the differential electrostatic classifier 1.

また、(2)第2のガス流量コントローラ260を介してガス供給装置240で供給されるキャリアガスにより微粒子供給装置230で供給されるエアロゾルガスAg(粒径分布の測定対象となる微粒子を含む自動車の排気ガスなど)を微粒子荷電装置220に搬送させ、この微粒子荷電装置220において、アメリシウム241などの放射線源から照射されるα線やコロナ放電器などによって生成されたコロナイオン等によってエアロゾルガスAgに含まれる微粒子を予め帯電させ、帯電させた帯電微粒子を微分型静電分級装置1に供給する。   Also, (2) an aerosol gas Ag (automobile including fine particles to be measured for particle size distribution) supplied by the fine particle supply device 230 by a carrier gas supplied by the gas supply device 240 via the second gas flow rate controller 260 In the fine particle charging device 220, and in the fine particle charging device 220, the aerosol gas Ag is generated by alpha rays emitted from a radiation source such as americium 241, corona ions generated by a corona discharger, and the like. The contained fine particles are charged in advance, and the charged charged fine particles are supplied to the differential electrostatic classifier 1.

(3)微分型静電分級装置1は、導入されたエアロゾルガスAgに含まれる帯電微粒子の中から特定の粒径を有する微粒子を分級して微粒子個数濃度計数器210(210a、210b)に導出する。即ち、第1の粒径選別空間S1で選別した特定サイズの微粒子を、第1の特定微粒子導出スリット11a及び第1の特定微粒子導出路12aを介して第1の微粒子個数濃度計数器210aに導出するとともに、第2の粒径選別空間S2で選別した特定サイズの微粒子を、第2の特定微粒子導出スリット11b及び第2の特定微粒子導出路12bを介して第2の微粒子個数濃度計数器210bに導出する。これにより、第1の微粒子個数濃度計数器210a及び第2の微粒子個数濃度計数器210bを用いて2種類の微粒子の濃度分布を同時に測定することが可能である。   (3) The differential electrostatic classifier 1 classifies fine particles having a specific particle size from among the charged fine particles contained in the introduced aerosol gas Ag and derives them to the fine particle number concentration counter 210 (210a, 210b). To do. That is, fine particles of a specific size selected in the first particle size selection space S1 are derived to the first fine particle number concentration counter 210a via the first specific fine particle extraction slit 11a and the first specific fine particle extraction path 12a. At the same time, fine particles of a specific size selected in the second particle size selection space S2 are sent to the second fine particle number concentration counter 210b via the second specific fine particle extraction slit 11b and the second specific fine particle extraction path 12b. To derive. Accordingly, it is possible to simultaneously measure the concentration distribution of two kinds of fine particles using the first fine particle number concentration counter 210a and the second fine particle number concentration counter 210b.

(4)微分型静電分級装置1は、装置内のエクセスガスEgを装置外部に排出する。即ち、この場合では、第1の粒径選別空間S1におけるエクセスガスEgを、ベース部50の第1のエクセスガス排出管52aを介して装置外部に排出するとともに、第2の粒径選別空間S2におけるエクセスガスEgを、ベース部50の第2のエクセスガス排出管52bを介して装置外部に排出する。   (4) The differential electrostatic classification device 1 discharges excess gas Eg in the device to the outside of the device. That is, in this case, the excess gas Eg in the first particle size sorting space S1 is discharged to the outside of the apparatus through the first excess gas discharge pipe 52a of the base portion 50, and the second particle size sorting space S2 is used. The excess gas Eg is discharged to the outside of the apparatus through the second excess gas discharge pipe 52b of the base portion 50.

なお、微分型静電分級装置1のエクセスガスEgの排気側には、圧力コントローラ9を配置し、微分型静電分級装置1内の圧力を制御している。また、第1、第2のファラデーカップ211a、211bのそれぞれの排気側に、第1、第2のバルブ290a、290bをそれぞれ配置し、両ファラデーカップ内の圧力を制御している。   A pressure controller 9 is disposed on the exhaust side of the excess gas Eg of the differential electrostatic classifier 1 to control the pressure in the differential electrostatic classifier 1. In addition, first and second valves 290a and 290b are arranged on the exhaust sides of the first and second Faraday cups 211a and 211b, respectively, to control the pressure in both Faraday cups.

このようなDMAシステム200に本発明に係る微分型静電分級装置1を適用することにより、2つの(或いは3以上の)粒径領域において測定対象ガスに含まれる微粒子の粒径分布(粒径と個数濃度との関係)を同時に測定することが可能になる。具体的には、各中心電極部に印加する電圧を個別にスキャンすることで、例えば、一方の微粒子個数濃度計測器210aでは5〜50nmなどの小さい粒径領域における粒径分布を測定し、他方の微粒子個数濃度計数器210bでは50〜500nmなどの大きい粒径領域における粒径分布を測定することができる。   By applying the differential electrostatic classifier 1 according to the present invention to such a DMA system 200, the particle size distribution (particle size) of the fine particles contained in the measurement target gas in two (or more) particle size regions. And the number concentration) can be measured simultaneously. Specifically, by individually scanning the voltage applied to each center electrode portion, for example, one particle number concentration measuring instrument 210a measures the particle size distribution in a small particle size region such as 5 to 50 nm, and the other In the fine particle number concentration counter 210b, the particle size distribution in a large particle size region such as 50 to 500 nm can be measured.

或いは、各粒径別中心電極部に印加する電圧を固定した測定を行うことも可能である。この場合には、一方の微粒子個数濃度計測器210aでは10nmなどの特定の粒径の微粒子濃度を所定時間に渡って継続的に測定し、他方の微粒子個数濃度計測器210bでは200nmなどの他の特定の粒径の微粒子濃度を所定時間に渡って継続的に測定することができる。従って、例えば、加速などの運転条件によって過渡的に粒子分布が変化するような自動車排気ガスのnuclei mode粒子とaccumulation mode粒子の個数基準濃度の過渡応答の測定などを容易化することができる。   Alternatively, it is also possible to perform measurement with a fixed voltage applied to each particle size center electrode. In this case, the fine particle number concentration measuring device 210a continuously measures the concentration of fine particles having a specific particle size such as 10 nm over a predetermined time, and the other fine particle number concentration measuring device 210b measures another concentration such as 200 nm. The concentration of fine particles having a specific particle diameter can be continuously measured over a predetermined time. Therefore, for example, it is possible to facilitate the measurement of the transient response of the number-based concentration of nuclei mode particles and accumulation mode particles of automobile exhaust gas whose particle distribution changes transiently depending on operating conditions such as acceleration.

本発明の微粒子分級装置、又はこれを用いたDMAシステム200によれば、自動車の排気ガス、市街地の大気、半導体などの精密機器の製造工場内の雰囲気等、様々な測定対象ガスから複数種類の粒径の微粒子の分級を行い、又はその効率的な微粒子濃度の測定を行うことが可能である。   According to the fine particle classifying apparatus of the present invention or the DMA system 200 using the same, a plurality of types of gas from various measurement target gases such as automobile exhaust gas, urban air, atmosphere in a manufacturing factory of precision equipment such as semiconductors, etc. It is possible to classify fine particles having a particle size or to measure the concentration of the fine particles efficiently.

以上、例示的な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態により限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の変更、改変を行うことが可能である。   The present invention has been described based on the exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications can be made within the scope of the claims. is there.

例えば、上記実施形態では、複数の粒径別中心電極部のそれぞれが電気的に絶縁されており、それぞれに異なる電圧を印加できる構成が採用されているために、分級される微粒子の粒径を各粒径別中心電極部に印加する電圧によって調整することが可能な微分型静電分級装置を例として説明したが、各粒径別中心電極部の絶縁は本発明の本質ではなく、全ての粒径別中心電極部又はその一部を相互に電気的に導通させて構成することも可能である。   For example, in the above embodiment, since each of the plurality of center electrode parts by particle size is electrically insulated and a different voltage can be applied to each, the particle size of fine particles to be classified is set. Although the differential electrostatic classifier that can be adjusted by the voltage applied to each particle size center electrode portion has been described as an example, the insulation of each particle size center electrode portion is not the essence of the present invention, It is also possible to configure such that the central electrode part by particle size or a part thereof is electrically connected to each other.

また、上記実施形態では、ベース部に、遮蔽プレートで仕切られる個別空間ごとにエクセスガスを排出する為のエクセスガス排出管を複数形成する形態について示したが、全ての個別空間又はその一部のエクセスガス排出管を共用とすることも可能である。   In the above embodiment, a plurality of excess gas discharge pipes for discharging excess gas are formed in the base portion for each individual space partitioned by the shielding plate. It is also possible to share the excess gas discharge pipe.

また、上記実施形態では、個別部品からなるベース部50、外部電極部20、エアロゾル導入部などを組み立てる形態について示したが、これ以外にも、例えば、簡単且つ安価に製造できるのであれば、ベース部50、外部電極部20、エアロゾル導入部30のいずれか或いは全てを一体成型するようにしても良い。   Further, in the above-described embodiment, the base part 50, the external electrode part 20, and the aerosol introduction part made up of individual parts have been described. However, other than this, for example, if the base part 50 can be manufactured easily and inexpensively, the base part Any or all of the part 50, the external electrode part 20, and the aerosol introduction part 30 may be integrally formed.

また、上記実施形態における微分型静電分級装置の外観形状(図5に示す直方体形状)は単なる例として記載したものであり、これ以外にも、例えば、円柱形状、樽形状、瓢箪形状等のその他の形状であっても良く、本発明はこれらにおいて上記実施形態と異なる外観形状を有する微分型静電分級装置を除外するものではない。   Moreover, the external appearance shape (cuboid shape shown in FIG. 5) of the differential electrostatic classifier in the above embodiment is described as an example only, and other than this, for example, a cylindrical shape, a barrel shape, a bowl shape, etc. Other shapes may be used, and the present invention does not exclude a differential electrostatic classifier having an appearance shape different from that of the above embodiment.

本発明を適用した微分型静電分級装置の断面図である。It is sectional drawing of the differential electrostatic classification apparatus to which this invention is applied. 図1の中心電極部の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the center electrode part of FIG. 図1の所定部分の拡大の様子を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the mode of expansion of the predetermined part of FIG. 図1及び図2の中心電極部の一変形例の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the modification of the center electrode part of FIG.1 and FIG.2. 本発明を適用した微分型静電分級装置が実装されるDMAシステムの構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the DMA system by which the differential electrostatic classification device to which this invention is applied is mounted.

符号の説明Explanation of symbols

1…微分型静電分級装置
10…中心電極部
10a…第1の中心電極部
11a…第1の特定微粒子導出スリット部
12a…第1の特定微粒子導出路
13a…第1電極
10b…第2の中心電極部
11b…第2の特定微粒子導出スリット部
12b…第2の特定微粒子導出路
13b…第2電極
10c…遮蔽プレート
11c…中央プレート
12c、13c…絶縁性プレート
20…外部電極部
30…エアロゾル導入部
31…エアロゾル導入管
32…エアロゾルバッファ部
33…エアロゾル導入スリット部
34…内周側面
40…カバー部
41…シースガス供給管
42…シースガスバッファ部
50…ベース部
51a…第1の特定微粒子回収部
51b…第2の特定微粒子回収部
52a…第1のエクセスガス排出管
52b…第2のエクセスガス排出管
60…コモンプレート
70…ラミナー
S…粒径選別空間
S1…第1の粒径選別空間
S2…第2の粒径選別空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Differential electrostatic classification apparatus 10 ... Center electrode part 10a ... 1st center electrode part 11a ... 1st specific particle derivation | leading-out slit part 12a ... 1st specific particle derivation | leading path 13a ... 1st electrode 10b ... 2nd Central electrode portion 11b ... second specific particle outlet slit portion 12b ... second specific particle outlet passage 13b ... second electrode 10c ... shielding plate 11c ... center plate 12c, 13c ... insulating plate 20 ... external electrode portion 30 ... aerosol Introduction part 31 ... Aerosol introduction pipe 32 ... Aerosol buffer part 33 ... Aerosol introduction slit part 34 ... Inner peripheral side surface 40 ... Cover part 41 ... Sheath gas supply pipe 42 ... Sheath gas buffer part 50 ... Base part 51a ... First specific particulate collection Part 51b ... Second specific particulate collection part 52a ... First excess gas discharge pipe 52b ... Second excess gas discharge pipe 60 ... Common Rate 70 ... laminar S ... grain 径選 another space S1 ... first particle 径選 another space S2 ... second particle 径選 by space

Claims (6)

内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部と、
前記外部電極部の内周側面と同心に配置された中心電極部と、
前記中心電極部の外周側面と前記外部電極部の内周側面との間に形成される粒径選別空間とを備え、
前記粒径選別空間の上方位置に形成された微粒子導入スリットを介して、装置外部から多数の帯電微粒子が前記粒径選別空間に導入されるとともに、前記微粒子導入スリットの上方位置に形成されたシースガス供給部を介して、装置外部から前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を下方向に移動させるようシースガスが前記粒径選別空間に供給され、前記中心電極部と前記外部電極部との間に、前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を前記内周側面から前記外周側面側へ移動させるよう所定電圧が印加された場合に、前記粒径選別空間に導入された前記帯電微粒子の中から特定の粒径を有する帯電微粒子を、前記外周側面に形成された微粒子導出スリットにおいて捕捉する微粒子分級装置であって、
前記中心電極部が、上下面が扇形形状である部分円柱形状の複数の粒径別中心電極部と、前記粒径選別空間を前記各粒径別中心電極部ごとの複数の粒径別選別空間に区画する遮蔽部材とを有しており、
前記粒径別中心電極部のそれぞれに、前記微粒子導出スリットが個別に形成されていることを特徴とする微粒子分級装置。
A surrounding external electrode portion having an inner peripheral side surface formed in a cylindrical shape;
A central electrode portion disposed concentrically with an inner peripheral side surface of the external electrode portion;
A particle size selection space formed between the outer peripheral side surface of the center electrode portion and the inner peripheral side surface of the external electrode portion,
A large number of charged fine particles are introduced into the particle size selection space from the outside of the apparatus through a particle introduction slit formed above the particle size selection space, and a sheath gas is formed above the particle introduction slit. A sheath gas is supplied to the particle size selection space through the supply unit so as to move the charged fine particles introduced into the particle size selection space from the outside of the apparatus downward, and between the center electrode portion and the external electrode portion. In addition, when a predetermined voltage is applied to move the charged fine particles introduced into the particle size selection space from the inner peripheral side surface to the outer peripheral side surface, the charged fine particles introduced into the particle size selection space A fine particle classifying device that captures charged fine particles having a specific particle diameter in a fine particle outlet slit formed on the outer peripheral side surface,
The center electrode part is a plurality of partial columnar center electrode parts each having a cylindrical shape whose upper and lower surfaces are fan-shaped, and the particle size selection space is a plurality of particle size selection spaces for each particle diameter center electrode part. And a shielding member partitioned into
The fine particle classifying apparatus, wherein the fine particle derivation slits are individually formed in each of the particle size-specific center electrode portions.
前記各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の微粒子分級装置。   2. The fine particle classifying apparatus according to claim 1, wherein each of the central electrodes for each particle diameter is formed to have a different outer diameter. 前記微粒子導出スリットが、それぞれ前記中心電極部の外周側面における異なる高さに形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の微粒子分級装置。   The fine particle classification apparatus according to claim 1 or 2, wherein the fine particle extraction slits are formed at different heights on the outer peripheral side surface of the central electrode portion. 前記微粒子導入スリットは、前記外部電極部の内周側面に沿った円環状の形態を成しており、
前記微粒子導出スリットは、それぞれが形成される前記各粒径別中心電極部の外周側面に沿った円弧状の形態を成していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
The fine particle introduction slit has an annular shape along the inner peripheral side surface of the external electrode portion,
The said fine particle extraction slit has comprised the circular arc form along the outer peripheral side surface of the said center electrode part according to each said particle size in which each is formed, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The fine particle classifier described.
前記遮蔽部材により区画された前記各粒径別空間ごとに、エクセスガスを外部に排出するエクセスガス排出部が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。   The excess gas discharge part which discharges | emits excess gas outside is formed for every said particle size space divided by the said shielding member, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Fine particle classifier. 前記遮蔽部材は、前記各粒径別中心電極部を相互に絶縁する絶縁体であり、
前記外部電極部と前記各粒径別中心電極部との間に、それぞれ異なる電位差が与えられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
The shielding member is an insulator that mutually insulates the central electrode parts according to the respective particle sizes,
6. The fine particle classifier according to claim 1, wherein different potential differences are provided between the external electrode part and the central electrode part for each particle diameter.
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