JP5805731B2 - 粒子分離装置、及びそれを備えた微粒子測定器 - Google Patents

Description

本発明は、粒子分離装置、及びそれを備えた微粒子測定器に関する。

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

図８は、特許文献１に開示された分離方法を示す概略説明図である。図８に示されるように、特許文献１の分離方法では、分岐路１３において、主流１１と支流１２とを逆方向に配列し、浮遊粒子を含む含粒子流体１５を支流１２側へ傾斜した流入路１６を通ってノズル部１７を経て導入する。主流１１及び支流１２は、ポンプや測定器等によって吸引される吸気路を通る。主流１１と支流１２とで吸引されることによって、含粒子流体１５は、流入路１６を通して系内に導入される。

系内に導入された含粒子流体１５は、ノズル部１７において加速され、粗大粒子１１０は慣性力が大きいので主流１１に乗せて主吸引路１１２から除去される。また、微小粒子１８は慣性力が小さいので、分岐路１３にて反転して逆方向の支流１２に乗せて支吸引路１１４へ送り込むようになっている。これによって、含粒子流体１５に含まれる微小粒子１８及び粗大粒子１１０が分離されることになる。特許文献１の分離方法では、主流１１及び支流１２の流量調整、またはサンプリング管１１６のような可動部材の上下移動でノズル部１７の全長とその間隔を調整することによって、粒子の分級特性を変えることができる。

特開２００４−８９８９８号公報（２００４年 ３月２５日公開）

特許文献１に記載された装置は、粗大粒子１１０を吸引する主吸引路１１２と微小粒子１８を吸引する支吸引路１１４とが完全に独立して、互いに正反対の方向に伸びた構成になっている。このような構成では、主吸引路１１２及び支吸引路１１４それぞれに対して、別個にファンなどの駆動源を設けて排気する必要がある。このため、特許文献１の装置は、大型化するうえに、コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、小型であり、かつ安価な粒子分離装置、及びそれを備えた微粒子測定器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る粒子分離装置は、外部から気体を導入する導入流路と、導入流路における外部と反対側の末端にある分岐部にて分岐した主流路及び支流路と、上記主流路及び上記支流路に連結し気体を外部へ排出する排出路と、を有する気体流路と、上記導入流路から上記主流路及び上記支流路を介して上記排出路へ向かう気流を発生させる、１つの流体駆動部と、を備え、上記導入流路から導入される気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、上記主流路及び上記支流路へ分離する粒子分離装置であって、上記排出路には、上記主流路から排出される主流と上記支流路から排出される支流とを仕切る仕切板が設けられていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、小型であり、かつ安価な粒子分離装置を提供できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る微粒子測定器の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る微粒子測定器内に形成された気体流路の概略構成を示した断面図である。 導入流路を通して系内へ導入された含粒子流体の分岐部における分粒の状態を模式的に示した断面図である。 排出流路に仕切板がない場合における微粒子測定器内の主流及び支流の状態を説明するための断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態３に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態４に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。 特許文献１に開示された分離方法を示す概略説明図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る微粒子測定器１０の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る微粒子測定器１０は、外部から気体（例えば空気）を吸引し、該気体に含まれる所望粒径の微粒子の量を測定するものである。

図１に示されるように、本実施形態に係る微粒子測定器１０は、センサ１（測定部）と、吸気部２と、分粒部３と、ファン４（流体駆動部）と、を備えている。微粒子測定器１０は、単一の流体駆動部としてのファン４を駆動することによって、吸気部２から外部の空気を導入するようになっている。微粒子測定器１０内に導入された空気は、装置内に形成された気体流路を通過して、ファン４を介して外部へ排出される。センサ１は、微粒子測定器１０内に形成された気体流路の途中に設けられており、通過する空気中に含まれる微粒子の量を測定する。

図２は、微粒子測定器１０内に形成された気体流路の概略構成を示した断面図である。図２に示されるように、微粒子測定器１０内に形成された気体流路は、導入流路５ａと、主流路５ｂと、支流路５ｃと、排出路５ｄとから構成されている。

導入流路５ａは、吸気部２に形成されており、外部から気体（空気）を導入するための流路である。主流路５ｂ及び支流路５ｃは、導入流路５ａにおける外部と反対側の末端である分岐部Ａにて分岐した流路である。また、排出路５ｄは、主流路５ｂ及び支流路５ｃに連結しており、気体を外部へ排出するための流路である。

微粒子測定器１０における粒子分離装置は、ファン４、及び導入流路５ａと主流路５ｂと支流路５ｃと排出路５ｄとから構成された気体流路を備えている。そして、ファン４を駆動源として、導入流路５ａから導入された気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、分岐部Ａにおいて主流路５ｂ及び支流路５ｃへ分離する。導入流路５ａから導入された気体に含まれる粒子の分離（分粒）の原理については、後述する。

微小粒子を測定する測定部としてのセンサ１は、支流路５ｃの途中に設けられており、支流路５ｃを通過する気体中の微小粒子の量を測定する。このセンサ１は、例えば、通過する気流中の微粒子に光を照射し、微粒子から散乱した光を検出する（すなわち光散乱法）によって、気体中の微小粒子の量を測定するものである。また、センサ１は、光散乱法に限らず、重量法によって気体中の微小粒子の量を測定するものであってもよい。また、微小粒子を測定する測定部は、センサ１に限定されず、例えば、微小粒子を捕集するフィルターを備え、フィルターによって捕集された微小粒子を測定するものであってもよい。

ファン４は、ただ１つ設けられおり、導入流路５ａから主流路５ｂ及び支流路５ｃを介して排出路５ｄへ向かう気流を発生させる流体駆動部として機能する。ファン４における気体吸入面４ａは、排出路５ｄと接続している。本実施形態における流体駆動部は、図２に示されるファン４に限定されず、導入流路５ａから主流路５ｂ及び支流路５ｃを介して排出路５ｄへ向かう気流を発生させることが可能なものであればよい。例えば、流体駆動部は、ポンプであってもよい。

図２に示されるように、ファン４の駆動によって、浮遊粒子を含んだ空気の流体（以下、含粒子流体と記す）は、支流路５ｃ側へ傾斜した導入流路５ａを通って、微粒子測定器１０内に導入される（気流７ａ）。導入流路５ａは、気流７ａの方向に対して垂直な断面形状において、分岐部Ａへ向かうに従い、流路が取り囲む面積（流路を構成する側壁によって囲まれた面積ともいう。以下、流路断面積と記す）が小さくなる構成になっている。それゆえ、導入流路５ａに導入された含粒子流体は、気流７ａに沿って、分岐部Ａに向かうに従い加速することになる。それゆえ、導入流路５ａは、流体加速部ともいう。

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

微粒子測定器１０において、系内へ吸引された含粒子流体は、気流７ａが分岐部Ａにおいて主流７ｂ及び支流７ｃに分岐したときに、所望粒径の微小粒子８ｂを含む含粒子流体と所望粒径以外の粗大粒子８ａを含む含粒子流体とに分粒される。このとき、主流７ｂには、所望粒径以外の粗大粒子８ａを含む含粒子流体が含まれる。一方、支流７ｃには、所望粒径の微小粒子８ｂを含む含粒子流体が含まれる。

図３は、導入流路５ａを通して系内へ導入された含粒子流体の分岐部Ａにおける分粒の状態を模式的に示した断面図である。

図３に示されるように、ファン４によって系内に吸引された含粒子流体は、導入流路５ａの分岐部Ａへ向かうに従い加速する。分岐部Ａにおいて、含粒子流体に含まれる粒子が周囲の気流７ａに沿った主流７ｂに沿って運動するか否かは、ストークスの式より、粒子の密度、直径、速度に依存する。同一成分の粒子であれば、含粒子流体に含まれる粒子は、粒径が大きいほど、低い速度で含粒子流体の運動から外れる。このため、粒径が比較的大きい粗大粒子８ａは、慣性力が大きいので、主流７ｂに乗せて主流路５ｂから排出路５ｄへ排出され、支流７ｃ側へ入り込みにくくなる。一方、粒径が比較的小さい微小粒子８ｂは、慣性力が小さい。それゆえ、微小粒子８ｂの移動は、含粒子流体の粘性によって支配される。このため、微小粒子８ｂは、主流７ｂ及び主流７ｂと逆方向の支流７ｃに乗せて、主流路５ｂ及び支流路５ｃへ送り込まれる。このように、分岐部Ａにおける粒子の速度によって特定粒径以下の粒子のみを支流７ｃへ導くことが可能になる。

このように、本実施形態に係る微粒子測定器１０では、上述の流路構成及びファン４の配置などによって、ファン４によって吸引される含粒子流体に含まれる粗大粒子８ａは、分岐部Ａにおいて主流路５ｂと逆方向に延びた支流路５ｃへ混入しないようになっている。一方、微小粒子８ｂは、主流路５ｂ及び支流路５ｃの両方に存在する。

図２に示すように、支流路５ｃへ送り込まれた、微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、支流７ｃに乗って、センサ１を通過する。このようにセンサ１を通過することによって、含粒子流体に含まれる微小粒子８ｂの量が測定される。

センサ１から流出した、微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、排出路５ｄへ向かって流出することになる。ここで、導入流路５ａ、主流路５ｂ、及びファン４は、略同一方向に配列して設けられている。このような構成とすることによって、粗大粒子８ａは、支流路５ｃへ逆流することなく、主流路５ｂへ分岐後、排出路５ｄを介して外部へ排出されやすくなる。それゆえ、測定対象でない粗大粒子８ａを、効率的に除去することができる。

このように、図２に示される含粒子流体の気流において、粗大粒子８ａを含む、含粒子流体の主流７ｂは、分岐部Ａから、下側に配された排出路５ｄへ向かって最短距離になるように延びる主流路５ｂを通って、排出路５ｄから排出される。一方、微小粒子８ｂを含む、含粒子流体の支流７ｃは、分岐部Ａから、主流路５ｂと逆方向に延びセンサ１を介して迂回して排出路５ｄに合流する支流路５ｃを通って、排出路５ｄから排出される。そして、このように分岐部Ａにて粗大粒子８ａ及び微小粒子８ｂが分粒されるので、外部から吸引された含粒子流体のうち、粗大粒子８ａを含む含粒子流体は、センサ１を通過することなく外部へ排出される。一方、微小粒子８ｂを含む含粒子流体は、センサ１にて量が測定された後、外部へ排出されることになる。

このように、本実施形態に係る微粒子測定器１０においては、外部から吸引される含粒子流体の気流７ａを、分岐部Ａにおいて主流７ｂ及び支流７ｃに分岐し、この分岐に際し、粗大粒子８ａ及び微小粒子８ｂの分粒を行っている。さらに、主流７ｂ及び支流７ｃを１つの排出路５ｄにて合流させて外部へ排出している。また、主流７ｂ及び支流７ｃの分岐は、単一の流体駆動源であるファン４によって実現されている。そして、支流路５ｃの途中にセンサ１を設けたことによって、支流７ｃの含粒子流体中の微小粒子８ｂの量を測定している。

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

ここで、主流路５ｂの主流７ｂの流速と支流路５ｃの支流７ｃの流速とは、非常にシビアな調整が必要である。例えば、主流７ｂの流速が最適値よりも大きく、支流７ｃの流速が最適値よりも小さい場合、主流路５ｂ側に、粗大粒子８ａのみならず微小粒子８ｂの大半が流れてしまう。その結果、支流路５ｃ側へ流れる微小粒子８ｂの量が僅少となるため、好適に、粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとを分別することができない。反対に、主流７ｂの流速が最適値よりも小さく、支流７ｃの流速が最適値よりも大きい場合、粗大粒子８ａの一部が支流路５ｃ側へ流れてしまい、やはり好適に、粗大粒子８ａと微小粒子８ｂとを分別することができない。主流７ｂの流速及び支流７ｃの流速はそれぞれ、主流路５ｂ及び支流路５ｃの流路抵抗とファン４の排気速度によって決定される。このうち、流路抵抗は、主流路５ｂ及び支流路５ｃの形状によって決定される値であり、流路形状を変更しない限り調整することができない。一方、排気速度は、ファン４の出力の調整によってのみ、調整可能な値であり、比較的調整が容易である。このため、特許文献１の技術のように、主吸引路１１２及び支吸引路１１４に対し個別のファンによって排気する構成では、主吸引路１１２及び支吸引路１１４それぞれにおける流体の流速の調整は、容易に行うことができる（図７参照）。これに対して、微粒子測定器１０では、単一のファン４によって主流路５ｂ及び支流路５ｃの両方を排気するので、ファン４の出力によってそれぞれの流路における排気速度（すなわち主流７ｂ及び支流７ｃの流速）を自由に調整することができないという課題が残されている。

また、主流７ｂ及び支流７ｃの流速に対しファン４の排気速度を十分に活かすためには、ファン４における気体吸入面４ａの面積を可能な限り広くし、排気に利用する形態とすることが望ましい。このような形態をとるために、微粒子測定器１０では、主流路５ｂと支流路５ｃとを途中で合流させた合流流路（排出路５ｄ）をファン４に接続した構成となっている。このような構成において、ファン４の気体吸入面４ａが塞がれている場合、抵抗が大きくなりファン４の駆動源としての性能を十分に発揮することができない。それゆえ、ファン４の性能を十分に発揮するため、微粒子測定器１０では、ファン４における吸気側の真上の部分に、気体吸入面４ａと同程度の面積を有する空間を設けている。すなわち、気体吸入面４ａと排出路５ｄとにより形成された空間を確保している。主流７ｂ及び支流７ｃは、気体吸入面４ａと排出路５ｄとにより形成された空間を通って外部に排出される。

ここで、図２に示されるように、微粒子測定器１０では、支流路５ｃの流路長は、主流路５ｂの流路長よりも長くなっている。このため、主流７ｂよりも支流７ｃの方が、流路抵抗が大きくなっている。それゆえ、図３に示されるように、主流７ｂ及び支流７ｃが合流する排出路５ｄでは、主流７ｂの方が、支流７ｃよりも流速が大きいため、乱流が発生する。その結果、排出路５ｄにおいて、主流７ｂに含まれる粗大粒子８ａの一部が支流路５ｃ側へ逆流するおそれがある。

そこで、本実施形態に係る微粒子測定器１０では、図２に示されるように、排出路５ｄに、主流路５ｂから排出される主流７ｂと、支流路５ｃから排出される支流７ｃとを仕切る仕切板６が設けられている。この仕切板６は、排出路５ｄの中央に設けられている。すなわち、仕切板６によって区切られた気体吸入面４ａの面積が、主流路５ｂ側と支流路５ｃ側とにおいて同じになっている。この仕切板６によって、主流７ｂと支流７ｃとの合流が防止される。その結果、主流路５ｂと支流路５ｃとの間にて粒子の逆流を防止することができる。

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

また、仕切板６の角度や厚さは、主流路５ｂ側と支流路５ｃ側との間で異なっていてもよい。また、図３に示された構成では、仕切板６は、平板形状である。しかし、仕切板６の形状は、主流７ｂと支流７ｃとの合流を防止する構成であれば、平板形状に限定されず、曲面を有する形状であってもよい。さらには、仕切板６は、排出路５ｄにおける支流７ｃの出口部分を囲うような構造であってもよい。

また、本実施形態に係る微粒子測定器１０において、粗大粒子８ａを含む含粒子流体の主流７ｂが通る主流路５ｂは、下側に配された排出路５ｄへ向かって最短距離になるように延びて、排出路５ｄに連結する。一方、微小粒子８ｂを含む含粒子流体の支流７ｃが通る支流路５ｃは、分岐部Ａから、主流路５ｂと逆方向に延びセンサ１を介して迂回して排出路５ｄに連結する。

このように、本実施形態に係る微粒子測定器１０において、主流路５ｂは、ファン４によって直接主流７ｂを外部へ排出するため、流路長が比較的短くなっている。一方、支流路５ｃは、途中にセンサ１が設けられており、支流７ｃがセンサ１を通過するように構成されているため、流路長が比較的長くなっている。微粒子測定器１０は、支流路５ｃの途中にセンサ１を備え、かつただ１つのファン４を流体駆動源としているため、支流路５ｃの流路長が主流路５ｂの流路長よりも長くなった構成となる。このように、支流路５ｃの流路長が主流路５ｂの流路長よりも長くなることによって、支流路５ｃにおける支流７ｃの流路抵抗が全体として大きくなり、分岐部Ａでの支流７ｃの流速を低くすることができる。

また、本実施形態に係る微粒子測定器１０において、分岐部Ａでの支流路５ｃの入口の位置は、センサ１の位置よりも重力方向の下側に配されている。この場合、分岐部Ａにおいて分岐した支流７ｃの方向は、重力方向と反対側の方向になる。

センサ１は、ＰＭ２．５等の微小粒子８ｂを測定対象としている。導入流路５ａから流入する含粒子流体の気流７ａには、微小粒子８ｂの他に、ほこり等の粗大粒子８ａが含まれる。粗大粒子８ａは、慣性力によって直進運動し、排出路５ｄから外部へ排出される。ここで、ほこり等の粗大粒子８ａは、自重によって自然沈降の影響が大きいため、分岐部Ａでの支流路５ｃの入口の位置を、センサ１の位置よりも重力方向の下側に配することによって、粗大粒子８ａのセンサ１への誤混入を確実に防止することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５の（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。

本実施形態に係る微粒子測定器１０Ａは、仕切板６Ａの位置または形状が可変する点が、上記実施形態１と異なる。図５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、仕切板６Ａは、ファン４の気体吸入面４ａの面内方向に移動可能になるように構成されている。そして、仕切板調整機構６１（調整機構）は、仕切板６Ａに接続し、仕切板６Ａの位置または形状を変更する。仕切板調整機構６１が、仕切板６Ａの位置または形状を変更することによって、仕切板６Ａによって区切られた気体吸入面４ａにおける、主流７ｂが通過する面積と支流７ｃが通過する面積との比率を調節することが可能になる。例えば、支流７ｃの流速を増加させ主流７ｂの流速を減少させる場合、仕切板調整機構６１は、支流７ｃが通過する面積が、主流７ｂが通過する面積よりも大きくなるように、仕切板６Ａの位置または形状を変化させる。このように本実施形態に係る微粒子測定器１０Ａによれば、比較的単純な構成によって、主流７ｂ及び支流７ｃの流速を調整することが可能になる。

そして、このように仕切板６Ａの位置または形状を変化させることによって、主流７ｂ及び支流７ｃの抵抗が変化し、導入流路５ａに導入される気流７ａの流速、並びに分岐部Ａにおける主流７ｂ及び支流７ｃの流速が変化する。このため、センサ１に流入する支流７ｃに含まれる微小粒子８ｂの粒度分布を変化させることができる。仕切板６Ａの位置とセンサ１に流入する微小粒子８ｂの粒度分布との関係を示すデータを予め測定ことによって、ファン４の出力を変化させることなく測定対象の微小粒子８ｂの粒度分布を変化させることができる。

以上のように、本実施形態に係る微粒子測定器１０Ａによれば、主流７ｂ及び支流７ｃそれぞれの流速を容易に調整可能とするとともに、主流路５ｂと支流路５ｃとの間にて粒子の逆流を防止することができる。

なお、仕切板６Ａの位置または形状の変更は、単に仕切板６Ａの手動による差し替えによって実現してもよいし、仕切板調整機構６１のような駆動系によって実現してもよい。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図６の（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図６の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。

本実施形態に係る微粒子測定器１０Ｂは、排出路５ｄにおける、仕切板６Ｂによって仕切られた２つの空間の連通及び分離を切り替える仕切板切替機構６２（切替機構）を備えた点が、上記実施形態１と異なる。

図６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、排出路５ｄの側壁面、ファン４の気体吸入面４ａ、及び排出路５ｄにおけるファン４と対向する対向面によって形成された空間は、仕切板６Ｂによって、主流通過空間５Ｅと支流通過空間５Ｆとに仕切られている。仕切板切替機構６２は、仕切板６Ｂの位置または角度を変え、ファン４と対向する対向面からの高さを調整し、主流通過空間５Ｅと支流通過空間５Ｆとの連通及び分離を切り替える。そして、これによって、排出路５ｄにおける主流７ｂ及び支流７ｃの合流並びに分離を切り替えることが可能になる。

仕切板切替機構６２による切替によって、排出路５ｄにおいて主流７ｂ及び支流７ｃが合流する場合（図６の（ｂ）参照）、主流７ｂ及び支流７ｃの混合流体は、支流路５ｃを通過してセンサ１へ逆流する。その結果、微粒子測定器１０Ｂでは、主流７ｂ及び支流７ｃの混合流体に含まれる粗大粒子８ａ及び微小粒子８ｂの両方がセンサ１にて測定される。一方、仕切板切替機構６２による切替によって、排出路５ｄにおいて主流７ｂ及び支流７ｃが分離する場合（図６の（ａ）参照）、支流７ｃに含まれる、特定の粒子径を有する微小粒子８ｂがセンサ１にて測定される。

このように、本実施形態に係る微粒子測定器１０Ｂによれば、導入される気流７ａに含まれる全粒子の測定（主流７ｂ及び支流７ｃの合流時）と、導入される気流７ａに含まれる特定粒径範囲の微小粒子８ｂの測定（主流７ｂ及び支流７ｃの分離時）とを、１つの装置である仕切板切替機構６２によって、切り替えることが可能になる。

なお、仕切板切替機構６２は、主流通過空間５Ｅ及び支流通過空間５Ｆの連通並びに分離を切り替える機構を有していればよい。仕切板切替機構６２は、例えば、仕切板６Ｂの除去及び取付を可能とする機構、仕切板６Ｂとファン４の気体吸入面４ａとを離接可能とする機構、仕切板６Ｂの高さ（気体吸入面４ａに対し垂直な方向の長さ）を調節する機構仕切板６Ｂに開口部が設けられ、該開口部を開閉する機構等が挙げられる。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図７の（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図７の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る微粒子測定器の構成を示す断面図である。

本実施形態に係る微粒子測定器１０Ｃは、仕切板切替機構６２が排出路５ｄにおけるファン４と対向する対向面に対し仕切板６Ｂを起立及び転倒させる機構になっている点が、上記実施形態３と異なる。

仕切板切替機構６２は、図７の（ａ）に示されるように、仕切板６Ｂを、ファン４と対向する対向面に対し起立させることによって、主流通過空間５Ｅと支流通過空間５Ｆとを分離している。また、図７の（ｂ）に示されるように、仕切板６Ｂを、ファン４と対向する対向面に対し転倒させることによって、主流通過空間５Ｅと支流通過空間５Ｆと連通させている。これによって、仕切板切替機構６２は、排出路５ｄにおける主流７ｂ及び支流７ｃの合流並びに分離を切り替えることが可能になる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る粒子分離装置は、外部から気体を導入する導入流路５ａと、導入流路５ａにおける外部と反対側の末端にある分岐部Ａにて分岐した主流路５ｂ及び支流路５ｃと、上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃに連結し気体を外部へ排出する排出路５ｄと、を有する気体流路と、上記導入流路５ａから上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃを介して上記排出路５ｄへ向かう気流を発生させる、１つの流体駆動部（ファン４）と、を備え、上記導入流路５ａから導入される気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃへ分離する粒子分離装置であって、上記排出路５ｄには、上記主流路５ｂから排出される主流７ｂと上記支流路５ｃから排出される支流７ｃとを仕切る仕切板６、６Ａ、６Ｂが設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、外部から吸引される含粒子流体の気流７ａを、分岐部Ａにおいて主流路５ｂを通過する主流７ｂ、及び支流路５ｃを通過する支流７ｃに分岐し、この分岐に際し、粗大粒子８ａ及び微小粒子８ｂの分粒を行っている。さらに、主流７ｂ及び支流７ｃを１つの排出路５ｄにて合流させて外部へ排出している。また、単一の流体駆動源であるファン４によって、上記導入流路５ａから導入される気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃへ分離している。

それゆえ、ポンプ及び測定器という２つの駆動源を用いている特許文献１の技術と比較して、小型であり、かつ安価な粒子分離装置を実現することができる。

ここで、主流７ｂ及び支流７ｃが合流する排出路５ｄでは、主流７ｂの方が、支流７ｃよりも流速が大きいため、乱流が発生する。その結果、排出路５ｄにおいて、主流７ｂに含まれる粗大粒子８ａの一部が支流路５ｃ側へ逆流するおそれがある。

そこで、上記の構成によれば、上記排出路５ｄには、上記主流路５ｂから排出される主流７ｂと、上記支流路５ｃから排出される支流７ｃとを仕切る仕切板６が設けられているので、この仕切板６によって、主流７ｂと支流７ｃとの合流が防止される。その結果、上記の構成によれば、主流路５ｂと支流路５ｃとの間にて粒子の逆流を防止することができる。

本発明の態様２に係る粒子分離装置は、上記態様１において、上記流体駆動部（ファン４）の気体吸入面４ａは、上記排出路５ｄと接続しており、上記仕切板６によって区切られた上記気体吸入面４ａにおいて、上記主流７ｂが通過する面積と上記支流７ｃが通過する面積とが異なっていてもよい。

これによって、主流７ｂの流速及び支流７ｃの流速の比率を変化させることができる。

本発明の態様３に係る粒子分離装置は、上記態様１または２において、上記流体駆動部（ファン４）の気体吸入面４ａは、上記排出路５ｄと接続しており、上記仕切板６Ａの位置または形状を変更し、上記仕切板６Ａによって区切られた上記気体吸入面４ａにおける、上記主流７ｂが通過する面積と上記支流７ｃが通過する面積との比率を調節する調整機構（仕切板調整機構６１）をさらに備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、上記調整機構（仕切板調整機構６１）は、上記仕切板６Ａの位置または形状を変更し、上記仕切板６Ａによって区切られた上記気体吸入面４ａにおける、上記主流７ｂが通過する面積と上記支流７ｃが通過する面積との比率を調節することによって、主流７ｂ及び支流７ｃの流速を調整している。このように、上記の構成によれば、比較的単純な構成によって、主流７ｂ及び支流７ｃの流速を調整することが可能になる。

本発明の態様４に係る粒子分離装置は、上記態様１から３において、上記排出路５ｄにおける、上記仕切板６Ｂによって仕切られた２つの空間（主流通過空間５Ｅ及び支流通過空間５Ｆ）同士の連通及び分離を切り替える切替機構（仕切板切替機構６２）を備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、上記切替機構（仕切板切替機構６２）によって、排出路５ｄにおける主流７ｂ及び支流７ｃの合流並びに分離を切り替えることができる。それゆえ、上記の構成によれば、導入される気流７ａに含まれる全粒子の測定（主流７ｂ及び支流７ｃの合流時）と、導入される気流７ａに含まれる特定粒径範囲の微小粒子８ｂの測定（主流７ｂ及び支流７ｃの分離時）とを、１つの装置である仕切板切替機構６２によって、切り替えることが可能になる。

本発明の態様５に係る粒子分離装置は、上記態様１から４において、導入流路５ａ、主流路５ｂ、及び流体駆動部（ファン４）が、同一方向に配列して設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、導入流路５ａ、主流路５ｂ、及び流体駆動部（ファン４）が、同一方向に配列して設けられているので、粗大粒子は、支流路５ｃへ逆流することなく、主流路５ｂへ分岐後、すぐに排出路５ｄを介して外部へ排出される。それゆえ、上記の構成によれば、測定対象でない、比較的サイズが大きな粗大粒子を、効率的に除去することができる。

また、本発明の態様６に係る粒子分離装置は、上記態様１から５において、支流路５ｃの流路長は、主流路５ｂの流路長よりも長いことが好ましい。

さらに、本発明の態様７に係る粒子分離装置は、上記態様１から６において、支流路５ｃは、分岐部Ａから、主流路５ｂと逆方向に延びており、迂回して排出路５ｄと合流していることが好ましい。

上記の構成によれば、主流路５ｂは、ファン４によって直接主流７ｂを外部へ排出するため、流路長が比較的短くなっている。一方、支流路５ｃは、途中にセンサ１が設けられており、支流７ｃがセンサ１を通過するように構成されているため、流路長が比較的長くなっている。粒子分離装置は、ただ１つのファン４を流体駆動源としているため、支流路５ｃの流路長が主流路５ｂの流路長よりも長くなった構成となる。このように、支流路５ｃの流路長が主流路５ｂの流路長よりも長くなることによって、支流路５ｃにおける支流７ｃの流路抵抗が全体として大きくなり、分岐部Ａでの支流７ｃの流速を低くすることができる。

本発明の態様８に係る微粒子測定器は、上記態様１から７の何れかの粒子分離装置と、気体中の微小粒子を測定する測定部（センサ１）と、を備えた微粒子測定器１０，１０Ａ，１０Ｂであって、上記測定部（センサ１）は、上記支流路５ｃの途中に設けられていることを特徴としている。

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

また、本発明の態様９に係る微粒子測定器は、上記態様８において、上記測定部（センサ１）は、分岐部Ａにおける流体駆動部（ファン４）と反対側に配置されており、支流路５ｃは、分岐部Ａから、主流路５ｂと逆方向に延びており、測定部（センサ１）を介して迂回して排出路５ｄと合流していることが好ましい。

本発明の態様１０に係る微粒子測定器は、上記態様８または９において、上記分岐部Ａでの上記支流路５ｃの入口の位置は、上記測定部（センサ１）の位置よりも重力方向の下側に配されていることが好ましい。この場合、分岐部Ａにおいて分岐した支流７ｃの方向は、重力方向と反対側の方向になる。

粗大粒子８ａは、慣性力によって直進運動し、排出路５ｄから外部へ排出される。ここで、上記の構成によれば、ほこり等の粗大粒子８ａは、自重によって自然沈降の影響が大きいため、分岐部Ａでの支流路５ｃの入口の位置を、センサ１の位置よりも重力方向の下側に配することによって、粗大粒子８ａのセンサ１への誤混入を確実に防止することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、大気中に浮遊する微粒子を分離し分離した微粒子の量を測定する、微粒子測定装置や微粒子センサに利用することができる。

１ センサ（測定部）
２ 吸気部
３ 分粒部
４ ファン（流体駆動部）
５ａ 導入流路
５ｂ 主流路
５ｃ 支流路
５ｄ 排出路
６、６Ａ、６Ｂ 仕切板
６１ 仕切板調整機構（調整機構）
６２ 仕切板切替機構（切替機構）
７ａ 気流
７ｂ 主流
７ｃ 支流
８ａ 粗大粒子
８ｂ 微小粒子
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 微粒子測定器
Ａ 分岐部

Claims (7)

1. 外部から気体を導入する導入流路と、導入流路における外部と反対側の末端にある分岐部にて分岐した主流路及び支流路と、上記主流路及び上記支流路に連結して気体を外部へ排出するとともに、上記分岐部にて分岐した上記主流路及び上記支流路を再び合流させた合流流路である排出路と、を有する気体流路と、
   上記導入流路から上記主流路及び上記支流路を介して上記排出路へ向かう気流を発生させる、１つの流体駆動部と、を備え、上記導入流路から導入される気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、上記主流路及び上記支流路へ分離する粒子分離装置であって、
   上記排出路には、上記主流路から排出される主流と上記支流路から排出される支流とを仕切る仕切板が設けられており、
   上記流体駆動部の気体吸入面は、上記排出路と接続しており、
   上記仕切板によって、上記気体吸入面において、上記主流が通過する領域と上記支流が通過する領域とが区切られていることを特徴とする粒子分離装置。
2. 外部から気体を導入する導入流路と、導入流路における外部と反対側の末端にある分岐部にて分岐した主流路及び支流路と、上記主流路及び上記支流路に連結し気体を外部へ排出する排出路と、を有する気体流路と、
   上記導入流路から上記主流路及び上記支流路を介して上記排出路へ向かう気流を発生させる、１つの流体駆動部と、を備え、上記導入流路から導入される気体に含まれる粒子を、その慣性力によって、上記主流路及び上記支流路へ分離する粒子分離装置であって、
   上記排出路には、上記主流路から排出される主流と上記支流路から排出される支流とを仕切る仕切板が設けられており、
   上記排出路における、上記仕切板によって仕切られた主流通過空間及び支流通過空間同士の連通及び分離を切り替える切替機構を備えたことを特徴とする粒子分離装置。
3. 上記排出路における、上記仕切板によって仕切られた主流通過空間及び支流通過空間同士の連通及び分離を切り替える切替機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の粒子分離装置。
4. 上記仕切板によって区切られた上記気体吸入面において、上記主流が通過する面積と上記支流が通過する面積とが異なっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の粒子分離装置。
5. 上記排出路において、主流の方が支流よりも流速が大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粒子分離装置。
6. 上記仕切板の位置または形状を変更し、上記仕切板によって区切られた上記気体吸入面における、上記主流が通過する面積と上記支流が通過する面積との比率を調節する調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の粒子分離装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の粒子分離装置と、
   気体中の微小粒子を測定する測定部と、を備えた微粒子測定器であって、
   上記測定部は、上記支流路の途中に設けられていることを特徴とする微粒子測定器。