JP5837107B2 - 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器として、例えば特許文献１に開示された機器が挙げられる。特許文献１に開示された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１１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１１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）

しかしながら、上述のような特許文献１の技術には、以下の問題がある。

すなわち、主吸引路１１２及び支吸引路１１４において、気流が流路の側壁に衝突する部分や流れの撹乱が発生する場合、粒子の逆流が発生するという問題が生じる。例えば主吸引路１１２に一旦流入した粗大粒子１１０が支吸引路１１４側に再度流入してしまう。

このような問題は、粒子測定器を小型化し、流体を吸引する駆動源をファンとした場合、ファンが発生する気流の撹乱の影響を受けやすくなるため、特に顕著となる。

また、特許文献１の粒子測定器では、浮遊粒子を含む含粒子流体１５を分岐路１３において主流１１と支流１２とに分離し、一方の流れ（支流１２）に含まれる微小粒子１８を測定している。このような粒子測定器において、分岐路１３とファンとの間の距離が短くする場合、ファンの直上の空間では、ファンの羽が回転することによって乱流が発生する。このため、分岐路１３とファンとの距離が短くなることによって、分岐路１３近傍の気流は、ファンの回転による影響を受けやすくなる。その結果、分岐路１３にて分離された粗大粒子１１０は、ファン直上の乱流によって逆流し、意図しない流路（例えば支吸引路１１４）に流入してしまう。

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、主流路を流れる粗大粒子が支流路側へ逆流することを防止することができる粒子分離装置、及びそれを備えた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、上記導入流路から、上記分岐部を介して、上記主流路及び上記支流路それぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口へ向かう気流を発生させる流体駆動部と、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、上記主流路は、分岐部側の入口から上記末端出口へ至る流路の少なくとも一部において、第１の流路拡張部を有し、上記第１の流路拡張部において、気流が通過する気流通過面積は、分岐部側から末端出口側へ向かうに従って漸次的に増大していることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、主流路を流れる粗大粒子が支流路側へ逆流することを防止することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る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に係る粒子測定器内に形成された気体流路の概略構成を示し、（ａ）は、断面図であり、（ｂ）は断面斜視図である。 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。 本発明の実施形態１に係る粒子測定器における主流路の構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態２に係る粒子測定器の概略構成を示し、（ａ）は、断面図であり、（ｂ）は断面斜視図である。 本発明の実施形態２に係る粒子測定器における主流路の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態３に係る粒子測定器の概略構成を示し、（ａ）は、断面図であり、（ｂ）は断面斜視図である。 本発明の実施形態３に係る粒子測定器における主流路の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態４に係る粒子測定器の概略構成を示し、（ａ）は、断面図であり、（ｂ）は断面斜視図である。 本発明の実施形態４に係る粒子測定器における主流路の構成を模式的に示す図である。 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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａの構成を示す斜視図である。本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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。粒子測定器１０Ａ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。粒子測定器１０Ａ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、粒子測定器１０Ａ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、粒子測定器１０Ａ内に形成された気体流路の概略構成を示し、図２の（ａ）は、断面図であり、図２の（ｂ）は断面斜視図である。図２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、粒子測定器１０Ａ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。

粒子測定器１０Ａ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、分岐部Ａを介して、主流路５ｂ及び支流路５ｃそれぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口Ｂ・Ｄへ向かう気流を発生させる流体駆動部として機能する。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、分岐部Ａを介して、主流路５ｂ及び支流路５ｃそれぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口Ｂ・Ｄ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。また、ファン４は、遠心ファンであっても、軸流ファンであってもよい。

ここで、ファン４の気体吸入面４ａに対し垂直な方向をＹ方向とする。図２に示されたＹ方向（矢印方向）は、重力方向と反対方向である。そして、Ｙ方向に垂直な断面において、センサ１を通過する支流７ｃの方向をＸ方向とする。そして、Ｘ方向及びＹ方向の両方に垂直な方向をＺ方向とする。

図２の（ａ）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、粒子測定器１０Ａ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、流路断面積または気流通過面積と記す）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。

粒子測定器１０Ａにおいて、系内へ吸引された含粒子流体は、図３に示されるように、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。

ここで、図３を参照して、上述した粒子の分粒原理について、詳述する。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から外部へ排出され、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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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の（ａ）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、支流路５ｃの末端出口Ｄ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、末端出口Ｄ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の（ａ）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、下側に配されたファン４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、気体吸入面４ａ真上に形成された空間から排出される。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を介して迂回する支流路５ｃを通って、末端出口Ｄ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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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をそれぞれ、末端出口Ｂ及びＤを介し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１１参照）。これに対して、粒子測定器１０Ａ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、粒子測定器１０Ａでは、主流路５ｂ及び支流路５ｃの末端出口Ｂ・Ｄをファン４の気体吸入面４ａ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、粒子測定器１０Ａ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の真上部分に空間を確保している。主流７ｂ及び支流７ｃは、気体吸入面４ａ真上に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、粒子測定器１０Ａ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、主流７ｂ及び支流７ｃが合流する構成では、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、気体吸入面４ａ真上に形成された空間において、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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａでは、図２に示されるように、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、気体吸入面４ａ真上に形成された空間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、気体吸入面４ａ真上に形成された空間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、気体吸入面４ａ真上に形成された空間において仕切板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粒子測定器１０Ａ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２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、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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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、下側に配されたファン４へ向かって最短距離になるように連結されている。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を介して迂回してファン４に連結する。

このように、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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。粒子測定器１０Ａ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、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａ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。

ここで、本実施形態の粒子測定器１０Ａにおいて、主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の一部において、図４に示す流路拡張部５ｄ（第１の流路拡張部）を有する。図４は、粒子測定器１０Ａの主流路５ｂの構成を示す拡大断面図である。

図４に示されるように、流路拡張部５ｄにおいて、気流が通過する気流通過面積Ｓは、分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って漸次的に増大している。この気流通過面積Ｓは、流路を構成する側壁に囲まれた面積（流路断面積）であるともいえる。また、流路拡張部５ｄの形状は、所謂テーパ形状であるといえる。

流路拡張部５ｄを構成する、互いに対向する２つの側壁は、分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って幅広になるように構成されている。また、流路拡張部５ｄを構成する、互いに対向する２つの側壁のうち、一方の側壁は、主流７ｂの方向に平行な面が設けられており、他方の側壁は、主流７ｂの方向に対して連続的に傾斜した傾斜面が設けられている。

流路拡張部５ｄは、気流通過面積Ｓが分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って漸次的に増大しているので、分岐部Ａ側の端部にて流路が絞り込まれた形状になっている。それゆえ、流路拡張部５ｄを通過する主流７ｂの流速は、分岐部Ａ側の端部で最も大きくなり、末端出口Ｂへ向かうに従い小さくなる。

それゆえ、ファン４における羽根の回転による乱流に含まれる粗大粒子や主流路５ｂの壁面と衝突した粗大粒子が分岐部Ａへ向かって逆流したとしても、分岐部Ａ側の端部での主流７ｂの流速が最も大きいため、粗大粒子が分岐部Ａから支流路５ｃへ混入することがない。よって、分岐部Ａとファン４との距離を小さくし粒子測定器１０Ａのサイズを小型化した場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止することができる。

また、図４に示されるように、主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の中で、分岐部Ａ側の入口における気流通過面積Ｓａが最も小さくなっている。それゆえ、主流路５ｂを通過する主流７ｂの流速は、分岐部Ａ側の入口で最も大きくなる。したがって、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを確実に防止することができる。

また、主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の中で、末端出口Ｂにおける気流通過面積Ｓｂが最も大きくなっている。このように末端出口Ｂにおける気流通過面積Ｓｂが最も大きくなっているので、ファン４の吸気面積を十分に広く確保することができる。このため、ファン４による主流７ｂの吸気効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る粒子測定器１０Ａにおいて、支流路５ｃは、センサ１における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の少なくとも一部において、第２の流路拡張部を有する。上記第２の流路拡張部において、気流が通過する気流通過面積は、センサ１における気体の出口Ｃ側から末端出口Ｄ側へ向かうに従って漸次的に増大している。

具体的には、図２に示されるように、支流路５ｃは、センサ１における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路において、傾斜壁面５ｅを有する。この傾斜壁面５ｅは、該傾斜壁面５ｅと対向する壁面とのＺ方向の距離が出口Ｃ側から末端出口Ｄ側へ向かうに従って漸次的に増加するように傾斜している。一方、傾斜壁面５ｅに対して立設する２つの壁面は、出口Ｃ側から末端出口Ｄ側へ至る流路において、互いの距離が一定になっている。このため、支流路５ｃにおいて、傾斜壁面５ｅを含む流路は、出口Ｃ側から末端出口Ｄ側へ向かうに従い気流通過面積が増大しているので、上記第２の流路拡張部である。

ここで、粒子測定器１０Ａは、１つのファン４を流体駆動部として、主流７ｂ及び支流７ｃといった２つの流体を発生させる構成になっている。それゆえ、主流路５ｂの末端出口Ｂから排出された粗大粒子が、ファン４の羽の回転によって、支流路５ｃの末端出口Ｄからセンサ１へ逆流するおそれがある。

本実施形態に係る粒子測定器１０Ａによれば、センサ１における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の少なくとも一部において、上述の第２の流路拡張部を有するので、第２の流路拡張部を通過する支流７ｃの流速は、出口Ｃ側の端部で最も大きくなり、末端出口Ｄへ向かうに従い小さくなる。それゆえ、主流路５ｂの末端出口Ｂから排出された粗大粒子が、ファン４の羽の回転によって支流路５ｃの末端出口Ｄからセンサ１へ逆流したとしても、出口Ｃ側の端部での主流７ｂの流速が最も大きいため、粗大粒子がセンサ１へ混入することがない。

また、支流路５ｃは、センサ１における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の中で、出口Ｃにおける気流通過面積が最も小さくなっている。それゆえ、支流路５ｃを通過する支流７ｃの流速は、センサ１における気体の出口Ｃで最も大きくなる。したがって、粗大粒子のセンサ１への逆流を確実に防止することができる。

また、支流路５ｃは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｄへ至る流路の中で、末端出口Ｄにおける気流通過面積が最も大きくなっている。このように末端出口Ｄにおける気流通過面積が最も大きくなっているので、ファン４の吸気面積を十分に広く確保することができる。このため、ファン４による支流７ｃの吸気効率を向上させることができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５及び図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図５は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｂの概略構成を示し、図５の（ａ）は、断面図であり、図５の（ｂ）は断面斜視図である。図６は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｂにおける主流路の構成を模式的に示す図である。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。また、図５では、図面を簡潔にするため、ファン４を省略している。

実施形態１に係る粒子測定器１０Ａにおいて、主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の一部において、流路拡張部５ｄ（第１の流路拡張部）を有していた。

しかし、図５及び図６に示されるように、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｂにおいては、主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路全体に流路拡張部５ｄを有している点が実施形態１に係る粒子測定器１０Ａと異なる。すなわち、粒子測定器１０Ｂの主流路５ｂにおいて、気流が通過する気流通過面積は、分岐部Ａ側の入口のから末端出口Ｂへ向かうに従って漸次的に増大している。

本実施形態に係る粒子測定器１０Ｂによれば、主流路５ｂにおける気流通過面積は、分岐部Ａ側の入口での気流通過面積Ｓａが最小である。そして、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ向かい漸次的に増加し、末端出口Ｂでの気流通過面積Ｓｂが最大となっている。それゆえ、分岐部Ａとファン４との距離を小さくした場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止することができる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図７及び図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図７は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｃの概略構成を示し、図７の（ａ）は、断面図であり、図７の（ｂ）は断面斜視図である。図８は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｃにおける主流路の構成を模式的に示す図である。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。また、図７では、図面を簡潔にするため、ファン４を省略している。

図７及び図８に示されるように、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｃは、流路拡張部５ｄにおける分岐部Ａ側端部の気流通過面積Ｓａ’が、分岐部Ａ側の入口での気流通過面積Ｓａと同じである点が、上記実施形態１及び２と異なる。

本実施形態に係る粒子測定器１０Ｃによれば、主流路５ｂにおける気流通過面積は、分岐部Ａ側の入口から流路拡張部５ｄにおける分岐部Ａ側端部へ至るまでの流路において、同一の気流通過面積Ｓａ・Ｓａ’となっている。そして、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ向かい漸次的に増加し、末端出口Ｂでの気流通過面積Ｓｂが最大となっている。それゆえ、分岐部Ａとファン４との距離を小さくした場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止することができる。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図９及び図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図９は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｄの概略構成を示し、図９の（ａ）は、断面図であり、図９の（ｂ）は断面斜視図である。図１０は、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｄにおける主流路の構成を模式的に示す図である。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。また、図９では、図面を簡潔にするため、ファン４を省略している。

実施形態１に係る粒子測定器１０Ａにおいて、流路拡張部５ｄを構成する、互いに対向する２つの側壁は、分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って幅広になるように構成されていた。また、流路拡張部５ｄを構成する、互いに対向する２つの側壁のうち、一方の側壁は、主流７ｂの方向に平行な面が設けられており、他方の側壁は、主流７ｂの方向に対して連続的に傾斜した傾斜面が設けられていた。

しかし、本実施形態に係る粒子測定器１０Ｄにおいては、流路拡張部５ｄを構成する、互いに対向する２つの側壁のうち、一方の側壁が、主流７ｂの方向に平行な面が設けられており、他方の側壁が、主流７ｂの方向に対して非連続的に傾斜した傾斜面が設けられている点が上記実施形態１と異なる。

上記傾斜面において、「非連続的に傾斜した」とは、傾斜面を構成する面が面一になっていないことをいう。「非連続的に傾斜した傾斜面」としては、例えば、図９及び図１０に示される階段状の傾斜面が挙げられる。

〔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、上記導入流路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、上記導入流路５ａから、上記分岐部Ａを介して、上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃそれぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口Ｂ・Ｄへ向かう気流を発生させる流体駆動部（ファン４）と、を備え、上記導入流路５ａから導入される気体（気流７ａ）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、上記主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から上記末端出口Ｂへ至る流路の少なくとも一部において、第１の流路拡張部（流路拡張部５ｄ）を有し、上記第１の流路拡張部（流路拡張部５ｄ）において、気流が通過する気流通過面積Ｓは、分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って漸次的に増大している。ここで、「漸次的に増大」の範疇には、連続的に増大している構成も非連続的に増大している構成も含まれる。非連続的に増大する構成としては、例えば、第１の流路拡張部（流路拡張部５ｄ）を構成する１つの壁面が、対向する壁面との距離が分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って広くなるように、階段状に傾斜した構成が挙げられる。

上記の構成によれば、第１の流路拡張部（流路拡張部５ｄ）は、気流通過面積Ｓが分岐部Ａ側から末端出口Ｂ側へ向かうに従って漸次的に増大しているので、分岐部Ａ側の端部にて流路が絞り込まれた形状になっている。それゆえ、流路拡張部５ｄを通過する気流（主流７ｂ）の流速は、分岐部Ａ側の端部で最も大きくなり、末端出口Ｂへ向かうに従い小さくなる。

それゆえ、流体駆動部（ファン４）における羽根の回転による乱流に含まれる粗大粒子や主流路５ｂの壁面と衝突した粗大粒子が分岐部Ａへ向かって逆流したとしても、分岐部Ａ側の端部での主流７ｂの流速が最も大きいため、粗大粒子が分岐部Ａから支流路５ｃへ混入することがない。よって、上記の構成によれば、分岐部Ａとファン４との距離を小さくした場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止できる粒子分離装置を提供することができる。

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、上記主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の中で、分岐部Ａ側の入口における気流通過面積Ｓａが最も小さい構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、主流路５ｂを通過する気流（主流７ｂ）の流速は、分岐部Ａ側の入口で最も大きくなる。したがって、上記の構成によれば、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを確実に防止することができる。

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、上記主流路５ｂは、分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路の中で、末端出口Ｂにおける気流通過面積Ｓｂが最も大きい構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、末端出口Ｂにおける気流通過面積Ｓｂが最も大きくなっているので、流体駆動部（ファン４）の吸気面積を十分に広く確保することができる。このため、上記の構成によれば、流体駆動部（ファン４）による気流（主流７ｂ）の吸気効率を向上させることができる。

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、上記第１の流路拡張部（流路拡張部５ｄ）は、上記主流路５ｂにおける分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｂへ至る流路全体に設けられていてもよい。

これにより、分岐部Ａと流体駆動部（ファン４）との距離を小さくした場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止することができる。

本発明の態様５に係る粒子測定器１０Ａは、上記態様１から４の何れかの粒子分離装置と、上記支流路５ｃの途中に設けられ、気体中の微粒子を測定する測定部（センサ１）と、を備えている。

上記の構成によれば、分岐部Ａとファン４との距離を小さくした場合であっても、主流路５ｂを流れる粗大粒子が支流路５ｃ側へ逆流することを防止できる粒子測定器１０Ａを提供することができる。

本発明の態様６に係る粒子測定器１０Ａは、外部から気体を導入する導入流路５ａと、上記導入流路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、上記導入流路５ａから、上記分岐部Ａを介して、上記主流路５ｂ及び上記支流路５ｃそれぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口Ｂ・Ｄへ向かう気流を発生させる流体駆動部（ファン４）と、上記支流路５ｃの途中に設けられ、気体中の微粒子を測定する測定部（センサ１）と、を備え、上記支流路５ｃは、上記測定部（センサ１）における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の少なくとも一部において、第２の流路拡張部（傾斜壁面５ｅを含む流路）を有し、上記第２の流路拡張部（傾斜壁面５ｅを含む流路）において、気流が通過する気流通過面積は、上記測定部（センサ１）における気体の出口Ｃ側から末端出口Ｄ側へ向かうに従って漸次的に増大している。

ここで、粒子測定器１０Ａは、１つの流体駆動部（ファン４）を駆動源として、主流７ｂ及び支流７ｃといった２つの気流を発生させる構成になっている。それゆえ、主流路５ｂの末端出口Ｂから排出された粗大粒子が、流体駆動部（ファン４）の羽の回転によって、支流路５ｃの末端出口Ｄから測定部（センサ１）へ逆流するおそれがある。

上記の構成によれば、測定部（センサ１）における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の少なくとも一部において、上記第２の流路拡張部を有するので、第２の流路拡張部を通過する気流（支流７ｃ）の流速は、出口Ｃ側の端部で最も大きくなり、末端出口Ｄへ向かうに従い小さくなる。それゆえ、主流路５ｂの末端出口Ｂから排出された粗大粒子が、支流路５ｃの末端出口Ｄからセンサ１へ逆流したとしても、出口Ｃ側の端部での主流７ｂの流速が最も大きいため、粗大粒子がセンサ１へ混入することがない。

本発明の態様７に係る粒子測定器１０Ａは、上記態様６において、上記支流路５ｃは、上記測定部（センサ１）における気体の出口Ｃから末端出口Ｄへ至る流路の中で、上記測定部（センサ１）における気体の出口Ｃの気流通過面積が最も小さい構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、支流路５ｃを通過する気流（支流７ｃ）の流速は、上記測定部（センサ１）における気体の出口Ｃで最も大きくなる。したがって、粗大粒子の上記測定部（センサ１）への逆流を確実に防止することができる。

本発明の態様８に係る粒子測定器１０Ａは、上記態様６または７において、上記支流路５ｃは、上記分岐部Ａ側の入口から末端出口Ｄへ至る流路の中で、末端出口Ｄにおける気流通過面積が最も大きい構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、支流路５ｃの末端出口Ｄにおける気流通過面積が最も大きくなっているので、流体駆動部（ファン４）の吸気面積を十分に広く確保することができる。このため、流体駆動部（ファン４）による気流（支流７ｃ）の吸気効率を向上させることができる。

本発明の態様９に係る粒子分離装置は、上記態様１から４において、流路拡張部５ｄにおける分岐部Ａ側の端部の気流通過面積Ｓａ’が、分岐部Ａ側の入口での気流通過面積Ｓａと同じである構成であってもよい。

本発明の態様１０に係る粒子分離装置は、上記態様１から４、９において、上記流体駆動部（ファン４）が１つ設けられていることが好ましい。これにより、粒子分離装置をさらに小型化することができる。

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 流路拡張部（第１の流路拡張部）
５ｅ 傾斜壁面（第２の流路拡張部を構成する壁面の一部）
６、 仕切板
７ａ 気流
７ｂ 主流
７ｃ 支流
８ａ 粗大粒子
８ｂ 微小粒子
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 微粒子測定器
Ａ 分岐部
Ｂ 末端出口
Ｃ 出口
Ｄ 末端出口
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ 気流通過面積

Claims (6)

1. 外部から気体を導入する導入流路と、
   上記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、
   上記導入流路から、上記分岐部を介して、上記主流路及び上記支流路それぞれにおける気体が外部へ排出される末端出口へ向かう気流を発生させるファンと、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、粗大粒子を上記主流路に分離する粒子分離装置であり、
   上記導入流路、上記主流路、及び上記ファンは、略同一方向に配列して設けられ、上記粗大粒子は慣性力によって直進運動してファンを介して外部へ排出され、
   上記主流路は、分岐部側の入口から上記末端出口へ至る流路の少なくとも一部において、第１の流路拡張部を有し、上記第１の流路拡張部において、気流が通過する気流通過面積は、分岐部側から末端出口側へ向かうに従って漸次的に増大している粒子分離装置と、
   上記支流路の途中に設けられ、気体中の微粒子を測定する測定部と、を備えた粒子測定器であって、
   上記支流路は、上記測定部における気体の出口から末端出口へ至る流路の少なくとも一部において、第２の流路拡張部を有し、上記第２の流路拡張部において、気流が通過する気流通過面積は、上記測定部における気体の出口側から末端出口側へ向かうに従って漸次的に増大しており、
   上記第２の流路拡張部は、上記支流路における上記測定部の気体の出口から末端出口へ至る流路にのみ設けられていることを特徴とする粒子測定器。
2. 上記粒子分離装置は、上記主流路の分岐部側の入口から末端出口へ至る流路の中で、分岐部側の入口における気流通過面積が最も小さいことを特徴とする請求項１に記載の粒子測定器。
3. 上記粒子分離装置は、上記主流路の分岐部側の入口から末端出口へ至る流路の中で、末端出口における気流通過面積が最も大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の粒子測定器。
4. 上記粒子分離装置は、上記第１の流路拡張部が、上記主流路における分岐部側の入口から末端出口へ至る流路全体に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の粒子測定器。
5. 上記粒子分離装置は、上記主流路及び上記支流路の上記末端出口が上記ファンの気体吸入面に接続されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粒子測定器。
6. 上記支流路は、上記測定部における気体の出口から末端出口へ至る流路の中で、上記測定部における気体の出口の気流通過面積が最も小さいことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の粒子測定器。