JP6430108B2 - 分級装置 - Google Patents

Description

本発明は、煙道を通過するガスに含まれる粒子状物質を分級、捕集する分級装置に関する。

火力発電所、ごみ処理場、化学工場の煙突等の固定発生源から排出される排煙ガスには、粒子径が小さい粒子状物質が含まれており、前記粒子状物質が大気汚染の一因になっている。

前記粒子状物質のうち、粒子径が１０μｍ未満の粒子状物質が呼気とともに人体に吸い込まれると、健康に悪影響を及ぼすことが知られている。さらに、この１０μｍ未満の粒径の粒子状物質の中でも、粒子径が２．５μｍ未満の物質（以下、ＰＭ２．５と称する）は、人体に吸入されたとき肺の奥深くまで入り込みやすく、深刻な健康被害を引き起こすことが懸念されている。

各固定発生源で測定されたＰＭ２．５の濃度を定量的に比較するため、前記固定発生源から排出されるＰＭ２．５の濃度の測定方法について、国際規格（ＩＳＯ１３２７１、２０１２年６月１８日発行）及び日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ ７１５２、２０１３年８月２０日発行）によって規格化されている。

上述の国際規格及び日本工業規格では、固定発生源でのＰＭ２．５の濃度の測定を行うときに浮遊粒子物質の分級を行う分級装置として、濃度による精度の変化が少ないバーチャルインパクタを用いることとしている。前記バーチャルインパクタは、分級前の排出ガスを加速する加速ノズルと、前記加速ノズルの出力口と一定距離を離して対向配置された捕集ノズルとを有している。そして、前記捕集ノズルから排出ガスを吸引するとともに前記加速ノズルと前記捕集ノズルとの隙間から側方に排出ガスを吸引することで、軽量な粒子状物質を排出ガスの流れに沿って側方に吸引する。

このとき、前記加速ノズルと前記捕集ノズルとの隙間から吸引する排出ガスの流量を、前記捕集ノズルから吸引する排出ガスの流量に対して大きくする（例えば、１０倍程度）。これにより、前記加速ノズルから流出する排出ガスの大半は前記隙間から流出し、わずかな排出ガスが捕集ノズルに吸引される。これにより、重量が小さい粒子状物質、すなわち、粒子径が小さい粒子状物質は隙間から流出する排出ガスに載って流れる。一方、重量が大きい粒子状物質、すなわち、粒子径が大きい粒子状物質は、加速ノズルを通過するときに加速され、慣性力で捕集ノズルに流入する。
前記バーチャルインパクタはこのような特性を利用して粒子状物質の分級を行っている。そして、前記加速ノズルと前記捕集ノズルの内径、前記加速ノズルと前記捕集ノズルの隙間から吸引する排出ガスの流量と、捕集ノズルから吸引する排出ガスの流量を調整することで、分級する粒子状物質の粒子径を調整している。

そして、上記国際規格及び日本工業規格では、前記バーチャルインパクタで粒子径が１０μｍ以上の粒子状物質及び粒子径が１０μｍ未満且つ２．５μｍを以上の粒子状物質（以下、ＰＭ１０と称する）を分級し、さらに粒子径２．５μｍ未満の粒子状物質（以下ＰＭ２．５と称する）を捕集する、多段式バーチャルインパクタを用いることとしている（非特許文献１、非特許文献２等参照）。

ＩＳＯ１３２７１「Stationary source emissions- Determination of PM10/PM2.5 mass concentration in flue gas - Measurement at higher concentrations by use of virtual impactors」 ＪＩＳ Ｚ ７１５２「バーチャルインパクタによる排ガス中のＰＭ１０／ＰＭ２．５質量濃度測定方法」

非特許文献１及び非特許文献２に記載されたバーチャルインパクタは、同軸上に配置された複数段の分級部が同軸上に並んで配置されている。そして、前記バーチャルインパクタは本体部の外周から外部に突出するように設けられた吸引ノズルから排出ガスを吸引する構成となっている。

このような、本体部の外周から吸引ノズルが伸びているバーチャルインパクタの場合、外形が大きくなってしまい、前記バーチャルインパクタを挿入できる空間の内径が限られるため、固定発生源の大きさに合わせて、バーチャルインパクタを製造しなくてはならず、効率が悪い。

また、前記バーチャルインパクタを移動させるときや、固定発生源の中に挿入するとき、外部に突出した吸引ノズルを外部の物体に接触させ、破損させてしまう可能性があり、作業性が低くなりやすい。さらに、前記吸引ノズルには、流体を吸引するための装置と接続するためのチューブが取り付けられるが、チューブの取付部分が外部に露出した状態になるため、接触や引っ張られることによって、チューブが破損したり、吸引ノズルから外れたりしやすくなる。

そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、煙道の大きさにかかわらず煙道内の排煙ガスをサンプリングするとともに、前記排煙ガスに含まれる粒子状物質を正確に分級できる分級装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、管体内に挿入し、前記管体内を流れる流体内に含まれる所定範囲の大きさの粉体を分級する分級装置であって、筒形状の本体部と、前記本体部の軸方向の端面に設けられて前記流体を流入させる流入ノズルと、前記本体部の内部に流入する流体を吸引し、前記本体部の軸方向の他端面から軸方向に突出する主吸引ノズルと、前記本体部の内部に配置された１段又は複数段で前記流体に含まれる粉体を分級する分級部と、前記分級部の下流側に配置される捕集フィルタとを有し、前記分級部が、前記本体部の内部を流れる前記流体を加速する加速ノズルと、前記加速ノズルと対向して配置され、前記加速ノズルから流出する流体の一部を吸引する捕集ノズルと、前記捕集ノズルと接続され前記主吸引ノズルと同じ端面から軸方向に突出する副吸引ノズルとを備えていることを特徴とする。

この構成によると、主吸引ノズルと副吸引ノズルの両方が、本体部の軸方向端部より軸方向に突出している。これにより、本体部の外周に突起物が配置されないので、分級装置を管体の内部或いは管体に設けられた作業用孔に挿入するとき、障害が少なく、作業がしやすい。

また、本体部の外周方向への突起物が無いので、分級装置を挿入する孔が小さくてもよく、管体の内径が小さくても内部を流れる流体のサンプリングが可能である。

上記構成において、前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルのそれぞれには、主吸引チューブ及び副吸引チューブを取り付けるようになっており、前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルに対応する位置に形成される貫通孔を有する取付部材を備え、前記貫通孔に挿入した主吸引チューブ及び副吸引チューブをそれぞれ主吸引ノズル及び副吸引ノズルに接続し、取付部材を本体部に近づけることで主吸引チューブ及び副吸引チューブが挟持されていてもよい。

上記構成において、前記本体部は、軸方向に複数の分割部材に分割可能な構成を有しており、前記分割部材が隣接する分割部材と前記本体部の中心軸を中心とするインロー構造で嵌合する嵌合部を有するとともに、一方に設けた軸方向に突出する位置決めピンが他方の軸方向端面に設けた凹部に嵌合してもよい。

上記目的を達成するため本発明は、管体内に挿入し、前記管体内を流れる流体内に含まれる所定範囲の大きさの粉体を捕集する分級装置であって、筒形状の本体部と、前記本体部の軸方向の端面に設けられて前記流体を流入させる流入ノズルと、前記本体部の内部に流入する流体を吸引する主吸引ノズルと、前記本体部の内部に配置された１段又は複数段で前記流体に含まれる粉体を分級する分級部と、前記分級部の下流側に配置される捕集フィルタとを有し、前記分級部が、前記本体部の内部を流れる前記流体を加速する加速ノズルと、前記加速ノズルと対向して配置され、前記加速ノズルから流出する流体の一部を吸引する捕集ノズルと、前記捕集ノズルと接続され、前記捕集ノズルから流体を吸引する副吸引ノズルとを有し、前記本体部は、軸方向に複数の分割部材に分割可能な構成を有しており、前記分割部材が隣接する分割部材と前記本体部の中心軸を中心とするインロー構造で嵌合する嵌合部を有するとともに、一方に設けた軸方向に突出する位置決めピンが他方の軸方向端面に設けた凹部に嵌合することを特徴とする。

この構成によると、インロー構造の嵌合部を備えることで、本体部に力が作用しても、嵌合部でその力を受けることができるため、分割部材が破損するのを抑制することが可能である。

上記構成において、前記本体部の下流側の端部に、内部に前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルが位置するように着脱可能な筒状の把持部材を備えていてもよい。

上記構成において、前記把持部材が複数個に分割可能な構成であるとともに、分割された各部材同士を螺合できるねじ嵌合部を有し、前記ねじ嵌合部が一方の部材に形成された雄ねじに取り付けられた緩み止め用のナット部材を備えていてもよい。

上記構成において、前記捕集ノズルの吸込み部は、曲面形状の面取りが形成されていてもよい。

上記構成において、前記流入ノズルが前記本体部に対して着脱可能に形成されていてもよい。

上記構成において、前記流入ノズルが内部に流速を抑制するためのチャンバー部を有していてもよい。

上記構成において、前記本体部は、外周面が円柱面と該円柱面の一部を切り取った平面とを含んでいてもよい。

本発明によると、煙道の大きさにかかわらず煙道内の排煙ガスをサンプリングするとともに、前記排煙ガスに含まれる粒子状物質を正確に分級できる分級装置を提供することができる。

本発明にかかる分級装置の一例であるバーチャルインパクタの斜視図である。 図１に示すバーチャルインパクタを固定発生源である煙道に取り付けた状態の概略図である。 図１に示すバーチャルインパクタの軸方向投影図である。 図３に示すバーチャルインパクタをＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。 図３に示すバーチャルインパクタをＶ−Ｖ線で切断した断面図である。 図１に示すバーチャルインパクタに用いられている流入部の断面図である。 図１に示すバーチャルインパクタに用いられている把持部の断面図である。 第１分割部材の平面図である。 第２分割部材の平面図である。 第３分割部材の平面図である。 フィルタ部の平面図である。 第４分割部材の平面図である。 第５分割部材の平面図である。 第６分割部材の平面図である。 第７分割部材の平面図である。 第８分割部材の平面図である。 第８分割部材の図１０Ｂと反対側から見た図である。 １段目分級部での分級状態を示す図である。 本発明にかかるバーチャルインパクタに用いられる流入ノズルの断面図である。 煙道の湾曲部にバーチャルインパクタを取り付けている状態を示す断面図である。 流入ノズルの他の例の断面図である。 本発明にかかる分級装置であるバーチャルインパクタの他の例の拡大断面図である。

本発明にかかる分級装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明にかかる分級装置の一例であるバーチャルインパクタの斜視図であり、図２は、図１に示すバーチャルインパクタを固定発生源である煙道に取り付けた状態の概略図である。

図２に示すように、バーチャルインパクタＶＩは、煙道（煙突）Ｅｐのような粒子状物質の固定発生源を流れる排出ガスをサンプリングし、その排出ガスの中に含まれる粒子状物質を粒子径ごとに分類（分級）、捕集する装置である。なお、本実施形態にかかるバーチャルインパクタＶＩは、国際規格（ＩＳＯ １３２７１）及び日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ ７１５２）に準拠している。すなわち、バーチャルインパクタＶＩは、粒子径が１０μｍ以上の粒子状物質と、粒子径が１０μｍ未満で２．５μｍ以上の粒子状物質と、粒子径が２．５μｍ未満の粒子状物質とをそれぞれ分級し、捕集する構成を有する多段式バーチャルインパクタである。

図１に示すバーチャルインパクタＶＩは、筒形状の本体部１０と、本体部１０の上流側の端部に着脱可能に取り付けられる流入部６０と、本体部１０の下流側の端部に着脱可能に取り付けられる把持部材７０とを有している。図２に示すように、バーチャルインパクタＶＩは、流入部６０が煙道Ｅｐの内部に位置されるように、煙道Ｅｐの外周壁に形成された作業孔Ｉｎｓに挿入している。詳細は後述するが、バーチャルインパクタＶＩは、煙道Ｅｐ内部を流れる排出ガスを流入部６０から取り込む（サンプリングする）ものである。

そして、図１に示すように、バーチャルインパクタＶＩは、上流側から粒子径１０μｍ以上の粒子状物質を分級／捕集する１段目分級部Ａ１、粒子径１０μｍ未満で２．５μｍ以上の粒子状物質を分級／捕集する２段目分級部Ａ２及び粒子径２．５μｍ未満の粒子状物質を捕集する捕集部Ａ３を備えている。なお、図１に示すように、１段目分級部Ａ１、２段目分級部Ａ２及び捕集部Ａ３は軸方向に連結されている。

本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩの詳細な構造について図面を参照して説明する。図３は図１に示すバーチャルインパクタの軸方向投影図であり、図４は図３に示すバーチャルインパクタをＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。図５は図３に示すバーチャルインパクタをＶ−Ｖ線で切断した断面図である。図６は図１に示すバーチャルインパクタに用いられている流入部の断面図である。図７は図１に示すバーチャルインパクタに用いられている把持部の断面図である。

図４、図５に示すように、バーチャルインパクタＶＩの本体部１０は、筒型の形状を有しており、流入部６０が本端部１０の上流側の端部に連結されている。なお、把持部７０が本体部１０の下流側の端部に連結されている。

図６に示すように流入部６０は、煙道Ｅｐの内を流れる排出ガスを取り込む取込み口６１と、先端に取込み口６１が取り付けられた管状の取込みパイプ６２と、取込みパイプ６２が接続された流入ノズル６３とを備えている。

取込み口６１は煙道Ｅｐ内を流れる排出ガスを取り込む部材である。取込み口６１は先端が細くなるような（先細り）テーパー形状を有している。そして、取込み口６１は、先端部が煙道Ｅｐを流れる排出ガスの上流側となるように配置される。このように、先細りテーパー形状の先端を上流側に配置することで、煙道Ｅｐ内での排出ガスの流れの乱れを抑制することができる。また、取込み口６１は、先端部が開口しており、開口より排出ガスを取り込む。

取込み口６１から取り込まれた排出ガスは取込みパイプ６２に流入する。図６に示すように、取込みパイプ６２は、９０度湾曲した形状を有している。取込み口６１から流入した排出ガスは、流れる方向が９０度変換される。取込みパイプ６２の下流側には、流入パイプ６３の取付部６３２に取り付けるためのアタッチメント６２１となっている。

流入ノズル６３は、上流側にアタッチメント６２１を取り付けるための取付部６３２を有しており、アタッチメント６２１を取り付けるための凹部と、固定ナット６４を螺合するための雄ねじ部とを備えている。なお、流入ノズル６３の取付部６３２とアタッチメント６２１との間にはパッキンＰｋｎが設けられており、取込みパイプ６２と流入ノズル６３とを気密に接続される。

流入ノズル６３は、下流側に向かって拡がる形状、換言すると、円錐形状を有する筒状部材である。流入ノズル６３の下流側には、本体部１０の後述する取り付けリブ１２に取り付けられる取付部６３１を備えている。そして、取付部６３１にもパッキンＰｋｎが取り付けられており、流入ノズル６３と本体部１０（取り付けリブ１２）と気密性を保持して取り付けられる。流入ノズル６３の内部空間６３０は外面と同様の下流側が広がった円錐形状を有しており、流入ノズル６３から流入する排出ガスを本体部１０の後述する加速ノズル１５の全てに送るようになっている。

図２に示すように、バーチャルインパクタＶＩは、流入部６０の少なくとも取込み口６１の開口部分を煙道Ｅｐの気流の流れの上流側に向けて配置することで、煙道Ｅｐ内部を流れる排出ガスを効果的にサンプリングすることが可能である。このように構成することで、バーチャルインパクタＶＩの重量が大きい本体部１０を、煙道Ｅｐの側壁に形成された作業孔Ｉｎｓの辺縁部に当接させて支持することができる。

本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩでは本体部１０を作業孔Ｉｎｓの辺縁部で支持するとともに、把持部７０を支持することで支持している。つまり、煙道Ｅｐ内の排出ガスをサンプリングするとき、重量が大きい本体部１０を支持するため、煙道Ｅｐ内に本体部１０を完全に収容する従来の構成に比べて、把持部７０に作用する力（応力、モーメント）を小さく抑えることが可能である。さらに、何らかの不具合が発生した場合でも、本体部１０が作業孔Ｉｎｓに支持されているので、本体部１０が煙道Ｅｐの内部に落下するのを抑制することができる。これにより、重量物である本体部１０の煙道Ｅｐ内部への落下による大事故を抑制することができる。

バーチャルインパクタＶＩは、煙道Ｅｐの側壁に設けられた作業孔Ｉｎｓから煙道Ｅｐの内部に挿入される。このとき、バーチャルインパクタＶＩの挿入／引出を円滑に行うため流入部６０は、本体部１０の軸方向投影面内に収まるように形成されていることが好ましい。

次に、本体部１０について説明する。図１に示すように、本体部１０は、円柱面部と、円柱の一部を切り取った平面部１００とを繋いだ外周面を有している。本体部１０は、軸方向に上流側から第１分割部材１０ａ〜第８分割部材１０ｈの８個の分割部材に分割可能となっている。そして、１段目分級部Ａ１が第１分割部材１０ａ〜第３分割部材１０ｃに分割可能であり、２段目分級部Ａ２が第４分割部材１０ｄ〜第６分割部材１０ｆに分割可能である。また、捕集部Ａ３が第７分割部材１０ｇ、第８分割部材１０ｈに分割可能となっている。

図８Ａは第１分割部材の平面図であり、図８Ｂは第２分割部材の平面図であり、図８Ｃは第３分割部材の平面図であり、図８Ｄはフィルタ部の平面図である。図９Ａは第４分割部材の平面図であり、図９Ｂは第５分割部材の平面図であり、図９Ｃは第６分割部材の平面図である。図１０Ａは第７分割部材の平面図であり、図１０Ｂは第８分割部材の平面図であり、図１０Ｃは第８分割部材の図１０Ｂと反対側から見た図である。

図３、４に示すように、１段目分級部Ａ１は、流入する排出ガスに含まれる粒子状物質を分級する第１分級室１０１と、第１分級室１０１の内部に形成された第１捕集チャンバー１０２とを備えている。１段目分級部Ａ１では、第１分級室１０１と第１捕集チャンバー１０２との間での排出ガスの流れを調整することで、粒子径１０μｍ以上の粒子状物質を分離（分級）し、捕集する。

１段目分級部Ａ１は、筒形状の本体部１０の最も上流部に形成されている。一段目分級部Ａ１は、外部との仕切となる円形の平板部１１と、平板部１１から外部に向かって突出し、流入ノズル６３が固定される円筒形状の取り付けリブ１２とを備えている。なお、流入ノズル６３の取付部６３１は外周に雄ねじを有しており、取り付けリブ１２の内周面に設けられた雌ねじと螺合することで、流入ノズル６３を本体部１０に取り付ける。

また、１段目分級部Ａ１は、本体部１０の内面より内部に突出する支持柱状部１３と、本体部１０の内面と接触しないように支持柱状部１３に支持されたチャンバーケース１４とを備えている。チャンバーケース１４の内部の空間が第１捕集チャンバー１０２を構成している。

そして、１段目分級部Ａ１は、平板部１１の中央部に平板部１１を貫通するように設けられた複数個（ここでは６個）の加速ノズル１５（図８Ａ参照）と、加速ノズル１５と対向するように配置され、チャンバーケース１４を貫通するように設けられた捕集ノズル１６（図８Ｂ参照）とを備えている。捕集ノズル１６は加速ノズル１５と同数設けられている。

図３に示すように本体部１０の内部には、軸方向に延びる第１吸引管部１８１が形成されている。なお、第１吸引管部１８１は第３分割部材１０ｃから第８分割部材１０ｈにまたがって形成されている。そして、支持柱状部１３の内部に、第１吸引管部１８１とチャンバーケース１４の内部の第１捕集チャンバー１０２とを繋ぐ第１吸出し管１８が形成されている。なお、第１吸引管部１８１には、後述する第１副吸引ノズル４１が接続している。

さらに、本体部１０の内面とチャンバーケース１４の外面との間には、排出ガスが流れる隙間である気流流路１７が形成される。また、チャンバーケース１４には、チャンバーケース１４を通過する全ての気流が通過するように設けられたフィルタ部１９が備えられている。詳細は後述するが、第１吸出し管１８で第１捕集チャンバー１０２の排出ガスを吸入することで、第１捕集チャンバー１０２内に気流が発生する。

そのため、第１吸出し管１８は第１捕集チャンバー１０２の内部での気流の流れ方向の下流側、すなわち、第３分割部材１０ｃに形成される（図８Ｃ参照）。また、フィルタ部１９は、円環状の枠で、網状の焼成フィルタ１９１を挟み込み固定したフィルタホルダの上部に、ろ材Ｆｉを着脱可能に配置した構成を有している。焼成フィルタ１９１は、フィルタ部１９を流れる気流の力によって、ろ材Ｆｉが変形したり、破損したりするのを抑制する、すなわち、ろ材Ｆｉを保持するためのものである。そのため、焼成フィルタ１９１はろ材Ｆｉを保持することができるとともに、圧力損失が小さい網目を有していることが好ましい。

ろ材Ｆｉとしては、流入してくる排出ガスが高温の場合に備え、熱的に安定した性質（例えば高温時の変形、変質が起こりにくい）ものが採用されている。さらに、ろ材としては流入してくる排出ガスに含まれる物質（粒子状物質を含む）を吸着したり、物質と化学反応を起こしたりしないものが採用されている。なお、ろ材Ｆｉとしては、例えば、石英繊維フィルタ（ＱＲ−１００：アドバンテック東洋株式会社製）等を挙げることができるがこれに限定されない。この石英繊維フィルタ（ＱＲ−１００）の捕集効率は、ＪＩＳ Ｚ ８９０１に準拠しており、０．３μｍのフタル酸ジオクチル粒子が分散した大気を５ｃｍ／ｓの通気速度で濾過したとき、９９．９９パーセント捕集できるものである。すなわち、ろ材Ｆｉは、０．３μｍ以上の粒子を捕集できるものである。

また、本体部１０の各分割部材同士は、内部を流れる気流が外部に漏れるのを抑制するため、本体部１０の分割部材の分割境界に設けられたパッキンＰｋ１で気密性を保持している。なお、第１分割部材１０ａを除く各分割部材は、上流側の端部に、パッキンＰｋ１を嵌合するための円環状の凹部が設けられている。この凹部にパッキンＰｋ１を取り付け、分割部材を軸方向に組み立てることで、本体部１０の内部空間を気密に形成することが可能となる。

なお、第１吸引管部１８１の周囲も気密性を保持するためのパッキンＰｋ２が設けられている。

１段目分流部Ａ１では、加速ノズル１５を介して粒子状物質を含む排出ガスが流入する。そして、加速ノズル１５から流出する排出ガスの一部は捕集ノズル１６に流入する。残りは、加速ノズル１５と捕集ノズル１６の間から側方に流れ、気流流路１７を通って２段目分流部Ａ２に流入する。詳細は後述するが、１段目分流部Ａ１では、加速ノズル１５から流入する排出ガスに含まれる粒子状物質のうち、粒子径１０μｍ以上の粒子状物質が捕集ノズル１６に流入する。捕集ノズル１６から流入した粒子状物質は、フィルタ部１９で捕集されるようになっている。また、粒子径１０μｍ未満の粒子状物質は、気流流路１７を介して２段目分流部Ａ２に流入する。

２段目分級部Ａ２は、流入チャンバー２０１と、第２分級室２０２と、第２捕集チャンバー２０３とを有している。流入チャンバー２０１は、チャンバーケース１４の下流側の面と面し、気流流路１７を介して第１分級室１０１とつながっている。つまり、粒子径１０μｍ以上の粒子状物質が取り除かれた排出ガスが、気流流路１７を介して２段目分級部Ａ２に流入している。

２段目分流部Ａ２は、流入チャンバー２０１と第２分級室２０２とを隔てる隔壁部２１と、本体部１０の内面から内側に突出した支持柱状部２２と、本体部１０の内面と接触しないように支持柱状部２２に支持されたチャンバーケース２３とを備えている。そして、２段目分級部Ａ２は、隔壁部２１の中央部に隔壁部２１を貫通するように設けられた複数個（ここでは６個）の加速ノズル２４と（図９Ａ参照）、加速ノズル２４と対向するように配置され、チャンバーケース２３を貫通するように設けられた捕集ノズル２５とを備えている（図９Ｂ参照）。捕集ノズル２５は加速ノズル２４と同数設けられている。また、本体部１０の内面とチャンバーケース２３の外面との間には、気流が流れるための気流流路２６が形成されている。

図４に示すように、本体部１０の内部の第１吸引管部１８１の中心を挟んで反対側の部分には、軸方向に延びる第２吸引管部２７１が形成されている。第２吸引管部２７１は本体部１０の第６分割部材１０ｆ、第７分割部材１０ｇ及び第８分割部材１０ｈの部分に形成されている。支持柱状部２２の内部には、第２捕集チャンバー２０３と第２吸引管部２７１との間に第２吸出し管２７が形成されている（図９Ｃ参照）。なお、第２吸引管部２７１は、後述する第２副吸引ノズル４２と接続されている。

そして、第２捕集チャンバー２０３の内部には、フィルタ部２８が設けられている。フィルタ部２８の構造はフィルタ部１９と同じで構成を有しており、ろ材Ｆｉをフィルタホルダの上部に配置した構成を有している。焼成フィルタ、フィルタホルダ及びろ材はフィルタ部１９と同等の構成を有している。第２捕集チャンバー２０３には、粒子径が２．５μｍ以上、１０μｍ未満である粒子状物質が流入し、流入した粒子状物質はフィルタ部２８のろ材Ｆｉによって捕集される。２段目分級部Ａ２では、流入した排出ガスに含まれる粒子状物質から粒子径が２．５μｍ以上、１０μｍ未満の粒子状物質を分級／捕集する。そして、これらの粒子状物質が取り除かれた排出ガスが気流流路２６を介して捕集部Ａ３に流入する。

捕集部Ａ３には、第３捕集チャンバー３０１が形成されている。捕集部Ａ３では、上流から下流にむかって形成された流路部３１を備えており、流路部３１が第３捕集チャンバー３０１を形成している。そして、流路部３１には、流路部３１を流れる全ての気流が通過するように配されたフィルタ部３２を備えている。また、第３捕集チャンバー３０１の下流側の端部が主吸引ノズル４０と連結された主吸引管部３３と連通している。

フィルタ部３２は、フィルタ部１９と同様の構成を有しており、フィルタホルダの上部にろ材を配置した構成を有している。焼成フィルタ、フィルタホルダ及びろ材はフィルタ部１９と同等の構成を有している。捕集部Ａ３には、粒子径２．５μｍ未満の粒子状物質を含む排出ガスが流入し、流入した粒子状物質はフィルタ部３２のろ材Ｆｉに捕集される。上述したように、ろ材Ｆｉは０．３μｍ以下の粒子を捕集できるものであり、フィルタ部３２のろ材Ｆｉでは、粒子径が２．５μｍ未満の粒子状物質の略全てが捕集される。

また、図１０Ｂ、図１０Ｃに示しているように、本体部１０の最も下流側に配置された第８分割部材１０ｈには、径方向の端面に主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２が直線上に並んで配置されている。そして、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２は本体部１０の中心軸に沿う方向に延びるように配置されている。さらに説明すると、主吸引ノズル４０が第８分割部材１０ｈの端面の中心部分に形成されており、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２が主吸引ノズル４０を挟んで配置されている。

そして、主吸引ノズル４０に主吸引チューブ５０が取り付けられている。また、第１副吸引ノズル４１に第１副吸引チューブ５１が取り付けられている。さらに、第２副吸引ノズル４２に第２副吸引チューブ５２が取り付けられている。そして、主吸引ノズル４０と主吸引チューブ５０、第１副吸引ノズル４１と第１副吸引チューブ５１、第２副吸引ノズル４２と第２副吸引チューブ５２のそれぞれの取付部分の気密性を高めるため、固定用部材５３が取り付けられている。

固定用部材５３は、円板状の部材であり中央に周吸引ノズル４０及び主吸引チューブ５０が貫通する主貫通孔５３０を備えている。また、第１副吸引ノズル４１及び第１副吸引チューブ５１と対応する位置に第１貫通孔５３１が形成されている。さらに、第２副吸引ノズル４２及び第２副吸引チューブ５２と対応する位置に第２貫通孔５３２が形成されている。そして、円板状の固定用部材５３に２本のねじＳｃｃを螺合するためのねじ孔５３３が備えられている。ねじ孔５３３を貫通した２本のねじＳｃｃは第８分割部材１０ｈの端面に形成された雌ねじ孔５４に螺合される（図５参照）。

主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２の外形は、先端が細くなるようなテーパー形状を有している。そして、主貫通孔５３０、第１貫通孔５３１及び第２貫通孔５３２は、テーパー形状の最大外径と最小外径の間の内径を有している。なお、各貫通孔５３０、５３１及び５３２は、円柱状の孔であってもよいし、テーパー形状の孔であってもよい。この貫通孔のテーパー形状の孔は、貫通孔５３０、５３１、５３２のテーパー形状と逆方向に細くなる形状である。

そして、ねじＳｃｃを回すことで固定用部材５３が軸方向に移動する。主吸引ノズル４０が先細りテーパー形状を有し、主貫通孔５３０の内径が主吸引ノズル４０の最大外径と最小外径の間の内径を有しているため、固定部材５３が軸方向に移動することで、主吸引ノズル４０の外周面と主貫通孔５３０の内周部とは接近する。これにより、主貫通孔５３０の内周部と主吸引ノズル４０の外周面とで主吸引チューブ５０が挟まれ、主吸引チューブ５０は主吸引ノズル４０に気密に取り付けられる。

同様に、第１副吸引チューブ５１が第１貫通孔５３１の内周部と第１副吸引ノズル４１の外周面とで挟まれて第１副吸引ノズル４１に気密に取り付けられる。第２副吸引チューブ５２が、第２貫通孔５３２の内周部と第２副吸引ノズル４２の外周面とで挟まれて第２副吸引チューブ５２が第２副吸引ノズル４２に気密に取り付けられる。

このような構成とすることで、２本のねじＳｃｃを締めるといった簡単な操作で、主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２をそれぞれ対応した、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２に抜けないように取り付けることができる。このことから、各チューブ５０、５１、５２と対応する各ノズル４０、４１、４２との着脱作業を簡略化することが可能である。また、固定用部材５３で固定することで、チューブをノズルに差し込むだけの構成に比べて確実な取付が可能となる。

図４、図５に示すように、本体部１０の下流側の端部には、把持部７０が取り付けられ、これにより、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２が把持部７０の内部に配置され、これらの吸引ノズルに取り付けられる主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２は把持部７０の内部に配置される。以下に、把持部７０の詳細について説明する。

図１、図４、図５に示すように、把持部７０は作業者が把持する把持パイプ７１と、把持パイプ７１の先端に固定され、本体部１０の下流側の端部である第８分割部材１０ｈに取り付けられる取付部７２とを備えている。取付部７２は、筒形状を有しており、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２を囲むように本体部１０（第８分割部材１０ｈ）に取り付けられる。

そして、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２それぞれに取り付けられた主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２は、取付部７２の内部に配置されるとともに、把持パイプ７１の内部に配管されている。

図７に示すように把持パイプ７１は、先端に取付部７２が固定された第１パイプ７１１と、第１パイプ７１１に螺合される第２パイプ７１２とを有している。第２パイプ７１２の外周面には、有効径が異なる２種類の雄ねじＭａ、Ｍｂが形成されており、第１パイプ７１１は、雄ねじＭａと螺合する雌ねじを備えている。また、雄ねじＭｂには、ナット部材７１３が螺合している。ナット部材７１３は、軸方向の側面が第１パイプ７１１の端面と接触できるように配置されている。

第１パイプ７１１の雌ねじと第２パイプ７１２の雄ねじＭａとを螺合し、第１パイプ７１１と第２パイプ７１２とを接続する。そして、ナット部材７１３を回動させ、ナット部材７１３の端面を第１パイプ７１１の先端に接触（圧着）させる。これにより、第１パイプ７１１と第２パイプ７１２との螺合、及び、第２パイプ７１２とナット部材７１３の螺合が組み合わされ、いわゆる、ダブルナットと同じ構造となり、第１パイプ７１１と第２パイプ７１２との緩み止めになる。

次に、本体部１０と把持部７０との取付けについて説明する。まず、本体部１０の組み立てについて説明する。図５に示すように、第１分割部材１０ａを除く分割部材１０ｂ〜１０ｈは、上流側の面に位置決め用ピンＰｎが設けられている。そして、第８分割部材１０ｈを除く分割部材１０ａ〜１０ｇの下流側の面には、下流側に隣接する分割部材の位置決めピンＰｎが係合する位置決め穴ＨＬが設けられている。位置決めピンＰｎを位置決め穴ＨＬに挿入することで、隣り合う分割部材を中心軸が重なるように位置決めし、軸方向に重ねることができる。なお、本実施形態では、位置決めピンを一体的に形成しているものとしているが、分離可能であってもよい。

また、バーチャルインパクタＶＩでは、図８Ａ〜Ｄ、図９Ａ〜Ｃ、図１０Ａ〜Ｃに示すように、すべての分割部材１０ａ〜１０ｈに設けられている位置決めピンＰｎの平面視にいて同じ位置に設けられているが、これに限定されない。すべての、分割部材１０ａ〜１０ｈで平面視における位置を異なる位置とすることで、正しい分割部材を隣接させないと、位置決めピンＰｎを位置決め穴ＨＬに挿入できないため、間違った分割部材を組み付けてしまう不具合の発生を抑制することができる。

また、図８Ａ〜Ｄ、図９Ａ〜Ｃ、図１０Ａ〜Ｃに示すように、各分割部材１０ａ〜１０ｈは軸方向に貫通する一対の第１貫通孔Ｓｈ１１、Ｓｈ１１が設けられている。第１貫通孔Ｓｈ１１、Ｓｈ１１は、各分割部材１０ａ〜１０ｈの中心を挟んで対向する位置に設けられており、各分割部材１０ａ〜１０ｈを軸方向に重ねて配置したとき、軸方向に重なる位置に形成されている。

また、最も下流側の分割部材１０ｈを除く分割部材１０ａ〜１０ｇには、中心を通り、第１貫通孔Ｓｈ１１、Ｓｈ１１を結ぶ線と直交する線上に設けられた一対の第２貫通孔Ｓｈ２２、Ｓｈ２２が設けられている。これら第２貫通孔Ｓｈ２２も分割部材１０ａ〜１０ｇで重なる位置に設けられている。また、本体部１０の最も下流側の分割部材１０ｈの第２貫通孔Ｓｈ２２、Ｓｈ２２と重なる位置には、内周面に雌ねじが形成された雌ねじ穴Ｓｈ３３、Ｓｈ３３が形成されている。

そして、分割部材１０ｂ〜１０ｈの位置決めピンＰｎをそれぞれ分割部材１０ａ〜１０ｇの下流側の面に設けられた位置決め穴ＨＬに挿入する。このとき、分割部材１０ａ〜１０ｇの第２貫通穴Ｓｈ２２、Ｓｈ２２と第８分割部材１０ｈの雌ねじ穴Ｓｈ３３、Ｓｈ３３とが軸方向に重なる。そして、ねじＳｃ２を第１分割部材１０ａ側から、貫通孔Ｓｈ２２、Ｓｈ２２に挿入し、ねじＳｃ２の先端を、雌ねじ穴Ｓｈ３３、Ｓｈ３３に螺合することで、本体部１０を組み立てる。

さらに、貫通孔Ｓｈ１１、Ｓｈ１１の第１分割部材１０ａ側からねじＳｃ１を挿入し、その先端を、把持部７の取付部７２に設けられている雌ねじ穴７２１、７２１に螺合する（図５では、雌ねじ穴７２１は１個のみ図示している）。これにより、本体部１０と把持部７０とが連結される。以上のように、本体部１０は、ねじＳｃ１及びねじＳｃ２が分割部材１０ａ〜１０ｈを貫通し、それぞれ、雌ねじ穴７２１及び雌ねじ穴Ｓｈ３３に螺合することで、本体部１０を組み立てることができる共に、本体部１０と把持部７０とを連結することができる。このように、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩはねじＳｃ１、ねじＳｃ２にて組み立て／分解が可能であるため、分解／組み立てが容易である。

バーチャルインパクタＶＩでは、第１捕集チャンバー１０２の排出ガスを吸引するための第１吸引管部１８１、第２捕集チャンバー２０３の排出ガスを吸引するための第２吸引管部２７１が本体部１０の内部に形成されている。そして、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２が把持部７０の取付部７２内部に設けられている。そして、主吸引ノズル４０、第１副吸引ノズル４１及び第２副吸引ノズル４２のそれぞれに取り付けられる主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２が把持部７０の内部に配置されている。これらのことより、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩは、本体部１０の外周方向に配管等の突起物が形成されない形状を有している。

次に、バーチャルインパクタＶＩの内部の動作について説明する。主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２は、バーチャルインパクタＶＩの外部に設けられた吸引装置（不図示）に接続されている。

主吸引チューブ５０が主吸引ノズル４０に接続しており、流路部３１と連結されている。そして、主吸引チューブ５０が接続されている吸引装置が作動することで、流路部３１内の排出ガスを吸引する。これにより、流路部３１と気流流路２６を介して連結されている第２分級室２０２の圧力が低下し、加速ノズル２４に流入チャンバー２０１から第２分級室２０２への排出ガスの流れ（気流）が発生する。流入チャンバー２０１は気流流路１７を介して第１分級室１０１と接続しており、加速ノズル２４にも流入ノズル６３の内部空間６３０と平板部１１で囲まれた空間から第１分級室１０１への排出ガスの流れ（気流）が発生する。

第１吸引チューブ５１が第１副吸引ノズル４１に接続しており、第１吸引管部１８１が連結されている。さらに、第１吸引管部１８１が第１吸出し管１８を介して第１捕集チャンバー１０２と連結されている。そして、第１副吸引チューブ５１が接続されている吸引装置が作動することで、第１捕集チャンバー１０２内の排出ガスを吸引する。これにより、第１捕集チャンバー１０２の圧力が低下するため、捕集ノズル１６に第１分級室１０１から第１捕集チャンバー１０２への気流が発生する。

第２吸引チューブ５２が第２副吸引ノズル４２に接続しており、第２吸引管部２７１が連結されている。さらに、第２吸引管部２７１が第２吸出し管２７を介して第２捕集チャンバー２０３と連結されている。そして、第２副吸引チューブ５２が接続されている吸引装置が作動することで、第２捕集チャンバー２０３内の排出ガスを吸引する。これにより、第２捕集チャンバー２０３の圧力が低下するため、捕集ノズル２５に第２分級室２０２から第２捕集チャンバー２０３への気流が発生する。

流入ノズル６３の内部空間から加速ノズル１５を介して１段目分流部Ａ１に流入した排出ガスの流量を流量Ｑ０とすると、流量Ｑ０は、気流流路１７側に流れる流量Ｑ１と、捕集ノズル１６を介して第１捕集チャンバー１０２に流れる流量Ｑ２に分かれる。第１捕集チャンバー１０２の排出ガスは第１副吸引チューブ５１によって吸引されるため、第１副吸引チューブ５１を介して吸引される排出ガスの流量は、流量Ｑ２となる。つまり、流量Ｑ０、流量Ｑ１及び流量Ｑ２の間には、Ｑ０＝Ｑ１＋Ｑ２の関係が成り立っている。

また、気流流路１７を介して２段目分流部Ａ２に流入した排出ガスの流量はＱ１である。そして、２段目分流部Ａ２に流入した排出ガスは、加速ノズル２４を通過し、気流流路２６側に流れる流量Ｑ３と、捕集ノズル２５を介して第２捕集チャンバー２０３に流れる流量Ｑ４に分かれる。第２捕集チャンバー２０３の排出ガスは第２副吸引チューブ５２によって吸引されるため、第１副吸引チューブ５２を介して吸引される排出ガスの流量は、流量Ｑ４となる。つまり、流量Ｑ１、流量Ｑ３及び流量Ｑ４の間にはＱ１＝Ｑ３＋Ｑ４の関係が成り立っている。

また、気流流路２６を介して捕集部Ａ３に流入した排出ガスの流量は流量Ｑ３であり、この排出ガスは、全て主吸引チューブ５０を介して吸引される。そのため、主吸引チューブ５０を介して吸引される排出ガスの流量は、流量Ｑ３となる。

以上のことを総合すると、流入ノズル６３から流入する排出ガスの流量Ｑ０、主吸引チューブ５０を介して吸引される排出ガスの流量Ｑ３、第１副吸引チューブ５２を介して吸引される排出ガスの流量Ｑ２及び第２副吸引チューブ５２を介して吸引される排出ガスの流量Ｑ４との間には、Ｑ０＝Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４の関係が成り立つ。

以上のことより、流入ノズル６３を流れる排出ガスの流量Ｑ０（すなわち、取込み口６１で取り込まれる排出ガスの流量）は、主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２を介して吸引される排出ガスの流量と同じになる。つまり、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩは、主吸引チューブ５０、第１副吸引チューブ５１及び第２副吸引チューブ５２を介して排出ガスを吸引することで、取込み口６１から排出ガスを取り込んでいる。

そして、バーチャルインパクタＶＩの１段目分級部Ａ１、２段目分級部Ａ２では、加速ノズル１５（２４）と捕集ノズル１６（２５）の形状及び加速ノズル１５（２４）から流出する排出ガスの流速によって、分級する粒子状物質の粒子径を決定している。この分級の方法について図面を参照して説明する。図１１は１段目分級部での分級状態を示す図である。

なお、１段目分級部Ａ１及び２段目分級部Ａ２は、分級する粒子径が異なるため、形状の詳細な値は異なるが、実質的には同じ構成を有している。そこで、両者を代表して、１段目分級部Ａ１を参照して説明する。また、加速ノズル１５及び捕集ノズル１６はそれぞれ１個だけ図示しているが、バーチャルインパクタＶＩでは、６個ずつ設けられている。そして、以下の説明において、排出ガスの流量Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２と記載する場合、図面上は、１個の加速ノズル１５及び捕集ノズル１６にのみ記載しているが、実際には、全ての加速ノズル１５及び捕集ノズル１６を流れる排出ガスの流量の合計である。

図１１に示すように、加速ノズル１５と捕集ノズル１６とは排出ガスの流れ方向に中心が重なるように配置されている。そして、加速ノズル１５では、内径が排出ガスの流れ方向下流に向かって細くなっており、流速が増速される構成となっている。加速ノズル１５から流入する排出ガスの流量は流量Ｑ０である。

１段目分級部Ａ１において、加速ノズル１５から流入した排出ガスは、一部が捕集ノズル１６を介して第１捕集チャンバー１０２に流入し、残りは気流流路１７を介して２段目分級部Ａ２に流入する。図５等に示すように、気流流路１７は、加速ノズル１５と捕集ノズル１６との間隙と連通されている。そのため、気流流路１７に流れる排出ガスは、流量Ｑ１で加速ノズル１５と捕集ノズル１６との間隙から側方に向かって流れる。また、加速ノズル１５から流出した排出ガスのうち、一部は流量Ｑ２で捕集ノズル１６内を流れる。

加速ノズル１５を流れる排出ガスは加速されており、排出ガスに含まれる粒子状物質も排出ガスの流れに乗って加速される。加速ノズル１５から流出された排出ガスに含まれる粒子状物質のうち、粒子径が小さい粒子状物質は重量が小さく、慣性力も小さい。そのため、加速ノズル１５から流出した粒子径が小さい粒子状物質は、気流流路１７に向かう排出ガスの流れに載って側方に流出する。

一方、粒子径が大きいものは重量が重く、慣性力も大きくなっている。そのため、加速ノズル１５から流出された粒子径が大きい粒子状物質は、慣性力によって捕集ノズル１６に向かう。そして、捕集ノズル１６内を流れる排出ガスの流れ（流量Ｑ２）によって捕集ノズル１６を介して第１捕集チャンバー１０２内部に流入する。

このように、バーチャルインパクタＶＩでは、排出ガスの流れる力と粒子状物質の慣性力との力の差を利用して、粒子状物質を粒子径によって分級している。なお、バーチャルインパクタＶＩでは、側方に流れる排出ガスの流量に対して捕集ノズルに流れる排出ガスの量を小さく設定し、慣性力が大きい（粒子径が大きい）粒子状物質のみを捕集ノズルに流入させている。

バーチャルインパクタＶＩでは、粒子状物質の捕集ノズル１６への流入は、慣性力によって行われるため、捕集ノズル１６内を流れる排出ガスの流量Ｑ２は気流流路１７を流れる排出ガスの流量Ｑ１に対し小さくてよい。本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩでは、流量Ｑ１、Ｑ２が、Ｑ２／Ｑ１≒１／９としているが、それに限定されない。

１段目分級部Ａ１において、加速ノズル１５の形状（内径、長さ等）及び通過する排出ガスの流速、捕集ノズル１６の形状（内径等）及び加速ノズル１５の先端と捕集ノズル１６の先端との距離等を調整することで、捕集ノズル１６に流入する粒子状物質の粒子径を調整することができる。２段目分級部Ａ２でも同様の方法で分級を行っている。また、各ノズルの大きさは、１段目分級部Ａ１では、粒子径１０μｍ以上の粒子状物質が捕集ノズル１６に流入するように設定されており、２段目分級部Ａ２では、粒子径２．５μｍ以上の粒子状物質が捕集ノズル２５に流入するように設定されている。

図１１に示すように、バーチャルインパクタＶ１では、捕集ノズル１６の上流側端部（吸い込み部）の内周部分を曲面形状の面取り部１６１を形成している。この曲面状の面取り部１６１を設けることで、加速ノズル１５から流出した排出ガス（図１１で示す流線）が、捕集ノズル１６内部に流入しにくくなる。すなわち、粒子径が小さい粒子状物質が捕集ノズル１６に流入するのを抑制し、分級精度を高めることが可能である。

バーチャルインパクタＶＩの内部は、粒子状物質を含む排出ガスが流れる構成となっている。そして、粒子状物質の付着や乱流を抑制するため、バーチャルインパクタＶＩの流入する排出ガスと接触する面の表面粗さが小さい方が好ましい。そのために、排出ガスと接触する面には、表面粗さを小さくする表面加工が施されていてもよい。

本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩでは、本体部１０の外面が一部切りかかれた平面部１００を有している。この平面部１００を有することで、本体部１０を水平面に横倒しにおいたとしても、転動が抑制される。また、上述した取込みパイプ６２の平面部１００に対する湾曲方向を常に一定にする或いは作業者が覚えておくことで、煙道Ｅｐ内部に配置された流入部６０の取込み口６１の方向を正確に煙道Ｅｐの排出ガスの流れ上流に向けることができる。また、切り欠いた形状を有することで、軽量化にも貢献する。

また、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩは、少なくとも流入部６０（の中でも取込み口６１）を煙道Ｅｐに挿入するだけで煙道Ｅｐ内の排出ガスのサンプリングを行うことができるので、煙道Ｅｐは少なくとも取込み口６１を挿入できる内径を有しておればよい。そのため、１つのバーチャルインパクタＶＩ或いは同じ設計のバーチャルインパクタＶＩで多種多様な煙道Ｅｐ内を流れる排出ガスをサンプリングすることができる。これにより、煙道Ｅｐに合わせてバーチャルインパクタＶＩを設計し、その設計に合わせた製造を行わなくてもよく、効率的に排出ガスのサンプリングを行うことが可能である。

さらに、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩでは、本体部の外周部分に突起物がなく、外周部に接続されるチューブ等も存在しない。そのため、狭い作業孔Ｉｎｓに容易にバーチャルインパクタＶＩを抜き差しすることができる。また、取り付け或いは組み立て作業時に、バーチャルインパクタＶＩの突起物を外部の部材に接触させて、突起物を破損させたり、吸引チューブが抜けてしまったり等の不具合が発生しない。そのため、作業の高効率化を図ることが可能である。また、サンプリング時には、重量物である本体部１０を作業孔Ｉｎｓと接触させて支持させることができるため、バーチャルインパクタＶＩを支持する作業者の負担を軽減することができる。

また、把持部７０はバーチャルインパクタＶＩを持って操作するためのものであり、十分な強度を有している。そして、本発明のバーチャルインパクタＶＩは、吸引配管が本体部１０の内部に形成されているとともに、チューブが把持部７０の内部に配置されているため、外部から力が作用しても、配管やチューブが押しつぶされるのを抑制できる。これにより、本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩを用いることで、外力が作用しやすい場所にバーチャルインパクタＶＩを取り付けたとしても、安定して、確実に煙道Ｅｐ内部の排出ガスのサンプリングを行うことが可能である。

また、バーチャルインパクタＶＩを用いたＰＭ１０／ＰＭ２．５の測定では、排出ガスを一定期間（時間）サンプリングした後、バーチャルインパクタＶＩを分解し、フィルタ部１９、フィルタ部２８及びフィルタ部３２の重量を計測する。フィルタ部１９には、粒子径が１０μｍ以上の粒子状物質が付着しており、フィルタ部２８には粒子径が１０μｍ未満で２．５μｍ以上の粒子状物質が付着している。そして、フィルタ部３２には粒子径が２．５μｍ未満の粒子状物質が付着しているため、これらのフィルタ部１９、２８、３２それぞれのろ材の重量変化を比較することで、排出ガスに含まれる粒子状物質のＰＭ１０（粒子径２．５μｍ以上１０μｍ未満の粒子状物質）、ＰＭ２．５（粒子径２．５μｍ未満の粒子状物質）を測定できる。

このように、バーチャルインパクタＶＩでは、サンプリング終了時に分解するため、分解／組み立てを繰り返す。本発明にかかるバーチャルインパクタＶＩは、各分割部材１０ａ〜１０ｈ及び把持部７０の固定にねじＳｃ１及びＳｃ２を利用しているため、分解／組み立てを容易且つ繰り返して行うことが可能である。

（第２実施形態）
バーチャルインパクタに用いられる流入ノズルの他の例について図面を参照して説明する。図１２は本発明にかかるバーチャルインパクタに用いられる流入ノズルの断面図である。なお、流入ノズル以外は、第１実施形態に示した構成と同じであるものとする。

バーチャルインパクタＶＩでは、取込み口６１から取り込まれた粒子状物質が含まれる排出ガスを、取込みパイプ６２を通過して流れ方向が変換された後、流入ノズル６３に流入させている。そして、流入ノズル６３の排出側の端部には、第１分割部１０ａの平板部１１が面している。図４、５等に示すように、平板部１１は、流入ノズル６３内を流れた排出ガスが直角或いはそれに近い角度で吹き付ける構成となっている。

このような構成において、排出ガスに含まれる粒子状物質の種類によっては、平板部１１の表面に粒子状物質が付着しやすい。また、粒子状物質が付着してしまうと、付着した粒子状物質の上にさらに粒子状物質が付着し、粒子状物質が堆積しやすくなり、排出ガスに含まれている粒子状物質の濃度を正確に把握できなくなる場合がある。

そこで、図６に示す流入ノズル６３に替えて、図１２に示すような、流入ノズル６５を取り付けることで、粒子状物質の付着を抑制する。図１２に示す流入ノズル６５の内部空間６５０は、内部に排出ガスを溜めるためのチャンバー部６５３を備えている。チャンバー部６５３を備えていることで、流入ノズル６５に流入した排出ガスの流速を低減する。そして、排出ガスが層を形成していることで、流入してくる排出ガスが、平板部１１に直接吹き付けるのを抑制することができ、平板部１１に粒子状物質が付着するのを抑制することが可能である。なお、チャンバー部６５３の大きさは、排出ガスの流速、排出ガスに含まれる粒子状物質の種類によって決められる。

その他の特徴については第１実施形態と同じである。

（第３実施形態）
図１３は煙道の湾曲部にバーチャルインパクタを取り付けている状態を示す断面図であり、図１４は流入ノズルの他の例の断面図である。

第１実施形態では、バーチャルインパクタＶＩを煙道Ｅｐの排出ガスの流れに対して、交差する方向（図２では、直交している）に挿入している。煙道Ｅｐの構成によっては、図１３に示すように、配管のエルボーのように、湾曲した部分Ｅｂに作業孔Ｉｎｓが形成されている場合もある。このような湾曲部にバーチャルインパクタＶＩを配置し、排出ガスのサンプリングを行う場合、第１実施形態のように曲がった取込みパイプ６２を用いると、取込み口６１の端部を排出ガスの流れ方向上流側に向けることができなくなる場合があり、正確なサンプリングが難しくなる。

そこで、図１４に示すような、上流側に中心軸に沿って延びる円筒形状の流入部６６２を備えた流入ノズル６６を本体部１０に取り付けるようにしている。このような、流入部６６２を備えていることで、煙道Ｅｐ内の流れがバーチャルインパクタＶＩの軸方向に沿って流れている場合でも、正確に排出ガスのサンプリングを行うことができる。

なお、本実施形態では、先端が円筒形状の流入部６６２を備えた流入ノズル６６を用いたものを例に説明しているが、これに限定されるものではない。流入部６６２は、軸に対して角度をつけて形成されていてもよい。

また、図６或いは図１２に示すような、取込みパイプ６２を着脱可能な流入ノズルにおいて、取込みパイプ６２を取り換えることで、煙道Ｅｐの形状に対応するようにしてもよい。例えば、図６で示す９０度曲がった取込みパイプ６２以外に、曲がりのない（ストレート）、曲がり角度が９０度以外の取込みパイプを複数個用意しておき、煙道ＥｐとバーチャルインパクタＶＩの角度に合わせ、排出ガスを効果的にサンプリングできる形状を選択するようにしてもよい。このように構成することで、排出ガスのサンプリング精度の低下を抑制することができる。

また、湾曲角度以外にも、内径が異なる取込みパイプ６２を用意しておき、煙道Ｅｐの形状、大きさ、作業孔Ｉｎｓの形状及び排出ガスの状態（流速、成分等）に適応した取込みパイプ６２を取り換えて排出ガスをサンプリングするようにしてもよい。例えば、排出ガスの流速が速い場合、内径を小さくし、遅い場合内径を大きくしている。このように取込みパイプ６２の内径を変えることで、排出ガスの流速が変化しても、バーチャルインパクタＶＩに流入する排出ガスの流量を一定とすることが可能であり、より正確な評価（比較）が可能となる。

以上のように、流入ノズル自体或いは取込みパイプを取り換えるだけで、作業孔Ｉｎｓが形成されている場所が異なっていても、排出ガスを精度よくサンプリングすることができる。そのため、バーチャルインパクタＶＩの本体１０を変更しなくてもよく、作業孔Ｉｎｓの煙道Ｅｐに対する位置にかかわらず簡単に対応することができる。

その他の特徴については第１実施形態〜第２実施形態と同じである。

（第４実施形態）
本発明にかかるバーチャルインパクタの他の例について図面を参照して説明する。図１５は本発明にかかる分級装置であるバーチャルインパクタの他の例の拡大断面図である。図１５に示すバーチャルインパクタＶ２は、分割部材を繋ぐためのインロー構造Ｉｒを備えている以外、第１実施形態に示すバーチャルインバータＶＩと同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。なお、図１５に示すバーチャルインパクタＶ２の本体部１０は、第１分割部材１０ａ〜第４分割部材１０ｄまでを拡大している。

第１実施形態等に示すバーチャルインパクタＶＩに対して軸と交差する方向に力が作用すると、隣合う分割部材を軸と交差する方向にずらすようなせん断力が分割部材に発生する場合がある。このとき、隣合う分割部材は位置決めピンＰｎで位置決めされているとともに、各分割部材をねじＳｃ１、Ｓｃ２が貫通しているため、せん断力は、位置決めピンＰｎ、ねじＳｃ１、Ｓｃ２に作用する。

本体部１０を落下させてしまったり、取り付け時に壁等の剛体に接触させてしまったりして、大きな力が本体部１０に作用した場合、位置決めピンＰｎや、ねじＳｃ１、Ｓｃ２に大きなせん断力がし、そのせん断力によって変形或いは破損してしまう場合がある。

バーチャルインパクタＶ２は、円筒形状のインロー構造Ｉｒを設け、インロー構造Ｉｒを組み合わせることで、隣合う分割部材（図１５では、第１分割部材１０ａと第２分割部材１０ｂ、第２分割部材１０ｂと第３分割部材１０ｃ、第３分割部材１０ｃと第４分割部材１０ｄ）を連結している。

インロー構造Ｉｒは、第１分割部材１０ａを除く分割部材１０ｂ〜１０ｈの上流側の面の内周面部を軸方向に伸ばした形状の突出部Ｉｒ１と、第８分割部材１０ｈを除く分割部材１０ａ〜１０ｇの下流側の面に形成され、下流側に隣接する分割部材の突出部Ｉｒ１が挿入される凹穴形状の挿入部Ｉｒ２とを有している。

図１５に示すように、インロー構造Ｉｒは、各分割部材の内周面部を伸ばした形状を有しているため、せん断力を受ける面の大きさが大きくなっている。すなわち、せん断力が分散されるため、変形や破損が発生しにくくなる。なお、図１５には示していないが、第５分割部材１０ｅ〜第８分割部材１０ｈも同様のインロー構造Ｉｒで連結されるようになっている。

また、インロー構造Ｉｒを形成することで、分割部材が隣り合う部分の形状が複雑になるため、内部を流れる排出ガスの漏れの抑制を高める効果も奏する。なお、本実施形態では、インロー構造Ｉｒが円筒形状のものとして説明しているが、楕円や多角形等の円以外の断面を有する構造であってもよい。このように、円以外の断面を有する場合、例えば、本体部１０にねじり力が作用した場合でも、インロー構造Ｉｒがねじり力を受けるため、分割部材が隣の分割部材に対してねじれる（回転する）のを抑制することが可能である。

その他の特徴については第１実施形態〜第３実施形態と同じである。

上述の各実施形態において、本体部１０の外周面が、１か所を切り欠いた円筒形と平面とを組み合わせた構成としているが、切欠き部分は１か所に限定されない。切りかかれた形状でなくてもよい（円筒形であってもよい）し、複数個所切りかかれた円筒形状であってもよい。また、楕円等の正円ではない断面を有するものであってもよし、四角形や六角形等の多角形の断面を有するものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

１０ 本体部
１０ａ〜１０ｈ 分割部材
１１ 平板部
１２ 取り付けリブ
１３ 支持柱状部
１４ チャンバーケース
１５ 加速ノズル
１６ 捕集ノズル
１６１ 面取り部
１７ 気流流路
１８ 第１吸出し管
１８１ 第１吸引管部
１９ フィルタ部
１０１ 第１分級室
１０２ 第１捕集チャンバー
２０１ 流入チャンバー
２０２ 第２分級室
２０３ 第２捕集チャンバー
２１ 隔壁部
２２ 支持柱状部
２３ チャンバーケース
２４ 加速ノズル
２５ 捕集ノズル
２６ 気流流路
２７ 第２吸出し管
２７１ 第２吸引管部
２８ フィルタ部
３１ 流路部
３２ フィルタ部
３３ 主吸引管部
４０ 主吸引ノズル
４１ 第１副吸引ノズル
４２ 第２副吸引ノズル
５０ 主吸引チューブ
５１ 第１副吸引チューブ
５２ 第２副吸引チューブ
６０ 流入部
６１ 取込み口
６２ 取込みパイプ
６３ 流入ノズル
６４ 固定ナット
６５ 流入ノズル
６６ 流入ノズル
７０ 把持部
７１ 把持パイプ
７２ 把持部
Ｅｐ 煙道
Ｉｎｓ 作業孔
Ｐｋｎ パッキン
Ｐｋ１、Ｐｋ２ パッキン

Claims (9)

1. 管体内に挿入し、前記管体内を流れる流体内に含まれる所定範囲の大きさの粉体を分級する分級装置であって、
   軸方向に延びるとともに軸方向の一端から他端に亘って軸と直交する面で切断した場合に、外表面の形状が均一な筒形状の本体部と、
   前記本体部の軸方向の端面に設けられて前記流体を流入させる流入ノズルと、
   前記本体部の内部に流入する流体を吸引し、前記本体部の軸方向の他端面から軸方向に突出する主吸引ノズルと、
   前記本体部の内部に配置された１段又は複数段で前記流体に含まれる粉体を分級する分級部と、
   前記分級部の下流側に配置される捕集フィルタとを有し、
   前記分級部が、
   前記本体部の内部を流れる前記流体を加速する加速ノズルと、
   前記加速ノズルと対向して配置され、前記加速ノズルから流出する流体の一部を吸引する捕集ノズルと、
   前記主吸引ノズルと同じ端面から軸方向に突出する副吸引ノズルと、
   前記捕集ノズルと前記副吸引ノズルを接続し前記本体部の外表面と内面との間に配置される吸引管部と、を備え、
   前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルは前記本体部を軸方向に見たときに前記本体部の他端面内に収まることを特徴とする分級装置。
2. 管体内に挿入し、前記管体内を流れる流体内に含まれる所定範囲の大きさの粉体を分級する分級装置であって、
   軸方向に延びるとともに軸方向の一端から他端に亘って軸と直交する面で切断した場合に、外表面の形状が均一な筒形状の本体部と、
   前記本体部の軸方向の端面に設けられて前記流体を流入させる流入ノズルと、
   前記本体部の内部に流入する流体を吸引し、前記本体部の軸方向の他端面から軸方向に突出する主吸引ノズルと、
   前記本体部の内部に配置された１段又は複数段で前記流体に含まれる粉体を分級する分級部と、
   前記分級部の下流側に配置される捕集フィルタとを有し、
   前記分級部が、前記本体部の内部を流れる前記流体を加速する加速ノズルと、
   前記加速ノズルと対向して配置され、前記加速ノズルから流出する流体の一部を吸引する捕集ノズルと、
   前記捕集ノズルと接続され前記主吸引ノズルと同じ端面から軸方向に突出する副吸引ノズルとを備え、
   前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルは前記本体部を軸方向に見たときに前記本体部の他端面内に収まり、
   前記本体部の下流側の端部に、内部に前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルが位置するように着脱可能な筒状の把持部材を備え、
   前記把持部材が、第１パイプと、前記第１パイプの前記本体部と反対側と接続される第２パイプに分割可能な構成であるとともに、前記第１パイプと前記第２パイプとを嵌合させるねじ嵌合部を有し、
   前記ねじ嵌合部は、
   前記第１パイプの前記本体部と反対側の端部に形成された雌ねじと、
   前記第２パイプに形成された有効径が異なる第１雄ねじ及び第２雄ねじと、
   前記第２雄ねじに螺合された緩み止め用のナット部材と、を備え、
   前記第１雄ねじと前記第２雄ねじとは、第１雄ねじが前記本体部側となるように軸方向に並んで配置されており、
   前記第１雄ねじは、前記第２雄ねじよりも有効径が小さく前記雌ねじが螺合可能であるとともに、前記第２パイプの本体側の端部に形成されており、
   前記雌ねじと前記第１雄ねじとを螺合するとともに、前記第１パイプと前記ナット部材とを接触させて前記第１パイプと前記第２パイプとを固定することを特徴とする分級装置。
3. 前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルのそれぞれには、主吸引チューブ及び副吸引チューブを取り付けるようになっており、
   前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルに対応する位置に形成される貫通孔を有する取付部材を備え、
   前記貫通孔に挿入した主吸引チューブ及び副吸引チューブをそれぞれ主吸引ノズル及び副吸引ノズルに接続し、取付部材を本体部に近づけることで主吸引チューブ及び副吸引チューブが挟持される請求項１又は請求項２に記載の分級装置。
4. 前記本体部は、軸方向に複数の分割部材に分割可能な構成を有しており、
   前記分割部材が隣接する分割部材と前記本体部の中心軸を中心とするインロー構造で嵌合する嵌合部を有するとともに、一方に設けた軸方向に突出する位置決めピンが他方の軸方向端面に設けた凹部に嵌合する請求項１から請求項３のいずれかに記載の分級装置。
5. 管体内に挿入し、前記管体内を流れる流体内に含まれる所定範囲の大きさの粉体を分級する分級装置であって、
   筒形状の本体部と、
   前記本体部の軸方向の端面に設けられて前記流体を流入させる流入ノズルと、
   前記本体部の内部に流入する流体を吸引する主吸引ノズルと、
   前記本体部の内部に配置された１段又は複数段で前記流体に含まれる粉体を分級する分級部と、
   前記分級部の下流側に配置される捕集フィルタとを有し、
   前記分級部が、前記本体部の内部を流れる前記流体を加速する加速ノズルと、
   前記加速ノズルと対向して配置され、前記加速ノズルから流出する流体の一部を吸引する捕集ノズルと、
   前記捕集ノズルと接続され、前記捕集ノズルから流体を吸引する副吸引ノズルとを有し、
   前記本体部は、軸方向に複数の分割部材に分割可能な構成を有しており、
   前記分割部材が隣接する分割部材と前記本体部の中心軸を中心とするインロー構造で嵌合する嵌合部を有するとともに、一方に設けた軸方向に突出する位置決めピンが他方の軸方向端面に設けた凹部に嵌合し、
   前記本体部の下流側の端部に、内部に前記主吸引ノズル及び前記副吸引ノズルが位置するように着脱可能な筒状の把持部材を備え、
   前記把持部材が第１パイプと、前記第１パイプの前記本体部と反対側と接続される第２パイプに分割可能な構成であるとともに、前記第１パイプと前記第２パイプとを嵌合させるねじ嵌合部を有し、
   前記ねじ嵌合部は、
   前記第１パイプの前記本体部と反対側の端部に形成された雌ねじと、
   前記第２パイプに形成された有効径が異なる第１雄ねじ及び第２雄ねじと、
   前記第２雄ねじに螺合された緩み止め用のナット部材と、を備え、
   前記第１雄ねじと前記第２雄ねじとは、第１雄ねじが前記本体部側となるように軸方向に並んで配置されており、
   前記第１雄ねじは、前記第２雄ねじよりも有効径が小さく前記雌ねじが螺合可能であるとともに、前記第２パイプの本体側の端部に形成されており、
   前記雌ねじと前記第１雄ねじとを螺合するとともに、前記第１パイプと前記ナット部材とを接触させて前記第１パイプと前記第２パイプとを固定することを特徴とする分級装置。
6. 前記捕集ノズルの吸込み部は、曲面形状の面取りが形成されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の分級装置。
7. 前記流入ノズルが前記本体部に対して着脱可能に形成されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の分級装置。
8. 前記流入ノズルが内部に流速を抑制するためのチャンバー部を有している請求項１から請求項７のいずれかに記載の分級装置。
9. 前記本体部は、外周面が円柱面と該円柱面の一部を切り取った平面とを含む請求項１から請求項８のいずれかに記載の分級装置。

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