JP7445902B2 - 微粒子捕集装置 - Google Patents

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Description

本開示は、気体中の微粒子を捕集する微粒子捕集装置に関する。
従来、核凝縮の原理に基づくガス吸着作用を用いて、汚染空気を浄化することができる空気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１の空気浄化装置では、空気の流路に沿って順番に、加熱手段、加熱加湿手段、冷却加湿手段、冷却手段及び再加熱手段が設けられ、さらに、冷却手段の後流側にエリミネータが設けられる。これにより、核凝縮成長過程におけるガス吸着が促進され、有害ガス除去効率を高めることができる。さらに、エリミネータの慣性集塵作用による凝縮水の排出が可能となる。
特開２０００－４２３５０号公報
しかしながら、前記従来技術では、加熱手段、加熱加湿手段、冷却加湿手段、冷却手段及び再加熱手段により、大量のエネルギーが消費され、かつ、装置の大型化が必要となる。
そこで、本開示は、小型化、省エネルギー及び捕集の高速化を実現することができる微粒子捕集装置を提供する。
本開示の一態様に係る微粒子捕集装置は、吸気口及び排気口を有し、前記吸気口及び前記排気口をつなぐ流路を内部に有する筐体と、第１微粒子及び前記第１微粒子よりも小さい第２微粒子を含む気体を前記吸気口から前記流路に吸引する気流を前記流路に発生させ、第１軸回りに回転可能である、ファンと、前記流路に含まれる第１箇所へ第１液体を噴霧し、前記第１液体に含まれる液体で前記第１微粒子を覆い、及び、前記第１液体に含まれる液体で前記第２微粒子を覆う、噴霧部と、前記第１箇所と前記排気口の間に位置し、前記第１軸回りに回転可能に支持された第１フィルタと、前記第１フィルタを回転させる動力源と、前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面に形成され、前記第１液体に含まれる液体で覆われた前記第１微粒子を捕集するための第１捕集口と、前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面であって前記第１捕集口よりも下流側の壁面に形成され、前記第１液体に含まれる液体で覆われた前記第２微粒子を捕集するための第２捕集口と、を備える。
本開示の一態様に係る微粒子捕集装置は、小型化、省エネルギー及び捕集の高速化を実現することができる。本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
図１は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の斜視図 図２は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の正面図 図３は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の平面図 図４は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の分解斜視図 図５は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の断面図 図６は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置の動作を示すフローチャート 図７は、実施の形態２に係る微粒子捕集装置の正面図 図８は、実施の形態２に係る微粒子捕集装置の断面図 図９は、実施の形態２の変形例に係る微粒子捕集装置の冷却部の斜視図 図１０は、実施の形態３に係る微粒子捕集装置の正面図 図１１Ａは、実施の形態３における第１保持部の平面図 図１１Ｂは、実施の形態３における第２保持部の平面図 図１２Ａは、他の実施の形態におけるフィルタの斜視図 図１２Ｂは、他の実施の形態におけるフィルタの斜視図 図１３は、第１フィルタを通過する微粒子の軌跡のシミュレーション結果を示すグラフを示す図
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
また、以下において、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、円筒形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味を表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。
以下の各図において、Ｘ軸及びＹ軸は、水平面上で互いに直交する軸である。Ｚ軸は、水平面に垂直な軸である。Ｚ軸において、正の向きは上向きを表し、負の向きは下向きを表す。
（実施の形態１）
以下に、実施の形態１について、図１～図６を参照しながら説明する。
［微粒子捕集装置の構成］
まず、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００の構成について、図１～図５を参照しながら具体的に説明する。図１は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の正面図である。図３は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の平面図である。図４は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の分解斜視図である。図５は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の断面図である。具体的には、図５は、図３のＶ－Ｖ切断面における断面図である。なお、図５では、捕集対象となる微粒子１１、第１液体１２、及び第１液体１２に覆われた微粒子１１である液滴１３も表されている。
微粒子捕集装置１００は、微粒子１１を含む気体（エアロゾルともいう）から微粒子１１を捕集する。このとき、微粒子捕集装置１００は、微粒子１１を、第１微粒子１１ａと、第１微粒子１１ａよりも小さい第２微粒子１１ｂとに分級する。つまり、微粒子捕集装置１００は、互いにサイズが異なる第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを区別して捕集する。微粒子捕集装置１００で捕集された第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂは、分析器（図示せず）で個別に分析される。
例えば、微粒子１１は、標的物質を含み得る。微粒子１１を分析することにより、微粒子１１中の標的物質が検出される。標的物質としては、例えば、インフルエンザウイルスがあり得る。このとき、第１微粒子１１ａは、インフルエンザウイルスを含み得る飛沫（粒子径が約５マイクロメートル）であってもよく、第２微粒子１１ｂは、飛沫核（粒子径が約０．５マイクロメートル）であってもよい。
なお、標的物質は、インフルエンザウイルスに限定されない。例えば、標的物質は、他のウイルスであってもよく、ウイルス以外の生体（例えば菌）であってもよい。また、標的物質は、生体でなくてもよく、環境汚染物質又はアレルゲン等であってもよい。
図１～図３に示すように、微粒子捕集装置１００は、筐体１１０と、噴霧部１２０と、制御部１３０と、入力部１３１と、動力源１４０と、第１排出ポート１６１と、第２排出ポート１６２と、第１センサ１３２と、を備える。また、図４及び図５に示すように、微粒子捕集装置１００は、筐体１１０内に、第２センサ１３３と、ファン１４１と、変速機１４２と、第１フィルタ１５０と、を備える。以下に、微粒子捕集装置１００の各構成要素について説明する。
筐体１１０は、図１に示すように、吸気口１１３を有する上筐体１１１と、排気口１１４を有する下筐体１１２とからなる。また、図５に示すように、筐体１１０は、吸気口１１３及び排気口１１４をつなぐ流路１１５を内部に有する。
上筐体１１１は、筐体１１０の上部分であり、下筐体１１２の径よりも小さな径の円筒形状を有する。下筐体１１２は、筐体１１０の下部分であり、上筐体１１１の径よりも大きな径の円筒形状を有する。なお、上筐体１１１及び下筐体１１２の形状は、円筒形状に限定されず、例えば角筒形状であってもよい。
吸気口１１３は、筐体１１０内の流路１１５に外気を吸引するために上筐体１１１の上面に形成された開口である。図１及び図３に示すように、吸気口１１３には、第２フィルタ１１３１を取り付けることができる。
第２フィルタ１１３１は、筐体１１０に着脱可能なフィルタである。第２フィルタ１１３１は、洗浄中に微粒子１１の流路１１５への進入を防ぐためのフィルタであり、筐体１１０内を洗浄するときに吸気口１１３に装着される。第２フィルタ１１３１は、微粒子１１及び微粒子１１よりも大きな粒子を遮断する。
なお、微粒子１１を捕集するときには、第２フィルタ１１３１の代わりに、微粒子１１よりも大きな、塵または埃などの粒子が筐体１１０内へ侵入することを防ぐための第３フィルタ（図示せず）が吸気口１１３に装着されてもよい。第３フィルタは、微粒子１１を通過させ、微粒子１１よりも大きな粒子を遮断する。
排気口１１４は、筐体１１０内の流路１１５から気体を排出するために下筐体１１２の下面に形成された開口である。排気口１１４からは、第１フィルタ１５０を通過した気体が排出される。
流路１１５は、筐体１１０内で上筐体１１１及び下筐体１１２にまたがって形成される。
吸気口１１３から吸引された気体は、流路１１５を通って、排気口１１４から排出される。図５では、流路１１５は、Ｚ軸に沿って延びており、その流れ方向は、Ｚ軸の負の向き（下向き）である。
第２センサ１３３は、吸気口１１３に吸引された気体から予め定められた第２粒子径以上の粒子径を有する微粒子の濃度を検出する。第２センサ１３３としては、例えば、光散乱方式または光遮蔽方式のパーティクルカウンターを用いることができる。第２粒子径としては、微粒子１１の粒子径の下限値を用いることができる。第２粒子径としては、ユーザによって設定された値が用いられてもよい。
なお、第２センサ１３３は、吸気口１１３に吸引された気体から第２粒子径以上第３粒子径以下の粒子径を有する微粒子の濃度を検出してもよい。ここで、第２粒子径として粒子１１の粒子径の下限値、及び、第３粒子径として微粒子１１の粒子径の上限値が用いられれば、第２センサ１３３は、気体中の微粒子１１の濃度を検出することができる。
図５では、第２センサ１３３は、流路１１５の吸気口１１３近傍に設置されている。なお、第２センサ１３３は、吸気口１１３近傍に設置されなくてもよい。例えば、第２センサ１３３は、排気口１１４近傍に設置されてもよい。その場合、第２センサ１３３は、さらに第１センサ１３２として機能してもよい。つまり、第２センサ１３３は、第１センサ１３２であってもよい。
噴霧部１２０は、図５に示すように、流路１１５に含まれる箇所であって、かつ、吸気口１１３と第１フィルタ１５０の間の箇所へ第１液体１２を噴霧する。つまり、噴霧部１２０は、ミスト状の第１液体１２を当該箇所に存在する気体に向けて噴出する。このとき、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの各々は、第１液体１２と衝突し、第１液体１２に覆われる。その結果、微粒子１１を内包する液滴１３が形成される。液滴１３は、第１微粒子１１ａを含む第１液滴１３ａと、第２微粒子１１ｂを含む第２液滴１３ｂとを含む。
第１液体１２は第１液体１２－１、第１液体１２－２を含み、第１微粒子１１ａは第１液体１２－１で覆われ、第２微粒子１１ｂは第１液体１２－２で覆われると考えてもよい。
噴霧部１２０が噴霧する第１液体１２としては、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析のための液体を用いることができる。第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析のための液体とは、分析に用いられる液体、分析のために微粒子１１に含まれる標的物質の活性を維持する液体、分析のために第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに含まれる標的物質に標識等を付与する液体、分析のために微粒子１１に含まれる標的物質を保護する液体、又は、それらの任意の組合せを意味する。例えば標的物質がインフルエンザウイルスである場合、第１液体１２として、例えば生理食塩水、ＰＢＳ緩衝液、ＥＤＴＡ緩衝液、重炭酸緩衝液といった標的物質を溶解すること、または標的物質を保存することを目的とした液体、あるいはウイルスに特異的に結合して磁性または蛍光を発する物質を含む液体等を用いることができる。なお、第１液体１２は、微粒子１１の分析のための液体でなくてもよく、例えば純水であってもよい。
さらに、噴霧部１２０は、第２液体を噴霧することもできる。噴霧部１２０が噴霧する第２液体としては、筐体１１０内の第１フィルタ１５０及び流路１１５を洗浄するための洗浄液を用いることができる。例えば、第２液体として、微粒子１１を溶解する液体を用いれば、筐体１１０内に残留する微粒子１１を効果的に除去することができる。なお、洗浄が不要な場合には、噴霧部１２０は、第２液体を噴霧しなくてもよい。
図５に示すように、噴霧部１２０は、噴霧器１２１とタンク１２２とを有する。
噴霧器１２１は、タンク１２２に接続され、タンク１２２に貯留された液体を流路１１５に噴霧する。噴霧器１２１による液体の噴霧方法は、特に限定されない。
タンク１２２は、第１液体１２及び第２液体の両方を個別に貯留してもよい。この場合、噴霧器１２１は、例えば制御部１３０からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、第１液体１２及び第２液体を切り替えて噴霧してよい。また、タンク１２２は、交換可能であってもよい。この場合、タンク１２２は、第１液体１２が貯留されたタンクと第２液体が貯留されたタンクとを含んでもよく、第１液体１２が貯留されたタンクが必要に応じて交換されてもよく、第２液体が貯留されたタンクが必要に応じて交換されてもよい。
第１フィルタ１５０は、噴霧部１２０よりも下流側で流路１１５内に配置され、Ｚ軸に平行なＲ軸回りに回転可能に支持される。本実施の形態では、第１フィルタ１５０は、円柱形状のフィルタ部１５１と、フィルタ部１５１を貫通するシャフト１５２とを有する。シャフト１５２は、変速機１４２を介して動力源１４０と接続されている。フィルタ部１５１は、シャフト１５２とともに回転する。フィルタ部１５１としては、例えば微粒子１１が通過可能な繊維部材又は多孔質部材等を用いることができる。
動力源１４０が第１フィルタ１５０を回転させたとき、気体とともに流路１１５を流れる液滴１３は、第１フィルタ１５０と衝突し、Ｒ軸から離れる向きの力を受ける。このとき、液滴１３は、そのサイズが大きいほどフィルタを構成する繊維に衝突する頻度が高くなってＲ軸に沿う動きの速度が減少し、また、そのサイズが大きいほど質量が大きいために遠心力が大きくなってＲ軸から離れる向きの速度が増加する。つまり、液滴１３は、そのサイズが大きいほど、より上流側で第１フィルタ１５０から離脱し、より上流側で流路１１５の壁面に到達する。図５では、第１微粒子１１ａを含む第１液滴１３ａは、上流側の第１捕集口１１６に向かい、第２微粒子１１ｂを含む第２液滴１３ｂは、下流側の第２捕集口１１７に向かっている。
第１捕集口１１６は、第１フィルタ１５０に対向する流路１１５の壁面に形成され、第１液体１２で覆われた第１微粒子１１ａを捕集するための開口である。つまり、第１捕集口１１６では、第１液滴１３ａが捕集される。本実施の形態では、第１捕集口１１６は、第１フィルタ１５０を帯状に囲っている。第１捕集口は、流路１１５から第１フィルタ１５０に含まれる箇所を通過した、第１液体に含まれる液体で覆われた第１微粒子１１ａ、を捕集するための開口であると考えてもよい。
第２捕集口１１７は、第１フィルタ１５０に対向する流路１１５の壁面に第１捕集口１１６よりも下流側で形成され、第１液体１２で覆われた第２微粒子１１ｂを捕集するための開口である。つまり、第２捕集口１１７では、第２液滴１３ｂが捕集される。本実施の形態では、第２捕集口１１７は、第１フィルタ１５０を帯状に囲っている。第２捕集口は、流路１１５から第１フィルタ１５０に含まれる箇所を通した、第１液体に含まれる液体で覆われた第２微粒子１１ｂ、を捕集するための開口であると考えてもよい。
図５では、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７は、Ｚ軸に沿って間隔を空けずに隣接しているが、これに限定されない。例えば、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７は、Ｚ軸に沿って間隔を空けて配置されてもよい。また、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７は、第１フィルタ１５０を完全に囲わなくてもよい。つまり、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７形状は、帯形状に限定されない。
第１保持部１６３は、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａを第１液体１２中に保持する。図５では、第１保持部１６３は、第１捕集口１１６とつながる第１ダクト１１８の先端部に設けられている。第１ダクト１１８は、第２ダクト１１９の外側に配置され、第１捕集口１１６から下筐体１１２の下部まで延びている。第１捕集口１１６で捕集された複数の第１液滴１３ａは、凝集して自重で第１ダクト１１８内を下方に流れ、第１保持部１６３に到達する。
第２保持部１６４は、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂを第１液体１２中に保持する。図５では、第２保持部１６４は、第２捕集口１１７とつながる第２ダクト１１９の先端部に設けられている。第２ダクト１１９は、流路１１５の外側を囲っており、第２捕集口１１７から下筐体１１２の下部まで延びている。第２捕集口１１７で捕集された複数の第２液滴１３ｂは、凝集して自重で第２ダクト１１９内を下方に流れ、第２保持部１６４に到達する。
なお、第１ダクト１１８と第２ダクト１１９とは、別々のダクトであってもよいし、１つのフレア状のダクトに仕切りを設けて構成されてもよい。また、微粒子捕集装置１００は、第１保持部１６３及び第２保持部１６４を備えなくてもよい。この場合、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７は、それぞれ、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２に直接接続されてもよい。
第１排出ポート１６１は、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａ及び第１液体１２を筐体１１０外へ排出する。具体的には、第１排出ポート１６１は、第１保持部１６３に接続され、第１保持部１６３に保持されている第１微粒子１１ａ及び第１液体１２を排出する。
第２排出ポート１６２は、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂ及び第１液体１２を筐体１１０外へ排出する。具体的には、第２排出ポート１６２は、第２保持部１６４に接続され、第２保持部１６４に保持されている第２微粒子１１ｂ及び第１液体１２を排出する。
なお、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２は、分析器（図示せず）に直接接続されてもよい。この場合、第１保持部１６３で保持されている第１微粒子１１ａ及び第１液体１２は、第１排出ポート１６１を介して分析器に送られ、第２保持部１６４で保持されている第２微粒子１１ｂ及び第１液体１２は、第２排出ポート１６２を介して分析器に送られる。
動力源１４０は、第１フィルタ１５０をＲ軸回りに回転させる。さらに、動力源１４０は、ファン１４１をＲ軸周りに回転させる。動力源１４０は、制御部１３０によって制御される。動力源１４０としては、例えば電気モータを用いることができる。本実施の形態では、動力源１４０は、下筐体１１２の下面に取り付けられているが、動力源１４０の取り付け位置はこれに限定されない。
ファン１４１は、吸気口１１３から気体を流路１１５へ吸引するＺ軸の負方向の気流を発生させ、流路１１５を通過した気体を排気口１１４から排出する送風機である。ファン１４１は、動力源１４０から延びるシャフト１４０ａに接続され、Ｒ軸周りに回転する。第１フィルタ１５０を回転させる軸と、ファン１４１を回転させる軸は異なり、かつ平行であってもよい。この２つの軸を回転させる動力源を別々に設けてもよい。
変速機１４２は、ファン１４１と第１フィルタ１５０との間に接続され、動力源１４０から延びるシャフト１４０ａの回転を変速する。例えば、変速機１４２は、複数のギア比の間で切り替えることができる。ギア比の選択は、後述する制御部１３０によって行われてもよい。
第１センサ１３２は、排気口１１４から排出される気体から予め定められた第１粒子径以上の粒子径を有する微粒子を検出する。第１センサ１３２としては、例えば、光散乱方式または光遮蔽方式のパーティクルカウンターを用いることができる。第１粒子径としては、例えば、微粒子１１の粒子径の下限値を用いることができる。この場合、第１センサ１３２は、微粒子捕集装置１００で捕集できなかった微粒子１１を検出する。図２及び図５では、第１センサ１３２は、下筐体１１２の下面の排気口１１４近傍に設置されている。
制御部１３０は、動力源１４０を制御することにより、第１フィルタ１５０の回転速度を制御する。本実施の形態では、制御部１３０は、動力源１４０及び変速機１４２を制御することにより、第１フィルタ１５０及びファン１４１の回転速度を制御する。
具体的には、制御部１３０は、ユーザからの入力部１３１への入力に基づいて、第１フィルタ１５０の回転速度を制御する。さらに、制御部１３０は、第１センサ１３２の出力信号に基づいて、第１フィルタ１５０の回転速度を制御する。なお、制御部１３０における制御の詳細については、図６のフローチャートを用いて後述する。
なお、図３では、制御部１３０は、入力部１３１の下に配置されているが、制御部１３０の位置はこれに限定されない。
入力部１３１は、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報の入力をユーザから受ける。サイズに関する情報としては、例えば、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの境界サイズ（例えば粒子径）が用いられる。また、サイズに関する情報としては、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの種類を識別する情報（例えば飛沫及び飛沫核）が用いられてもよい。なお、入力部１３１は、さらに、流路１１５内の風速に関する情報の入力をユーザから受けてもよい。
本実施の形態では、入力部１３１として、タッチディスプレイが採用されているが、これに限定されない。入力部１３１は、例えば、機械式ボタン又は機械式ダイヤル等であってもよい。
なお、入力部１３１は、微粒子捕集装置１００に含まれなくてもよい。例えば、ユーザからの入力は、情報端末（例えばスマートフォン又はタブレットコンピュータ等）で受けてもよい。この場合、微粒子捕集装置１００は、情報端末から第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報を受信するための通信部を備えてもよい。
［微粒子捕集装置の動作］
次に、以上のように構成された微粒子捕集装置１００の動作について、図６を参照しながら具体的に説明する。図６は、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部１３０は、入力部１３１を介して、ユーザから風速及び粒子サイズを取得する（Ｓ１０１）。そして、制御部１３０は、取得された風速及び粒子サイズに基づいて、ファン１４１の回転を開始する（Ｓ１０２）。例えば、制御部１３０は、取得された風速に対応する回転速度で動力源１４０を回転させることで、ファン１４１を回転させる。このとき、制御部１３０は、変速機１４２の接続を解除することで、第１フィルタ１５０を回転させない。
ここで、制御部１３０は、スタンバイモードが設定されているか否かを判定する（Ｓ１０３）。スタンバイモードとは、微粒子１１を含む気体が吸引されるまで微粒子１１の捕集を待機するためのモードである。具体的には、スタンバイモードでは、第１フィルタ１５０の回転及び噴霧部１２０による噴霧を停止し、かつ、ファン１４１を回転させる。
ここで、スタンバイモードが設定されていない場合（Ｓ１０３のＮｏ）、制御部１３０は、以下のステップＳ１０４及びＳ１０５をスキップする。一方、スタンバイモードが設定されている場合（Ｓ１０３のＹｅｓ）、制御部１３０は、第２センサ１３３によって検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。閾値濃度としては、例えば経験的又は実験的に予め定められた濃度を用いることができる。
ここで、検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上でない場合（Ｓ１０４のＮｏ）、ステップＳ１０４が繰り返される。一方、検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上である場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、制御部１３０は、スタンバイモードを解除する（Ｓ１０５）。このとき、制御部１３０は、スタンバイモードを解除した日時又は時刻を記録してもよい。記録された日時又は時刻は、例えば入力部１３１を介してユーザが参照可能であってもよい。
続いて、制御部１３０は、第１フィルタ１５０の回転及び噴霧部１２０による噴霧を開始する（Ｓ１０６）。具体的には、制御部１３０は、変速機１４２を制御することで、ステップＳ１０１で取得された風速及び粒子サイズに対応する回転速度で第１フィルタ１５０を回転させる。さらに、制御部１３０は、噴霧部１２０に第１液体１２を噴霧させる。
制御部１３０は、第１センサ１３２が排気中に微粒子を検出したか否かを判定する（Ｓ１０７）。ここで、第１センサ１３２が微粒子を検出した場合（Ｓ１０７のＹｅｓ）、制御部１３０は、第１フィルタ１５０の回転速度を増加させる（Ｓ１０８）。一方、第１センサ１３２が微粒子を検出しなかった場合（Ｓ１０７のＮｏ）、制御部１３０は、ステップＳ１０８をスキップして、第１フィルタ１５０の回転速度を維持する。
次に、制御部１３０は、微粒子捕集装置１００の運転を終了するか否かを判定する（Ｓ１０９）。例えば、制御部１３０は、スタンバイモードが解除されてから予め定められた時間が経過した場合に運転を終了すると判定してもよい。運転を終了しないと判定された場合（Ｓ１０９のＮｏ）、ステップＳ１０７に戻る。
運転を終了すると判定された場合（Ｓ１０９のＹｅｓ）、制御部１３０は、ファン１４１及び第１フィルタ１５０の回転並びに噴霧部１２０による噴霧を停止して（Ｓ１１０）、処理を終了する。
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、吸気口１１３及び排気口１１４を有し、吸気口１１３及び排気口１１４をつなぐ流路１１５を内部に有する筐体１１０と、第１微粒子１１ａ及び第１微粒子１１ａよりも小さい第２微粒子１１ｂを含む気体を吸気口１１３から流路１１５に吸引する気流を流路１１５に発生させ、Ｒ軸回りに回転可能である、ファン１４１と、流路１１５に含まれる第１箇所へ第１液体１２を噴霧して、第１液体に含まれる液体で第１微粒子１１ａを覆い、及び第１液体に含まれる液体で第２微粒子１１ｂを覆う、噴霧部１２０と、第１箇所と排気口１１４の間に位置し、Ｒ軸回りに回転可能に支持された第１フィルタ１５０と、第１フィルタ１５０を回転させる動力源１４０と、流路１１５から、第１フィルタ１５０に含まれる第２箇所を通して、第１液体１２に含まれる液体で覆われた第１微粒子１１ａを捕集するための第１捕集口１１６と、流路１１５から、第１フィルタ１５０に含まれる第３箇所を通して、第１液体１２に含まれる液体で覆われた第２微粒子１１ｂを捕集するための第２捕集口１１７と、を備え、第２箇所は第１箇所と第３箇所の間にあることができる。
これによれば、噴霧部１２０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを第１液体１２で覆い、第１フィルタ１５０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができる。したがって、微粒子捕集装置１００は、加熱手段、加熱加湿手段、冷却加湿手段、冷却手段及び再加熱手段のすべてを備えなくてもよく、装置の小型化、省エネルギー及び捕集の高速化を実現することができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置１００は、第１フィルタ１５０を回転させることにより、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができる。したがって、微粒子捕集装置１００は、慣性衝突に基づく分離よりも圧力損失を減少させることができ、省エネルギーを実現することができる。さらに、微粒子捕集装置１００は、静置されたメンブレンフィルタを用いたろ過よりも装置サイズ又は圧力損失を低減することができ、小型化又は省エネルギーを実現することができる。また、第１フィルタ１５０の目詰まりを抑制することができ、フィルタの洗浄及び交換の頻度を低減することができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置１００は、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７で第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを別々に捕集することができる。したがって、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを個別に分析することが容易となり、分析精度の向上を図ることができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置１００は、噴霧部１２０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを第１液体１２で覆うことができる。したがって、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの粒径の増大により、フィルタによる捕集の効率が向上すると共に、乾燥を防ぐことができ、例えば第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに含まれる標的物質が生体である場合に当該生体を保護することができる。その結果、標的物質を効果的に検出することが可能となり、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析精度の向上を図ることができる。さらに、噴霧により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを第１液体１２で覆うことができ、第１液体１２の使用量を抑えて第１液体１２中に第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを高濃度で捕集することができる。その結果、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析精度の向上及び分析時間の短縮を図ることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａ及び第１微粒子を覆う第１液体１２に含まれる液体を筐体１１０外へ排出する第１排出ポート１６１と、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂ及び第２微粒子を覆う第１液体１２に含まれる液体を筐体１１０外へ排出する第２排出ポート１６２と、を備えることができる。
これによれば、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２から、それぞれ第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを個別に排出することができる。例えば、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２が分析器と接続されれば、捕集された第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂをリアルタイムに分析することが可能となる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００において、第１液体は、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析のための液体とすることができる。
これによれば、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析のための第１液体１２とともに第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができ、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析の効率化及び／又は分析精度の向上等を図ることができる。例えば、第１液体１２が分析に用いられる液体であれば、分析時に第１液体１２を第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに作用させる工程を省略することができ、分析の効率化を図ることができる。また、第１液体１２が第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに含まれる生体の活性を維持するための液体であれば、当該生体の活性が維持された状態で第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができ、分析精度の向上を図ることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの流路１１５への進入を防ぐための、吸気口１１３に着脱可能な第２フィルタ１１３１を備え、噴霧部１２０は、第２フィルタ１１３１が装着されたときに、第１フィルタ１５０及び流路１１５を洗浄するための第２液体を噴霧することができる。
これによれば、微粒子捕集装置１００は、噴霧する液体を変えることで第１フィルタ１５０及び流路１１５を洗浄することができる。したがって、第１フィルタ１５０に残留している第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを除去することができ、連続使用時の第１フィルタ１５０の目詰まりを抑制することができる。また、時間を分けて複数回の捕集及び複数回の分析が行われる場合に、コンタミネーションを抑制することができる。
また、これによれば、洗浄中に第２フィルタ１１３１によって新たに第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂが流路１１５に進入することを防ぐことができるので、微粒子捕集装置１００は、第１フィルタ１５０及び流路１１５を効率的に洗浄することができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、第１フィルタ１５０の回転速度を制御する制御部１３０を備えることができる。
これによれば、微粒子捕集装置１００は、第１フィルタ１５０の回転速度を変えることができるので、微粒子１１のサイズ及び流路１１５内の気流の速度等に応じて微粒子１１の捕集及び分級を行うことができ、微粒子１１の捕集効率の向上を図ることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報の入力をユーザから受ける入力部１３１を備え、制御部１３０は、入力に基づいて、第１フィルタ１５０の回転速度を制御することができる。
これによれば、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに応じて第１フィルタ１５０の回転速度を制御することができ、気体に含まれる微粒子１１を、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに、より正確に分級することができる。さらに、ユーザは、入力部１３１を介して、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報を任意に入力することができ、微粒子捕集装置１００は、ユーザの利便性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、排気口１１４から排出される気体から予め定められた第１粒子径以上の粒子径を有する微粒子を検出するための第１センサ１３２を備え、制御部１３０は、第１センサ１３２が微粒子を検出した場合に、第１フィルタ１５０の回転速度を増加させることができる。
これによれば、第１センサ１３２が微粒子を検出した場合に、微粒子捕集装置１００は、第１フィルタ１５０の回転速度を増加させて、微粒子が第１フィルタ１５０を通過することを抑制することができる。したがって、微粒子捕集装置１００は、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの捕集漏れを低減することができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置１００は、さらに、吸気口１１３に吸引された気体から予め定められた第２粒子径以上の粒子径を有する微粒子の濃度を検出する第２センサ１３３を備え、制御部１３０は、第１フィルタ１５０の回転及び噴霧部１２０による噴霧を停止し、かつ、ファン１４１を回転させるスタンバイモードを有し、スタンバイモードにおいて第２センサ１３３によって検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上である場合に、スタンバイモードを解除して第１フィルタ１５０の回転及び噴霧部１２０による噴霧を開始することができる。
これによれば、気体中の微粒子の濃度が低い場合に、スタンバイモードによって、無駄な第１液体１２及びエネルギーの消費を抑制することができる。例えば、人為的又は自然現象によって第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂが発生するときに、その発生に合わせて微粒子捕集装置１００による捕集を開始することができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、微粒子捕集装置が噴霧部の代わりに加湿部及び冷却部を備える点が、上記実施の形態１と主として異なる。以下に、上記実施の形態１と異なる点を中心に本実施の形態について図７及び図８を参照しながら説明する。
［微粒子捕集装置の構成］
図７は、実施の形態２に係る微粒子捕集装置２００の正面図である。図８は、実施の形態２に係る微粒子捕集装置２００の断面図である。本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、制御部１３０の代わりに制御部２１０を備え、噴霧部１２０の代わりに加湿部２２０及び冷却部２３０を備える。つまり、本実施の形態では、噴霧部１２０による噴霧の代わりに、加湿部２２０による加湿及び冷却部２３０による冷却が行われる。さらに、微粒子捕集装置２００は、湿度センサ２４０を備える。
制御部２１０は、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を制御する。例えば、制御部２１０は、入力部１３１からの第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報に基づいて、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を制御してもよい。また例えば、制御部２１０は、排気口１１４に設けられた第１センサ１３２が微粒子を検出した場合に、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を増加させてもよい。また例えば、制御部２１０は、第１フィルタ１５０の回転、加湿部２２０による加湿及び冷却部２３０による冷却を停止し、かつ、ファン１４１を回転させるスタンバイモードを有してもよい。この場合、スタンバイモードにおいて第２センサ１３３によって検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上であるときに、制御部２１０は、スタンバイモードを解除して、第１フィルタ１５０の回転、加湿部２２０による加湿及び冷却部２３０による冷却を開始してもよい。
加湿部２２０は、流路１１５において気体を加湿する。また、加湿部２２０は、後述する湿度センサ２４０によって計測される湿度に基づいて加湿量を調整してもよい。例えば、加湿部２２０は、計測された湿度が低いほど加湿量を増加させてもよい。
加湿部２２０は、流路１１５に含まれる第１箇所に含まれる領域において気体を加湿してもよい。第１箇所は流路１１５の一部であり、加湿器２２１のＺ軸の座標の範囲と第１箇所のＺ軸の座標の範囲が同じであってもよい。
図８では、加湿部２２０は、加湿器２２１と液体２２（例えば水）を貯留するタンク２２２とを備える。加湿器２２１は、タンク２２２に接続され、タンク２２２に貯留された液体２２を用いて気体を加湿する。なお、加湿器２２１による気体の加湿方法は、特に限定されない。
冷却部２３０は、加湿部２２０よりも下流側に配置され、加湿部２２０によって加湿された気体を冷却する。冷却部２３０による気体の冷却方法は、特に限定されないが、例えば冷水との熱交換により気体を冷却することができる。
冷却部２３０は、流路１１５に含まれる第２箇所に含まれる領域において加湿部２２０によって加湿された気体を冷却してもよい。第２箇所は流路１１５の一部であり、冷却部２３０のＺ軸の座標の範囲と第２箇所のＺ軸の座標の範囲が同じであってもよい。
湿度センサ２４０は、加湿部２２０よりも上流側に配置され、吸気口１１３から吸引された気体の湿度を計測する。計測された湿度の情報は、例えば制御部１３０及び／又は加湿部２２０に送られる。なお、湿度センサ２４０による湿度の計測方法は特に限定されない。
図８に示すように、加湿部２２０によって加湿された気体が冷却部２３０によって冷却されると、核凝縮の原理により実施の形態１と同様の液滴１３が形成される。その後、液滴１３は、実施の形態１と同様に、第１フィルタ１５０によって、第１微粒子１１ａを含む第１液滴１３ａと、第２微粒子１１ｂを含む第２液滴１３ｂとに分級される。
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、吸気口１１３及び排気口１１４を有し、吸気口１１３及び排気口１１４をつなぐ流路１１５を内部に有する筐体１１０と、第１微粒子１１ａ及び第１微粒子１１ａよりも小さい第２微粒子１１ｂを含む気体を吸気口１１３から流路１１５に吸引する気流を流路１１５に発生させ、Ｒ軸回りに回転可能である、ファン１４１と、流路１１５に含まれる第１箇所に含まれる領域において気体を加湿する加湿部２２０と、流路１１５に含まれる第２箇所に含まれる領域において加湿部２２０によって加湿された気体を冷却して、第１微粒子１１ａを液体で覆い及び第２微粒子１１ｂを液体２２で覆う冷却部２３０と、第２箇所と排気口１１３の間に位置し、Ｒ軸回りに回転可能に支持された第１フィルタ１５０と、第１フィルタ１５０を回転させる動力源１４０と、流路１１５から、第１フィルタに含まれる第３箇所を通して、液体２２で覆われた第１微粒子１１ａを捕集するための第１捕集口１１６と、流路１１５から、前記第１フィルタに含まれる第４箇所を通して、液体２２に覆われた第２微粒子１１ｂを捕集するための第２捕集口１１７と、を備え、第１箇所は吸気口１１３と第２箇所の間にあり、第３箇所は第２箇所と第４箇所の間にあることができる。
これによれば、加湿部２２０及び冷却部２３０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを液体２２で覆い、第１フィルタ１５０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができる。したがって、微粒子捕集装置１００は、加熱手段、加熱加湿手段、冷却加湿手段、冷却手段及び再加熱手段のすべてを備えなくてもよく、装置の小型化、省エネルギー及び捕集の高速化を実現することができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置２００は、第１フィルタ１５０を回転させることにより、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを捕集することができる。したがって、微粒子捕集装置２００は、慣性衝突に基づく分離よりも圧力損失を減少させることができ、省エネルギーを実現することができる。さらに、微粒子捕集装置２００は、フィルタを用いたろ過よりも装置サイズ又は圧力損失を低減することができ、小型化又は省エネルギーを実現することができる。また、第１フィルタ１５０の目詰まりを抑制することができ、フィルタの洗浄及び交換の頻度を低減することができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置２００は、第１捕集口１１６及び第２捕集口１１７で第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを別々に捕集することができる。したがって、第１微粒子、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを個別に分析することが容易となり、分析精度の向上を図ることができる。
また、これによれば、微粒子捕集装置２００は、加湿部２２０及び冷却部２３０により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを液体２２で覆うことができる。したがって、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの粒径の増大により、フィルタによる捕集の効率が向上すると共に、乾燥を防ぐことができ、例えば第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに含まれる標的物質が生体である場合に当該生体を保護することができる。その結果、標的物質を効果的に検出することが可能となり、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析精度の向上を図ることができる。さらに、加湿及び冷却により第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを液体２２で覆うことができ、液体２２の使用量を抑えて液体２２中に第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを高濃度で捕集することができる。その結果、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの分析精度の向上及び分析時間の短縮を図ることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａ及び第１微粒子を覆う液体２２を筐体１１０外へ排出する第１排出ポート１６１と、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂ及び第２微粒子を覆う液体２２を筐体１１０外へ排出する第２排出ポート１６２と、を備えることができる。
これによれば、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２から、それぞれ第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂを個別に排出することができる。例えば、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２が分析器と接続されれば、捕集された第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂをリアルタイムに分析することが可能となる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を制御する制御部２１０を備えることができる。
これによれば、微粒子捕集装置２００は、第１フィルタ１５０の回転速度及び／又は冷却部２３０の冷却量を変えることができるので、微粒子１１のサイズ及び流路１１５内の気流の速度等に応じて微粒子１１の捕集及び分級を行うことができ、微粒子１１の捕集効率の向上を図ることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報の入力をユーザから受ける入力部１３１を備え、制御部２１０は、入力に基づいて、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を制御することができる。
これによれば、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに応じて第１フィルタ１５０の回転速度及び／又は冷却部２３０の冷却量を制御することができ、気体に含まれる微粒子１１を、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂに、より正確に分級することができる。さらに、ユーザは、入力部１３１を介して、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂのサイズに関する情報を任意に入力することができ、微粒子捕集装置２００は、ユーザの利便性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、排気口１１４から排出される気体から予め定められた第１粒子径以上の粒子径を有する微粒子を検出するための第１センサ１３２を備え、制御部２１０は、第１センサ１３２が微粒子を検出した場合に、第１フィルタ１５０の回転速度及び冷却部２３０の冷却量の少なくとも一方を増加させることができる。
これによれば、第１センサ１３２が微粒子を検出した場合に、微粒子捕集装置１００は、第１フィルタ１５０の回転速度を増加させて、及び／又は、冷却部２３０の冷却量の増加により液滴１３のサイズを増加させて、微粒子１１が第１フィルタ１５０を通過することを抑制することができる。したがって、微粒子捕集装置１００は、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの捕集漏れを低減することができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、吸気口１１３に吸引された気体から予め定められた第２粒子径以上の粒子径を有する微粒子の濃度を検出する第２センサ１３３を備え、制御部２１０は、第１フィルタ１５０の回転、加湿部２２０による加湿及び冷却部２３０による冷却を停止し、かつ、ファン１４１を回転させるスタンバイモードを有し、スタンバイモードにおいて第２センサ１３３によって検出された微粒子の濃度が閾値濃度以上である場合に、スタンバイモードを解除して第１フィルタ１５０の回転、加湿部２２０による加湿及び冷却部２３０による冷却を開始することができる。
これによれば、気体中の微粒子の濃度が低い場合に、スタンバイモードによって、無駄なエネルギーの消費を抑制することができる。例えば、人為的又は自然現象によって第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂが発生するときに、その発生に合わせて微粒子捕集装置１００による捕集を開始することができる。
また、本実施の形態に係る微粒子捕集装置２００は、さらに、加湿部２２０よりも上流側に配置され、吸気口１１３から吸引された気体の湿度を計測する湿度センサ２４０を備え、加湿部２２０は、湿度センサ２４０によって計測された湿度に基づいて加湿量を調整することができる。
これによれば、微粒子捕集装置２００は、吸気口１１３から吸引された気体の湿度が低いほど加湿量を増加することができ、第１微粒子１１ａを含む第１液滴１３ａ及び第２微粒子１１ｂを含む第２液滴１３ｂのサイズを安定的に増大化することができる。その結果、微粒子捕集装置２００は、第１微粒子１１ａ及び第２微粒子１１ｂの捕集効率を向上させることができる。
（実施の形態２の変形例）
次に、実施の形態２の変形例について説明する。本変形例では、冷却部による気体の冷却方法が上記実施の形態２と異なる。以下、上記実施の形態２と異なる点を中心に本変形例について図９を参照しながら説明する。
［冷却部の構成］
図９は、実施の形態２の変形例に係る微粒子捕集装置２００の冷却部２３０Ａの斜視図である。
本変形例に係る冷却部２３０Ａは、流路１１５に平行な軸回りに流路内の気体を旋回させて気体に圧力差を生じさせることで気体を冷却する。図９では、冷却部２３０Ａは、ブレードファンによって構成されている。
ブレードファンは、第１フィルタ１５０のフィルタ部１５１を貫通するシャフト１５２に接続され、フィルタ部１５１とともにＲ軸回りに回転する。ブレードファンの回転によって、流路１１５内の気体はＲ軸回りに旋回する。すると、Ｒ軸回りに旋回する気体に遠心力が生じ、中心側の気体と外周側の気体との間に圧力差が生じる。その結果、中心側の気体は、断熱膨張し、冷却される。すなわち、冷却部２３０Ａは、Ｒ軸回りに流路内の気体を旋回させて気体に圧力差を生じさせることで気体を冷却する。冷却された中心側の気体では、凝縮により液滴１３が形成される。
なお、冷却部２３０Ａは、Ｒ軸回りに気体を旋回させることができればよく、ブレードファンに限定されない。例えば、冷却部２３０Ａは、Ｒ軸回りに回転する流路１１５の壁面であってもよい。この場合、壁面に羽根が形成されてもよい。
［効果等］
以上のように、変形例に係る微粒子捕集装置２００において、冷却部２３０Ａは、Ｒ軸回りに流路１１５内の気体を旋回させて気体に圧力差を生じさせることで気体を冷却することができる。
これによれば、微粒子捕集装置２００は、気体を旋回させることで気体の冷却を行うことができ、比較的簡単な構成により省エネルギーで冷却を実現することができる。例えば、ブレードファンを用いて気体を旋回させる場合、冷却部２３０は、第１フィルタ１５０及び／又はファン１４１と回転手段を共用することができ、微粒子捕集装置２００の簡素化及び小型化を実現することができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。本実施の形態では、第１微粒子を保持する第１保持部及び第２微粒子を保持する第２保持部が着脱可能である点が、上記実施の形態１及び２と主として異なる。以下に、上記実施の形態１と異なる点を中心に、本実施の形態について図１０～図１１Ｂを参照しながら説明する。
［微粒子捕集装置の構成］
図１０は、実施の形態３に係る微粒子捕集装置３００の正面図である。図１１Ａは、実施の形態３における第１保持部３６３の平面図である。図１１Ｂは、実施の形態３における第２保持部３６４の平面図である。
本実施の形態に係る微粒子捕集装置３００は、第１保持部１６３及び第２保持部１６４の代わりに第１保持部３６３及び第２保持部３６４を備える。また、微粒子捕集装置３００は、第１排出ポート１６１及び第２排出ポート１６２を備えなくてもよい。
第１保持部３６３は、実施の形態１と同様に、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａを第１液体１２中に保持する。第１保持部３６３は、第１捕集口１１６とつながる第１ダクト１１８の先端部に着脱可能に設けられている。
第２保持部３６４は、実施の形態１と同様に、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂを第１液体１２中に保持する。第２保持部３６４は、第２捕集口１１７とつながる第２ダクト１１９の先端部に着脱可能に設けられている。
第１保持部３６３及び第２保持部３６４の各々は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、平面視において円環状の容器である。第１保持部３６３の径は、第２保持部３６４の径よりも大きい。また、第１保持部３６３及び第２保持部３６４は、図１０に示すように、下筐体１１２の下面から着脱される。なお、第１保持部３６３及び第２保持部３６４の形状及び着脱方法は、これに限定されない。例えば、第１保持部３６３及び第２保持部３６４の各々は、下筐体１１２の側面から着脱されてもよい。
なお、本実施の形態では、実施の形態１に係る微粒子捕集装置１００に、第１保持部３６３及び第２保持部３６４が適用されているが、これに限定されない。つまり、本実施の形態における第１保持部３６３及び第２保持部３６４は、実施の形態２又はその変形例に係る微粒子捕集装置２００に適用されてもよい。
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る微粒子捕集装置３００は、さらに、第１捕集口１１６で捕集された第１微粒子１１ａを第１液体１２中に保持する第１保持部３６３と、第２捕集口１１７で捕集された第２微粒子１１ｂを第１液体１２中に保持する第２保持部３６４と、を備え、第１保持部３６３及び第２保持部３６４は、筐体１１０に着脱可能であることができる。
これによれば、微粒子が保持された第１保持部３６３及び第２保持部３６４を、空の第１保持部３６３及び第２保持部３６４に交換することができる。したがって、微粒子捕集装置３００の近くに分析器がない場合に、微粒子が保持された第１保持部３６３及び第２保持部３６４を外して分析器まで輸送することができる。例えば、越境エアロゾル又は自動車の排気ガスによる環境汚染の調査のために複数の地点で長時間又は複数回の捕集が行われる場合に、微粒子捕集装置３００は、場所を選ばず微粒子の捕集を行うことができるので、より有用である。
（他の実施の形態）
以上、本開示の１つまたは複数の態様に係る微粒子捕集装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記各実施の形態において、第１フィルタ１５０は、１つの円柱形状のフィルタ部１５１を有していたが、これに限定されない。例えば、微粒子捕集装置１００、２００又は３００は、第１フィルタ１５０の代わりに、図１２Ａに示す第１フィルタ１５０Ａを備えてもよい。第１フィルタ１５０Ａは、円柱形状を有する複数のフィルタ部１５１Ａを備える。複数のフィルタ部１５１Ａは、Ｒ軸方向に離間して配置されている。このとき、複数のフィルタ部１５１Ａは、互いに異なる透過率を有するフィルタであってもよい。また、複数のフィルタ部１５１Ａは、互いに異なる回転速度で回転されてもよい。なお、図１２Ａでは、複数のフィルタ部１５１Ａの数は２であるが、３以上であってもよい。
また、微粒子捕集装置１００、２００又は３００は、第１フィルタ１５０の代わりに、図１２Ｂに示す第１フィルタ１５０Ｂを備えてもよい。第１フィルタ１５０Ｂは、径方向に拡がる複数の羽根を有するフィルタ部１５１Ｂを備える。
なお、第１フィルタ１５０、１５０Ａ及び１５０Ｂは例示であり、第１フィルタの形状はこれらに限定されない。
なお、上記各実施の形態では、微粒子捕集装置は、制御部を備えていたが、制御部を備えなくてもよい。この場合、第１フィルタは、固定の回転速度で回転されてもよい。さらに、微粒子捕集装置は、入力部、第１センサ、第２センサを備えなくてもよい。
なお、上記各実施の形態では、第１フィルタ及びファンは、共通の動力源で回転されていたが、これに限定されない。例えば、第１フィルタ及びファンは、別々の動力源で回転されてもよい。この場合、微粒子捕集装置は、変速機を備えなくてもよい。
なお、上記各実施の形態では、微粒子捕集装置は、２つの捕集口（第１捕集口及び第２捕集口）を備えていたが、捕集口の数はこれに限定されない。微粒子の分級数に応じて３以上の捕集口が設けられてもよい。
上記各実施の形態では、微粒子捕集装置は、噴霧部を備えるか、または加湿部及び冷却部を備えていたが、第１フィルタを通過する際に微粒子を液体で覆うことができれば、噴霧部、加湿部及び冷却部を備えていなくてもよい。
（第１フィルタ内の微粒子の移動軌跡のシミュレーション）
最後に、上記各実施の形態に係る微粒子捕集装置によって微粒子の分級が可能であることを簡単な微粒子の移動計算に基づいて説明する。本計算で用いた条件は、以下のとおりである。
＜気体の物性＞
粘度μ：１．８１×１０－５［Ｐａ・ｓ］
＜第１フィルタのサイズ＞
長さＬ：１５［ｃｍ］
半径ｒ：５［ｃｍ］
＜微粒子のサイズ及び密度＞
第１微粒子の粒径Ｄｐ１：４［μｍ］
第２微粒子の粒径Ｄｐ２：２［μｍ］
微粒子の密度ρｐ：１０００［ｋｇ／ｍ３］
＜流路内の気体の流速＞
流速Ｕ：０．３［ｍ／ｓ］
＜第１フィルタの回転速度＞
回転速度ω：３１４．２［ｒａｄ／ｓ］（＝３０００［ｒｐｍ］）
上記条件において、第１微粒子及び第２微粒子に働く力を、流路を流れる気体による力、並びに、第１フィルタの回転によって旋回する微粒子の遠心力及び気体の粘性による抵抗力と仮定すると、定常状態における第１微粒子及び第２微粒子の第１フィルタ内の速度は、単位換算を行ったうえで以下の式により計算される。
＜微粒子の速度＞
第１微粒子及び第２微粒子の回転軸方向の速度ｖａ＝Ｕ
第１微粒子の径方向の速度ｖｃ１＝（ＣｃρｐＤｐ１ ２ｒω２）／（１８μ）
第２微粒子の径方向の速度ｖｃ２＝（ＣｃρｐＤｐ２ ２ｒω２）／（１８μ）
（ここで、Ｃｃは、カニンガムの補正係数であり、Ｃｃ=１＋（λ／Ｄｐ）×［２．５１４＋０．８００×ｅｘｐ（－０．５５×Ｄｐ／λ）］により算出することができる。また、λ（平均自由行程）としては、０．０６６［μｍ］を用いることができる。）
図１３は、第１フィルタを通過する微粒子の軌跡のシミュレーション結果を示すグラフを示す図である。つまり、図１３は、上記計算により得られる速度で移動する第１微粒子及び第２微粒子の軌跡を示す。
図１３には、第１微粒子の軌跡１３１１及び１３１２と、第２微粒子の軌跡１３２１及び１３２２が表されている。軌跡１３１１は、第１フィルタの回転軸からの距離が２．５［ｃｍ］の位置から第１フィルタに進入した第１微粒子の軌跡を示す。軌跡１３１２は、第１フィルタの回転軸からの距離が０［ｃｍ］の位置から第１フィルタに進入した第１微粒子の軌跡を示す。軌跡１３２１は、第１フィルタの回転軸からの距離が２．５［ｃｍ］の位置から第１フィルタに進入した第２微粒子の軌跡を示す。軌跡１３２２は、第１フィルタの回転軸からの距離が０［ｃｍ］の位置から第１フィルタに進入した第２微粒子の軌跡を示す。
図１３では、第１微粒子と第２微粒子とで軌跡が異なっており、同じ位置から進入した第１微粒子及び第２微粒子でも第１フィルタから進出する位置が異なることがわかる。例えば、第１微粒子は、軌跡１３１１では回転軸方向の距離が０．０２４ｍの位置で第１フィルタから進出し、軌跡１３１２では回転軸方向の距離が０．０４２ｍの位置で第１フィルタから進出する。したがって、第１捕集口は、回転軸方向の距離が０．０２４ｍ～０．０４２ｍの範囲で形成されればよいことがわかる。また、第２微粒子は、軌跡１３２１では回転軸方向の距離が０．０６６ｍの位置で第１フィルタから進出し、軌跡１３２２では回転軸方向の距離が０．１２９ｍの位置で第１フィルタから進出する。したがって、第２捕集口は、回転軸方向の距離が０．０６６ｍ～０．１２９ｍの範囲で形成されればよいことがわかる。
さらに、図１３では、第２微粒子は、第１微粒子よりも第１フィルタから進出する位置の範囲が広いことがわかる。したがって、第２捕集口の回転軸方向の長さは、第１捕集口の回転軸方向の長さよりも大きい方が第２微粒子を効果的に捕集することができる。
また、上記計算でも明らかなように、第１微粒子及び第２微粒子の速度は、第１微粒子及び第２微粒子のサイズ及び第１フィルタの回転速度に依存する。したがって、第１フィルタの回転速度を変えることで、第１微粒子及び第２微粒子が流路の壁面に到達する位置、つまり、第１フィルタから離脱する位置、を変えることができる。つまり、制御部は、第１微粒子及び第２微粒子のサイズに応じて第１フィルタの回転速度を制御することで、第１微粒子及び第２微粒子を第１捕集口及び第２捕集口にそれぞれ効果的に到達させることができる。
なお、上記計算では、第１フィルタとの衝突による回転軸方向における微粒子の減速を考慮していないが、微粒子のサイズが大きいほど大きく減速するため、減速を考慮すれば第１微粒子及び第２微粒子の分級はより容易になる。
本開示は、空気中から微粒子をサンプリングする装置に広く利用可能である。
１１ 微粒子
１１ａ 第１微粒子
１１ｂ 第２微粒子
１２ 第１液体
１３ 液滴
１３ａ 第１液滴
１３ｂ 第２液滴
２２ 液体
１００、２００、３００ 微粒子捕集装置
１１０ 筐体
１１１ 上筐体
１１２ 下筐体
１１３ 吸気口
１１４ 排気口
１１５ 流路
１１６ 第１捕集口
１１７ 第２捕集口
１１８ 第１ダクト
１１９ 第２ダクト
１２０ 噴霧部
１２１ 噴霧器
１２２、２２２ タンク
１３０、２１０ 制御部
１３１ 入力部
１３２ 第１センサ
１３３ 第２センサ
１４０ 動力源
１４０ａ、１５２ シャフト
１４１ ファン
１４２ 変速機
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ 第１フィルタ
１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ フィルタ部
１６１ 第１排出ポート
１６２ 第２排出ポート
１６３、３６３ 第１保持部
１６４、３６４ 第２保持部
２２０ 加湿部
２２１ 加湿器
２３０、２３０Ａ 冷却部
２４０ 湿度センサ
１１３１ 第２フィルタ
１３１１、１３１２、１３２１、１３２２ 軌跡

Claims (18)

  1. 吸気口及び排気口を有し、前記吸気口及び前記排気口をつなぐ流路を内部に有する筐体と、
    第１微粒子及び前記第１微粒子よりも小さい第２微粒子を含む気体を前記吸気口から前記流路に吸引する気流を前記流路に発生させ、第１軸回りに回転可能である、ファンと、
    前記流路に含まれる第１箇所へ第１液体を噴霧し、前記第１液体に含まれる液体で前記第１微粒子を覆い、及び、前記第１液体に含まれる液体で前記第２微粒子を覆う、噴霧部と、
    前記第１箇所と前記排気口の間に位置し、前記第１軸回りに回転可能に支持された第１フィルタと、
    前記第１フィルタを回転させる動力源と、
    前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面に形成され、前記第１液体に含まれる液体で覆われた前記第１微粒子を捕集するための第１捕集口と、
    前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面であって前記第１捕集口よりも下流側の壁面に形成され、前記第１液体に含まれる液体で覆われた前記第２微粒子を捕集するための第２捕集口と、
    を備える、
    微粒子捕集装置。
  2. さらに、
    前記第１捕集口で捕集された前記第１微粒子及び前記第１微粒子を覆う前記第１液体に含まれる液体を前記筐体外へ排出する第１排出ポートと、
    前記第２捕集口で捕集された前記第２微粒子及び前記第２微粒子を覆う前記第１液体に含まれる液体を前記筐体外へ排出する第２排出ポートと、を備える、
    請求項１に記載の微粒子捕集装置。
  3. さらに、
    前記第１捕集口で捕集された前記第１微粒子を前記第１液体中に保持する第１保持部と、
    前記第２捕集口で捕集された前記第２微粒子を前記第１液体中に保持する第２保持部と、を備え、
    前記第１保持部及び前記第２保持部は、前記筐体に着脱可能である、
    請求項１に記載の微粒子捕集装置。
  4. 前記第１液体は、前記第１微粒子及び前記第２微粒子の分析のための液体である、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  5. さらに、前記第１微粒子及び前記第２微粒子の前記流路への進入を防ぐための、前記吸気口に着脱可能な第２フィルタを備え、
    前記噴霧部は、前記第２フィルタが装着されたときに、前記第１フィルタ及び前記流路を洗浄するための第２液体を噴霧する、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  6. さらに、前記第１フィルタの回転速度を制御する制御部を備える、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  7. さらに、前記第１微粒子及び前記第２微粒子のサイズに関する情報の入力をユーザから受ける入力部を備え、
    前記制御部は、前記入力に基づいて、前記第１フィルタの回転速度を制御する、
    請求項６に記載の微粒子捕集装置。
  8. さらに、前記排気口から排出される気体から予め定められた第１粒子径以上の粒子径を有する微粒子を検出するための第１センサを備え、
    前記制御部は、前記第１センサが前記微粒子を検出した場合に、前記第１フィルタの回転速度を増加させる
    請求項６又は７に記載の微粒子捕集装置。
  9. さらに、前記吸気口に吸引された気体から予め定められた第２粒子径以上の粒子径を有する微粒子の濃度を検出する第２センサを備え、
    前記制御部は、前記第１フィルタの回転及び前記噴霧部による噴霧を停止し、かつ、前記ファンを回転させるスタンバイモードを有し、前記スタンバイモードにおいて前記第２センサによって検出された前記微粒子の濃度が閾値濃度以上である場合に、前記スタンバイモードを解除して前記第１フィルタの回転及び前記噴霧部による噴霧を開始する、
    請求項６～８のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  10. 吸気口及び排気口を有し、前記吸気口及び前記排気口をつなぐ流路を内部に有する筐体と、
    第１微粒子及び前記第１微粒子よりも小さい第２微粒子を含む気体を前記吸気口から前記流路に吸引する気流を前記流路に発生させ、第１軸回りに回転可能である、ファンと、
    前記流路に含まれる第１箇所に含まれる領域において前記気体を加湿する加湿部と、
    前記流路に含まれる第２箇所に含まれる領域において前記加湿部によって加湿された前記気体を冷却して、前記第１微粒子を液体で覆い及び前記第２微粒子を液体で覆う冷却部と、
    前記第２箇所と前記排気口の間に位置し、前記第１軸回りに回転可能に支持された第１フィルタと、
    前記第１フィルタを回転させる動力源と、
    前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面に形成され、前記液体で覆われた前記第１微粒子を捕集するための第１捕集口と、
    前記第１フィルタに対向する前記流路の壁面であって前記第１捕集口よりも下流側の壁面に形成され、前記液体で覆われた前記第２微粒子を捕集するための第２捕集口と、を備える、
    微粒子捕集装置。
  11. さらに、
    前記第１捕集口で捕集された前記第１微粒子及び前記第１微粒子を覆う前記液体を前記筐体外へ排出する第１排出ポートと、
    前記第２捕集口で捕集された前記第２微粒子及び前記第２微粒子を覆う前記液体を前記筐体外へ排出する第２排出ポートと、を備える、
    請求項１０に記載の微粒子捕集装置。
  12. さらに、
    前記第１捕集口で捕集された前記第１微粒子を前記液体中に保持する第１保持部と、
    前記第２捕集口で捕集された前記第２微粒子を前記液体中に保持する第２保持部と、を備え、
    前記第１保持部及び前記第２保持部は、前記筐体に着脱可能である、
    請求項１０に記載の微粒子捕集装置。
  13. 前記冷却部は、前記第１軸回りに前記流路内の気体を旋回させて前記気体に圧力差を生じさせることで、前記気体を冷却する、
    請求項１０～１２のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  14. さらに、前記第１フィルタの回転速度及び前記冷却部の冷却量の少なくとも一方を制御する制御部を備える、
    請求項１０～１３のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  15. さらに、前記第１微粒子及び前記第２微粒子のサイズに関する情報の入力をユーザから受ける入力部を備え、
    前記制御部は、前記入力に基づいて、前記第１フィルタの回転速度及び前記冷却部の冷却量の少なくとも一方を制御する、
    請求項１４に記載の微粒子捕集装置。
  16. さらに、前記排気口から排出される気体から予め定められた第１粒子径以上の粒子径を有する微粒子を検出するための第１センサを備え、
    前記制御部は、前記第１センサが微粒子を検出した場合に、前記第１フィルタの回転速度及び前記冷却部の冷却量の少なくとも一方を増加させる
    請求項１４又は１５に記載の微粒子捕集装置。
  17. さらに、前記吸気口に吸引された気体から予め定められた第２粒子径以上の粒子径を有する微粒子の濃度を検出する第２センサを備え、
    前記制御部は、前記第１フィルタの回転、前記加湿部による加湿及び前記冷却部による冷却を停止し、かつ、前記ファンを回転させるスタンバイモードを有し、前記スタンバイモードにおいて前記第２センサによって検出された前記微粒子の濃度が閾値濃度以上である場合に、前記スタンバイモードを解除して前記第１フィルタの回転、前記加湿部による加湿及び前記冷却部による冷却を開始する、
    請求項１４～１６のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
  18. さらに、前記加湿部よりも上流側に配置され、前記吸気口から吸引された気体の湿度を計測する湿度センサを備え、
    前記加湿部は、前記湿度センサによって計測された湿度に基づいて加湿量を調整する、
    請求項１０～１７のいずれか１項に記載の微粒子捕集装置。
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