JP7446487B2 - 粒子分離装置 - Google Patents

Description

本開示は、気体に含まれる対象粒子を前記気体から分離する粒子分離装置に関する。

爆発物を用いたテロを防止するため、例えば空港などの荷物検査において、荷物に付着している爆薬微粒子などを検出することが求められている。例えば航空機貨物は、近年の世界の人口増加と旅行客の増加にともない、空港で取り扱う手荷物量が年々増加している。これにともない、危険物探知の自動化が望まれている。危険物検知装置を自動化する場合、装置の健全性と測定の信頼性を担保する手段が必要となっている。

下記特許文献１は、対象物に付着した微粒子を回収して分析する技術に関するものである。同文献は、『微粒子を連続で回収濃縮しながら、リアルタイムで分析する方法を提供する。認証対象２に付着する検出対象物質のガス及び／又は微粒子を送気部５からの気流で剥離させ、剥離した試料を吸引し、微粒子捕集部１０で濃縮して捕集し、イオン源部２１で試料のイオンを生成し、質量分析部２３で質量分析する。得られた質量スペクトルから検出対象物質に由来する質量スペクトルの有無を判定し、その結果を表示部２７に表示することで、認証対象２に付着した検出対象物質を連続的にリアルタイムで迅速かつ低誤報で検出する。』という技術を記載している（要約参照）。

ＷＯ２０１２／０６３７９６

実際の荷物検査においては、爆薬粒子などの対象粒子は、質量分析計などの検出装置によって検出される。このとき、検出装置が対象粒子を検出することを阻害する阻害イオンが気体内に含まれている場合、検出装置による検出精度が低下する可能性がある。これにより危険物検知の信頼性が損なわれる。

特許文献１のような従来の分析装置においては、サイクロン装置によって気体内の微粒子を分離した後、その微粒子を分析する。サイクロン装置は、対象粒子を気体から選別する役割を有する。気体内の対象粒子以外の粒子は、廃棄されることになる。したがって気体内に阻害イオンが含まれている場合であっても、検出装置は阻害イオンと対象粒子が混在した気体を検査することになるので、検査の信頼性を確保することが難しい。

本開示は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、対象粒子を検出することを阻害する阻害イオンが含まれている可能性がある場合であっても、検査の信頼性を確保することができる技術を提供することを目的とする。

本開示に係る粒子分離装置は、対象粒子を気体から分離する気体分離装置を備え、前記気体分離装置は、前記分離した対象粒子を排出する第１排出口とは別に、前記対象粒子を分離した前記気体を排出する第２排出口を備える。

本開示に係る粒子分離装置によれば、対象粒子の分析とは別に、第２排出口から排出した気体を分析することにより、阻害イオンを検出することができる。これにより、気体内に阻害イオンが含まれている可能性がある場合であっても、検査の信頼性を確保することができる。

実施形態１に係る粒子分離装置１の構成図である。 実施形態２に係る粒子分離装置１の構成図である。

＜実施の形態１：装置構成＞
図１は、本開示の実施形態１に係る粒子分離装置１の構成図である。粒子分離装置１は、検査対象物２（例えば空港における乗客の手荷物）に付着している対象粒子（例えば爆薬微粒子）を検出する装置である。粒子分離装置１は、流路１１、除去装置１２、分離装置１３、捕集部１４、捕集部１５、粒子検出装置１６、モニタ部１７、を備える。

図示しない剥離装置は、検査対象物２に対して気流を噴射するなどによって、検査対象物の表面に付着している粒子を剥離し、検査対象物２の周辺に存在する周辺空気３の気流に乗せて流路１１へ出力する。流路１１は、周辺空気３を粒子分離装置１に対して導入する。したがって周辺空気３内には、検査対象物２の表面に付着した対象粒子が含まれている可能性がある。粒子分離装置１は、周辺空気３から対象粒子を分離し、対象粒子の有無を検査することにより、検査対象物２の安全性を検査する。

除去装置１２は、周辺空気３内に含まれる対象粒子以外の粒子１２１（比較的大きなごみ粒子）を除去する。粒子１２１としては、例えば人間が視認できる程度のサイズを有するものを想定し、必ずしも粒状のものに限らない。除去装置１２は、例えば粒子１２１を除去するのに適したフィルタ、粒子１２１が自然落下によって排出される穴を底面に有する容器、などによって構成することができる。

分離装置１３は、流路１１上において除去装置１２よりも後段に配置されており、除去装置１２が粒子１２１を除去した後の周辺空気３を受け取る。分離装置１３は、周辺空気３内に含まれる対象粒子１３１を分離する。対象粒子１３１は、第１排出口１３２を介して分離装置１３から排出される。分離装置１３は、第１排出口１３２とは別に第２排出口１３３を備える。対象粒子１３１を分離した後の周辺空気３は、第２排出口１３３から排出される。分離装置１３は、例えば旋回気流を発生させることによって周辺空気３から対象粒子１３１を分離する、サイクロン装置によって構成することができる。その他同様の効果を発揮する装置を用いてもよい。

捕集部１４は、分離装置１３によって周辺空気３から分離された対象粒子１３１を捕集する。捕集部１５は、分離装置１３が対象粒子１３１を分離した後の周辺空気３を捕集する。

粒子検出装置１６は、捕集部１４が捕集した対象粒子１３１の成分を分析する。例えば対象粒子１３１のなかに危険物粒子が閾値以上含まれている場合、検査対象物２に危険物粒子が危険量以上付着していると判断することができる。粒子検出装置１６は、例えば質量分析計などの装置によって構成することができる。閾値としては、対象粒子１３１の重量、重量密度、分子密度、などを用いることができる。

粒子検出装置１６はさらに、捕集部１５が捕集した周辺空気３のなかに、対象粒子１３１の検出を阻害する阻害イオンが含まれているか否かを分析する。阻害イオンの例としては例えばガソリンが気化したものが考えられる。ガソリンは粒子検出装置１６が対象粒子１３１を検出する機能を阻害する可能性があるので、阻害イオンの典型として挙げられる。その他同様に粒子検出装置１６の検出機能を低下させるものを阻害イオンとして取り扱ってもよい。阻害イオンの量を分析する機能は、対象粒子１３１を分析する機能とは別の追加機能として構成してもよいし、阻害イオンを検出する別の粒子検出装置を配置してもよい。以下では記載の便宜上、粒子検出装置１６が対象粒子１３１と阻害イオンをともに検出するものとする。

モニタ部１７は、粒子検出装置１６が検出した結果を監視し、所定の条件に合致したときその旨のアラートを発信する。アラートの形式は任意でよい。例えば画面上にアラート画像を表示する、警報器を作動させる、アラート内容を記述したデータを出力する、などが考えられる。条件の詳細については後述する。

＜実施の形態１：動作手順＞
検査対象物２が到着していない期間において、粒子分離装置１は、捕集部１５を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させるとともに、捕集部１４を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させないように、流路を調整する。例えば粒子検出装置１６の入口部分に開閉可能な弁を配置しておき、その弁の開閉によって気体の導入経路を制御できる。その他適当な手段を用いて同様に気体を弁別してもよい。粒子検出装置１６は、捕集部１５が捕集した気体に含まれる阻害イオンの量を分析する。検査対象物２が到着したか否かは、例えば検査対象物２が通過するゲートからの検知信号などによって通知できる。その他適当な手段を用いてもよい。

モニタ部１７は、検査対象物２が到着していない期間においても粒子検出装置１６による検出結果をモニタリングする。阻害イオンの量が基準値以上である場合、モニタ部１７はその旨のアラートを発信する。例えば阻害イオンがガソリン由来のものである場合は、粒子検出装置１６の検出機能が汚染されている可能性がある旨のアラートを発信する。その他同様に、阻害イオンの種別に応じたアラートを発信してもよい。これにより荷物検査システムのガソリンによる汚染を予防することができる。

検査対象物２が到着したとき（すなわち検査対象物２の表面に付着した粒子を剥離した後の周辺空気３が粒子分離装置１へ到着したとき）、粒子分離装置１は、捕集部１５を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させるとともに、捕集部１４を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させないように、流路を調整する。粒子検出装置１６は、捕集部１５が捕集した気体に含まれる阻害イオンの量を分析する。モニタ部１７は阻害イオン量をモニタリングし、対象粒子１３１を検出する機能に対して支障がないか否かを判断する。

阻害イオン量が支障を生じないレベルである（閾値未満である）場合、粒子分離装置１は、捕集部１４を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させるとともに、捕集部１５を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させないように、流路を調整する。粒子検出装置１６は、捕集部１４が捕集した対象粒子１３１の成分を分析する。モニタ部１７は、分析結果に基づき、周辺空気３内に危険物粒子（例：爆薬粒子）が基準値以上含まれているか否かを診断し、その結果を出力する。診断結果の形式は、例えば画面出力、データ出力など任意のものでよい。阻害イオン量が閾値以上である場合は、上記アラートにより粒子分離装置１の検出機能を停止するので、対象粒子１３１を分析することはない。

捕集部１４内の対象粒子１３１を検出した後、捕集部１４内の対象粒子１３１の量が規定値未満になると、粒子分離装置１は、検査対象物２が到着していない状態へ流路を再調整する（すなわち、捕集部１５を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させるとともに、捕集部１４を介して気体を粒子検出装置１６へ導入させないように、流路を調整する）。以後の動作は同様である。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る粒子分離装置１は、対象粒子１３１を排出する第１排出口１３２を備えるとともに、第１排出口１３２とは別に、対象粒子１３１を分離した後の気体を排出する第２排出口１３３を備える。第２排出口１３３は、捕集部１５を介して、阻害イオンを検出する装置（粒子検出装置１６）と接続されている。これにより、対象粒子１３１の分析を阻害するイオンが気体内に含まれている場合は、対象粒子１３１を分析する前にその旨をあらかじめ把握することができる。したがって、粒子検出装置１６およびその他関連機能が阻害イオンによって汚染されて検出能力が低下することを回避できる。すなわち検査の信頼性を確保することができる。

本実施形態１に係る粒子分離装置１は、検査対象物２が到着していない期間においても阻害イオン量をモニタリングし、阻害イオン量が基準値以上である場合はその旨のアラートを発信する。これにより、阻害イオンによる汚染が生じる可能性があることを速やかに検出し、検査中止や復旧作業などを促すことができる。

＜実施の形態２＞
図２は、本開示の実施形態２に係る粒子分離装置１の構成図である。本実施形態２においては、実施形態１で説明した構成に加えて、除去装置１８と加熱部１９を備える。その他構成は実施形態１と同じである。

分離装置１３が分離できなかった対象粒子１３１その他の微粒子が捕集部１５へ向かって流れる可能性がある。そこで第２排出口１３３と捕集部１５との間に除去装置１８を配置し、除去装置１８によってそれら粒子を除去する。これにより、阻害イオンの分析精度を向上させることができる。除去装置１２によって粒子１２１が除去されていることに鑑みると、除去装置１８が除去するのは粒子１２１よりも小さい微粒子であることが望ましい。対象粒子１３１はその１例である。

分離装置１３としてサイクロン装置を用いた場合、典型的には５～１０μｍ以下の微小粒子および気体が、捕集部１５に集まる。これら微粒子が捕集部１５内壁などに吸着・滞留する可能性がある。そうすると、次の検査時においてその微粒子が影響を与え（すなわちキャリーオーバーが発生し）、検出精度が低下する可能性がある。そこで加熱部１９は捕集部１５を加熱し、捕集部１５内のそのような余分な微粒子を消滅させる（あるいは少なくとも減少させる）。これにより余剰微粒子の影響を抑制できる。

＜本開示の変形例について＞
以上の実施形態において、阻害イオンの例としてガソリンから生じるイオンを例示したが、阻害イオンはこれに限るものではなく、対象粒子１３１の分析を阻害する任意の粒子を阻害イオンとして検出することができる。例えば、（ａ）粒子検出装置１６が検出するピーク成分が対象粒子１３１とは別に複数発生することによって対象粒子１３１の検出を阻害する物質、（ｂ）対象粒子１３１と反応することによって対象粒子１３１を変性させる物質、などが阻害イオンの例として考えられる。ガソリンはその１例である。同様に対象粒子１３１の例としては、爆薬粒子に限らず、任意の粒子を検出することができる。

以上の実施形態において、粒子検出装置１６として質量分析計を用いることを例示したが、その他の同様の機能を有する検出装置を用いてもよい。

以上の実施形態において、モニタ部１７は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することによって構成することもできる。

以上の実施形態において、検査対象物２の例として空港の手荷物を例示したが、その他の検査対象物についても本開示の技術を適用することができる。すなわち、検査対象物に付着した危険物粒子が周辺空気３内に含まれているか否かを検査する任意の装置において、本開示の技術を適用することができる。

１：粒子分離装置
１１：流路
１２：除去装置
１３：分離装置
１４：捕集部
１５：捕集部
１６：粒子検出装置
１７：モニタ部
１８：除去装置
１９：加熱部

Claims (10)

1. 気体に含まれる対象粒子を前記気体から分離する粒子分離装置であって、
   前記対象粒子を前記気体から分離する気体分離装置、
   前記気体に含まれる前記対象粒子以外の粒子を除去する第１除去装置、
   を備え、
   前記第１除去装置は前記気体の流路の途中に配置されるとともに、前記気体分離装置は前記流路における前記第１除去装置よりも後段に配置されており、
   前記気体分離装置は、前記分離した対象粒子を排出する第１排出口を備え、
   前記気体分離装置はさらに、前記第１排出口とは別に、前記対象粒子を分離した前記気体を排出する第２排出口を備え、
   前記第２排出口は、前記気体に含まれるイオンを検出する検出装置と接続されており、
   前記検出装置は、前記対象粒子を検出することを阻害する阻害イオンを検出する
   ことを特徴とする粒子分離装置。
2. 前記流路は、検査対象物の周辺に存在する周辺空気を前記気体として前記第１除去装置および前記気体分離装置へ向けて搬送するように構成されており、
   前記第１排出口は、前記対象粒子を検出する検出装置と接続されており、
   前記検出装置は、前記周辺空気が前記気体分離装置によって分離されたとき、前記周辺空気に含まれる前記対象粒子を検出することにより、前記検査対象物に付着している前記対象粒子を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
3. 前記流路は、検査対象物の周辺に存在する周辺空気を前記気体として前記第１除去装置および前記気体分離装置へ向けて搬送するように構成されており、
   前記粒子分離装置は、前記第１排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入するか、それとも前記第２排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入するかを切り替えることができるように構成されており、
   前記検出装置は、前記対象粒子に加えて、前記対象粒子を検出することを阻害する阻害イオンを検出することができるように構成されており、
   前記粒子分離装置は、前記周辺空気が前記粒子分離装置に対して未だ到着していない期間において、前記周辺空気に含まれる前記阻害イオンの量が閾値以上である場合、前記第２排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入するとともに前記第１排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入しないように、前記気体の流路を調整し、
   前記粒子分離装置は、前記周辺空気が前記粒子分離装置に対して未だ到着していない期間において、前記周辺空気に含まれる前記阻害イオンの量が閾値未満である場合、前記第１排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入するとともに前記第２排出口を経由して前記気体を前記検出装置へ導入しないように、前記気体の流路を調整する
   ことを特徴とする請求項２記載の粒子分離装置。
4. 前記検出装置が前記周辺空気内に含まれる前記対象粒子を検出し、さらに前記周辺空気内に含まれる前記対象粒子の量が基準値未満になった後、前記粒子分離装置は、前記第１排出口を経由して前記気体が前記検出装置に対して導入されないようにするとともに前記第２排出口を経由して前記気体が前記検出装置に対して導入されるように、前記気体の流路を調整する
   ことを特徴とする請求項３記載の粒子分離装置。
5. 前記粒子分離装置はさらに、前記気体に含まれる前記阻害イオンの量を監視するモニタ部を備え、
   前記流路は、検査対象物の周辺に存在する周辺空気を前記気体として前記第１除去装置および前記気体分離装置へ向けて搬送するように構成されており、
   前記モニタ部は、前記周辺空気が未だ到着していない期間において、前記気体に含まれる前記阻害イオンの量が閾値以上に達した場合は、その旨のアラートを出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
6. 前記気体分離装置は、旋回気流を発生させることにより前記対象粒子を前記気体から分離する、サイクロン装置として構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
7. 前記粒子分離装置はさらに、前記第１排出口から排出された前記気体を捕集する第１捕集部を備え、
   前記粒子分離装置はさらに、前記第２排出口から排出された前記気体を捕集する第２捕集部を備え、
   前記粒子分離装置はさらに、前記第２捕集部を加熱する加熱部を備える
   ことを特徴とする請求項６記載の粒子分離装置。
8. 前記粒子分離装置はさらに、前記第１排出口から排出された前記気体を捕集する第１捕集部を備え、
   前記粒子分離装置はさらに、前記第２排出口から排出された前記気体を捕集する第２捕集部を備え、
   前記粒子分離装置はさらに、前記気体分離装置と前記第２捕集部との間に、前記気体に含まれる粒子を除去する第２除去装置を備え、
   前記第２除去装置が除去する粒子のサイズは、前記第１除去装置が除去する粒子のサイズよりも小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
9. 前記第２除去装置は、前記気体分離装置が分離できなかった前記対象粒子を除去する
   ことを特徴とする請求項８記載の粒子分離装置。
10. 前記検出装置は、質量分析計によって構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。

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