JPH02237657A - エアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エアロゾル科学、材料工学、化学工学、或い
は吸入毒性などの分野に適用され、エアロゾル粒子をエ
アロゾル状態のままサイズ別に分級するエアロゾル粒子
の連続遠心分級方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、エアロゾル粒子をその粒子径に応じて分級す
る方法として静電式の分級法やインパクタタイプの分級
法が実用化されている。次にこれらの分級法の概要を説
明する。

第４図は静電式の分級法を説明するための図であり、２
１は高圧電源、２２は清浄空気吹出口、２３は被分級エ
アロゾル粒子人気部、２４は隔壁、２５は筒体、２６は
排出空気出口、２７は分級エアロゾル粒子排気部、２８
は整流部、２９は電極棒を示す。

静電式の分級法は、外力としてクーロン力を利用するも
のであって、第４図に示すように円筒状の筒体２５とそ
の中心部に設けた電極棒２９により２重円筒電極を構成
し、この電極間に高圧電源２１を印加して分級するもの
である。この分級に際しては、まず、予め被分級エアロ
ゾル粒子を放射線源でつくられるような両極イオン場に
て帯電させておく。しかる後、筒体２５内に上部の清浄
空気吹出口２２から清浄空気を吹き込みながら、隔壁２
４の外側、筒体２５の内壁に近い外周側から帯電させた
被分級エアロゾル粒子を吹き込む。

そして、下方の中心部の分級エアロゾル粒子排気部２７
から粒子径が均一に揃った単分散粒子を取り出し、その
他は、適宜配置された排出空気出口２６から排出させる
。なお、整流部２８は、分級空間での空気流を排出空気
出口２６の位置に関係なく一様にするものであり、フィ
ルターや抵抗部材が用いられる。

このように静電式の分級法では、２重円筒電極型の電場
内に帯電させた被分級エアロゾル粒子を導き、特定の電
気移動度を持ったエアロゾル粒子のみを取り出すもので
ある。この場合、電気移動度と粒子径とは、一定の関係
になるため、分級エアロゾル粒子排気部２７から取り出
されたエアロゾル粒子は、粒子径が均一に揃った単分散
粒子となる。

第５図はインパクタタイプの分級法を説明するための図
であり、３１は被分級エアロゾル粒子人気部、３２は１
段目インパクタ、３３はノズル部、３４は２段目インパ
クタ、３５は３段目インバクタ、３６は粗粒子排気部、
３７は細粒子排気部、３８は排出空気出口を示す。

インパクタタイプの分級法は、慣性力の差を利用して分
級するものであって、第５図に示すように空気流の一部
を副気流として導き出すインパクタ（３２、３４、３５
）を設けて分級するものである。これは、バーチャルイ
ンパクタと言われるものであって、例えば１段目インバ
クタ３２に着目すると、ノズル部３３を通過する空気流
の一部が副気流として導き出されるので、このノズル部
３３において、彼分級エアロゾル粒子人気部３ｌから導
入された被分級エアロゾル粒子で、慣性力が強く働き直
進する大粒子と副気流に乗って分取される小粒子とに分
級される。したがって、これを複数段にわたって行うと
、複数段にエアロゾル粒子を分級することができる。

この他、分級エアロゾル粒子が直接にエアロゾルとして
得られない方法も含めると、カスケードインパクタ或い
は遠心分離器などで粒子径別に集廖し再度エアロゾル化
する方法もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来のエアロゾル粒子分級法には、以下の
ような幾つかの課題を有している。

まず、静電式の分級法は、粒子の帯電量と粒子径との間
に一義的な関係が成立するときに有効であるが、粒子が
大きくなると帯電量が必ずしも１ｅ（電気素量）ではな
く複数の電荷を帯びる。そのため、分級される粒子の大
きさが一律的でなくなるという欠点がある。このような
ことから、この方法の実用上の限界は、０．２μｍと言
われている。

また、バーチャルインバクタ法は、慣性力を一定以上働
く大粒子を除去していく方式であるため、これを直接多
段活用しても、いずれの分級ステージにおける大粒子側
にも或る割合で小粒子が含まれることになる。さらに、
小粒子側には、粒子径の下限が存在しない。つまり、粒
子径の上下限設定ができないという欠点がある。

本発明は、上記のような従来のエアロゾル分級法の欠点
を解消し、０．２μｍを越えるエアロゾル粒子にも適用
でき、分級エアロゾル粒子の粒子径の上下限設定が可能
であり、且つエアロゾル状態のまま連続的に分級するこ
とが可能なエアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明のエアロゾル粒子の連続遠心分級方法
は、回転体の中の分級流路に清浄空気と共に被分級エア
ロゾル粒子を流入させて遠心力を与えることにより粒子
径に応じた運動軌跡の変化を生じさせ、該軌跡上の特定
の位置から粒子群をエアロゾル状態で取り出し分級する
ことを特徴とし、その装置は、回転体の中に遠心力が作
用する分級流路を設け、該分級流路の入口は、清浄空気
と共に径方向の内側から被分級エアロゾル粒子を流入さ
せ、出口は、径方向で被分級エアロゾル粒子の流入位置
より外側の特定の位置で粒子群をエアロゾル状態で取り
出し他の粒子群及び空気を排気するように構成したこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のエアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置で
は、回転体の中の分級流路に清浄空気と共に被分級エア
ロゾル粒子を流入させて遠心力を与えることにより粒子
径に応じた運動軌跡の変化を生じさせ、該軌跡上の特定
の位置から粒子群をエアロゾル状態で取り出すので、特
定の軌跡変化を示した粒子群のみを取り出し分級するこ
とができる。エアロゾル粒子は、その大きさに応じて遠
心力の影響を受けるので、遠心力の大きさと取り出す位
置により分級する粒子群を選択することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るエアロゾル粒子の連続遠心分級装
置の１実施例を示す図、第２図は第１図に示す分級流路
の断面図である。図中、１は回転体、２は分級流路、３
は入気口、３′は人気部ジョイント、４は吹出口、４′
は吹出部ジョイント、５は排気口、５′は排気部ジョイ
ント、６は排出空気出口、６′は排出空気部ジョイント
、７はモータ、８は回転連結部、９は中空シャフト、ｌ
Ｏは流路導入出部、１１は円板、１２はモータ回転シャ
フトを示す。

本発明に係るエアロゾル粒子の連続遠心分級装置を分解
した状態で示したのが第１図であり、回転体ｌの上下は
円板１１で覆われ、回転体１と円板１１は、中空シャフ
ト９と共に一体となってモータ７により駆動され例えば
数千ｒｐｍで高速回転する。分級流路２は、第２図に示
すように定径、定流路幅、単局の流路を形成するもので
あり、端に被分級エアロゾル粒子の入気口３と清浄空気
の吹出口４を、ほぼ１周した他端に分級エアロゾル粒子
の排気口５と残りの空気及びエアロゾル粒子を排出する
排出空気出口６をそれぞれ有する。

これらは、流路導入出部１０、中空シャフト９、回転し
ない回転連結部８を通してそれぞれ人気部ジョイント３
′、吹出部ジョイント４′、排気部ジョイント５′、排
出空気部ジョイント６′に連通ずるようになっている。

そのため、例えば中空シャフト９の中を４室に区分して
それぞれのジョイン上（３′〜６′）に対応する位置に
連通孔を設けると共に、回転連結部８においてＯ　Ｕン
グでシールし、シールの厚さに相当する中空シャフト９
の外周空間を通してそれぞれの室とジョイントとの間が
接続される。そして、このジョイントから回転連結部８
、中空シャフト９、流路導入出部１０を通して所定の一
定流量により清浄空気と被分級エアロゾル粒子が流入し
、分級エアロゾル粒子とその他のエアロゾル粒子及び空
気が流出するようになる。この流量は、ポンプや流量計
（図示省略）を使って制御される。

次に、上記装置によるエアロゾル粒子の分級方法を説明
する。

まず、回転体１を高速回転させながら被分級エアロゾル
粒子を入気口３から任意の一定流量、例えば毎分１リッ
トルで流入させる。同時にこれを包むような形でエアロ
ゾル粒子を含まない清浄空気を吹出口４から流入させる
。そうすると、エアロゾル粒子は、分級流路２を運動中
に回転による遠心力を受け、粒子の大きさに応じて回転
体１の径方向にその運動軌跡が変化する。したがって、
排気口５では、径方向に特定の軌跡変化を示したエアロ
ゾル粒子のみを分敗媒空気と共に取り出すことができる
。なお、これ以外のエアロゾル粒子及び空気は、排出空
気出口６から排出される。

上記の分級方法において、エアロゾル粒子の大きなもの
は、遠心力を受けると小さなものよりも径方向の外側に
その運動軌跡が変化し、その程度も粒子径の違いに応じ
、また、遠心力の大きさに応じ変化する。したがって、
回転体１の回転速度を変えることにより、或いは排出空
気出口６の径方向における位置を変えることにより、取
り出したいエアロゾル粒子の大きさを自由に選択、設定
することができる。

上記のようにエアロゾル粒子は、その大きさに応じて分
級流路２で遠心力を受けて径方向の外側へ運動軌跡が変
化するため、分級精度や分級能を上げるには、第２図ら
）、（Ｃ）に示すように入気口３は径方向の内側に設け
、排気口５は径方向の外側に設け、運動軌跡の変化が大
きいところで取り出せるのがよい。同図（ｂ）は同図（
ａ）におけるＡ−Ａ’矢視図により排出空気出口６の中
での排気口５の位置関係を示したものであり、同図（Ｃ
）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視図により吹出口４
の中での入気口３の位置関係を示したものである。先に
述べたように排気口５の位置は、取り出したいエアロゾ
ル粒子の大きさに応じて変わる要素を持っているが、入
気口３はこのような要素は持っていない。

したがって、径方向の最も内側がよいが、分級流路２の
内壁面までよせると、この内壁面は、空気流が一様でな
く乱流が生じやすい。そのため、むしろ上下、内径側と
も同図（Ｃ）に示すように内壁から若干離したほうが、
壁面における乱流の影響を排除することができると共に
、被分級エアロゾル粒子を包むように清浄空気を流入さ
せることができ、分級精度の低下をなくすことができる
。

第３図は本発明に係るエアロゾル粒子の連続遠心分級方
法及び装置によって得られた回転体の回転数に対応する
分級エアロゾルの粒子径の変化の例を示す図である。こ
れは、 内側の径ＲＡ＝１　１．　　５ｃｍ 外側の径Ｒａ＝１２．５ｃｍ 回転体の高さ＝１２．５ｃ厘 スリットの幅＝０．１ｃｍ（入口、出口共）スリットの
高さ＝６．２５ｃｍ（同　上）エアロゾル流量＝１１／
分 壁面からのスリットの位置＝０．１ｃｍ（入口、出口共
） を条件として与え計算した結果を示したものである。こ
のように分級できるエアロゾル粒子の粒子径は容易に選
択できる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では
、分級路として単周、定径、定流路幅の例を示したが、
螺旋構造にしてもよい。また、エアロゾル粒子の入気口
、排気口を矩形のスリット形状で示したが、湾曲形或い
は多孔式の構造のものを使用してもよいし、第１図は基
本的な装置構成で示したが、実際の装置ではジョイント
と流入、流出との間の流路構成だけでなく細部にわたり
さらに種々の変形が可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、遠心
力場の中でエアロゾル粒子を連続的に流出入させながら
分級できるようにしたので、エアロゾル状態のまま分級
エアロゾルを人手することができる。しかも、遠心力の
大きさや排気口の位置を選択することにより、上下の粒
子径を排除した粒子の大きさで自由に且つ広範囲の粒子
径について選択、入手することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエアロゾル粒子の連続遠心分級装
置の１実施例を示す図、第２図は第１図に示す分級流路
の断面図、第３図は本発明に係るエアロゾル粒子の連続
遠心分級方法及び装置によって得られた回転体の回転数
に対応する分級粒子径の変化の例を示す図、第４図は静
電式の分級法を説明するための図、第５図はインバクタ
タイプの分級法を説明するための図である。 １・・・回転体、２・・・分級流路、３・・・入気口、
３′・・・人気部ジョイント、４・・・吹出口、４′・
・・吹出部ジョイント、５・・・排気口、５′・・・排
気部ジョイント、６・・・排出空気出口、６′・・・排
出空気部ジョイント、７・・・モータ、８・・・回転連
結部、９・・・中空シャフト、１０・・・流路導入出部
、１ｌ・・・円板、ｌ２・・・モータ回転シャフト。 出　願　人　科学技術庁放射線医学総合研究所長第１ 図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の中の分級流路に清浄空気と共に被分級エ
   アロゾル粒子を流入させて遠心力を与えることにより粒
   子径に応じた運動軌跡の変化を生じさせ、該軌跡上の特
   定の位置から粒子群をエアロゾル状態で取り出し分級す
   ることを特徴とするエアロゾル粒子の連続遠心分級方法
   。
2. （２）回転体の中に遠心力が作用する分級流路を設け、
   該分級流路の入口は、清浄空気と共に径方向の内側から
   被分級エアロゾル粒子を流入させ、出口は、径方向で被
   分級エアロゾル粒子の流入位置より外側の特定の位置で
   粒子群をエアロゾル状態で取り出し他の粒子群及び空気
   を排気して分級するように構成したことを特徴とするエ
   アロゾル粒子の連続遠心分級装置。
3. （３）被分級エアロゾル粒子の入気口は、清浄空気の吹
   出口の中に位置し、径方向の内側と上下に間隙を設けた
   ことを特徴とする請求項２記載のエアロゾル粒子の連続
   遠心分級装置。