JPH02303557A

JPH02303557A - 光電子による気体中の微粒子の荷電方法

Info

Publication number: JPH02303557A
Application number: JP12056389A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fujii; 敏昭藤井; Kazuhiko Sakamoto; 和彦坂本
Original assignee: Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-12-17

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、気体中の微粒子の荷電方法に係り、特に、電
場において発生する光電子による光電効果によって、気
体中の微粒子を荷電する方法に関する。

そして、微粒子を荷電して利用する分野としては、ａ）荷電微粒子により、空気中あるいは排ガス等の気体
中の微粒子の測定を行う分野。

ｂ）荷電微粒子を捕集、除去して清浄化気体を得る分野
。

Ｃ）微粒子の分離、分級や表面改質、制御を行う分野、
等がある。

〔従来の技術〕

従来技術をまず測定の分野で説明する。

従来、例えば空気中に浮遊状態で存在している微粒子の
濃度等の測定法としては、（１）光散乱法、例えば光散乱カウンタ、フォトメータ
、光透過法或いは暗視野顕微鏡を利用する方法。

（２）　　ｉｉ！縮核法、例えば断熱膨張型、管壁冷却
型或いはその混合型。

（３）重量法。

等がある。

これら従来法の欠点としては、〔１〕　　光散乱法においては■０．１．以下の如き極
微細粒子の濃度は測定不能である。■各粒径の粒子につ
いて瞬時に濃度を測定する場合その精度が不十分である
。■粒子が大きい場合検出部に至るまでの間に粒子の損
失が生じ精度が不十分になる等の欠点があり、（２）凝縮核法においては■微粒子を大きく成長させて
測定するため、効率、損失等により測定精度が不十分で
ある。■各粒径の粒子についての瞬時の濃度測定精度が
不十分である等の欠点があり、（３）重量法においては、■極微細粒子の濃度は測定不
能である。■各粒径の粒子についての瞬時の濃度の測定
精度が不十分である等の欠点があった。

これらの欠点に対し、本発明者は、前記従来の方法と原
理を異にし、電場において光電子放出材に紫外線及び／
又は放射線を照射し、発生する光電子によりガス中に浮
遊している微粒子に荷電を付与し、この荷電量を計測す
るか、あるいは荷電微粒子を印加電圧を変化させること
により分級し、該分級された荷電微粒子を検出すること
により空気中の微粒子を測定する方法を提案した（特願
昭６１−８５９９７号、特願昭６３−１９７１８９号）
。

提案した該方法は、光電子による微粒子への荷電を電場
下で行うと効、果的である。しかし、空気中の水分濃度
が比較的高い状態で長時間連続運転すると、性能が低下
するという欠点があり、精度の良い測定にはなお課題で
あった。

次に、ガス中微粒子を荷電し荷電微粒子を後流で捕集、
除去することで、清浄空気を得る分野で説明する。

該清浄空気を得る方法では、微粒子を荷電し、除去を行
う方法を提案（特願昭６０−１８７２３号、特願昭６１
−８５９９６号）したが、上述と同様空気中の水分濃度
が比較的高い状態で長時間運転すると、性能が低下し課
題であった。

これらの性能低下の原因は、共存する水分の濃度が高い
と微粒子への荷電効率が下がるためと考えられた。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように、従来技術において、微粒子の測定あるい
は微粒子の除去（清浄気体の製造）を行なう方法では、
水分濃度が高いと長期連続運転した場合性能が低下する
という課題があった。

そこで、本発明では、前記方法の課題を解決し、長期連
続運転の性能が水分濃度の高い場合においても、安全で
高性能を維持する方法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〕

前記目的を達成するために、本発明では、電場において
、光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射するこ
とにより発生する光電子による気体中の微粒子の荷電方
法において、電場の強さが２　Ｖ　／　ｃｍ〜２　ｋＶ
／　ｃｍであることを特徴としたものである。

次に、本発明の詳細な説明する。

まず、光電子放出材については、光電子放出面の材質は
、紫外線照射により光電子を放出するものであれば何れ
でも良く、光電的な仕事関数の小さいもの程好ましい。

効果や経済性の面から、Ｂａ５Ｓｒ、　Ｃａ、　Ｙ　、
　Ｇｄ、　Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｎｄ、　Ｔｈ。

Ｐｒ５Ｂｅ、　Ｚｒ、　Ｆｅ５Ｎｉ、　Ｚｎ、　Ｃｕ、
　Ａｇｓ　Ｐｔｓ　Ｃｄ、　Ｐｂ。

Ａ１、Ｃ、Ｍｇ、＾ｕ１１ｎ１Ｂｔｓ　Ｎｂｓ　Ｓ１％
　ＴＩＮ　Ｔａ５Ｓｎ。

Ｐのいずれか又はこれらの化合物又は合金が好ましく、
これらは単独で又は二種以上を複合して用いられる。複
合材としては、アマルガムの如く物質的な複合材も用い
つる。

化合物としては酸化物、はう化物、炭化物があり、酸化
物にはＢａｄ、　ＳｒＯ，Ｃａｎ、　Ｙ２Ｏ６，ＧｄＪ
、。

ＮｄｚＯｓ、　　Ｔｈａ２．　　ＺｒＬ、　　ＦｅＪｓ
、　　ＺｎＯ，Ｃｕ口、　＾ｇ２０゜ＰｔＯ，ＰｂＯ，
Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｉｎ２Ｏ５，Ｂｉｎ、　ＮｂＯ，
ＢｅＯなどがあり、またほう化物にはＹｅｓ、　ＧｄＢ
、、　ＬａＢ５゜ＰｒＢ６．　ＺｒＬなどがあり、さら
に炭化物としてはＺｒＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣなど
がある。

°また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅、ＡｇとＭ
ｇとの合金　（Ｍｇが２〜２０ｗｔ％）　　、ＣｕとＢ
ｅとの合金（Ｂｅが１〜１０　ｗｔ％）及びＢａと＾ｌ
との合金を用いることができ、上記ＡｇとＭｇとの合金
、ＣｕとＢｅとの合金及びＢａとＡｌとの合金が好まし
い。

酸化物は金属表面のみを空気中で加熱したり、或いは薬
品で酸化することによっても得ることだできる。

さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸化層
を形成して長期にわたって安定な酸化層を得ることもで
きる。この例としてはＭｇとＡｇとの合金を水蒸気中で
３００〜４００℃の温度の条件下でその表面に酸化薄膜
を形成させることができ、この酸化薄膜は長期間にわた
って安定なものである。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、格子状
、網状等、があり表面を適宜凹凸状とし使用することが
出来る。又、適宜の形状の材料にメッキや他材料の付着
を施して使用することが出来る。この例として、Ｃｕ−
Ｚｎ材料に＾Ｕメッキあるいは粒子状のＡｕを固定し使
用することが出来る。

次に、紫外線及び／又は放射線の照射について述べれば
、紫外線の光源は、光電子放出材料が紫外線照射により
光電子を放出するものであれば良く、水銀灯、水素放電
管、キセノン放電管、ライマン放電管などを適宜利用出
来る。

放射線を用いる場合の線源も同様に、照射により光電子
を放出するものであれば良く、α線、β線、γ線なとが
用いられ、照゛射手段としてコバルト６０、セシウム１
３７、ストロンチウム９０などの放射性同位元素、又は
原子炉内で生成する放射性廃棄物及びこれに適当な処理
加工した放射性物質など適宜利用出来る。

これらの材料、紫外線あるいは放射線の種類の使用は、
測定器形状、適用分野、精度、経済性等で適宜決めるこ
とが出来る。

また、光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射
は電場において行うと、光電子放出材からの光電子発生
が効果的に起こる。

電場の形成方法としては、測定器の形状、構造成いは期
待する効果（精度）等により適宜選択することが出来る
。

電場の強さは、共存水分濃度や光電子放出材の種類等で
適宜決めることが出来る。電場の効果は、水分濃度によ
る影響が大きく、水分濃度が比較的高い場合、電場は強
く、逆に水分濃度が低い場合、電場は弱くて良い。すな
わち、電場の強さは共存水分濃度により適宜決めること
が出来る。電場の強さは、水分濃度が大気（空気）中の
レベルが一般的であるので、一般に２Ｖ／Ｃ１１〜２　
ｋＶ／ＣＩである。好適な電場の強さは、水分濃度のレ
ベルを計測し、予備試験を行い装置性能（適用分野）、
経済性等を加味し、適宜決めることが出来る。

又、水分濃度が変動する場合は、水分濃度計により該Ｓ
ｒを計測し、適宜好適な電場に設定する様にしても良い
。

電極材料とその構造は通常の荷電装置において使用され
ているもので良く、例えば電極材料としてタングステン
線あるいは棒が用いられる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により、より詳しく説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１本発明による空気中の浮遊微粒子の測定を第１図に従っ
て具体的に説明する。

第１図は、微粒子の検出部にエレクトロメータを用いた
概略図である。予めインバクタ（図示されていない）等
によりｌＯμ以上の大きい粒子を除去された浮遊微粒子
を含む空気（相対湿度３０〜８０％）１が空気導入口か
ら導入され、該空気中に含まれる微粒子は、荷電部＾１
において、紫外線照射源２からの紫外線照射を受けた光
電子放出面３から放出される光電子により荷電される。

荷電部Ａ、は、主に、紫外線ランプ２と光電子放出材３
及び電極４より構成されている。荷電部Ａ１では、光電
子放出材３と電極４の間に電場が形成されており、紫外
線ランプ２の照射を受けた電子放出材３から、光電子が
効果的に発生している。空気導入口から導入された空気
１中の微粒子は、該光電子の作用で荷電される。

荷電部Ａｔで荷電された微粒子は荷電微粒子分級部Ｂ、
において分級される。

荷電微粒子分級部Ｂ１は、コンパクトかつ簡易な構造で
荷電微粒子が分級される部分であり、後述の分級板の印
加電圧を変化させることにより荷電微粒子を分級する機
能を有する。

以下に、細孔５，６を備えた分級板を用いた場合の作用
を述べる。

分級板７．８間には、電源により電場が形成されている
。分級部Ｂ１における全荷電微粒子をｂｌとする。分級
板７．８間に先ずａ、なる弱い電場を形成すると、該電
場で影響を受ける微細な荷電微粒子ｂ２は該分級板に捕
集される。その結果、残りの粒径の大きい荷電微粒子（
ｂ＋　　ｂ２）は、後流のエレクトロメータ９よりなる
検出部Ｃ＋にて荷電量ｄ＋が計測され微粒子濃度が測定
される。

次に、分級板７，８間にａ、よりも強い電場ａ。

を形成すると、該電場で影響を受ける（ｂ２よりも粒径
の大きい）荷電微粒子す、は、該分級板に捕集される。

その結果、残りの粒径の大きい荷電微粒子（ｂ＋　　ｂ
ｓ）は、同様に後流のエレクトロメータ９で計測される
。以下、順次適宜分級板の電場を変化させ、同様に行う
。

この様に、分級と微粒子濃度の測定を行うことで空気導
入口の空気１中微粒子の粒径（分布）とその濃度が分か
るものである。

Ｃ３は、荷電微粒子の検出部であり、上述のように分級
部Ｂ、で分級された荷電微粒子の検出をエレクトロメー
タ９で行う。

エレクトロメータ９は、荷電微粒子の荷電量を計測し、
これより分級されてきた微粒子濃度が分かるものであれ
ば良い。１０は空気出口である。

光電子放出材３と電極４の間の電場は、５０Ｖ　／　ａ
ｍである。微粒子測定器の性能は、電場を５０Ｖ／ｃｍ
に設定することで、水分濃度が３０〜８０％（相対湿度
）に変化しても長期間安定に保つことが出来る。これは
、電場を適宜に設定することにより、微粒子の荷電効率
が水分に影響されず高効率に維持されるためと考えられ
る。

実施例２食品工業における空気の清浄化（クリーンルーム）を第
２図及び第３図に基づいて説明する。

第２図はバイオロジカルクリーンルームにおけるクリー
ンベンチ併用方式、即ち、作業領域内の一部だけを高清
浄度にした方式の概略図を示すものである。

第３図は、紫外線照射による光電子放出部の実施例を示
す概略図である。

第２図において、クリーンルーム１１内には、配管１２
から導入される外気の粗粒子をプレフィルタ１３でろ過
した後、クリーンルーム１１の空気取出し口１４から取
り出された循環空気と共にフアン１５を介して空気調和
装置１６にて温度及び湿度を調節（相対湿度４０±５％
）した後、ＨＢＰＡフィルター１７により微粒子を除去
した空気が循環供給されており、清浄度（クラス’）　
１０，０００程度に保持されている。

一方、クリーンルーム１１内のファン及び電圧供給部材
１８、光電子放出材上への紫外線照射部１９、荷電微粒
子捕集フィルター２０を設けたクリーンベンチ２１内の
作業台２３上は、高清浄度（クラス１０）の無菌雰囲気
に保持される。

即ち、クリーンベンチ２１においては、クリーンルーム
１１内の清浄度（クラス）　１０．０００程度の空気が
ファン１８のファンにより吸引され、光電子放出部材上
へ紫外線を照射することにより発生した光電子により空
気中の微粒子は荷電されると共に、紫外線エネルギによ
りウィルス、バクテリア、酵母、かび等の微生物が殺菌
された後、荷電微粒子捕集フィルター２０で荷電された
微粒子を除去することにより、作業台２３上は高清浄度
に保持される。

紫外線照射による光電子放出部は、その概略図が第３図
に示されている如く、主として電極４、光電子放出材３
、紫外線ランプ２からなり、電極４と光電子放出材３と
の間に、ファン及び電圧供給部１８から電圧を負荷し、
又光電子放出材３に紫外線の照射を行い、電極４と光電
子放出材３０間に空気（相対湿度４０±５％）１を通す
ことにより、空気１中の微粒子が効率良く荷電される。

光電子放出材３と電極２の間の電場は、４０Ｖ　／　（
Ｊである。４０Ｖ／ｃｍの電場に設定することで、長期
間安定して高清浄な空気が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような効果を奏する。

１、　微粒子に共存する水分の濃度が高い場合、微粒子
の荷電時の電場の強さを高めることより、 ■　性能が長期間安定となった。

２、　水分濃度の変化が多い場合、水分濃度に対応した
適宜の電場の強さに設定することにより、 ■　絶えず好適な電場電圧（経済的には弱い電圧程有利
）となるので、実用的に有利（経済性に有利）となり実
用性が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である浮遊微粒子の測定装置
の概略図、第２図は本発明方法を用いたクリーンルーム
の概略図、第３図は紫外線照射による光電子放出部の概
略図を示す。１・・・空気、２・・・紫外線ランプ、３・・・光電子
放出材、４・・・電極、５，６・・・細孔、７，８・・
・分級板、９・・・エレクトロメータ、１０・・・空気
出口、１１・・・クリーンルーム、１２・・・配管、１
３・・・プレフィルタ、１４・・・空気取出し口、１５
・・・ファン、１６・・・空気調和装置、１７・・・Ｈ
Ｆ！Ｐ＾フィルター、１８・・・電圧供給部材、１９・
・・紫外線照射部、２０・・・荷電微粒子捕集フィルタ
ー、２１・・・クリーンベンチ、２３・・・作業台、箪１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、電場において、光電子放出材に紫外線及び／又は放
射線を照射することにより発生する光電子による気体中
の微粒子の荷電方法において、電場の強さが２Ｖ／ｃｍ
〜２ｋＶ／ｃｍであることを特徴とする気体中の微粒子
の荷電方法。２、前記光電子放出材が、光電的な仕事関数の小さい物
質より成る、請求項１記載の気体中の微粒子の荷電方法
。３、前記光電子放出材が、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ
、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｐｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃ
、Ｍｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｓｎ、Ｐ及びその化合物から選ばれた一種の材料より成
る、請求項２記載の気体中の微粒子の荷電方法。４、前記光電子放出材が、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ
、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｐｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃ
、Ｍｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｓｎ、Ｐ及びその化合物から選ばれた二種以上の合金又
は混合物又は複合材より成る、請求項２記載の気体中の
微粒子の荷電方法。５、前記光電子放出材が、ＡｇとＭｇとの合金である、
請求項２記載の気体中の微粒子の荷電方法。６、前記光電子放出材が、ＣｕとＢｅとの合金である、
請求項２記載の気体中の微粒子の荷電方法。７、前記光電子放出材が、ＢａとＡｌとの合金である、
請求項２記載の気体中の微粒子の荷電方法。８、前記光電子放出材が、黄銅、青銅、リン青銅から選
ばれた一種の材料より成る、請求項２記載の気体中の微
粒子の荷電方法。