JPH0625731B2 - ガス中に浮遊している微粒子の濃度を測定する方法及びその装置 - Google Patents

ガス中に浮遊している微粒子の濃度を測定する方法及びその装置

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JPH0625731B2
JPH0625731B2 JP61085997A JP8599786A JPH0625731B2 JP H0625731 B2 JPH0625731 B2 JP H0625731B2 JP 61085997 A JP61085997 A JP 61085997A JP 8599786 A JP8599786 A JP 8599786A JP H0625731 B2 JPH0625731 B2 JP H0625731B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス中に浮遊している微粒子の濃度、粒度分
布及び/又は粒径等を測定する方法及び測定装置に関す
る。
〔従来の技術及びその問題点〕
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、フオトメー
タ、光透過法或いは暗視野顕微鏡を利用する方法。
(2) 凝縮核法、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0.1μm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、極く微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に濃度の測定
精度が不十分である等の欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明は、前記従来の方法と原理を異にし、光電子放出
材の紫外線及び/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ことによりガス中の微粒子の濃度、
粒度分布及び/又は粒径を測定する方法を提供すること
を目的とする。
〔発明の構成〕
本発明は、 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りガス中に
浮遊している微粒子に荷電させ、荷電した微粒子の荷電
量を測定することを特徴とするガス中の微粒子の濃度、
粒度分布及び/又は粒径等を測定する方法。
及び 2. ガス吸入口及びガス排出口を有し、ガス吸入口から
ガス排出口に至るガス流路中に光電子放出材に紫外線及
び/又は放射線照射する光電子放出部及び該光電子放出
部に電場を形成する装置、並びに該光電子放出部の下流
側に荷電微粒子測定部を設けてなるガス中の微粒子の濃
度、流度分布及び/又は粒径等を測定する装置。
である。
本発明は、例えば 1. 空気中の微粒子の濃度、粒度分布又は粒径等の測定 2. 電子工業、薬品工業、食品工業、農林産業、医療、
精密機械工業等におけるクリーンルーム、クリーンブー
ス、クリーントンネル、クリーンベンチ、完全キヤビネ
ツト、無菌室、バスボツクス、無菌エアカーテン、クリ
ーンチユーブ等における微粒子の濃度、粒度分布又は粒
径等の測定 3. 煙道排ガスや自動車排ガス等のガス中の微粒子の濃
度、粒度分布又は粒径等の測定に利用しうる。
以下、本発明の紫外線を用いた空気中の浮遊粒子の濃
度、粒度分布又は粒径の測定方法及び装置について第1
図に基いて説明する。
予めインパクタ(図示されていない)等により10μ以
上の大きい粒子を除去された浮遊微粒子を含む空気が空
気導入口1から導入され、該空気中に含まれる微粒子
は、荷電部2において、電場において紫外線照射源3か
らの紫外線照射を受けた光電子放出面4から放出される
光電子により荷電される。
荷電部2は、主に、電場形成部及び紫外線発生源と光電
子放出部より構成されている。
光電子放出面4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、Ba,S
r,Ca,Y,Gd,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,N
i,Zn,Cu,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,B
i,Nb,Si,Ti,Ta,Sn,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
如く物理的な複合材も用いうる。
化合物としては酸化物、ほう化物、炭化物があり、酸化
物にはBaO,SrO,CaO,Y2O6,Gd2O3,Nd2O3,ThO2,ZrO
2,Fe2O3,ZnO,CuO,Ag2O,PtO,PbO,Al2O3,MgO,In
2O3,BiO,NbO,BeOなどがあり、またほう化物にはY
B6,GdB6,LaB6,PrB6,ZrB2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Mgとの
合金(Mgが2〜20wt%)、CuとBeとの合金(Beが1〜
10wt%)及びBaとAl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つても得ることがで
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つて安定な酸化層を得ることがで
きる。この例としてはMgとAgとの合金を水蒸気中で30
0〜400℃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つて
安定なものである。
これらの材料の使用形状は、板状、ブリーフ状、網状等
何れの形状でもよいが、紫外線の照射面積及び空気との
接触面積の大きな形状のものが好ましく、このような観
点からは網状のものが好ましい。
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線などが
用られ、照射手段としてコバルト60、セシウム13
7、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線廃棄物及びこれに適当な加工処
理した放射性物質など適宜利用出来る。
また、第1図に示す例においては、光電子放出部に電場
を形成する手段、即ち放電電極材料としてタングステン
線8が紫外線照射源3と光電子放出面4の間に設けら
れ、該放電電極8に電圧を印加することにより光電子放
出材との間で電場を形成するように構成されている。
荷電部2で荷電された微粒子は、荷電微粒子測定部5に
より、荷電量が測定される。
荷電微粒子測定部5は、粒子の荷電量を計測しうる複数
のセグメント(分割された部分)61,62,63および
64で構成されており、夫々粒子の荷電量を計測できる
構造となつている。
各セグメントにおける荷電量の計測は、荷電粒子の荷電
量を計測できるものであればどのような方式のものでも
良く、周知の方式のものを適用できる。
集塵板(集塵電極)や集塵フイルターを用い発生電流を
計測する方式のものが構造が簡単であり、従つて保守が
容易であり、かつ、作業性が良好であるので実用上好ま
しい。
各セグメント61,62,63及び64には電場が形成
されている。これらの各セグメント部分の電場の強さ
は、夫々印加電圧が同一でもよく、又適当な勾配の強さ
としてもよい。
本例は、電場の強さが空気の入口から出口方向に向つて
強から弱の順序になつている。微粒子は粒径の大きさや
荷電量に従つて順次セグメントに補足される。
電場の印加電圧は5V〜15kV、好ましくは50V〜5
kV、更に好ましくは50V〜2kVで、電場の強さや電場
の強さの勾配の程度は装置の形状、構造、期待する効
果、使用目的などにより適宜決めることができる。
荷電された微粒子は、その大きさ(の分布)により分布
する電場のセグメント61,62,63及び64に補捉
(沈降)される。
各セグメント61,62,63及び64においては微粒
子の荷電量がエレクトロメータで計測され、荷電量から
夫々の微粒子(の分布)の濃度が測定される。すなわ
ち、微粒子の粒径(の分布)とそれに対応する濃度が測
定できる。
セグメントの数は微粒子の測定目的により任意に選ぶこ
とが出来、微粒子の測定区分を多くとりたい場合には、
多くのセグメントを設けることによりその目的を達成す
ることができる。通常は3〜5区分程度のセグメントを
設けるのが保守、操作性等の面から好ましい。
第1図に示す例においては、集塵板(集塵電極)方式の
セグメントを用いているが、電場を形成した複数の集塵
フイルタを同様に設け、フイルタの電荷量をエレクトロ
メータで計測することにより微粒子の濃度或いは濃度分
布を同様に測定することが出来る。
第1図において7は空気の排出口を示し、通常排出口7
の後方に設けた吸引ポンプ(図示してない)により一定
流速で空気を吸引することにより、測定装置に微粒子を
含んだ空気が導入される。
第1図に示す例においては、気流の流れ方向は下から上
方向であるが、装置の形状、構造或いは使用目的等に応
じ、上から下方向へ、或いは横方向の流れとすることも
出来る。
第2図は、ガスの流れを横方向とし、かつ光電子放出材
として網状のものを用いた例を示すものである。
第2図において、符号10は微粒子を含んだガスの入
口、20はタングステン線8と光電子放出材4との間で
電場を形成された荷電部、30は紫外線ランプ、31は紫
外線照射窓、40は網状の光電子放出材、50は荷電微
粒子測定部、610,620,630は分割された荷電
量計測セグメント部、70はガス排出口を示す。
第2図に示す例においては、ガス入口から導入されたガ
ス中の微粒子は、紫外線ランプ30からに紫外線を網状
光電子放出材に照射することにより生成された光電子に
より荷電部20において荷電され、ついで荷電微粒子測
定部において、第1図に関し説明したのと同様に微粒子
の荷電量を測定することにより微粒子の濃度或いは粒度
分布が測定される。
光電子放出部に電場をかける場合の放電電極材料とその
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、例えば放電電極材料としてタングステン線が用いら
れる。電場の形成方法としては、放電電極と光電子放出
材としての金属面を利用する方法、又は光電子放出材の
金属面を放電電極として利用する方法などがあり、装置
の形状、構造或いは期待する効果により適宜選択するこ
とが出来る。
電場の電圧は0.1〜15kV、好ましくは0.1〜5kV
であつて、該電圧は装置の形状、使用する電極或いは金
属の材質・構造或いは期待する効果により異なる。
どの粒径の微粒子がどこのセグメントの部分に捕捉され
るかは、装置の形状、構造、条件即ちガスの流速、電場
の強さ、電場の勾配の程度、気流の流れ方向、すなわ
ち、上向流か下向流か横向流かなどによつて異なるの
で、予め予備試験等で粒径のわかつている粒子を用いて
調べておくとか、又は捕捉された微粒子を顕微鏡観察等
により決めておく必要がある。
実施例 本発明の効果を示すため、下記の構成を有する空気清浄
器を用いて、光電子放出材に紫外線を照射しながら標準
粒子(ポリスチレン微細粒子)を含む空気を0.3/
分の割合で送気して、電場の有無による粒子の捕集性能
を比較した。
1 荷電部の大きさ:10×10cm 2 光電子放出材:Au薄膜を設けたCu−Zn板 3 紫外線ランプ:重水素ランプ 4 荷電部における電場形成電圧:0.6kV 5 集塵:集塵板 上記試験により、電場をかけた場合の粒子の捕集率は9
6%、電場をかけない場合の粒子の捕集率は19%であ
つた、また紫外線照射を行なわない場合の粒子の捕集率
は15〜19%であつた。
上記試験の結果から電場において光電子放出材上に紫外
線を照射しながら空気を通すことにより優れた効果を奏
することがわかる。
〔発明の効果〕
1. 電場において紫外線又は放射線を光電子放出材に照
射することにより得られる光電子によりガス中の微粒子
を荷電することにより、 微粒子を効率良く荷電することができ、 この荷電した微粒子の荷電量を測定することにより
該荷電量から微粒子濃度を測定することができる。
2. 荷電部後方の荷電粒子の荷電量測定部を複数のセグ
メントに分割することにより微粒子の粒径に対応する濃
度を測定できて、従つて粒径分布を測定することができ
る。
3. 荷電量測定部の各セグメントへ電場をかけることに
より、 微粒子の捕捉が効率良く行われ、従つて測定を迅速
かつ簡便に行うことができ、しかも測定精度が向上し
た。
4. 0.01〜0.1μm程度あるいは、これ以下の粒
径の超微粒子も容易に荷電されるので、超微粒子の粒径
及び濃度も迅速かつ簡便に測定出来る。
5. 本発明の装置は構造が簡単であつて、操作、保守が
容易であるので経済的でかつ、実用的な装置を提供でき
る。
6. 通常の室内外の微粒子、煙道ガスや自動車排ガス中
の微粒子、精密工業におけるクリーンルーム中の微粒子
など、微粒子の測定に幅広い分野で適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の実施例を説明するための概
略図である。 1,10……微粒子を含む空気(ガス)導入口、2,2
0……荷電部、3,30……紫外線照射源、4,40…
…光電子放出材、5,50……荷電微粒子測定部

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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り
    ガス中に浮遊している微粒子に荷電させ、荷電した微粒
    子の荷電量を測定することを特徴とするガス中の微粒子
    の濃度、粒度分布及び/又は粒径等を測定する方法。
  2. 【請求項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、特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
  3. 【請求項3】前記光電子放出材が、Ba,Sr,Ca,Y,G
    d,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,Cu,A
    g,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,T
    a,Ti,Sn,P及びその化合物から選ばれた材料の1つ
    より成る、特許請求の範囲第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】前記光電子放出材が、Ba,Sr,Ca,Y,G
    d,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,Cu,A
    g,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,T
    a,Ti,Sn,P及びその化合物から選ばれた材料の少な
    くとも二種以上の合金又は複合材より成る、特許請求の
    範囲第2項記載の方法。
  5. 【請求項5】前記光電子放出材が、AgとMgとの合金であ
    る、特許請求の範囲第4項記載の方法。
  6. 【請求項6】前記光電子放出材が、CuとBeとの合金であ
    る、特許請求の範囲第4項記載の方法。
  7. 【請求項7】前記光電子放出材が、BaとAlとの合金であ
    る、特許請求の範囲第4項記載の方法。
  8. 【請求項8】前記光電子放出材が、黄銅、青銅、りん青
    銅から選ばれた材料の1つより成る、特許請求の範囲第
    4項記載の方法。
  9. 【請求項9】前記光電子放出材が網状である、特許請求
    の範囲第1項乃至第8項の何れか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】前記電場電圧が、0.1〜15kV、好ま
    しくは0.1〜5kV、より好ましくは0.1〜3kVであ
    る、特許請求の範囲第1項乃至第9項の何れか1項に記
    載の方法。
  11. 【請求項11】微粒子の荷電量の測定を集じん板(集じ
    ん電極)及び/又は集じんフイルターで行う特許請求の
    範囲第1項記載の方法。
  12. 【請求項12】集じん板又は、集じんフイルターの電場
    の電圧が5V〜15kVである特許請求の範囲第11項記
    載の方法。
  13. 【請求項13】ガス吸入口及びガス排出口を有し、ガス
    吸入口からガス排出口に至るガス流路中に光電子放出材
    に紫外線及び/又は放射線照射する光電子放出部及び該
    光電子放出部に電場を形成する装置、並びに該光電子放
    出部の下流側に荷電微粒子測定部を設けてなるガス中の
    微粒子の濃度、粒度分布及び/又は粒径等を測定する装
    置。
  14. 【請求項14】荷電微粒子の測定部が複数に分割されて
    いる特許請求の範囲第13項記載の装置。
  15. 【請求項15】複数に分割された荷電粒子測定部に電場
    が形成されるように構成してなる特許請求の範囲第14
    項記載の装置。
  16. 【請求項16】複数に分割された荷電粒子測定部に夫々
    異なる強さの電場が形成されるよう構成してなる特許請
    求の範囲第14項記載の装置。
  17. 【請求項17】電場に付加する電圧が5V〜15kVであ
    る特許請求の範囲第15項又は第16項記載の装置。
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