JPH0634945B2 - エアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置 - Google Patents

エアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置

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JPH0634945B2
JPH0634945B2 JP1055750A JP5575089A JPH0634945B2 JP H0634945 B2 JPH0634945 B2 JP H0634945B2 JP 1055750 A JP1055750 A JP 1055750A JP 5575089 A JP5575089 A JP 5575089A JP H0634945 B2 JPH0634945 B2 JP H0634945B2
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aerosol particles
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裕司 山田
彰 小泉
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KAGAKU GIJUTSUCHO HOSHASEN IGA
KAGAKU GIJUTSUCHO HOSHASEN IGAKU SOGO KENKYUSHOCHO
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KAGAKU GIJUTSUCHO HOSHASEN IGA
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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、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は洗浄空気吹出口、23は被分級エ
アロゾル粒子入気部、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を印加して分給するもの
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から洗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入気部、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段目インパクタ、36は沿粒子排気部、
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、3
5)を設けて分給するものである。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
パクタ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、被分級エアロゾル粒子入気部31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塵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)であな
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、バーチャルインパクタ法は、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
にも或む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た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、洗浄空気
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、その大きさに大じて遠
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′は入気部ジョイント、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、
10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1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、単周の流路を形成するもので
あり、一端に被分級エアロゾル粒子の入気口3と洗浄空
気の吹出口4を、ほぼ1周した多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
を通してそれぞれ入気部ジョイント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′に連通す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
ント(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リングでシールし、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洗
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散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、分級制度や分級能を上げるには、第2図
(b)、(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
ように洗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R=11.5cm 外側の径R=12.5cm 回転体の高さ=12.5cm スリット幅=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=1/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
エアロゾルを入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図はインパクタ
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′…
…入気部ジョイント、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、11……円板、12……モ
ータ回転シャフト。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
JP1055750A 1989-03-08 1989-03-08 エアロゾル粒子の連続遠心分級方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0634945B2 (ja)

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