JPS593213B2 - 単分散微粒子の発生および混合、均一化方法、ならびにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 環境中の浮遊粒子状物質の濃度を測定する場合、あるい
はそれら有害粒子の除去装置や保護具等における捕集効
率を求める場合などは、粒子の粒径、密度、濃度等が関
係すると同時に、粒子径の整つ３０たいわゆる単分散粒
子が要求され、しかもその基準となる粒子を安定した混
合気流として提供する必要がある。

液滴を繰り返し噴霧生成させる、いわゆるネブライザー
あるいはアトマイザーといわれる微粒子■５ 発生装置
は、その構造上から、微粒子の粒径や発生濃度は母液の
供給力や噴霧ガス量の変化に対して一定の関係をもつが
、概して多分散状態の微粒子であり、基準測定や効率測
定には役立たない。

このため、従来単分散状態の微粒子を生成させるために
は、母液の溶質濃度や噴霧ガス量をかえたり、ノズルの
径や風圧をかえたりして行なつていたが、これらによる
ときは可変要素が多く、調整も煩雑であつた。さらに溶
液のミスト化、混合、再加熱、冷却という方式をとる蒸
気冷却凝縮法においても、加熱の状態や初期の粒子濃度
が粒径に影響するために、目的の微粒子濃度を時間経過
に関係なく、安定した単分散微粒子として得たい場合に
は問題があつた。

本発明は、これらの課題を解決し、乾燥すると固形化す
る溶液を用いて、基準となる単分散状態の微粒子を効率
良く生成させると共に、粒子濃度測定や済過効率の検定
など、要求に応じた粒子濃度を得るための単分散微粒子
の発生および混合、均一化方法ならびにその装置を提供
しようとするもので、アトマイザ一等を用いて微粒子を
発生させる微粒子発生方法において、発生させた微粒子
をガラスフイルタ一のような多孔質材からなるフイルタ
一を通したエアーの乱流により該エアーと混合し、微粒
子を均一化させたのち、ノズルを通して衝突板に衝突さ
せて再分級させて単分散微粒子を発生させること、およ
びこの分級された微粒子を加熱部に導入し、この微粒子
を、ガラスフイルタ一のような多孔質材からなるフイル
タ一を通した乾燥エアーの乱流により乾燥エアーと混合
して微粒子の固形化と均一化を促進すること、ならびに
試料液循環機構および微粒子送出管を有するアトマイザ
一等の微粒子発生装置と、一側に混合エアー導入口およ
びガラスフイルタ一のような多孔質材からなるフイルタ
一が設置され、他側に分級ノズルが形成されると共に、
フイルタ一と分級ノズル間に前記微粒子発生装置の微粒
子送出管が開口された混合管と、一方に微粒子送出管を
有し、他方に衝突板が設けられると共に、衝突板に対向
して前記分級ノズルが開口された分級管と、一側に乾燥
エアー導入口およびガラスフイルタ一のような多孔質材
からなるフイルタ一が設けられ、他側に乾燥微粒子送出
管が設けられると共に、フイルタ一と乾燥微粒子送出管
との間のフイルタ一附近に前記微粒子送出管が開口され
、かつヒーター等の加熱器により加熱される乾燥管とか
らなることを特徴とする。

つぎに、本発明方法と装置の実施例を図について説明す
る。

アトマイザ−１は、先端にノズル２が形成されたエアー
導入管３と、貯液槽４と、貯液槽４からノズル２の先端
まで配設された吸上管５と、ノズル２および吸上管５の
前方に上側から吊設されたバツフル管６と、微粒子送出
管７とからなり、アトマイザ−１の底部から導出された
排液管８と、貯液槽４から導出された給液管９は、チユ
ーブポンプ１０を介してそれぞれ試料母液タンク１１に
開口接続される。

上端部に混合エアー導入口１２が設けられ、その下側に
ガラスフイルタ一１３が設置されると共に、下側が漸次
小径に形成され、下端に分級ノズル１４が形成された混
合管１５の上記ガラスフイルタ一１３と分級ノズル１４
間で、ガラスフイルタ一１３下側には、前記アトマイザ
−１の微粒子送出管７が導入開口される。

上面に微粒子送出管１６を有し、下面にドレン排出口１
７を有すると共に、ドレン排出口１７の上側に、衝突板
１８が目皿のような多孔性の支持板１９で固定された分
級管２０の上記衝突板１８上には、前記混合管１５の分
級ノズル１４が対向して設置される。

全体がヒーター２１によつて加熱コントロールされる乾
燥管２２の上側からは乾燥粒子送出管２３が導出され、
下端には乾燥エアー導入口２４が設けられると共に、乾
燥エアー導入口２４の上側にはガラスフイルタ一２５が
設置され、このガラスフイルタ一２５上には、前記分級
管２０の微粒子送出管１６が対向して開口設置される。

微粒子取出口２６を有する冷却管２７には、前記乾燥管
２２の乾燥微粒子送出管２３が導入され、開口設置され
る。つぎに、本実施例装置を用いた単分散微粒子の発生
方法および混合、均一化方法を説明する。

まず、試料母液タンク１１よりチユーブポンプ１０によ
つて、アトマイザ−１内に設置されている貯液槽４に、
微粒子を発生させるための試料液Ｒが送り込まれる。つ
ぎに、エアー導入管３より不活性加圧気体が供給される
と、試料液Ｒは吸上管５の上端より液滴となつて噴霧さ
れ、バツフル管６に吹きつけられ、ある程度の分級が行
われて混合管１５へ送り込まれる。

吸上管５より噴霧された液滴のうち、大きなものはバツ
フル管６に衝突、捕集され、貯液槽４へ戻される。

貯液槽４内の試料液量は、噴霧時間の経過にともなつて
減少しないように、チユーブポンプ１０によつて循環さ
れ、一定量に調整されている。

すなわち、試料母液タンク１１から給液管９を通つて貯
液槽４に送り込まれた試料液Ｒは、貯液槽４内に一杯に
満されると、余分の試料液Ｒは貯液槽４の淵よりオーバ
ーフローして排液管８を通つて試料母液タンク１１へ戻
される。この循環作動がチユーブポンプ１０によつて規
則的に継続して行われ、同時にエアー導入管３からの不
活性加圧気体の供給が一定速度で行われることによつて
、噴霧微粒子は時間の経過に関係なく、常に一定の安定
した濃度として、つぎの混合管１５へ送り込まれる。

混合管１５へ入つた微粒子は、微粒子送出管７の上側よ
りガラスフイルタ一１３を介して淵過されたエアーと混
合される。

混合管１５内では、分級管２０へ連通せる分級ノズル１
４によつて微粒子が停溜し、かつガラスフイルタ一１３
を通過した混合エアーはガラスフイルタ一１３により乱
流が形成されて導入されるため、微粒子とエアーとの混
合、均一化が高められ、分級ノズル１４における微粒子
の通過速度と分級化の促進が行われる。

分級管２０内では、分級ノズル１４から噴射された微粒
子は、その慣性によつて衝突板１８に衝突し、大きな粒
子は捕集され、さらに衝突板１８で捕集されなかつた微
粒子のうち、大きい粒子は、分級管２０の微粒子送出管
１６に達するまでに慣性によつて落下し、再分級が行わ
れて単分散化が促進される。

衝突板１８で捕集され、あるいは慣性で落下した粒子は
、ドレン排出口１７からドレンタンク（図示せず）に回
収される。

再分級された微粒子は、微粒子送出管１６を通つてヒー
ター２１によつて加熱コントロールされた乾燥管２２内
に送り込まれる。

乾燥管２２内に送り込まれた微粒子は、乾燥エアー導入
口２４から供給される除湿された乾燥エアーにより攪拌
されながら乾燥エアーと均一に混合され、除湿と乾燥が
行われて固形化されたのち、乾燥微粒子送出管２３から
冷却管２７へ送り込まれて冷却され、その微粒子取出口
２６から単分散化された微粒子として取り出される。

ここで、乾燥管２２内での微粒子の攪拌、混合、除湿、
乾燥を行うための乾燥エアーの混入方法について述べる
。

乾燥管２２内に導入された分級後の微粒子は、乾燥速度
が遅いと逆に微粒子相互の衝突、擬集が生じて多分散粒
子の生成を来すことと、前記一連の操作において粒子の
分級が効率良く進行したとしても、乾燥管２２内での乾
燥エアーと微粒子との接触時間如何によつては目的濃度
の微粒子の性状に影響を及ぼすことから、乾燥管２２内
における微粒子の攪拌と、微粒子と乾燥エアーとの混合
による微粒子の除湿、乾燥は短時間に行われる必要があ
る。

このため、本実施例では乾燥管２２に設けられたガラス
フイルタ一２５上に微粒子送出管１６が対向して開口設
置され、ガラスフイルタ一２５を通して供給された乾燥
エアーにより上記した微粒子の攪拌、混合、除湿、乾燥
を行つて、それらの効率を上げている。

これを詳述すると、細い円筒状の乾燥管２２の中の流体
は、流速が十分に遅い場合には隣り合つた流体の各部分
が混じり合うことなく、乾燥管２２の管軸に平行して層
状に規則正しく移動するが、流体がある流速を有すると
、第２図Ａに示すように、乾燥管２２内の管壁では流体
との間に摩擦を生じて流速が低下し．管中央部ではその
摩擦圧力を受けて流速が速くなり、管内において流速の
むらが生じる。

このようなエアーの流れの中にその流れと同じ方向に微
粒子送出管１６の間口部を配設すると、流れているエア
ーによる攪拌と混合は、第２図Ｂに示すように、管中央
部でほとんど行われ、全体との攪拌、混合に時間を要す
るばかりでなく、攪拌、混合の不均一な部分で微粒子の
衝突、擬集が起るおそれがある。

したがつて、第２図Ｃに示すように、微粒子送出管１６
の風上にガラスフイルタ一２５を設置すると、ガラスフ
イルタ一２５を介して導入されたエアーは、ガラスフイ
ルタ一２５の出口で乱射されて乱流が形成され、その乱
流によつて微粒子送出管１６から管内に供給された微粒
子は攪拌され、エアーと混合されると共に、管壁と中央
部との流速むらが解消されて等速移動し、理想的な流れ
となる。

さらに、これらの効果を一層高めるには、第２図Ｄに示
すように、微粒子送出管１６の開口部をエアーの流れに
逆らつて配設し、その風上にガラスフイルタ一２５を設
置してエアーを導入すると、ガラスフイルタ一２５から
乱射される乾燥エアーと、これと対向して送り込まれた
微粒子の流れとによつて著しい乱流が形成され、管壁と
中央部との圧力、および流速の差がなくなると共に、微
粒子と乾燥エアーの均一な攪拌、混合、が行われる。

本実施例では上記の方法および構成からなるものを示し
たが、未発明は実施例に限定されるものではなく、たと
えば多孔質からなるフイルタ一としては、ガラスフイル
タ一に限らず、メタルフイルタ一その他乱流が形成され
、淵過効果を有するフイルタ一であれば、材質や構造な
どは問わない 二こと、自明である。本発明方法は、上
記したように、微粒子発生装置により発生させた微粒子
を、ガラスフイルタ一のような多孔質材からなるフイル
タ一を通したエアーの乱流によりエアーと混合し、均一
化させた２のち、ノズルを通して衝突板に衝突させて再
分級させるものであるため、気流中に平均化された微粒
子が連続して得られると同時に、単分散微粒子を確実か
つ容易に生成させることができる。

また、上記分級された微粒子を加熱部に導入し、５この
微粒子を、ガラスフイルタ一のような多孔質材からなる
フイルタ一を通した乾燥エアーの乱流により乾燥エアー
と混合して微粒子の固形化と均一化を促進するものであ
るため、安定した等速混合気流として目的濃度の微粒子
を再現性よく得る ３ことができる。本発明装置は、微
粒子発生装置と、混合管と、分級管と、乾燥管と冷却管
が一連に連設されているものであるため、粒子の発生、
分級、単分散微粒子とエアとの混合、均一化、単分散微
粒子の除湿、乾燥および取り出しが１機の装置で行うこ
とができて、操作性に富み、固形化された単分散微粒子
を効率良く取得することができると共に、微粒子発生装
置に試料液循環機構が設けられているために、微粒子発
生装置により連続して発生される微粒子は、時間の経過
に関係なく、常に一定の安定した濃度が保ち得られ、所
望の粒径、密度、濃度を有する単分散微粒子の生成と均
一化に役立つさらに、混合エアーおよび乾燥エアーはガ
ラスフイルタ一のような多孔質材からなるフイルタ一を
通して供給あるいは導入されるが、このフイルタ一は乱
流の形成による攪拌、混合、均一化等の効率向上のみな
らず、塵埃を除去し済過する効果を有し、かつ洗浄によ
つて反覆使用できるという利点がある。

このように、本発明は単分散微粒子の発生および混合、
均一化方法、ならびにその装置として著効を奏し、業界
に益するところ大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の実施例を示すもので、第１図は全体
の概略図、第２図は乾燥管における流体の説明図である
。 １・・・・・・アトマイザ一、２・・・・・・ノズル、
３・・・・・・エアー導入管、４・・・・・・貯液槽、
５・・・・・・吸上管、６・・・・・・バツフル管、７
・・・・・・微粒子送出管、８・・・・・・排液管、９
・・・・・・給液管、１０・・・・・・チユーブポンプ
、１１・・・・・・試料母液タンク、１２・・・・・・
混合エアー導入口、１３・・・・・・ガラスフイルタ一
１４・・・・・・分級ノズル、１５・・・・・・混合
管、１６・・・・・・微粒子送出管、１７・・・・・・
ドレン排出口、１８・・・・・・衝突板、２０・・・・
・・分級管、２１・・・・・・ヒーター、２２・・・・
・・乾燥管、２３・・・・・・乾燥微粒子送出管、２４
・・・・・・乾燥エア導入口、２５・・・・・・ガラス
フイルタ一 ２６・・・・・・微粒子取出口、２７・・
・・・・冷却管、Ｒ・・・・・・試料液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アトマイザー等を用いて微粒子を発生させる微粒子
   発生方法において、発生させた微粒子をガラスフィルタ
   ーのような多孔質材からなるフィルターを通したエアー
   の乱流により該エアーと混合し、微粒子を均一化させた
   のち、ノズルを通して衝突板に衝突させて再分級させる
   ことを特徴とする単分散微粒子の発生方法。 ２ アトマイザー等を用いて微粒子を発生させる微粒子
   発生方法において、発生させた微粒子をガラスフィルタ
   ーのような多孔質材からなるフィルターを通したエアー
   の乱流により該エアーと混合し、微粒子を均一化させた
   のち、ノズルを通して衝突板に衝突させて再分級し、分
   級された微粒子を加熱部に導入し、この微粒子を、ガラ
   スフィルターのような多孔質材からなるフィルターを通
   した乾燥エアーの乱流により乾燥エアーと混合して微粒
   子の固形化と均一化を促進する単分散微粒子の発生およ
   び混合、均一化方法。 ３ 試料液循環機構および微粒子送出管を有するアトマ
   イザー等の微粒子発生装置と、一側に混合エアー導入口
   およびガラスフィルターのような多孔質材からなるフィ
   ルターが設置され、他側に分級ノズルが形成されると共
   に、フィルターと分級ノズル間に前記微粒子発生装置の
   微粒子送出管が開口された混合管と、一方に微粒子送出
   管を有し、他方に衝突板が設けられると共に、衝突板に
   対向して前記分級ノズルが関口された分級管と、一側に
   乾燥エアー導入口およびガラスフィルターのような多孔
   質材からなるフィルターが設けられ、他側に乾燥微粒子
   送出管が設けられると共に、フィルターと乾燥微粒子送
   出管との間のフィルター附近に前記微粒子送出管が開口
   され、かつヒーター等の加熱器により加熱される乾燥管
   とからなることを特徴とする単分散微粒子の発生および
   混合、均一化装置。 ４ 試料液循環機構が、アトマイザー等の微粒子発生装
   置内に設置された貯液槽と、一端がこの貯液槽に開口さ
   れ、他端が微粒子発生装置に連設された試料母液タンク
   に開口された給液管と、一端が微粒子発生装置内の貯液
   槽外に開口され、他端が上記試料母液タンクに開口され
   た排液管と、上記給液管および排液管に介在されたチュ
   ーブポンプとからなる特許請求の範囲３記載の単分散微
   粒子の発生および混合、均一化装置。