JPS6243540A - 超微粒子測定装置 - 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〕 この発明は、ガス中に浮遊する粒径０．１ミクロン以下
の超微粒子の個数濃度と粒径分布を測定するための装置
である。

〔従来の技術〕

従来のこの種の分離装置は１粒子に電荷を与えたのち直
流電界中を流通せしめ、その電気的移動度の差を粒子電
荷による微少電流を測定することによって検出する型式
のエアロゾル電気的移動度分析装置が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記型式の電気的移動度分析装置では１粒径が０．１ミ
クロン以下と極度に小さく、且つその個数濃度が低い場
合９粒子電荷による電流値が極めて小さくなって、誤差
の増大をさけられず、遂には測定自体が不可能となる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、それ自体公知である電気的移動度分析装置
において微少電流計による粒子電荷検出の代りに負電荷
をもたせた粒子が正コロナ電極に到来する度に生ずるバ
ースト・コロナのパルスを検出することにより粒子検出
を行う。

すなわち１本発明はガス中に浮遊する超微粒子に負コロ
ナ放電、ラヂオアイソトープ等を利用して。

粒子１個毎に電荷電量ｅ（０）の負電荷を与えるための
「粒子予備荷電部」と、同心円筒電極、平行平板電極等
の平行電極系と、その両電極間に可変直流電圧Ｖ（Ｖ）
’！ｉ−印加するための可変直流電源から成る「粒子分
離部」と、該平行電極系の一端より清浄キャリヤガスを
供給してこれを両電極間に層流状に他端へと流通せしめ
るためのガス吸引口、ガス除塵用フィルター、ポンプ等
より成る「キャリヤガス流通系」を有し、更に該粒子予
備荷電部の出口より負帯電超微粒子を浮遊せしめたガス
を一定の流量で該平行電極系上流側の負電極附近に一様
に供給するため帯電超微粒子供給口と供給管路より成る
所の［連結部」と、該平行電極系下流側の正電極附近よ
り一様に流通ガスの一部（以下抽出ガスと呼ぶ）ととも
にその場所に到達せる帯電超微粒子を抽出するための帯
電超微粒子抽出口と、吸引管路、吸引ポンプ等より成る
「抽出ガス吸引系」を有し、更に該吸引管路る板状、金
網状１円筒状等の対向電極より成るコロナ電極系と、そ
の両電極間に放電極が正となる如くコロナ開始電圧直前
の電圧を印加するための直流電源と、該放電極より発生
するバースト・コロナをその際、該コロナ電極系に流れ
るパルス電流又は発光により検出計数するためのバース
ト・コロナ計数器より成る「負帯電超微粒子計数部」か
ら成る超微粒子測定装置である。

〔作用〕

前記粒子荷電部から連結部を経て９粒子分離部の上流側
負電極附近に供給された負電荷ｅ（Ｃ）’ｉ有する超微
粒子は、クーロン力により正電極に向って平均速度 で移動する。但し、Ｅ＝Ｖ／ｄ＝正負電極間の平均電界
強度（Ｖ／ｍ）、ｄ＝電極間距離〔ｍ〕、２＝ガス粘度
（Ｎｓろｆ３．ａ＝粒子半径（ｍ）　、　Ｃｍ　＝　１
＋２．５１４（λ／２α）＋ｏ、８（λ／α）ｘｅｘｐ
（−０，５５（２α／λ）〕。

λ＝ガス分子の平均自由行程で、？／ｅは粒子半径αと
印加電圧Ｖの関数となる。すなわち。

杭＝？／ｅ（α、Ｖ）　　　　　　　　（２）いま電極
間のキャリヤガスの平均流通速度をＶ、９（ｍ／Ｓ）。

帯電超微粒子の供給口と抽出口間の距離をＬ　（ｍ　）
とすると、下記条件を満足する粒子半径α（ｍ）の粒子
のみが上記抽出口より検出ガスと共に抽出され負帯電超
微粒子計数部のコロナ電極系に導入される。

この負帯電超微粒子は、直ちにクーロン力によって正の
放電極近傍に到達し、その場所の強力な電界によって電
子を離脱放出、この電子が放電極に向って走行中に衝突
電離による電子崩れを発生して大きナパルス電流および
発光を伴う正のバースト・コロナを生ずる。したがって
、このパルス電流又は発光を上記バースト・コロナ計数
器で一定時間検出計数することによって、所定の粒子半
径ａの粒子の個数濃度ＴＬ（（Ｚ）　（ｍ　”　）が測
定でき、更に印加電圧■を変えることにより９種々のα
に対する個数濃度、さらには粒径分布を測定することが
可能となる。この場合、バースト・コロナは１個の超微
粒子到来毎に１個宛発生するから、如何にその個数濃度
が小さく。

またその粒径が小さくても正確に’ｒＬ＜α）と粒径分
布を測定することが可能となるのである。

〔実施例〕

本発明の特徴を実施例および図面により説明すると、第
１図において、１は粒子分離部で、接地せる外部円筒２
と絶縁３を介してこれより絶縁支持せる内部円筒４より
成る同心円筒状の平行電極系５と。

両電極間に４を２に対して正とする如き極性をもって可
変直流電圧Ｖを印加する所の可変直流電源６より成る。

７，８はそれぞれ外部円筒２の上下端を密閉する円板で
、７と内部円筒４の半球状頂部９の中ヤリャガス人口１
２があり、空気取入口１３ヲ有する除塵用高性能フィル
ター１４に連結されている。半球状頂部９のつけ根の位
置に対向する外部円筒４の内壁に帯電超微粒子供給口と
しての円環状ス’）　ノ）　１５が環状スリッソ叱玉あ
り、更にその下方に延長部１７を有してその中に負帯電
超微粒子計数部１８を内蔵していその下部空間加の側壁
にキャリヤガス出口２１があり。

ガス流量計ａ、弁りを介して吸引ポンプ讃に連結さ円筒
４のスリット１６から上の部分９を支持する支柱で、　
＋６から下の部分（９）への抽出ガスの流通をさまたげ
ない。負帯電超微粒子計数部１８は内部円筒下方部課 を有する所の金属円旗対向電極あと、これと対向してそ
の下方に絶縁碍管あにより支持されて円筒軸上に配設さ
れた放電極調と、３０の下端を密閉する金属円板Ｉとあ
の間に挿入され、放電極に正のコロナ開始電圧直前の直
流電圧を印加するための可変直流電植 源３７と、上記円磯対向電極おに接続された内蔵電源を
有するバースト・コロナ電流測定用の電流計あ。

その出力パルス信号を光信号としてパルス計数器刃に供
給するための光ファイバー４０．放電極尖端４１のバー
スト・パルスに伴う発光を光電子倍増管４２上に集光す
るための凹面鏡４．４２の出力をあに供給する空間４７
の側壁に抽出ガス出口絽があり、ガス流量計４９、弁間
を介して吸引ポンプ５１に連結されている。

いま吸引ポンプ２４．５１を作動させ、それぞれの吸引
ガス流竜を調節して、内外円筒電極４，２間の間隙５２
を下方に流れる清浄キャリヤガスが層流状に所定平均流
速Ｖｇ〔ｍ／ｓ〕をもって流れる如くシ、かつスリッ）
　１５より供給される負帯電超微粒子を浮遊せるガスの
供給量が上記層流を乱さない程度の低い値とし、かつス
リット１６からのガス抽出流量がこの供給量とほぼ見合
うものになる如く設定する。この時。

印加電圧Ｖに対して９式（１）、　（２）を満足する粒
子半径α〔ｍ〕を有する所の負電荷−ｅ　（Ｃ’）を有
する超微粒子が点線田に沿って間隙５２の内部を運動の
上スリット１６より下方内部円筒Ｉ内に入り、金網ηを
通過してクーロン力により放電極あの尖端４１へと移動
し。

その結果、すでに述べた機構により粒子１個毎に１つの
バースト・コロナを発生する。これに伴うパルはコンピ
ューターで刃の積算計数値、流量計ｎの指示出力（入口
部からの吸引ガス流と一定の比例関係にある）、可変直
流電源６の電圧計５５の指示出力全それぞれ導線％、５
７．５８を介して供給することにより、超微粒子の各粒
径毎の絶対個数濃度と粒径分布を記録計５９に記録する
。

第２図、第３図、第４図はそれぞれ負帯電超微粒子計数
部のコロナ電極系の異る構成様態を示す図である。

第２図においてωは円錐状の抽出ガス通路で、その内部
に円筒状金網対向電極６１が絶縁物６２．６３を介して
半球状及び円筒状のガード電極例、６５を具備して配設
され、その中心軸上に絶縁物印、碍管６７に支持された
線状放電線絽がある。図における３７より柘までの要素
の名稍と機能は、第１図における同一番号のそれと同じ
である。このコロナ電極系では、負ントの可能性が少く
なる。

第３図は接地せる針状放電極的の尖端７０部に、それを
同心状にとりまく漏計状ガイド７１のしぼられた下端π
から抽出負帯電超微粒子を供給する方式のもので、この
場合、対向電極ｎは周辺部に多数のガス地函体諷に対し
て印加されている。ｎは接地された外室、７８は抽出ガ
ス出口である。この方式の特徴は。

バースト・コロナに伴う放電極からの正イオン放出によ
り後続負帯電超微粒子が正に荷電され、ミスカウントす
ることがないので９粒子個数濃度の高い場合に好適であ
る。

第４図はコロナ放電極７９を鋭くとがった円筒刃状とし
、その中心部に同心的に半球状のガスのガイド８０を設
けて２円環状スリット８１より７９近傍に負帯電超微粒
子を供給する様にしたもので、第３図の例において抽出
ガス流路の端部１積を大きくシ、抽出ガス流量の増大を
容易ならしめたものである。図におけるその他の要素は
、第３図における同一番号のそれと同じである。ｌらツ
’１ａｌｌｌｔ、＋、＝イＬ１叙°基ツＪ支電オ伽と１
１ｉＪ・−〔発明の効果〕 本発明は上記のような構成とすることにより２粒径がナ
ノメーター領域の超微粒子の個数濃度と粒径分布を個数
濃度の大小に拘わらず、極めて正確に測定することを可
能ならしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図、第３図、
第４図はそれぞれその負帯電超微粒子計数部のコロナ電
極系の異る構成様態を示す縦断面図であるＯ １　・・・・・・・・・・・・・・・・・粒子分離部２
・・・・・・・・・・・・・・・・・・外部円筒電極４
・・・・・・・・・・・・・・・・・・内部円筒電極５
・・・・・・・・・・・・・・・・・・平行電極系６・
・・・・・・・・・・・・・・・・・可変直流電源１３
．２６　・・・・・・・・・ガス吸引口１４・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ガス除塵用フィルター１５
・・・・・・・・・・・・・・・・・・供給口１６・・
・・・・・・・・・・・・・・・・抽出口１８・・・・
・・・・・・・・・・・・・・負帯電超微粒子計数部２
２．４９・・・・・・・・・ガス流量計２４．５１　・
・・・・・・・・吸引ポンプ６・・・・・・・・・・・
・・・・・・・粒子予備荷電部℃・・・・・・・・・・
・・・・・・・・金網舛褥電桶お・・・・・・・・・・
・・・・・・・・島碩状対向電極胛、７５　・・・・・
・・・・直流電源あ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・電流計刃・・・・・・・・・・・・・・・・・・パ
ルス計数器４１．６９・・・・・・・・・針状放電極４
２・・・・・・・・・・・・・・・・・・光電子倍増管
６１・・・・・・・・・・・・・・・・・・円筒状金網
対向電極銘・・・・・・・・・・・・・・・・・・線状
放電極７１．８０　・・・・・・・・・ガスガイドｎ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・板状対向電極四・
・・・・・・・・・・・・・・・・・円筒刃状放電極以
上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス中に浮遊する超微粒子に負電荷を与えるため
   のガス吸引口２６とガス出口を備えた粒子予備荷電部２
   ５と、間隙５２にガス通路を形成する平行電極系５、そ
   の両電極間に可変直流電圧を印加するための可変直流電
   源６より成る粒子分離部１と、該平行電極系の一端から
   清浄キャリヤガスを供給してこれを上記間隙５２に層流
   状に他端へと流通せしめるためのガス吸引口１３、ガス
   除塵用フィルター１４、ポンプ２４より成るキャリヤガ
   ス流通系を有し、更に該粒子予備荷電部２５のガス出口
   より負帯電超微粒子を浮遊せしめたガスを、該平行電極
   系５の上流側の負電極附近に供給するための供給口１５
   と供給管路２７を備えた連結部と、該平行電極系５の下
   流側の正電極附近より流通ガスの一部を到達負帯電超微
   粒子とともに抽出するための抽出口１６と、抽出ガスの
   吸引管路、吸引ポンプ５１より成る抽出ガス吸引系を有
   し、更に該吸引管路に介入して抽出負帯電超微粒子を検
   出計数するための負帯電超微粒子計数部１８を有する所
   のエアロゾル電気的移動度分析装置において、該負帯電
   超微粒子計数部１８が放電極３４と、これと絶縁対向せ
   る対向電極とより成るコロナ電極系と、その 両電極間に放電極３４を正とする如き極性をもってコロ
   ナ開始電圧直前の電圧を印加するための直流電源３７と
   、該放電極より発生せるバースト・コロナを検出計数す
   るためのバースト・コロナ計数器より成ることを特徴と
   する所の超微粒子測定装置。
2. （２）バースト・コロナ計数器が、該コロナ電極系と該
   直流電源３７より成る回路に介入してバースト・コロナ
   発生時に流れる電流パルスを検出するための電流計３８
   と、これに接続せるパルス計数器３９より成ることを特
   徴とする所の、特許請求の範囲１に記載の超微粒子測定
   装置。
3. （３）バースト・コロナ計数器が該放電極３４の尖端４
   １にバースト・コロナ発生時に生ずる発光を検出するた
   めの光検出器４２とこれに接続せるパルス計数器３９よ
   り成ることを特徴とする所の、特許請求の範囲１に記載
   の超微粒子測定装置。